Nghiên Cứu Chế Phẩm Vi Khuẩn Tía Quang Hợp Dạng Lỏng Sệt Làm Thức Ăn Cho Con Giống Hai Mảnh Vỏ

• Tác giả: Huỳnh Thị Hường
• Người hướng dẫn: TS. Đỗ Thị Liên
• Trường học: Học viện Khoa học và Công nghệ
• Chuyên ngành: Sinh học thực nghiệm
• Đề tài: Nghiên Cứu Tạo Chế Phẩm Vi Khuẩn Tía Quang Hợp Dạng Lỏng Sệt Làm Thức Ăn Cho Con Giống Hai Mảnh Vỏ
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2021
• Địa điểm: Hà Nội

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
• DANH MỤC CÁC HÌNH
• 1. MỞ ĐẦU
• 1.1. Mục đích của đề tài (các kết quả cần đạt được)
• 1.2. Nội dung chi tiết của đề cương luận văn thạc sĩ
• 2. TỔNG QUAN TÀI LIỆU
• 2.1. MỘT SỐ ĐẶC ĐIỂM CỦA ĐỘNG VẬT HAI MẢNH VỎ
• 2.2. MỘT SỐ ĐẶC ĐIỂM SINH HỌC CỦA VI KHUẨN TÍA QUANG HỢP
• 2.2.1. Giới thiệu chung về vi khuẩn tía quang hợp
• 2.2.2. Sinh thái học của vi khuẩn tía quang hợp
• 2.2.3. Hình thái và phân loại học của vi khuẩn tía quang hợp
• 2.3. ỨNG DỤNG VI KHUẨN TÍA QUANG HỢP
• 2.3.1. ỨNG DỤNG VI KHUẨN TÍA QUANG HỢP LÀM THỨC ĂN TRONG NUÔI TRỒNG THỦY SẢN TRÊN THẾ GIỚI
• 2.4. CÁC PHƯƠNG PHÁP THU HỒI SINH KHỐI VKTQH
• 2.5. TÌNH HÌNH SẢN XUẤT SINH KHỐI VKTQH TẠI VIỆT NAM VÀ TRÊN THẾ GIỚI
• 2.5.1. Tình hình sản xuất sinh khối VKTQH trên thế giới
• 2.5.2. Tình hình nghiên cứu và sản xuất sinh khối VKTQH tại Việt Nam
• 2.6. CARRAGEENAN VÀ ỨNG DỤNG
• 3. NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 3.1. VẬT LIỆU, HÓA CHẤT VÀ THIẾT BỊ, MÁY MÓC
• 3.2. Môi trường
• 3.3. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 3.3.1. Đánh giá sinh trưởng và xác định mật độ của VKTQH
• 3.3.2. Phương pháp nuôi vi khuẩn tía quang hợp làm thức ăn trong môi trường có bổ sung nguồn carbon khác nhau
• 3.3.3. Định lượng Protein bằng phương pháp Bradford
• 3.3.4. Phương pháp nuôi cấy VKTQH không lưu huỳnh
• 3.3.5. Phương pháp thu sinh khối VKTQH
• 3.3.6. Phương pháp tạo chế phẩm dạng lỏng sệt
• 3.3.7. Phương pháp xử lý thống kê sinh học
• 4. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 4.1. TỐI ƯU ĐIỀU KIỆN SẢN XUẤT SINH KHỐI VKTQH KHÔNG LƯU HUỲNH
• 4.1.1. Tối ưu nguồn carbon
• 4.1.2. Kết quả đánh giá hàm lượng protein thô trong tế bào khi nuôi cấy trên các nguồn C khác nhau
• 4.1.3. Kết quả lựa chọn môi trường chứa hỗn hợp nguồn carbon để nuôi hỗn hợp VKTQH
• 4.1.4. Đánh giá hàm lượng protein thô trong tế bào khi nuôi cấy trên các nguồn C hỗn hợp
• 4.2. HOÀN THIỆN KỸ THUẬT SẢN XUẤT SINH KHỐI NGOÀI TỰ NHIÊN
• 4.2.1. Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của điều kiện nuôi cấy sản xuất sinh khối VKTQH
• 4.2.2. Xây dựng quy trình nhân giống VKTQH ở điều kiện tự nhiên
• 4.2.3. Kết quả nhân nuôi VKTQH trong các bể nuôi từ các vật liệu khác nhau để sản xuất sinh khối ở qui mô pilot
• 4.3. TỐI ƯU PHƯƠNG PHÁP THU SINH KHỐI VKTQH KHÔNG LƯU HUỲNH
• 4.3.1. Kết quả thu hoạch sinh khối theo phương pháp ly tâm
• 4.3.2. Kết quả thu hoạch sinh khối theo phương pháp đông tụ
• 4.4. TỐI ƯU PHƯƠNG PHÁP TẠO CHẾ PHẨM VKTQH DẠNG LỎNG SỆT
• 4.4.1. Tạo chế phẩm VKTQH dạng lỏng sệt bằng tinh bột biến tính
• 4.4.2. Kết quả ảnh hưởng của nồng độ tinh bột biến tính đến khả năng tạo chế phẩm dạng lỏng sệt
• 4.4.3. Kết quả đánh giá mật độ chế phẩm lỏng sệt
• 4.4.4. Kết quả tạo chế phẩm VKTQH dạng lỏng sệt bằng CMC
• 4.4.5. Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ CMC
• 4.4.6. Đánh giá mật độ chế phẩm lỏng sệt
• 4.4.7. Kết quả tạo chế phẩm VKTQH dạng lỏng sệt bằng Carragenan
• 4.4.8. Kết quả lựa chọn nồng độ carrageenan thích hợp để tạo chế phẩm dạng lỏng sệt
• 4.4.9. Kết quả đánh giá mật độ chế phẩm lỏng sệt tạo thành từ carrageenan
• 5. SƠ ĐỒ QUY TRÌNH SẢN XUẤT CHẾ PHẨM VKTQH DẠNG LỎNG SỆT LÀM THỨC ĂN CHO CON GIỐNG HAI MẢNH VỎ
• 6. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• MỘT SỐ HÌNH ẢNH TRONG QUÁ TRÌNH TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Tổng Quan Nghiên Cứu Chế Phẩm Vi Khuẩn Tía Quang Hợp

Ngành nuôi trồng thủy sản đang phát triển mạnh mẽ, dự kiến cung cấp 60% lượng cá cho con người vào năm 2030. Việt Nam có lợi thế bờ biển dài, nuôi trồng thủy sản trở thành ngành kinh tế mũi nhọn. Sản lượng thủy sản tăng trưởng liên tục, đóng góp đáng kể vào tăng trưởng kinh tế. Nhu cầu về con giống chất lượng cao ngày càng tăng. Việc tìm kiếm các nguồn protein thay thế là rất quan trọng để giảm sự phụ thuộc vào protein thông thường và đảm bảo sự tăng trưởng bền vững hơn của ngành nuôi trồng thủy sản. Các protein có nguồn gốc từ vi sinh vật đang được quan tâm đặc biệt vì chúng có thể dễ dàng được sản xuất trên các nguồn carbon rẻ tiền và là sản phẩm phụ của các quá trình khác như sản xuất bia và xử lý chất thải. Vi khuẩn tía quang hợp (VKTQH) nổi lên như một giải pháp tiềm năng, cung cấp nguồn dinh dưỡng thủy sản dồi dào và bền vững.

1.1. Vai trò của Vi Khuẩn Tía Quang Hợp VKTQH trong NTTS

Trong tự nhiên, nhiều sinh vật (vi tảo, vi khuẩn) tham gia vào chuỗi thức ăn của nhiều loài thủy động vật. Vi tảo và vi khuẩn thường làm thức ăn cho các loài nhuyễn thể hai mảnh vỏ và cho các loài cá, giáp xác và bào ngư. Dựa vào hiện tượng tự nhiên này người ta đã quan tâm nghiên cứu vi khuẩn tía quang hợp (VKTQH) với vai trò tương tự vi tảo làm nguồn thức ăn sống trong nuôi tôm, nhuyễn thể và một số động vật phù du. Tế bào VKTQH thường chứa hàm lượng cao protein (50 – 74%), hàm lượng cacbonhiđrat chiếm 10 -27%, lipit từ 0,6 – 22% và chất khoáng 4 – 16% trọng lượng khô.

1.2. Tiềm năng của VKTQH như nguồn Protein đơn bào SCP

Thành phần và hàm lượng các axit amin không thay thế của các loài VKTQH này được so sánh tương đương với thịt, đậu và trứng gà. Vì có thành phần dinh dưỡng cao như vậy, cho nên theo nhiều nhà nghiên cứu, VKTQH không lưu huỳnh có thể là một trong những nguồn protein đơn bào (single cell protein- SCP) lý tưởng trong sản xuất thức ăn cho gia súc, gia cầm và trong nuôi trồng thủy sản. Gần đây, nhiều nước trên thế giới như Nhật Bản và Malaysia đã thành công trong việc sử dụng một số loài VKTQH làm nguồn thức ăn tươi sống trực tiếp hay gián tiếp để nuôi ấu trùng một số loài thủy động vật.

II. Thách Thức Vận Chuyển Chế Phẩm VKTQH Dạng Lỏng Hiện Nay

Ở Việt Nam, VKTQH đã và đang được ứng dụng vào các lĩnh vực khác nhau như công nghệ xử lý môi trường, thu nhận các hoạt chất có giá trị. Đối với sản xuất thức ăn cho con giống hai mảnh vỏ, ngoài các công nghệ thu, nuôi thâm canh sinh khối các loài thì chúng tôi đã lựa chọn được một số chủng VKTQH có giá trị dinh dưỡng cao và đã thử nghiệm thành công cho sản xuất ngao giống, hàu giống cho kết quả về độ biến thái và độ sống sót tương đương khi cho ăn bằng vi tảo. Tuy nhiên, việc vận chuyển chế phẩm dạng dịch đến những vùng nuôi trồng thủy sản còn gặp nhiều khó khăn vì nước ta có khoảng hơn 3000km đường bờ biển và nghề nuôi trồng thủy sản chủ yếu tập trung tại các tỉnh ven biển, do vậy, chế phẩm VKTQH ở dạng dịch sản xuất tại Viện Công nghệ sinh học gặp khó khăn trong quá trình vận chuyển và phân phối tới các vùng NTTS trong cả nước.

2.1. Sự Cần Thiết của Chế Phẩm VKTQH Dạng Đậm Đặc

Như vậy, cần được nghiên cứu để tạo chế phẩm VKTQH dạng đậm đặc hơn để dễ dàng vận chuyển, giảm giá thành phù hợp với nhu cầu thực tế của người dân nuôi trồng thủy sản là việc làm rất cần thiết để phát triển bền vững nghề nuôi trồng thủy sản phục vụ nhu cầu trong nước và xuất khẩu. Xuất phát từ những lý do trên, chúng tôi đề xuất đề tài: “Nghiên cứu tạo chế phẩm vi khuẩn tía quang hợp dạng lỏng sệt làm thức ăn cho con giống hai mảnh vỏ”.

2.2. Mục Tiêu Nghiên Cứu Chế Phẩm VKTQH Dạng Lỏng Sệt

Mục đích của đề tài là tạo được chế phẩm VKTQH dạng lỏng sệt làm thức ăn cho con giống động vật hai mảnh vỏ. Nội dung chi tiết của đề cương luận văn thạc sĩ bao gồm: Lựa chọn được nguồn carbon bổ sung vào môi trường nuôi để đạt mật độ sinh khối và hàm lượng protein cao nhất để tạo chế phẩm VKTQH lỏng sệt dùng làm thức ăn cho con giống thủy sản.

III. Cách Tối Ưu Sản Xuất Sinh Khối VKTQH Dạng Lỏng Sệt

Để tạo ra chế phẩm VKTQH dạng lỏng sệt hiệu quả, cần tối ưu hóa các yếu tố ảnh hưởng đến sinh khối và hàm lượng protein. Nghiên cứu tập trung vào việc lựa chọn nguồn carbon phù hợp, hoàn thiện kỹ thuật sản xuất sinh khối trong điều kiện tự nhiên và lựa chọn phương pháp thích hợp để tạo sinh khối VKTQH dạng lỏng sệt. Quy trình sản xuất chế phẩm VKTQH dạng lỏng sệt làm thức ăn cho con giống hai mảnh vỏ sẽ được xây dựng dựa trên kết quả nghiên cứu.

3.1. Lựa Chọn Nguồn Carbon Tối Ưu cho Sinh Khối và Protein

Cần lựa chọn được nguồn carbon bổ sung vào môi trường nuôi để đạt mật độ sinh khối và hàm lượng protein cao nhất để tạo chế phẩm VKTQH lỏng sệt dùng làm thức ăn cho con giống thủy sản. Điều này bao gồm việc thử nghiệm các nguồn carbon khác nhau và đánh giá hiệu quả của chúng đối với sự phát triển của VKTQH.

3.2. Hoàn Thiện Kỹ Thuật Sản Xuất Sinh Khối VKTQH Tự Nhiên

Hoàn thiện kỹ thuật sản xuất sinh khối (sản xuất sinh khối theo mẻ hoặc bán liên tục) trong điều kiện tự nhiên với một số vật liệu làm photobioreactor khác nhau (nhựa trong, thủy tinh, …). Việc này giúp giảm chi phí sản xuất và tận dụng nguồn tài nguyên tự nhiên.

3.3. Phương Pháp Tạo Sinh Khối VKTQH Dạng Lỏng Sệt

Lựa chọn phương pháp thích hợp tạo sinh khối VKTQH dạng lỏng sệt. Các phương pháp khác nhau sẽ được đánh giá để tìm ra phương pháp hiệu quả nhất về mặt kỹ thuật và kinh tế.

IV. Ứng Dụng VKTQH Thức Ăn Tiềm Năng Cho Hai Mảnh Vỏ

Thân mềm hai mảnh vỏ hay nhuyễn thể hai mảnh vỏ (Bivalvia) là một lớp động vật không xương sống hiện diện ở hầu khắp các môi trường thủy sinh. Một lượng lớn loài hai mảnh vỏ được tìm thấy ở vùng triều hay gần bờ. Chúng sinh sống ở vùng nhiệt đới, ôn đới và cả vùng cực. Một số có thể sống sót hay thậm chí phát triển trong môi trường khắc nghiệt. Một phần sống ở nước mặn, phần còn lại ở nước ngọt. Đa số là động vật ăn lọc. Mang tiến hóa thành một bộ phận gọi là ctenidium, một cơ quan dùng để ăn và thở. Chúng thường chôn mình trong trầm tích, nơi chúng sống tương đối an toàn trước kẻ thù.

4.1. Đặc Điểm Hình Thái và Cấu Tạo Cơ Thể Hai Mảnh Vỏ

• Cơ thể dẹp, đối xứng hai bên. Chúng có hai miếng da ngoài dính lại với nhau ở phần lưng và bao bọc cả phần thân mềm gọi là màng áo. Màng áo tiết ra hai mảnh vỏ bảo vệ bên ngoài cơ thể nên gọi là lớp hai vỏ (Bivalvia). Phần thân mềm gồm 3 phần: nang nội tạng, chân và màng áo. Đầu thoái hoá nên còn gọi là lớp không đầu (Acephala). Hai vỏ được dính với nhau nhờ bản lề mặt lưng. Giữa vỏ và bộ phận thân mềm có hai bó cơ ngang liên hệ để điều tiết sự đóng mở vở gọi là cơ khép vỏ trước và cơ khép vỏ sau. Giữa màng áo và khoang nội tạng có một khoảng trống gọi là xoang màng áo. Trong xoang màng áo có mang dạng hình tấm, nên gọi là mang tấm (Lamelli branchia). Chân ở mặt bụng của bộ phận thân mềm, thường dẹp hai bên dạng lưỡi rìu, nên còn gọi là lớp chân rìu (Pelecypoda).

4.2. Thức Ăn và Hệ Tiêu Hóa của Động Vật Hai Mảnh Vỏ

• Hệ thống tiêu hoá bao gồm có mang, xúc biện, miệng, thực quản, dạ dày, manh nang tiêu hoá, sợi keo, ruột. phần lớn nằm trong khối nội tạng, nếu đem cắt bỏ lớp bọc ngoài chúng ta sẽ nhìn thấy rõ. ở lớp hai mảnh vỏ không có túi. Thức ăn chủ yếu của chúng ở giai đoạn ấu trùng là các loài tảo có kích thước nhỏ như: Monas, Platymonas, Chlorella, Nannochloropsis, giai đoạn trưởng thành là các loài tảo silic như Navicula, Pleurosigma, Nitzschia, Flagilaria, Synedra, Thalasiothix, Gyrosigma, Coscinodiscus, Cyclotella, Skeletonema, Rhizosolenia, Planktonella, Melosira, Chaetoceros. Ngoài tảo silic ra, chúng còn ăn được nhiều loại khác như trùng chuông, trùng chuông mỏng, tiêm mao trùng, copepoda, rotifer và mùn bã hữu cơ.

V. Vi Khuẩn Tía Quang Hợp Đặc Điểm Sinh Học Cần Biết

Vi khuẩn tía quang hợp (VKTQH) là vi khuẩn thủy sinh có khả năng sinh trưởng trong điều kiện kỵ khí bằng cách quang hợp nhưng không thải oxy như những đối tượng quang dưỡng khác. Khi được chiếu sáng, rất nhiều loài trong nhóm này có khả năng sinh trưởng quang tự dưỡng với CO 2 là nguồn carbon hoặc sinh trưởng quang dị dưỡng với các chất hữu cơ làm nguồn carbon. Đặc trưng của nhóm VKTQH là chứa sắc tố quang hợp bacteriochlorophyll (Bchl). VKTQH có lợi thế như một thành phần thức ăn chăn nuôi [1]. Việc chuyển đổi các chất hữu cơ, nitơ và phốt pho thành protein có hiệu quả cao hơn so với các chất thay thế dựa trên thực vật [1].

5.1. Phân Loại Vi Khuẩn Tía Quang Hợp VKTQH

Theo Hệ thống phân loại của Bergey (1989), vi khuẩn quang hợp được chia làm ba nhóm: vi khuẩn tía quang hợp, vi khuẩn xanh quang hợp và nhóm vi khuẩn chứa bacteriochlorophyll (Bchl) (nhưng không xếp vào hai nhóm trên) [2]. Riêng nhóm VKTQH được chia làm 3 họ: Họ Chromatiaceae: gồm tất cả các vi khuẩn lưu huỳnh màu tía có khả năng hình thành “giọt” lưu huỳnh bên trong tế bào. Họ Ectothiorhodospiraceae: gồm tất cả các vi khuẩn lưu huỳnh màu tía có khả năng hình thành “giọt” lưu huỳnh bên ngoài tế bào. Họ Rhodospirilaceae: gồm tất cả các vi khuẩn quang hợp không tích lũy giọt lưu huỳnh.

5.2. Sinh Thái Học của Vi Khuẩn Tía Quang Hợp VKTQH

Vi khuẩn tía quang hợp (VKTQH) phân bố rộng rãi trong tự nhiên, là nhóm vi khuẩn quang dưỡng, sống kỵ khí hoặc kỵ khí tùy tiện trong môi trường có chiếu sáng. Chúng là các vi sinh vật điển hình, rất phổ biến ở nước ngọt cũng như nước mặn, thường cư trú nhiều trên bề mặt bùn các ao đầm tù, có nhiều bùn cặn các xác động, thực vật. Tuy nhiên nhóm vi khuẩn này ưa thích các thuỷ vực chứa nước ngọt, lợ hay mặn với hàm lượng chất hữu cơ khá cao và hàm lượng oxy hoà tan thấp. Vì vậy, có thể tìm thấy chúng cùng với các đại diện thuộc nhóm VKTQH lưu huỳnh [3] .

VI. Nghiên Cứu VKTQH Tối Ưu Hóa Điều Kiện Sản Xuất Sinh Khối

Nghiên cứu tập trung vào việc tối ưu hóa điều kiện sản xuất sinh khối VKTQH không lưu huỳnh. Các yếu tố như nguồn carbon và điều kiện nuôi cấy được điều chỉnh để đạt được sinh khối và hàm lượng protein cao nhất. Kỹ thuật sản xuất sinh khối ngoài tự nhiên cũng được hoàn thiện để tăng hiệu quả và giảm chi phí sản xuất.

6.1. Tối Ưu Nguồn Carbon cho Sản Xuất Sinh Khối VKTQH

Kết quả đánh giá hàm lượng protein thô trong tế bào khi nuôi cấy trên các nguồn C khác nhau. Kết quả lựa chọn môi trường chứa hỗn hợp nguồn carbon để nuôi hỗn hợp VKTQH. Đánh giá hàm lượng protein thô trong tế bào khi nuôi cấy trên các nguồn C hỗn hợp.

6.2. Hoàn Thiện Kỹ Thuật Sản Xuất Sinh Khối VKTQH Tự Nhiên

Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của điều kiện nuôi cấy sản xuất sinh khối VKTQH. Xây dựng quy trình nhân giống VKTQH ở điều kiện tự nhiên. Kết quả nhân nuôi VKTQH trong các bể nuôi từ các vật liệu khác nhau để sản xuất sinh khối ở qui mô pilot ở các bể nuôi khác nhau.

Tổng quan nghiên cứu

Ngành nuôi trồng thủy sản toàn cầu đang phát triển nhanh chóng, dự kiến cung cấp khoảng 60% lượng cá cho con người vào năm 2030. Tại Việt Nam, với hơn 3000 km đường bờ biển, sản lượng thủy sản duy trì tăng trưởng bình quân 9,07%/năm trong 17 năm qua, đóng góp quan trọng vào nền kinh tế quốc dân. Nhu cầu con giống và thức ăn chất lượng cao ngày càng tăng, đặt ra thách thức về nguồn protein bền vững thay thế protein truyền thống. Vi khuẩn tía quang hợp (VKTQH) không lưu huỳnh được xem là nguồn protein đơn bào tiềm năng với hàm lượng protein cao (50-74%), giàu axit amin thiết yếu, có thể sản xuất từ các nguồn carbon rẻ tiền và phụ phẩm công nghiệp.

Luận văn tập trung nghiên cứu tạo chế phẩm VKTQH dạng lỏng sệt làm thức ăn cho con giống hai mảnh vỏ, nhằm giải quyết khó khăn trong vận chuyển và phân phối chế phẩm dạng dịch hiện tại. Nghiên cứu thực hiện trong giai đoạn 2019-2021 tại Viện Công nghệ sinh học, Hà Nội, với mục tiêu tối ưu nguồn carbon, hoàn thiện kỹ thuật sản xuất sinh khối ngoài tự nhiên, tối ưu phương pháp thu sinh khối và tạo chế phẩm dạng lỏng sệt phù hợp. Kết quả nghiên cứu góp phần nâng cao hiệu quả nuôi trồng thủy sản, giảm chi phí thức ăn, đồng thời phát triển ngành protein đơn bào trong nước.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình sinh học thực nghiệm về vi khuẩn tía quang hợp không lưu huỳnh, bao gồm:

• Lý thuyết sinh trưởng vi khuẩn quang hợp: VKTQH phát triển trong điều kiện kỵ khí hoặc vi hiếu khí dưới ánh sáng, sử dụng các nguồn carbon hữu cơ như malate, glutamate, succinate để tổng hợp sinh khối và protein.
• Mô hình trao đổi chất trung tâm: VKTQH không lưu huỳnh có khả năng linh hoạt trong chuyển hóa các hợp chất hữu cơ 1C đến 4C, điều chỉnh trao đổi chất tùy theo điều kiện môi trường.
• Khái niệm protein đơn bào (SCP): VKTQH là nguồn protein đơn bào giàu dinh dưỡng, có thể thay thế protein truyền thống trong thức ăn thủy sản.
• Lý thuyết keo tụ sinh học: Sử dụng chitosan làm chất đông tụ sinh học thân thiện môi trường để thu hồi sinh khối vi khuẩn.
• Ứng dụng polysaccharide carrageenan và CMC: Làm chất tạo gel, tạo chế phẩm dạng lỏng sệt giúp bảo quản và vận chuyển thuận tiện.

Phương pháp nghiên cứu

• Nguồn dữ liệu: Các chủng VKTQH Rhodopseudomonas sp. NDT6, Rhodobacter sp. 86 và Rhodopseudomonas sp. 517 được phân lập từ vùng ven biển Nam Định, Thanh Hóa.
• Phương pháp chọn mẫu: Lựa chọn chủng có giá trị dinh dưỡng cao, nuôi cấy trong môi trường DSMZ 27 cải tiến với bổ sung các nguồn carbon đơn lẻ và hỗn hợp.
• Phân tích sinh trưởng: Đo mật độ quang (OD800) và đếm khuẩn lạc (CFU/ml) để đánh giá sinh trưởng và mật độ tế bào.
• Định lượng protein: Phương pháp Bradford sử dụng thuốc thử Coomassie Brilliant Blue G-250 đo hấp thụ ở bước sóng 595 nm.
• Thu hồi sinh khối: So sánh hiệu quả ly tâm (3000-8000 vòng/phút) và đông tụ hóa học (nhôm polyclorua, nhôm sulfate, sắt sulfate) và sinh học (chitosan).
• Tạo chế phẩm dạng lỏng sệt: Sử dụng tinh bột biến tính, CMC và carrageenan với các nồng độ khác nhau để khảo sát khả năng tạo gel và bảo quản sinh khối.
• Timeline nghiên cứu: Thực hiện từ 2019 đến 2021, bao gồm các giai đoạn tối ưu điều kiện nuôi cấy, thu hồi sinh khối, tạo chế phẩm và đánh giá chất lượng.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Tối ưu nguồn carbon cho sinh trưởng VKTQH
   Hỗn hợp VKTQH sinh trưởng tốt trên các nguồn carbon như malate, glutamate, rỉ đường và succinate với ∆OD800 đạt khoảng 2,5 sau 5 ngày. Hàm lượng protein thô trong tế bào đạt từ 61,4% đến 68,9%, cao nhất ở malate và glutamate.
   Khi sử dụng hỗn hợp hai nguồn carbon (glutamate-malate 1,4g-0,6g), sinh trưởng đạt ∆OD800 khoảng 2,7 và hàm lượng protein thô lên đến 70%, cao hơn so với nguồn đơn lẻ.

2. Ảnh hưởng điều kiện nuôi cấy ngoài tự nhiên
   Nuôi cấy trong bể thủy tinh 100 lít dưới điều kiện vi hiếu khí và ánh sáng tự nhiên đạt mật độ sinh khối OD800 khoảng 1,8 tương đương 10^10 CFU/ml sau 9-10 ngày. Bể thủy tinh cho sinh trưởng nhanh hơn bể nhựa do khả năng hấp thụ ánh sáng tốt hơn.

3. Phương pháp thu hồi sinh khối hiệu quả
   Ly tâm ở 4000 vòng/phút trong 10 phút đạt hiệu suất thu hồi sinh khối gần 95%, đồng thời đảm bảo khả năng phục hồi sinh trưởng cao (∆OD800 đạt 2,5 sau 5 ngày).
   Đông tụ bằng chitosan ở nồng độ 150 mg/l đạt hiệu suất lắng tủa trên 90%, thân thiện môi trường và an toàn hơn so với các chất đông tụ hóa học như nhôm polyclorua (PAC) cần nồng độ 3000 mg/l để đạt hiệu suất 99,2% nhưng gây ô nhiễm thứ cấp.

4. Tạo chế phẩm dạng lỏng sệt ổn định
   Sử dụng carrageenan ở nồng độ 0,5% tạo gel lỏng sệt ổn định, bảo quản mật độ tế bào VKTQH trên 10^14 CFU/ml trong 7 ngày ở nhiệt độ phòng và lạnh. Tinh bột biến tính và CMC cũng tạo được chế phẩm dạng gel nhưng carrageenan cho kết quả tốt nhất về độ ổn định và khả năng bảo quản.

Thảo luận kết quả

Kết quả cho thấy việc lựa chọn nguồn carbon hỗn hợp glutamate và malate không chỉ nâng cao mật độ sinh khối mà còn tăng hàm lượng protein thô, phù hợp làm thức ăn giàu dinh dưỡng cho con giống hai mảnh vỏ. Điều kiện vi hiếu khí ngoài tự nhiên giúp giảm chi phí sản xuất so với điều kiện kỵ khí tuyệt đối trong phòng thí nghiệm, đồng thời vẫn duy trì hiệu quả sinh trưởng cao.

Phương pháp thu hồi sinh khối bằng ly tâm và đông tụ sinh học bằng chitosan được đánh giá là tối ưu, cân bằng giữa hiệu suất thu hồi và chi phí, đồng thời giảm thiểu ô nhiễm môi trường so với các chất đông tụ hóa học. Việc tạo chế phẩm dạng lỏng sệt bằng carrageenan giúp giải quyết vấn đề vận chuyển và bảo quản chế phẩm VKTQH, tăng tính ứng dụng thực tiễn trong nuôi trồng thủy sản.

So sánh với các nghiên cứu quốc tế, kết quả tương đồng với các báo cáo về khả năng sinh trưởng và ứng dụng VKTQH làm thức ăn thủy sản tại Nhật Bản, Malaysia và Úc, đồng thời mở rộng ứng dụng trong điều kiện sản xuất quy mô pilot tại Việt Nam. Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ sinh trưởng (∆OD800 theo thời gian), bảng so sánh hiệu suất thu hồi sinh khối và biểu đồ hàm lượng protein theo nguồn carbon.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Áp dụng nguồn carbon hỗn hợp glutamate và malate trong sản xuất sinh khối VKTQH

   • Mục tiêu: Tăng mật độ sinh khối và hàm lượng protein thô lên trên 70%
   • Thời gian: Triển khai ngay trong các cơ sở sản xuất pilot
   • Chủ thể: Các viện nghiên cứu và doanh nghiệp sản xuất thức ăn thủy sản

2. Sử dụng phương pháp thu hồi sinh khối bằng ly tâm 4000 vòng/phút trong 10 phút kết hợp đông tụ sinh học bằng chitosan

   • Mục tiêu: Đạt hiệu suất thu hồi trên 90%, giảm chi phí và ô nhiễm môi trường
   • Thời gian: Áp dụng trong quy trình sản xuất công nghiệp
   • Chủ thể: Nhà máy sản xuất chế phẩm vi sinh

3. Phát triển chế phẩm VKTQH dạng lỏng sệt sử dụng carrageenan 0,5% làm chất tạo gel

   • Mục tiêu: Tăng tính ổn định, dễ vận chuyển và bảo quản chế phẩm
   • Thời gian: Nghiên cứu hoàn thiện và thương mại hóa trong 1-2 năm tới
   • Chủ thể: Các công ty công nghệ sinh học và nuôi trồng thủy sản

4. Xây dựng quy trình nuôi cấy VKTQH ngoài tự nhiên trong bể thủy tinh và bể nhựa có bổ sung hệ thống chiếu sáng ban đêm

   • Mục tiêu: Tối ưu hóa sản lượng sinh khối trong điều kiện thực tế
   • Thời gian: Triển khai thí điểm trong các vùng nuôi trồng thủy sản ven biển
   • Chủ thể: Các cơ sở nuôi trồng thủy sản và viện nghiên cứu

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Nhà nghiên cứu và sinh viên ngành sinh học thực nghiệm, công nghệ sinh học

   • Lợi ích: Hiểu rõ về kỹ thuật nuôi cấy, thu hồi và tạo chế phẩm VKTQH, áp dụng trong nghiên cứu và phát triển sản phẩm mới.

2. Doanh nghiệp sản xuất thức ăn thủy sản và chế phẩm vi sinh

   • Lợi ích: Áp dụng quy trình sản xuất sinh khối và chế phẩm dạng lỏng sệt, nâng cao chất lượng thức ăn, giảm chi phí vận chuyển.

3. Người nuôi trồng thủy sản, đặc biệt nuôi hai mảnh vỏ

   • Lợi ích: Sử dụng chế phẩm VKTQH làm thức ăn con giống giúp tăng tỷ lệ sống, cải thiện tốc độ tăng trưởng và sức khỏe vật nuôi.

4. Cơ quan quản lý và phát triển ngành thủy sản

   • Lợi ích: Định hướng chính sách phát triển nguồn protein bền vững, hỗ trợ ứng dụng công nghệ sinh học trong nuôi trồng thủy sản.

Câu hỏi thường gặp

1. VKTQH là gì và tại sao được chọn làm thức ăn cho con giống hai mảnh vỏ?
   VKTQH là vi khuẩn tía quang hợp không lưu huỳnh, có hàm lượng protein cao (50-74%) và giàu axit amin thiết yếu. Chúng có thể sinh trưởng trên các nguồn carbon rẻ tiền, phù hợp làm thức ăn sống giàu dinh dưỡng cho con giống hai mảnh vỏ, giúp tăng tỷ lệ sống và tốc độ phát triển.

2. Nguồn carbon nào tối ưu cho sinh trưởng VKTQH?
   Nghiên cứu cho thấy hỗn hợp glutamate (1,4 g/l) và malate (0,6 g/l) là nguồn carbon tối ưu, giúp sinh trưởng đạt ∆OD800 khoảng 2,7 và hàm lượng protein thô lên đến 70%, cao hơn so với các nguồn đơn lẻ.

3. Phương pháp thu hồi sinh khối VKTQH hiệu quả nhất là gì?
   Ly tâm ở 4000 vòng/phút trong 10 phút kết hợp đông tụ sinh học bằng chitosan (150 mg/l) đạt hiệu suất thu hồi trên 90%, đồng thời bảo đảm khả năng phục hồi sinh trưởng và thân thiện môi trường.

4. Chế phẩm dạng lỏng sệt có ưu điểm gì so với dạng dịch?
   Chế phẩm dạng lỏng sệt sử dụng carrageenan tạo gel giúp tăng độ đậm đặc, dễ vận chuyển, bảo quản lâu dài và giảm chi phí phân phối, phù hợp với điều kiện nuôi trồng thủy sản ven biển rộng lớn.

5. Có thể áp dụng quy trình này trong sản xuất công nghiệp không?
   Có, quy trình nuôi cấy ngoài tự nhiên, thu hồi sinh khối và tạo chế phẩm dạng lỏng sệt đã được tối ưu và thử nghiệm ở quy mô pilot, có thể mở rộng sản xuất công nghiệp nhằm đáp ứng nhu cầu thức ăn protein chất lượng cao cho ngành thủy sản.

Kết luận

• Đã xác định được nguồn carbon hỗn hợp glutamate và malate tối ưu cho sinh trưởng và hàm lượng protein cao của VKTQH.
• Phương pháp thu hồi sinh khối bằng ly tâm 4000 vòng/phút trong 10 phút kết hợp đông tụ bằng chitosan đạt hiệu suất cao và thân thiện môi trường.
• Chế phẩm VKTQH dạng lỏng sệt sử dụng carrageenan 0,5% tạo gel ổn định, bảo quản mật độ tế bào cao trong 7 ngày.
• Quy trình nuôi cấy ngoài tự nhiên trong bể thủy tinh và bể nhựa đã được hoàn thiện, phù hợp với điều kiện sản xuất pilot và công nghiệp.
• Khuyến nghị triển khai ứng dụng quy trình sản xuất chế phẩm VKTQH dạng lỏng sệt trong ngành nuôi trồng thủy sản để nâng cao hiệu quả và phát triển bền vững.

Hành động tiếp theo: Các cơ sở nghiên cứu và doanh nghiệp nên phối hợp triển khai sản xuất thử nghiệm quy mô lớn, đồng thời nghiên cứu mở rộng ứng dụng chế phẩm VKTQH trong các đối tượng thủy sản khác.