Chế phẩm sinh học lần đầu tiên được Fuller (1989) định nghĩa như sau: là thành phần thức ăn có cấu tạo từ vi khuẩn sống, có tác dụng hữu ích lên vật chủ qua việc cải thiện sự cân bằng vi khuẩn đường ruột của nó. Từ chế phẩm sinh học (Probiotes) có nguồn gốc từ tiếng HI Lạp bao gồm 2 từ peo có nghĩa là dành cho và biotes có nghĩa là sự sống.
Tuy là một ngành mới được đầu tư nghiên cứu, có lịch sử phát triển còn khá mới mẻ nhưng ứng dụng của chế phẩm sinh học vào thực tiễn cuộc sống là rất rộng lớn. Chế phẩm sinh học được ứng dụng rộng rãi trong chăn nuôi, trồng trọt, xử lý môi trường và là hướng đi mới quan trọng của ngành nuôi trồng thủy sản.
Năm 1991, Johney Forest đã tiến hành thí nghiệm bổ sung vi khuẩn phân giải các hợp chất hữu cơ xuống các ao đầm bị ô nhiễm. Kết quả cho thấy chúng có khả năng phân hủy một lượng đáng kể mùn bã hữu cở dưới đấy đầm. Nhờ vậy, từ một cái đầm bị ô nhiễm không thể nuôi đã cải tạo lại thành đầm nuôi cá. Chế phẩm sử dụng ở đây có chứa Bacillus subtilis đựoc sản xuất theo phương pháp lên men. Sau đó, tất cả dịch thể bao gồm các vi sinh vật, các enzym và các yếu tố khác của quá trình lên men đựoc sấy khô và nghiền nhỏ.[12]
Theo báo cáo khoa học năm 1993 của công ty Environmental Dynamic, việc sử dụng chế phẩm Impact U.TM có chứa Bacillus subtilis với mục đích làm tăng chất lượng nước đã làm tăng sản lượng cá và tôm nuôi trong các trang trại ở Thái Lan, Nhật Bản, Pháp và Mỹ. Trước đây , sản lượng nuôi trồng ở đây thấp đựoc xác định là do chất lượng nước kém. Sau này nhờ áp dụng chế phẩm có chứa B.subtilis đã cải
thiện đựoc chất lượng môi trường và tăng năng suất tôm cá nuôi lên một cách đáng kể.
Năm 1996, Boy đã công bố việc thử nghiệm thành công khi sử dụng kết hợp các chủng vi sinh vật : Bacillus subtilis, Nitrobacter, Aerobacter, Cellulomonas và
Rhopseudomonas trong các ao nuôi thủy sản. Kết quả là các ao nuôi thử nghiệm không còn mùi hôi, giảm hàm lượng mùn bã hữu cơ, giảm lượng tảo lam và các hợp chất Nitơ liên kết như: Nitrit (N-NO2) và Amoni (N-NH4), giảm nồng độ H2S, P2O5… giúp ổn định môi trường ao nuôi và tăng sức đề kháng cho tôm cá nuôi, đồng thời hạn chế sự phát triển của các vi sinh vật gây bệnh trong ao nuôi.[12]
Ở Thái Lan. Jiravanichpaisal et al., (1997) đã sử dụng Lactobacillus sp. trong nuôi tôm sú (Penaeus monodon). Ở Trung Quốc, nghiên cứu men vi sinh trong nuôi thủy sản được tập trung vào vi khuẩn quang hợp. Qiao Zhenguo et al., (1992) nghiên cứu 3 chủng vi khuẩn quang hợp sử dụng cho nuôi tôm thẻ Trung Quốc (Penaeus chinensis) dùng cải thiện chất lượng môi trường nước.[9]
Vi khuẩn Vibrio là một thảm họa cho nghề nuôi tôm ở Philippine, khi việc sử dụng kháng sinh để trị không còn tác dụng nhiều ngược lại còn có thể làm cho vi khuẩn kháng thuốc, mà xa hơn nữa là vi khuẩn có nhiều khả năng gây bệnh đến con người nếu sử dụng quá liều lượng. Vì lý do đó mà probiotic được ứng dụng rộng rãi cho nghề nuôi tôm ở Philippine, nghiên cứu cho thấy rằng có thể cứu sống 80% tôm bệnh khi trong ao nuôi có sử dụng chế phẩm sinh học (Moriarty,1999).[9]
Rengpipat (1998), sử dụng Bacillus cho vào dung dịch làm giàu Artemia cho ấu trùng tôm sú ăn. Kết quả tôm ít bệnh hơn và phát triển nhanh hơn, đạt tỉ lệ sống 100% (gây cảm nhiễm với V. Harveyi) trong khi lô đối chứng chỉ đạt 26%.
Một nghiên cứu khác về việc ứng dụng các chế phẩm sịnh học trong nuôi thủy sản cho kết quả rất khả quan, không chỉ cải thiện chất lượng nước, giảm lượng dùng kháng sinh, giảm mầm bệnh trong ao mà còn có thể nâng cao năng suất nuôi và chất lượng của sản phẩm (Xiang-Hong et al., 1998)
Theo Verschuere và cộng sự (năm 2000) Probioties là thành phần bổ sung có nguồn gốc sinh vật sống, có ảnh hưởng có lợi đối với vật chủ bằng cách cải thiện quần thể VSV sống xung quanh hay liên kết với vật chủ. Tăng khả năng sử dụng thức
ăn hay tăng chất lượng dinh dưỡng của thức ăn, tăng cường khả năng chống lại mầm bệnh hay cải thiện chất lượng môi trường xung quanh.
Meunpol et al., (2002) sử dụng probiotic với dòng vi khuẩn Bacillus S11 trộn vào thức ăn viên công nghiệp cho ấu trùng tôm sú ăn. Sau khi cho ăn thức ăn trộn probiotic trong 1 tháng thì cấy vi khuẩn Vibrio harveyi rồi xục ozone vào từng bể (0,3333 - 0,341 mg O3/ml). Tỉ lệ sống của tôm được xác định sau 6 ngày đạt cao nhất 75% so với nghiệm thức đối chứng tỷ lệ sống chỉ có 18%.
Hiện nay rất nhiều CPSH đã được sử dụng rộng rãi trong nuôi tôm, đặc biệt tại khu vực Châu Á. Các CPSH hoạt động như một phần trong tổng thể quản lý hoạt động nuôi tôm bền vững nhằm chống lại nguồn gây bệnh trong qui trình nuôi. Các chế phẩm sinh học trong nuôi tôm có một vai trò quan trọng trong phân hủy các chất hữu cơ và tác động làm giảm đáng kể lớp bùn và nhớt trong ao. Kết quả là cải thiện chất lượng nước, giảm lớp bùn đáy, giảm tỷ lệ mắc bệnh, tăng số lượng vi sinh vật phù du, giảm mùi hôi và sau cùng tăng sản lượng nuôi. Qua việc gia tăng sự phân hủy các chất hữu cơ, amino acids và glucose được giải phóng sẽ cung cấp nguồn thức ăn cho các vi sinh vật có ích. Thành phần vô cơ của nitrogen như ammonia, nitrite và nitrate sẽ giảm thiểu. Khi chất lượng nước và hệ số chuyển đổi thức ăn được cải thiện, sức khỏe và hệ miễn dịch của tôm sẽ tăng lên về tổng thể có tác dụng ngăn ngừa nguồn gây bệnh hơn là điều trị bệnh..
1.4.3. Tại Việt Nam
Tại Việt Nam việc nghiên cứu và ứng dụng chế phẩm sinh học vào các lĩnh vực, đặc biệt là trong nuôi trồng thủy sản bước đầu đã đạt được nhiều thành công, giải quyết được bài toán khó của ngành thủy sản Việt Nam là việc sử dụng nhiều hóa chất, lạm dụng kháng sinh dẫn đến việc tồn dư kháng sinh trong sản phẩm dẫn đến thủy sản của Việt Nam khó khăn trong tiếp cận, mở rộng phát triển những thị trường lớn, đầy tiềm năng nhưng khó tính trong vấn đề vệ sinh an toàn thực phẩm.
Việc phân lập và tuyển chọn các VSV hữu hiệu đã được tiến hành bắt đầu từ năm 1963 và tiếp tục phát triển cho tới nay. Đến nay, chúng ta đã có nhiều cố gắng tự phân lập đồng thời tiếp nhận từ nước ngoài các chủng VSV hữu hiệu như nấm men
làm nở bột mì, sản xuất sinh khối nấm men cho gia súc, lên men làm rượu đạt hiệu quả cao.
Một bước tiến nữa trong quá trình nghiên cứu, ứng dụng các VSV sinh Probiotic trong nông nghiệp là việc sử dụng bèo hoa dâu trong các ruộng lúa để thu nhận lượng đạm từ không khí vì trong rễ bèo hoa dâu có chứa các vi khuẩn thuộc chi Rhizobium sống cộng sinh với các cây họ đậu để cải tạo các vùng đất xám bạc màu đã đem lại hiệu quả cao mà không tốn kém nhiều chi phí.
Trung tâm nghiên cứu thuỷ sản 3 (Bộ Thuỷ sản) đã ứng dụng thành công EM trong xử lý hồ nuôi tôm sú ở Việt Nam. Chế phẩm EM làm cho tổng số nhóm vi sinh vật có lợi trong hồ luôn cao hơn so với nhóm vi sinh vật không có lợi từ 2 - 7 lần, chỉ số N-NH3 ở mức thấp (dưới 0,02mg/l), các chỉ số môi trường như pH và màu tảo ổn định trong thời gian dài.
Việc nghiên cứu các VSV hữu hiệu để ứng dụng trong nuôi trông thủy sản nói chung và nuôi tôm nói riêng tuy mới được đẩy mạnh những năm gần đây ở Việt Nam nhưng đã có những thành công bước đầu rất đáng kể. Nhiều chế phẩm phục vụ nuôi tôm Sú xuất khẩu đã ra đời như: Chế phẩm của Viện sinh học nhiệt đới thành phố Hồ Chí Minh (BIO II, VEM), Chế phẩm Men Bac của công ty TNHH ToBa – Việt Nam, đặc biệt là các chế phẩm xử lý môi trường của Viện công nghệ sinh học như: Biof, Biochie, Bio – DW, hay chế phẩm EMINA, EM của Viện sinh học nông nghiệp – Đại học Nông Nghiêp I – Hà Nội.
Đã có một số thành tựu trong nghiên cứu CPSH dùng trong NTTS ở Việt Nam. Lại Thúy Hiền (2003) cho biết mẫu bùn đáy và mẫu nước biển ven bờ vịnh Nha Trang (Khánh Hoà), vịnh Quy Nhơn và đầm Thị Nại (Bình Định) đã xác định được số lượng và sự phân bố của một số nhóm vi sinh vật hữu ích hoặc gây hại, gây bệnh. Từ các vi khuẩn hữu ích phân lập được (Nitrosomonas, Nitrococcus, Bacillus), các nhà khoa học đã tạo ra 3 chế phẩm dạng nước để xử lý ô nhiễm hữu cơ quy mô thí nghiệm nuôi cá rô phi tại Nha Trang. Kết quả chứng tỏ rằng các chế phẩm có thể làm sạch môi trường. Hiện nay nhóm nghiên cứu đã đưa các vi khuẩn
hữu ích vào chế phẩm dạng hạt và đang thử nghiệm nuôi tôm ở quy mô thí nghiệm.
Theo nghiên cứu của Đặng Thị Hoàng Oanh và ctv (2000) , “Tìm hiểu tác dụng của men vi sinh Bio-dream lên các yếu tố vô sinh và hữu sinh trong ương nuôi ấu trùng tôm càng xanh với liều lượng 1g/m3 (theo hướng dẫn của nhà sản xuất) và
nhịp sử dụng khác nhau”. Tác giả cho biết với nghiệm thức không sử dụng, sử
dụng hàng ngày và sử dụng 10 ngày 1 lần thì nghiệm thức sử dụng hàng ngày là tốt nhất. Kết quả thử nghiệm ấu trùng chuyển sang tôm bột ở ngày thứ 18, mật số vi khuẩn Vibrio tổng cũng thấp và các yếu tố môi trường cũng luôn giữ được ổn định. Điều này cho thấy hiệu quả tích cực của men vi sinh trong sản xuất giống tôm càng xanh.
Theo Phạm Văn Tình (2003) có hơn 50% chất thải của tôm, cá là dạng amonia (NH3), ảnh hưởng của NH3 chủ yếu xảy ra trên tôm. Khi sử dụng chế phẩm sinh học sẽ làm giảm tối đa các độc tố gây hại cho tôm nuôi, mang lại hiệu quả kinh tế cao.
Theo Vũ Thị Thứ và ctv (2004) “Thử nghiệm men vi sinh Biochie để xử lý nước nuôi tôm sú giống và tôm thịt”, Đồ Sơn, Hải Phòng và Hà Nội cho kết quả khá tốt thông qua môi trường được cải thiện, đặc biệt rất có hiệu quả đối với nuôi tôm giống như giảm chu kỳ thay nước, các loại khí độc được hấp thụ và giảm mùi hôi. Tác dụng của chế phẩm lên sự tăng trưởng rất khả quan là tôm phát triển đồng đều, tăng tỉ lệ sống và tăng trưởng nhanh.
Nghiên cứu của Lê Đình Duẩn và ctv (2007), “Nuôi thử nghiệm tôm sú bằng
chế phẩm sinh học” đã cho kết quả rất khả quan, các chế phẩm sinh học không
những làm tăng khả năng phân giải các chất hữu cơ, làm sạch và ổn định môi trường nước mà còn tăng năng suất gấp gần 2 lần so với đối chứng.
Mô hình nuôi tôm sú bằng chế phẩm vi sinh (ES-01 và BS-01 của Trung tâm nghiên cứu ứng dụng sinh học phục vụ nuôi trồng thủy sản Sóc Trăng) góp phần đưa năng suất tôm nuôi nhiều trang trại đạt tới 12 tấn/ha/vụ. Nhiều hộ nuôi tôm có xử lý chế phẩm vi sinh cho thấy môi trường nước luôn ổn định, tôm phát triển nhanh khắc phục được nhiều khó khăn về thời tiết, môi trường, chi phí đầu tư, dịch bệnh, tăng năng suất.[18]
Ở Cà Mau, việc áp dụng mô hình nuôi tôm bằng chế phẩm EM.ZEO bước đầu mang lại hiệu quả khả quan, giữ cho môi trường của ao luôn sạch, tôm khoẻ mạnh mà hoàn toàn không sử dụng các loại hoá chất độc hại, kháng sinh. Trong suốt quá trình nuôi, tôm phát triển tốt và không bị nhiễm bệnh [19]
Nghiên cứu sử dụng 3 loại men vi sinh Ecomarine, Bio-dream, BZT trong ương nuôi ấu trùng tôm càng xanh theo mô hình nước xanh cải tiến, cho thấy các yếu tố môi trường phù hợp cho sự phát triển của ấu trùng, men vi sinh góp phần hạn chế số lượng vi khuẩn Vibrio spp trong môi trường bể ương, với tỷ lệ sống của ương ấu trùng tôm càng xanh khá cao, dao động từ 59,1-76,6%. Kết quả này là cơ sở cho những nghiên cứu về hiệu quả và phương thức sử dụng men vi sinh trong môi trường ương nuôi tôm càng xanh nhằm cải thiện môi trường và nâng cao năng suất ương ấu trùng .[21]
Trần Thị Đức (2010) sử dụng Water Probiotech, Pond Protect, Epicine – D trong SX giống tôm thẻ chân trắng sạch bệnh (SPF) tại Cát Bà, HP. Kết quả nâng cao được tỷ lệ sống, rút ngắn TG biến thái của ấu trùng và nâng cao hiệu quả kinh tế so với lô đối chứng.[5]
Theo khảo sát gần đây cho thấy nông dân các tỉnh ĐBSCL, vựa tôm của cả nước đã chuyển mạnh diện tích NTTS bằng chế phẩm sinh học. Theo ước tính đã có khoảng 30 – 40% các mô hình nuôi tôm công nghiệp, nuôi quảng canh cải tiến trong vùng nông dân đã sử dụng chế phẩm sinh học trong quá trình nuôi. thấy được lợi ích của việc dùng chế phẩm sinh học, nông dân tỉnh Cà Mau gần đây đã hạn chế sử dụng hóa chất, chuyển sang sử dụng chế phẩm sinh học trong nuôi tôm công nghiệp cho năng suất bình quân hơn 6 tấn/ha/vụ, tôm quảng canh cải tiến năng suất gần 1 tấn/ha/vụ.