Tối ưu hóa điều kiện thu sinh khối của vi khuẩn Bacillus ứng dụng tạo chế phẩm sinh học nuôi tôm

Các hệ thống xử lý ô nhiễm môi trường bằng các phương pháp sinh học 1. Hệ thống xử lý bằng phương pháp hiếu khí

Tác nhân tham gia vào quá trình này là vi khuẩn, nấm, xạ khuẩn bằng việc sử dụng bể sinh học Aroten hoặc các bể lọc sinh học[11]. - Bể lọc sinh học: là bể phản ứng sinh học trong đó vi sinh vật sinh trưởng và phát triển cố định trên một lớp màng bám trên các giá thể và nước thải được phân bố đều trên các giá thể.

Nguyên tắc lựa chọn các chủng vi sinh vật được chọn làm chế phẩm sinh học[17]

+ Có khả năng bám dính niêm mạc đường tiêu hóa và các mô khác của vật chủ, cạnh tranh vị trí bám với vi sinh vật gây bệnh, không cho chúng tiếp xúc trực tiếp với các cơ quan trong cơ thể. Không những thế, sản phẩm trao đổi chất của vi sinh vật probiotic còn cung cấp enzyme, các nguyên tố đa, vi lượng, giúp chúng sử dụng thức ăn hiệu quả hơn và do đó tăng trưởng tốt hơn.

Nhóm vi sinh vật thường được sử dụng trong chế phẩm sinh học

Ví dụ vi khuẩn probiotic có khả năng sinh siderphore, liên kết với ion sắt, làm cho vi sinh vật gây hại không sinh trưởng được vì thiếu sắt. + Có khả năng cải thiện chất lượng nước ao nuôi do sự hình thành hàng loạt enzyme phân giải các chất hữu cơ, làm giảm hàm lượng BOD, giảm các khí độc như: NH3, H2S.

Mục tiêu đạt được khi làm giảm ô nhiễm môi trường bằng vi sinh vật

→ Mỗi loại chất ô nhiễm có những chủng VSV riêng thực hiện quá trình phân giải nên muốn xử lý có hiệu quả cần phải chọn đúng chủng VSV thích hợp. Ngoài ra hoạt động sống của VSV phụ thuộc rất nhiều yếu tố vào môi trường như DO, pH, nhiệt độ… Cần nắm vững ảnh hưởng của các yếu tố này để tạo ra môi trường tối ưu cho VSV hoạt động [6].

Cơ chế phân giải các hợp chất trong tự nhiên của VSV [1]

Sau quá trình xử lý VSV chúng trở thành những chất vô cơ như NH4+, NO3- rất thích hợp cho cây trồng được bón vào đất. - lên men lactic đồng hình: tạo sản phẩm là glucoza-pyruvic-axit lactic - lên men lactic dị hình: cho sản phẩm axit lactic, axit acetic, rượu etylic.

Các đặc tính của Bacillus subtilis và Bacillus licheniformis 1. Đặc tính cơ bản của Bacillus subtilis

+ Trong quá trình sinh trưởng, phát triển và sự trao đổi chất Bacillus subtilis và Bacillus licheniformis có thể kìm hãm sự phát triển của các vi khuẩn gây bệnh thông qua cơ chế cạnh tranh oxy, dinh dưỡng, vị trí bám dính và sản sinh một loạt các chất kháng khuẩn, tiêu diệt các loài như Staphylococcus aureus, Candida albicans. Các chất kháng khuẩn này bào gồm riboflavin, Bacitracin, Iturins, polymyxin, nystatin, gramicidin (Bacillus subtilis) và Bacitracin (Bacillus licheniformis) nhanh chóng đi vào bộ phận tiêu hóa, sau khi vi khuẩn thích ứng và sinh sản, Bacillus subtilis, Bacillus licheniformis nhanh chóng phát triển làm cạn kiệt oxy tự do của môi trường, dẫn đến tình trạng thiếu oxy trong ruột thúc đẩy các vi khuẩn kỵ khí sinh lý đường ruột như Bifidobacterium, Lactobacillus, Peptostreptococcus, Bacteroides, tăng trưởng và sinh sản các chất như acid lactic và các axit hữu cơ khác, làm giảm giá trị. + Các vi khuẩn Bacillus subtilis và Bacilluslicheniformis có thể sản xinh ra nhiều loại enzym hoạt động, như protease, amylase, lipase, enzyme cellulase pectinase, glucanase, mà còn tạo ra một loạt các yếu tố enzyme và thúc đẩy các hoạt động của các enzym tiêu hóa ở động vật, và thúc đẩy sự tăng trưởng của vật nuôi để cải thiện việc sử dụng thức ăn.

Ứng dụng của vi khuẩn Bacillus

Mặt khác khi các vi khuẩn này tồn tại trong ao nuôi chúng sẽ phân hủy các thức ăn thừa của tôm, giúp cải thiện chất lượng ao nuôi tôm [15]. Nâng cao mức globulin miễn dịch và kháng thể, tăng cường miễn dịch trung gian tế bào và chức năng miễn dịch dịch thể, nâng cao khả năng miễn dịch của vật nuôi [20]. + Sự sinh trưởng và phát triển của VSV không những phụ thuộc vào thành phần dinh dưỡng trong môi trường nuôi cấy mà còn chịu ảnh hưởng của nhiều yếu tố: nhiệt độ, pH, oxy hòa tan…Một trong những đặc điểm quan trọng của Bacillus là khả năng chịu nhiệt, chịu axit, chịu kiềm.

Vai trò của quy hoạch thực nghiệm

+ Là tập hợp các tác động nhằm đưa ra chiến thuật làm thí nghiệm từ giai đoạn đầu đến giai đoạn kết thúc của quá trình làm thí nghiệm( từ nhận thông tin mô phỏng đến việc tạo mô hình toán, xác định các điều kiện tối ưu), trong điều kiện đã hoặc chưa hiểu biết đầy đủ về cơ chế của đối tượng[8]. - Nếu mô hình không thì tiến hành giai đoạn tiếp theo của thực nghiệm: làm những thí nghiệm mới, bổ sung để rồi nhận được mô hình phức tạp hơn ( ví dụ mô hình phi tuyến), kiểm tra mô hình mới cho đến khi đạt được mô hình hữu dụng. + Bằng các công cụ thống kê toán học, người ta xây dựng hoàn chỉnh các quy trình chuẩn theo các tiêu chuẩn thống kê để giải quyết các nhiệm vụ xác định tính tương hợp của mô hình tìm được, hiệu chỉnh dạng mô hình, kiểm tra tính đúng đắn của các giả thiết, các tiên đề mà từ đó tìm ra các mô hình.

Phần mềm quy hoạch thực nghiệm Design Expert

+ Mô hình thống kê thực ngiệm chỉ có thể sử dụng sau khi đã thỏa mãn các tiêu chuẩn thống kê ( Student và Fisher).

ĐỐI TƯỢNG VÀ VẬT LIỆU NGHIÊN CỨU 1. Đối tượng nghiên cứu

• Phương pháp tuyển chọn chủng có hoạt tính cao

Do vậy khi nhỏ I2 vào đĩa thạch xung quanh vùng thủy phân sẽ tạo thành vòng tròn thủy phân có màu môi trường trong suốt so với nền xanh đen xung quanh( do I2 kết hợp với tinh bột tạo thành). Do vậy khi nhỏ Lugol vào đĩa thạch xung quanh vùng thủy phân sẽ tạo thành 1 vòng tròn thủy phân có mầu môi trường trong suốt so với màu nâu xung quanh( do KI kết hợp với tinh bột tạo thành). → Hàm mục tiêu là hàm thể hiện kết quả mà người thực hiện phải đạt được- là tiêu chuẩn tối ưu dạng hàm, phụ thuộc vào các yếu tố đầu vào, giá trị của nó cho phép đánh giá chất lượng của 1 nghiên cứu.

Kết quả thử hoạt tính enzyme của các chủng

Đặt vấn đề công nghệ: xem xét công nghệ cần được giải quyết là gì và chọn ra những yếu tố ảnh hưởng chính. Xây dựng mối quan hệ giữa các yếu tố ảnh hưởng và hàm mục tiêu theo quy luật biết trước hoặc mô hình thống kê thực nghiệm. Tìm thuật giải: là phương pháp để tìm nghiệm tối ưu của các bài toán công nghệ trên cơ sở các mô tả toán học tương thích đã được thiết lập.

Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến sự sinh trưởng & phát triển của các chủng Bacillus subtilis ATCC 6633 và Bacillus licheniformis ATCC14580

Mặc dù khoảng giá trị pH mà vi khuẩn Bacillus có thể sống để sinh trưởng và phát triển được dao động rất rộng tử 6- 8,5 nhưng để tạo chế phẩm sinh học nuôi tôm chúng tôi vẫn tiến hành khảo sát giá trị pH thích nhất đối với các chủng này. → Nhận xét: Từ kết quả ở bảng, chúng tôi nhận thấy trong khoảng pH dao động từ 6-8 thì các chủng này đều phát triển rất tốt, ở môi trường có pH <6 hoặc pH >8 thì khả năng sinh trưởng của các chủng này giảm xuống. Điều này đồng nghĩa với việc khẳng định sự có mặt của vi khuẩn Bacillus trong chế phẩm là hợp lý, kết hợp với đặc tính phân hủy chất hữu cơ của chúng sẽ cải thiện hiệu quả môi trường nước nuôi tôm, góp phần ngăn chặn dịch bệnh cho tôm.

Để xác định ảnh hưởng của nồng độ peptone đến sự tạo thành sinh khối của vi khuẩn ta sẽ thay đổi thành phần peptone là 1g/l; 1,5g/l; 2g/l; 2,5g/l so với mẫu đối chứng là môi trường peptone –glucose chuẩn có hàm lượng peptone là 0g/l. + Chọn phương án quy hoạch: Phương án quy hoach trực giao cấp I chỉ biểu diễn sự tác động của các yếu tố ảnh hưởng đến hàm mục tiêu theo dạng tuyến tính, mặt khác khi số yếu tố ảnh hưởng tăng lên k ≥ 3, thì sự tác động đến hàm mục tiêu theo dạng phi tuyến ( tức là mặt cong- hay đáp ứng bề mặt) và sau khi tiến hành thí nghiệm , kiểm tra sự tương thích của mô hình với thực nghiệm thì trong trường hợp mô hình không tương thích, ta phải chuyển sang quy hoạch trực giao cấp II.