Báo cáo mơn Q trình thiết bị cơng nghệ sinh học Đề tài: Sản xuất thuốc trừ sâu sinh học từ vi khuẩn Bacillusthuringiensis (Bt) A/ Dàn ý I/ Mở đầu II/ Tổng quan thuốc trừ sâu sinh học: 1/ Thuốc trừ sâu sinh học gì? 2/ Ưu nhược điểm thuốc trừ sâu sinh học III/ Sản xuất thuốc trừ sâu sinh học vi khuẩn Bt: 1/ Giới thiệu Bt 2/ Cơ chế gây độc Bt sâu hại 3/ Môi trường nuôi cấy chủng Bt 4/ Phương pháp sản xuất chế phẩm thuốc trừ sâu Bt 5/ Quy trình công nghệ sản xuất thuốc trừ sâu Bt 6/ Một số tác nhân ảnh hưởng đến trình sản xuất IV/ Tổng quan thiết bị sử dụng sản xuất thuốc trừ sâu sinh học Bt V/ Những ưu điểm hạn chế thuốc trừ sâu Bacillus thurigiensis VI/ Tài liệu tham khảo GVHD : Phạm Trần Vĩnh Phú Page Báo cáo mơn Q trình thiết bị công nghệ sinh học MỞ ĐẦU : Từ năm 50 kỉ trước, người ta sử dụng thuốc trừ sâu hóa học – hợp chất clo phosphor hữu cơ, có tác dụng tiêu diệt sâu bệnh, tiêu diệt muỗi hữu hiệu có tính kinh tế Tuy nhiên, năm gần đây, sử dụng loại thuốc gây ảnh hưởng to lớn đến xã hội sức khỏe người : sau thời gian sử dụng thuốc, không tiêu diệt hết sâu hại mà cịn có nhiều thêm sâu hại quen dần có dấu hiệu “ nhờn thuốc ” Từ đó, tồn dư chất độc hại đất ngày cao, đất đai bị thối hóa dần, dinh dưỡng bị cân đối, cân hệ sinh thái đất, hệ vi sinh vật đất bị phá hủy, dẫn đến tồn dư chất độc sản phẩm lương thực- thực phẩm, ảnh hưởng đến sức khỏe đến người vật ni : tình trạng bị ngộ độc thực phẩm tăng cao, sinh nhiều bệnh tật ảnh hưởng tới hệ sau Chính lí đó, xu hướng quay trở lại nông nghiệp hữu với việc tăng cường sử dụng thuốc trừ sâu sinh học ( chế phẩm sinh học ), phân bón hữu canh tác trồng xu hướng chung toàn cầu Việc sử dụng tác nhân sinh học virut, vi khuẩn, vi nấm hay hợp chất tự nhiên có hoạt tính sinh học mạnh để phịng trừ sâu bệnh cho trồng hữu ích cần thiết : đó, thuốc trừ sâu vi sinh lựa chọn I/ TỔNG QUAN VỀ THUỐC TRỪ SÂU SINH HỌC Thuốc trừ sâu sinh học gì? Thuốc trừ sâu sinh học bao gồm loại chế phẩm có nguồn gốc sinh học Chúng nuôi cấy môi trường dinh dưỡng khác theo phương pháp thủ công, bán thủ công phương pháp lên men công nghiệp để tạo chế phẩm có chất lượng cao, có khả phịng trừ lồi sâu bọ gây hại trồng nơng, lâm nghiệp Thuốc trừ sâu sinh học chia thành nhóm : - Nhóm vi sinh: thành phần thuốc bao gồm vi sinh vật sống nấm, vi khuẩn, virus, tuyến trùng, chúng dạng bào tử hay nang thời gian định Các vi sinh vật phát triển ký sinh vật chủ gặp điều kiện thuận lợi Ví dụ : thuốc trừ sâu Bt, nấm trichoderma… - Nhóm độc tố kháng sinh: thuốc BVTV sinh học tạo môi trường nuôi cấy vi sinh vật, gồm chất gây độc( độc tố) chất tác động lên hoạt động sống tế bào ( kháng sinh ) Ví dụ : Kasugamycin, Streptpmycin…( kháng sinh); Avermectin, spinosad…( độc tố ) - Nhóm thảo mộc : thuốc BVTV sinh học tạo q trình tách chiết thực vật có hiệu lực cao phong phú nguồn nguyên liệu dồi Ví dụ : thuốc lá, bột tỏi, saponin… - Nhóm nguồn gốc sinh học khác : thuốc BVTV bào chế từ nguồn sinh học khác vỏ tôm cua( chitosan), axitamin từ thủy phân protein, dầu khoáng… GVHD : Phạm Trần Vĩnh Phú Page Báo cáo mơn Q trình thiết bị công nghệ sinh học Ưu nhược điểm thuốc trừ sâu sinh học : a Ưu điểm : - Ngăn chặn sâu, bệnh, côn trùng hại cách hiệu mà không làm ảnh hưởng tới trồng - Đồng hóa chất dinh dưỡng góp phần tăng suất đạt hiệu chất lượng nông sản phẩm - Không làm hại kết cấu đất, không làm chai đất, thối hóa đất mà cịn góp phần tăng độ phì nhiêu cho đất - Khơng gây ảnh hưởng tiêu cực đến sức khỏe người, vật nuôi, trồng, đảm bảo cân sinh thái - Hiệu thuốc vi sinh vật thường kéo dài chúng không tiêu diệt lứa sâu phá hoại mà lan truyền cho hệ - Sử dụng hợp lý phương pháp, kĩ thuật điều kiện khí hậu thích hợp mang lại hiệu kĩ thuật cao b Nhược điểm : - Tác dụng thuốc trừ sâu sinh học lên sâu bệnh tương đối chậm so với thuốc trừ sâu hóa học.( phải có thời gian ủ bệnh) - Việc bảo quản yêu cầu nghiêm ngặt - Giá thành cao, thời gian tác dụng lâu , dẫn đến hiệu lực khơng nhanh thuốc hóa học nên người dân khơng nhìn thấy nên chậm đưa vào sản xuất diện rộng Nhưng so với ưu điểm to lớn th́ì nhược điểm thuốc sinh học nhỏ hồn tồn khắc phục V́ì vậy, thuốc trừ sâu sinh học ngày khai thác sử dụng nhiều Ở nước ta, chế phẩm Bt đă biết đến tương đối lâu, có nhiều chế phẩm đă đăng kí sử dụng Yêu cầu ngày có nhiều nơng sản thực phẩm an tồn phục vụ đời sống điều kiện quan trọng thúc đẩy phát triển thuốc sinh học.[10,11] II/ SẢN XUẤT THUỐC TRỪ SÂU SINH HỌC BẰNG VI KHUẨN BACILLUS THURINGIENSIS 1/Giớithiệu Bt: Bt trực khuẩn gram dương, hiếu khí khơng bắt buộc , có kích thước 3-6µm, có phủ tiêm mao khơng dày, tế bào đứng riêng lẽ xếp thành chuỗi Nhu cầu dinh dưỡng Bt không cao, chất dinh dưởng chủ yếu protein động vật, ngồi cịn chúng phát triển nguồn nitơ, cacbon, muối hứu Bt sinh trưởng tốt điều kiện nhiệt độ khoảng từ 12-40°C, nhiệt độ tối ưu từ 27-32°C, nhiệt độ thấp sinh trưởng chậm, nhiệt độ cao từ 35-40°C sinh trưởng nhanh chóng lão hóa Bt thích hợp với pH kiềm khoảng từ 6-8 Bt có số phản ứng sinh hóa: GVHD : Phạm Trần Vĩnh Phú Page Báo cáo mơn Q trình thiết bị công nghệ sinh học + Làm ngưng kết sữa +trong đường glucose, fructose, glycerol, tinh bột , mantose hình thành acid +có phản ứng dương với metyl đỏ +có tác dụng hịa tan mơi trường huyết ngựa agar +có thể mọc muối xianat, khử muối nitrate thành nitrit, khử muối sulphat, sản sinh emzyme phospholypase.[4,5,6] 2/ Độc tính chế gây độc Bt: a) Độc tính:[5,6,7] Có nhóm độc tính là:+ chất độc tinh thể mã hóa gen Cry khác + chất độc phân giải tế bào Cyt Hai loại tác động riêng lẽ kết hợp với làm tăng độc tính tinh thể Nhóm độc tố phân giải tế bào vi khuẩn tiết gồm: Ngoại độc tố α (alpha-extoxin): enzyme phospholipase tiết trước bào tử tinh thể độc hình thành gây phân hủy mô thể côn trùng bị tác động.( phù hợp với lồi ong xẻ có pH đường ruột phù hợp với tác động enzyme) Ngoại độc tố β (beta-entoxin): loại ngoại độc tố Bt nghiên cứu kĩ nhất, độc tố bền với nhiệt, tạo trước tinh thể độc hình thành, trước tạo thành bào tử Tác động kìm hãm nucleotide DNA- polymerase phụ thuộc DNA, enzyme gắn với ATPvà dẫn tới việc ngưng tổng hợp RNA; tác dụng cộng hưởng với nội độc tố δ – endotoxyn, sau nội độc tố δ – endotoxyn có tác dụng gây đập vỡ phá hủy hồn tồn biểu mơ ruột trùng mẫn cảm, ngoại độc tố nhanh chóng xâm nhập vào huyết tương máu tới quan gây thay đổi sinh lý dẫn tới chết nhanh chóng ấu trùng Ngoại độc tố γ: loại phospholipase tác động lên phospholipid giải phóng axit béo, phá hủy mô tế bào, loại độc tố tan nước Tinh thể độc: Nội độc tố δ (delta-endotoxin) : gồm chủ yếu glutamic, asparaginic ( 20%) Tinh thể độc Cry tạo với liều lượng lớn nhiều so với chất độc Cyt, tác nhân hiệu gây độc cho côn trùng Tinh thể độc khơng thể hịa tan trong, chất hữu hịa tan dung dịch kiềm Có 50 gen mã hóa cho protein tinh thể độc Nội độc tố δ có vùng chức năng: - Vùng I: bó gồm chuỗi xoắn α, vài chuỗi tất chuỗi cài vào màng tế bào ruột, tạo lỗ -> ion qua lại tự GVHD : Phạm Trần Vĩnh Phú Page Báo cáo môn Q trình thiết bị cơng nghệ sinh học - Vùng II: chứa dãi β không song song tương tự vùng gắn kháng nguyên globulin miễn dịch, vùng có chức gắn với thụ thể bề mặt tế bào biểu mô ruột - Vùng III: bảo vệ độc tố hoạt hóa khỏi bị phân hủy protease ruột b) Cơ chế gây độc Bt: [5] A: Sâu ăn có vi khuẩn tinh thể độc bào tử xâm nhập vào thể sâu, điều kiện bình thường bào tử khơng tan nước B: Q trình hịa tan tinh thể hoạt hóa chất độc xảy ruột nơi có pH kiềm, tinh thể độc tan tạo tiền độc tố làm cho protease ruốt sâu hoạt hóa thành dạng hoạt động độc tố δ C: Độc tố liên kết với thụ thể tế bào mô ruột đâm qua màng tạo thành lỗ xuyên màng cân ion nội bào biểu bì mơ tế bào nội mơ bị phân giải sâu ngừng ăn chết đói D: Lỗ xuyên màng xuất thành ruột pH ruột giảm xuống pH nội mô huyết tương cho phép bào tử nảy mầm, xâm chiếm vật chủ gây chết 3/ Mơi trường sử dụng Bt phát triển nhiều loại môi trường khác Môi Bột trường CaCl2: MgSO4: KH2PO4: 1g Nước: 1000ml GVHD : Phạm Trần Vĩnh Phú sản đậu bột xuất để chế tương: ngô: nuôi phẩm Bt: Bt 20g 10g 0,01g 0,05g Page Báo cáo mơn Q trình thiết bị cơng nghệ sinh học pH trùng Môi trường glucose: pepton: KH2PO4: MgSO4: Nước cất: trùng 121˚C/ 30 phút = 121˚C/ 7.8 phút 30 nhân giống 1000mlpH = : 15g 10g 7g 0,5g 7,2 4/ Phương pháp sản xuất (lên men) chế phẩm thuốc trừ sâu sinh học Bt:[7,8] Hiện có dạng lên men để sản xuất sinh khối cho việc tạo chế phẩm thuốc trừ sâu sinh học là: lên men bề mặt, lên men chìm sau bảng so sánh phương pháp lên men nhằm chọn lựa phương pháp lên men tối ưu cho việc sản xuất chế phẩm thuốc trừ sâu Bt Lên men chìm Lên men bề mặt Địi hỏi trang thiết bị kĩ thuật cao, dễ bị Không cần thiết bị phức tạp, chủ yếu nuôi nhiễm trùng tồn Vì vậy, thiết khay buồng ni giữ nhiệtđộ bị lên men chìm cần phải chế tạo đặc độ ẩm thích hợp Khơng địi hỏi vô trùng biệt cẩn thận, chịu áp lực cao, địi hỏi kín tuyệt đối, loại bỏ phần nhiễm làm việc với điều kiện vô trùng tuyệt trùng, phần khác dùng đối, bị nhiễm hư hỏng tồn phải bỏ hồn tồn Tốn mặt phẳng xây dựng lắp đặt Tốn diện tích bề mặt dây chuyền Các thiết bị lên men dể khí hóa, tự động Khó khí hóa, đặc biệt khó tự động hóa hóa cho tồn q trình tồn q trình Chỉ tổ chức xí nghiệp có sản lượng nhỏ Dể tổ chức xí nghiệp có sản lượng lớn Các chi phí điện năng, nhân lực Chi phí nhân cơng, điện nước cho sản phẩm khoảng phụ cho đơn vị=> chi phí cao cho sản phẩm thấp Mặc dù phương pháp lên men chìm địi hỏi độ trung kĩ thuật cao chế phẩm thuốc trừ sâu sinh học Bt sản xuất với khối lượng lớn nên yêu cầu lượng, nhân lực, diện tích cần thiết nên nhóm chúng em chọn phương pháp lên men chìm Vì cần đảm bảo q trình sản xuất điều kiên vơ trùng để sản phẩm đạt chất lượng tốt GVHD : Phạm Trần Vĩnh Phú Page Báo cáo môn Quá trình thiết bị cơng nghệ sinh học 5/ Quy trình cơng nghệ sản xuất thuốc trừ sâu Bt : Các chất dinh dưỡng Nguyên liệu Xử lí nguyên liệu Giống VK chủng B.thuringiensis 3,4 Chuẩn bị môi trường Thanh trùng Nhân giống cấp I (Nồi men 10-50l) 3% giống Thiết bị nghiền trục Băng tải Nồi trung hòa – đảo trộn Thiết bị trùng dạng Thùng chứa Thiết bị lên men chìm Thiết bị siêu lọc Thiết bị ly tâm dạng đĩa Thiết bị đóng chai Nhân giống cấp II (Nồi men 500-5000l) 48h Kích thích lên men T=30˚C Thu sinh khối Đóng chai bảo quản Chất phụ gia Ly tâm Sơ đồ quy trình sản xuất chế phẩm thuốc trừ sâu sinh học vi khuẩn B.thuringiensis 6/ Một số yếu tố ảnh hưởng đến trình lên men: Trong trình lên men vi khuẩn B.thuringiensis có ảnh hưởng yếu tố nhiệt độ, pH môi trường canh trường phát triển, nồng độ hịa tan, thời gian ni cấy, kết cấu vật liệu thiết bị,…Các yếu tố định đến số lượng sinh khối chất lượng tinh thể độc sản sinh trình lên men Vì trình lên men, ồi ố lượng vi khuẩn tăng nhiệt lượng sản sinh lớn q trình hơ hấp vi khuẩn làm thay đổi nhiệt điều ức chế lại tốc độ sinh trưởng vi khuẩn Đồng thời pH nồng độ chất thay đổi theo Thời gian nuôi cấy yếu tố quan trọng cần ý để thu lượng sinh khối lớn Vì cần phải có biện pháp điểu chỉnh phù hợp yếu tố để thu chế phẩm mong đợi GVHD : Phạm Trần Vĩnh Phú Page Báo cáo mơn Q trình thiết bị cơng nghệ sinh học IV/ Tổng quan thiết bị sử dụng sản xuất thuốc trừ sâu sinh học Bt Theo quy trình sản xuất nhóm chọn thiết bị : thiết bị nghiền trục, băng tải, nồi trung hòa – đảo trộn, thiết bị trùng dạng tấm, thiết bị lên men chìm, thiết bị siêu lọc, thiết bị ly tâm dạng đĩa, thiết bị đóng chai Thiết bị nghiền trục [12] Tải FULL (file word 15 trang): bit.ly/2Ywib4t Dự phòng: fb.com/KhoTaiLieuAZ a.Công dụng: Các máy nghiền loại hai, ba hay nhiều trục dùng rộng rãi ngành công nghiệp để nghiền bột mì, bột ngơ, nghiền loại hạt làm bột bán thành phẩm, loại hạt có dầu để khai thác chất béo, làm thức ăn gia súc, làm bánh kẹo lên men b.Nguyên lý làm việc: nghiền nát vật liệu qua khe hẹp trục nghiền c.Hoạt động máy nghiền trục: Máy có hộp chứa liệu chung phân thành ngăn, ngăn có hình chóp 6, gắn với cấu thủy lực tự đọng điều chỉnh khe hở trục nghiền Hộp từ chứa liệu xuống, quay van chắn điều chỉnh đến cặp trục rãi liệu để rãi hạt thành lớp mỏng trục nghiền quay chậm Mỗi cặp trục nghiền 9, cặp trục nhẵn lắp dao cạo sạch, cặp trục nghiền xẻ rãnh lắp bàn chải cạo bề mặt trục Ở máy cịn lắp ống thơn áp 7, tay quay 10 để điều chỉnh tay khoảng cách khe nghiền Bằng cấu dẫn động kiểu xích mà thục nhiệm vụ truyền động cho trục nghiền quay nhanh trục nghiền quay chậm theo chiều ngược nhau, vừa đảm bảo điều chỉnh khoảng cách giũa hai trục nghiên cách dễ dàng.[12] GVHD : Phạm Trần Vĩnh Phú Page Báo cáo mơn Q trình thiết bị công nghệ sinh học Băng tải Nồi trung hòa – đảo trộn Tải FULL (file word 15 trang): bit.ly/2Ywib4t Dự phòng: fb.com/KhoTaiLieuAZ a.Nguyên tắc hoạt động: khơng khí theo đường ống vào ống khuếch tán chuyển đảo môi trường tạo hỗn hợp đảo pH môi trường điều chỉnh thong qua cửa b.Ưu điểm: + kết cấu cấu khuấy trộn đơn giản + ko tạo tiếng ồn +tách cấu tử dễ bay có ảnh hưởng xấu tới phát triển vsv + sản xuất thép ko gỉ nên chông chịu ăn mòn thiết bị + thiết bị trang bị đầy đủ cấu, dụng cụ c.Nhược: Phụ thuộc vào công suất nhà máy Thiết bị trùng dạng GVHD : Phạm Trần Vĩnh Phú Page Báo cáo mơn Q trình thiết bị cơng nghệ sinh học a Mục đích - Q trình trùng làm ðông tụ tách bỏ số hợp chất keo bền nhiệt, hợp chất dễ gây nghẹt trình siêu lọc (UF) tiếp theo, ðồng thời tiêu diệt ức chế vi sinh vật nhiễm b Biến đổi nguyên liệu: -Hóa lý: Một số hợp chất keo bền nhiệt bị đông tụ - Vi sinh: Các vi sinh vật nhiễm bán thành phẩm bị tiêu diệt ức chế c Thiết bị thông số kỹ thuật: 2275382 Cấu tạo: - Bộ phân thiết bị bảng hình chữ nhật có độ dày mỏng làm thép không gỉ ghép lại với nhau, có lỗ góc, hệ thống có rảnh khắp bề mặt để tạo chảy rối, tăng diện tích truyền nhiệt GVHD : Phạm Trần Vĩnh Phú Page 10 ... tính sinh học mạnh để phòng trừ sâu bệnh cho trồng hữu ích cần thiết : đó, thuốc trừ sâu vi sinh lựa chọn I/ TỔNG QUAN VỀ THUỐC TRỪ SÂU SINH HỌC Thuốc trừ sâu sinh học gì? Thuốc trừ sâu sinh học. .. 0,5g 7,2 4/ Phương pháp sản xuất (lên men) chế phẩm thuốc trừ sâu sinh học Bt: [7,8] Hiện có dạng lên men để sản xuất sinh khối cho vi? ??c tạo chế phẩm thuốc trừ sâu sinh học là: lên men bề mặt,... nghiệp Thuốc trừ sâu sinh học chia thành nhóm : - Nhóm vi sinh: thành phần thuốc bao gồm vi sinh vật sống nấm, vi khuẩn, virus, tuyến trùng, chúng dạng bào tử hay nang thời gian định Các vi sinh