Nghiên cứu thủy phân bã rong câu (Gracilaria verrucosa) bằng enzyme cellulase từ vi khuẩn để ứng dụng trong sản xuất thức ăn nuôi cá rô phi đơn tính giai đoạn thương phẩm (Luận án tiến sĩ)

Nghiên cứu thủy phân bã rong câu (Gracilaria verrucosa) bằng enzyme cellulase từ vi khuẩn để ứng dụng trong sản xuất thức ăn nuôi cá rô phi đơn tính giai đoạn thương phẩm (Luận án tiến sĩ)Nghiên cứu thủy phân bã rong câu (Gracilaria verrucosa) bằng enzyme cellulase từ vi khuẩn để ứng dụng trong sản xuất thức ăn nuôi cá rô phi đơn tính giai đoạn thương phẩm (Luận án tiến sĩ)Nghiên cứu thủy phân bã rong câu (Gracilaria verrucosa) bằng enzyme cellulase từ vi khuẩn để ứng dụng trong sản xuất thức ăn nuôi cá rô phi đơn tính giai đoạn thương phẩm (Luận án tiến sĩ)Nghiên cứu thủy phân bã rong câu (Gracilaria verrucosa) bằng enzyme cellulase từ vi khuẩn để ứng dụng trong sản xuất thức ăn nuôi cá rô phi đơn tính giai đoạn thương phẩm (Luận án tiến sĩ)Nghiên cứu thủy phân bã rong câu (Gracilaria verrucosa) bằng enzyme cellulase từ vi khuẩn để ứng dụng trong sản xuất thức ăn nuôi cá rô phi đơn tính giai đoạn thương phẩm (Luận án tiến sĩ)Nghiên cứu thủy phân bã rong câu (Gracilaria verrucosa) bằng enzyme cellulase từ vi khuẩn để ứng dụng trong sản xuất thức ăn nuôi cá rô phi đơn tính giai đoạn thương phẩm (Luận án tiến sĩ)Nghiên cứu thủy phân bã rong câu (Gracilaria verrucosa) bằng enzyme cellulase từ vi khuẩn để ứng dụng trong sản xuất thức ăn nuôi cá rô phi đơn tính giai đoạn thương phẩm (Luận án tiến sĩ)Nghiên cứu thủy phân bã rong câu (Gracilaria verrucosa) bằng enzyme cellulase từ vi khuẩn để ứng dụng trong sản xuất thức ăn nuôi cá rô phi đơn tính giai đoạn thương phẩm (Luận án tiến sĩ)

i

BỘ GIÁO VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG

-

LÊ HƯƠNG THỦY

NGHIÊN CỨU THỦY PHÂN BÃ RONG CÂU

(Gracilaria verrucosa) BẰNG ENZYM

CELLULASE TỪ VI KHUẨN ĐỂ ỨNG DỤNG TRONG SẢN XUẤT THỨC ĂN NUÔI CÁ RÔ PHI ĐƠN TÍNH GIAI ĐOẠN THƯƠNG PHẨM

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT

KHÁNH HÒA, 2017

-

ii

BỘ GIÁO VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG

-

LÊ HƯƠNG THỦY

NGHIÊN CỨU THỦY PHÂN BÃ RONG CÂU

(Gracilaria verrucosa) BẰNG ENZYM

CELLULASE TỪ VI KHUẨN ĐỂ ỨNG DỤNG TRONG SẢN XUẤT THỨC ĂN NUÔI CÁ RÔ PHI ĐƠN TÍNH GIAI ĐOẠN THƯƠNG PHẨM

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT

Chuyên ngành : Công nghệ chế biến thủy sản

Mã số : 60.54.10.05

Người hướng dẫn khoa học: GS.TSKH Nguyễn Trọng Cẩn

PGS.TS Vũ Ngọc Bội

KHÁNH HÒA, 2017

iii

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Các số liệu, kết quả nêu trong luận án là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác

Nha Trang, Ngày tháng năm 2017

Tác giả luận văn

Lê Hương Thủy

iv

LỜI CẢM ƠN

Để hoàn thành Luận án này

Trước hết tôi xin gửi tới Ban Giám hiệu, Lãnh đạo Khoa Sau đại học và Ban Chủ nhiệm Khoa Công nghệ Thực phẩm sự kính trọng, niềm tự hào được học tập và nghiên cứu tại Trường trong những năm qua

Sự biết ơn sâu sắc nhất tôi xin được giành cho Thầy GS.TSKH Nguyễn Trọng Cẩn - nguyên Hiệu trưởng - Trường Đại học Nha Trang và PGS.TS Vũ Ngọc Bội - Trưởng khoa Công nghệ Thực phẩm đã tận tình hướng dẫn và động viên tôi trong suốt quá trình thực hiện Luận án

Xin cám ơn Lãnh đạo Viện Nghiên cứu Hải sản và các cán bộ Phòng Nghiên cứu Công nghệ Sau thu hoạch, Phòng Thí nghiệm Trọng điểm Quốc gia về Công nghệ gen

- Viện Công nghệ Sinh học, Xí nghiệp Giống thủy sản Hải Phòng, Viện Công nghệ Sinh học và Thực phẩm - Trường Đại học Công nghiệp Tp Hồ Chí Minh đã tận tình giúp đỡ

và tạo điều kiện cho tôi trong suốt thời gian thực hiện Luận án vừa qua

Đặc biệt, xin được ghi nhớ tình cảm, sự giúp đỡ, động viên của gia đình và bạn bè luôn luôn chia sẻ cùng tôi trong quá trình nghiên cứu

Tôi xin chân thành cảm ơn!

Nha Trang, Ngày tháng năm 2017

Tác giả luận văn

Lê Hương Thủy

v

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN i

LỜI CẢM ƠN iv

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT viii

DANH MỤC BẢNG ix

DANH MỤC HÌNH xi

DANH MỤC SƠ ĐỒ xiii

DANH MỤC BIỂU ĐỒ xiv

TÓM TẮT NHỮNG ĐÓNG GÓP MỚI CỦA LUẬN ÁN xv

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 3

1.1 Nguyên liệu rong biển và tình hình sản xuất Agar 3

1.1.1 Nguyên liệu rong biển 3

1.1.2 Các quy trình sản xuất agar 4

1.1.3 Thành phần cơ bản của bã thải agar 8

1.1.4 Các phương pháp xử lý bã thải agar 9

1.2 Tổng quan về Cellulase 11

1.3 Enzym Cellulase 13

1.3.1 Định nghĩa và phân loại 13

1.3.2 Tính chất 14

1.3.3 Cơ chế thủy phân cellulose 15

1.3.4 Cơ chế tác dụng của cellulase 16

1.4 Vi sinh vật tổng hợp Cellulase 18

1.4.1 Giới thiệu chung về các nhóm vi sinh vật tổng hợp cellulase 18

1.4.2 Một số chủng vi sinh vật được ứng dụng nhiều trong sản xuất cellulase 22

1.4.3 Ứng dụng của enzym cellulase vi sinh vật 24

1.4.4 Môi trường nuôi cấy và nguồn nguyên liệu 26

1.4 5 Phương pháp thu nhận enzym cellulase 27

1.5 Sản lượng nuôi cá rô phi 30

1.6 Đặc điểm sinh học của cá rô phi 32

vi

1.6.1 Phân loại 32

1.6.2 Đặc điểm hình thái: 32

1.6.3 Đặc điểm về dinh dưỡng và sinh trưởng 33

1.6.4 Nhu cầu dinh dưỡng của cá rô phi 34

1.6.5 Nhu cầu dinh dưỡng và ảnh hưởng của thức ăn lên sinh trưởng của cá rô phi 38

CHƯƠNG 2 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 42

2.1 Đối tượng 42

2.1.1 Bã thải rong sau sản xuất agar 42

2.1.2 Giống vi sinh vật sinh cellulase 42

2.2 Phương pháp nghiên cứu 43

2.2.1 Phương pháp phân tích 43

2.2.2 Các phương pháp thu nhận và xác định hoạt tính cellulase 44

2.2.3 Phương pháp nuôi cấy và đánh giá khả năng sinh tổng hợp cellulase của vi sinh vật 47

2.2.4 Phương pháp xây dựng mô hinh thực nghiệm 50

2.3 Hóa chất và thiết bị chủ yếu sử dụng trong luận án 57

2.3.1 Hóa chất 57

2.3.2 Thiết bị 57

2.4 Phương pháp xử lý số liệu 58

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 59

3.1 Khảo sát đánh giá khối lượng và thành phần hóa học cơ bản của bã thải rong câu chỉ vàng sau sản xuất agar 59

3.2 Tuyển chọn chủng vi sinh vật và nghiên cứu một số tính chất cơ bản của các chủng vi sinh vật tuyển chọn 61

3.2.1 Kết quả nghiên cứu tuyển chọn các chủng giống vi sinh vật 61

3.2.2 Nghiên cứu một số tính chất cơ bản của các chủng vi sinh vật tuyển chọn 65

3.3 Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình nuôi cấy 2 chủng vi khuẩn B Subtilis VTCC B-505 và B Lichenformis (Li) và ứng dụng thủy phân bã rong câu (G Verrucosa) sau sản xuất Agar 72

3.3.1 Xác định điều kiện thích hợp cho quá trình nuôi sản xuất enzyme cellulase từ 2 chủng B505 và Li 72

vii

3.3.2 Đề xuất quy trình nuôi cấy và thu nhận chế phẩm cellulase thô 80

3.3.3 So sánh đánh giá hoạt tính cellulase của chủng Li và B505 với chế phẩm cellulase từ các VSV khác 84

3.3.4 Nghiên cứu thủy phân bã thải rong sau sản xuất agar bằng enzyme cellulase từ hai chủng vi khuẩn B 505 và Li 88

3.4 Thử nghiệm sử dụng chế phẩm thủy phân bã thải rong trong thức ăn nuôi cá rô phi 95

3.4.1 Xây dựng công thức thức ăn nuôi cá rô phi 95

3.4.2 Đề xuất quy trình sản xuất thức ăn nuôi cá rô phi 97

3.4.3 Điều kiện môi trường nuôi thử nghiệm cá rô phi 100

3.4.4 Thử nghiệm nuôi cá rô phi bằng thức ăn bổ sung chế phẩm thủy phân bã rong 104

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 108

DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH CÔNG BỐ CỦA TÁC GIẢ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN 110

TÀI LIỆU THAM KHẢO 111

viii

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

A530 : Đo OD ở bước sóng 530nm

B505 : Vi khuẩn Bacillus subtilis VTCC-B-505

CMC : Carbonyl – methyl cellulose

CMCase : Carbonyl – methyl cellulase

CPF

Thailand : Tập đoàn Nông sản Charoen Pokphand Thái Lan

DNSA : 2 –hydroxyl – 3,5 dinitrobenzoic acid

DO : Hàm lượng oxy hòa tan

DWG : Tốc độ tăng trưởng tuyệt đối

FAO : Food and Agriculture Organization of the United Nations (Tổ Chức

Liên Hiệp Thế Giới về Lương Thực và Nông Nghiệp) FCR : Feed convertion ratio (Hệ số chuyển đổi thức ăn)

K-Na : TartratePotassium Sodium Tartrate Tetrahydrate

Nxb : Nhà xuất bản

OD : Optical Density ( mật độ quang học)

TCA : Tricloacetic axit

ix

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1 Vi sinh vật phân hủy lignocellulose 19

Bảng 1.2 Các vi khuẩn có hoạt tính cellulase riêng cao nhất (µmol/phút/mg) 20

Bảng 1.3 Phân biệt cá đực, cá cái 32

Bảng 1.4 Giới hạn các thành phần trong thức ăn có giá thành ít nhất cho cá rô phi ở các giai đoạn 35

Bảng 1.5 Cung cấp bổ sung vitamin và khoáng chất trong thức ăn của cá rô phi 36

Bảng 1.6 Tiêu chuẩn kỹ thuật của thức ăn nuôi cá rô phi và chế độ ăn trong nuôi lồng và ao thâm canh 37

Bảng 1.7 Thành phần hoá học cá rô phi nuôi bằng thức ăn viên có hàm lượng protein 34,2 (%) 40

Bảng 1.8 Nuôi cá rô phi bằng thức ăn viên có hàm lượng protein (%) khác nhau 40

Bảng 1.9: Nuôi cá rô phi với tỷ lệ thức ăn (%)/thân khác nhau 41

Bảng 2.1 Xây dựng đường chuẩn glucose 46

Bảng 3.1 Khối lượng bã thải rong sau sản xuất agar từ các vùng rong nguyên liệu khác nhau 59

Bảng 3.2 Hàm lượng các chất cơ bản trong bã rong câu của một số cơ sở sản xuất Agar 60

Bảng 3.3 Hàm lượng kim loại nặng trong bã rong câu của một số cơ sở sản xuất Agar 60

Bảng 3.4 Hoạt tính cellulase ngoại bào của 17 chủng vi sinh vật nghiên cứu 62

Bảng 3.5 Hoạt tính enzym cellulase của chủng Li, B505, B26 và CFd 63

Bảng 3.6 Hoạt tính cellulase ngoại bào của chủng Li, B505 trên đĩa thạch có cơ chất bột giấy 0,2% 69

Bảng 3.7 Khả năng thủy phân bã thải agar bằng cellulase từ 2 chủng Li và B505 70

Bảng 3.8 Khả năng sinh trưởng và tiết cellulase ngoại bào của chủng B505 nuôi trong các môi trường khác nhau 73

Bảng 3.9 Khả năng sinh trưởng và tiết cellulase ngoại bào của chủng Li nuôi cấy ở các môi trường khác nhau 73

Bảng 3.10 Khả năng sinh trưởng và vòng hoạt tính của chủng B505 và chủng Li tại các nhiệt độ khác nhau 76

x

Bảng 3.11 Khả năng sinh trưởng và tiết cellulase của chủng B505 và chủng Li ở các pH

khác nhau 77

Bảng 3.12 Khả năng sinh trưởng và tiết cellulase ngoại bào của chủng Li theo thời gian nuôi cấy 78

Bảng 3.13 Khả năng sinh trưởng và tiết cellulase ngoại bào của chủng B505 theo thời gian nuôi cấy 79

Bảng 3.14 So sánh hoạt tính cellulase từ 5 chủng VSV (A niger, T konigii, Li, B505 và T3) trên đĩa thạch có CMC 0,2% 85

Bảng 3.15 So sánh hoạt tính cellulase từ 5 chủng VSV (A niger, T konigii, Li, B505 và T3) trên đĩa thạch có cơ chất bột giấy 0,2% 87

Bảng 3.16 Kết quả thí nghiệm của mô hình Box-Behnken 89

Bảng 3.17 Kết quả xử lý số liệu trên phần mềm DX6 89

Bảng 3.18 Kết quả dự đoán tối ưu cho tỷ lệ Naa/Nts theo mô hình Box-Behnken 91

Bảng 3.19 Kết quả kiểm chứng tối ưu theo tiên đoán và thực nghiệm 92

Bảng 3.20 Thành phần hóa học của các nguyên liệu phối trộn 95

Bảng 3.21 Thành phần nguyên liệu của các công thức thức ăn phối trộn bã rong thủy phân 99

Bảng 3.22 Dao động các yếu tố môi trường trong quá trình thí nghiệm 101

Bảng 3.23 Ảnh hưởng của công thức thức ăn đến sinh trưởng của cá rô phi trong 80 ngày nuôi 104

xi

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1 Cấu trúc cellulose và mạng lưới liên kết hydrogen 11

Hình 1.2 Sự sắp xếp các chuỗi cellulose trong thành tế bào thực vật 12

Hình 1.3 Cơ chế tác động của enzym cellulase 17

Hình 1.4 Cơ chế thủy phân cellulose 17

Hình 1.5 Hình dạng nấm mốc A niger 23

Hình 1.6 Hình dạng nấm Trichoderma viride 23

Hình 2.1 Bã thải sau sản xuất agar 42

Hình 2.2 Cá rô phi 43

Hình 2.3 Bố trí các giai nuôi thử nghiệm cá rô phi 55

Hình 3.1 Hình ảnh về đường kính vòng thủy phân CMCcủa 4 chủng vi sinh vật lựa chọn trên đĩa thạch chứa 1% CMC 63

Hình 3.2 Điện di đồ chế phẩm cellulase thô thu nhận từ vi khuẩn B505 và Li trên gel polyacrylamis 12,5 % theo hệ đệm Laemmi 68

Hình 3.3 So sánh vòng thủy phân của cellulase từ vi khuẩn Li, B505 trên đĩa thạch bổ sung cơ chất bột giấy 0,2% 69

Hình 3.4 Khả năng thủy phân bã thải agar của cellulase ngoại bào từ chủng Li và B505 71

Hình 3.5 Khả năng thủy phân bã thải agar của hỗn hợp cellulase ngoại bào từ 4 chủng (B505, B26, Li, CFd) 71

Hình 3.6 Hình ảnh về vòng thủy phân của cellulase từ chủng B505 nuôi trong các môi trường khác nhau 72

Hình 3.7 Hình ảnh về vòng thủy phân của cellulase từ chủng vi khuẩn Li nuôi trong các môi trường khác nhau 74

Hình 3.8 Khả năng sinh trưởng và vòng hoạt tính của chủng B505 và chủng Li tại các nhiệt độ khác nhau 75

Hình 3.9 Vòng hoạt tính cellulase của chủng B505 và chủng Li nuôi cấy ở các pH khác nhau 77

Hình 3.10 Đường kính vòng thủy phân của cellulase từ Li, B505 và T3 trên đĩa thạch có cơ chất CMC 0,2% 84

Hình 3.11 Đường kính vòng thủy phân cellulase từ Tricoderma trên đĩa thạch có cơ chất CMC 0,2 % 85

Hình 3.12 Hoạt tính cellulase Aspergillus trên đĩa thạch có cơ chất CMC 0,2 % 85

xii

Hình 3.13 Hoạt tính cellulase của 2 chủng nấm Tricoderma và Aspergillus nuôi ở các

môi trường khác nhau trên đĩa thạch có chứa cơ chất bột giấy 0,2 % 86 Hình 3.14 Hình ảnh về đường kính vòng thủy phân cellulase từ Li, B505 và T3 trên đĩa thạch có cơ chất bột giấy 0,2 % 86 Hình 3.15 Đường đồng mức và bề mặt đáp ứng (3D) của hàm lượng đường tổng số theo thời gian thủy phân và nồng độ enzyme 91 Hình 3.16 Đường đồng mức và bề mặt đáp ứng (3D) tiên đoán hàm lượng đường tổng

số theo thời gian thủy phân và nồng độ enzyme 92

xiii

DANH MỤC SƠ ĐỒ

Sơ đồ 1.1 Quy trình công nghệ sản xuất agar theo quy mô bán cơ giới 6

Sơ đồ 1.2 Cơ chế chuyển hóa cellulose 16

Sơ đồ 1.3 Thu nhận cellulase từ A niger 28

Sơ đồ 2.1 Sơ đồ bố trí thí nghiệm tổng quát 51

Sơ đồ 2.2 Sơ đồ thí nghiệm sử dụng chế phẩm bã rong thủy phân trong nuôi cá rô phi 53

Sơ đồ 3.3 Quy trình thủy phân bã rong bằng cellulase từ vi khuẩn 93

Sơ đồ 3.4 Quy trình sản xuất thức ăn nuôi cá rô phi 97

xiv

DANH MỤC BIỂU ĐỒ

Biểu đồ 1.1 Tăng trưởng sản lượng cá rô phi, cá da trơn và cá hồi giai đoạn 1980 –

2010 30

Biểu đồ 3.1 Hoạt tính enzyme cellulase của 17 chủng vi sinh vật đã thử nghiệm 62

Biểu đồ 3.2 Ảnh hưởng của pH lên hoạt độ enzym cellulase ngoại bào của bốn chủng vi khuẩn Li, B26, B505, CFd 65

Biểu đồ 3.3 Ảnh hưởng của nhiệt độ lên hoạt độ enzym cellulase ngoại bào của 4 chủng Li, B26, B505, CFd 66

Biểu đồ 3.4 Hoạt tính cellulase ngoại bào của chủng Li theo thời gian nuôi cấy 78

Biểu đồ 3.5 Sự thay đổi hoạt tính cellulase của chủng B505 theo thời gian nuôi cấy 79

Biểu đồ 3.6 Biến động nhiệt độ nước ao thí nghiệm nuôi cá rô phi 101

Biểu đồ 3.7 Biến động DO nước ao thí nghiệm nuôi cá rô phi 102

Biểu đồ 3.8 Biến động độ pH của nước ao thí nghiệm 103

Biểu đồ 3.9 Tốc độ sinh trưởng (g/con) và DWG (g/ngày) của cá rô phi với thức ăn phối trộn bã rong thủy phân khác nhau sau 80 ngày nuôi 105

Biểu đồ 3.10 Hệ số chuyển đổi thức ăn của nuôi thử nghiệm các công thức thức ăn 106

xv

TÓM TẮT NHỮNG ĐÓNG GÓP MỚI CỦA LUẬN ÁN

Đề tài luận án: “Nghiên cứu thủy phân bã rong câu (Gracilaria verrucosa) bằng

enzyme cellulase từ vi khuẩn để ứng dụng trong sản xuất thức ăn

nuôi cá rô phi đơn tính giai đoạn thương phẩm”

Ngành/Chuyên ngành: Công nghệ Chế biến thủy sản

Mã số: 62540105

Nghiên cứu sinh: Lê Hương Thủy

Người hướng dẫn: 1 PGS TSKH Nguyễn Trọng Cẩn

2 PGS TS Vũ Ngọc Bội

Cơ sở đào tạo: Trường Đại học Nha Trang

Tóm tắt những đóng góp mới về lý luận và học thuật của luận án:

Bã thải rong từ công nghệ sản xuất agar thường giàu cellulose là hợp chất hữu

cơ rất khó bị phân hủy Trên thế giới hiện nay, người ta đã tiến hành xử lý phế liệu rong biển để làm thức ăn gia súc bằng một số phương pháp thủy phân trong môi trường kiềm hoặc axit Tuy nhiên việc phân hủy cellulose bằng phương pháp vật lý và hóa học thường phức tạp, tốn kém và gây ô nhiễm môi trường Trong khi đó, việc xử lý các chất thải hữu cơ chứa cellulose bằng công nghệ vi sinh, đặc biệt sử dụng các enzyme cellulase ngoại bào từ vi sinh vật sẽ có nhiều ưu điểm về cả mặt kỹ thuật, kinh tế và môi trường Thủy phân cellulose từ bã rong phế thải sẽ giúp động vật tiêu hóa và hấp thụ dễ dàng các protein, glucide, các nguyên tố khoáng đa vi lượng có trong bã thải sau quá trình sản xuất agar Sự thành công của đề tài sẽ cơ sở khoa học cho việc tận dụng bã thải rong câu trong sản xuất thức ăn nuôi động vật thủy sản

Người hướng dẫn

Lê Hương Thủy

xvi

Key Findings

Thesis title: "Study on hydrolysis of seaweed wastes (Gracilaria verrucosa) by

cellulase enzyme from bacteria to apply in the production of feed for tilapia"

Mayor: Seafood processing technology

Major code: 62540105

PhD Student: Lê Hương Thủy

Supervisor:

1 Prof PhD Nguyen Trong Can

2 Assoc Prof, PhD Vu Ngoc Boi

Institution: (Nha Trang University)

Key Findings:

Seaweed waste from agar production technologies are often richly organic cellulose that is very difficult to decompose Todays, seaweed waste has processed to produce animal feeds by several hydrolysis methods in alkali or acidification However, the processing of cellulose by physical and chemiscal methods are often complicate, expensive and polluting the environment while the treatment of organic waste containing cellulose by microbial technology, especially the use of cellulase enzyme from microbial extracellular would have advantages in technical, economic and environmental aspects Hydrolysis of cellulose from seaweed waste will help animals digest and easily absorb protein, glucide, mineral elements in the waste after the production of agar The success of the research will be scientific basis for the utilization

of seaweed waste in feed production of aquatic animals

Phd Student

Le Huong Thuy

1

MỞ ĐẦU

Agar là hợp chất hữu có có nguồn gốc từ rong biển và được sử dụng trong nhiều lĩnh vực của đời sống như dùng làm môi trường nuôi cấy vi sinh, dùng trong chế biến các sản phẩm thực phẩm,… Trên thế giới, sản lượng agar vào khoảng 7.000 - 10.000 tấn/năm [26] Hàng năm Việt Nam sản xuất khoảng 500 tấn agar [30] Quá trình chiết rút agar từ rong câu thường thải ra môi trường một lượng lớn bã thải hữu cơ thải, ước tính vào khoảng 6 - 8 tấn bã thải hữu cơ/1 tấn sản phẩm agar Như vậy, ước tính hàng năm lượng bã thải rong thải ra từ quá trình sản xuất agar ở nước ta vào khoảng 7.000 ÷ 9.000 tấn [15] Riêng thành phố Hải Phòng có khoảng 40 xưởng sản xuất agar từ rong biển Trong đó, xưởng sản xuất agar của Công ty Đồ hộp Hạ Long sản xuất 50 tấn agar/năm và một số xưởng sản xuất agar khác tại Hải Phòng được tư nhân đầu tư sản xuất với công suất trung bình 10 tấn/năm [30] Trong bã thải rong có chứa protein, carbohydrat, các khoáng chất có nguồn gốc từ biển như iod, phosphat, các nguyên tố vi lượng cần thiết cho sự sinh trưởng phát triển của động vật nuôi Chính vì thế, bã thải rong nếu không được tận dụng một cách hợp lý sẽ dẫn tới lãng phí và gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng Vì vậy, việc nghiên cứu nhằm sử dụng một cách hợp lý nguồn bã thải rong, góp phần hạn chế ô nhiễm môi trường và nâng cao giá trị cho nguồn tài nguyên rong biển, tạo công ăn việc làm cho người dân ven biển, giúp xóa đói giảm nghèo là cần

thiết Do vậy việc thực hiện đề tài “Nghiên cứu thủy phân bã rong câu (Gracilaria

verrucosa) bằng enzyme cellulase từ vi khuẩn để ứng dụng trong sản xuất thức ăn nuôi

cá rô phi đơn tính giai đoạn thương phẩm” là hướng nghiên cứu cần thiết và có ý nghĩa

thực tiễn cao

Mục đích của luận án

Sử dụng phế thải rong câu trong sản xuất Agar để tạo ra nguồn nguyên liệu bổ sung vào thức ăn chăn nuôi, góp phần giảm thiểu ô nhiễm môi trường

Nội dung nghiên cứu của luận án

1) Đánh giá lượng bã thải rong và xác định thành phần cơ bản của bã thải rong sau sản xuất agar

2

2) Sàng lọc các chủng vi khuẩn sinh cellulase cao từ bộ sưu tập giống vi khuẩn của Viện Công nghệ Sinh học - Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam và Trường Đại học Khoa học Tự nhiên - Đại học Quốc gia Hà Nội

3) Thu nhận chế phẩm enzyme cellulase thô từ chủng vi khuẩn đã lựa chọn và ứng dụng thủy phân bã rong câu (Gracilaria verrucosa) sau sản xuất agar

4) Thử nghiệm sử dụng sản phẩm thủy phân bã rong bằng enzyme cellulase từ vi khuẩn trong sản xuất thức ăn nuôi cá rô phi đơn tính giai đoạn thương phẩm

Ý nghĩa khoa học của luận án

Luận án lần đầu tiên ở Việt Nam sử dụng enzyme cellulase từ vi khuẩn trong xử

lý bã thải rong sau sản xuất agar và sử dụng dịch thủy phân bã rong làm thức ăn nuôi cá

rô phi Luận án có ý nghĩa khoa học cao do kết quả nghiên cứu của Luận án đã khẳng định hoàn toàn có thể ứng dụng enzyme cellulase để chuyển bã thải rong sau sản xuất agar thành sản phẩm hữu ích dùng trong nuôi cá rô phi ở quy mô công nghiệp

Ý nghĩa thực tiễn của luận án

Thành công của đề tài có ý nghĩa về thực tiễn cao bởi giúp giảm thiểu ô nhiễm môi trường từ công nghệ sản xuất agar và giúp nâng cao giá trị của rau câu chỉ vàng, giảm chi phí sản xuất trong nuôi cá rô phi và đem lại hướng mới trọng tận dụng bã thải rong sau chế biến

3

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN

1.1 Nguyên liệu rong biển và tình hình sản xuất Agar

1.1.1 Nguyên liệu rong biển

Rong biển là thực vật thủy sinh có đời sống gắn liền với nước Chúng có thể là đơn bào, đa bào sống thành quần thể Chúng có kích thước hiển vi hoặc có khi dài hàng chục mét Hình dạng của chúng có thể là hình cầu, hình sợi, hình phiến lá hay hình thù rất đặc biệt Rong biển là loại thực vật biển quý giá được làm nguyên liệu chế biến thành sản phẩm có giá trị trong công nghiệp, y dược và thực phẩm Từ lâu rong biển đã được coi là đối tượng nghiên cứu của nhiều nước trên thế giới [10], [69] Các ngành rong biển được chú ý và đã đưa vào sản xuất công nghiệp và đời sống gồm: ngành rong đỏ, ngành rong nâu, rong lục Sản lượng lớn rong nâu được dùng sản xuất acid alginic và alginat

và quan trọng hơn là ngành rong đỏ được dùng để sản xuất agar và carrageenan

Một số loài rong đỏ có hàm lượng cao về agar, carrageenan, furcellaran Theo tài

liệu FAO, nhóm rong cho agar thuộc ngành rong Đỏ bao gồm các loại như: Gelidium,

Gracilaria và Acanthopeltis Rong biển phân bố ở các vùng nước mặn, nước lợ, cửa

sông, vùng triền sâu, vùng biển cạn Ở nước ta có một số vùng chuyên canh trồng rong câu chỉ vàng, thuộc ngành rong Đỏ, như: Phá Tam Giang (Lăng Cô - Thừa Thiên Huế); Đầm Thị Nại (Bình Định); Đầm Ô Loan (Phú Yên) [11], [26]

Rong biển nước ta có sản lượng lớn là rong mơ Sargasum có thành phần acid

alginic với chất dinh dưỡng cao chưa được khai thác và sử dụng, rong sụn cũng đang

được trồng và chế biến thành carrageenan Đặc biệt là rong câu Gracilaria là loài có giá

trị kinh tế cao Theo báo cáo điều tra khảo sát của chuyên gia tư vấn thuộc chương trình

hỗ trợ phát triển nuôi trồng thuỷ sản nước lợ SUMA, sản lượng thu hoạch rong câu gracilaria ở nước ta mỗi năm khoảng 5000 tấn khô, còn theo con số ước tính của tổ chức FAO thì sản lượng này là khoảng 7000 tấn Rong câu phân bố chủ yếu ở các địa phương như Hải Phòng, Nam Hà, Thái Bình,Thanh Hoá và Thừa Thiên Huế [26], [30], [99] Sản lượng agar trung bình hàng năm của toàn thế giới là 7.000 – 10.000 tấn/năm Nam Triều Tiên cung cấp nguyên liệu sản xuất agar chiếm 40% tổng sản lượng toàn thế giới Sản lượng agar sản xuất tại các nước như sau: châu Á: 50% (chủ yếu là Nhật Bản

và sản phẩm đều rất lớn; vùng Viễn đông Liên Xô nhập một lượng lớn rong câu khô từ Hải Phòng với giá 600 USD/tấn, và khoảng 100 tấn agar bột đựợc tiêu thụ tại các tỉnh phía Nam nước ta [11], [15], [26]

Trong giai đoạn từ 1985 – 1995 nghề sản xuất agar đã có bước phát triển rất lớn Hải Phòng là nơi tập trung các xưởng sản xuất agar, tính chung các quy mô khác nhau

có khoảng 40 xưởng với tổng sản lượng agar ước tính sản xuất đạt 500 tấn/năm với tổng doanh thu khoảng 70 tỷ đồng và giải quyết công ăn việc làm cho hàng nghìn lao động Riêng xưởng agar của Công ty Đồ hộp Hạ Long có thể sản xuất thường xuyên với công suất 50 tấn/năm, một số xưởng sản xuất agar được tư nhân đầu tư sản xuất với

công suất trung bình 10 tấn/năm [30]

1.1.2 Các quy trình sản xuất agar

Qua khảo sát tình hình sản xuất của một số cơ sở chế biến agar nhận thấy quy mô công nghệ sản xuất agar rất đa dạng từ quy mô thủ công hộ gia đình có công suất từ 10 – 30kg/ngày đến quy mô bán thủ công có công suất là 100 – 300 kg/ngày [26], [30], [73]

Quy trình sản xuất agar theo quy mô hộ gia đình: đây là quy mô sản xuất nhỏ,

vốn đầu tư nhỏ, thiết bị ít, lao động thủ công, công xuất từ 10 – 30 kg/ngày, Sản phẩm

Luận án đầy đủ ở file: Luận án full