Khảo sát động thái lên men của chủng Streptomyces sp. T1 và Streptomyces sp. T4 làm cơ sở sản xuất chế phẩm sinh học sử dụng trong xử lý chất thải chăn nuôi.

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM  TRẦN TRUNG KIÊN Tên đề tài: "KHẢO SÁT ĐỘNG THÁI LÊN MEN CỦA CHỦNG Streptomyces sp. T1 VÀ Streptomyces sp. T4 LÀM CƠ SỞ SẢN XUẤT CHẾ PHẨM SINH HỌC SỬ DỤNG TRONG XỬ LÝ CHẤT THẢI CHĂN NUÔI" KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Hệ đào tạo : Chính quy Chuyên ngành : Công nghệ sinh học Khoa : CNSH - CNTP Khóa học : 2010 - 2014 Thái Nguyên, năm 2014 ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM  TRẦN TRUNG KIÊN Tên đề tài: "KHẢO SÁT ĐỘNG THÁI LÊN MEN CỦA CHỦNG Streptomyces sp. T1 VÀ Streptomyces sp. T4 LÀM CƠ SỞ SẢN XUẤT CHẾ PHẨM SINH HỌC SỬ DỤNG TRONG XỬ LÝ CHẤT THẢI CHĂN NUÔI" KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Hệ đào tạo : Chính quy Chuyên ngành : Công nghệ sinh học Lớp : K42 - CNSH Khoa : CNSH - CNTP Khóa học : 2010 - 2014 Giảng viên hướng dẫn : 1. GS.TS Nguyễn Quang Tuyên Viện Khoa học Sự sống - Đại học Thái Nguyên 2. TS. Dương Văn Cường Khoa CNSH & CNTP – Đại học Nông Lâm Thái Nguyên Thái Nguyên, năm 2014 LỜI CẢM ƠN Trong quá trình học tập và nghiên cứu để hoàn thành khóa luận tốt nghiệp tôi đã nhận được sự hướng dẫn, giúp đỡ và động viên của thầy cô, bạn bè và gia đình. Nhân dịp hoàn thành khóa luận tốt nghiệp: Trước hết, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới GS. TS Nguyễn Quang Tuyên – Viện khoa học sự sống – ĐH Thái Nguyên đã trực tiếp hướng dẫn, chỉ bảo tôi trong suốt quá trình thực hiện và hoàn thành khóa luận này. Xin chân thành cảm ơn TS. Dương Văn Cường và các cán bộ của Khoa CNSH & CNTP Đại học Nông Lâm Thái Nguyên đã nhiệt tình giúp đỡ chỉ bảo tôi. Xin chân thành cảm ơn ThS. Đỗ Bích Duệ và tất cả các cán bộ Bộ môn Vi sinh – Viện khoa học sự sống – Đại học Thái Nguyên đã tạo mọi điều kiện giúp đỡ tôi hoàn thành khóa luận này. Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy cô, bạn bè đã giúp đỡ động viên tôi trong suốt quá trinh hoàn thành khóa luận. Lời cảm ơn sâu sắc nhất tôi xin dành cho gia đình và những người thân yêu. Thái Nguyên, tháng 6 năm 2014 Sinh viên Trần Trung Kiên DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT Chữ viết tắt Chú thích VSV Vi sinh vật XK Xạ khuẩn CFU Colony Forming Unit (Đơn vị đo khuẩn lạc) CTR Chất thải rắn DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 2.1. Danh muc chế phẩm sinh học được lưu hành trong xử lý chất thải tại Việt Nam 16 Bảng 3.1. Các thiết bị sử dụng trong nghiên cứu 20 Bảng 3.2. Các hóa chất sử dụng trong nghiên cứu 21 Bảng 3.3. Môi trường Gause I lỏng 21 Bảng 3.4. Môi trường Gause I 22 Bảng 4.1. Kết quả lượng sinh khối khô thu được 28 Bảng 4.2. Kết quả xác định ảnh hưởng của môi trường lên hoạt tính enzym của các chủng xạ khuẩn 29 Bảng 4.3. Kết quả xác định ảnh hưởng của nhiệt độ tới sinh trưởng 2 chủng XK 31 Bảng 4.4. Kết quả xác định ảnh hưởng của nhiệt độ lên hoạt tính enzym của các chủng xạ khuẩn 32 Bảng 4.5. Kết quả xác định ảnh hưởng của pH lên sinh trưởng của các chủng xạ khuẩn nghiên cứu 34 Bảng 4.6. Kết quả xác định ảnh hưởng của pH lên hoạt tính enzyme của các chủng xạ khuẩn 35 Bảng 4.7. Kết quả xác định ảnh hưởng của nồng độ muối lên sinh trưởng của các xạ khuẩn 37 Bảng 4.8. Kết quả xác định ảnh hưởng của nồng độ muối lên hoạt tính enzyme của các chủng xạ khuẩn 38 Bảng 4.9. Kết quả xác định ảnh hưởng của nồng độ oxy lên sinh trưởng của 2 chủng xạ khuẩn 40 Bảng 4.10. Kết quả xác định ảnh hưởng của nồng độ oxy lên hoạt tính enzyme của các chủng xạ khuẩn 41 Bảng 4.11. Kết quả xác định ảnh hưởng của nguồn cacbon lên sinh trưởng của các chủng xạ khuẩn 43 Bảng 4.12. Kết quả xác định ảnh hưởng của nguồn cacbon lên hoạt tính enzym của các chủng xạ khuẩn 44 Bảng 4.13. Kết quả xác định ảnh hưởng của nguồn nitơ lên sinh trưởng của các chủng xạ khuẩn 46 Bảng 4.14. Kết quả xác định ảnh hưởng của nguồn nitơ lên hoạt tính enzyme của các chủng xạ khuẩn 47 Bảng 4.15. Kết quả nghiên cứu động học lên men của chủng xạ khuẩn T1 49 Bảng 4.16. Kết quả nghiên cứu động học lên men của chủng xạ khuẩn T4 51 Bảng 4.17. Kết quả số khuẩn lạc trung bình (pha loãng 10 -6 ) của chủng xạ khuẩn T1 53 Bảng 4.18. Kết quả số khuẩn lạc trung bình (pha loãng 10 -6 ) của chủng xạ khuẩn T4 53 DANH MỤC HÌNH VÀ ĐỒ THỊ Hình 4.1. Kết quả lượng sinh khối khô thu được 28 Hình 4.2. Kết quả xác định ảnh hưởng của môi trường lên hoạt tính enzyme của các chủng xạ khuẩn 30 Hình 4.3. Kết quả xác định ảnh hưởng của nhiệt độ lên sinh trưởng 32 Hình 4.4. Kết quả xác định ảnh hưởng của nhiệt độ lên hoạt tính enzyme của các chủng XK 33 Hình 4.5. Kết quả xác định ảnh hưởng của pH lên sinh trưởng của 2 chủng XK 35 Hình 4.6. Kết quả xác định ảnh hưởng của pH lên hoạt tính enzyme của các chủng xạ khuẩn 36 Hình 4.7. Kết quả xác định ảnh hưởng của nồng độ muối lên sinh trưởng 2 chủng XK 37 Hình 4.8. Kết quả xác định ảnh hưởng của nồng độ muối lên hoạt tính enzyme của các chủng xạ khuẩn 39 Hình 4.9. Kết quả xác định ảnh hưởng của nồng độ oxy lên sinh trưởng của 2 chủng xạ khuẩn 40 Hình 4.10. Kết quả xác định ảnh hưởng của nồng độ oxy lên hoạt tính enzyme của các chủng xạ khuẩn 42 Hình 4.11. Kết quả xác định ảnh hưởng của nguồn cacbon lên sinh trưởng của các chủng xạ khuẩn 43 Hình 4.12. Kết quả xác định ảnh hưởng của nguồn cacbon lên hoạt tính enzym của các chủng xạ khuẩn 45 Hình 4.13. Kết quả xác định ảnh hưởng của nguồn nitơ lên sinh trưởng của các chủng xạ khuẩn 47 Hình 4.14. Kết quả xác định ảnh hưởng của nguồn nitơ lên hoạt tính enzyme của các chủng xạ khuẩn 48 Hình 4.15. Kết quả nghiên cứu động học lên men của chủng xạ khuẩn T1 50 Hình 4.16. Kết quả nghiên cứu động học lên men của chủng xạ khuẩn T4 51 Hình 4.17. Tính đối kháng của các chủng xạ khuẩn nghiên cứu 52 MỤC LỤC PHÂN 1: MỞ ĐẦU 1 1.1. Đặt vấn đề 1 1.2. Mục đích nghiên cứu 2 1.3. Ý nghĩa của đề tài 3 1.3.1 Ý nghĩa khoa học 3 1.3.2. Ý nghĩa thực tiễn 3 PHẦN 2 TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU 4 2.1. Tổng quan về xạ khuẩn 4 2.1.1. Định nghĩa 4 2.1.2. Vị trí phân loại và sự phân bố của xạ khuẩn trong tự nhiên 4 2.1.3. Đặc điểm sinh học của xạ khuẩn 5 2.1.4. Hình thái, kích thước và cấu tạo tế bào 5 2.1.5. Bào tử và sự hình thành bào tử của xạ khuẩn 6 2.1.6. Đặc điểm các quá trình trao đổi cacbon, nitơ và một số yếu tố ảnh hưởng đến quá trình sinh trưởng và sinh enzyem của xạ khuẩn. 7 2.1.7. Một số yếu tố ảnh hưởng đến quá trình sinh trưởng và sinh enzyem của xạ khuẩn. 8 2.2. Đại cương về công nghệ lên men 8 2.2.1. Giai đọan nhân giống 9 2.2.2. Lên men và điều khiển quá trình lên men 9 2.2.3. Khống chế bọt 10 2.2.4. Thu hồi sản phẩm lên men 11 2.3.Enzyme ngoại bào và một số ứng dụng 11 2.4. Tổng quan về chất thải chăn nuôi. 13 2.4.1 Đặc điểm của chất thải chăn nuôi . 13 2.4.2. Tình hình xử lý chất thải chăn nuôi. 13 2.5. Chế phẩm xử lý chất thải 16 2.5.1. Khái niệm chế phẩm xử lý chất thải 16 2.5.2. Tính đối kháng của các chủng vi sinh vật trong chế phẩm 19 PHẦN 3 VẬT LIỆU, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 20 3.1. Thời gian và địa điểm nghiên cứu 20 3.2. Vật liệu nghiên cứu 20 3.2.1. Đối tượng nghiên cứu: Chủng Streptomyces sp. T1 và Streptomyces sp. T4 được Viện Khoa học sự sống cung cấp . 20 3.2.2. Thiết bị và hóa chất sử dụng 20 3.2.3. Môi trường nghiên cứu 21 3.3. Phương pháp nghiên cứu 22 3.3.1. Phương pháp lựa chọn môi trường lên men thích hợp 22 3.3.2. Phương pháp đánh giá ảnh hưởng của các yếu tố tới khả năng sinh trưởng của chủng xạ khuẩn 23 3.3.3. Phương pháp đánh giá ảnh hưởng của các yếu tố tới khả năng sinh enzyme và hoạt tính enzyme 23 3.3.4. Phương pháp xác định yếu tố ảnh hưởng đến khả năng sinh trưởng phát triển của xạ khuẩn 24 3.4. Lên men trên thiết bị Infors HT (Switzerland) và tạo chế phẩm 26 3.5. Phương pháp nghiên cứu tính đối kháng 27 3.6. Phương pháp lựa chọn chất mang phù hợp 27 Chương 4 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 28 4.1. Nghiên cứu lựa chọn môi trường lên men thích hợp 28 4.2. Kết quả xác định một số yếu tố ảnh hưởng tới sinh trưởng và sinh enzyme của 2 chủng xạ khuẩn 31 4.2.1. Ảnh hưởng của nhiệt độ: 31 4.2.2. Ảnh hưởng của giá trị pH 34 4.2.3. Ảnh hưởng của nguồn cacbon 43 4.2.4. Ảnh hưởng của nguồn nitơ 46 4.3. Động thái sinh trưởng và sinh tổng hợp cellulase, amylase, protease của các chủng xạ khuẩn 49 4.4.Kết quả khả năng đối kháng của 2 chủng xạ khuẩn 52 4.5. Kết quả tỷ lệ phối trộn chất mang 53 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 54 1. Kết luận 54 2. Kiến nghị: 54 TÀI LIỆU THAM KHẢO 55 1 PHÂN 1: MỞ ĐẦU 1.1. Đặt vấn đề Công nghệ sinh học ngày nay đang phát triển nhanh chóng đặc biệt là việc nghiên cứu và khai thác các ứng dụng vô cùng to lớn của vi sinh vật, mang lại nhiều lợi ích đáng kể đối với nền kinh tế quốc dân. Việt Nam là nước nằm trong vùng nhiệt đới có khí hậu nóng ẩm, rất thuận lợi cho sự phát triển của vi sinh vật một cách phong phú và đa dạng như nấm sợi, vi khuẩn, xạ khuẩn Trong đó, xạ khuẩn với số lượng rất lớn và phân bố ở nhiều vùng sinh thái khác nhau, chúng có vai trò quan trọng trong vòng tuần hoàn vật chất năng lượng của các hệ sinh thái . Đặc biệt là khả năng tạo ra các sản phẩm thứ cấp có giá trị sử dụng cao như các enzyme thủy phân hợp chất cao phân tử, chất kháng sinh và nhiều hợp chất y dược khác. Việt Nam là một nước nông nghiệp, trong đó ngành chăn nuôi giữ một vai trò quan trọng. Tuy nhiên, các hoạt động chăn nuôi gia súc, gia cầm luôn tiềm ẩn nguy cơ gây ô nhiễm môi trường rất cao do đặc thù về nguồn chất thải chăn nuôi chưa qua xử lý hay xử lý không đúng cách. Hầu hết các trang trại chăn nuôi đều nằm gần khu dân cư gây ô nhiễm môi trường, ảnh hưởng tới đời sống, sức khỏe người dân.Việc xử lý chất thải đã được đặt ra và thực hiện từ rất lâu với nhiều biện pháp khác nhau như: chôn lấp; đốt; đổ ra sông, hồ, biển Tất cả những biện pháp xử lý trên đều bất tiện, gây ảnh hưởng xấu tới môi trường sinh thái [14]. Trong những năm gần đây do sự phát triển của khoa học kỹ thuật nền nông nghiệp Việt nam đã có những bước tiến lớn trong việc bảo vệ môi trường cũng như áp dụng khoa học kỹ thuật vào sản suất. Một số phương pháp khoa học như công nghệ xử lý chất thải vật nuôi bằng hầm Bioga hay việc ra đời các loại chế phẩm sinh học mang lại hiệu quả rất khả quan như chế phẩm vi sinh AT-YTB,WEVIRO, được ứng dụng rất rộng rãi. Đóng góp to lớn vào sự thành công của các chế phẩm đó chính là những tác dụng ưu việt của xạ khuẩn có trong thành phần của mỗi gói chế phẩm sinh học có khả năng sinh tổng hợp các enzyme phân giải xelluloza, proteaza, amylaza Viện Khoa học sự sống- Đại học Thái Nguyên đã phân lập, nghiên cứu đặc điểm sinh học, phân loại và đăng ký thành công trên Genbank 2 chủng [...]... Streptomyces sp T4 làm cơ sở sản xuất chế phẩm sinh học sử dụng trong xử lý chất thải chăn nuôi” Với mục tiêu nghiên cứu ảnh hưởng của điều kiện nuôi cấy lên sinh trưởng và sinh enzyme của các chủng xạ khuẩn nhằm tăng cao hiệu suất quá trình lên men để thu sinh khối tế bào tạo chế phẩm sinh học Đề tài này được thực hiện thành công sẽ góp phần rất lớn trong việc nâng cao hiệu quả sản xuất chế phẩm sinh học, tiết... sinh học hay các bể nhân tạo để xử lý [14] 16 2.5 Chế phẩm xử lý chất thải 2.5.1 Khái niệm chế phẩm xử lý chất thải Chế phẩm xử lý chất thải là một loại chế phẩm sinh học bao gồm tập hợp các chủng vi sinh vật có khả năng phân hủy và xử lý chất thải tạo thành các chất ít hoặc không gây ô nhiễm môi trường [10] Viện Công nghệ Môi trường, Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam đã nghiên cứu cho ra chế phầm... STT Tên chế phẩm Sagi Bio 9 Chế phẩm sinh học Sagi Bio-1 Chế phẩm 10 sinh học Sagi Bio-2 Công dụng các chất hữu cơ, làm nguyên liệu cho sản xuất phân bón hữu cơ, cạnh tranh dinh dưỡng và ức chế vi sinh vật gây bệnh trong chất thải, giảm phát sinh mùi hôi - Xử lí mùi môi trường chuồng trại chăn nuôi và bãi chôn lấp chất thải, cạnh tranh dinh dưỡng và ức chế vi sinh vật gây bệnh trong chất thải - Làm tăng...2 Streptomyces sp T1 và Streptomyces sp T4 Đặc biệt 2 chủng xạ khuẩn này có khả năng sinh enzyme ngoại bào cao, hoạt tính mạnh và đang tiếp tục nghiên cứu để sản xuất chế phẩm sinh học sử dụng trong xử lý chất thải chăn nuôi Trong đó tối ưu hóa động thái lên men là một giai đoạn nghiên cứu quan trọng trong sản xuất chế phẩm Mục đích của giai đoạn này là lựa chọn được... Tài nguyên và Môi trường công bố danh mục chế phẩm sinh học được lưu hành trong xử lý chất thải tại Việt Nam được cập nhật đến ngày 24/2/2014như sau: Bảng 2.1 Danh mục chế phẩm sinh học được lưu hành trong xử lý chất thải tại Việt Nam [18] (Danh mục được cập nhật đến ngày 24/2/2014) Ghi chú STT 1 2 Tên chế phẩm Tên cơ sở Tên cơ sở đăng ký lưu sản xuất hành Công ty - Khử mùi hôi thối, TNHH xuất Korea... hệ thống lên men với mong muốn thu được lượng sinh khối cao, hoạt tính enzyme mạnh, tiết kiệm thời gian, chi phí, góp phần sản xuất hiệu quả chế phẩm sinh học Nhận thấy vai trò, tính cấp thiết của giai đoạn này, được sự đồng ý của Khoa CNSH-CNTP, thầy giáo hướng dẫn và cơ sở thực tập nên tôi tiến hành nghiên cứu đề tài với nội dung: Khảo sát động thái lên men của chủng Streptomyces sp T1 và Streptomyces. .. khoa học, ứng dụng sản xuất 1.3.2 Ý nghĩa thực tiễn - Làm cơ sở để sản xuất chế phẩm sinh học xử lý chất thải chăn nuôi 4 PHẦN 2 TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU 2.1 Tổng quan về xạ khuẩn 2.1.1 Định nghĩa Xạ khuẩn (Actinomycetes) là một nhóm vi khuẩn thật (Eubacteria) phân bố rộng rãi trong tự nhiên Hầu hết xạ khuẩn thuộc nhóm Gram dương, hiếu khí và sống hoại sinh Xạ khuẩn có khả năng sản sinh nhiều sản phẩm. .. cơ chất và tạo ra những phần nhỏ Chính vì tính chất trên mà protease được 13 sử dụng để xử lý các loại phế thải chứa protein góp phần hạn chế ô nhiễm môi trường [2] 2.4 Tổng quan về chất thải chăn nuôi 2.4.1 Đặc điểm của chất thải chăn nuôi Mỗi năm ngành chăn nuôi gia súc gia cầm thải ra hàng chục triệu tấn chất thải, với phương thức sử dụng phân chuồng, thức ăn thừa và nước thải không qua xử lý, xả... pháp xử lý sinh học: Phương pháp này dựa trên sự hoạt động của các vi sinh vật có khả năng phân hủy các chất hữu cơ Các vi sinh vật sử dụng các chất hữu cơ và các chất khoáng làm nguồn dinh dưỡng và tạo năng lượng Tùy theo từng nhóm vi khuẩn mà sử dụng là hiếu khí hay kỵ khí mà người ta thiết kế các công trình khác nhau và phụ thuộc vào khả năng tài chính, diện tích đất mà người ta có thể sử dụng hồ sinh. .. CPSHMT và Kỹ thuật Beloit, Vạn Lâm Wiscosin 53511, USA) - Phân hủy nhanh các chất hữu cơ, xử Chế phẩm lý mùi hôi chuồng 49/LH12 EMUNIV trại, bãi chôn lấp CPSHMT dạng dịch chất thải, xử lý Công ty Cổ nước thải và nước Công ty Cổ phần vi sinh phần vi ao nuôi thủy sản sinh Ứng Ứng dụng - Phân hủy nhanh dụng các chất hữu cơ, xử Chế phẩm lý mùi hôi chuồng 50/LH13 EMUNIV trại, bãi chôn lấp CPSHMT dạng bột chất . tài với nội dung: Khảo sát động thái lên men của chủng Streptomyces sp. T1 và Streptomyces sp. T4 làm cơ sở sản xuất chế phẩm sinh học sử dụng trong xử lý chất thải chăn nuôi . Với mục tiêu. về chất thải chăn nuôi. 13 2.4.1 Đặc điểm của chất thải chăn nuôi . 13 2.4.2. Tình hình xử lý chất thải chăn nuôi. 13 2.5. Chế phẩm xử lý chất thải 16 2.5.1. Khái niệm chế phẩm xử lý chất. LÊN MEN CỦA CHỦNG Streptomyces sp. T1 VÀ Streptomyces sp. T4 LÀM CƠ SỞ SẢN XUẤT CHẾ PHẨM SINH HỌC SỬ DỤNG TRONG XỬ LÝ CHẤT THẢI CHĂN NUÔI" KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Hệ đào tạo :