Tài liệu Nghiên cứu ảnh hưởng của các điều kiện đến quá trình lên men tĩnh chủng Bacillus sử dụng để sản xuất

ĐỀ TÀI: Nghiên cứu ảnh hưởng của các điều kiện đến quá trình lên men tĩnh chủng Bacillus sử dụng để sản xuất chế phẩm xử lý môi trường nuôi tôm

MỤC LỤC
Trang
Lời nói đầu 2
Phần I: Tổng quan . 3
I. Vi sinh vật và vai tṛ của chúng
I.1 Đặc điểm chung của vi sinh vật . 3
I.2 Dinh dưỡng của vi sinh vật 4
I.3 Yếu tố ảnh hưởng đến hoạt động sống của vi sinh vật 5
I.4 Vai tṛ của vi sinh vật trong việc bảo vệ môi trường . 7
II. Vi khuẩn Bacillus và vai tṛ phân giải các hợp chất hữu cơ. 8
II.1 Vi khuẩn Bacillus . 8
II.2 Quá tŕnh phân giải các hợp chất hữu cơ dưới tác động của các
enzim proteaza, amylaza, xelluloza 8
III. Vài nét về môi trường nuôi tôm ở nước ta
III.1 T́nh h́nh phát triển nghề nuôi tôm ở nước ta . 9
III.2 Đặc điểm và những thông số cơ bản đánh giá môi trường nước
nuôi tôm . 10
III.3 Nguyên nhân gây ô nhiễm môi trường nước nuôi tôm . 12
III.4 Yêu cầu về nước nuôi . 13
III.5 T́nh h́nh xử lư môi trường nước nuôi tôm 13
IV. Sử dụng chế phẩm sinh học trong nuôi trồng thủy sản 14
V. Vi khuẩn Bacillus với chế phẩm sinh học xử lư môi trường nuôi tôm.15

Phần II: vật liệu và phương pháp nghiên cứu
I. Vật liệu . 17
I.1 Chủng giống . 17
I.2 Thiết bị 17
I.3 Hoá chất 17
I.4 Môi trường nghiên cứu 18
II. Phương pháp nghiên cứu. 19
II.1 Nghiên cứu đặc điểm cơ bản của các chủng Bacillus (D[SUB]2[/SUB], G[SUB]1[/SUB], PA).19
II.2 Nhân giống, lên men và thu hồi sinh khối . 20
II.3 Nghiên cứu tạo chế phẩm Bioche 20
II.4 Phương pháp xác định đơn vị tạo khuẩn lạc 20
Phần III: Hướng nghiên cứu 22
Tài liệu tham khảo








Lời mở đầu

Thế giới vi sinh vật xung quanh chóng ta rất đa dạng và phong phú. Sự tồn tại của chúng xác định những vai tṛ quan trọng không thể thiếu của chúng trong thế giới sinh vật.
Ngày nay, cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, vốn hiểu biết của chúng ta về thế giới nhỏ bé Êy dần được mở rộng. Con người đă biết sử dụng chúng vào những mục đích khác nhau, phục vụ lợi Ưch của con người. Từ rất lâu, chúng ta đă biết ứng dụng vai tṛ của vi sinh vật trong các ngành chế biến thực phẩm, nông nghiệp, công nghiệp, y học, môi trường .
Trong những năm qua, nuôi trồng thuỷ sản đă có sự phát triển vượt bậc cả về sản lượng, diện tích, và cả đa dạng về đối tượng nuôi, góp phần chuyển đổi cơ cấu kinh tế nông thôn, tạo việc làm, tăng thu nhập, cải thiện mức sống cho ngư dân.
Tuy nhiên, ở nước ta, sự phát triển của ngành thuỷ sản vẫn là sự phát triển tự phát, Ưt có quy hoạch và đặc biệt là vấn đề môi trường nuôi chưa có biện pháp xử lư thường xuyên và thích hợp nên môi trường nước nuôi tôm cá có nguy cơ bị ô nhiễm nghiêm trọng dịch bệnh có cơ hội phát triển. Điều đó ảnh hưởng lớn đến chất lượng và sản lượng tôm cá. Trước đây, để giải quyết t́nh trạng này, người ta sử dụng hoá chất. Tuy nhiên, ngoài tác dụng mong muốn, các hoá chất c̣n gây những tác hại ảnh hưởng xấu đến môi trường và cả con người. Cụ thể là lượng chất kháng sinh sử dụng c̣n tồn dư trong môi trường thuỷ sinh, tích tụ các trong vật nuôi, ảnh hưởng đến an toàn thực phẩm. Đó là rào cản lớn trong việc xuất khẩu thuỷ sản, gây thiệt hại cả về kinh tế và uy tín trên thị trường thế giới.
Hướng tới sự phát triển bền vững đă và đang là chiến lược phát triển kinh tế đúng đắn nhằm tạo ra các sản phẩm sạch và đặc biệt là sản xuất không làm ảnh hưởng đến môi trường sinh thái. Việc chọn giải pháp thích hợp để xử lư môi trường nước nuôi tôm là hết sức quan trọng. Phương pháp sử dụng chế phẩm sinh học chứa các vi sinh vật mang những đặc tính cần thiết để xử lư môi trường nước nuôi tôm, tăng khả năng đề kháng của tôm đang được sử dụng thành công ở nhiều nước trên thế giới. Hiện nay, chế phẩm sinh học đă và đang được nghiên cứu, ứng dụng tại Việt Nam và bước đầu đă có những kết quả khả quan.
Trong đợt thực tập này, tôi được nhà trường phân công thực tập tại Viện công nghệ sinh học – Viện khoa học và công nghệ Việt Nam. Dưới sự hướng dẫn của TS. Vơ Thị Thứ, tôi được giao đề tài: “ Nghiên cứu ảnh hưởng của các điều kiện đến quá tŕnh lên men tĩnh chủng Bacillus sử dụng để sản xuất chế phẩm xử lư môi trường nuôi tôm”. Đây là một đề tài có ứng dụng thực tế trong điều kiện nuôi trồng thuỷ sản ở nước ta.



PHẦN I:
Tổng Quan

I. Vi sinh vật và vai tṛ cuả chúng trong việc bảo vệ môi trường

I.1. Đặc điểm chung của vi sinh vật

Vi sinh vật là tên gọi chung để chỉ tất cả các sinh vật có h́nh thể bé nhỏ, muốn thấy rơ được người ta phải sử dụng tới kính hiển vi.
Vi sinh vật không phải là một nhóm riêng biệt trong sinh giới, chúng thậm chí thuộc về nhiều giới sinhvật khác nhau. Giữa các nhóm có thể không có quan hệ mật thiết với nhau. Chúng có chung các đặc điểm sau:
I.1.1. Kích thước nhỏ bé.
Vi sinh vật có kích thước vô cùng nhỏ bé, đơn vị để đo kích thước của chungs là micromet, 1mm = 10[SUP]–3[/SUP] mm. Chính v́ kích thước nhỏ bé nh­ vậy nên diện tích bề mặt của một tập đoàn vi sinh vật là rất lớn.
I.1.2. Hấp thụ nhiều, chuyển hoá nhanh.
Mặc dù kích thước nhỏ bé, nhưng vi sinh vật lại có năng lực hấp thu và chuyển hoá của chúng có thể vượt xa các sinh vật bậc cao. Chính năng lực chuyển hoá nhanh đó đă đóng vai tṛ lớn trong hoạt động sống của chúng và có tác động đến cuộc sống của con người.
I.1.3. Sinh trưởng nhanh, phát triển nhanh.
V́ chúng có khả năng thu và chuyển hoá nhanh nên so với những vi sinh vật khác chúng có tốc độ sinh trưởng cũng nh­ sinh sôi nảy nở vô cùng lớn.
I.1.4. Năng lực thích ứng mạnh, dễ phát sinh biến dị.
Do khả năng sinh sôi nảy nở nhanh nên khả năng thích ứng của chúng với môi trường cũng nhanh hơn so với những vi sinh vật khác. trong quá tŕnh tiến hoá lâu dài vi sinh vật đă tạo cho ḿnh những cơ chế điều hoà trao đổi chất để thích ứng với những điều kiện sống bất lợi. Người ta nhận thấy lượng enzim thích ứng chiếm tới 10% lượng chứa protein trong tế bào vi sinh vật. Phần lớn vi sinh vật có thể giữ nguyên mức sống ở nhiệt độ của N[SUB]2[/SUB] láng (–196[SUP]0 [/SUP]C), thậm chí ở nhiệt độ (– 253[SUP]0 [/SUP]C), một số vi sinh vật có thể sinh trưởng ở 250[SUP]0[/SUP]C, một số vi sinh vật có thể sinh trưởng ở 300[SUP]0[/SUP]C.
Vi sinh vật rất dễ sinh biến dị bởi chúng thường có cấu tạo đơn bào, sinh sản mạnh với số lượng nhiều, tiếp xúc trực tiếp với môi trường sống. Tần số biến dị ở vi sinh vật thường là 10[SUP]–5[/SUP] –:– 10[SUP]–10[/SUP]. H́nh thức biến dị thường gặp là đột biến gen và dẫn đến những biến đổi về h́nh thái, cấu tạo, kiểu trao đổi chất, sản phẩm trao đổi chất, tính kháng nguyên, kháng thể .
I.1.5. Phân bố rộng, chủng loại nhiều

Vi sinh vật phân bố ở khắp nơi trên trái đất. Chúng có mặt trên cơ thể người, động vật, thực vật, trong đất, trong nước, trong khôngkhí, trên mọi đồ dùng, vật liệu, từ biển khơi đến núi cao, từ nước ngầm đến nước mặt .Trong đường ruột của con người thường có không dưới 100–400 loài vi sinh vật khác nhau, chúng chiếm tới 1/3 khối lượng khô của phân.
Về chủng loại: Trong khi toàn bộ sinh giới động vật có khoảng 1,5 triệu loài, thực vật có khoảng 0,5 triệu loài th́ vi sinh vật có tới trên 100 ngh́n loài bao gồm 30 ngh́n loài động vật nguyên sinh; 69 ngh́n loài nấm; 23 ngh́n loài vi tảo; 2,5 ngh́n loài vi khuẩn lam; 1,5 ngh́n loài vi khuẩn; 1,2 ngh́n loài virut .
I.2. Dinh dưỡng vi sinh vật

Vi sinh vật không có cơ quan dinh dưỡng riêng biệt, các chất dinh dưỡng vào tế bào và các sản phẩm của quá tŕnh sống từ tế bào tiết ra môi trường qua toàn thể tế mặt tế bào nhờ quá tŕnh khuếch tán, thẩm thấu và hấp thụ.
I.2.1. Dinh dưỡng cacbon
Tuỳ thuộc vào khả năng đồng hoá các nguồn cacbon mà có thể chia vi sinh vật thành 2 nhóm: tự dưỡng và dị dưỡng.
· Vi sinh vật tự dưỡng
Vi sinh vật tự dưỡng có khả năng tổng hợp các hợp chất hữu cơ từ CO[SUB]2[/SUB], H[SUB]2[/SUB]O và muối khoáng. Dựa vào nguồn năng lượng dùng cho tổng hợp, chúng lại được chia thành các vi sinh vật quang hợp và hoá hợp.
– Các vi sinh vật quang hợp dùng nguồn năng lượng mặt trời, chúng có các màu tựa nh­diệp lục ở cây xanh. Những vi khuẩn có sắc tố màu đỏ thuộc phân nhóm này.
– Các vi sinh vật hoá hợp dùng nguồn năng lượng được giải phóng trong các phản ứng oxy hoá các chất vô cơ. Vi khuẩn nitơ sử dụng nguồn năng lượng trong phản ứng oxy hoá NH[SUB]3[/SUB] để tổng hợp các hợp chất hữu cơ. Những vi khuẩn nitrat, vi khuẩn lưu huỳnh không màu, vi khuẩn sắt thuộc phân nhóm này.
– Ngoài nguồn CO[SUB]2[/SUB], một số loài vi sinh vật tự dưỡng có thể sử dụng nguồn cơ chất là H[SUB]2[/SUB]S để quang hợp thành các vật chất tế bào và không giải phóng ra O[SUB]2[/SUB].
· Vi sinh vật dị dưỡng.
Vi sinh vật dị dưỡng chỉ đồng hoá được các hợp chất hữu cơ. Chúng được chia làm 2 nhóm hoại sinh và kƯ sinh.
– Vi sinh vật hoại sinh dinh dưỡng bằng các thức ăn hữu cơ đă chết. Thuộc phân nhóm này là các vi khuẩn gây thối, lên men, các nấm men, nấm mốc.
– Vi sinh vật kư sinh thường là các vi sinh vật gây bệnh, những virut và thực khuẩn thể sống bám vào những cơ thể sống.
I.2.2 Dinh dưỡng Nitơ.
Nguồn Nitơ dễ hấp thụ nhất đối với vi sinh vật là NH[SUB]3[/SUB] (NH[SUB]4[/SUB][SUP]+[/SUP]). Nguồn Nitơ có dự trữ nhiều nhất trong tự nhiên là nguồn Nitơ tự do (N[SUB]2[/SUB]) trong khí quyển. Đa số vi sinh vật không có khả năng đồng hoá N[SUB]2[/SUB] trong không khí. Tuy nhiên, có những vi sinh vật có thể chuyển hoá N[SUB]2[/SUB] thành NH[SUB]3[/SUB] nhờ hoạt động xúc tác của một hệ thống enzim có tên là Nitrogenaza. Các vi sinh vật gọi là vi sinh vật cố định Nitơ.
Ngoài ra, vi sinh vật c̣n có khả năng đồng hoá tốt Nitơ chứa trong thức ăn hữu cơ. Các thức ăn này sẽ vừa là nguồn Cacbon vừa là nguồn Nitơ cung cấp cho vi sinh vật. Vi sinh vật không có khả năng hấp thụ trực tiếp các protein cao phân tử. Chỉ có các polypeptit chứa không quá 5 gốc axitamin mới có thể di chuyển trực tiếp qua màng tế bào chất của vi sinh vật. Rất nhiều vi sinhvật có khả năng sản sinh proteaza xúc tác việc thuỷ phân protein thành các hợp chất phân tử thấp có khả năng xâm nhập vào tế bào vi sinh vật.
Nguồn Nitơ hữu cơ thường được sử dụng để nuôi cấy vi sinh vật là pepton – loại chế phẩm thuỷ phân không triệt để của một loại protein nào đó.
Các hợp chất hữu cơ chứa cả Cacbon và Nitơ (pepton, nước thịt, nước chiết ngô, nước chiết nấm men, nước chiết giá đậu, nước chiết đại mạch .) có thể sử dụng vừa là nguồn Cacbon vừa là nguồn Nitơ đối với vi sinh vật.
I.2.3 Nguồn dinh dưỡng khoáng của vi sinh vật

Những nguyên tố khoáng mà vi sinh vật đ̣i hỏi phải được cung cấp với liều lượng lớn gọi là những nguyên tố đa lượng . Những nguyên tố đa lượng cần thiết cho vi sinh vật nh­:K, P, Ca, Mg, C̣n những nguyên tố khoáng mà vi sinh vật chỉ đ̣i hỏi với liều lượng rất nhỏ được gọi là các nguyên tố vi lượng. Những nguyên tố vi lượng nh­:Zn, Mn, Ni, Cu,
Phần lớn các vi sinh vật dinh dưỡng các nguyên tố này ở dạng muối khoáng. Nguồn K và P có thể dùng K[SUB]2[/SUB]HPO[SUB]4[/SUB], KH[SUB]2[/SUB]PO[SUB]4[/SUB] hoặc (NH[SUB]4[/SUB])HPO[SUB]4[/SUB], NH[SUB]4[/SUB]H[SUB]2[/SUB]PO[SUB]4[/SUB] và K[SUB]2[/SUB]SO[SUB]4[/SUB]. Nguồn Mg và S là MgSO[SUB]4[/SUB], nguồn Fe là FeCl[SUB]3[/SUB], FeSO[SUB]4[/SUB]. Các nguyên tố vi lượng có sẵn trong thành phần cơ chất hoặc trong dạng muối khoáng có trong nước.
I.2.4 Nhu cầu về Vitamin

Vitamin là các chất sinh trưởng đóng vai tṛ quan trọng trong thức ăn bổ sung cho vi sinh vật. Một số vi sinh vật cần vitamin trong môi trường dinh dưỡng, một số khác th́ có thể tự tổng hợp được. Những vitamin có ảnh hưởng đến sinh trưởng của vi sinh vật là PP, B[SUB]1[/SUB], B[SUB]2[/SUB], B[SUB]5[/SUB], H .
I.3. Các yếu tố bên ngoài ảnh hưởng đến hoạt động sống của vi sinh vật

Mọi hoạt động sống của vi sinh vật đều liên quan đến môi trường. Các vi sinh vật không chỉ có nhu cầu về dinh dưỡng mà c̣n chịu ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố khác ngoài môi trường nh­: nhiệt độ, độ Èm, pH .Các yếu tố này có thể làm kích thích hoặc ức chế , thậm chí tiêu diệt vi sinh vật. Đồng thời sự phát triển của vi sinh vật cũng làm thay đổi môi trường. Các yếu tố này chia làm 3 nhóm chính:
I.3.1 Các yếu tố vật lư:
· Nhiệt độ: có ảnh hưởng rất lớn đối với hoạt động sống của vi sinh vật. Mọi loài vi sinh vật chỉ có khả năng hoạt động trong một giới hạn nhiệt độ nhất định. Có vi sinh vật ưa lạnh, ưa Êm, ưa nóng.
· Độ Èm: Tế bào vi sinh vật chứa lượng nước khá lớn (70%–80%), muốn trao đổi chất và tiến hành mọi hoạt động sống khác, vi sinh vật cần có lượng nước nhất định trong môi trường. Những vi sinh vật khác nhau có yêu cầu độ Èm khác nhau, thường mỗi loài vi sinh vật có một giới hạn về độ Èm tối thiểu để phát triển.