Tài liệu Nghiên cứu ảnh hưởng một số yếu tố đến quá trình lên men Bacillus sản xuất chế phẩm xử lý môi trường

ĐỀ TÀI: Nghiên cứu ảnh hưởng một số yếu tố đến quá trình lên men Bacillus sản xuất chế phẩm xử lý môi trường nuôi trồng thuỷ sản

MỞ ĐẦU
Trong quá tŕnh phát triển kinh tế của nước ta trong những năm vừa qua sự đóng góp của ngành thuỷ sản là rất quan trọng. Ngành thuỷ sản là một trong những ngành kinh tế mũi nhọn của đất nước trong quá tŕnh công nghiệp hoá hiện đại hoá. Bằng chứng là trong những năm vừa qua ngành thuỷ sản đă mang lại cho đất nước nguồn thu ngoại tệ đáng kể, chỉ tính riêng năm 2003 ngành đă xuất khẩu được 2.24 tỷ đô la và triển vọng sẽ tăng giá trị xuất khẩu trong các năm tới. Nói đến ngành thuỷ sản chúng ta không thể không nói đến lĩnh vực nuôi tôm xuất khẩu, một trong những lĩnh vực chủ lực của ngành nuôi trồng thuỷ sản. Hàng năm giá trị xuất khẩu tôm luôn chiếm tỉ lệ lớn trong tổng giá trị xuất khẩu toàn ngành, điển h́nh là năm 2003 xuất khẩu tôm đă đóng góp trên 1 tỷ đô la trong tổng số 2.24 tỷ đô la giá trị xuất khẩu thuỷ sản. [4]
Tuy vậy, một thực trạng mà rất dễ nhận ra đó là sự ô nhiễm môi trường do nuôi tôm gây ra. Tác động của sự ô nhiễm môi trường là rất lớn, không những gây ra dịch bệnh, thiệt hại kinh tế cho người nuôi, mà thậm chí làm cho người nuôi tôm không thể tiếp tục nuôi sau khi nuôi được 5-7 vụ. Việc chọn giải pháp thích hợp để xử lư môi trường trong quá tŕnh nuôi trồng thuỷ sản là rất cần thiết. Phương pháp sử dụng chế phẩm sinh học có chứa các vi sinh vật mang các đặc điểm càn thiết (đối kháng với vi khuẩn gây bệnh, phân huỷ chất hữu cơ, ) để xử lư môi trường nước nuôi tôm, tăng khả năng đề kháng của tôm được một số nước trên thế giới sử dụng thành công (Hàn Quốc, Thái Lan, TQ, ), và cả ở trong nước. Chế phẩm sinh học được coi là một phần không thể thiếu được trong qui tŕnh nuôi tôm công nghiệp bền vững. Hiện nay trên thị trường Việt Nam đă xuất hiện rất nhiều loại chế phẩm nhập ngoại, đa dạng về chủng loại và số lượng. Tuy vậy, do giá thành chưa thực sự hợp lư và có quá nhiều loại trên thị trường với tác dụng khác nhau gây tâm lư ngại sử dụng của người dân. Tuy trong nước đă có một số nghiên cứu ứng dụng chế phẩm sinh học và bước đầu đă thu được một số kết quả khả quan nhưng để có được những sản phẩm sản xuất trong nước chất lượng đảm bảo, thuận tiện cho việc sử dụng th́ việc đầu tư nghiên cứu sản xuất chế phẩm sinh học phục vụ cho nuôi trồng thuỷ sản thực sự cần thiết.
Xuất phát từ nhu cầu trên, tôi tiến hành đề tài “Nghiên cứu ảnh hưởng một số yếu tố đến quá tŕnh lên men Bacillus sản xuất chế phẩm xử lư môi trường nuôi trồng thuỷ sản”.

















CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
I. QUÁ TR̀NH LÊN MEN VI SINH VẬT
I.1. Sơ lược lịch sử phát triển
Từ thời xa xưa, loài người đă biết sử dụng hoạt tính của vi sinh vật để phục vụ đời sống của ḿnh. Theo các nhà nghiên cứu th́ khoảng 3000 năm trước công nguyên, việc sản xuất bia đă khá phát triển. Cùng với bia, con người ở phương đông cũng như ở phương tây c̣n biết chưng cất rượu, ủ rượu vang từ nho và các loại trái cây khác, ngoài ra việc sử dụng mốc làm tương, x́ dầu, nước chấm, lấy cặn rượu vang hoặc bia làm men bột nở nhào nướng bánh, lấy mủ đậu ḅ làm vac-xin thô chủng đậu cũng dần dần được đưa vào phục vụ đời sống và bảo vệ sức khoẻ con người.
Một thời kéo dài từ xa xưa cho đến thế kỷ 19 con người mới chỉ biết đến một vài ứng dụng của vi sinh vật, cho đến trước thế kỷ 19 th́ con người hầu như chưa biết ǵ về thế giới vi sinh vật và cũng chưa có kiến thức về lĩnh vực khoa học này. Đến khi L.Pasteur t́m ra nguyên nhân của sự lên men và một loạt công tŕnh khoa học về vi sinh vật học, th́ lịch sử của ngành khoa học này mới bước vào thời kỳ thứ nhất. Những công tŕnh của L.Pasteur giải quyết là rất rộng và ư nghĩa của chúng là vô cùng to lớn từ các vấn đề lư thuyết chung của vi sinh vật đến phương pháp nghiên cứu, các quá tŕnh trong công nghiệp, trong y học và thú y.
Ngày nay với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, con người đă có cái nh́n tổng quát và sâu rộng hơn về giới vi sinh vật. Mặt khác con người đă biết lợi dụng quá tŕnh lên men vi sinh vật để sản xuất các chế phẩm sinh học phục vụ cho đời sống con người, nó không những giải quyết được nhu cầu của xă hội mà c̣n mang lại sự thay đổi khá lớn về mặt kinh tế.[1]
I.2. Nguyên lư của quá tŕnh lên men vi sinh vật

Sơ đồ nguyên lư quá tŕnh lên men

Nguyên liệu Chuẩn bị môi trường dinh dưỡng Khử trùng

Chuẩn bị môi trường nhân giống



Khử trùng

[TABLE=align: left]
[TR]
[TD][/TD]
[/TR]
[TR]
[TD][/TD]
[TD][/TD]
[/TR]
[/TABLE]



Giống vi sinh vật thuần chủng Nhân giống Lên men

Tách và làm sạch sản phẩm

Nói chung tất cả các quá tŕnh lên men đều tuân thủ sơ đồ công nghệ này
- Về mặt nguyên liệu thường là các hợp chất có chứa nguồn cacbon hữu cơ để đảm bảo nguồn năng lượng trong quá tŕnh hoạt động của giống vi sinh vật dị dưỡng và làm bộ khung cacbon trong các hợp chất sản phẩm. Ngoài c̣n cần nguồn nitơ, có thể là hợp chất hữu cơ hoặc vô cơ, các nguồn khoáng đa lượng hoặc vi lượng (P, K, Mg, Fe, Zn ) và các nguồn kích thích sinh trưởng (các axit amin, vitamin, peptit, nucleotit )
- Giống vi sinh vật dùng trong quá tŕnh lên men là các giống thuần chủng đă được chọn lọc kỹ và được giữ trong các bảo tàng sao cho khỏi giảm hoạt tính. Các chủng này thường được bảo quản trong môi trường rắn ở nhiệt độ thấp (4-10[SUP]o[/SUP]C), trươc khi sử dụng cần phải cấy chuyển lại để kiểm tra hoạt lực.
- Chuẩn bị môi trường dinh dưỡng và chuẩn bị môi trương nhân giống cũng là một trong những khâu then chốt có ảnh hưởng tới sự thành công của quá tŕnh lên men, tuỳ từng chủng vi sinh vật khác nhau với đặc điểm sinh lư, sinh hoá khác nhau mà ta chuẩn bị môi trường dinh dưỡng cũng như môi trường nhân giống khác nhau.
- Khử trùng là khâu không thể thiếu trong lên men, v́ khi chuẩn bị môi trương dinh dưỡng và môi trường nhân giống rất dễ bị vi sinh vật tạp nhiễm xâm nhập, v́ vậy để có được quá tŕnh lên men tốt th́ ta phải thanh trùng một cách triệt để.
- Tuỳ vào từng loại chủng vi sinh vật với các điều kiện nhân giống khác nhau mà ta tiến hành nhân giống các chủng vi sinh vật đó ở các môi trường khác nhau, nhưng phải đảm bảo điều kiện vô trùng tuyệt đối.
- Sau khi đă chuẩn bị các điều kiện cần thiết th́ ta bắt đầu thực hiện quá tŕnh lên men. Tuỳ thuộc vào đặc điểm của chủng vi sinh vật nuôi cấy và nhu cầu về sản phẩm của quá tŕnh lên men mà ta thực hiện theo phương pháp nuôi cấy hiếu khí hay kỵ khí. Các b́nh hoặc các thùng lên men thực chất là các b́nh phản ứng sinh học (bioreactor), trong đó các phản ứng hoá sinh được thực hiện nhờ các phức hệ Enzim trong tế bào sinh vật.
- Việc thu nhận sản phẩm thường bắt đầu bằng cách tách tế bào ra khỏi dịch nuôi cấy. Nếu sinh khối vi sinh vật có hệ sợi thường qua lọc, c̣n đối với vi khuẩn và nấm men th́ ly tâm. Việc xử lư tiếp theo tuỳ thuộc sản phẩm lên men ở dịch hay trong tế bào, cũng có khi cả 2 phần này đều được xử lư. Bản chất hoá học của sẩn phẩm quy định các biện pháp xử lư tiếp theo : chiết rút, hấp phụ, sàng phân tử hoặc kết tủa. Việc hoàn thành phẩm tương đối phức tạp và phải làm qua nhiều bước với các thiết bị thích hợp.[1]
I.3. Các phương pháp lên men
I.3.1. Nuôi cấy bề mặt
Trong phương pháp này giống vi sinh vật hiếu khí sau khi gieo cấy sẽ phát triển trên bề mặt và dần dần lan xuống phía dưới theo kẽ hở giữa các cấu tử thành phần môi trường. Môi trường nuôi cấy bề mặt là môi trường rắn và xốp, nhưng cũng có thể là môi trường lỏng như nuôi cấy nấm mốc để thu axit xitric. Vi sinh vật phát triển sử dụng oxy của không khí để hô hấp và làm tác nhân oxy hoá trong quá biến đổi hoá sinh, đồng thời thải C0[SUB]2[/SUB] ra môi trường xung quanh và toả nhiệt. Môi trường dinh dưỡng sau khi thanh trùng được trải lên các khay sạch với chiều dài 3-5 cm và nuôi cấy ở nhiệt độ thích hợp trong buồng nuôi cấy có độ Èm không khí là 90%.
Nguồn cacbon cho môi trường dinh dưỡng ở đây là các loại bột ngũ cốc như : ngô, gạo, ḿ, bobo, đại mạch, đậu tương sau khi được nghiền nhỏ (1- 3mm), cùng với cám gạo và cám ḿ (2 loại cám này cũng đóng góp vai tṛ nguồn cacbon và nguồn các chất sinh trưởng) và trấu. Cám trấu trong môi trường c̣n có tác dụng làm xốp để tăng độ hiếu khí cho vi sinh vật nuôi, chuẩn bị môi trường bằng cách trộn các thành phần cho đều với nước sao cho độ Èm khoảng 55- 60% và được thanh trùng.
Ngày nay với khoa học kỹ thuật phát triển, chúng ta đă có tŕnh độ công nghệ hiện đại và được trang bị các thiết bị đo lường để có thể điều khiển được quá tŕnh cho hiệu suất lên men cao song phương pháp này cũng tồn tại một số nhược điểm.
Tốn diện tích mặt bằng
- Khó cơ khí hoá
- Chi phí công nhân, điện nước cho một đơn vị sản phẩm cao
Phương pháp nuôi cấy bề mặt thường thích hợp cho các quá tŕnh nuôi nấm mốc, một số trường hợp là xạ khuẩn – những nhóm vi sinh vật sinh trưởng thành hệ sợi, cũng có một vài trường hợp nuôi cấy vi khuẩn theo phương pháp này.
I.3.2. Phương pháp lên men ch́m
Phương pháp này dùng cho cả vi sinh vật hiếu khí và kỵ khí. Đối với nuôi vi sinh vật kỵ khí, trong quá tŕnh nuôi không cần sục khí chỉ thỉnh thoảng khuấy trộn, c̣n với vsv hiếu khíphải sục khí liên tục.
Nuôi cấy ch́m hay nuôi cấy bề sâu dùng môi trường dinh dưỡng lỏng (hay c̣n gọi là môi trường dịch thể). Chủng vi sinh vật được gieo cấy vào môi trường phân tán khắp mọi điểm và xung quanh bề mặt tế bào được tiếp xúc với dịch dinh dưỡng. Đặc điểm này đ̣i hỏi suốt qua tŕnh nuôi cấy phải khuấy và cung cấp oxy bằng cách sục khí liên tục.
Ngày nay phương pháp lên men ch́m đă được ứng dụng rộng răi trong sản xuất men bánh mỳ, protein đơn bào từ nấm men, các chế phẩm vi sinh làm phân bón cố định đạm, thuốc trừ sâu, enzim
Phương pháp lên men ch́m có một số ưu điểm sau
- Tèn Ưt mặt bằng trong xây dựng và lắp đặt dây chuyền.
- Chi phí điện năng, nhân lực và khoản phụ cho 1 đơn vị sản phẩm thấp.
- Dễ tổ chức được xí nghiệp có sản lượng lớn
- Các thiết bị lên men ch́m dễ cơ khí hoá, tự động hoá cho toàn bộ quá tŕnh.
Nhưng phương pháp lên men ch́m cũng tồn tại một số nhược điểm sau
- Đ̣i hái trang bị kỹ thuật cao, dễ bị nhiễm trùng toàn bộ. V́ vậy những thiết bị lên men ch́m cần phải chế tạo đặc biệt cẩn thận, chịu áp lực cao, đ̣i hỏi kín và làm việc với điều kiện vô trùng tuyệt đối.
- Trong lên men ch́m cần phải khuấy và sục khí v́ vi sinh vật chỉ sử dụng được oxy hoà tan trong môi trường, khí được nén qua một hệ thống lọc sạch tạp trùng. Hệ thống này tương đối phức tạp và dễ gây nhiễm khuẩn cho môi trường nuôi cấy.
I.3.3. Phương pháp lên men trực tiếp với lượng sinh khối lớn hoặc với hệ Enzim của tế bào