khảo sát một số điều kiện để tạo chế phẩm bột vi khuẩn bacillus subtilis s20

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ
VIỆN NGHIÊN CỨU VÀ PHÁT TRIỂN CÔNG NGHỆ SINH HỌC
--- ---

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
NGÀNH VI SINH VẬT HỌC

KHẢO SÁT MỘT SỐ ĐIỀU KIỆN ĐỂ TẠO CHẾ PHẨM
BỘT VI KHUẨN BACILLUS SUBTILIS S20

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

SINH VIÊN THỰC HIỆN

ThS. VÕ VĂN SONG TOÀN

NGUYỄN THỊ NHƯ ANH

PGs.TS. TRẦN NHÂN DŨNG

MSSV: 3103945
LỚP: Vi sinh vật học K36

Cần Thơ, Tháng 12/2013


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ
VIỆN NGHIÊN CỨU VÀ PHÁT TRIỂN CÔNG NGHỆ SINH HỌC
--- ---

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
NGÀNH VI SINH VẬT HỌC

KHẢO SÁT MỘT SỐ ĐIỀU KIỆN ĐỂ TẠO CHẾ PHẨM
BỘT VI KHUẨN BACILLUS SUBTILIS S20

SINH VIÊN THỰC HIỆN
NGUYỄN THỊ NHƯ ANH
MSSV: 3103945
LỚP: Vi sinh vật học K36

Cần Thơ, Tháng 12/2013


PHẦN KÝ DUYỆT

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN 1

SINH VIÊN THỰC HIỆN

ThS. Võ Văn Song Toàn

Nguyễn Thị Như Anh

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN 2

PGs. TS. Trần Nhân Dũng

XÉT DUYỆT CỦA BỘ MÔN

…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………….
Cần Thơ, ngày

tháng

năm 2013

CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG


LỜI CẢM TẠ
Trong suốt quá trình thực hiện đề tài Luận văn tốt nghiệp tại trường Đại học
Cần Thơ có không ít khó khăn, trở ngại, nhưng nhờ sự động viên của gia đình, sự giúp
đỡ của thầy cô, bạn bè và sự nỗ lực của bản thân đã giúp tôi hoàn thành đề tài nghiên
cứu này.
Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến Phó giáo sư – Tiến sĩ Trần Nhân Dũng,
Viện trưởng Viện NC&PT Công nghệ Sinh học, trường Đại học Cần Thơ, Thạc sĩ Võ
Văn Song Toàn – người thầy đã cố vấn chuyên môn và truyền đạt cho tôi rất nhiều
kinh nghiệm bổ ích cũng như hỗ trợ cho tôi về mặt kiến thức và ứng dụng thực tiễn,
đồng thời đã tạo điều kiện thuận lợi nhất để tôi hoàn thành tốt đề tài nghiên cứu này.
Xin chân thành cám ơn quý thầy cô của Viện NC&PT Công nghệ Sinh học đã
tận tình truyền dạy cho tôi kiến thức giúp tôi có những nền tảng vững chắc về mặt
chuyên môn phục vụ cho việc thực hiện đề tài.
Xin gửi lời cảm ơn đến các anh chị, các bạn, các em làm việc tại phòng CNSH
Enzyme đã nhiệt tình giúp đỡ và chia sẻ nhiều kinh nghiệm quý báu trong suốt thời
gian tôi học tập và thực hiện đề tài.
Cuối cùng tôi xin dành tình cảm biết ơn sâu sắc đến gia đình tôi, những người

đã khích lệ động viên tinh thần cũng như hỗ trợ vật chất giúp tôi vượt qua nhiều khó
khăn và thực hiện tốt đề tài nghiên cứu này.
Kính chúc quý vị nhiều sức khỏe, hạnh phúc và thành đạt.
Xin trân trọng cảm ơn!
Cần Thơ, ngày 21 tháng 11 năm 2013

Nguyễn Thị Như Anh


Luận văn tốt nghiệp Đại học khóa 36 - 2013

Trường ĐHCT

TÓM LƯỢC
Đề tài “Khảo sát một số điều kiện để tạo chế phẩm bột vi khuẩn Bacillus
subtilis S20” được thực hiện với mục đích nghiên cứu loại đường để phối trộn, tỉ lệ
phối trộn, nhiệt độ sấy cũng như điều kiện bảo quản phù hợp để tạo chế phẩm vi sinh
phân giải bã mía, hỗ trợ tiêu hóa cho gia súc nhai lại. Vi khuẩn được nuôi tăng sinh
sau đó ly tâm loại bỏ dịch và tiến hành các thí nghiệm khảo sát về mật số vi khuẩn,
đường kính vòng halo, độ ẩm, khả năng phân giải bã mía, xơ thô nhằm kiểm tra chất
lượng của sản phẩm. Kết quả khảo sát từ các loại đường: Galactose, Glucose,
Lactose, Mannose, Mannitol, Fructose đã lựa chọn được Lactose để phối trộn với khả
năng giữ ẩm tốt, làm tăng độ số sót của vi khuẩn. Lactose được phối trộn với hỗn hợp
bã mía và vi khuẩn theo tỉ lệ 67,7% đường trong tổng khối lượng sản phẩm. Nhiệt độ
sấy chế phẩm ở 45oC cho hiệu quả tối ưu khi vẫn đảm bảo về mật số cũng như khả
năng phân giải bã mía. Kết quả kiểm tra chế phẩm sau 30 ngày và bảo quản ở điều
kiện nhiệt độ 4oC: mật số của vi khuẩn có trong chế phẩm là 8,87 log CFU/g, đường
kính vòng halo phân giải bã mía 19 mm, tỉ lệ tiêu hóa DM, CF lần lượt là 14,81; 19,57
% (m/m).

Từ khóa: Bacillus subtilis, bã mía, chế phẩm vi sinh, Lactose, phân giải bã mía

Vi sinh vật học K36

i

Viện NC & PT Công nghệ sinh học


Luận văn tốt nghiệp Đại học khóa 36 - 2013

Trường ĐHCT

MỤC LỤC
TÓM LƯỢC................................................................................................................ i
MỤC LỤC ..................................................................................................................ii
DANH SÁCH BẢNG ................................................................................................ xi
DANH SÁCH HÌNH ...............................................................................................xiii
TỪ VIẾT TẮT ........................................................................................................ xiv
CHƯƠNG I. GIỚI THIỆU........................................................................................ 1
1.1. Đặt vấn đề ........................................................................................................ 1
1.2. Mục tiêu đề tài .................................................................................................. 2
CHƯƠNG II. LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU .................................................................. 3
2.1. Sơ lược về vi khuẩn Bacillus subtilis ................................................................. 3
2.1.1. Lịch sử phát hiện và phân loại ..................................................................... 3
2.1.2. Đặc điểm sinh thái học và phân bố tự nhiên ................................................. 3
2.1.3. Khả năng sinh bào tử và thích ứng với điều kiện sống ................................. 4
2.1.4. Vi khuẩn Bacillus subtilis S20 ..................................................................... 5
2.2. Vai trò của Bacillus subtilis đối với hệ tiêu hóa của động vật............................. 5
2.3. Tổng quan về bã mía và các thành phần xơ trong bã mía ................................... 6

2.3.1 Tổng quan về bã mía .................................................................................... 6
2.3.2 Các thành phần chính trong bã mía ............................................................... 7
2.3.2.1. Cellulose ............................................................................................................... 8
2.3.2.2. Hemicellulose...................................................................................................... 9
2.3.2.3. Lignin.................................................................................................. 10
2.4. Enzyme cellulase ............................................................................................. 10
2.5. Ảnh hưởng của điều kiện môi trường lên khả năng phân giải bã mía của vi
khuẩn...................................................................................................................... 11
2.6. Ảnh hưởng của nguồn carbohydrate đến hoạt động của vi khuẩn ..................... 12

Vi sinh vật học K36

ii

Viện NC & PT Công nghệ sinh học


Luận văn tốt nghiệp Đại học khóa 36 - 2013

Trường ĐHCT

2.7. Hệ vi sinh vật đường ruột và tác động của hệ vi sinh vật đến sức khỏe của vật
nuôi. ....................................................................................................................... 15
2.8. Tình hình nghiên cứu trong nước và trên thế giới............................................. 16
2.8.1. Tình hình nghiên cứu trong nước ............................................................... 16
2.8.2. Tình hình nghiên cứu trên thế giới ............................................................. 17
2.9. Một số chế phẩm sinh học tiêu biểu ở nước ta.................................................. 19
2.9.1. Chế phẩm sinh học được nghiên cứu trong phòng thí nghiệm .................... 19
2.9.2. Chế phẩm sinh học trên thị trường ............................................................. 23
CHƯƠNG III. PHƯƠNG TIỆN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ............... 24

3.1. Phương tiện nghiên cứu ................................................................................... 24
3.1.1. Thiết bị, dụng cụ, hóa chất, địa điểm ......................................................... 24
3.1.2. Nguyên vật liệu ......................................................................................... 25
3.1.3. Thành phần môi trường nuôi cấy vi sinh vật .............................................. 25
3.2. Phương pháp nghiên cứu ................................................................................. 26
3.2.1. Thí nghiệm 1: Khảo sát ảnh hưởng của một số loại đường......................... 26
3.2.2. Thí nghiệm 2: Khảo sát nồng độ đường khi phối trộn ................................ 28
3.2.3. Thí nghiệm 3: Khảo sát một số điều kiện và nhiệt độ sấy khô sản phẩm .... 30
3.2.4. Thí nghiệm 4: Khảo sát nhiệt độ bảo quản sản phẩm ................................. 31
3.3. Xử lý số liệu .................................................................................................... 31
CHƯƠNG IV. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ......................................................... 32
4.1. Khảo sát ảnh hưởng của một số loại đường ...................................................... 32
4.1.1. Mật số của vi khuẩn có trong chế phẩm ..................................................... 32
4.1.2. Đường kính vòng halo của vi khuẩn trong chế phẩm ................................. 34
4.1.3. Kết quả DM của bã mía sau khi sử dụng chế phẩm .................................... 35
4.1.4. Kết quả CF của bã mía sau khi sử dụng chế phẩm ..................................... 37
4.1.5. Độ ẩm của chế phẩm ................................................................................. 38
4.2. Khảo sát nồng độ đường khi phối trộn ............................................................ 39
Vi sinh vật học K36

iii

Viện NC & PT Công nghệ sinh học


Luận văn tốt nghiệp Đại học khóa 36 - 2013

Trường ĐHCT

4.2.1. Mật số của vi khuẩn có trong chế phẩm ..................................................... 39

4.2.2. Đường kính vòng halo của vi khuẩn trong chế phẩm ................................. 40
4.2.3. Kết quả DM của bã mía sau khi sử dụng chế phẩm .................................... 41
4.2.4. Kết quả CF của bã mía sau khi sử dụng chế phẩm ..................................... 42
4.2.5. Độ ẩm của sản phẩm.................................................................................. 43
4.3. Khảo sát một số điều kiện nhiệt độ sấy khô sản phẩm ..................................... 44
4.3.1. Mật số của vi khuẩn có trong chế phẩm ..................................................... 44
4.3.2. Đường kính vòng halo của vi khuẩn trong chế phẩm ................................. 45
4.3.3. Kết quả DM của bã mía sau khi sử dụng chế phẩm .................................... 46
4.3.4. Kết quả CF của bã mía sau khi sử dụng chế phẩm ..................................... 47
4.3.5. Độ ẩm của sản phẩm.................................................................................. 48
4.4. Khảo sát điều kiện bảo quản ........................................................................... 49
4.4.1. Mật số của vi khuẩn có trong chế phẩm ..................................................... 49
4.4.2. Đường kính vòng halo của vi khuẩn có trong chế phẩm............................. 50
4.4.3. Kết quả DM và CF của bã mía sau khi sử dụng chế phẩm ......................... 51
4.4.4. Độ ẩm của sản phẩm ................................................................................. 52
CHƯƠNG V. KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ............................................................... 53
5.1. Kết luận ........................................................................................................... 53
5.2. Kiến nghị ......................................................................................................... 53
TÀI LIỆU THAM KHẢO ....................................................................................... 54
Tiếng Việt .............................................................................................................. 50
Tiếng Anh .............................................................................................................. 51
PHỤ LỤC
Phụ lục 1. Các phương pháp phân tích
Phụ lục 2. Kết quả thí nghiệm
Phụ lục 3. Kết quả thống kê

Vi sinh vật học K36

iv

Viện NC & PT Công nghệ sinh học


Luận văn tốt nghiệp Đại học khóa 36 - 2013

Trường ĐHCT

DANH SÁCH BẢNG
Bảng 1. Thành phần hóa học trong bã mía…………………………………………. .... 7
Bảng 2. Một số chế phẩm sinh học trên thị trường ..................................................... 23
Bảng 3. Thành phần môi trường cải tiến (M1) ........................................................... 25
Bảng 4. Thành phần môi trường cải tiến (M2) ........................................................... 26
Bảng 5. Kết quả tỉ lệ phầm trăm độ ẩm của chế phẩm tương ứng với từng loại đường
.......................................................................................................................... 38
Bảng 6. Kết quả tỉ lệ phầm trăm độ ẩm của chế phẩm tương ứng với từng nồng độ
Lactose .............................................................................................................. 43
Bảng 7. Kết quả độ ẩm của sản với điều kiện sấy khác nhau ...................................... 48
Bảng 8. Mật số của vi khuẩn có trong chế phẩm ứng với từng thời gian và nhiệt độ
bảo quản khác nhau ........................................................................................... 49
Bảng 9. Đường kính vòng halo phân giải BM của chế phẩm bột vi khuẩn tương ứng
với từng thời gian và nhiệt độ bảo quản khác nhau ............................................ 50
Bảng 10. DM và CF của bã mía sau khi sử dụng chế phẩm ứng với thời gian và nhiệt
độ bảo quản khác nhau ...................................................................................... 51
Bảng 11. Kết quả độ ẩm của chế phẩm với nhiệt độ và thời gian khác nhau ............... 52
Bảng 12. Mật số vi khuẩn có trong chế phẩm ở TN1.................................. PHỤ LỤC 2
Bảng 13. Đường kính vòng halo (mm) của vi khuẩn có trong chế phẩm ở TN2 .............
.......................................................................................................... PHỤ LỤC 2
Bảng 14. Kết quả tỉ lệ tiêu hóa DM (%(m/m)) của vi khuẩn có trong chế phẩm ở TN1
.......................................................................................................... PHỤ LỤC 2
Bảng 15. Kết quả tỉ lệ tiêu hóa CF (%(m/m)) của vi khuẩn có trong chế phẩm ở TN1

.......................................................................................................... PHỤ LỤC 2
Bảng 16. Kết quả độ ẩm (% (m/m)) của chế phẩm ở TN1 .......................... PHỤ LỤC 2
Bảng 17. Mật số vi khuẩn có trong chế phẩm ở TN2.................................. PHỤ LỤC 2
Bảng 18. Kết quả đường kính vòng halo (mm) của vi khuẩn ở TN2 ........... PHỤ LỤC 2
Bảng 19. Kết quả tỉ lệ tiêu hóa DM (%(m/m)) của vi khuẩn có trong chế phẩm ở TN2
.......................................................................................................... PHỤ LỤC 2
Vi sinh vật học K36

v

Viện NC & PT Công nghệ sinh học


Luận văn tốt nghiệp Đại học khóa 36 - 2013

Trường ĐHCT

Bảng 20. Kết quả tỉ lệ tiêu hóa CF (%(m/m)) của vi khuẩn có trong chế phẩm ở TN2
.......................................................................................................... PHỤ LỤC 2
Bảng 21. Kết quả độ ẩm (% (m/m)) của chế phẩm ở TN2 .......................... PHỤ LỤC 2
Bảng 22. Mật số vi khuẩn có trong chế phẩm ở TN3.................................. PHỤ LỤC 2
Bảng 23. Đường kính vòng halo (mm) của vi khuẩn ở TN3 ....................... PHỤ LỤC 2
Bảng 24. Kết quả tỉ lệ tiêu hóa DM (%(m/m)) của vi khuẩn có trong chế phẩm ở TN3
.......................................................................................................... PHỤ LỤC 2
Bảng 25. Kết quả tỉ lệ tiêu hóa CF (%(m/m)) của vi khuẩn có trong chế phẩm ở TN3
.......................................................................................................... PHỤ LỤC 2
Bảng 26. Kết quả độ ẩm (% (m/m)) của chế phẩm ở TN3 .......................... PHỤ LỤC 2
Bảng 27. Mật số vi khuẩn có trong chế phẩm ở TN4.................................. PHỤ LỤC 2
Bảng 28. Đường kính vòng halo (mm) của vi khuẩn ở TN4 ....................... PHỤ LỤC 2
Bảng 29. Kết quả tỉ lệ tiêu hóa DM (%(m/m)) của vi khuẩn có trong chế phẩm ở TN4

.......................................................................................................... PHỤ LỤC 2
Bảng 30. Kết quả tỉ lệ tiêu hóa CF (%(m/m)) của vi khuẩn có trong chế phẩm ở TN4
.......................................................................................................... PHỤ LỤC 2
Bảng 31. Kết quả độ ẩm (%(m/m)) của chế phẩm ở TN4 ........................... PHỤ LỤC 2

Vi sinh vật học K36

vi

Viện NC & PT Công nghệ sinh học


Luận văn tốt nghiệp Đại học khóa 36 - 2013

Trường ĐHCT

DANH SÁCH HÌNH
Hình 1. Cấu trúc phân tử cellulose ............................................................................... 9
Hình 2. Cấu trúc phân tử hemicelluloses .................................................................... 10
Hình 3. Quá trình phân giải và lên men carbohydrate ở dạ cỏ .................................... 13
Hình 4. Một số thiết bị thí nghiệm ............................................................................. 24
Hình 5. Mật số vi khuẩn trong chế phẩm tương ứng với từng loại đường ................... 32
Hình 6. Đường kính vòng halo phân giải BM của vi khuẩn trong chế phẩm tương ứng
với từng loại đường ........................................................................................... 34
Hình 7. DM của bã mía được phân giải sau khi sử dụng chế phẩm ứng với từng loại
đường ................................................................................................................ 35
Hình 8. CF của bã mía được phân giải sau khi sử dụng chế phẩm tương ứng với từng
loại đường ......................................................................................................... 37
Hình 9. Mật số vi khuẩn trong chế phẩm tương ứng với từng nồng độ đường ............ 39
Hình 10. Đường kính vòng halo phân giải BM của vi khuẩn trong chế phẩm tương ứng

với từng nồng độ đường .................................................................................... 40
Hình 11. DM của bã mía được phân giải sau khi sử dụng chế phẩm tương ứng với từng
nồng độ đường .................................................................................................. 41
Hình 12. CF của bã mía được phân giải sau khi sử dụng chế phẩm tương ứng với từng
nồng độ đường .................................................................................................. 42
Hình 13. Mật số vi khuẩn trong chế phẩm tương ứng với từng điều kiện sấy ............. 44
Hình 14. Đường kính vòng halo phân giải BM của vi khuẩn trong chế phẩm tương ứng
với từng điều kiện sấy ....................................................................................... 45
Hình 15. DM của bã mía được phân giải sau khi sử dụng chế phẩm tương ứng với từng
điều kiện sấy ..................................................................................................... 46
Hình 16. CF của bã mía được phân giải sau khi sử dụng chế phẩm tương ứng với từng
điều kiện sấy ..................................................................................................... 47

Vi sinh vật học K36

vii

Viện NC & PT Công nghệ sinh học


Luận văn tốt nghiệp Đại học khóa 36 - 2013

Trường ĐHCT

TỪ VIẾT TẮT
A

Ahs (tro)

ADF

Acid detergent fiber (chỉ số xơ acid)

BM

Bã mía

CF

Crude fiber (xơ thô)

CFU

Colony forming unit

CMC

Carboxymethyl cellulose

DM

Dry matter (vật chất khô không đổi)

g

Gram

l

Liter

ml

Mililiter

m/m

Trọng lượng/trọng lượng

mm

Milimeter

NDF

Neutral detergent fiber (chỉ số xơ trung tính)

NT

Nghiệm thức

SP

Sản phẩm

TN

Thí nghiệm

µl

Microliter

vk

Vi khuẩn

v/v

Thể tích/thể tích

w/v

Trọng lượng/thể tích

Vi sinh vật học K36

viii

Viện NC & PT Công nghệ sinh học


Luận văn tốt nghiệp Đại học khóa 36 - 2013

Trường ĐHCT

CHƯƠNG I. GIỚI THIỆU
1.1. Đặt vấn đề
Nền nông nghiệp Việt Nam hiện nay khá phát triển. Trong đó, chăn nuôi bò hiện
đang phổ biến ở Đồng Bằng Sông Cửu Long (ĐBSCL) do đặc trưng của vùng địa hình

này thích hợp. Đặc biệt, giá thành thịt bò trên thị trường nước ta là khá cao và được
tiêu thụ mạnh do nhu cầu của người tiêu dùng ngày càng tăng. Tuy nhiên, nước ta nói
chung và vùng ĐBSCL nói riêng cũng gặp không ít khó khăn trong chăn nuôi bò do
khan hiếm về số lượng và hạn chế về chất lượng của thức ăn chăn nuôi. Mặt khác, sử
dụng phụ phẩm làm thức ăn chăn nuôi vẫn chưa được chú trọng tới. Ngoài ra, việc
chăm sóc sức khỏe cho vật nuôi vẫn chưa được quan tâm đúng mức.
Từ thực tế chăn nuôi tại các địa phương cho thấy việc sử dụng chế phẩm sinh
học trong chăn nuôi giải quyết tốt vấn đề phòng bệnh, không gây hại cho vật nuôi,
không gây ảnh hưởng đến sức khỏe người tiêu dùng và thân thiện với môi trường
(Nguyễn Tấn Lộc, 2012). Theo thống kê, trên thị trường hiện nay có hơn 200 loại chế
phẩm sinh học trong chăn nuôi, trong đó có nhiều sản phẩm từ nước ngoài, giá thành
cao, không rõ nguồn gốc. Những chế phẩm trong nước tuy giá rẻ nhưng chất lượng
không ổn định, gây khó khăn cho người chăn nuôi. Mặt khác, việc nghiên cứu chế
phẩm vi sinh có khả năng phân giải chất xơ, hỗ trợ cho hệ tiêu hóa của gia súc nhai lại
vẫn còn hạn chế.
Bổ sung một lượng vi khuẩn có khả năng phân giải cellulose vào thức ăn gia súc
có tác dụng tăng tỷ lệ tiêu hóa, hấp thu thức ăn, tăng giá trị năng lượng thức ăn, tăng
sức khỏe ruột, hạn chế tiêu chảy, giảm hiện tượng phân nhão, từ đó làm tăng năng suất
và hiệu quả chăn nuôi (Vũ Duy Giảng, 2009). Mặt khác, ta có thể sử dụng vi sinh vật
tổng hợp emzyme cellulase hay các chế phẩm sinh học có chứa emzyme cellulase để
phân giải bã mía tạo phân bón, tạo ra nguyên liệu sinh học, làm giảm ô nhiễm môi
trường và góp phần làm tăng giá trị sử dụng của các phụ phẩm nông nghiệp, tăng thu
nhập cho người dân. Đồng thời, có thể mở ra hướng mới nghiên cứu ly trích emzyme
từ vi khuẩn phân giải cellulose và sử dụng chúng để sản xuất nhiên liệu sinh học làm
tăng hiệu quả kinh tế cũng như góp phần trong công cuộc bảo vệ môi trường.

Vi sinh vật học K36

1

Viện NC & PT Công nghệ sinh học


Luận văn tốt nghiệp Đại học khóa 36 - 2013

Trường ĐHCT

Vì thế, đề tài “Khảo sát một số điều kiện để tạo chế phẩm bột vi khuẩn
Bacillus subtilis S20” được tiến hành.
1.2. Mục tiêu đề tài
Xác định loại đường, nồng độ phối trộn thích hợp, điều kiện sấy và nhiệt độ bảo
quản tối ưu để tạo chế phẩm bột Bacillus subtilis S20.

Vi sinh vật học K36

2

Viện NC & PT Công nghệ sinh học


Luận văn tốt nghiệp Đại học khóa 36 - 2013

Trường ĐHCT

CHƯƠNG II. LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU
2.1. Sơ lược về vi khuẩn Bacillus subtilis
2.1.1. Lịch sử phát hiện và phân loại
Bacillus subtilis được Christion phát hiện đầu tiên vào năm 1835 và tên của loài
vi khuẩn này được đặt là “Vibrio subtilis”. Năm 1872, Ferdimand xác định thấy loài
trực khuẩn này có đầu vuông và đặt tên là Bacillus subtilis.

Năm 2004, dựa trên phương pháp phân tích 16S rRNA người ta phân chia loài
Bacillus thành nhiều họ và loài vi khuẩn tạo bào tử khác nhau. Về cơ bản theo phân
loại của Bergey, B.subtilis thuộc:
- Giới (kingdom): Bacteria
- Ngành (phylum): Firmicutes
- Lớp (class): Bacilli
- Bộ (order): Bacillales
- Họ (family): Bacillaceae
- Chi (genus): Bacillus
2.1.2. Đặc điểm sinh thái học và phân bố tự nhiên
Bacillus subtilis là trực khuẩn hình que, Gram dương, kích thước 0,5 - 0,8µm x
1,5 - 3µm, dạng đơn hoặc chuỗi ngắn, vi khuẩn có khả năng di động, sinh bào tử hình
bầu dục nhỏ hơn nằm ở giữa hoặc lệch tâm tế bào. Có khả năng tạo bào tử, chịu đựng
các điều kiện môi trường khắc nghiệt. Bào tử phát triển bằng cách nẩy mầm, không
kháng acid, có khả năng chịu nhiệt, chịu ẩm, áp suất (Nakano và Zuber, 1998).
Lên men không sinh hơi các loại đường như glucose, maltose, manitol,
sacchraose, xylose và arabinose. Thử nghiệm indol (-). Nitrate (+), H2S (-), NH3 (+),
catalase (+), amylase (+), casein (+), citrate (+), có khả năng di động (+) (Holt, 1992)
Vi khuẩn Bacillus subtilis thuộc nhóm vi sinh vật hiếu khí hay kỵ khí tùy tiện,
còn được gọi là trực khuẩn cỏ khô hoặc trực khuẩn cỏ vì đa số chúng sống trong rơm
rạ hoặc cỏ khô. Cũng có nhiều bằng chứng cho thấy Bacillus subtilis tồn tại trong ruột
Vi sinh vật học K36

3

Viện NC & PT Công nghệ sinh học


Luận văn tốt nghiệp Đại học khóa 36 - 2013

Trường ĐHCT

người, động vật. Nghiên cứu gần đây so sánh số lượng bào tử được tìm thấy trong đất
là khoảng 10 6 bào tử/g và mức được tìm thấy trong phân người là 104 bào tử/g (Hong
và Khaneja, 2009). Đất nghèo dinh dưỡng ở vùng đất sa mạc, đất hoang thì sự hiện
diện của chúng rất hiếm. Ngoài ra, chúng còn được tìm thấy trong một số loại thực
phẩm như bột gạo, bột mì, …
2.1.3. Khả năng sinh bào tử và thích ứng với điều kiện sống
Bacillus subtilis có tập tính tiêu diệt đồng loại, chúng dùng phương pháp này
như một cách đơn giản để thoát khỏi những trường hợp có đời sống giới hạn như dinh
dưỡng cạn kiệt hay điều kiện khắc nghiệt. Ngoài ra, để tránh những ảnh hưởng bất lợi
từ môi trường chúng thường tạo ra bào tử, nhưng cách này khá tiêu hao năng lượng
(Richard et al., 1993).
Quá trình hình thành bào tử (Nguyễn Lân Dũng, 2003):
- Hình thành những búi chất nhiễm sắc
- Tạo tiền bào tử
- Tiền bào tử hình thành hai lớp mảng, tăng cao tính bức xạ
- Tổng hợp các lớp vỏ bào tử
- Giải phóng bào tử
- Khi gặp điều kiện thuận lợi thì bào tử sẽ nảy mầm, phát triển thành tế bào
sinh dưỡng mới.
Vi khuẩn chủng Bacillus subtilis và các chất chiết xuất từ vi sinh vật này được
Cục Quản lý Thực phẩm và Dược phẩm Hoa Kỳ (FDA), cơ quan An toàn Thực phẩm
châu Âu (EFSA) đánh giá là an toàn khi sử dụng bổ sung vào thực phẩm và mang lại
lợi ích kinh tế cao. B. subtilis có thể phân chia đối xứng để tạo thành hai tế bào con
(nhị phân phân hạch), hoặc không đối xứng, tạo bào tử trong điều kiện môi trường bất
lợi như hạn hán, độ mặn, bức xạ cực cao, pH và dung môi không phù hợp, môi trường
nghèo dinh dưỡng.
Trong môi trường sống khắc nghiệt, trước giai đoạn hình thành bào tử, các tế
bào vi khuẩn có thể tự tạo ra các chất đề kháng (kháng sinh), gây ức chế hoặc giết

Vi sinh vật học K36

4

Viện NC & PT Công nghệ sinh học


Luận văn tốt nghiệp Đại học khóa 36 - 2013

Trường ĐHCT

những loài vi sinh vật khác để tìm kiếm dinh dưỡng. Tính ổn định cao của B. subtilis
trong điều kiện môi trường khắc nghiệt làm cho nó trở thành một trong những loài vi
sinh vật được ứng dụng làm chế phẩm sinh học nhiều nhất hiện nay.
Theo Nakano và Zuber (1998) thì Bacillus subtilis là vi khuẩn hình que, gram
dương. Bacillus subtilis được phân lập từ dạ cỏ trâu bò (Mikrobiol, 1999) và cũng
được Ray et al. (2007) phân lập từ ruột cá và tối ưu hóa điều kiện sinh tổng hợp
cellulase. Ngoài ra, Immanuel et al. (2006) nghiên cứu được rằng dòng vi khuẩn họ
Bacillus sinh tổng hợp enzyme cellulase tối ưu ở pH trung tính. Bacillus subtilis có
khả năng sinh tổng hợp cellulase tối ưu ở 40oC (Mohamed et al., 2010).
2.1.4. Vi khuẩn Bacillus subtilis S20
Dòng vi khuẩn Bacillus subtilis S20 đã được Đỗ Thị Cẩm Hường (2012) phân
lập từ dạ cỏ bò cũng như khảo sát các đặc điểm và khả năng phân giải cellulose. Theo
kết quả phân lập dòng vi khuẩn Bacillus subtilis S20, kí hiệu là BM21, có hình dạng
khuẩn lạc không đều, độ nổi lài, dạng bìa răng cưa và có màu trắng đục. Hình dạng vi
khuẩn là hình que, gram dương, có hoạt tính catalase, có kích thước (µm) 1,48 x 0,59.
Dòng vi khuẩn BM21 có kết quả khảo sát trung bình (3 lần lặp lại) đường kính
vòng halo trên cơ chất CMC là 22,3mm, trên cơ chất bã mía là 29,7mm.
Kết quả hiệu suất phân giải bã mía (trung bình 3 lần lặp lại):
- Mẫu bã mía: 0.9387 (g)

- KL mẫu (sau sấy 105oC): 0.5969 (g)
- Hàm lượng tro: 0.0078 %
- Hàm lượng xơ thô: 62.7549 %
- Hiệu suất phân giải: 7.1798 %
2.2. Vai trò của Bacillus subtilis đối với hệ tiêu hóa của động vật
Từ lâu, người ta đã biết đến khả năng kháng khuẩn của B. subtilis, những người
nông dân của nhiều nước từ xa xưa, một cách vô tình họ đã dùng nước ngâm rơm rạ
cho trâu bò uống để chữa bệnh viêm ruột. Chính sự có mặt của B. subtilis là nguyên
nhân chữa được bệnh này.
Vi sinh vật học K36

5

Viện NC & PT Công nghệ sinh học


Luận văn tốt nghiệp Đại học khóa 36 - 2013

Trường ĐHCT

Năm 1949-1950 Henry và Albot đã phân lập thành công B. subtilis thuần khiết.
Sau đó, B. subtilis mới dùng để điều trị các chứng viêm ruột, viêm đại tràng, chống
tiêu chảy do lạm dụng kháng sinh hoặc do loạn khuẩn gây ra với tên gọi là “Subtilis
therapie” (điều trị bằng subtilis). B. subtilis có vai trò lớn trong việc giữ ổn định hệ vi
sinh đường ruột bằng cơ chế cạnh tranh sinh tồn và khả năng gây ức chế các vi khuẩn
gây bệnh ở đường ruột do tác dụng bởi những sản phẩm tiết của nó.
B. subtilis có hệ thống men tương đối hoàn chỉnh có khả năng thủy phân glucid,
lipid, protid, enzym cellulase biến đổi chất xơ thành các loại đường dễ tiêu, lecitinase
thủy phân các chất béo phức hợp, enzym phân giải gelatin, enzym phân giải fibrin và
một loại enzym giống lysozym gây tác dụng trực tiếp dung giải một số type vi khuẩn

Proteus gây bệnh trong đường ruột (Miller et al., 1959).
B. subtilis còn được đánh giá là một trong những loại vi khuẩn an toàn và hiệu
quả nhất để sử dụng trong ngành công nghệ sinh học sản xuất các acid amin quan
trọng như: lysine, valine, tyrozine, proline, threonine, isoleusine, aspastic…
Ngoài ra, B. subtilis còn có khả năng tổng hợp một số chất kháng sinh có tác
dụng ức chế sinh trưởng hoặc tiêu diệt một số vi sinh vật khác, tác dụng lên cả vi
khuẩn gram âm lẫn gram dương, nấm gây bệnh như: Bacitracin, Bacilysin,
Baxilomicin, Bacillopectin, Mycobacillin, Prolimicin… Nhờ các kháng sinh này mà B.
subtilis có khả năng cạnh tranh tốt với các vi khuẩn. B. subtilis còn có khả năng đồng
hóa một số vitamin như B2 (Riboflavin) đóng vai trò quan trọng trong hoạt động sống
của cơ thể động thực vật, có mặt trong tất cả các tế bào, tham gia vào các quá trình
dinh dưỡng và hô hấp của sinh vật. Trong 1 gam sinh khối khô Bacillus có 7,8 µg
riboflavin.
Nhiều nước trên thế giới đã dùng B. subtilis như là một chế phẩm trợ sinh hay
còn gọi là probiotic, chứa các vi sinh vật sống có tác dụng làm cải thiện hệ vi sinh vật
ở cơ thể vật chủ. Bào tử của B. subtilis có thể qua được rào chắn tiêu hóa, một phần
bào tử nảy mầm trong ruột non và sinh sôi trong đường ruột. Ngoài ra một số tác dụng
lâm sàng của B. subtilis đã được biết như là tác nhân kích thích miễn dịch, nhờ tác
dụng kích thích tiết IgA, một loại globulin tiết có trên bề mặt tế bào biểu mô niêm mạc
có khả năng ức chế, ngăn chặn vi sinh vật gây bệnh xâm nhập vào cơ thể.
Vi sinh vật học K36

6

Viện NC & PT Công nghệ sinh học


Luận văn tốt nghiệp Đại học khóa 36 - 2013

Trường ĐHCT

2.3. Tổng quan về bã mía và các thành phần xơ trong bã mía
2.3.1 Tổng quan về bã mía
Bã mía được xem là nguồn phế phẩm từ ngành công nghiệp sản xuất mía. Hiện
nay, bã mía có thể dùng làm nguyên liệu đốt lò, hoặc làm bột giấy, ép thành ván dùng
trong kiến trúc, cao hơn là làm ra Furfural là nguyên liệu cho ngành sợi tổng hợp. Tuy
nhiên việc sử dụng bã mía ở nước ta chưa thực sự hiệu quả do nhiều nguyên nhân
khách quan. Ngoài ra, bã mía là một loại thức ăn có hàm lượng xơ rất cao trong đó
khoảng hơn 20% là lignin. Theo Kamstra et al. (1958) hàm lượng lignin trong thực vật
càng cao càng làm giảm tỷ lệ tiêu hóa cellulose do lignin rất bền vững đối với acid
mạnh và enzyme của vi khuẩn. Mà cấu trúc thành tế bào thực vật thường được tạo
thành từ các phức chất lignin – cellulose gây khó khăn cho việc phân giải cellulose của
vi khuẩn (Lê Đức Ngoan, 2005). Thực vật càng trưởng thành số lượng lignin càng tăng
nên mức độ tiêu hóa cellulose càng giảm (Trần Cừ, 1979). Chính vì thế, gia súc nhai
lại gặp trở ngại trong việc tiêu hóa bã mía (Lê Đức Ngoan, 2005).
2.3.2 Các thành phần chính trong bã mía
Bã mía có giá trị dinh dưỡng thấp, chứa nhiều xơ khoảng 40%, 24%
hemicellulose và 25% lignin (Lee và Koo, 2003). So sánh kết quả với Chu Thị Thơm et
al. (2010) có sự tương đồng cao.
Bảng 1. Thành phần hóa học trong bã mía
Thành phần

%

Cellulose

46,0

Hemicellulose

24,5

Lignin

20,0

Chất béo

3,4

Tro

2,4

Silic

2,0

(*Nguồn: Chu Thị Thơm, 2006)

Vi sinh vật học K36

7

Viện NC & PT Công nghệ sinh học


Luận văn tốt nghiệp Đại học khóa 36 - 2013

Trường ĐHCT

2.3.2.1. Cellulose
Cellulose là thành phần chủ yếu trong tế bào thực vật, chiếm tới 50% tổng số
hydrocarbon trên trái đất. Trong vách tế bào thực vật, cellulose tồn tại trong mối liên
kết chặt với các polysaccharide khác: hemicellulose, pectin và lignin tạo thành liên kết
bền vững. Cellulose cũng là hợp chất hữu cơ nhiều nhất trong sinh quyển, hàng năm
thực vật tổng hợp được khoảng 1011 tấn cellulose (trong gỗ, cellulose chiếm khoảng
50% và trong bông chiếm khoảng 90%).
Cellulose là hợp chất cao phân tử được cấu tạo từ các liên kết các mắt xích β-DGlucose, có công thức cấu tạo là (C6H10O5)n hay [C6H7O2(OH)3]n trong đó n có thể
nằm trong khoảng 5000-14000, là thành phần chủ yếu cấu tạo nên vách tế bào thực
vật. Trong gỗ lá kim, cellulose chiếm khoảng 41-49%, trong gỗ lá rộng nó chiếm 4352% thể tích. Là thành phần chính tạo nên lớp màng tế bào thực vật, giúp cho các mô
thực vật có độ bền cơ học và tính đàn hồi. Cellulose có nhiều trong bông (95-98%),
đay, gai, tre, nứa, gỗ... (Cellulose chiếm khoảng 40-45% trong gỗ).
Cellulose do các mắt xích β-D-Glucose liên kết với nhau bằng liên kết 1,4
Glucocid do vậy liên kết này thường không bền trong các phản ứng phân giải. Đun
nóng lâu cellulose với dung dịch acid sunfuric, các liên kết β-glicozit bị đứt tạo thành
sản phẩm cuối cùng là glucose:
(C6H10O5)n + nH2O → nC6H12O6 (xúc tác H +, to)
Phản ứng này áp dụng trong sản xuất ancol etylic công nghiệp, xuất phát từ
nguyên liệu chứa cellulose (vỏ bào, mùn cưa, tre, nứa, v.v...).
Phản ứng phân giải cellulose có thể xảy ra nhờ tác dụng xúc tác của enzyme
cellulase có trong cơ thể động vật nhai lại (trâu, bò...). Cơ thể người không có enzyme
này nên không thể tiêu hóa được cellulose.

Vi sinh vật học K36

8

Viện NC & PT Công nghệ sinh học

Luận văn tốt nghiệp Đại học khóa 36 - 2013

Trường ĐHCT

Hình 1. Cấu trúc phân tử cellulose
(*Nguồn: />m210/Page5.html ngày 27/11/2013)

2.3.2.2. Hemicellulose
Hemicellulose cũng là một phần polysaccharide thường gặp trong vách tế bào
thực vật với hàm lượng lớn sau cellulose. Hemicellulose không tan trong nước, tan
trong dung dịch kiềm và phân giải bằng acid dễ hơn cellulose. Khi bị phân giải
hemicellulose tạo thành một hỗn hợp gồm các hexose và pentose hay chỉ có hexose.
Khác với cellulose, phân tử hemicellulose nhỏ hơn nhiều, thông thường không quá 150
gốc đường được nối với nhau không chỉ bằng liên kết β-1,4 mà còn bằng liên kết β-1,3
và β-1,6 glycoside tạo ra mạch ngắn và phân nhánh. Vì độ polymer thấp, phân nhánh
và hỗn hợp nhiều đường nên hemicellulose không có cấu trúc chặt chẽ như ở cellulose
và độ bền hóa lý cũng thấp hơn.
Hemicellulose bao gồm xylan, glucuronoxylan, arabinoxylan, glucomannan và
xyloglucan. Những polysaccharide chứa nhiều monome đường khác nhau. Ngược lại,
cellulose chỉ chứa glucose khan. Ví dụ, bên cạnh glucose, monome đường trong
hemicellulose có thể bao gồm xylose, mannose, galactose, rhamnoza, và arabinose.
Hemicelluloses chứa hầu hết các đường pentose D-, và đôi khi một lượng nhỏ của
đường L-. Xylose luôn luôn là monome đường hiện diện trong số lượng lớn nhất,
nhưng mannuronic acid và acid galacturonic cũng có xu hướng có mặt
( />
Vi sinh vật học K36

9

Viện NC & PT Công nghệ sinh học


Luận văn tốt nghiệp Đại học khóa 36 - 2013

Trường ĐHCT

Hình 2. Cấu trúc phân tử hemicelluloses
(*Nguồn: ngày 27/11/2013)

2.3.2.3. Lignin
Lignin hoặc lignen là một phức hợp chất hóa học phổ biến nhất có nguồn gốc
từ gỗ và là một phần không thể thiếu của thành tế bào thứ cấp của thực vật và một số
tảo. Thuật ngữ này được giới thiệu vào năm 1819 bởi de Candolle và có nguồn gốc từ
tiếng Latin từ lignum, có nghĩa là gỗ. Đây là một trong những polyme hữu cơ phong
phú trên trái đất sử dụng 30% cacbon hữu cơ không hóa thạch, và cấu thành từ quý 1/3
khối lượng khô của gỗ. Là một polyme sinh học, lignin là không bình thường vì tính
không đồng nhất của nó và thiếu của một cấu trúc chính được xác định. Chức năng của
nó thường lưu ý nhất là sự hỗ trợ thông qua việc tăng cường gỗ (tế bào xylem) trên
cây. Các thành phần polysaccharide của vách tế bào thực vật rất ưa nước do đó thấm
nước trong khi lignin là thành phần kỵ nước. Các liên kết của polysaccharide bằng
lignin là một trở ngại cho sự hấp thụ nước vào thành tế bào.
2.4. Enzyme cellulase
Cellulase là enzyme đa cấu tử xúc tác quá trình chuyển hóa cellulose thành
glucose. Nó là enzyme cảm ứng được tổng hợp bởi vi sinh vật trong suốt quá trình sinh
trưởng và phát triển trên nguồn nguyên liệu cellulose (Lee và Koo, 2001). Hệ vi sinh
vật phân giải cellulose có thể lên men hiếu khí hoặc kỵ khí, bình nhiệt hoặc ái nhiệt
bao gồm nấm, vi khuẩn và xạ khuẩn. Trong tự nhiên có rất nhiều loại vi sinh vật có
khả năng tổng hợp cellulase như: nấm, vi khuẩn, động vật nguyên sinh,… khi được
nuôi dưỡng trong môi trường có cellulose.

Vi sinh vật học K36

10

Viện NC & PT Công nghệ sinh học


Luận văn tốt nghiệp Đại học khóa 36 - 2013

Trường ĐHCT

Để phân giải hoàn toàn nguyên liệu cellulose thành glucose cần có sự phối hợp
của các loại cellulase khác nhau: endoglucanase, β-glucosidase (Yi et al., 1999).
- Exoglucanases: có tên khoa học khác như cellobiohydrolase (CBH),
exoglucanase,

cellobiosidase,

enzyme

C1

hoặc

avicellase,

1,4

β-glucan

cellobiohydrolase, exocellulase (Nguyễn Đức Lượng, 2004). Enzyme cắt đầu không
khử của chuỗi cellulose để tạo thành cellobiose và giải phóng từng đơn vị glucose
(glucanohydrolases) hoặc cellulobiose (cellobiohydrolase) (Teeri, 1997). Để xác định
hoạt tính hệ enzyme exoglucanase, ủ dịch enzyme cellulase với cơ chất cellulose (LiJung et al., 2010). Enzyme này không có khả năng phân giải cellulose dạng kết tinh
mà chỉ làm thay đổi tính chất hóa lý của chúng, giúp cho endocellulase phân giải
chúng tốt hơn.
- Endoglucanase (tên gọi khác: 1,4-β-D-glucan-4-glucanohydrolase, endo 1,4β-glucanase, CMCase, enzyme Cx, C-cellulase), chúng tham gia phân giải một cách
ngẫu nhiên các liên kết β-1,4-glycoside trong phân tử cellulose để tạo ra các đoạn
oligosaccharide có chiều dài khác nhau (Bhat và Bhat, 1997; Nguyễn Đức Lượng,
2004). Hoạt tính của endo 1,4-β-glucanase được xác định khi ủ với 900 μl cơ chất
CMC 1% trong 20 mM dung dịch đệm phosphate (Li-Jung et al., 2010). Sản phẩm của
quá trình phân giải là cellodextrin, cellobiose, và glucose.
- β-glucosidase: còn có tên là cellobiase và β-D glucoside glucohydrolase
(Nguyễn Đức Lượng, 2004). Enzyme này tham gia phân giải cellobiose, tạo thành
glucose, không có khả năng phân CMC.
2.5. Ảnh hưởng của điều kiện môi trường lên khả năng phân giải bã mía của
vi khuẩn
Trong tự nhiên đa số các loài vi sinh vật sống hoại sinh, phân giải các nguồn
hợp chất hữu cơ có sẵn trong môi trường thành các chất cần thiết cho quá trình sinh
trưởng và phát triển của mình. Khả năng sinh trưởng, phát triển cũng như khả năng
sinh tổng hợp các enzyme chịu sự tác động của nhiều yếu tố môi trường như: nhiệt độ
nuôi cấy, pH môi trường, , nguồn nitrogen,…
Nhiệt độ ảnh hưởng mạnh tới quá trình sống của vi sinh vật nói chung và của vi
khuẩn nói riêng. Căn cứ vào sự thích nghi nhiệt độ sinh trưởng, các loài vi sinh vật
Vi sinh vật học K36

11

Viện NC & PT Công nghệ sinh học

Luận văn tốt nghiệp Đại học khóa 36 - 2013

Trường ĐHCT

được chia làm 3 nhóm: các loài ưa lạnh và chịu lạnh, các loài ưa ấm và các loài chịu
nhiệt. Các loài ưa lạnh có khả năng sinh trưởng trong điều kiện dưới 15oC, các loài ưa
ấm thường sinh trưởng phát triển tốt ở khoảng nhiệt độ 20 - 40oC; còn các loài chịu
nhiệt có khả năng sinh trưởng và phát triển tốt ở nhiệt độ cao trên 50oC.
Nghiên cứu của Nguyễn Lan Hương và Hoàng Đình Hòa (2003) cũng cho thấy,
các chủng vi khuẩn và xạ khuẩn ưa nhiệt sinh tổng hợp cellulase cao nhất ở nhiệt độ
50oC. Dòng vi khuẩn Bacillus subtillis có khả năng sinh tổng hợp cellulase tối ưu ở
nhiệt độ 40oC (Mohamed et al., 2010). Theo Tang et al. (2004) khi nghiên cứu các
chủng vi sinh vật endo-β-1,4-glucanase cho thấy, ở chủng vi khuẩn B. subtilis nhiệt độ
thích hợp cho tổng hợp enzyme là 37oC.
pH môi trường là một trong những yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến khả năng
sinh tổng hợp cellulase của các chủng vi sinh vật. Tùy thuộc vào từng loài, từng chủng
mà môi trường pH thích hợp là acid, trung tính hay kiềm. Các chủng vi khuẩn và xạ
khuẩn chịu nhiệt sinh tổng hợp cellulase thích hợp với môi trường pH là 6; còn dòng
vi khuẩn họ Cellumonas, Bacillus, Micrococcus sinh tổng hợp enzyme tối ưu ở pH
trung tính (Immanuel et al., 2006).
Các loài vi sinh vật có nhu cầu khác nhau đối với nguồn nitrogen. Nhìn chung,
các loài đều có khả năng sử dụng cả nguồn nitrogen vô cơ và hữu cơ nhưng mức độ
đồng hóa còn tùy thuộc vào từng loài. Nghiên cứu của Taled et al. (2009) cho thấy, 2
dòng vi khuẩn họ Bacilli có thể sử dụng nhiều nguồn nitrogen khác nhau như: yeast
extract, urea, peptone, ammonium nitrate. Trong đó yeast extract là nguồn nitrogen tốt
nhất cho khả năng sinh tổng hợp cellulase của 2 dòng vi khuẩn này.
Ngoài những yếu tố trên, tốc độ sinh trưởng và khả năng sinh tổng hợp các loài
enzyme của các vi sinh vật còn chịu sự tác động của nhiều yếu tố khác như: thời gian
nuôi cấy, chỉ số CO2 trong nuôi cấy, mật số vi sinh vật được chủng vào ban đầu,...

2.6. Ảnh hưởng của nguồn carbohydrate đến hoạt động của vi khuẩn
Các loài vi sinh vật sinh tổng hợp cellulase có thể sử dụng nhiều nguồn carbon
khác nhau tùy thuộc vào đặc điểm của từng loài. Có loài chỉ thích hợp với một hoặc
một số ít nguồn carbon, có loài không đòi hỏi nghiêm ngặt mà có khả năng sử dụng

Vi sinh vật học K36

12

Viện NC & PT Công nghệ sinh học


Luận văn tốt nghiệp Đại học khóa 36 - 2013

Trường ĐHCT

nhiều nguồn carbon khác nhau. Nguồn carbon có thể đơn giản như các loại đường đơn,
đường đôi hoặc phức tạp như glucan, tinh bột, cellulose.
Vi sinh vật có những hệ enzyme khác nhau để có thể sử dụng các nguồn
carbohydrate một cách hiệu nhất, enzyme của vi sinh vật phân cắt các dạng
carbohydrate phức tạp thành đơn giản để chuyển hóa thành năng lượng ATP cung cấp
cho tế bào.

Hình 3. Quá trình phân giải và lên men carbohydrate ở dạ cỏ
(*Nguồn: Nguyễn Xuân Trạch, 2007)

Các vi sinh vật bám vào các tiểu phần thức ăn và phân giải từng phần cellulose
và hemicellulose nhờ enzyme cellulase. Xơ được tiêu hoá thành các sản phẩm đơn
giản cùng với đường, tinh bột được lên men tạo thành các loại đường, acid béo bay
hơi, CO2 và CH4. Sản phẩm đường lại trở thành các sản phẩm trung gian và được lên

men bởi các sinh vật trong dạ cỏ. Các acid béo bay hơi được hấp thu vào máu qua
thành dạ cỏ và tham gia vào quá trình trao đổi chất. Các chất có nitrogen được phân
giải thành NH3 và được vi sinh vật sử dụng để tổng hợp thành protein cho cơ thể
chúng và đây cũng là nguồn protein cung cấp cho cơ thể gia súc (Nguyễn Xuân Trạch,
2007).
Quá trình phân giải vách tế bào đòi hỏi các enzyme tiết ra từ vi sinh vật xâm
nhập vào bên trong cấu trúc xơ của vách tế bào. Thế nhưng, các loại thức ăn của gia
súc có vách tế bào bị lignin hoá cao với những cấu trúc rất phức tạp. Đặc biệt trong
Vi sinh vật học K36

13

Viện NC & PT Công nghệ sinh học