Nghiên cứu tối ưu hóa môi trường thu sinh khối Rhodobacter sp qua phương pháp quy hoạch thực nghiệm

Tổng hợp kiến thức Tối ưu hóa môi trường thu sinh khối Rhodobacter sp bằng ..., tiếp cận khoa học, hỗ trợ học tập và nghiên cứu hiệu quả trong môi

• Tác giả: Phan Minh Tâm
• Người hướng dẫn: TS. Bùi Mạnh Hà
• Trường học: Đại học Quốc Gia Tp. Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Công nghệ sinh học
• Đề tài: Tối ưu hóa môi trường thu sinh khối Rhodobacter sp bằng quy hoạch thực nghiệm
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2016
• Địa điểm: Tp. Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Giới thiệu về Rhodobacter sp

Vi khuẩn Rhodobacter sp thuộc nhóm vi khuẩn quang hợp không lưu huỳnh, có khả năng chuyển hóa năng lượng ánh sáng thành năng lượng hóa học thông qua quá trình quang hợp. Chúng có thể sử dụng các hợp chất hữu cơ làm nguồn carbon và electron, điều này giúp chúng phát triển trong môi trường thiếu oxy. Việc nghiên cứu và ứng dụng Rhodobacter sp trong xử lý nước thải và sản xuất chế phẩm sinh học đang được chú trọng. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng sinh khối của Rhodobacter sp có thể được sử dụng để sản xuất cobalamin, ubiquinone, và các enzyme có giá trị. Điều này mở ra nhiều cơ hội cho việc phát triển công nghệ sinh học trong xử lý môi trường và sản xuất thực phẩm.

1.1. Đặc điểm sinh học của Rhodobacter sp

Vi khuẩn Rhodobacter sp có khả năng sinh trưởng trong điều kiện ánh sáng và có thể sử dụng nhiều nguồn carbon khác nhau. Chúng có thể phát triển trong môi trường nước ngọt và nước mặn, thường cư trú ở các bề mặt bùn trong ao hồ. Đặc điểm nổi bật của nhóm vi khuẩn này là khả năng quang hợp mà không sản sinh ra oxy, điều này giúp chúng thích nghi với nhiều môi trường sống khác nhau. Nghiên cứu về Rhodobacter sp không chỉ giúp hiểu rõ hơn về sinh thái học của chúng mà còn mở ra hướng đi mới trong việc ứng dụng công nghệ sinh học vào xử lý nước thải và sản xuất chế phẩm sinh học.

II. Tối ưu hóa môi trường thu sinh khối

Quy trình tối ưu hóa môi trường thu sinh khối Rhodobacter sp được thực hiện thông qua phương pháp quy hoạch thực nghiệm. Nghiên cứu đã sử dụng ma trận Plackett-Burman để xác định các yếu tố ảnh hưởng đến sinh khối, từ đó thiết kế thí nghiệm theo phương pháp RSM (Response Surface Methodology) và CCD (Central Composite Design). Kết quả cho thấy ba yếu tố chính ảnh hưởng đến khối lượng sinh khối là (NH4)2SO4, MgCl2 và Na2S. Việc tối ưu hóa các yếu tố này đã giúp đạt được sinh khối tối đa lên đến 16,79 g/l trong điều kiện thí nghiệm. Điều này chứng tỏ rằng việc áp dụng các phương pháp quy hoạch thực nghiệm có thể mang lại hiệu quả cao trong việc tối ưu hóa quy trình nuôi cấy vi sinh vật.

2.1. Phương pháp quy hoạch thực nghiệm

Phương pháp quy hoạch thực nghiệm được áp dụng để tối ưu hóa các điều kiện nuôi cấy vi khuẩn Rhodobacter sp. Nghiên cứu đã tiến hành phân lập và định danh vi khuẩn trên môi trường R8AH và SA. Sau đó, các yếu tố ảnh hưởng đến sinh khối được xác định thông qua ma trận Plackett-Burman. Kết quả cho thấy rằng việc tối ưu hóa môi trường nuôi cấy không chỉ giúp tăng sinh khối mà còn tạo ra các chế phẩm sinh học có giá trị. Việc áp dụng phương pháp này trong nghiên cứu sinh học không chỉ mang lại kết quả khả quan mà còn mở ra hướng đi mới cho các nghiên cứu tiếp theo.

III. Kết quả và thảo luận

Kết quả nghiên cứu cho thấy rằng việc tối ưu hóa môi trường nuôi cấy đã mang lại những thành công nhất định trong việc thu sinh khối Rhodobacter sp. Sinh khối đạt được là 16,79 g/l, cao hơn so với các nghiên cứu trước đó. Điều này chứng tỏ rằng các yếu tố như (NH4)2SO4, MgCl2 và Na2S có vai trò quan trọng trong quá trình phát triển của vi khuẩn. Hơn nữa, việc áp dụng phương pháp quy hoạch thực nghiệm đã giúp xác định được các điều kiện tối ưu cho quá trình nuôi cấy, từ đó tạo ra các chế phẩm sinh học có giá trị. Kết quả này không chỉ có ý nghĩa trong nghiên cứu mà còn có thể ứng dụng trong thực tiễn, đặc biệt trong lĩnh vực xử lý nước thải và sản xuất thực phẩm.

3.1. Ứng dụng thực tiễn

Nghiên cứu về Rhodobacter sp và quy trình tối ưu hóa môi trường thu sinh khối có thể được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực. Đặc biệt, việc sử dụng sinh khối vi khuẩn trong xử lý nước thải hữu cơ có thể giúp giảm thiểu ô nhiễm môi trường. Hơn nữa, các chế phẩm sinh học từ Rhodobacter sp có thể được sử dụng trong nông nghiệp và chăn nuôi, góp phần nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm. Việc phát triển công nghệ sinh học dựa trên nghiên cứu này không chỉ mang lại lợi ích kinh tế mà còn góp phần bảo vệ môi trường.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Đại học Quốc Gia Tp. Hồ Chí Minh TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA PHAN MINH TÂM TOI UU HOA MOI TRƯỜNG THU SINH KHOI Rhodobacter sp. BANG PHUONG PHAP QUY HOACH THUC NGHIEM Chuyén nganh: Cong nghé sinh hoc Mã số: 60. 01 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP.

HỎ CHÍ MINH, tháng 7 năm 2016 I-I CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUOC GIA TP. HO CHÍ MINH Cán bộ hướng dẫn khoa học: TS. BÙI MANH HA Luan van thac si duoc bao vé tai HOI DONG CHAM BAO VE LUAN VAN THAC SI TRUONG DAI HOC BACH KHOA, ngay. CHU TICH HOI DONG TRUONG KHOA 1-2 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BACH KHOA CỘNG HOA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM PH_NG ĐÀO TẠO SDH ĐỘC LẬP - TỰ DO - HANH PHÚC Tp.

Hô Chí Minh, ngày. NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: Phan Minh Tâm MSHV: 13310312 Ngày, tháng, năm sinh: 06/06/1990 Nơi sinh: Long An Chuyên ngành: Công nghệ sinh học MS: 60 42 02 01 I- TEN DE TÀI: Tối ưu hóa môi trường thu sinh khối Rhodobacter sp. băng phương pháp quy hoạch thực nghiệm II- NHIEM VỤ VÀ NỘI DUNG: - Phân lập và định danh. - Tối ưu hóa bằng quy hoạch thực nghiệm.

- Thu sinh khối vi khuẩn Rhodobacter sp làm tiền đề cho việc tạo chế phẩm sinh học. HI- NGÀY GIAO NHIỆM VU: tháng 02/2016 IV- NGÀY HOÀN THÀNH NHIEM VU: tháng 07/2016 v- CÁN BỘ HUONG DAN: TS. BÙI MANH HA CAN BO HUONG DAN CN BO MON QL CHUYEN NGANH TS. Bùi Mạnh Ha Nội dung va dé cương luận văn thạc sỹ đã được Hội đồng chuyên ngành thông qua.

Tháng 7 năm 2016 TRUONG PH NG ĐT-SDH TRUONG KHOA QL CHUYEN NGÀNH 1-3 Xin gửi lời cảm ơn chân thành và lòng biết ơn sâu sắc đến Thay TS. Bùi Mạnh Hà người đã đưa ra phương hướng, mục tiêu cũng như hướng dân khoa học cặn kẽ cho em trong suối quá trình học tập và thực hiện luận văn này. Xin gửi lời tri ân đổi với cha mẹ và gia đình đã nuôi dưỡng con và là chỗ dựa cho con trong suốt cuộc đời này. Xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến Cô PGS.

Nguyễn Thúy Hương và các thay cô khác đã truyén đạt kiến thức, kinh nghiệm và dành cho em sự giúp đồ quý báu trong quá trình hoc tập và nghiên cứu tại bộ môn Công nghệ sinh học. Xin chân thành cảm ơn các Cô trong bộ môn Công nghệ sinh học đã giúp đỡ và tạo điêu kiện làm việc tốt nhất cho em trong quá trình thực hiện luận văn nay. Xin chân thành cảm ơn các thay cô phụ trách phòng thí nghiệm đã tạo điều kiện tốt nhất cho em trong thời gian thực hiện đề tài. Xin cảm ơn những người bạn đã cùng tôi học tập, trao đổi, động viên và có những trợ giúp cần thiết, đúng lúc cho tôi.

Phan Minh Tam 1-4 TÓM TẮT Vi khuẩn Rhodobacter sp. là loại vi khuẩn quang hop ky khí. Trên thế giới người ta đã ứng dụng sinh khối của một số vi khuẩn tía không lưu huỳnh để sản xuất cobalamin (vitamin B12), ubiquione, hormon thực vật, kháng sinh, enzyme, đặc biệt là trong lĩnh vực xử lý nước thải đậm đặc hữu cơ và làm thức ăn chăn nuôi gia cầm và nuôi trồng thủy sản. Ở Việt Nam nhóm này đã và đang được chú trọng tìm kiếm, thu nhận để ứng dụng trong xử lý nước thải đậm đặc hữu cơ.

Chúng tôi đã tiến hành phân lập bằng môi trường đặc hiệu R8AH và nhân nuôi vi khuẩn trên môi trường nhân tạo SA. Đồng thời, sau khi nhân nuôi vi khuẩn thành công chúng tôi đã tiễn hành tối ưu hóa môi trường thu sinh khối cực đại băng ma trận Plackett — Burman và chọn ra 3 yếu tố ảnh hưởng nhất đến khối lượng sinh khối (g/l) là (NHa)sSO¿ (g/l), MgCl (g/1)và NaS (g/l) với độ tin cậy (a= 0,1). Thiết kế thí nghiệm theo đáp ứng bê mat (RSM) và phương án cau trúc có tâm (CCD) đã được thực hiện và tìm ra giá trị tối ưu. Chúng tôi chọn giải pháp cho sinh khối cực đại với : (NH4)2SO, 1,00 (g/l), MgCl, 0,3 (g/l) va Na›S 0,6 (g/) cho sinh khối dat là 16.

Thực tế thí nghiệm lặp lại 3 lần lại sinh khối thu được là 16,59 g/l, sau khi xử lý thống kê chúng tôi thay kết quả thử nghiệm và mô hình là tương thích với nhau. Thử nghiệm nuôi cấy trong môi trường đã tối ưu hóa trên mô hình pilot [(NH¿)zSO¿ 1.6 (g/l), các yếu tố còn lại được cài đặt ở mức trung tam] thu được kết quả sinh khối tế bao đạt 16,79 g/l. Sau khi sấy phun 5 lít huyền phù vi khuẩn tạo chế phẩm chúng tôi được là 20g chế phẩm. Sau đó chúng tôi tiến hành xác định mật độ tế bào của chế phẩm bang phương pháp đếm khuẩn lạc thu nhận kết quả là: 4,82.

ABSTRACT Rhodobacter sp. Belongs to the group of non-sulfur purple bacteria. The biomass of these bacteria have been used for the production of cobalamin, ubiquinone, plant hormones, antibiotics, enzymes, and especially in the 1-5 treatment of wastewater rich in organic matters, aquaculture, and poultry feed. In Vietnam, Rhodobacter sp.

has been extensively studied for the treatment of wastewater that is rich in organic content. In this study, Rhodobacter was isolated on R8AH medium and then sub- cultured on SA medium for strain maintenance. Plackett-Burman was used Isolated strain was screening factors affect by Plackett — Burman matrix in 12 runs. As the result, (NH4)2.SO4, MgCl, and Na»S has been highest effected on biomass of Rhodobacter.

Response surface methodology (RSM) — Central composite design (CCD) was carried out for optimizing biomass. The model was established. The maximum biomass for model is 16,4932 g/l when (NH4).SO4, MgCl, and NaoS was 1,0 g/1,0,3 g/l, 0,6 g/l, respectively. The solution was carried out in lab - scale.

As the result, the biomass was 16,59 g/l. The pilot scale (10 liters) was reached 16,79 g/l wet biomass. Five liters culture was spray drying. 20g bio-preparation were produced with 4,82.

TONG QUAN TÀI LIỆU. Tổng quan về Rodobacf€r SP. Vi khuẩn quang hợp tía. Vi khuẩn không lưu huỳnh mau tia.

Vi khuẩn lưu huỳnh mau tia. Ung dụng của vi khuẩn Rhodobacter Sp. Các nghiên cứu trong và ngoài nước. VAT LIEU, PHƯƠNG PHÁP.

Thời gian, địa điểm nghiên cứu. Vật liệu, dụng CỤ. Môi trường, hóa Chat. Phương pháp nghién CỨU.

Phương pháp phân lập. Phương pháp giữ giỐng. Phương pháp quan sat dai thể. Phương pháp quan sát vi thé.

Phương pháp thử các phan ứng sinh hóa. Phương pháp định lượng sinh khối vi sinh vật. Thiết kế ma trận Plackett — Burman. Tối ưu hóa thu sinh khối Rhodobacter sp.

bằng thiết kế quy hoạch thực nghiệm RSM — CCD. Phương pháp xử lý $6 liệu. Phương pháp thử nghiệm trên mô hình pilot. Phương pháp sấy phun tạo chế phẩm sinh học.

KET QUA VÀ BIEN LUẬN. Kết quả phân lập Rhodobacter Sp. Kết quả giữ giống và tăng sinh giống Rhodobacter sp. Phương pháp thử các phản ứng sinh hóa.

Kết quả thiết kế ma trận Plackett — Burman. Kết quả quy hoạch thực nghiệm RSM — CCD. Kết quả thử nghiệm trên mô hình pilot. Kết quả tạo chế pham .---- - ©5565 SE 3 SE 3E 1212121112111 111cc.

KẾT LUẬN — KIÊN NGHỊ,. 49 TÀI LIEU THAM KHHẢO. 54 1-8 DANH MỤC BANG BIEU Bảng 1. 1 Nguồn cung cấp điện tử và cacbon cho quá trình quang hợp của các IÊ¡8/0/7272/227/31727PPEPEEEEEEE.

2 Đặc điểm của Rhodobacfer SD.--- 555552 5e cc+ccectsrrrkerererrees 6 Bang 1. 3 Một số đặc điểm của vi khuẩn tía. 4 Một số đặc tinh đặc trưng ở vi khuẩn quang hop tia không lưu huỳnh Chỉ Ñ/oo((O(ICÍ€IF. 1 Bảng thống kê hàm lượng sử dụng của các yếu tố trước khi thiết kế ma trận Plackett — Burman.

2 Các yếu tố và mức khảo sát trong ma trận Plackett— Burman. 3 Ma trận thiết kế thí nghiệm Plackett-Burman. 4 Hàm lượng ba yếu tố trong RSM — CCD. 5 Quy hoạch thực nghiệm RSM — CCD tối ưu hóa thu sinh khối RẰhodODđCT€F SD.

1 Kết quả thử các phản ứng của Rhodobacter Sp. 2 Kết quả ma trận thiết kế thí nghiệm Plackett — Burman. 3 Các yếu tố trong ma trận Plackett — Burman và mức độ ảnh hưởng 37 Bang 3. 4 Kết quả thực nghiệm RSM — CCD.

5 Kết quả phân tích phương sai (ANOVA) cho mô hình Quadratic. 6 Các giải pháp được đưa ra sau khi phân tích phương sai ANOVA. 7 Kết quả thử nghiệm được lặp lại 3 lần. 8 kết quả nghiên cứu của A.

PARONYAN et al. 47 1-9 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1. 1 Vi khuẩn Rhodobacter Sp. I Mô hình piÏotf.- -- (<1 1133999990011 ng re 31 Hình 2.

2 May say phun Mini-Labplant SD-O6AG oe eeeeeeeeeeeneeeeeees 32 Hình 3. 1 Hình khuẩn lac của Rhodobacfer SP. 2 Hình tăng sinh cua Rhodobacter sp. trên môi trường SA.

3 Hình quan sát Rhodobacter sp. đưới kính hiển vi 1000x. 4 Đường cong sinh trưởng của vi khuẩn Rhodobacter sp. 5 Bé mặt đáp ứng sinh khối theo ham lượng (NH,)2SO, và Na;S.

6 Bè mặt đáp ứng sinh khối theo hàm lượng MgCl, và NaaS. 7 Kết quả nuôi cấy trên mô hình pilot.-- 2-5 25252 £sz£z£cx2 47 Hình 3. 8 Chế phẩm đóng gói trong túi hút chân không.------ 5¿ 48 1-10 DANH MỤC CHU VIET TAT Bchl : Bacteriochlorophyll CPSH : Chế phẩm sinh học KK : Ky khí SA : Sodium Acetate Q10 : Ubiquinone 10 IAA : idol-3-axetic axit 5-ALA : 5-Aminolevulinic Acid VKQHT : vi khuẩn quang hop tia Probiotic : chế phẩm sinh học RSM : Response Surface Method CCD : Central Composite Design 1-11 MO DAU Nhóm vi khuẩn quang hop tia (VKQHT) không lưu huỳnh là nhóm vi sinh vật tiên nhân sống quang dưỡng nhưng không sử dụng nước làm nguồn hydro như thực vật và không tạo ra sản phẩm cuỗi cùng là oxi. Chúng sử dụng nguồn hydro là hydro sunfua (sunfite), hydro tự do, chất hữu co va sản sinh ra nhiều sản phẩm phụ dang oxi hóa.

Khi được chiếu sáng, nhiều loài trong nhóm này có khả năng sinh trưởng quang tự dưỡng với nguồn cacbon là CO; hoặc sinh trưởng quang dị dưỡng với các chất hữu cơ làm nguôn cacbon (sử dụng chất cho điện tử là chất vô cơ hoặc hữu cơ). Trong điều kiện không có ánh sáng, một số loài VKQHT không lưu huỳnh cũng có khả năng sinh trưởng hóa tự dưỡng hoặc sinh trưởng dị dưỡng với nguồn cacbon hữu cơ (Imhoff, Truper, 1989). Vi khuẩn quang hợp Chính vì thé nhóm vi khuẩn quang hop được sử dụng dé xử lý môi trường như tại các ao hồ nuôi thủy sản, nước thải lò mồ, các khu công nghiệp. Trên thế giới người ta đã ứng dụng sinh khối của một số vi khuẩn tía không lưu huỳnh để sản xuất cobalamin (vitamin B12), ubiqulone, hormon thực vật, kháng sinh, enzyme, đặc biệt là trong lĩnh vực xử lý nước thải đậm đặc hữu cơ và làm thức ăn chăn nuôi gia cầm và nuôi trồng thủy sản.