2. Nội dung chi tiết của đề cương luận văn thạc sĩ
3.1.1. Tối ưu nguồn carbon
VKTQH có thể sử dụng nhiều nguồn carbon cho sự phát triển của chúng và chúng có sự trao đổi chất linh hoạt trong các môi trường sống khác nhau. Các chủng VKTQH lựa chọn sinh trưởng, phát triển tốt trong môi trường DSMZ-27 nhưng với mục đích gia tăng mật độ cũng như giá trị dinh dưỡng khi ứng dụng VKTQH làm thức ăn cho con giống thủy sản hai mảnh vỏ, chúng tôi đã tiến hành lựa chọn nguồn carbon bổ sung vào môi trường nuôi. Từ đó xác định khả năng tích lũy sinh khối của hỗn hợp các chủng lựa chọn trong môi trường DSMZ-27, trong đó nguồn carbon của môi trường gốc được loại bỏ hoàn toàn và lần lượt được thay thế bằng các nguồn carbon khác nhau (với nồng độ 2 g/l) như: acetate, succinate, glutamate, malate, butyrate, fructose, glucose, saccarose, lactose và rỉ đường. Kết quảđược đánh giá sau 5 ngày nuôi cấy trong điều kiện kỵ khí-sáng thể hiện trên Hình 3.1 và Hình 3.2
∆ O D 8 00 2.5 2.0 1.5 1.0 0.5 0.0 Nguồn carbon
Hình 3.1.Mức độ tích lũy sinh khối trong môi trường chứa nguồn carbon khác nhau
Rỉ đường Glutamate GlucoseButyrate Saccarose Malate Succinate Acetate lactose Fructose DSMZ-27
Hình 3.2.Hình ảnh hỗn hợp VKTQH nuôi trong môi trường chứa nguồn carbon khác nhau
Từ biểu đồ ở Hình 3.1 cho thấy hỗn hợp VKTQH đều có khả năng sinh trưởng tốt trên các ngồn carbon đã thử nghiệm ( OD800 khoảng 1,5-2,5). Trong đó tốt nhất là trên nguồn malate, glutamate, rỉ đường và succinate. Hầu hết các VKTQH không lưu huỳnh phát triển tốt trong môi trường có chứa các hợp chất hữu cơ như malate hoặc pyruvate [49]. Carbon là nguồn cần thiết cho sự phát triển và sản xuất các chất chuyển hóa của vi sinh vật vì chúng rất quan trọng trong quá trình trao đổi chất của vi sinh vật. VKTQH có thể sử dụng nhiều nguồn carbon cho sự phát triển của chúng. Đã có báo cáo rằng các nguồn carbon axit cacboxylic bốn carbon như malate, succinat, v.v. và các nguồn nitơ có chứa nhóm amin giúp VKTQH không lưu huỳnh phát triển tốt hơn và tạo ra nhiều sắc tố hơn trong điều kiện yếm khí [9, 50]. Các chủng VKTQH cũng tạo ra nhiều sinh khối hơn khi nuôi cấy trên môi trường có chứa glucose hoặc maltose làm nguồn carbon.
3.1.2.Kết quả đánh giá hàm lượng protein thô trong tế bào khi nuôi cấy trên các nguồn C khác nhau
Đối với thức ăn trong chăn nuôi cũng như trong nuôi trồng thủy sản thì hàm lượng protein trong thức ăn là vô cùng quan trọng, Protein không chỉ có chức năng như chất dinh dưỡng mà còn thực hiện nhiều chức năng khá như xúc tác cho các phản ứng sinh hóa, Điều hòa sự trao đổi chất, protein đảm nhiệm nhiều chức năng liên quan đến toàn bộ hoạt động sống của tế bào, quy
định các tính trạng và các tính chất của cơ thể sống [51-54]. Việc sử dụng sinh khối VKTQH làm nguồn protein đơn bào là nguồn cung cấp thay thế bền vững [55]. Do vậy, kết quả tìm kiếm nguồn carbon ngoài việc đánh giá khả năng sinh trưởng, chúng tôi còn đánh giá % hàm lượng protein thô có trong tế bào. Kết quả được trình bày trên Hình 3.3.
P ro te in 8070 60 50 % 40 30 20 10 0 Nguồn carbon
Hình 3.3.Hàm lượng protein thô tổng hợp được khi hỗn hợp nuôi trên các nguồn carbon khác nhau
Kết quả cho thấy hầu hết tỷ lệ protein thô trong tế bào VKTQH khi nuôi trên môi trường chứa các nguồn C khác nhau khá cao (từ 61,4- 68.9 %), trong đó cao nhất là malate, glutamate, succinate, rỉ đường cao nhất và thấp dần ở môi trường chứa nguồn C là fructose, butyrate, lactose, glucose, saccarose, acetate. Kết quả còn cho thấy hàm lượng protein thô trong tế bào VKTQH khi nuôi ở môi trường chứa nguồn C là malate, glutamate, succinate có hàm lượng protein cao hơn so với môi trường đối chứng DZMZ -27. Có thể nói khi nuôi trên các môi trường chứa các nguồn carbon khác nhau thì thu được hàm lượng sinh khối khác nhau và hàm lượng protein thô cũng khác nhau. Anupama và Ravindra (2000) cho rằng sản xuất protein đơn bào từ VKTQH có nhiều lợi thế hơn các nhóm khác. Hàm lượng protein thu được khi nuôi từ hỗn hợp VKTQH trên các nguồn C đều cao hơn các chủng vi khuẩn quang hợp khác như Rhodobacter sphaeroides P47 từ chất thải dứa
(6,6%), Rhodobacter sphaeroides Z08 từ nước thải đậu nành (52%) [56],
Rhodocyclus gelatinosus từ chất thải trại lợn (50,6%) [27]. VKTQH là những vi sinh vật đầy hứa hẹn có thể được sử dụng làm nguồn protein [57, 58]. Là chỉ số quyết định khả năng sinh trưởng, phát triển quan trọng, do đó chúng tôi đã tiến hành đánh giá hàm lượng protein thô có trong tế bào VKTQH không lưu huỳnh.
3.1.3.Kết quả lựa chọn môi trường chứa hỗn hợp nguồn carbon để nuôi hỗn hợp VKTQH
Ở thí nghiệm trên, ta đã khảo sát và tìm được nguồn carbon bổ sung vào môi trường với mục đích đạt mật độ cao và đánh giá hàm lượng protein thô thì kết quả đang cho thấy rằng nguồn C malate, glutamate, succinate, rỉ đường là tốt nhất. Tuy nhiên, succinate có giá thành cao nếu sản xuất ở quy mô pilot tạo chế phẩm lỏng sệt làm thức ăn cho con giống hai mảnh vỏ thì giá thành sẽ tăng. Do vậy, nguồn glutamate, malate và rỉ đường có giá thành thấp, dễ tìm kiếm trên thị trường, được lựa chọn bổ sung vào môi trường nuôi. Hỗn hợp VKTQH được tiến hành nuôi trong môi trường
khoáng DSMZ -27 không chứa nguồn C, nguồn glutamate, malate và rỉ đường trong môi trường được chọn (chứa 2g/l) được thay thế bằng cách bổ sung hỗn hợp 2 nguồn carbon như glutamate- malate, glutamate- rỉ đường và malate - rỉ đường với tỷ lệ nồng độ khác nhau. Sau 5 ngày nuôi cấy trong điều kiện kỵ khí sáng, kết quả đánh giá bằng khả năng sinh trưởng (∆ OD800) được thể hiện trên Hình 3.4 và 3.5.
Kết quả cho thấy khi nuôi cấy hỗn hợp VKTQH trong môi trường có chứa tổng hợp hai nguồn carbon thì sinh trưởng của hỗn hợp VKTQH tốt hơn khi nuôi trên các nguồn carbon đơn lẻ. Hỗn hợp VKTQH sinh trưởng cao nhất ở môi trường chứa 1,4 gGlutamat; 0,6 gMalate ( OD800 khoảng 2,7) và thấp nhất ở 1g Glutamat, 1g rỉ đường ( OD800 khoảng 1,5). Có thể cho thấy việc bổ sung các nguồn carbon hỗn hợp vào nuôi cấy VKTQH làm thay đổi
phương thức trao đổi chất, dẫn đến tăng cường sản xuất sinh khối. Hakobyan và các cộng sự năm 2019 cho rằng tốc độ phát triển của vi khuẩn trong môi trường chứa các nguồn carbon hỗn hợp cao hơn đáng kể (1,3–1,7 lần) so với môi trường chứa một nguồn carbon. Do đó chúng có thể được ưu tiên hơn so với việc sử dụng một nguồn carbon duy nhất [59].
∆ O D 8 0 0
Hình 3.4.Khả năng sinh trưởng của hỗn hợp VKTQH làm thức ăn trên môi trường chứa 2 nguồn carbon tổng hợp
1M+1R;1,2M+0,8R; 1,4M+0,6R; 0,6M+1,4R; 0,8M+1,2R; 1M+1R 1,2M+0,8R 1,4M+0,6R 0,6M+1,4R 0,8M+1,2R
1G+1M; 1,2G+0,8M; 1,4G+0,6M 0,6G+1,4M; 0,8M+1,2M
Hình 3.5.Hình ảnh của hỗn hợp VKTQH làm thức ăn trên môi trường chứa 2 nguồn carbon tổng hợp
3.1.4.Đánh giá hàm lượng protein thô trong tế bào khi nuôi cấy trên các nguồn C hỗn hợp
Sau khi thử nghiệm và tìm ra được môi trường chứa các nguồn carbon phù hợp, chúng tôi tiến hành đánh giá hàm lượng protein thô thu được khi
nuôi các chủng VKTQH, kết quả thể hiện trên Hình 3.6. 72 70 68 Pr ot ei n 66 64 62 % 60 58 56 54 Nguồn carbon tổng hợp
Hình 3.6.Hàm lượng protein thô tổng hợp được khi hỗn hợp nuôi trên nguồn C tổng hợp
Kết quả cho thấy hàm lượng protein cao nhất là ở môi trường chứa 1,4 g glutamat và 0,6 g malate với hàm lượng protein là 70%. Vì trong môi trường có chứa tổng hợp hai nguồn carbon thì khả năng sinh trưởng và hàm lượng protein thô của hỗn hợp VKTQH cao hơn khi nuôi trên các nguồn carbon đơn lẻ. Do vậy, chúng tôi chọn môi trường có chứa tổng hợp hai nguồn carbon glutamat và malate với hàm lượng lần lượt là 1,4g và 0,6g dùng để sản xuất sinh khối VKTQH có mật độ cao tạo chế phẩm dạng lỏng sệt. Việc sản xuất protein thô từ VKTQH có những ưu điểm như vi khuẩn phát triển nhanh và thời gian thế hệ ngắn [21]. Nhưng để sản xuất sinh khối
ở quy mô ngoài phòng thí nghiệm thì cần phải tối ưu được điều kiện nuôi cấy và xây dựng được hoàn chỉnh quy trình nhân nuôi các chủng VKTQH
ở điều kiện tự nhiên.
