ĐÁNH GIÁ ĐẶC TÍNH PROBIOTIC CỦA MỘT SỐ CHỦNG VI SINH VẬT PHÂN GIẢI QUORUM SENSING TRONG ƯƠNG NUÔI CÁ CHẼM VÀ NGHIÊN CỨU PHỐI CHẾ TẠO CHẾ PHẨM VI SINH

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
BỘ MÔN CÔNG NGHỆ SINH HỌC

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
ĐÁNH GIÁ ĐẶC TÍNH PROBIOTIC CỦA MỘT SỐ CHỦNG
VI SINH VẬT PHÂN GIẢI QUORUM SENSING TRONG
ƯƠNG NUÔI CÁ CHẼM VÀ NGHIÊN CỨU
PHỐI CHẾ TẠO CHẾ PHẨM VI SINH

Ngành học : CÔNG NGHỆ SINH HỌC
Sinh viên thực hiện : MAI HƯNG KIÊN
Niên khóa : 2006 - 2010

Tháng 07 năm 2010


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
BỘ MÔN CÔNG NGHỆ SINH HỌC

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
ĐÁNH GIÁ ĐẶC TÍNH PROBIOTIC CỦA MỘT SỐ CHỦNG
VI SINH VẬT PHÂN GIẢI QUORUM SENSING TRONG
ƯƠNG NUÔI CÁ CHẼM VÀ NGHIÊN CỨU
PHỐI CHẾ TẠO CHẾ PHẨM VI SINH

Hướng dẫn khoa học

Sinh viên thực hiện

TS . NGUYỄN THỊ NGỌC TĨNH

MAI HƯNG KIÊN

Tháng 07 năm 2010


LỜI CẢM ƠN
Để có được ngày hôm nay con xin chân thành cảm ơn cha mẹ đã sinh ra con,
dạy dỗ con những điều hay lễ phải, luôn mong con nên người.
Tôi xin chân thành cảm ơn sâu sắc đến:
Ban Giám Hiệu cùng các Thầy, Cô trường Đại Học Nông Lâm Thành Phố Hồ
Chí Minh nói chung và Bộ môn Công Nghệ Sinh Học nói riêng đã tạo điều kiên và
trực tiếp giảng dạy trong suốt thời gian học tập của tôi.
TS. Nguyễn Thị Ngọc Tĩnh, Người đã tận tình hướng dẫn, dậy bảo và luôn
động viên tôi trong thời gian làm đề tài.
Ban lãnh đạo cùng các cô chú anh chị làm việc tại Tại Trung tâm Quốc gia
giống Hải sản Nam Bộ - 167 Thùy Vân Thành Phố Vũng Tàu, đặc biệt là anh Hoàng
Thanh Lịch, chị Vân, anh Vũ Hồng Lực, bạn Dương Kim Hiếu, bạn Mai Anh...đã giúp
đỡ tôi rất nhiều trong quá trình làm đề tài ở đây.
Các anh chị làm việc tại Phòng Sinh học Thực nghiệm, Viện Nghiên cứu Nuôi
trồng Thuỷ sản II - 116 Nguyễn Đình Chiểu - Q1 - Thành Phố Hồ Chí Minh, trong đó
có chị Nguyễn Thảo Sương, anh Võ Minh Sơn, chị Phạm Thị Kim Anh,...đã tận tình
chỉ bảo tôi trong thời gian thực hiên đề tài ở đây.
Cô giáo chủ nhiệm Biện Thị Lan Thanh và toàn thể lớp DH06SH thân yêu đã
hỗ trợ, giúp đỡ và động viên tôi trong suốt bốn năm học qua.
Thành phố Hồ Chí Minh tháng 7 năm 2010
MAI HƯNG KIÊN

i

TÓM TẮT
Các nghiên cứu gần đây cho thấy rằng, việc ức chế quá trình “quorum sensing”
đã được đề nghị như là một bước tiếp cận mới để kiểm soát hệ vi sinh trong nuôi trồng
thủy sản. Thuật ngữ “quorum sensing” được hiểu là quá trình giao tiếp giữa các tế bào
vi khuẩn bằng cách tiết ra phân tử tín hiệu AHL (N-acyl homoserine lactone). Vậy
việc ngăn quá trình quorum sensing được xem như một phương án chiến lượng mới để
chống lây nhiễm bệnh trong nuôi trồng thủy sản.
Đề tài “Đánh giá đặc tính probiotic của một số chủng vi sinh vật phân giải
quorum sensing trong ương nuôi cá chẽm và nghiên cứu phối chế tạo chế phẩm vi
sinh”. Các chủng vi sinh vật sử dụng trong nghiên cứu được định danh và phân lập từ
hệ tiêu hóa cá chẽm, có khả năng phân hủy N-acyl homoserine lactone và ức chế
Vibrio gây bệnh trong điều kiện kiểm soát hệ vi sinh ở hệ thống ương nuôi cá chẽm từ
1 – 30 ngày tuổi nhằm nâng cao tỷ lệ sống của ấu trùng cá chẽm. Từ đó chúng tôi
nghiên cứu phối chế tạo chế phẩm vi sinh từ các hỗn hợp vi khuẩn này để sử dụng
trong các trại giống.
Kết quả nghiên cứu cho thấy, các hỗn hợp vi khuẩn này đều an toàn đối với ấu
trùng cá chẽm từ 1 – 30 ngày tuổi, riêng hỗn hợp 1 (Ch102, Ch104) có hiệu quả nâng
cao tỷ lệ sống của cá chẽm hương 30 ngày tuổi có ý nghĩa thống kê so với đối chứng,
vì vậy hỗn hợp này đã được tuyển chọn để sản xuất chế phẩm vi sinh. Chúng tôi đã tạo
thành công chế phẩm vi sinh dạng bột từ hỗn hợp 1 với chất mang là tinh bột tan. Chế
phẩm có mật độ vi khuẩn khoảng 109 CFU/g.

ii


SUMMARY
Recently, disruption of quorum seneing was suggested as a new strategy for
microbial control in aquaculture. The term “quorum sensing” has emerged as a process

for bacterial cell-to-cell communication, release AHL (N-acyl homosreine lactone)
signaling molecules (called autoinducers). Discruption of quorum sensing has been
suggested as a new anti-infection strategy in aquaculture.
The title of this study "Assessing the effect of probiotic mixtures degrading
quorum sensing in seabass larval rearing and study on manufacturing probiotic
products bacterial mixtures." The bacterial mixtures used in this study were identified
and isolated from digestive system of seabass, capable degrading N-acyl homoserine
lactone and inhibiting pathogenic Vibrio in controlling the overall microbial activity in
seabass larval rearing, thus, aiming at improving the suviral of seabass larvae of 30
days old. Then a study on manufacturing probiotic product from mixture (Ch102,
Ch104) was carried out.
The results show mixtures of bacteria are effective for seabass larvae from 1 30 days of age, particularly mixture 1 (Ch102, Ch104) showed significant results. We
have successfully manufactured products from mixture 1 with soluble starch as carrier.
The probiotic product has a bacterial density of about 109 CFU/g.

iii


MỤC LỤC
Lời cảm ơn .................................................................................................................. i
Tóm tắt ........................................................................................................................ ii
Summary ..................................................................................................................... iii
Mục lục ....................................................................................................................... iv
Danh sách các chữ viết tắt ......................................................................................... vii
Danh sách các bảng .................................................................................................... vii
Danh sách các hình ..................................................................................................... xiii
Chuơng 1 MỞ ĐẦU .................................................................................................. 1
1.1. Đặt vấn đề........................................................................................................... 1
1.2. Yêu cầu ............................................................................................................... 2
1.3. Nội dung thực hiện .............................................................................................. 2

Chương 2 TỔNG QUAN TÀI LIỆU ....................................................................... 3
2.1.

Tình hình nghiên cứu sinh sản nhân tạo và ương nuôi cá chẽm ................ 3

2.1.1.

Tình hình nghiên cứu trên thế giới............................................................. 3

2.1.2.

Tình hình nghiên cứu trong nước ....................................................... 3

2.2.

Tổng quan về probiotics............................................................................. 5

2.2.1.

Các nhóm vi sinh vật được sử dụng trong thành phần chế phẩm .............. 6

2.2.2.

Cơ chế tác dụng của các vi sinh vật trong probiotic .................................. 7

2.2.3.

Công dụng của chế phẩm probiotic trong nuôi trồng thủy sản .................. 7

2.2.4.

Tình hình sử dụng các chế phẩm probiotics .............................................. 9

2.3.

Tổng quan về quorum sensing ................................................................... 11

2.4.

Tổng quan về công nghệ lên men .............................................................. 13

2.4.1.

Định nghĩa về lên men (Fermentation) ...................................................... 14

2.4.2.

Nguyên tắc chung của kỹ thuật lên men .................................................... 14

2.4.2.1.

Tuyển chọn giống vi sinh vật và biện pháp bảo quản................................ 14

2.4.2.2.

Nguyên liệu dùng trong công nghệ lên men .............................................. 16

2.4.3.

Kỹ thuật lên men ........................................................................................ 16

2.5.

Tổng quan về thiết bị lên men ................................................................. 16

2.5.1.

Định nghĩa và phân loại thiết bị phản ứng sinh học .................................. 16

iv


2.5.2.

Giới thiệu về fermenter sử dụng cho mục đích nghiên cứu ....................... 16

Chương 3 VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .............................. 17
3.1. Thời gian và địa điểm nghiên cứu ...................................................................... 17
3.2. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ...................................................................... 17
3.3. Vật liệu , dụng cụ và thiết bị nghiên cứu ........................................................... 17
3.3.1. Vật liệu nghiên cứu........................................................................................... 18
3.3.2. Dụng cụ và trang thiết bị nghiên cứu ............................................................... 19
3.3.3. Hóa chất dùng trong thí nghiệm ....................................................................... 19
3.4. Phương pháp nghiên cứu .................................................................................... 19
3.4.1.

Chuẩn bị tảo và luân trùng ......................................................................... 21

3.4.2.

Ương nuôi cá bột lên cá giống và chế độ quản lý, chăm sóc..................... 24

3.4.3.

Nhân sinh khối vi khuẩn trong phòng thí nghiệm ..................................... 25

3.5.4.

Bổ sung vi khuẩn probiotic vào các bể ương ấu trùng .............................. 26

3.4.5 .

Phương pháp bố trí thí nghiệm .................................................................. 28

3.4.6.

Phương pháp xác định một số chỉ tiêu ....................................................... 29

3.4.6.1

Xác định các chỉ tiêu môi trường ............................................................... 29

3.4.6.2.

Phân tích các chỉ tiêu vi sinh ..................................................................... 29

3.4.7 .

Phương pháp xác định các chỉ tiêu tăng trưởng của ấu trùng cá chẽm..... 30

3.4.8 .

Phương pháp lên men, phối chế và xác định thời gian bảo quản tối ưu .... 31

3.4.9 .

Phương pháp thu thập và sử lý số liệu ....................................................... 33

Chương 4 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ................................................................ 31
4.1

Kết quả .............................................................................................................. 31

4.1. 1

Các chỉ tiêu thủy lý, hóa ............................................................................ 35

4.1..2

Chỉ tiêu Vibrio tổng số ............................................................................... 37

4..1..3

Các chỉ tiêu tăng trưởng của cá .................................................................. 39

4.1.4

Kết quả lên men, phối chế và thời gian bảo quan của chế phẩm ............... 40

4.2

Thảo luận .................................................................................................. 40

Chương 5 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ .................................................................... 41
5.1.

Kết luận ...................................................................................................... 41

5.2.

Đề nghị ....................................................................................................... 41

TÀI LIỆU THAM KHẢO .......................................................................................... 42
PHỤ LỤC
v


DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT
AHL

N-acyl-homoserine lactone

CFU

Colony Forming Unit

Ctv

Cộng tác viên

E.M

Chế phẩm các vi sinh vật hữu hiệu – Effective Microoganims

TCBS

Thiosunfat-citrat-Bile-Salt-Sucrose

TSA

Tryptone Soy agar

TSB

Tryptpne Soy Broth

VEM

Vietnamese effective microorganisms

vi


DANH SÁCH CÁC BẢNG
Bảng 3.1 Các dòng vi khuẩn probiotic dùng trong đợt thí nghiệm ........................... 29
Bảng 3.2 Bố trí các nghiệm thức của đợt thí nghiệm................................................. 28
Bảng 3.3 Phối chế hỗn hợp Ch102 và Ch104 với chất mang ................................... 31

DANH SÁCH CÁC HÌNH
Hình 2.1 Hệ thống quorum sensing của Vibrio harveyi ............................................ 12

Hình 2.2 Sơ đồ quy trình lên men .............................................................................. 15
Hình 2.3 Hệ thống nồi lên men dung tích 7,5 lít ....................................................... 17
Hình 3.2a Quy trình nuôi tảo sinh khối ngoài trời..................................................... 22
Hình 3.2b Hệ thống nuôi sinh khối tảo trong nhà ..................................................... 22
Hình 3.3a Sơ đồ quy trình nuôi sinh khối luân trùng ................................................ 23
Hình 3.3b Hệ thống nuôi sinh khối luân trùng .......................................................... 24
Hình 3.4 Sơ đồ quản lý chăm sóc ấu trùng cá chẽm .................................................. 25
Hình 3.5 Hệ thống nuôi sinh khối vi khuẩn trong phòng thí nghiệm ........................ 26
Hình 3.6 Sơ đồ giàu hóa luân trùng và Artermia ....................................................... 28
Hình 3.7 Sơ đồ quy trình thí nghiệm ........................................................................ 29
Hình 3.8 Các bao chế phẩm được bảo quản trong tủ lạnh 40C ................................. 32
Hình 3.9 Hệ thống máy đông khô ............................................................................ 32
Hình 4.1 Chế phẩm vi sinh mà chúng tôi đã sản xuất ............................................... 44
Đồ thị 4.1 Biến thiên nhiệt độ nước trong các bể ương ............................................. 34
Đồ thị 4.2 Sự biến thiên pH trong quá trình ương nuôi ............................................. 35
Đồ thị 4.3 Nồng độ NH3-N trung bình trong các bể ương ......................................... 37
Đồ thị 4.4 Nồng độ NO2-N trung bình trong các bể ương ......................................... 38
Đồ thị 4.5 Mật độ Vibrio tổng số trong nước trung bình của các nghiệm thức ......... 39
Đồ thị 4.6 Mật độ Vibrio tổng số trong ruột cá.......................................................... 40
Đồ thỉ 4.7 Tỷ lệ sống trung bình của cá chẽm lúc 30 ngày tuổi ở ............................ 42
Đồ thị 4.8 Trong lượng khô trung bình của một con cá ở các nghiệm thức .............. 43

vii


Chương 1 MỞ ĐẦU
1.1. Đặt Vấn Đề
Việt Nam là nước có đường bờ biển chạy dài, đó là một điều kiện rất thuận lợi
để phát triển mạnh ngành nuôi trồng thủy sản ở nước ta. Những năm gần đây nghề
nuôi đang đạt được nhiều thành tựu và mang lai hiệu quả kinh tế cao. Chúng ta đã sản

xuất được những con giống nhân tạo nhưng nguồn giống giáp xác và cá biển vẫn chưa
đáp ứng được nhu cầu của người nuôi. Ngày nay việc sử dụng chất kháng sinh, thuốc,
các chất kích thích đang diễn ra rất phổ biến trong các trại sản xuất giống. Tình hình
này rất đáng lo ngại về sự ô nhiễm môi trường, ảnh hưởng đến chất lượng đàn giống
như: giảm sức đề kháng, suy thái giống và tạo ra những dòng vi khuẩn kháng
thuốc…Thực tế tỷ lệ sống của ấu trùng qua các giai đoạn ương nuôi lên con giống còn
rất nhiều biến động.
Do vậy, cần phải có giải pháp để tránh lạm dụng thuốc, hóa chất mà vẫn nâng
cao đươc tỷ lệ sống của ấu trùng. Tăng cường chất lượng đàn giống đang là một vấn
đề bức thiết. Có nhiều giải pháp được đưa ra nhưng việc sử dụng chế phẩm vi sinh là
một giải pháp tốt để quyết định sự phát triển bền vững của các mô hình nuôi trồng
thủy sản hiện nay.
Hiện nay trên thị trường trong nước, những chế phẩm vi sinh trong nuôi trồng
thủy sản đa số được nhập ngoại với giá thành cao. Đây cũng là một điều cần được
quan tâm, bởi vì về mặt sinh học thì liệu chúng ta có chắc chắn rằng các vi sinh vật
trong những chế phẩm này khi được sử dụng trong điều kiện khí hậu và môi trường
nước ta nó có phát triển tốt hay là sẽ bị bất hoạt hoặc phát triển yếu, chưa nói là có thể
có một số vi sinh vật mang những gene đột biến, gene lạ sẽ tác động xấu đến môi
trường biển Việt Nam.
Trước những tình hình đó chúng tôi mong muốn tạo ra một chế phẩm vi sinh
trong nuôi trồng thủy sản với giá thành thấp, chất lượng tốt để góp phần nhỏ vào sự
phát triển bền vững của ngành nuôi trồng thủy sản. Với mục đính trên chúng tôi thực
hiện nghiên cứu đề tài: “Đánh giá đặc tính probiotic của một số chủng vi khuẩn phân
hủy quorum sensing trong ương nuôi cá chẽm và nghiên cứu phối chế tạo chế phẩm vi
sinh”.

1


1.2. Yêu cầu

Đánh giá được đặc tính probiotic của các hỗn hợp vi khuẩn phân hủy quorum
sensing lên tỷ lệ sống và tăng trưởng của ấu trùng cá chẽm ở giai đoạn từ 1 - 30 ngày
tuổi. Từ đó nghiên cứu phối chế tạo chế phẩm vi sinh từ các hỗn hợp này để sử dụng
trong các trại giống.
1.3. Nội dung thực hiện
Nội dung 1
- Ương nuôi cá bột lên cá hương 30 ngày tuổi ở quy mô pilot.
- Nhân sinh khối các hỗn hợp vi khuẩn và bổ sung vào trong các bể ương cá
chẽm. Đánh giá các đặc tính probiotic của các hỗn hợp này.
Nội dung 2
- Lên men tăng sinh khối các hỗn hợp vi khuẩn đã được thử nghiệm, sau đó
phối chế tạo chế phẩm vi sinh theo phương pháp đông khô.
- Kiểm tra chất lượng và thời gian bảo quản của chế phẩm vi sinh đã phối chế.

2


Chương 2 TỔNG QUAN TÀI LIỆU
2.1. Tình hình nghiên cứu sinh sản nhân tạo và ương nuôi cá chẽm trên thế
giới và trong nước.
2.1.1. Tình hình nghiên cứu trên thế giới
Cá chẽm (Lates calcarifer) là loài có giá trị kinh tế quan trọng ở vùng Nhiệt đới
và Cận Nhiệt đới, thuộc Châu Á và Thái Bình Dương. Cá được nuôi thương phẩm
nhiều ở các nước như: Thái Lan, Malaysia, Singapore, Indonesia, Đài Loan.... trong
các ao đầm nước lợ và nước ngọt cũng như nuôi trong lồng trên các vùng biển. Sinh
sản nhân tạo thành công đầu tiên ở Thái Lan vào những năm 1976 (Wongsomnuk &
Maneewoongsa, 1976) bằng phương pháp vuốt trứng từ những cá bố mẹ chín muồi
sinh dục đánh bắt được từ các bãi đẻ tự nhiên.
Đến năm 1973 họ đã thành công trọng việc kích thích cá nuôi vỗ cho sinh sản
bằng phương pháp điều chỉnh môi trường, vòng đời của loài cá này đã được khép kín

trong vấn đề sản xuất giống nhân tạo. Đến năm 1985, mỗi năm tại Thái Lan sản xuất
trên 100 triệu con giống, riêng Trạm thuỷ sản Satul mỗi năm cấp trên 30 triệu con
(Kungvankij, 1984). Một số nước có tiềm năng nuôi trồng thủy sản như Indonesia,
Philipine, Trung Quốc, Nauy… cá chẽm được sản xuất và nuôi thương phẩm với quy
mô công nghiệp trong ao đất, nuôi lồng trên biển với mật độ từ 2 – 6 con/m3, năng suất
đạt 10 - 80 tấn/ha. Như vậy, giống nhân tạo đã trở thành nguồn chủ yếu cho các trại cá
biển ở các nước này (Dương Quang Diệu, 1994).
2.1.2. Tình hình nghiên cứu trong nước
Cá chẽm được đưa vào nghiên cứu, thử nghiệm sinh sản nhân tạo tại trường Đại
học Cần Thơ, Đại học thuỷ sản Nha Trang từ những năm 1994, công trình này mở ra
triển vọng phát triển mạnh mẽ công tác nghiên cứu ứng dụng để xây dựng quy trình kỹ
thuật sản xuất giống các loài cá biển khác có giá trị kinh tế cao bằng con đường sinh
sản nhân tạo. Trong quy trình kỹ thuật nuôi vỗ cá chẽm (cá vược) bố mẹ trong hệ
thống lồng nuôi trên biển và bể xi măng nước chảy tuần hoàn với hệ thống lọc sinh
học. Tỷ lệ cá có thể tham gia sinh sản đạt 100%. Quy trình kỹ thuật ấp nở trứng cá,
ương nuôi cá bột thành cá giống quy mô sản xuất thương mại với tỷ lệ sống đạt 38%
3


sử dụng chủ yếu các loại thức ăn sống. kích thích cá vược sinh sản tự nhiên trong hệ
thống bể xi măng với hệ thống lọc sinh học bằng việc sử dụng kích dục tố (tỷ lệ đẻ
trứng đạt 100%) hoặc kích thích bằng các yếu tố sinh thái (tỷ lệ đẻ trứng đạt 95%). Sau
đó Viện Nghiên cứu Nuôi trồng Thuỷ sản II cũng tiến hành nghiên cứu sinh sản nhân
tạo cá chẽm. Năm 2000, Viện đã nghiên cứu thành công và xây dựng quy trình công
nghệ sản xuất giống cá chẽm, khép kín quy trình từ việc thuần dưỡng và nuôi vỗ cá bố
mẹ thành thục trong bể ximăng, kích thích sinh sản, ương cá bột lên cá giống. Sau khi
thành công Viện Nghiên cứu Nuôi trồng Thuỷ sản II đã tiến hành chuyển giao cho một
số tỉnh ven biển. Từ đó, các Công ty, Doanh nghiệp Tư nhân cũng như các Trại sản
xuất giống theo quy mô hộ gia đình đã đưa đối tượng này vào sản xuất đại trà (Hoàng
Minh Nguyệt, 2007).

Tiếp thu công nghệ từ Đại học Nha Trang, Trạm thực nghiệm nuôi trồng thủy
sản Cát Tiến (Trung tâm nghiên cứu thực nghiệm nuôi trồng thủy sản Bình Định) cho
sinh sản, ươm nuôi thành công cá chẽm. Để có cơ sở đủ tiêu chuẩn ươm cá chẽm, tỉnh
Bình Định đã đầu tư nâng cấp Trạm thực nghiệm nuôi trồng thủy sản Cát Tiến: xây
dựng hệ thống xử lý nước biển, bể nuôi cá bố mẹ với hệ thống lọc sinh học, hệ thống
bể ương nuôi từ cá bột đến giai đoạn cá hương, với tổng thể tích bể trên 60 m3, hệ
thống bể nuôi sinh khối luân trùng (rotifer) để làm thức ăn cho cá bột, và hệ thống
cung cấp khí cho các bể nuôi... Kết quả cho thấy tỷ lệ nở thông thường từ 80 - 85%.
Khi đến 45 ngày, cá đạt chiều dài từ 2 - 3 cm, đây là giai đoạn cá giống. Muốn trở
thành cá giống nuôi thương phẩm phải qua giai đoạn ương nuôi tiếp theo đến khi cá
đạt chiều dài thân từ 6 - 8 cm (Hoàng Lân, 2008).
Tiếp nhận ứng dụng thành công quy trình công nghệ nuôi vỗ cá bố mẹ, cho cá
đẻ, thu và ấp trứng cá, ương nuôi từ cá 1 đến 10 ngày tuổi và từ 10 - 30 ngày tuổi của
Trường Đại Học Nha Trang, tại Trại thực nghiệm nuôi trồng thủy sản Yên Hưng Quảng Ninh, từ tháng 3/2005 đến tháng 12/2006 Ths. Ngô Thế Anh và cộng sự đã
thực hiện nghiên cứu ứng dụng sinh sản nhân tạo và ương nuôi giống cá chẽm. Từ việc
nắm vững các vấn đề về bệnh cá; gây nuôi thức ăn tươi sống ở quy mô sản xuất: tảo
Chlorella, luân trùng, Copepoda; kỹ thuật ấp trứng Artermia… nhóm nghiên cứu đã
đạt được kết quả là: năng suất trứng bình quân đạt 76,363 trứng/kg cá cái/đợt sinh sản;
tỷ lệ cá bột (so với trứng thụ tinh) đạt từ 70 - 90%, trung bình 82,38%; tỷ lệ sống của

4


cá chẽm giai đoạn từ 1 - 10 ngày tuổi đạt 59 - 71%, trung bình 62,25%; cỡ cá đạt được
từ 3,9 mm - 6,1 mm, trung bình đạt 4,81 mm; tỷ lệ sống của cá chẽm giai đoạn từ cá
10 ngày tuổi lên cá 30 ngày tuổi đạt từ 40 - 55%, trung bình đạt 47,63% (Ngô Thế
Anh, 2007).
2.2. Tổng quan về probiotic
Thuật ngữ “probiotic” được Lilly và Stilwell đề xuất năm 1965 để tả những
chất sản sinh bởi vi sinh vật làm tăng trưởng một vi sinh vật (hoặc sinh vật) khác. Năm

1989 Parker lại định nghĩa thêm cho rõ: Probiotic là những sinh vật (chủ yếu là vi
khuẩn) có khả năng cộng sinh (hoặc hợp sinh) trong đường ruột có tác dụng cân bằng
hệ vi sinh vật trong đó có một số tác dụng hữu ích cho vật chủ. Do vậy, probiotic có
nghĩa là “phòng ngừa” hay “dự phòng”.
Nghiên cứu ứng dụng probiotic mới được chú ý trong 20 năm trở lại đây, nhưng
tác dụng của nó nhận thấy từ lâu. Elie Metnhicoff là người đầu tiên đặt nền móng cho
việc sử dụng probiotic. Năm 1908, ông đề nghị sử dụng vi khuẩn lactic
(Lactobacterium delbruekii spp bulgaricus) để kéo dài tuổi thọ cho con người. Ngày
nay chế phẩm probiotic được sử dụng khá hiệu quả trong chăn nuôi đặc biệt là trong
nuôi tôm, trồng trọt, bảo vệ sức khoẻ, bảo vệ môi truờng. Tuy nhiên việc dùng chế
phẩm này vào nuôi trồng thuỷ sản (tôm, cua, cá nhuyễn thể…) mới bắt đầu trong hơn
thập kỷ gần đây.
Tại Nhật Bản, với chế phẩm probiotic có tên là E.M. (chế phẩm các vi sinh vật
hữu hiệu – Effective Microoganims) do giáo sư, tiến sỹ TeRuo Higa, Trường Đại học
Ryukyus, Okinawa, Nhật Bản đề xuất năm 1980. Trong chế phẩm này có khoảng 80
loài vi sinh vật kỵ khí và hiếu khí thuộc các nhóm: vi khuẩn quang hợp, vi khuẩn lactic
nấm men, nấm mốc, xạ khuẩn. 80 loài vi sinh vật này được lựa chọn từ 2000 loài được
sử dụng phổ biến trong công nghệ thực phẩm và công nghệ lên men, trong chăn nuôi,
trồng trọt cũng như bảo vệ môi trường đều cho kết quả khả quan. Đến nay chế phẩm
này được hơn 80 nước và vùng lãnh thổ sử dụng, đặc biệt là khu vực Châu Á và Thái
Bình Dương trong đó có Trung Quốc, Hàn Quốc, Thái Lan và Việt Nam (Lương Đức
Phẩm, 2007).

5


2.2.1. Các nhóm vi sinh vật được sử dụng trong thành phần chế phẩm
probiotic
Chế phẩm vi sinh là tập hợp các chủng vi sinh vật có ích. Đó là các tế bào sống
của các chủng vi sinh vật, sống hợp sinh và sinh sản ra một số hợp chất có tác dụng

đến đời sống cây trồng, vật nuôi và cải thiện môi trường. Các vi sinh vật dùng làm
probiotic thường có những đặc điểm sau đây: có khả năng bám dính vào niêm mạc
đường tiêu hóa của vật chủ, dễ nuôi cấy, không sinh chất độc và không gây bệnh cho
vật chủ, có khả năng tồn tại độc lập trong một thời gian dài, có khả năng sinh các
enzym hoặc các sản phẩm cuối cùng mà vật chủ có thể sử dụng, chịu được pH thấp ở
dạ dày và muối mật ở ruột non, biểu hiện hiệu quả có lợi đối với vật chủ.
Thành phần chế phẩm probiotic thường có những nhóm vi sinh vật sau:
1. Vi khuẩn lactic;
2. Vi khuẩn Bacillus;
3. Vi khuẩn quang dưỡng khử H2S - vi khuẩn tía có lưu huỳnh, vi khuẩn tía
không có lưu huỳnh và vi khuẩn xanh khử H2S;
4. Nấm men (Saccharomyces).
- Các nhóm vi sinh vật phụ:
5. Nhóm vi khuẩn nitrit hóa và Nitrat hóa (Nitrosomonas, Nitrobacter);
6. Nhóm xạ khuẩn;
7. Nhóm nấm mốc;
Trong số này nhóm xạ khuẩn, nấm mốc thường chỉ dùng khi chế phẩm bổ sung
vào phân huỷ rác thải hoặc nuôi cấy chủng sinh ra một lượng enzym đáng kể dùng bổ
sung vào chế phẩm để hỗ trợ sự phân huỷ hợp chất hữu cơ (Lương Đức Phẩm, 2007).
2.2.2. Cơ chế tác dụng của các vi sinh vật trong probiotic
- Cạnh tranh thức ăn và vị trí bám với các vi sinh vật gây bệnh.
- Làm bất họat các độc tố hay các sản phẩm trao đổi chất có hại do các vi sinh
vật gây bệnh gây ra.

6


- Tạo ra các chất ức chế sự sinh trưởng các vi sinh vật gây bệnh, ví dụ: chất
kháng sinh, hydroperoxit, acid hữu cơ, bacteriocin…
2.2.3. Công dụng của chế phẩm probiotic trong nuôi trồng thủy sản

Trước những yêu cầu ngày càng cao của người tiêu dùng trong và ngoài nước
đối với các mặt hàng thực phẩm thủy sản là “An toàn - Chất lượng” nên đòi hỏi người
nuôi phải tăng cường các biện pháp phòng bệnh cho các mô hình nuôi của mình để hạn
chế bệnh phát sinh. Đây cũng là một biện pháp nhằm hạn chế dư lượng các loại hóa
chất và kháng sinh cấm sử dụng trong sản phẩm thủy sản vượt quá giới hạn cho phép
theo các quy định của thị trường quốc tế. Chế phẩm probiotic là những sản phẩm có
chứa một vài các nhóm vi sinh vật (là những loài vi khuẩn sống có lợi) như nhóm:
Bacillus sp., Lactobacillus sp., Nitrosomonas sp., Nitrobacter sp., Clostridium sp…
Ngoài ra, trong thành phần của một số chế phẩm probiotic có chứa các Enzyme (men
vi sinh) như Protease, Lipase, Amylase …có công dụng hỗ trợ tiêu hóa và giúp hấp thu
tốt thức ăn để trộn vào thức ăn cho cá. Các chế phẩm probiotic được sản xuất ở 3
dạng: dạng viên, dạng bột và dạng nước.
Khi đưa chế phẩm probiotic vào môi trường nước ao, các vi sinh vật có lợi sẽ
sinh sôi và phát triển rất nhanh trong môi trường nước. Sự hoạt động của các vi sinh
vật có lợi sẽ có tác dụng cho các ao nuôi thủy sản như:
1, Phân hủy các chất hữu cơ trong nước (chất hữu cơ là một trong nhiều nguyên
nhân làm môi trường nước bị ô nhiễm), hấp thu xác tảo chết và làm giảm sự gia tăng
của lớp bùn đáy.
2, Giảm các độc tố trong môi trường nước (do các chất khí: NH3, NO2, H2S…
phát sinh), do đó sẽ làm giảm mùi hôi trong nước, giúp tôm cá phát triển tốt.
3, Ức chế sự hoạt động và phát triển của vi sinh vật có hại (do các loài vi sinh
vật có lợi sẽ cạnh tranh thức ăn và tranh giành vị trí bám với vi sinh vật có hại). Trong
môi trường nước, nếu vi sinh vật có lợi phát triển nhiều sẽ kìm hãm, ức chế, lấn át sự
phát triển của vi sinh vật có hại, do đó sẽ hạn chế được mầm bệnh phát triển để gây
bệnh cho tôm cá.
4, Giúp ổn định độ pH của nước, ổn định màu nước do chế phẩm probiotic hấp
thu chất dinh dưỡng hòa tan trong nước nên hạn chế tảo phát triển nhiều, do đó sẽ
7

giảm chi phí thay nước. Đồng thời chế phẩm probiotic còn có tác dụng gián tiếp làm
tăng oxy hòa tan trong nước, giúp tôm cá đủ oxy để thở, do đó tôm cá sẽ khỏe mạnh, ít
bệnh, ăn nhiều, mau lớn.
Ngoài ra, một số chế phẩm probiotic còn được sử dụng trong trường hợp trộn
vào thức ăn để nâng cao khả năng hấp thu thức ăn của cơ thể tôm cá, làm giảm hệ số
thức ăn và phòng chống các bệnh nhiễm khuẩn đường ruột cho tôm cá. Do đó, sử
dụng chế phẩm probiotic sẽ có ý nghĩa nhiều mặt trong việc nâng cao hiệu quả kinh tế
cho các mô hình nuôi thủy sản như: làm tăng hiệu quả sử dụng thức ăn (giảm hệ số
thức ăn), tôm cá nhanh lớn, rút ngắn thời gian nuôi, tăng tỷ lệ sống và tăng năng suất
do tôm cá nuôi ít bị hao hụt, giảm chi phí thay nước, giảm chi phí sử dụng thuốc
kháng sinh và hóa chất trong việc điều trị bệnh.
2.2.4. Tình hình sử dụng các chế phẩm probiotics trong hoạt động nuôi
trồng thủy sản ở Việt Nam
Những năm gần đây, để giảm thiểu những bất lợi do sử dụng hóa chất trong
nuôi trồng thủy sản, việc nghiên cứu và sử dụng các chế phẩm sinh học để phòng bệnh
và cải thiện môi trường trong quá trình nuôi tôm ở nước ta đang phát triển mạnh
(FICen, 2007). Hiện nay có hàng trăm loại chế phẩm sinh học được sử dụng trong lĩnh
vực nuôi trồng thủy sản, bao gồm chế phẩm trộn vào thức ăn và chế phẩm xử lý nước.
Đa số các chế phẩm có nguồn gốc ngoại nhập hay sử dụng công nghệ từ nước ngoài để
sản xuất phân phối tại Việt Nam. Tuy nhiên, yếu tố lợi nhuận được đặt lên hàng đầu,
chưa thật sự quan tâm đúng mức đến quyền lợi của người sử dụng. Chưa kể đến tác
dụng của chế phẩm ra sao bởi vì những chế phẩm ngoại nhập hay chủng vi sinh vật từ
nước ngoài đưa vào Việt Nam có phù hợp với điều kiện của nước ta hay không thì việc
đưa một lượng đáng kể chủng vi sinh vật vào cũng là một mối nguy hiểm tiềm tàng,
xét về khía cạnh an toàn sinh học (Lương Đức Phẩm, 2007).
Giá bán của các loại chế phẩm này khá cao, nên đã gây khó khăn cho người
nuôi trồng thủy sản trong việc lựa chọn một sản phẩm vừa đạt chất lượng vừa có giá
thành rẻ. Với lý do đó, việc đẩy mạnh nghiên cứu để sản xuất probiotics dùng trong
chăn nuôi và nuôi trồng thủy sản là một yêu cầu tất yếu. Tuy nhiên sản phẩm tinh chế
thì giá thành còn cao nên ở nước ta hiện nay vẫn sử dụng nguồn nguyên liệu chủ yếu là

các loại phụ phẩm của ngành nông nghiệp. Do đó giá thành của probiotics giảm xuống
8


nhiều và cũng giúp cho vật nuôi tiêu hóa tốt hơn, giảm tỉ lệ bệnh và góp phần cải thiện
môi trường.
Viện Sinh học Nhiệt đới đã thành công trong việc nghiên cứu và sản xuất chế
phẩm probiotic BioII gồm hỗn hợp các vi sinh vật sống và enzyme tiêu hóa dùng trong
nuôi trồng thủy sản. Chế phẩm này đã được khảo nghiệm trên ao nuôi tôm sú ở các
tỉnh cho kết quả khả quan và được Công ty thuốc thú y và nuôi trồng thủy sản đưa ra
thị trường (Võ Thị Hạnh và ctv, 2004).
Các nhà khoa học tại Viện hóa học các hợp chất thiên nhiên đã nghiên cứu và
sản xuất thành công chế phẩm EBS2 để bổ sung vào thức ăn trong nuôi trồng thủy sản.
EBS2 có vai trò quan trọng như những vitamin kích thích trong quá trình sinh trưởng
của các đối tượng nuôi trồng thủy sản. Kết quả thử nghiệm với cua biển cho thấy trong
22 ngày đầu lô cua dùng thức ăn tổng hợp có bổ sung EBS2 đạt tốc độ tăng trưởng
3,5%. Trong khi đó lô không bổ sung EBS2 có tốc độ tăng trưởng là 0,9% và lô dùng
thức ăn tự nhiên có tốc độ tăng trưởng là 0,5% (Phòng hóa sinh biển, 2001).
Ngoài ra, chế phẩm sinh học Biochie bao gồm một số chủng thuộc chi Bacillus
(Bacillus subtilis, Bacillus megaterium, Bacillus licheniformis) và Lactobacillus
(Lactobacillus acidophilus). Chúng có chức năng phân hủy hợp chất hữu cơ bằng cách
tiết ra các enzyme như protease, amylase. Chúng còn có khả năng tổng hợp chất kháng
khuẩn làm giảm số lượng vi sinh vật gây bệnh phát triển quá mức như Vibrio,
Aeromonas…. Sử dụng chế phẩm sinh học Biochie để xử lý nước nuôi tôm cá có tác
dụng làm giảm lượng bùn hữu cơ, giảm chu kỳ thay nước và cải thiện môi trường
(tăng oxi hòa tan, giảm COD, BOD). Bên cạnh đó, còn có tác dụng giảm đáng kể tỷ lệ
chết, tỷ lệ còi cọc, tăng sản lượng và giảm mùi hôi của ngư trường (Vũ Thị Thứ và ctv,
2004a).
Ngoài những chế phẩm probiotic trên, chế phẩm sinh học BioF có chứa chủng
Lactobacillus acidophillus được sử dụng trong nuôi trồng thủy sản có tác dụng tăng

khả năng hấp thụ thức ăn và hạn chế bệnh do Aeromonas, Vibrio… gây ra. Những
nghiên cứu gần đây đã cho thấy khi bổ sung BioF vào thức ăn tôm làm tăng tỷ lệ sống
và đặc biệt tăng đáng kể sản lượng tôm trong ao. Kết quả bước đầu cho thấy sử dụng
BioF để nuôi tôm giống rất hiệu quả, tôm tăng trưởng nhanh, khỏe, đồng đều (Vũ Thị
Thứ và ctv, 2004b).

9


Chế phẩm EM được giáo sư Teruo Higa - Nhật Bản phát minh năm 1980, được
ứng dụng trong các lĩnh vực nông - ngư nghiệp trên thế giới. Tuy nhiên, chế phẩm EM
ở dạng lỏng được nhân giống từ EM gốc của Nhật Bản với mật độ tế bào vi sinh vật có
lợi cho nuôi trồng thủy sản thấp (< 107 CFU/ml) nên hiệu quả sử dụng không cao. Để
góp phần hoàn thiện và nâng cao hiệu quả chế phẩm EM, phòng Vi sinh ứng dụng Viện Sinh học Nhiệt đới đã nghiên cứu sản xuất ra chế phẩm VEM sử dụng bổ sung
với chế phẩm BioII. Chế phẩm VEM (Vietnamese effective microorganisms) gồm tập
hợp các vi sinh vật hữu ích có trong chế phẩm EM. Ngoài ra, còn có thêm một số loài
vi khuẩn Bacillus spp. được chọn lọc và vi khuẩn quang dưỡng, không chỉ có tác dụng
cải thiện môi trường nước nuôi trồng thủy sản mà còn cạnh tranh và đối kháng với các
loài vi khuẩn gây bệnh tôm, cá (Võ Thị Hạnh và ctv, 2004).
Tại Bạc Liêu, nhiều hộ nuôi tôm đã áp dụng phương pháp nuôi có bổ sung chế
phẩm vi sinh. Mô hình này bước đầu mang lại hiệu quả khá cao. Ưu điểm của mô hình
nuôi tôm sử dụng chế phẩm vi sinh là tạo nên môi trường sạch, chi phí thấp, tôm phát
triển nhanh và hạn chế dịch bệnh, nhất là bệnh đốm trắng, đầu vàng, phân trắng
(FICen, 2007).
Tại xã Tân Hưng Đông - huyện Cái Nước - tỉnh Cà Mau, việc áp dụng mô hình
nuôi tôm bằng chế phẩm EM.ZEO bước đầu mang lại hiệu quả khả quan, giữ cho môi
trường của ao luôn sạch, tôm khỏe mạnh mà hoàn toàn không sử dụng các hóa chất
độc hại, kháng sinh. Trong suốt quá trình nuôi, tôm phát triển tốt và không bị nhiễm
bệnh. Đây là mô hình nuôi tôm công nghiệp mang tính bền vững vì quy trình của dự
án sử dụng chủ yếu vi sinh EM.ZEO (FICen, 2007).

Việc sử dụng các chế phẩm vi sinh đã mang lại nhiều lợi ích cho người nuôi
như: sẽ giảm được vất vả, tăng lợi nhuận và ý thức hơn về việc bảo vê môi trường
xung quanh; đối với vật nuôi thì mang lại sự khỏe mạnh, sức đề kháng tốt hơn với
bệnh tật, tốc độ tăng trưởng nhanh hơn,…và cải thiện được môi trường nuôi. Tuy
nhiên, người nuôi cần chú ý đến những thông tin về sản phẩm có thể hỏi ý kiến của các
chuyên gia, tránh lạm dụng quá mức hay sử dụng các chế phẩm vi sinh không phù hợp
tại Việt Nam.

10


2.3. Tổng quan về quorum sensing
2.3.1. Định nghĩa quorum sensing
Quorum sensing là một cơ chế hoạt động do sự thể hiện quá trình kết hợp gen
của vi khuẩn trong một phương thức phụ thuộc mật độ. Quá trình này phụ thuộc vào
quá trình sinh sản. Sự phát hiện và phóng thích của các phân tử hóa học tín hiệu gọi là
điều khiển tự động (Miller & Bassler, 2001). Nhiều quá trình trong thế giới vi khuẩn
được điều tiết bởi quorum sensing, bao gồm quá trình cộng sinh, sản xuất kháng sinh,
tự tạo thành màng sinh học, hiện tượng phát sáng sinh học, và động lực của vi khuẩn
gây bệnh (Lazdunski và ctv, 2004).
Trong thế giới vi khuẩn tồn tại cả hai loại ngôn ngữ quorum sensing, ngôn ngữ
phổ biến và ngôn ngữ đặc hiệu, cho phép vi khuẩn giao tiếp trong cùng một loài và
giữa các loài. Quá trình quorum sensing ở vi khuẩn Gram âm được điều khiển bởi
phân tử tín hiệu AHL (N-acyl-homoserine lactone). Ở vi khuẩn Gram dương, quá trình
quorum sensing được điều khiển bởi các phân tử oligopeptide có chiều dài 5 – 17
amino acid.
2.3.2. Sự phân hủy sinh học quá trình quorum sensing ở vi khuẩn gây bệnh
Một trong những tiếp cận trong việc ức chế quorum sensing của vi khuẩn gây
bệnh là việc phân lập những vi khuẩn probiotic có khả năng phân hủy quorum sensing.
Đã có khá nhiều nghiên cứu về việc sử dụng những vi khuẩn có khả năng sử dụng

phân tử quorum sensing làm nguồn carbon và nitơ, vì vậy, chúng được sử dụng để
phòng và trị các bệnh có liên quan đến quorum sensing ở thực vật (Uroz và ctv, 2003).
Tuy nhiên, các nghiên cứu về quá trình quorum sensing trong thủy sản vẫn còn khá ít.
Vibrio harveyi là vi khuẩn gây bệnh đối với nhiều động vật thủy sản (Gomez – Gil và
ctv, 2004). Vi khuẩn này có ba hệ thống quorum sensing khác nhau, điều tiết sự biểu
hiện của các gene liên quan đến quá trình phát sáng sinh học (Henke và Bassler, 2004).
Gần đây, Manefield và ctv (2000) tìm thấy hiện tượng phát sáng và sản xuất toxin ở
Vibrio harveyi bị ức chế khi bổ sung furanone, chất ức chế quorum sensing. Furanone
khi bổ sung vào bể ương làm giảm tỷ lệ chết của ấu trùng tôm sú Penaeus monodon.
Defoirdt và ctv (2005) phát hiện thấy hệ thống quorum sensing AI-2 ở Vibrio harveyi
có liên quan đến động lực của nó đối với Artermia. Mặc khác trên rotifer Brachionus
plicatilis, Tinh và ctv (2007) tìm thấy cả hai hệ thống quorum sensing HAI-1 và AI-2
quyết định động lực của Vibrio harveyi đối với sinh vật này. Việc bổ sung furanone
11


vào bể nuôi Artermia hoặc rotifer giúp làm giảm động lực của Vibrio harveyi. Trong
một nghiên cứu gần đây nhất, Tinh và ctv (2007, in press) phân lập một hỗn hợp
probiotic từ hệ tiêu hóa của tôm, có khả năng phân hủy phân tử quorum sensing của
Vibrio harveyi. Hỗn hợp probiotic này giúp làm tăng tốc độ tăng trưởng của rotifer khi
bị cảm nhiễm với Vibrio harveyi.

Hình 2.1 Hệ thống quorum seneing của Vibrio harveyi,trạng thái mật độ tế bào thấp
và cao của hệ thống quorum sensing được thể hiện tương ứng ở hình A và B. H (histidine),
D (aspartate), IM (inner membrane), OM (outer membrane), H-T-H (helix-turn-helix),
P biểu hiện trong đường tròn là sự truyền tính trạng quan tâm bởi số lượng phospho thay thế,
AI-1 và AI -2 được mô tả bởi hình ngũ giác và hình tam giác.

Khả năng phân hủy phân tử AHL phân bố rộng rãi trong vi khuẩn. Những
tab/7594995f1.html

enzyme có thể ức chế phân tử AHL đã được khám phá ở các loài vi khuẩn thuộc nhóm
ß-Proteobacteria (Zhang và ctv., 2002), α-Proteobacteria (Uroz và ctv., 2003) và γProteobacteria (Uroz và ctv., 2003) cũng như ở một số lòai thuộc nhóm vi khuẩn Gram
dương (Dong và ctv., 2002). Những lòai vi khuẩn này có thể khóa hệ thống quorum
sensing của những loài vi khuẩn cạnh tranh để đạt được ưu thế chọn lọc. Ví dụ như, đó

12


là trường hợp của những vi khuẩn sinh sống ở gần các vi khuẩn điều khiển quá trình
tiết ra chất kháng sinh thông qua quorum sensing (Pierson và ctv., 1998). Quá trình ức
chế thật sự các hợp chất tín hiệu có thể được xúc tác bởi hai lọai enzyme: AHL
lactonase và AHL acylase. Bên cạnh đó, enzyme acylase của các sinh vật bậc cao cũng
có thể ức chế các phân tử AHL (Xu và ctv., 2003).
Từ những kết quả đạt được bằng cách sử dụng những kỹ thuật bẻ gãy hệ thống
quorum sensing của vi khuẩn gây bệnh cho thấy rằng đây là một biện pháp đầy hứa
hẹn thay thế cho sử dụng kháng sinh trong việc chống lại sự nhiễm khuẩn. Cách tiếp
cận này cũng có thể có giá trị trong nuôi trồng thủy sản, khi mà mối liên hệ giữa
quorum sensing và sự thể hiện yếu tố động lực của một số vi khuẩn gây bệnh ở động
vật thủy sản đã được chứng minh.
2.4. Tổng quan về công nghệ lên men
2.4.1. Định nghĩa về lên men (Fermentation)
Lên men được bao gồm hai nghĩa khác nhau:
Theo nghĩa sinh hóa: lên men sinh hóa là quá trình phân giải đường
(hydratcarbon) tạo thành các hữu cơ đơn giản và năng lượng, mà trong đó có hydro
được tách ra từ cơ chất (thường là glucid) và được chuyển đến chất nhận điện tử cuối
cùng là chất hữu cơ trung gian. Đây là quá trình lên men kị khí, sự có mặt oxy sẽ ức
chế quá trình lên men. Thuộc loại này có lên men rượu, lên men lactic. Quá trình này
được áp dụng để chế biến các loại thực phẩm lên men.
Theo nghĩa kỹ nghệ: lên men kỹ nghệ là quá trình chuyển hóa các hydratcarbon

thành các sản phẩm của tế bào trong điều kiện hiếu khí. Bản chất của vấn đề này là
hoạt động sinh tổng hợp của vi sinh vật, sự hiện diện của oxy là rất cần thiết. Thuộc
loại này có lên men sinh khối tế bào (biomass), tạo các sản phẩm trao đổi chất thứ cấp
và sơ cấp của tế bào vi sinh vật.
2.4.2. Nguyên tắc chung của kỹ thuật lên men
2.4.2.1. Tuyển chọn giống vi sinh vật và biện pháp bảo quản
Chủng vi sinh vật sử dụng ở quy mô công nghiệp phải đảm bảo các tiêu chuẩn
sau: vi sinh vật phải sản xuất được các sản phẩm mong muốn với năng suất cao, không
tạo các sản phẩm phụ không mong muốn, nhất là không tạo độc tố, sử dụng được
13


nguồn nguyên liệu rẻ tiền, sẵn có ở địa phương, có khả năng tách dễ dàng các tế bào,
hoặc các sản phẩm tạo ra sau quá trình lên men, chủng phải có hoạt tính mạnh, có khả
năng chống sự tạp nhiễm khi chuyển từ nồi nhân giống sang nồi lên men, chủng vi
sinh vật được bảo quản dễ dàng, tồn tại các đặc tính trong suốt thời gian sử dụng,
chủng vi sinh vật có khả năng thay đổi các đặc tính bằng các kỹ thuật đột biến, kỹ
thuật lắp ghép gene để không ngừng cải thiên chất lượng giống tốt hơn.
Phương pháp bảo quản giống vi sinh vật: giữ giống vi sinh vật là một công tác
hết sức quan trọng và cần thiết không phải chỉ với các trung tâm giữ giống quốc tế
hoặc quốc gia mà ngay cả đối với các phòng thí nghiệm chuyên ngành. Điều dễ hiểu là
giống rất dễ bị thoái hóa nếu không bảo quản dúng kỹ thuật. Có các phương pháp giữ
giống sau đây: giữ giống trên môi trường thạch nghiêng, giữ giống dưới lớp dầu
khoáng (đối với vi khuẩn kỵ khí), giữ giống trong các chất mang (carrier), giữ giống
trên silicagen, genlatin, giữ giống trên giấy lọc, giữ giống bằng phương pháp lạnh sâu
trong glycerol hoặc nitơ lỏng, giữ giống bằng phương pháp đông khô (Đông khô là
phương pháp làm thăng hoa nước có trong môi trường nhũ hóa vi sinh vật ở điều kiện
áp suất thấp. Ưu điểm là vi sinh vật có tỷ lệ sống rất cao, đặc tính di truyền không thay
đổi, thời gian giữ giống kéo dài khá lâu).
2.4.2.2. Nguyên liệu dùng trong công nghệ lên men

Nguồn muối vô cơ: đảm bảo các yếu tố N, K, P và các nguyên tố vi lượng:
Urea, Sulphatamon (NH4)2SO4, (NH4)2HPO4, H3PO4, KH2PO4, KHPO4, KCL, H2SO4,
CaCO3, MgSO4, FeSO4, MnSO4, ZnSO4.
Nguồn carbon: rỉ đường (mật mía hay mật củ cải đường không kết tinh được
trong quá trình sản xuất đường), Malt trích ly, tinh bột, detri, dịch kiềm sulphit,
cellulose, dầu thực vật (dầu đậu nành, dầu dừa, dầu phọng (dầu phá bọt), dầu hạt bông,
methanol và carbuhydro dầu hỏa…
Nguồn nitơ hữu cơ: sử dụng cao ngô, dịch chiết nấm men, peptone.

14


2.4.3. Kỹ thuật lên men

Hình 2.2 Sơ đồ quy trình lên men.
2.5. Tổng quan về thiết bị lên men
2.5.1. Định nghĩa và phân loại thiết bị phản ứng sinh học
Định nghĩa: các thiết bị thực hiện những biến đổi sinh hóa với sự tham gia của
vi sinh vật hoặc enzyme trực tiếp gọi là thiết bị phản ứng sinh học hoặc fermenter.
Fermenter dạng đơn giản nhất chính là một tế bào hay một vi sinh vật và lớn nhất có
thể đến hàng ngàn vài ngàn mét khối hay dạng trung gian từ phòng thí nghiệm (đĩa
petri) đến cơ thể động vật, bình lắc trong nhân giống, hoặc dạng bán công nghiệp.
Phân loại: trong công nghiệp công nghệ sinh học có nhiều loại fermenter với
cấu trúc khác nhau, hoạt đông theo những phương thức không giống nhau nên có thể
phân loại theo nhiều phương pháp: theo kết cấu phối trộn người ta chia fermenter
thành: fermenter có cánh và không có cánh khuấy, khuấy bằng sục khí …; theo cơ cấu
trao đổi nhiệt chia thành: trao đổi nhiệt bằng ống xoắn, bằng vỏ bọc …; theo nguyên
lý hoạt động chia thành: Fermenter hoạt đông liên tục, fermenter hoạt động gián đoạn
và bán liên tục; theo hình dạng chia thành: fermenter dạng thùng và dạng tháp; theo
mô hình cấu trúc dòng: fermenter khuấy lý tưởng, đẩy lý tưởng, chuỗi thiết bị khuấy,

15


theo mô hình khuếch tán …; Theo dạng tồn tại của vi sinh vật trong thiết bị: fermenter
dạng màng (cố định hay lơ lửng) và dạng keo tụ (lơ lửng);
2.5.2. Giới thiệu về fermenter sử dụng cho mục đích nghiên cứu
Fermenter dạng thùng, coi như khuấy trộn lý tưởng, hoạt động gián đoạn, có
cánh khuấy và khuấy bằng sục khí, thể tính lên men dao động từ 5 lit đến 80 lit. Trong
fermenter hoạt động gián đoạn có cánh khuấy thì từng vị trí trong thiết bị xảy ra cùng
một giai đoạn.
Một chu kỳ lên men xảy ra theo các bước sau đây: cơ chất và các chất dinh
dưỡng, cùng với vi sinh vật được cho vào fermenter; tiến hành quá trình đến khi đạt
yêu cầu về độ chuyển hóa; ngừng lại tháo sản phẩm ra, vệ sinh khử trùng thiết bị; tiến
hành mẻ khác trong cùng một không gian nhung khác nhau về thời gian. Các thông số
của quá trình thay đổi theo cả không gian và theo thời gian tiến hành quá trình.
Do cách tiến hành như vậy nên: đây là là quá trình tiến hành theo mẻ nên mang
tính không ổn định rõ rệt (phụ thuộc vào thời gian tiến hành quá trình).
Phương pháp này có nhược điểm: tốn nhiều nhân công, năng lượng, năng suất
thấp, khó cơ giới hóa, tự động hóa. Tuy nhiên cũng có một số ưu điểm là: thực hiện
đơn giản, công nghệ linh động, đầu tư ban đầu thấp. Có một số sản phẩm phải làm
gián đoạn mới có chất lượng.

Hình 2.3 Hệ thống nồi lên men (Fermenter) dung tích 7,5 lit tại Phòng Sinh học
Thực nghiệm, Viện Nghiên cứu Nuôi trồng Thủy sản II.
16