Luận Văn Tối ưu hóa một số điều kiện thu sinh khối của các chủng Baciillus ứng dụng tạo chế phẩm nuôi tôm

MỞ ĐẦU :
Trong những năm gần đây, nền kinh tế nước ta có những bước chuyển biến rõ rệt, đặc biệt là từ khi nước ta gia nhập tổ chức thương mại thế giới WTO (2007). Cùng với sự phát triển đó, nuôi trồng thủy hản sản cũng có những bước vượt bậc, hiện được coi là ngành mũi nhọn trong chiến lược phát triển kinh tế nước nhà. Theo thống kê sản lượng nuôi trồng thủy sản năm 2010 đạt trên 2,8 triệu tấn, tăng hơn 160 nghìn tấn so với năm 2009 (tăng 9%); tổng sản lượng thuỷ sản cả khai thác và nuôi trồng năm 2010 đạt hơn 5,1 triệu tấn, tăng gần 3% so với kế hoạch được giao. Kim ngạch xuất khẩu của toàn ngành đạt ước đạt 4,7 tỉ USD, tăng hơn 6%.( theo Bộ thủy sản Việt Nam)
Để đạt được mục tiêu trên, quy hoạch phát triển ngành thủy sản đã có những bước thay đổi cơ bản trong cơ cấu chuyển từ đánh bắt thuần túy sang cơ cấu vừa nuôi trồng vừa đánh bắt. Đối với phương thức nuôi trồng thủy sản thực sự phát triển với quy mô lớn trên toàn quốc, chủ yếu tập trung vào nuôi cá basa, cua, tôm, Đặc biệt trong nuôi trồng thủy sản nước lợ, nước mặn mà đối tượng chính là con tôm sú đang được quan tâm nhiều nhất. Nuôi tôm thương phẩm mang lại hiệu quả rất cao, tạo công ăn việc làm cho dân cư vùng duyên hải, tận dụng vùng diện tích ven biển bị nhiễm mặn, quan trọng và ý nghĩa hơn ở chỗ tôm sú là đối tượng xuất khẩu mang lại nhiều ngoại tệ.
Nhiều năm trở lại đây, nghề nuôi tôm sú thương phẩm phát triển mạnh. Hiện nay cả nước có hơn 500.000 ha diện tích nuôi tôm, trải dài dọc theo ven biển từ Quảng Ninh đến Kiên Giang. Do việc phát triển diện tích nuôi quá nhanh, kinh nghiệm của người nuôi tôm còn hạn chế, sự tiếp nhận khoa học kĩ thuật vào nghề nuôi tôm còn chậm, người nuôi chưa theo kịp như kĩ thuật chọn con giống, chăm sóc, cho ăn, phòng ngừa bệnh, quản lý môi trường ao nuôi và lựa chọn các sản phẩm, sử dụng cho nghề nuôi còn nhiều hạn chế và thiếu sót.
Mặt khác, ở hầu hết các tỉnh trong cả nước tôm sú được nuôi dưới hai hình thức nuôi bán thâm canh hoặc thâm canh. Việc nuôi thâm canh càng phát triển thì môi trường ao nuôi lẫn các khu vực lân cận càng bị ô nhiễm. Bởi vì tất cả các hệ thống dùng cho việc nuôi tôm đều có khả năng gây ô nhiễm môi trường như thức ăn, chất thải hữu cơ do quá trình bài tiết và lột xác định kì của tôm, Những chất cặn bã này tích tụ và lắng đọng lâu ngày gây ô nhiễm môi trường làm ảnh hưởng đến sự bền vững của hệ sinh thái, đặc biệt ảnh hưởng tới sự phát triển và tăng trưởng của vật nuôi. Đây cũng là nguyên nhân gây dịch bệnh cho tôm. Để ngăn ngừa nguy ngừa nguy cơ này thì biện pháp thường được sử dụng hiện nay là dùng vôi bột hoặc một số hóa chất vệ sinh ao nuôi trước khi thả giống. Tuy nhiên vấn đề ô nhiễm thường phát sinh trong quá trình nuôi. Mặt khác, đối với các trại giống thì việc sử dụng hóa chất để đối phó với tình trạng ô nhiễm không được phép, do vậy khó mà đảm bảo con giống sạch bệnh. Chính vì vậy, cho dù diện tích ao nuôi tôm tăng nhanh trong nhiều năm trở lại đây nhưng sản lượng tăng không nhiều. Đây chính là những thách thức và vấn đề đáng quan tâm của lĩnh vực nuôi tôm thâm canh va nuôi tôm công nghiệp.
Một vấn đề nữa đáng đề cập đến ở đây là: ngày nay, các chế phẩm từ các vi sinh vật có hoạt tính enzyme ngày càng được ứng dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp và chế biến thực phẩm. Mười năm trở lại đây, thị trường này gia tăng không ngừng và đang trở thành ngành công nghiệp phát triển ở các nước trên thế giới. Vì thế giải pháp hiệu quả và an toàn được lựa chọn hiện nay là sử dụng chế phẩm sinh học ở các dạng khác nhau( dạng bột, dịch) trong nuôi trồng thủy sản để làm giảm ô nhiễm ao nuôi, tăng khả năng phòng chống bệnh và kích thích vật nuôi sinh trưởng tốt.
Trong đề tài này chủ yếu đề cập đến việc sử dụng các vi khuẩn Bacillus trong chế phẩm Probiotic cho tôm. Các vi khuẩn Bacillus đặc biệt là các chủng thuộc loài Bacillus subtilis và Bacillus licheniformis là các chủng có khả năng tham gia vào hệ vi sinh vật đường ruột của tôm, cạnh tranh vị trí bám dính , cạnh tranh thức ăn, đặc biệt có thể sản sinh ra các hợp chất ức chế như bactabacteriocins, sideropheres, hydro peroxit ức chế hoặc tiêu diệt các vi sinh vật có hại giúp tôm tăng trưởng tốt và chống chịu với bệnh tật. Mặt khác các vi khuẩn này tăng cường chức năng miễn dịch cho tôm, giảm nguy cơ mắc bệnh ở tôm. Ngoài ra khi các vi khuẩn này tồn tại trong thức ăn thì chúng có khả năng phân giải các hợp chất hữu cơ trong thức ăn thừa, góp phần làm sạch môi trường nuôi tôm. Khi môi trường nước nuôi không bị ô nhiễm bởi thức ăn thừa thì cải thiện điều kiện sống của con tôm. Khi bổ sung các chế phẩm sinh học này vào thức ăn của tôm giúp tôm tăng khả năng sinh trưởng, tăng khả năng chống chịu bệnh tật, làm sạch môi trường nước nuôi tôm đồng thời làm giảm đáng kể lượng kháng sinh và hóa chất sử dụng trong nuôi tôm, góp phần làm giảm nguy cơ gây ô nhiễm môi trường.
Hiện nay ở Việt Nam có hàng trăm loại chế phẩm xử lý môi trường nuôi tôm cá với nhiều nhãn hiệu khác nhau được nhập khẩu cũng như sản xuất trong nước. Tuy nhiên các chế phẩm nước ngoài hiệu quả nhưng quá đắt, còn các chế phẩm trong nước lại hạn chế do chủng giống không giữ được hoạt tính ban đầu.
Trước những khó khăn chung người nuôi đang gặp phải và với mong muốn góp phần nhỏ bé của mình vào việc giải quyết những vướng mắc trên, tôi tiến hành nghiên cứu đề tài: “Tối ưu hóa một số điều kiện thu sinh khối của các chủng Baciillus ứng dụng tạo chế phẩm nuôi tôm ”.
Mục đích của đề tài là : tìm điều kiện tối ưu nhất ( nhiệt độ, pH, dinh dưỡng ) để lượng sinh khối thu được là lớn nhất làm cơ sở cho việc phối trộn với chất mang tạo ra chế phẩm sinh học hiệu quả.
Nội dung nghiên cứu gồm các vấn đề sau:
1. Kiểm tra hoạt tính enzyme các chủng Bacillus
2. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến sự sinh trưởng và phát triển của các chủng Bacillus tác động đến việc thu sinh khối
3. Sử dụng lý thuyết quy hoạch thực nghiệm và phần mềm tối ưu hóa Desgin Expert 8.0 lập ma trận thực nghiệm và tiến hành tối ưu hóa điều kiện thu sinh khối của các chủng Bacillus


MỞ ĐẦU : 6
PHẦN I: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU 9
I- TÌNH HÌNH PHÁT TRIỂN NGHỀ NUÔI TRỒNG THỦY SẢN 9
1. Lịch sử phát triển nghề nuôi trồng thủy hải sản trên thế giới 9
1.1. Tình hình phát triển nghề nuôi trồng thủy sản trên thế giới 9
1.2. Tình hình phát triển nghề nuôi trồng thủy sản ở Việt Nam 10
2. Hiện trạng môi trường và dịch bệnh trong nuôi trồng thủy sản 10
3. Về tình hình ô nhiễm ao nuôi 11
4. Các bệnh thường xảy ra cho tôm khi ao nuôi bị nhiễm bẩn 12
5. Những chỉ số cơ bản đánh giá nước nuôi tôm 13
6. Các phương pháp sinh học xử lý ô nhiễm môi trường trong nuôi trồng thủy sản. 18
6.1. Phương pháp sử dụng hệ vi sinh vật 18
6.2. Phương pháp sử dụng hệ động thực vật để hấp thụ các chất ô nhiễm. 18
6.3. Các hệ thống xử lý ô nhiễm môi trường bằng các phương pháp sinh học 18
7. Chế phẩm sinh học( probiotics) 19
7.1. Lợi ích của chế phẩm sinh học trong nuôi trồng thủy sản. 19
7.2. Nguyên tắc lựa chọn các chủng vi sinh vật được chọn làm chế phẩm sinh học 22
7.3. Nhóm vi sinh vật thường được sử dụng trong chế phẩm sinh học: 22
8. Bản chất của phương pháp sử dụng vi sinh vật trong công nghệ môi trường. 23
8.1. Mục tiêu đạt được khi làm giảm ô nhiễm môi trường bằng vi sinh vật 23
8.2. Cơ chế phân giải các hợp chất trong tự nhiên của VSV [1] 24
9. Tình hình nghiên cứu và ứng dụng vi sinh vật trong xử lý môi trường 27
II- ĐẶC ĐIỂM CỦA VI KHUẨN BACILLUS 27
1. Đặc điểm chung: 27
2. Các đặc tính của Bacillus subtilis và Bacillus licheniformis 28
2.1. Đặc tính cơ bản của Bacillus subtilis 28
2.2. Đặc tính cơ bản của Bacillus licheniformis 29
2.3. Các ưu điểm nổi bật của Bacillus subtilis và Bacillus licheniformis 29
3. Ứng dụng của vi khuẩn Bacillus 30
4. Các yếu tố ảnh hưởng đến sự sinh trưởng và phát triển của vi khuẩn 31
III- QUY HOẠCH THỰC NGHIỆM 32
1. Vai trò của quy hoạch thực nghiệm 32
2. Những khái niệm cơ bản của quy hoạch thực nghiệm 33
2.1. Định nghĩa quy hoạch thực nghiệm 33
2.2. Đối tượng của quy hoạch thực nghiệm trong các ngành công nghệ 33
2.3. Các phương pháp quy hoạch thực nghiệm 33
2.4. Ma trận kế hoạch thực nghiệm 34
2.5. Các nguyên tắc cơ bản của quy hoạch thực nghiệm 34
2.6. Các bước quy hoạch thực nghiệm cực trị 35
3. Phần mềm quy hoạch thực nghiệm Design Expert 36
PHẦN II: VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 38
I. ĐỐI TƯỢNG VÀ VẬT LIỆU NGHIÊN CỨU 38
1. Đối tượng nghiên cứu: 38
2. Hóa chất và thiết bị: 38
3. Môi trường nuôi cấy vi sinh vật 40
II. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 42
1. Phương pháp tuyển chọn chủng có hoạt tính cao 42
2. Phương pháp nhân giống, lên men, thu sinh khối 43
3. Phương pháp đặt một bài toán tối ưu trong hóa học và thực phẩm 45
PHẦN III: KẾT QUẢ 47
1. Kết quả thử hoạt tính enzyme của các chủng 47
2. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến sự sinh trưởng & phát triển của các chủng Bacillus subtilis ATCC 6633 và Bacillus licheniformis ATCC14580 49
2.1. Thời gian: 49
2.3.pH 53
2.4. Peptone: 55
3. Giải bài toán tối ưu sinh khối 58
3.1.Tối ưu hóa mật độ sinh khối B. subtilis ATCC 6330 trên môi trường peptone- glucose 60
2.2. Tối ưu hóa mật độ sinh khối B. licheniformis ATCC 14580 trên môi trường peptone- glucose 65
PHẦN IV: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 70
I- KẾT LUẬN 70
II- KIẾN NGHỊ: 70
PHẦN IV: TÀI LIỆU THAM KHẢO: 71