Xây dựng quy trình nuôi tôm sạch sử dụng chế phẩm vi sinh thay thế hóa chất

Phương án sử dụng chế phẩm sinh học có chứa các vi sinh vật hữu ích trong nuôi trồng thủy sản là một giải pháp an toàn và hiệu quả cao trong việc tăng khả năng phòng bệnh cho vật nuôi, t

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

LỜI CAM ĐOAN

Tôi là Lê Thế Xuân xin cam đoan nội dung trong quyển luận văn này với đề tài

“XÂY DỰNG QUY TRÌNH NUÔI TÔM SẠCH SỬ DỤNG CHẾ PHẨM VI SINH THAY THẾ HÓA CHẤT” là công trình nghiên cứu và sáng tạo do chính tôi thực hiện

dưới sự hướng dẫn của PGS.TS Khuất Hữu Thanh Các số liệu, kết quả trình bày trong luận văn là hoàn toàn trung thực và chưa công bố trong bất cứ công trình khoa học nào

khác

LỜI CẢM ƠN

Để hoàn thành được luận văn này, ngoài sự cố gắng nỗ lực của bản thân, tôi đã nhận được sự ủng hộ, giúp đỡ tận tình của thầy cô giáo, gia đình, các cơ quan, đồng nghiệp và bạn bè

Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS.TS Khuất Hữu Thanh - Viện Công

nghệ sinh học & Công nghệ thực phẩm, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội đã tận tình chỉ bảo tôi trong suốt quá trình thực hiện luận văn này

Tôi xin chân thành cảm ơn tới các thầy cô giáo thuộc Viện Công nghệ sinh học

& Công nghệ thực phẩm, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội đã giảng dạy và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập và thực hiện luận văn

Tôi xin chân thành cảm ơn gia đình, bạn bè và đồng nghiệp đã tạo điều kiện, quan tâm, động viên và góp ý cho tôi trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu và hoàn thành luận văn này

Tôi xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, ngày 6 tháng 11 năm 2012 Học viên

Lê Thế Xuân

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

PHẦN I TỔNG QUAN 3

1.1 Tình hình nuôi tôm trên thế giới 3

1.2 Tình hình nuôi tôm ở Việt Nam 4

1.2.1 Tình hình nghề nuôi tôm ở Việt Nam 4

1.2.2 Các mô hình và công nghệ nuôi tôm chủ yếu ở Việt Nam 6

1.2.3 Đặc điểm môi trường nước nuôi tôm 7

1.2.4 Các chỉ số đánh giá nước nuôi tôm 7

1.2.5 Tình trạng dịch bệnh và ô nhiễm nước nuôi tôm 11

1.3 Tình hình nghiên cứu và ứng dụng chế phẩm sinh học trong nuôi trồng thủy sản 14

1.3.1 Vai trò của vi khuẩn trong chuỗi thức ăn thủy sinh 15

1.3.2 Nghiên cứu ứng dụng vi sinh vật trong nuôi trồng thủy sản trên thế giới 15

1.3.3 Tình hình sử dụng chế phẩm sinh học trong nuôi tôm nước lợ ở Việt Nam 17

1.4 Một số đặc điểm vi sinh vật có ứng dụng trong sản xuất chế phẩm sinh học 19

1.4.1 Chế phẩm sinh học probiotic 19

1.4.2 Các nhóm vi sinh vật chủ yếu được sử dụng trong tạo chế phẩm sinh học probiotic 21

1.4.2.1 Vi khuẩn lactic 23

1.4.2.2 Vi khuẩn Bacillus 24

1.5 Một số phương pháp định loại vi sinh vật 25

1.5.1 Kỹ thuật định loại truyền thống 25

1.5.2 Kỹ thuật định loại bằng sinh học phân tử 26

1.6 Một số yếu tố công nghệ trong tạo chế phẩm sinh học 26

1.6.1 Ảnh hưởng của môi trường nuôi cấy 27

1.6.1.1 Ảnh hưởng của thành phần dinh dưỡng 27

1.6.1.2 Ảnh hưởng của điều kiện nuôi cấy 28

1.6.2 Quá trình lên men vi sinh vật 29

1.6.3 Chất mang trong chế phẩm sinh học 30

1.6.4 Kỹ thuật sấy chế phẩm sinh học probiotic 31

1.7 Tổng quan về loài tôm 33

1.7.1 Đặc điểm phân loại 33

1.7.2 Tôm thẻ chân trắng 34

1.7.2.1 Đặc điểm hình thái và sinh trưởng 34

1.7.2.2 Đặc điểm dinh dưỡng và môi trường sống 35

1.7.2.3 Đặc điểm sinh sản 36

1.7.3 Tôm sú 36

1.7.3.1 Đặc điểm hình thái và sinh trưởng 36

1.7.3.2 Đặc điểm sinh trưởng 37

1.7.3.3 Đặc điểm sinh sản 38

1.7.3.4 Đặc điểm dinh dưỡng 39

PHẦN II VẬT LIỆU VÀ PHUƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 40

2.1 Vật liệu 40

2.2 Môi trường 40

2.2.1 Môi trường sử dụng trong nghiên cứu vi khuẩn lactic 40

2.2.2 Môi trường sử dụng trong nghiên cứu vi khuẩn Bacillus 41

2.2.3 Môi trường sử dụng để xác định hoạt tính enzym 41

2.3 Thiết bị 41

2.4 Hóa chất 42

2.5 Phương pháp nghiên cứu 43

2.5.1 Phương pháp phân lập và xác định vi sinh vật tổng số 43

2.5.2 Nghiên cứu đặc điểm hình thái, sinh l , sinh hóa của các chủng vi khuẩn 43

2.5.3 Phương pháp xác định hoạt tính kháng khuẩn 44

2.5.4 Phương pháp xác định hoạt tính enzym 45

2.5.5 Định tên các chủng vi khuẩn bằng kỹ thuật phân tử 45

2.5.6 Phương pháp nghiên cứu các điều kiện lên men 45

2.5.7 Phương pháp nuôi cấy thu sinh khối 46

2.5.8 Phương pháp tạo chế phẩm sinh học 46

2.5.9 Xây dựng mô hình thí nghiệm nuôi tôm sạch sử dụng chế phẩm sinh học 47

2.5.9.1 Quy trình nuôi và chăm sóc 47

2.5.9.2 Phương pháp chọn và thả giống 49

2.5.10 Xác định một số thông số kỹ thuật chủ yếu trong nuôi tôm 50

2.5.11 Xử l số liệu 50

PHẦN III KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 51

3.1 Phân lập và tuyển chọn chủng giống vi sinh vật probiotic thích hợp 51

3.1.1 Phân lập các chủng vi sinh vật hữu ích 51

3.1.2 Tuyển chọn các chủng có hoạt tính enzym phân hủy hữu cơ cao và kháng khuẩn mạnh 54

3.1.2.1 Tuyển chọn các chủng vi khuẩn Bacillus có khả năng sinh enzym thủy

phân hợp chất hữu cơ 54

3.1.2.2 Tuyển chọn các chủng vi khuẩn Lactic có khả năng sinh acid lactic và enzym ngoại bào phân hủy hợp chất hữu cơ 57

3.1.2.3 Đánh giá khả năng kháng vi sinh vật kiểm định 58

3.1.2.4 Tuyển chọn các chủng có khả năng chịu mặn 60

3.1.3 Kết quả định tên các chủng vi khuẩn bằng kỹ thuật phân tử 63

3.2 Nghiên cứu điều kiện lên men tạo chế phẩm sinh học quy mô thí nghiệm 65

3.2.1 Nghiên cứu điều kiện lên men các chủng vi khuẩn lactic 65

3.2.1.1 Nghiên cứu thành phần môi trường dinh dưỡng thích hợp với chủng vi khuẩn lactic 65

3.2.1.2 Nghiên cứu xác định điều kiện pH thích hợp cho vi khuẩn lactic 66

3.2.1.3 Nghiên cứu xác định điều kiện nhiệt độ cho vi khuẩn lactic 66

3.2.1.4 Xác định thời gian lên men thích hợp cho các chủng vi khuẩn lactic 67

3.2.2 Nghiên cứu điều kiện lên men các chủng vi khuẩn Bacillus 69

3.2.2.1 Nghiên cứu thành phần môi trường dinh dưỡng thích hợp với các chủng Bacillus 69

3.2.2.2 Xác định điều kiện nhiệt độ thích hợp cho lên men thu sinh khối vi khuẩn Bacillus 70

3.2.2.3 Xác định điều kiện pH thích hợp 70

3.2.2.4 Xác định thời gian lên men thích hợp 71

3.2.2.5 Nghiên cứu ảnh hưởng của tốc độ lắc đến khả năng sinh trưởng của vi khuẩn thuộc chi Bacillus 72

3.2.3 Nghiên cứu điều kiện thu chế phẩm trên quy mô pilot (100 lít) 73

3.2.3.1 Nghiên cứu lên men các chủng Bacillus sp 73

3.2.3.2 Nghiên cứu điều kiện thu hồi sinh khối và tạo chế phẩm các chủng vi khuẩn Bacillus sp 74

3.2.3.3 Nghiên cứu lên men các chủng vi khuẩn lactic 77

3.3 Xây dựng mô hình nuôi tôm sạch 80

3.3.1 Sơ đồ ao nuôi tôm thâm canh 81

3.3.2 Quy trình áp dụng chế phẩm sinh học trong nuôi tôm thâm canh 82

3.4 Hiệu quả mô hình nuôi tôm sạch sử dụng chế phẩm sinh học thay thế hóa chất 84

3.4.1 Ảnh hưởng của các chế phẩm nghiên cứu đến khả năng sinh trưởng của tôm 85 3.4.1.1 Ảnh hưởng của chế phẩm nghiên cứu đến đối tượng tôm thẻ chân trắng 85 3.4.1.2 Ảnh hưởng của chế phẩm nghiên cứu đến đối tượng tôm sú 86

3.4.2 Ảnh hưởng của chế phẩm vi khuẩn nghiên cứu đến hệ vi khuẩn ao nuôi 88

PHẦN IV KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 91

TÀI LIỆU THAM KHẢO 93

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT

BOD (Biochemical oxygen demand) Nhu cầu oxy sinh học

COD (Chemical Oxygen Demand) Nhu cầu oxy hóa học

CFU (Colony forming unit) Đơn vị khuẩn lạc

MRS (de Man, Rogosa and Sharpe) Môi trường dinh dưỡng MRS

PCR (Polymerase Chain Reaction) Phản ứng khuếch đại gen

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1 Các thông số thích hợp cho nuôi tôm nước lợ 10

Bảng 2.1 Thành phần dinh dưỡng của các loại môi trường lên men lactic 40

Bảng 2.2 Thành phần dinh dưỡng của các loại môi trường lên men Bacillus 41

Bảng 2.3 Nghiên cứu các điều kiện lên men 46

Bảng 3.1 Danh sách các chủng vi khuẩn phân lập được 52

Bảng 3.2 Hoạt tính protease, cellulase và amylase của các chủng vi khuẩn thuộc chi Bacillus phân lập t tự nhiên đất ao nuôi và hệ tiêu hóa ruột tôm 55

Bảng 3.3 Hoạt tính protease, cellulose và amylase của các chủng vi khuẩn Bacillus phân lập t chế phẩm 56

Bảng 3.4 Khả năng sinh acid lactic và enzym ngoại bào của các chủng vi khuẩn lactic 58 Bảng 3.5 Khả năng kháng vi sinh vật kiểm định và hoạt tính sinh catalase các chủng tuyển chọn 59

Bảng 3.6 Kiểm tra khả năng sinh trưởng trong môi trường muối NaCl 61

Bảng 3.7 Các chủng có hoạt tính sinh lý sinh hóa phù hợp 62

Bảng 3.8 Kết quả định danh các chủng tuyển chọn 64

Bảng 3.9 Ảnh hưởng của điều kiện dinh dưỡng đến mật số sinh khối sau lên men 65

Bảng 3.10 Xác định giá trị pH thích hợp cho vi khuẩn lactic 66

Bảng 3.11 Ảnh hưởng của nhiệt độ lên men đến mật số tế bào vi khuẩn 67

Bảng 3.12 Ảnh hưởng của thời gian lên men đến mật số vi khuẩn 67

Bảng 3.13 Ảnh hưởng của môi trường dinh dưỡng đến mật số của các chủng vi khuẩn thuộc chi Bacillus 69

Bảng 3.14 Ảnh hưởng của nhiệt độ đến mật số vi khuẩn thuộc chi Bacillus sp 70

Bảng 3.15 Ảnh hưởng của pH đến khả năng tạo sinh khối của các chủng thuộc chi Bacillus sp theo thời gian 71

Bảng 3.16 Xác định thời gian lên men thích hợp cho các chủng thuộc chi Bacillus sp 71

Bảng 3.17 Ảnh hưởng của tốc độ lắc đến mật số vi khuẩn 72

Bảng 3.18 Xác định tốc độ khuấy và cấp khí 73

Bảng 3.19 Ảnh hường của nhiệt độ sấy đến mật số vi khuẩn bacillus sau sấy 75

Bảng 3.20 Ảnh hưởng của thời gian lên men đến mật số vi khuẩn lactic 77

Bảng 3.21 Ảnh hường của nhiệt độ sấy đến mật số vi khuẩn lactic sau sấy 78

Bảng 3.22 Bố trí thí nghiệm nuôi tôm sử dụng chế phẩm vi sinh 84

Bảng 3.23 Hiệu quả của chế phẩm với tôm thẻ chân trắng 86

Bảng 3.24 Tác dụng của chế phẩm với sự tăng trưởng của tôm sú 87

Bảng 3.25 Hiệu quả của mô hình với tôm sú 87

Bảng 3.26 Mật số vi khuẩn trong ao nuôi tôm thẻ chân trắng 89

Bảng 3.27 Mật số vi khuẩn trong ao nuôi tôm thẻ chân trắng 89

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1 Diện tích nuôi tôm trên cả nước t năm 2000 – 2011 4

Hình 1.2 Sản lượng tôm nuôi trong cả nước t năm 2000 – 2011 5

Hình 1.3 Tỷ lệ sản lượng tôm nuôi giữa các địa phương, năm 2010 5

Hình 1.4 Diện tích nuôi tôm bị thiệt hại một số tỉnh thành năm 2011 13

Hình 1.5 Tôm thẻ chân trắng 34

Hình 1.6 Vòng đời của tôm thẻ chân trắng 35

Hình 1.7 Tôm Sú……… 37

Hình 1.8 Vòng đời của tôm sú 38

Hình 3.1 Hình thái khuẩn lạc một số chủng vi khuẩn phân lập được 52

Hình 3.2 Hình thái tế bào của một số chủng vi khuẩn phân lập được 53

Hình 3.3 Hình ảnh thử hoạt tính sinh enzym thủy phân hợp chất hữu cơ 57

Hình 3.4 Hình ảnh thử khả năng kháng kháng vi sinh vật kiểm định của các chủng vi khuẩn tuyển chọn 60

Hình 3.5 Kết quả nhân gen bằng kỹ thuật PCR 63

Hình 3.6 Sơ đồ quy trình công nghệ tạo chế phẩm Bacillus quy mô PILOT (TAPONDPRO) 76

Hình 3.7 Sơ đồ thu hồi và hoàn thiện chế phẩm vi khuẩn lactic quy mô PILOT (DR SHRIMP) 79

Hình 3.8 Sơ đồ mặt cắt ao nuôi 81

Hình 3.9 Sơ đồ mặt bằng ao nuôi 81

Hình 3.10 Sơ đồ quy trình áp dụng chế phẩm sinh học trong nuôi tôm thâm canh .82

Hình 3.11 So sánh trọng lượng tôm thẻ chân trắng ao thử nghiệm và đối chứng 85

MỞ ĐẦU

Nuôi tôm công nghiệp đã và đang trở thành ngành kinh tế mũi nhọn ở Việt Nam, góp phần đáng kể trong tăng trưởng kinh tế nông nghiệp cũng như kim ngạch xuất khẩu thủy sản Diện tích và sản lượng tôm ở nước ta tăng mạnh trong những năm gần đây, trong đó diện tích nuôi bán thâm canh và thâm canh không ngừng được mở rộng, giữ vai trò cung cấp mặt hàng xuất khẩu chủ lực Cùng với sự tăng nhanh về diện tích nuôi là tình trạng dịch bệnh khiến tôm chết hành loạt đang trở thành vấn đề trở ngại lớn của ngành Một trong những nguyên nhân chính của bệnh dịch đó là ô nhiễm môi trường nước nuôi

Ô nhiễm môi trường nước nuôi tăng mạnh trong những tháng cuối và mỗi chu

kỳ nuôi tôm mà nguyên nhân là do lượng thức ăn dư thừa, chất bài tiết của tôm, xác động thực vật phù du Đây là nguồn chất thải hữu cơ gây ô nhiễm đáy ao, nếu không được xử l thì không những làm dịch bệnh phát triển mà còn gây ô nhiễm môi trường

và mất cân bằng sinh thái Trên thực tế, để xử l vấn đề ô nhiễm nước nuôi và ngăn chặn dịch bệnh, người nuôi tôm thường sử dụng hóa chất, dược liệu, thuốc kháng sinh trong mỗi vụ tôm Tuy nhiên giải pháp này sẽ làm mất cân bằng sinh thái, ảnh hưởng đến sức khỏe con người và chỉ là giải pháp xử l sau ô nhiễm, khi dịch bệnh đã phát triển tràn lan Bên cạnh đó vấn đề vệ sinh an toàn thực phẩm, yêu cầu khắt khe về dư lượng chất kháng sinh trong các sản phẩm tôm, cá xuất khẩu luôn được các nước trên thế giới chú trọng

Phát triển nghề nuôi tôm bền vững nhằm tạo ra những sản phẩm sạch, năng suất cao, không ảnh hưởng đến môi trường sinh thái đang là xu thế phát triển kinh tế đúng đắn của nước ta Vì vậy, tìm ra mô hình nuôi tôm sạch đi đôi với xử l môi trường nước nuôi là hướng đi cần thiết cho ngành nuôi tôm công nghiệp nói riêng cũng như nuôi trồng thủy sản nói chung Phương án sử dụng chế phẩm sinh học có chứa các vi sinh vật hữu ích trong nuôi trồng thủy sản là một giải pháp an toàn và hiệu quả cao trong việc tăng khả năng phòng bệnh cho vật nuôi, tăng năng suất cũng như ngăn chặn

ô nhiễm môi trường nước nuôi Đây là giải pháp được nhiều nước có sản lượng xuất khẩu tôm cao trên thế giới áp dụng như: Ấn Độ, Thái Lan, Trung Quốc

Trong những năm gần đây, ở Việt Nam đã bước đầu ứng dụng chế phẩm sinh học trong nuôi tôm Tuy nhiên các mặt hàng chế phẩm sinh học sản xuất trong nước còn hạn chế, chưa đáp ứng được nhu cầu sử dụng Bên cạnh đó việc sử dụng chế phẩm sinh học chưa có sự phát triển đồng bộ với mô hình nuôi tôm sạch quy chuẩn trên quy

mô đại trà mà vẫn mang tính tự phát và nhỏ lẻ

Xuất phát từ thực tế trên chúng tôi tiến hành nghiên cứu đề tài:

“ XÂY DỰNG QUY TRÌNH NUÔI TÔM SẠCH SỬ DỤNG CHẾ PHẨM VI SINH THAY THẾ HÓA CHẤT“

Đề tài thực hiện các nội dung sau:

1/ Phân lập và tuyển chọn chủng vi sinh vật probiotic

2/ Tạo chế phẩm sinh học

3/ Xây dựng mô hình nuôi tôm sạch

4/ Hiệu quả mô hình nuôi tôm sạch sử dụng chế phẩm sinh học thay thế hóa chất

PHẦN I TỔNG QUAN 1.1 Tình hình nuôi tôm trên thế giới

Nghề nuôi tôm trên thế giới đã xuất hiện cách đây nhiều thế kỷ, nhưng nuôi tôm hiện đại mới chỉ bắt đầu vào những năm 1930 sau khi Motosaku Fujinaga công bố công trình nghiên cứu về sản xuất giống nhân tạo loài tôm he Nhật Bản [40] Trên thế giới có hai khu vực nuôi tôm lớn nhất là các nước Châu Mỹ La tinh các nước Nam Á, Đông Nam Á Sản lượng và diện tích tôm công nghiệp ở các nước thuộc khu vực Đông Nam Á và Nam Á chiếm 70% toàn thế giới, trong đó Thái Lan là nước đứng đầu, tiếp đến Indonexia, Trung Quốc, Ấn Độ, Bangladesh và Việt Nam Một số nước thực hiện công nghệ nuôi tôm thâm canh, với năng suất cao 7-8 tấn/ha/vụ, hoặc nuôi siêu thâm canh với năng suất 10-13 tấn/ha/vụ [1]

Những loài tôm được nuôi nhiều nhất là tôm thẻ chân trắng (Penaeus vannamei)

và tôm sú (Penaeus monodon) Nhu cầu thị trường đối với tôm vẫn không ngừng tăng

cao trong thời gian qua làm cho tôm có một giá trị hấp dẫn và ngành nuôi tôm thâm canh có đầu ra ổn định Lợi nhuận hấp dẫn và giá trị xuất khẩu cao của tôm nuôi đã tác động đến chính sách phát triển của một số nước nuôi tôm Chính điều này giúp nghề nuôi tôm được mở rộng trên khắp thế giới

Nghề nuôi tôm ở các nước châu Á tuy phát triển rất mạnh, đạt được kết quả bước đầu, nhưng đã phải sớm đối đầu với vấn đề dịch bệnh và sự suy thoái của môi trường nuôi Các vùng nuôi tôm công nghiệp, bán công nghiệp chỉ cho lợi nhuận cao trong vòng 2 đến 4 năm đầu, sau đó do bệnh dịch bùng phát, môi trường suy thoái, con tôm dễ bị bệnh, bệnh dịch tràn lan gây nhiều thiệt hại to lớn cho người nuôi và làm giảm diện tích, sản lượng tôm nuôi Nguyên nhân chính của việc giảm diện tích và năng suất của nghề nuôi tôm trên toàn thế giới trầm trọng trên xác định do phát triển nuôi nóng vội, các khu vực nuôi chỉ tập trung vào phát triển diện tích nuôi và tăng sản lượng trong các ao nuôi mà bỏ qua việc xử l chất thải phát sinh trong quá trình nuôi

Sau một thời kỳ nuôi có hiệu quả, môi trường trong khu nuôi dần bị suy thoái dẫn đến tôm nuôi dễ bị mắc bệnh

1.2 Tình hình nuôi tôm ở Việt Nam

1.2.1 Tình hình nghề nuôi tôm ở Việt Nam

Ở Việt Nam nghề nuôi tôm là lĩnh vực kinh tế mũi nhọn, góp phần quan trọng trong tổng giá trị xuất khẩu thủy sản, đưa Việt Nam trở thành nước xuất khẩu thủy sản lớn thứ 7 trên thế giới Năm 2008 xuất khẩu thủy sản đạt trên 4,5 tỷ USD Trong đó, tôm sú và cá tra là hai mặt hàng xuất khẩu chủ lực, riêng xuất khẩu tôm đạt giá trị kim ngạch 1,5 tỷ USD Năm 2011, theo Hiệp hội Chế biến và Xuất khẩu thủy sản (VASEP), xuất khẩu tôm đạt trên 2,4 tỉ USD, tăng 12 - 18% về khối lượng so với năm 2010 Năm 2011 mặc dù dịch bệnh lây lan trên diện rộng, gây thiệt hại lớn cho các hộ nuôi tôm [49,50] Tuy nhiên giá trị xuất khẩu tôm vẫn đạt 2,4 tỷ USD Sản lượng và diện tích nuôi tôm nước lợ tăng đều trong mười năm gần đây, số liệu được thể hiện qua biểu đồ dưới đây [17]

Hình 1.1 Diện tích nuôi tôm trên cả nước t năm 2000 – 2011

Nguồn: 17

Hình 1.2 Sản lượng tôm nuôi trong cả nước t năm 2000 – 2011

Nguồn: 17

Chỉ tính riêng năm 2011 tổng diện tích nuôi tôm nước lợ đạt 656.455 ha trong

đó tôm sú là 623.377 ha và tôm thẻ chân trắng là 33.078 ha, với sản lượng tổng đạt 495.657 tấn trong đó tôm sú là 319.206 tấn và 176.451 tấn tôm thẻ chân trắng

Nếu phân theo địa phương thì diện tích nuôi tôm trong cả nước tập trung chủ yếu ở các tỉnh Đồng bằng sông Cửu Long Do đó tỷ lệ sản lượng tôm ở khu vực Đồng bằng sông Cửu Long cũng chiếm phần lớn so với cả nước

Hình 1.3 Tỷ lệ sản lượng tôm nuôi giữa các địa phương, năm 2010

Nguồn: 17

Trong 11 tỉnh Đồng Bằng Sông Cửu Long thì Bạc Liêu, Sóc Trăng và Cà Mau

là ba tỉnh có sản lượng tôm nuôi cao nhất với: Sóc Trăng là 60830 tấn, Bạc Liêu là

68003 tấn và nhiều nhất là Cà Mau với 103900 (số liệu năm 2010) Tôm thẻ chân trắng

và tôm sú là hai loài tôm nước lợ được nuôi phổ biến ở Việt Nam và sản xuất theo hướng xuất khẩu

Tuy lĩnh vực nuôi tôm nước lợ đang rất phát triển ở Việt Nam nhưng ngành nuôi tôm nước lợ vẫn còn gặp nhiều thách thức, do dịch bệnh ngày càng phát triển mạnh, lan rộng trong cả nước Do vậy mô hình nuôi tôm sạch với việc sử dụng chế phẩm sinh học đang là hướng đi cần thiết của ngành nuôi tôm Việt Nam

1.2.2 Các mô hình và công nghệ nuôi tôm chủ yếu ở Việt Nam

Hiện nay ở Việt nam áp dụng các phương thức nuôi tôm chủ yếu là nuôi quảng canh và quảng canh cải tiến, một phần nhỏ được nuôi theo phương thức bán thâm canh

và thâm canh Mô hình nuôi tôm thâm canh và bán thâm canh theo qui trình nuôi ít thay nước cho năng suất cao và tương đối ổn định, đặc biệt là ở các tỉnh thuộc khu vực phía nam Trung Bộ và Đồng bằng sông Cửu Long Mô hình nuôi quảng canh cải tiến, nuôi sinh thái, nuôi tôm luân canh với trồng lúa phát triển mạnh ở một số tỉnh thuộc tây Nam bộ

Nuôi quảng canh (QC): Đầm nuôi lớn hơn 10 ha, trong đầm nuôi có điều kiện

giống tự nhiên Ngoài tôm sú còn bổ sung nhiều đối tượng nuôi như rong câu chỉ vàng, tôm sú, cá rô phi đơn tính, tôm rảo và cua Thức ăn chủ yếu là tự nhiên Nuôi theo hình thức này năng suất thấp, không khai thác đựợc triệt để diện tích vùng nước

Nuôi quảng canh cải tiến (QCCT): diện tích ao nuôi từ 1-10 ha Mật độ thả

giống thấp, thường chỉ một loại đối tượng Ngoài lợi dụng nguồn thức ăn tự nhiên còn bổ sung thêm thức ăn nhân tạo Năng suất có thể đạt từ 200 kg-1000 kg/ha tùy vào điều kiện tự nhiên của từng vùng

Nuôi thâm canh và bán thâm canh (TC và BTC ): Diện tích ao nuôi thường từ

0,2 ha – 1,0 ha Mật độ thả giống cao (tôm sú có thể thả từ 10-50 P15/m2, tôm thẻ

1.2.3 Đặc điểm môi trường nước nuôi tôm

Nước nuôi tôm có đặc điểm chung là hàm lượng chất hữu cơ cao, tuy nhiên tùy từng thời điểm và từng địa phương mà hàm lượng chất hữu cơ thay đổi theo Đây chính

là nguyên nhân dẫn đến ô nhiễm hữu cơ ở trong ao nuôi tôm Nếu không tính đến nguồn nước đầu vào là do quá trình tự ô nhiễm, nguyên nhân chủ yếu gây ô nhiễm: (1) thức ăn thừa, (2) phân tôm và (3) dịch thải của tôm Trong đó thức ăn thừa được cho là nguyên nhân lớn nhất gây ô nhiễm nước trong ao nuôi Mức ô nhiễm, thời gian phân hủy phụ thuộc vào bản chất chất hữu cơ và môi trường nuôi tôm, tức là khả năng oxy hóa của ao nuôi tôm Mức độ ô nhiễm ao nuôi tỷ lệ thuận theo vụ nuôi Vì vậy cần thiết có quá trình xử l hữu cơ phù hợp để tránh tình trạng tôm chậm lớn và ngăn chặn dịch bệnh [6] Do vậy thông thường cần cải tạo ao sau mỗi vụ nuôi

Ngoài ô nhiễm hữu cơ còn có quá trình ô nhiễm phi hữu cơ do sử dụng hóa chất điều trị dịch bệnh, xử l ô nhiễm môi trường nước bằng hóa chất và kháng sinh của người nuôi Điều này không chỉ ảnh hưởng đến nước nuôi tôm, hiệu quả quá trình nuôi

mà còn ảnh hưởng đến sức khỏe con người và môi trường sinh thái

1.2.4 Các chỉ số đánh giá nước nuôi tôm

Nhiệt độ : Nhiệt độ là yếu tố ảnh hưởng đến hoạt động sống của tôm, đặc biệt là

ảnh hưởng tới khả năng bắt mồi của tôm Nhiệt độ thích nghi cho tôm là 18 – 30o

C và

thích hợp nhất là 23 – 30oC Ngoài ra nhiệt độ còn là điều kiện quan trọng cho các quá trình sinh học, hóa học, l học diễn ra trong ao nuôi

Độ mặn: Độ mặn phụ thuộc vào từng loại tôm Với tôm sú độ mặn ao nuôi thích

hợp khoảng 15 - 35‰, tôm thẻ chân trắng 10 – 25‰ Riêng tôm càng xanh thì nuôi nước ngọt từ giai đoạn tôm bột đến trưởng thành Độ mặn giảm dần trong mùa mưa nhưng phần lớn dao động trong khoảng cho phép từ 15 - 20‰ Ao nuôi tôm theo phương thức QCCT được trao đổi nước thường xuyên, nên độ mặn phụ thuộc chủ yếu vào nguồn nước Vào mùa mưa độ mặn giảm xuống, việc điều tiết độ mặn cho ao QCCT là khó có thế thực hiện được Độ mặn trong ao nuôi tôm TC thì ổn định hơn nhờ các thiết bị hỗ trợ quá trình nuôi [1]

Độ pH: Độ pH của nước ít khi ảnh hưởng trực tiếp đến sức khỏe của tôm, vì nó

thường dao động trong khoảng từ 6 đến 9, ngoại trừ đất mang tính axit Tuy nhiên pH lại ảnh hưởng đến tính độc của NH3 và H2S trong môi trường NH3 và H2S gây độc cho tôm nếu tồn tại ở dạng khí Trong khi H2S tồn tại dạng khí khi pH thấp thì NH3 tồn tại ở dạng khí khi pH cao Vì vậy ở pH trung bình 7,1-8,3 là phù hợp cho tôm và ít tạo khí độc nhất Trong mùa mưa pH của ao nuôi tôm QCCT có lúc giảm xuống dưới mức cho phép, trong ao nuôi tôm pH trong nuôi thâm canh có thể kiểm soát được

Nồng độ oxy hòa tan (DO): Nồng độ oxy hòa tan rất cần thiết cho sự hô hấp của

tôm và sự phát triển của vi sinh vật hiếu khí Nồng độ oxy hòa tan phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: mức độ ô nhiễm của nước, hoạt động của vi sinh vật trong thế giới thủy sinh của ao nuôi, các quá trình sinh học, hóa học xảy ra trong ao Nước trong ao nuôi càng ô nhiễm hữu cơ nặng thì các quá trình sinh hóa diễn ra càng nhiều đồng nghĩa với việc oxy được sử dụng nhiều để phân hủy các chất hữu cơ dẫn đến thiếu oxy trong nước gây cản trở việc hô hấp của tôm Chỉ số DO phù hợp nhất là 5 – 8mg/l đảm bảo tôm phát triển tốt Đối với ao nuôi tôm TC nồng độ oxi hòa tan ổn định do có hệ thống cấp khí, trong khi nguồn cung cấp oxy chính cho ao nuôi tôm QCCT là tảo quang hợp và oxi hòa tan từ không khí vào nước Càng về cuối vụ thì DO trong ao

nuôi tôm QCCT càng ít đi vì ô nhiễm hữu cơ và tảo mọc nhiều Nếu DO nhỏ hơn 3,5 mg/l có thể làm tôm chết Thay nước từ môi trường bên ngoài là biện pháp duy nhất

cải thiện nồng độ DO cho tôm trong ao QCCT

Nhu cầu oxy sinh học (BOD) và oxy hóa học (COD): BOD là lượng oxy cần

thiết để oxy hóa các hợp chất hữu cơ có trong nước nhờ các vi sinh vật hoại sinh hiếu khí Quá trình này còn gọi là quá trình oxy hóa sinh học COD là lượng oxy cần thiết

để oxy hóa các hợp chất hữu cơ trong nước thành CO2 và H2O bằng một chất oxy hóa

mạnh và không có sự tham gia của vi sinh vật

Giá trị COD, và BOD càng cao thì nước càng ô nhiễm hữu cơ nặng, giá trị BOD

thích hợp nhất trong khoảng 5 – 10mg/l và COD thích hợp: < 20mg/l

Chỉ số BOD tăng dần theo thời gian nuôi đặc biệt ở những tháng cuối vụ tôm

và vượt quá nồng độ cho phép 10 mg/l vào tháng thứ 6 ở ao nuôi tôm TC, nguyên nhân là do ô nhiễm hữu cơ

Biến đổi H 2 S trong môi trường nước ao nuôi tôm: H2S sinh ra chủ yếu do quá trình phân hủy yếm khí của các chất hữu cơ thừa trong lớp đáy bùn (thức ăn thừa, chất thải tôm, sinh vật chết ).Hàm lượng H2S trong nước tăng dần theo thời gian

nuôi, đặc biệt có sự gia tang đột ngột khi bắt đầu vào mùa mưa (tháng 4,5,6)

Thay đổi NH 3 trong môi trường nước ao nuôi tôm: Trong ao nuôi tôm, pH luôn luôn được điều chỉnh trong thời gian nuôi nên nồng độ amoni NH3 thấp Trong giai

đoạn chuẩn bị ao, phân đạm được sử dụng nên thời gian đầu nồng độ NH3 cao (0,24

và 0,36 mg/l) Cuối vụ nồng độ NH3 tăng nhẹ nhưng không ảnh hưởng đến tôm Nhìn chung trong cả vụ nồng độ NH3 trong cả ao nuôi tôm QCCT và nuôi tôm TC

nhỏ hơn 0.1 mg/l đạt tiêu chuẩn cho phép

Thay đổi nitrogen tổng số trong môi trường nước ao nuôi tôm: Nitơ trong nước

nuôi tôm cũng thể hiện mức độ ô nhiễm của nước và có thể tồn tại ở dạng hợp chất hữu

cơ, ammoniac , nitrit hay nitơ tự do Nếu nitơ tổng trong ao nuôi tồn tại chủ yếu ở dạng hữu cơ và ammoniac thì nước trong ao nuôi ô nhiễm giai đoạn đầu, nếu tồn tại chủ yếu

là NO2- cao thì nước đang ở giai đoạn ô nhiễm nặng, nếu tồn tại chủ yếu dạng NO3-

thì

chứng tỏ giai đoạn phân hủy đã kết thúc

Chỉ số nitơ tổng trong ao nuôi thâm canh là từ 0,720 mg/l đến 1,780 mg/l, cao hơn chỉ số Nitơ tổng trong ao nuôi quảng canh cải tiến (0,630 mg/l-1,120 mg/l).Trong

ao nuôi tôm TC chỉ số Nitơ tổng tăng theo thời gian, nguyên nhân là số lượng thức ăn cũng tăng theo cùng với trọng lượng và kích thước tôm Trong ao n u ô i t ô m QCCT thì chỉ số N tổng không giao động mạnh vì mật độ tôm ít Ô nhiễm N làm suy giảm nồng độ oxy hòa tan trong nước, gây ra hiện tượng phú dưỡng ảnh hưởng trực tiếp đến tôm Mặt khác Nitơ cũng cần cho sự phát triển của một số loài tảo như zooplankton một thức ăn quan trọng của tôm

Hàm lượng phospho trong ao nuôi tôm: Hàm lượng photpho trong ao nuôi cũng

là yếu tố quan trọng vì nó là dinh dưỡng cho các loài tảo và thực vật dưới nước Nếu hàm lượng phospho tăng cao dẫn đễn sự phát triển mạnh của các loài tảo, thực vật dưới nước gây tắc thủy vực, đồng thời khi tảo chết đi gây ô nhiễm thứ cấp ảnh hưởng đến

hàm lượng oxy hòa tan trong nước Nồng độ hợp chất phosphat (PO43-) hòa tan trong nước giao động ở mức cho phép (dưới 0,1mg/l mà tiêu chuẩn là 0,5 mg/l) Nồng độ phosphat tổng tăng dần theo thời gian nuôi tôm Nguyên nhân là do phosphat tích tụ dần do phân hủy thức ăn thừa và các chất thảỉ của tôm Nồng độ phosphat trong ao nuôi thâm canh lớn hơn so với ao nuôi QC

Bảng 1.1 Các thông số thích hợp cho nuôi tôm nước lợ

Nhiệt độ 23 – 30oC

Độ kiềm 80 – 130mg CaCO3/lít Phụ thuộc vào dao động pH

H2S < 0.03mg/lít

Nguồn 3, 8, 10

1.2.5 Tình trạng dịch bệnh và ô nhiễm nước nuôi tôm

Thời gian qua, ở nước ta nuôi tôm công nghiệp trở thành một trong những ngành chủ lực, góp phần đáng kể trong chuyển dịch cơ cấu kinh tế nông nghiệp Tuy nhiên, bên cạnh lợi ích kinh tế, nghề nuôi tôm phát triển đã gây ô nhiễm môi trường cục bộ tại các vùng nuôi, làm lây lan dịch bệnh ở tôm Ô nhiễm có nguyên nhân do nguồn nước cấp và tự ô nhiễm trong ao nuôi Mật độ nuôi càng lớn, lượng thức ăn sử dụng nhiều, môi trường ao nuôi càng giàu chất hữu cơ (thức ăn thừa, phế thải hữu cơ,

vỏ tôm lột xác ) thì nguy cơ gây ô nhiễm ao nuôi và lây lan dịch bệnh càng cao

Môi trường nuôi bị ô nhiễm, dẫn đến các bệnh ở tôm có nguồn gốc do vi khuẩn

hoặc virus gây bệnh phát triển Nhóm vi khuẩn Vibrio là vi khuẩn gây bệnh tôm nuôi nguy hiểm nhất, các loài vi khuẩn V harveyi, V parahamoticus, V alginolyticus là tác

nhân gây bệnh, gây chết hàng loạt ở tôm [43]

Nhiều chủng vi khuẩn thuộc chi Aeromonas, Pseudomonas, Proteus gây

bệnh chấm nâu, chấm đen ở tôm làm tôm chậm lớn, còi cọc Các loại virus WSSV gây bệnh đốm trắng, virus YHV gây bệnh đầu vàng, vius IHHNV gây hoại tử dưới vỏ ở tôm gây thiệt hại rất lớn cho ngành nuôi tôm ở nước ta và trên thế giới Ngoài các nguyên nhân gây dịch bệnh do vi khuẩn và virus, có một số loại nấm sợi kí sinh, động vật nguyên sinh gây nên các bệnh còi cọc, chậm phát triển ở tôm nuôi [5]

Dịch bệnh ở tôm nuôi được ghi nhận ở nước ta từ năm 1993 Từ năm 1994 –

1998 nhiều vùng nuôi tôm trong cả nước bị dịch bệnh, gây thiệt hại đáng kể cho nghề nuôi tôm Trong những năm gần đây, nuôi tôm nước lợ xuất khẩu ngày càng phát triển mạnh, nghề nuôi tôm đang có bước chuyển biến nhanh từ hình thức nuôi quảng canh sang nuôi tôm thâm canh Diện tích nuôi tôm phát triển mạnh, cùng với sự kiểm soát môi trường ao nuôi không tốt, đã kéo theo sự lây lan dịch bệnh ngày càng nghiêm trọng Dịch bệnh đã làm cho diện tích tôm nuôi bị nhiễm bệnh tăng cao, hiện tượng tôm bị chết hàng loạt nhiều, làm giảm diện tích nuôi tôm

Trong các năm 2007- 2009 do dịch bệnh, diện tích nuôi tôm giảm mạnh ở nhiều tỉnh: Quảng Trị có hơn 50 ha tôm sú bị thiệt hại do dịch bệnh, Bến Tre 134 ha diện tích nuôi tôm sú bị nhiễm bệnh Theo thống kê đến tháng 8/2011 cả nước có 66.593 ha (64.758 ha tôm sú và 1.835 ha tôm thẻ chân trắng) bị thiệt hại, tăng gấp 2,3 lần so với cùng thời điểm năm 2010 tập trung chủ yếu ở một số tỉnh ĐBSCL (hình 1.4)

Hình 1.4 Diện tích nuôi tôm bị thiệt hại một số tỉnh thành năm 2011

Với mục đích hạn chế dịch bệnh, xử l ô nhiễm môi trường nước nuôi tôm, đã

có những nghiên cứu tạo ra các chế phẩm sinh học xử l nước hồ ao nuôi trồng thủy sản Chế phẩm sinh học đã góp phần xử l ô nhiễm môi trường nuôi trồng thủy sản, tăng khả năng sinh trưởng của tôm Nghiên cứu tạo chế phẩm sinh học trong nước có

hiệu quả cao, làm tăng sức đề kháng bệnh và tăng khả năng sinh trưởng của tôm, tăng năng suất thu hoạch tôm và môi trường bền vững là vấn đề cấp thiết đặt ra

Kết quả nghiên cứu và thực tiễn sử dụng chế phẩm sinh học trong nuôi tôm sú thâm canh trong và ngoài nước, cho thấy sử dụng chế phẩm sinh học có nghĩa quan trọng trong nuôi tôm năng suất cao do: Chế phẩm sinh học có tác dụng kích thích hệ miễn dịch, tăng sức đề kháng với một số vi khuẩn gây bệnh, giảm sốc khi môi trường biến đổi cho tôm nuôi; giúp tôm hấp thụ thức ăn tốt, giảm hệ số tiêu tốn thức ăn; giảm độc tố trong ao nuôi xuống mức thấp nhất (NH3, H2S), giảm mùi hôi thối của nước; cạnh tranh thức ăn làm giảm lượng vi khuẩn có hại trong ao, phòng bệnh và giảm thiểu hiện tượng gây bệnh cho tôm [30, 38]

Hiện nay, với mục đích phát triển nông nghiệp bền vững, chế phẩm sinh học đã được sử dụng nhiều trong nuôi trồng thủy sản sinh thái Chế phẩm sinh học có tác dụng điều chỉnh hệ vi sinh vật thủy sinh theo hướng hạn chế các vi sinh vật gây bệnh, tăng cường sự phân hủy các chất hữu cơ (do thức ăn thừa, do vật nuôi bài tiết, do xác động vật thực vật chết bị thối rữa) góp phần giảm thiểu môi trường Sử dụng chế phẩm sinh học bổ sung vào thức ăn thủy sản có tác động cải thiện hệ số dinh dưỡng, làm tăng khả năng miễn dịch của vật nuôi với vi sinh vật gây bệnh Từ năm 1998, Sirirat Rengpipat

và các cộng sự đã chứng minh việc bổ sung chủng vi khuẩn Bacillus S11 vào thức ăn nuôi tôm và tôm hùm có hiệu quả rất tốt [38] Các chủng vi khuẩn Bacillus S11 có khả năng kháng lại các loài phẩy khuẩn gây bệnh chủ yếu ở tôm như V harveyi D311 và V Parahaemolyticus [37, 38]

1.3 Tình hình nghiên cứu và ứng dụng chế phẩm sinh học trong nuôi trồng thủy sản

Chế phẩm sinh học đã được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau trong đó

có nuôi trồng thủy sản Để hiểu về vai trò cũng như có thể sử dụng hiệu quả chế phẩm sinh học trong nuôi tôm nước lợ, chúng ta cần hiểu rõ hệ sinh thái cũng như những

biến đổi chuỗi thức ăn hữu cơ trong ao nuôi thủy sản mà vi khuẩn đóng vai trò là mắt xích quan trọng

1.3.1 Vai trò của vi khuẩn trong chuỗi thức ăn thủy sinh

Trong nước, vi khuẩn đóng vai trò quan trọng trong việc phân giải các hợp chất hữu cơ, việc phân giải các hợp chất hữu cơ có tỷ lệ C:N thấp hoặc tương đối thấp dẫn đến quá trình khoáng hóa nitơ và photpho do đó dẫn đến sự phát triển của tảo trong ao Song song với quá trình đó thì các loài vi khuẩn khác nhau tồn tại tự do, kết bám trong bùn lơ lửng, bùn đáy sẽ phân giải trực tiếp hay gián tiếp các hợp chất hữu cơ khác cũng như sản phẩm phân giã của tảo Sản phẩm của quá trình này sẽ là nguồn dinh dưỡng cho các loài động vật phù du nhỏ và các loại ấu trùng Bên cạnh đó vi khuẩn sinh sống

tự do và bám trong mùn lại là nguồn thức ăn cho động vật phù du và những động vật cao cấp hơn Những loại động vật phù du ăn đáy lớn hơn lại sử dụng động vật phù du nhỏ và trùng làm nguồn thức ăn Tôm cũng là loài ăn đáy, ăn các loại động vật ăn đáy nói trên, các loài động vật phù du ăn tảo và một phần nhỏ tảo [34, 42, 36, 35]

Vi khuẩn chiếm tới 80% tổng số sinh vật trong hệ thống thủy sinh Qua các báo cáo về phân loại hệ vi khuẩn thủy sinh, cho thấy tron ao nuôi thủy sản các vi khuẩn này

thuộc về các chi Flavobacterium, Pseudomonas, Vibrio, Aeromonas, Corynebacterium, Alkaligenes, Micrococcus, Bacillus [26]

Tóm lại, vi khuẩn có vai trò quan trọng trong những biến đổi hệ thủy sinh cũng như các hợp chất hữu cơ trong ao nuôi trồng thủy sản Việc ứng dụng phù hợp và tương đối các loài vi khuẩn hữu ích là cách hiệu quả để tăng sản lượng ao nuôi và tránh

ô nhiễm môi trường nước trong ao

1.3.2 Nghiên cứu ứng dụng vi sinh vật trong nuôi trồng thủy sản trên thế giới

Trên thế giới việc sử dụng chế phẩm sinh học bổ sung vào thức ăn chăn nuôi được áp dụng từ những năm 1970 và đến những năm 1980 thì bước đầu được sử dụng

trong nuôi trồng thủy sản Năm 1980 Yasudo và Taga có những công bố đầu tiên về sử dụng chế phẩm sinh học trong nuôi trồng thủy sản giúp tăng năng suất và kiểm soát dịch bệnh [44]

Năm 1985 Bancheton bổ sung các chất hữu cơ giàu nitơ vào nguồn nước để làm giàu vi khuẩn nitrit hóa và thực vật phù du Những sinh vật này tạo thành những bông

tụ là nguồn thức ăn bổ xung cho ấu trùng tôm [21]

Theo nghiên cứu của Logan và Walter, việc bổ sung một số lượng nhất định vi

sinh vật thuộc các chủng Bacillus lentimorbus, Bacillus stearothermophilus vào hồ

nuôi thủy sản tập trung có tác dụng làm tăng sản lượng cá đến 25% [30] Theo nghiên cứu của Foster, ông đã bổ sung chế phẩm vi khuẩn sống có vai trò phân hủy lượng bùn tích tụ dưới đáy đầm Nhờ vậy, từ một cái đầm chết đã được cải tạo lại thành đầm nuôi

cá Chế phẩm vi khuẩn sử dụng ở đây có chứa Bacillus subtilis được sản xuất theo

phương pháp lên men, sau đó tất cả dịch thể bao gồm vi sinh vật, các enzym, và các yếu tố khác của quá trình lên men được làm khô và nghiền nhỏ và bổ sung vào đầm [25]

Năm 1991, Brierley đã công bố kết quả sử dụng vi sinh vật Bacillus subtilis

(ATCC 6051) để thu hồi kim loại nặng làm ô nhiễm nguồn nước Ngoài ra, các loài vi

sinh vật khác cũng được thử khả năng hấp thụ kim loại như Escherichia coli, Micrococcus luteus, Thiobacillus ferrooxidans, Zoogloea ramigera, Aspergillus flavus, Cladosporium sp., Neurospora crassa, Rhizopus stolonifer, Saccharomyces uvarum, các loại tảo như Chlorella pyrenoidosa, Ulothrix sp Nhưng khả năng hấp thụ kim loại của chúng không bằng chủng B subtilis nghiên cứu [22]

Năm 1996, Boyd đã công bố thử nghiệm thành công chế phẩm vi sinh gồm các

chủng Bacillus subtilis, Nitrobacter, Pseudomonas, Aerobacter, Cellumonas và Rhodopseudomonas Chế phẩm này đã giúp hồ nuôi không có mùi hôi, giảm lượng tảo

lam, giảm lượng nitrat, nitrit, và amoni, đồng thời nồng độ phospho hạ, nồng độ oxy

hòa tan tăng, tốc độ phân giải các chất hữu cơ tăng Điều này làm cho việc nuôi trồng hải sản được cải thiện [25]

Tại ấn Độ, chế phẩm Super PS và Super NB đang được đánh giá là hiệu quả hơn

cả với vùng sinh thái và nuôi trồng thuỷ sản ở đây Super PS bao gồm 2 chủng

Rhodobacter và Rhodococus với nồng độ khoảng 109 CFU/ml, có tác dụng sử dụng H2S, ổn định pH của nước phân huỷ sinh học lắng cặn bùn và làm gia tăng quần xã vi

sinh vật hữu ích Còn Super NB bao gồm các chủng Bacillus, Pseudomonas, Nitrobacter cũng với nồng độ 109 CFU/ml, có tác dụng sử dụng amon và nitrit trong nước, làm giảm các tác nhân gây stress ở tôm và tăng sức đề kháng cho tôm

1.3.3 Tình hình sử dụng chế phẩm sinh học trong nuôi tôm nước lợ ở Việt Nam

Trong những năm gần đây, để giảm thiểu những bất lợi do sử dụng hóa chất trong nuôi trồng thủy sản, việc nghiên cứu và sử dụng các chế phẩm sinh học trong quá trình nuôi tôm ở nước ta đang phát triển mạnh Theo Cục Bảo vệ nguồn lợi thủy sản, hiện có khoảng trên 300 thương hiệu chế phẩm sinh học và vitamin phục vụ nuôi trồng thủy sản đang bán trên thị trường nước ta Đa số các chế phẩm sinh học có nguồn gốc nhập ngoại và một số chế phẩm được sản xuất trong nước nhưng phần lớn các chế phẩm này chưa được công bố rõ nguồn gốc xuất xứ và hiệu quả Cho đến nay chưa có nghiên cứu nào đánh giá việc sử dụng các chủng vi sinh vật ngoại nhập có phù hợp với điều kiện khí hậu của Việt Nam hay không? Có làm ảnh hưởng đến sự bền vững của hệ sinh thái và môi trường không Một số chế phẩm sinh học có nguồn gốc từ nước ngoài nhập nội đang có mặt trên thị trường nước ta, được người dân sử dụng trong nuôi tôm

cá như: Pond-Clean TN, Zyme-biotic, Super VSV, Bio-enzyme, Bacter Gold,

Clean-up, Microzym

Trong nước đã có một số đơn vị nghiên cứu, sản xuất các chế phẩm sinh học, chế phẩm probiotic phục vụ nuôi trồng thủy sản như:

- Chế phẩm sinh học Biochie (Viện Công nghệ sinh học) bao gồm một số chủng

vi khuẩn thuộc chi Bacillus (B subtilis, B Megaterium, B Licheniformis ) và chi Lactobacillus dùng để xử l nước trong ao nuôi thủy sản Các chủng vi khuẩn sử dụng

trong chế phẩm có khả năng phân hủy các chất hữu cơ và chất thải của tôm làm giảm lượng bùn hữu cơ, giảm chu trình thay nước [15]

- Chế phẩm sinh học Biof (Viện Công nghệ sinh học) chứa chủng vi khuẩn

Lactobacillus chế phẩm này có tác dụng tăng khả năng hấp thụ thức ăn và hạn chế bệnh ở tôm cá do vi khuẩn Aeromonas gây ra [16]

- Chế phẩm Bio II, VEM (Viện Sinh học nhiệt đới) gồm vi khuẩn lactic, vi

khuẩn Bacillus và nấm men có tác dụng kích thích tiêu hóa của tôm cá hoặc làm sạch

môi trường ao nuôi

- Chế phẩm sinh học BI0 – TS3 (Viện CNSH & CNTP, Đại học Bách Khoa Hà Nội) sử dụng trong nuôi tôm sú thâm canh làm tăng năng suất thu hoạch 13%, tăng tỷ

lệ sống 11,7%, năng suất tăng 13,67% so với ao đối chứng [13]

Chế phẩm sinh học probiotic ( Công ty Cổ phần Dược và vật tư thú HanVet)

-Hiện nay, nghiên cứu để sản xuất chế phẩm probiotic dùng trong chăn nuôi và nuôi trồng thủy sản, giúp cho vật nuôi tiêu hóa tốt hơn, giảm tỷ lệ bị bệnh và góp phần cải thiện môi trường đang được đẩy mạnh ở nhiều nước trên thế giới Ở Việt Nam nghiên cứu về việc sử dụng các chế phẩm sinh học probiotic trong nuôi trồng thủy sản còn ít Ngoài một số ít chế phẩm sinh học được sản xuất trên cở sở các đề tài nghiên cứu (Bio II, BioF, ), một số chế phẩm sinh học khác do các công ty tư nhân sản xuất, chưa được kiểm tra đánh giá đang được bán phổ biến ở nhiều vùng nuôi tôm, cá Nhiều chế phẩm sinh học sản xuất theo cách trộn chế phẩm nước ngoài với các chất độn, một

số chế phẩm còn trộn thêm chất kháng sinh, chất kích thích sinh trưởng hoặc có chứa

vi sinh vật có hại

Trong những năm gần đây Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn, Bộ Khoa học và Công nghệ, Bộ Tài nguyên và Môi trường đã cho phép thực hiện một số đề tài nghiên cứu nhằm xây dựng cơ sở khoa học, để có thể tạo được các chế phẩm sinh học probiotic hữu hiệu phù hợp với điều kiện khí hậu của Việt Nam, phục vụ nuôi trồng thủy sản và xử l môi trường

1.4 Một số đặc điểm vi sinh vật có ứng dụng trong sản xuất chế phẩm sinh học 1.4.1 Chế phẩm sinh học probiotic

Chế phẩm sinh học probiotic là những chế phẩm tạo nên từ các chủng vi sinh vật probiotic sống và các chất mang phù hợp Chế phẩm sinh học probiotic có tác dụng cân bằng hệ vi khuẩn đường ruột, kích thích hệ thống miễn dịch và có tác dụng hữu ích cho động vật chủ

Thuật ngữ probiotic được sử dụng lần đầu tiên năm 1965 bởi Lilley và Stillwell,

mô tả những chất tiết ra từ vi sinh vật có khả năng kích thích sự phát triển của vi sinh vật khác Theo Fuller (1989): probiotic hay vi sinh vật probiotic là các vi sinh vật sống,

bổ sung vào thức ăn làm cân bằng hệ vi sinh vật đường ruột và có tác dụng tốt đến sức khỏe vật chủ [27]

Cùng với thuật ngữ probiotic, thuật ngữ prebiotic được khái quát: gồm các chất

và hợp chất tạo môi trường thuận lợi cho sự phát triển của vi sinh vật có lợi, ức chế vi sinh vật có hại Prebiotic là nguồn thức ăn cho vi sinh vật sống hữu ích trong đường ruột vật chủ (không phải cho vật chủ) Prebiotic là hợp chất hữu cơ thuộc nhóm carbonhydrat không được tiêu hóa, không được hấp thu ở đoạn trên của ống tiêu hóa,

do cơ thể động vật không có enzym thủy phân các chất đó thành đường đơn Một số loại prebiotic điển hình như: Inulin, Oligosaccharid, MOS, FOS [39]

Chế phẩm probiotic được sử dụng rộng rãi, có hiệu quả tương đối tốt trong phòng và trị bệnh cho người và động vật, đặc biệt là các chế phẩm phòng chữa bệnh đường ruột cho trẻ em, động vật non… Trong nuôi trồng thủy sản, chế phẩm probiotic

bắt đầu được sử dụng một số năm gần đây Chế phẩm probiotic sử dụng trong nuôi trồng thủy sản chứa các vi sinh vật sống, khi trộn vào thức ăn có tác dụng tích cực trong phòng ngừa bệnh đường ruột cho động vật thủy sản, tăng khả năng tiêu hóa và hấp thụ thức ăn, hoặc có tác dụng làm giảm thiểu ô nhiễm môi trường ao nuôi, nhờ có hoạt tính enzym phân hủy hữu cơ mạnh Chế phẩm sinh học probiotic bổ sung vào thức

ăn nuôi trồng thủy sản, làm cho các vi sinh vật probiotic cộng sinh và phát triển trong

hệ tiêu hóa của vật chủ, giúp cơ thể vật chủ hấp thụ tốt các chất dinh dưỡng, tăng hiệu quả sử dụng thức ăn [30, 7, 41] Các vi sinh vật probiotic có tác dụng kìm hãm sự phát triển của một số vi sinh vật gây bệnh và có có hại trong ống tiêu hóa của vật chủ, bằng cạnh tranh dinh dưỡng hoặc tiết các chất bacteriocin, acid… Nhiều nghiên cứu cho thấy vai trò ức chế các vi sinh vật gây bệnh tôm của các chủng vi khuẩn probiotic Ví

dụ, vi khuẩn Lactobacillus sp., Bacillus có khả năng ức chế các vi khuẩn gây bệnh Vibrio sp., E coli, Staphylococcus sp., và hạn chế bệnh đốm trắng do virus đốm trắng (WSSV) ở tôm sú P Monodon

Vai trò của vi khuẩn probiotic trong chế phẩm sinh học có thể giải thích theo các cơ chế khác nhau

- Vi khuẩn probiotic cạnh tranh thức ăn với vi khuẩn gây bệnh hoặc sản xuất những chất ức chế (bacteriocin, acid lactic,…), kìm hãm sự phát triển của các vi khuẩn gây bệnh Các chủng vi khuẩn probiotic có khả năng sinh các chất kháng khuẩn để tiêu diệt các vi khuẩn gây bệnh trong đường ruột vật nuôi, giúp kích thích hệ miễn dịch của động vật nuôi và tăng cường khả năng đề kháng một số loại vi sinh vật gây bệnh

- Cung cấp chất dinh dưỡng cần thiết để tăng cường dinh dưỡng cho động vật nuôi, cung cấp các enzym làm tăng cường hiệu quả chuyển hóa thức ăn của động vật nuôi

- Vi khuẩn probiotic hấp thu trực tiếp hoặc phân hủy các chất hữu cơ dư thừa hoặc các chất độc hại trong nước Một số chủng vi khuẩn probiotic thực hiện các quá

trình amon hóa, nitrat hóa, phản nitrat hóa, desulphur hóa …, giúp phân hủy các chất bài tiết của tôm cá, thức ăn dư thừa và chất hữu cơ khác, tạo nên các muối vô cơ cung cấp dinh dưỡng làm cho vi khuẩn và tảo phát triển nhanh; ức chế sự tăng trưởng của các vi sinh vật gây bệnh, cải thiện chất lượng nước ao nuôi và giảm thiểu ô nhiễm môi trường nuôi trồng thủy sản

Chế phẩm sinh học probiotic bao gồm nhiều loại khác nhau, có thể là sự kết hợp một hoặc một số chủng vi sinh vật probiotic sống với các chất mang Một số loại chế phẩm sinh học probiotic ngoài các chủng vi sinh vật probiotic, có bổ sung một số loại enzym (protease, phytase, amylase, cellulase…) và các chất prebiotic (MOS, FOS…) nhằm kích thích khả năng sinh trưởng của động vật nuôi ở giai đoạn đầu, tạo điều kiện thuận lợi cho vi sinh vật probiotic phát triển mạnh và ổn định trong chế phẩm

1.4.2 Các nhóm vi sinh vật chủ yếu đƣợc sử dụng trong tạo chế phẩm sinh học probiotic

Các vi sinh vật được lựa chọn làm chế phẩm probiotic phải có những đặc điểm

có ích sau:

- Không sinh độc tố, không gây bệnh cho vật chủ và không ảnh hưởng xấu tới

hệ sinh thái và môi trường

- Có khả năng bám dính trên niêm mạc đường tiêu hóa và các mô khác của vật chủ, cạnh tranh vị trí bám với các vi sinh vật gây bệnh

- Có khả năng sinh các chất ức chế, ngăn cản sự sinh trưởng của các vi sinh vật gây bệnh Các chất ức chế vi sinh vật có hại gồm nhiều loại khác nhau: bacteriocin, siderophore, lysozym, protease, hydroperoxit, acid lactic…, các chất này có thể tác động đơn lẻ hoặc phối hợp lẫn nhau

- Có khả năng sinh trưởng nhanh, có tác dụng cạnh tranh thức ăn và cạnh tranh năng lượng với các vi sinh vật có hại Ví dụ, một số loài 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

- Tăng cường khả năng miễn dịch, tăng cường đáp ứng miễn dịch tự nhiên và khả năng tạo kháng thể trong cơ thể vật chủ

- Có tác dụng cải thiện chất lượng nước ao nuôi, do sự hình thành hàng loạt enzym phân giải các chất hữu cơ, làm giảm hàm lượng BOD, giảm hàm lượng khí độc amoniac, H2S, trong ao nuôi

Mặt khác, sản phẩm trao đổi chất của vi sinh vật probiotic còn cung cấp enzym, các nguyên tố vi lượng cho vật chủ, giúp chúng sử dụng thức ăn hiệu quả hơn và do đó tăng trưởng tốt hơn, khả năng kháng bệnh cao hơn [23]

Để đáp ứng những yêu cầu trên, chế phẩm sinh học probiotic được sử dụng hiện nay thường được sản xuất từ một nhóm hoặc kết hợp nhiều nhóm vi sinh vật có ích khác nhau Các nhóm vi sinh vật chủ yếu được sử dụng để tạo chế phẩm probiotic gồm: vi khuẩn, nấm men, xạ khuẩn và nấm sợi

- Nhóm vi khuẩn dị dưỡng hoại sinh: chủ yếu làm sạch môi trường nhờ khả năng sinh enzym phân hủy hữu cơ: protease, amylase, cellulase Ngoài ra nhóm vi khuẩn này còn có vai trò cạnh tranh dinh dưỡng với vi khuẩn gây hại giúp môi trường luôn ở trạng thái cân bằng sinh học Nhóm vi khuẩn dị dưỡng hoại sinh bao gồm một

số loài thuộc chi Bacillus

- Nhóm vi khuẩn Lactic có khả năng sinh hoạt chất đối kháng với các vi sinh vật gây bệnh nên có khả năng kiểm soát hệ vi sinh vật trong môi trường Nhóm này bao

gồm một số loài thuộc chi Lactobacillus đôi khi có cả Streptococus Lactic khi bổ sung

vào thức ăn nuôi tôm cá, nhóm vi khuẩn này có vai trò tăng khả năng tiêu hóa và hấp thụ thức ăn của vật chủ, giảm hệ số tiêu hóa nhờ đó giúp tôm cá phát triển khỏe mạnh, tăng trưởng nhanh Điều quan trọng hơn khi sử dụng nhóm vi khuẩn này có tác dụng hạn chế việc sử dụng kháng sinh, đảm bảo tiêu chuẩn an toàn thực phẩm cho các sản

phẩm thủy sản và môi trường nước nuôi

- Nhóm vi khuẩn thường được bổ sung vào các chế phẩm sử dụng trong nuôi

trồng thủy sản là nhóm vi khuẩn tự dưỡng thuộc chi Nitrosomonas, Nitrobacter có tác

dụng chuyển hóa Nitơ hữu cơ thành Nitơ phân tử, giảm độc cho môi trường

- Nấm men thường được bổ sung vào các chế phẩm sinh học ứng dụng trong

nuôi trồng thủy sản là các loài saccharomyces cerevisiae, saccharomyces boulardii

1.4.2.1 Vi khuẩn lactic

Vi khuẩn lactic được xếp chung vào họ Lactobacillaeace, gồm các vi khuẩn

không đồng nhất về mặt hình thái (gồm cả vi khuẩn hình que và hình cầu) Vi khuẩn lactic thuộc nhóm vi khuẩn Gram (+), không tạo bào tử, không di động, thu nhận năng lượng nhờ phân giải hydrat cacbon và sinh acid lactic, sống từ kỵ khí đến vi hiếu khí

Vi khuẩn lactic là nhóm các vi khuẩn có nhu cầu về chất dinh dưỡng phức tạp, không phát triển được trên môi trường muối khoáng thuần khiết có đường glucose do không tự tổng hợp được các hợp chất nitơ hữu cơ phức tạp Vi khuẩn lactic có thể sử dụng được rất nhiều loại hydrat cacbon như các đường đơn, đường đôi và polysaccarit Ngoài cần cung cấp nguồn năng lượng cần thiết là các loại hydrat cacbon hữu cơ, vi khuẩn lactic cần một số yếu tố cần thiết cho sự sinh trưởng và phát triển như: phosphat, lưu huỳnh, vitamin, acid amin

Dựa vào những tính chất cơ bản của vi khuẩn lactic, có nhiều cách phân loại vi khuẩn lactic khác nhau: dựa vào hình thái học, kiểu lên men, khả năng chịu nhiệt, khả năng chịu muối, chịu axit hay chịu kiềm Về cơ bản, vi khuẩn lactic được chia làm 5

chi: Lactobacillus; Pediococcus; Streptococcus và Lactococcus; Leuconostoc và Bifidobacterium

- Lactobacillus: trực khuẩn có thể xếp đôi, chuỗi hoặc đứng riêng rẽ Nhiệt độ

tối ưu là 30-40oC Lên men được galactose, glucose, sacarose, fructose…

- Leuconostoc: cầu khuẩn hình ovan hoặc hình trứng Lên men đường dextran,

triose, sản phẩm tạo thành D-lactic, etanol, CO2 Có 2 loài đặc trưng là

L.mensenteroides và L.lactic [4, 47]

- Pediococus: cầu khuẩn, tồn tại dưới dạng bát cầu khuẩn, tụ cầu khuẩn Lên

men đường glucose theo chu trình EMP, acid lactic tạo thành có dạng DL, D(-) hay

D(+) Có 3 loài đặc trưng là P acidilactici, P dextrancium, P.halophilus

- Streptococus và lactococus: dạng cầu khuẩn xếp đôi hoặc chuỗi Có khả năng

lên men đường hexose thành acid lactic và các loại đường khác Có 3 loài đặc trưng

được sử dụng trong công nghệ sữa là S.lactis, S.ceremoris, S thermophilus [31]

- Bifidobacterium: lên men dị hình, có hình dạng biến đổi, đôi khi có hình ovan,

có lúc lại hình que, kị khí bắt buộc Có khả năng lên men lactose thành acid lactic và acid acetic [20]

Nhiều công trình nghiên cứu đã chứng minh vi khuẩn lactic là nhóm vi khuẩn an toàn, có lợi trong sản xuất thực phẩm Ngoài vai trò tạo ra acid lactic, muối lactat, tạo hương vị cho sản phẩm,… vi khuẩn lactic tạo ra các chất kháng khuẩn hữu hiệu khác nhau: bacteriocin, acid lactic, Một số chủng vi khuẩn lactic sinh bateriocin mạnh được sử dụng làm men tiêu hóa sống cho người và động vật, dùng để chữa bệnh rối

loạn tiêu hóa và phục hồi cân bằng hệ vi sinh vật đường ruột Hai nhóm Lactobacillus

và Lactococcus có khả năng ức chế vi khuẩn gây bệnh ở tôm cá và ức chế nhiều loại vi

khuẩn Gram (+), được sử dụng nhiều trong tạo chế phẩm sinh học phục vụ nuôi trồng thủy sản [45]

kiện sống bất lợi… Đặc điểm tạo bào tử của vi khuẩn Bacillus là hình thức thích nghi

của vi khuẩn với môi trường bất lợi [28]

Vi khuẩn Bacillus tồn tại khắp nơi trong tự nhiên, có khả năng tạo và tiết các enzym ngoại bào Nhiều loài vi khuẩn Bacillus tiết các enzym (amylase, protease,

cellulase ) phân hủy các hợp chất hữu cơ mạnh, có tác dụng phân hủy chất hữu cơ dư

thừa, làm giảm thiểu ô nghiễm môi trường B subtilis có khả năng sinh tổng hợp riboflavin, giúp cho B subtilis có khả năng cạnh tranh thức ăn với một số loài khác

[28] Khả năng sinh enzym, tính chất dể sống và khả năng sinh bào tử là ưu thế làm

cho vi khuẩn thuộc chi Bacillus được sử dụng nhiều trong sản xuất chế phẩm sinh học

Vi khuẩn thuộc chi Bacillus trong quá trình phát triển có tác động kìm hãm, ức

chế với các vi khuẩn gây bệnh và có hại bằng các cơ chế khác nhau: cạnh tranh oxy

và chất dinh dưỡng, cạnh tranh vị trí và sản sinh ra các chất ức chế sự phát triển của

các vi sinh vật gây hại Vi khuẩn Bacillus tổng hợp các chất kháng khuẩn khác nhau: các loài B circulans, B polymyxa, B laterosporus, B cereus có thể sản sinh phopholipase A ức chế hoặc tiêu diệt nhiều loại vi khuẩn khác Các loài Bacillus: B stearo thermophilus, B licheniformis, B thuringiensis và B subtilis sản sinh

bacteriocin (chất ức chế bản chất protein), có khả năng ức chế nhiều loài vi khuẩn gây

bệnh ở động vật thủy sản như Vibrio, Aeromonas [28, 24]

- Nhiều loài vi khuẩn thuộc chi Bacillus gây bệnh như Bacillus cereus gây tiêu chảy, viêm da, bacillus anthracis gây bệnh than

1.5 Một số phương pháp định loại vi sinh vật

1.5.1 Kỹ thuật định loại truyền thống

Phân loại vi sinh vật dựa trên các đặc điểm hình thái tế bào khuẩn lạc, các đặc điểm sinh lý, sinh hóa, nuôi cấy… của các chủng vi sinh vật Để xác định tên đến loài của một vi sinh vật nhất định, có thể sử dụng những bộ kít sinh hóa chuẩn khác nhau:

bộ kít API 20 E, API50 CHL … để kiểm tra đặc điểm sinh hóa, khả năng sử dụng các

loại đường…, căn cứ vào khóa phân loại sinh giới do nhà khoa học Carolus Linnaeus

xây dựng để xác định tên của vi sinh vật

1.5.2 Kỹ thuật định loại bằng sinh học phân tử

Phương pháp phân loại phân tử có độ chính xác cao, là phương pháp đang được

sử dụng nhiều trong nghiên cứu và định loại vi sinh vật Phân loại vi sinh vật bằng kỹ thuật sinh học phân tử dựa vào trình tự gen mã hóa 16S rRNA (hoặc 23S rRNA) của vi khuẩn, trình tự gen mã hóa18S rRNA (hoặc 28S rRNA) của nấm mốc, nấm men hoặc trình tự một gen, một đoạn DNA đặc hiệu nào đó Căn cứ vào dữ liệu các trình tự đã được công bố trên ngân hàng gen, so sánh trình tự gen của các chủng chuẩn và chủng

vi sinh vật nghiên cứu có thể định tên chính xác đến loài và nguồn gốc phát sinh của chủng nghiên cứu Hiện nay, có một số phần mềm online trên mạng internet như NCBI/BLAST, FASTA, MEDLINE … cho phép xác định tên đến loài và quan hệ nguồn gốc của các chủng vi sinh vật

1.6 Một số yếu tố công nghệ trong tạo chế phẩm sinh học

Để tạo được một chế phẩm sinh học luôn yêu cầu các bước cơ bản sau: lựa chọn chủng giống thích hợp, lựa chọn môi trường thích hợp, lên men trong các điều kiện tối

ưu, thu nhận tinh chế và bảo quản chế phẩm hiệu quả

Trong quá trình nuôi cấy thu sinh khối vi sinh vật, thành phần môi trường nuôi

và điều kiện nuôi cấy ảnh hưởng rõ rệt đến hiệu quả thu sinh khối Môi trường có thành phần dinh dưỡng thích hợp đảm bảo cho vi sinh vật có tốc độ sinh trưởng mạnh, hiệu suất thu hồi sinh khối cao trong thời gian nuôi cấy ngắn nhất Mỗi loài vi sinh vật sinh trưởng và phát triển tốt trong những điều kiện môi trường nhất định Vi khuẩn lactic sinh trưởng và phát triển tốt trong môi trường nuôi cấy có đầy đủ các thành phần chủ

yếu như C, H, N, O, các nguyên tố vi lượng và vitamin Vi khuẩn Bacillus có thể phát

triển tốt trong các môi trường nuôi cấy đơn giản, có đủ nguồn cacbon, nitơ và muối

khoáng Môi trường dinh dưỡng giúp cho vi sinh vật sinh trưởng và phát triển, đồng thời có ảnh hưởng đến quá trình thu sinh khối và bảo quản chế phẩm sau này

1.6.1 Ảnh hưởng của môi trường nuôi cấy

1.6.1.1 Ảnh hưởng của thành phần dinh dưỡng

Nguồn dinh dưỡng đối với vi khuẩn thông thường là nguồn cacbon, nitơ, muối

khoáng

Nguồn Cacbon: Cacbon là thành phần chủ yếu kiến tạo cấu trúc tế bào vi sinh

vật vì vậy nguồn cacbon rất cần thiết trong quá trình lên men để tăng sinh khối tế bào

Vi sinh vật có thể sử dụng nguồn cacbon từ đơn giản đến phức tạp nên trong nghiên cứu và sản xuất người ta có thể sử dụng nguồn cacbon tinh khiết như glucoza, sacaroza hay các nguồn tạp chất như rỉ đường, dịch thủy phân nấm men Trong công nghệ lên men thường sử dụng nguồn cacbon là rỉ đường, tinh bột, cám gạo

Nguồn Nitơ: Trong tất cả các môi trường nuôi cấy cần thiết phải có nguồn nitơ

mà vi sinh vật có thể đồng hóa được Trong nghiên cứu thường sử dụng các nguồn nitơ như cao thịt, peptone, cao nấm men, tuy nhiên trong sản xuất công nghiệp chúng ta thường sử dụng cao ngô, bột đậu tương, dịch tự phân nấm men, phế thải ngành chế biến thịt, sữa Ngoài ra còn sử dụng nguồn nitơ vô cơ như các loại muối amoni, nitrat

Các nguyên tố khoáng: ngoài nguồn cacbon, nitơ thì chất khoáng cũng có vai trò

quan trọng quyết định hiệu quả quá trình lên men Trong các nguyên tố khoáng thì phospho là nguyên tố được chú trọng nhất vì nó tham gia vào nhiều thành phần quan trọng của tế bào như nucleic acid, photpholipid Ngoài ra, trong môi trường dinh dưỡng cần có các nguyên tố đa lượng K, Ca, Mg và các nguyên tố vi lượng là Zn,

Mn, Ni, Cu, để giúp các vi sinh vật sinh trưởng tốt Những nguyên tố khoáng có thể cung cấp dưới dạng muối vô cơ

Vitamin và các hợp chất kích thích sinh trưởng: Giống như nguồn muối khoáng,

vitamin và chất kích thích sinh trưởng cũng cần thiết cho sinh trưởng của vi sinh vật Một số loại vitamin cần thiết là B1, B2, B5, thường được bổ sung vào qua các nguyên liệu giàu vitamin như cao ngô, bột đậu tương, nước chiết khoai tây

Một số ít loài vi khuẩn có khả năng tự tổng hợp các chất cần thiết từ nguồn cacbon vô cơ, nước và muối khoáng (vi khuẩn tự dưỡng) còn phần lớn vi sinh vật đòi hỏi cung cấp nguồn cacbon, nitơ dưới dạng hợp chất hữu cơ hay vô cơ

1.6.1.2 Ảnh hưởng của điều kiện nuôi cấy

Nhiệt độ: Nhiệt độ tác động trực tiếp đến các phản ứng enzym của tế bào vi sinh

vật, do đó ảnh hưởng mạnh đến quá trình sinh trưởng và phát triển của vi sinh vật Nuôi cấy vi sinh vật ở nhiệt độ quá cao hoặc quá thấp có thể gây ức chế các enzym, kìm hãm các phản ứng trao đổi chất, dẫn đến làm giảm khả năng sinh trưởng và phát triển của vi sinh vật Nhiệt độ quá giới hạn phát triển (cao quá hoặc thấp quá) thường làm giảm mạnh hiệu suất thu hồi sinh khối vi sinh vật Mỗi loài vi khuẩn thích hợp với khoảng nhiệt độ nuôi cấy nhất định Vi khuẩn lactic có nhiệt độ phát triển thích hợp nhất từ 28- 35oC tùy từng loài Vi khuẩn thuộc chi Bacillus có giới hạn nhiệt độ rộng từ

5- 75oC tùy theo từng loài, nhiều loài vi khuẩn thuộc chi Bacillus phát triển tốt nhất ở

khoảng nhiệt độ 28-34 oC

pH: Độ pH của môi trường có ảnh hưởng rõ rệt đến tốc độ sinh trưởng của nhiều

loài vi khuẩn Ở pH môi trường không thích hợp, sinh trưởng và phát triển của vi khuẩn bị ức chế Độ pH môi trường đặc trưng với mỗi loài vi khuẩn khác nhau, các vi khuẩn lactic thích hợp ở môi trường acid nhẹ, giới hạn pH ban đầu thích hợp ở khoảng

5,5 - 6,5; vi khuẩn Bacillus phát triển tốt ở giới hạn pH ban đầu từ 6,5- 8,0

Độ thông khí: Oxy là yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến khả năng sinh trưởng

phát triển của vi sinh vật hiếu khí Trong quá trình nuôi cấy vi sinh vật sử dụng oxy hòa tan trong môi trường vì vậy phải có quá trình cung cấp oxy đều đặn bằng với nhu