Đề cương môn vi sinh thực phẩm- Trường Đại học bách khoa - Đại học đà nẵng.

I, CÁC ĐỊNH NGHĨA
1, SP DÙNG CHO CÂY TRỒNG
a, VSV CÓ LỢI/ HỮU HIỆU -
VSV có lợi (benneficial microorganism): VSV có lợi nói chung, có thể chưa biết hoặc không
xác định, có tương tác có lợi cho vật chủ. VD:
Vi khuẩn cố định đạm: Chuyển hóa khí nitơ từ không khí thành hợp chất dạng amoniac mà
cây trồng có thể hấp thụ. (Ví dụ: Azotobacter, Rhizobium).
Vi khuẩn phân giải lân: Giúp hòa tan các hợp chất photphat khó tan trong đất, cung cấp
lân dễ hấp thụ cho cây. (Ví dụ: Bacillus, Pseudomonas). -
VSV hữu hiệu (effective microorganism -EM): VSV có lợi đã biết và có hiệu quả khi sử dụng VD:
 Vi khuẩn lactic (Lactic acid bacteria):
• Giúp ức chế sự phát triển của vi sinh vật gây bệnh.
• Hỗ trợ quá trình lên men chất hữu cơ trong đất.
 Vi khuẩn quang hợp (Phototrophic bacteria):
• Tăng cường khả năng hấp thụ ánh sáng và chuyển hóa năng lượng cho cây trồng.
• Tham gia vào quá trình cố định đạm và phân giải chất hữu cơ. b, 8 KHÁI NIỆM SP VSV
1. Chế phẩm cố định đạm (Nitrogen-fixing microbial products):
Chứa vi sinh vật có khả năng cố định khí nitơ từ không khí, chuyển hóa thành dạng cây trồng có thể
hấp thụ như amoni hoặc nitrat, giúp giảm nhu cầu sử dụng phân đạm hóa học. •
Ví dụ: Rhizobium (cộng sinh với cây họ đậu), Azotobacter (tự do).
2. Chế phẩm phân giải lân (Phosphate-solubilizing microbial products):
Sản phẩm này chứa vi sinh vật có khả năng phân giải photphat khó tan trong đất thành dạng lân dễ
hấp thụ, cung cấp dinh dưỡng quan trọng cho cây. •
Ví dụ: Bacillus megaterium, Pseudomonas fluorescens.
3. Chế phẩm phân giải kali (Potassium-solubilizing microbial products):
Gồm các vi sinh vật có khả năng phân giải các hợp chất kali không tan, giúp cây trồng hấp thụ tốt
hơn, từ đó cải thiện năng suất và chất lượng cây trồng. •
Ví dụ: Bacillus mucilaginosus.
4. Chế phẩm vi sinh vật đối kháng (Biocontrol microbial products):
Sản phẩm chứa vi sinh vật có khả năng ức chế hoặc tiêu diệt các tác nhân gây bệnh cho cây trồng
như nấm, vi khuẩn, tuyến trùng. Chúng cạnh tranh dinh dưỡng, tiết enzyme hoặc chất kháng sinh tự nhiên để bảo vệ cây. •
Ví dụ: Trichoderma (đối kháng nấm bệnh), Bacillus subtilis.
5. Chế phẩm nấm rễ cộng sinh (Mycorrhizal products):
Chứa nấm rễ cộng sinh, giúp cây trồng hấp thụ nước và khoáng chất hiệu quả hơn, đặc biệt là lân.
Đồng thời, chúng còn giúp cây tăng khả năng chống chịu với stress và sâu bệnh. •
Ví dụ: Glomus spp.
6. Chế phẩm vi sinh vật kích thích sinh trưởng (Plant growth-promoting microbial products):
Sản phẩm chứa các vi sinh vật tiết ra hormone sinh trưởng (như auxin, gibberellin) hoặc enzyme
kích thích sự phát triển của cây, tăng cường sự ra rễ và sinh trưởng. •
Ví dụ: Pseudomonas fluorescens, Azospirillum.
7. Chế phẩm phân giải chất hữu cơ (Organic matter-degrading microbial products):
Bao gồm vi sinh vật giúp phân hủy nhanh các chất hữu cơ như cellulose, lignin, chitin, biến chúng
thành chất dinh dưỡng dễ hấp thụ cho cây và cải thiện cấu trúc đất. •
Ví dụ: Aspergillus niger, Bacillus licheniformis.
8. Chế phẩm vi sinh cải tạo đất (Soil-improving microbial products):
Chứa các vi sinh vật có khả năng cải thiện cấu trúc và độ phì nhiêu của đất bằng cách điều hòa độ
pH, tăng cường hàm lượng chất hữu cơ và cải thiện khả năng giữ nước, thoáng khí của đất. •
Ví dụ: Thiobacillus (điều chỉnh pH), vi khuẩn lactic (Lactobacillus).
2, SP DÙNG CHO VẬT NUÔI a, Probiotic
- (FAO/WHO 2001): Là những VSV sống mà khi được kiểm soát đủ số lượng sẽ mang lại lợi
ích cho sức khỏe vật chủ b, paraprobiotic
- (postbiotic): Sản phẩm chứa VSV bị bất hoạt (nguyên vẹn hoặc bị phá vỡ) hoặc thành phần
tế bào VSV có lợi cho sức khỏe vật chủ khi sử dụng đủ số lượng
II, QUY TRÌNH NGHIÊN CỨU PHÁT TRIỂN SẢN PHẨM
- Đánh giá thực trạng/nhu cầu
+ Dựa trên thực trạng nuôi trồng: mức độ của vấn đề • Nhỏ: bỏ qua
• Lớn: Tìm biện pháp giải quyết
- Dựa trên các thông tin khoa học xem VSV có thể giúp giải quyết vấn đề (cơ chế sinh học, hóa học) + Không: bỏ qua
+ Có: triển khai nghiên cứu phát triển sản phẩm
- Tạo nguồn giống
- Tạo sinh khối qui mô nhỏ - Tạo công thức
- Đánh giá hiệu quả trên vật chủ/ sinh thái
- Sản xuất qui mô lớn
Câu 1: Vẽ sơ đồ tóm tắt và thuyết minh quy trình nghiên cứu phát triển sản phẩm vsv dùng
trong trồng trọt/chăn nuôi/thủy sản?
Đối tượng chọn: Nấm mốc Trichoderma dùng trong trồng trọt (đối kháng nấm bệnh gây hại)
1. Đánh giá thực trạng/nhu cầu • Nội dung:
o Khảo sát tình trạng sâu bệnh và các vấn đề trong sản xuất nông nghiệp, ví dụ: bệnh
nấm gây hại (Fusarium, Phytophthora).
o Đánh giá nhu cầu sử dụng chế phẩm sinh học thân thiện môi trường, giảm hóa chất nông nghiệp. 2. Tạo nguồn giống • Nội dung:
o Thu thập mẫu nấm Trichoderma từ đất, rễ cây.
o Phân lập và xác định chủng Trichoderma hiệu quả trong đối kháng nấm bệnh.
o Bảo quản giống gốc trong điều kiện thích hợp.
3. Tạo nguồn sinh khối quy mô nhỏ • Nội dung:
o Nuôi cấy Trichoderma trong môi trường lỏng hoặc rắn (bã đậu nành, cám gạo) để tạo sinh khối.
o Kiểm tra mật độ bào tử, chất lượng và độ sạch của sinh khối. 4. Tạo công thức • Nội dung:
o Phát triển công thức chế phẩm: kết hợp sinh khối nấm mốc với chất mang (bột talc, than bùn, đất sét).
o Tối ưu hóa độ ẩm, tỷ lệ thành phần và khả năng bảo quản lâu dài.
5. Đánh giá hiệu quả trên vật chủ/sinh thái • Nội dung:
o Thử nghiệm chế phẩm Trichoderma trên cây trồng thực tế (ví dụ: lúa, cà chua).
o Đo lường hiệu quả kiểm soát nấm bệnh, tác động lên sinh trưởng cây, và ảnh hưởng
đến hệ vi sinh vật đất.
o Đánh giá an toàn sinh thái. 6. Sản xuất quy mô lớn • Nội dung:
o Mở rộng sản xuất sinh khối Trichoderma trong nhà máy với quy trình tự động hóa.
o Đóng gói chế phẩm theo tiêu chuẩn, phân phối đến nông dân.
o Kiểm soát chất lượng sản phẩm cuối cùng (mật độ bào tử, độ bền sản phẩm). Thuyết minh sơ đồ:
1. Đánh giá thực trạng/nhu cầu: Là bước đầu tiên nhằm xác định rõ các vấn đề thực tiễn cần
giải quyết. Nếu nấm bệnh gây hại trên diện rộng, việc phát triển sản phẩm vi sinh đối kháng
như Trichoderma sẽ đáp ứng nhu cầu này.
2. Tạo nguồn giống: Là công đoạn quan trọng để lựa chọn chủng vi sinh vật có hoạt tính cao
nhất và phù hợp với điều kiện địa phương.
3. Tạo sinh khối quy mô nhỏ: Cho phép thử nghiệm và tối ưu hóa quá trình nuôi cấy trong điều
kiện kiểm soát, chuẩn bị cho sản xuất lớn hơn.
4. Tạo công thức: Công thức chế phẩm cần được thiết kế để bảo đảm hiệu quả, tiện lợi sử dụng, và bảo quản tốt.
5. Đánh giá hiệu quả: Thử nghiệm thực tế trên cây trồng để kiểm chứng hiệu quả kiểm soát
bệnh, an toàn sinh thái và tác động tích cực đến hệ sinh thái nông nghiệp.
6. Sản xuất quy mô lớn: Khi đạt đủ hiệu quả và an toàn, sản phẩm được sản xuất thương mại,
cung cấp cho thị trường.
Đối tượng lựa chọn: Vi khuẩn Azotobacter
Azotobacter là vi khuẩn cố định đạm, có khả năng cải thiện độ phì nhiêu của đất và hỗ trợ tăng trưởng cây trồng.
1. Đánh giá thực trạng/nhu cầu •
Mục tiêu: Xác định nhu cầu cải thiện năng suất cây trồng bằng cách tăng hàm lượng đạm
trong đất mà không cần lạm dụng phân hóa học. • Phương pháp:
o Khảo sát hiện trạng đất canh tác và năng suất cây trồng.
o Đánh giá mức độ ô nhiễm do phân bón hóa học.
o Phỏng vấn nông dân về khó khăn và nhu cầu sử dụng sản phẩm thân thiện môi trường. 2. Tạo nguồn giống •
Mục tiêu: Lựa chọn chủng Azotobacter có hoạt tính cố định đạm cao nhất. • Phương pháp:
o Thu thập mẫu đất từ các vùng đất trồng khác nhau.
o Phân lập và định danh vi khuẩn Azotobacter bằng phương pháp sinh học phân tử
(PCR, giải trình tự gen).
o Sàng lọc các chủng có hiệu suất cố định đạm cao.
3. Tạo nguồn sinh khối quy mô nhỏ •
Mục tiêu: Nuôi cấy Azotobacter để tạo sinh khối ban đầu. • Phương pháp:
o Chuẩn bị môi trường nuôi cấy thích hợp.
o Nuôi cấy lắc để tăng sinh khối vi khuẩn.
o Đánh giá mật độ và hoạt tính vi khuẩn sau khi nuôi cấy. 4. Tạo công thức •
Mục tiêu: Phát triển sản phẩm chứa vi khuẩn Azotobacter phù hợp với điều kiện thực tế. • Phương pháp:
o Kết hợp Azotobacter với các chất mang như than bùn, bột đất sét, hoặc polyme sinh học.
o Bổ sung chất dinh dưỡng giúp bảo quản và duy trì hoạt tính vi khuẩn. o Đóng gói thử nghiệm.
5. Đánh giá hiệu quả trên vật chủ/sinh thái •
Mục tiêu: Kiểm tra hiệu quả sản phẩm trên cây trồng và môi trường. • Phương pháp:
o Thử nghiệm trên các loại cây như lúa, ngô trong điều kiện nhà kính và ngoài đồng ruộng.
o Đo lường các chỉ tiêu như năng suất, hàm lượng đạm trong đất, và sinh trưởng cây trồng.
o Theo dõi tác động đến vi sinh vật đất và sinh thái môi trường. 6. Sản xuất quy mô lớn •
Mục tiêu: Triển khai sản xuất đại trà để cung ứng thị trường. • Phương pháp:
o Tối ưu hóa quy trình lên men trong các bể lớn (bioreactor).
o Cải tiến công thức sản phẩm để tăng thời gian bảo quản.
o Đảm bảo chất lượng sản phẩm qua các bước kiểm định tiêu chuẩn.
Câu2: Vẽ sơ đồ tóm tắt và thuyết minh quy trình nghiên cứu phát triển sản phẩm phân bón
vsv hòa tan K dùng trong trồng trọt
1. Đánh giá thực trạng/nhu cầu
Mục tiêu: Hiểu rõ tình hình thiếu hụt Kali trong đất canh tác và nhu cầu sử dụng phân bón vi
sinh hòa tan K trong sản xuất nông nghiệp. Hoạt động chi tiết:
Khảo sát đất và cây trồng:
Thu thập mẫu đất từ các vùng nông nghiệp khác nhau.
Đo lường hàm lượng Kali sẵn có bằng các phương pháp hóa học (phương pháp quang phổ
hấp thụ nguyên tử, phương pháp trao đổi ion).
Ghi nhận thông tin về loại cây trồng phổ biến, các vấn đề về sinh trưởng và năng suất cây
trồng do thiếu hụt Kali.
Khảo sát nhu cầu thị trường:
Phỏng vấn nông dân, hợp tác xã nông nghiệp về việc sử dụng phân bón hóa học chứa Kali (KCl, K2SO4).
Đánh giá mức độ sẵn sàng chuyển đổi sang phân bón vi sinh. Phân tích dữ liệu:
Xác định vùng địa lý có nhu cầu cao đối với sản phẩm phân bón vi sinh hòa tan K.
Ước tính tiềm năng thị trường dựa trên nhu cầu của nông dân và diện tích đất canh tác.
Kết quả mong đợi: Xác định mức độ thiếu hụt Kali trong đất, vùng canh tác trọng điểm, và
thị trường tiềm năng cho sản phẩm. 2. Tạo nguồn giống
Mục tiêu: Phân lập và lựa chọn vi sinh vật có khả năng hòa tan hợp chất chứa Kali từ môi
trường tự nhiên hoặc nguồn sưu tập giống. Hoạt động chi tiết:
Thu thập mẫu vi sinh vật:
Lấy mẫu từ đất giàu khoáng chất Kali (khu vực chứa mica, feldspar).
Thu thập mẫu từ vùng rễ cây khỏe mạnh (rhizosphere), nơi có sự hoạt động mạnh của vi sinh vật. Phân lập vi sinh vật:
Nuôi cấy trên môi trường đặc biệt chứa hợp chất Kali không tan (mica, feldspar) để chọn lọc
vi sinh vật có khả năng hòa tan.
Phân lập các chủng vi sinh vật triển vọng như Bacillus mucilaginosus, Aspergillus niger, Penicillium spp..
Kiểm tra hoạt tính hòa tan Kali:
Thử nghiệm khả năng tiết enzyme ngoại bào (polysaccharide-degrading enzyme) để hòa tan hợp chất Kali.
Đo lường lượng Kali hòa tan bằng cách phân tích nồng độ ion K⁺ trong dung dịch nuôi cấy
(phương pháp flame photometry hoặc ICP-MS).
Xác định và định danh vi sinh vật:
Thực hiện PCR và giải trình tự gen 16S rRNA (vi khuẩn) hoặc ITS (nấm) để xác định chính xác chủng vi sinh vật.
Kết quả mong đợi: Lựa chọn chủng vi sinh vật có hoạt tính hòa tan Kali cao, tiềm năng sử
dụng làm thành phần chính trong sản phẩm phân bón.
3. Tạo nguồn sinh khối quy mô nhỏ
Mục tiêu: Sản xuất sinh khối vi sinh vật trong điều kiện phòng thí nghiệm, tối ưu hóa để
chuẩn bị cho sản xuất lớn. Hoạt động chi tiết:
Thiết lập điều kiện nuôi cấy:
Chuẩn bị môi trường nuôi cấy tối ưu (glucose, peptone, cao ngô) để hỗ trợ sự phát triển của vi sinh vật.
Điều chỉnh các thông số:
Nhiệt độ: 28-37°C tùy thuộc vào chủng. pH: 6.5-7.5.
Thời gian nuôi: 24-72 giờ. Thu hoạch sinh khối:
Sử dụng phương pháp ly tâm hoặc lọc để tách sinh khối khỏi môi trường lỏng.
Nếu nuôi trên môi trường rắn, thu hoạch trực tiếp từ chất mang (than bùn, đất sét).
Đánh giá chất lượng sinh khối:
Xác định mật độ tế bào (CFU/mL hoặc CFU/g).
Đo lường khả năng hòa tan Kali sau quá trình nuôi cấy.
Kết quả mong đợi: Sinh khối vi sinh vật đạt chất lượng cao, sẵn sàng cho các thử nghiệm tiếp theo.
4. Tạo công thức sản phẩm
Mục tiêu: Phát triển công thức phân bón vi sinh đảm bảo hiệu quả, ổn định và dễ sử dụng. Hoạt động chi tiết: Lựa chọn chất mang:
Thử nghiệm các chất mang như than bùn, đất sét, bột talc hoặc phân hữu cơ.
Đảm bảo chất mang cung cấp môi trường bảo vệ vi sinh vật và hỗ trợ phân phối sản phẩm.
Phối trộn và thử nghiệm công thức:
Kết hợp sinh khối vi sinh vật với chất mang ở các tỷ lệ khác nhau.
Bổ sung vi chất dinh dưỡng (phosphat, nitrat) để tăng hiệu quả hấp thụ K.
Thử nghiệm độ ổn định và khả năng sống sót của vi sinh vật trong điều kiện bảo quản khác
nhau (nhiệt độ, độ ẩm).
Kiểm tra đặc tính sản phẩm:
Đo khả năng giải phóng Kali từ hợp chất không tan sau khi phối trộn.
Đảm bảo sản phẩm giữ được hiệu quả trong vòng 6-12 tháng.
Kết quả mong đợi: Công thức sản phẩm ổn định, dễ bảo quản, và hiệu quả hòa tan Kali cao.
5. Đánh giá hiệu quả trên vật chủ/sinh thái
Mục tiêu: Kiểm tra hiệu quả thực tế của phân bón vi sinh trên cây trồng và hệ sinh thái đất. Hoạt động chi tiết:
Thử nghiệm trên cây trồng mục tiêu:
Áp dụng sản phẩm trên các loại cây trồng như lúa, ngô, khoai tây, hoặc rau màu.
So sánh năng suất, hàm lượng Kali trong cây giữa nhóm sử dụng phân bón vi sinh và nhóm đối chứng.
Đánh giá tác động lên đất:
Phân tích cấu trúc vi sinh vật đất trước và sau khi bón phân bằng kỹ thuật metagenomics.
Đánh giá sự cân bằng vi sinh vật trong đất và các chỉ số sinh thái (hàm lượng chất hữu cơ, độ phì nhiêu). Kiểm tra tính an toàn:
Đảm bảo sản phẩm không gây ảnh hưởng tiêu cực đến các sinh vật có ích trong đất (như vi
khuẩn cố định đạm, vi khuẩn phân giải photphat).
Kết quả mong đợi: Sản phẩm chứng minh hiệu quả trong việc tăng hấp thụ Kali, cải thiện
năng suất cây trồng, và an toàn cho môi trường đất. 6. Sản xuất quy mô lớn
Mục tiêu: Đưa sản phẩm vào sản xuất công nghiệp, đáp ứng nhu cầu thị trường. Hoạt động chi tiết:
Mở rộng quy trình sản xuất:
Ứng dụng hệ thống bioreactor để sản xuất sinh khối vi sinh vật ở quy mô lớn.
Điều chỉnh quy trình để tối ưu hóa chi phí và năng suất.
Kiểm định chất lượng sản phẩm:
Thực hiện kiểm tra chất lượng (CFU, khả năng hòa tan Kali) trước khi đóng gói.
Đảm bảo sản phẩm đạt tiêu chuẩn về độ ẩm, mật độ vi sinh vật và thời gian bảo quản. Đóng gói và phân phối:
Thiết kế bao bì tiện lợi, thân thiện môi trường.
Xây dựng hệ thống phân phối qua các đại lý nông nghiệp và hợp tác xã.
Kết quả mong đợi: Sản phẩm hoàn thiện, đạt tiêu chuẩn chất lượng và sẵn sàng thương mại hóa.
Câu 3: Vẽ sơ đồ tóm tắt và thuyết minh quy trình nghiên cứu phát triển sản phẩm vsv kiểm
soát nấm bệnh cây trồng
1. Đánh giá thực trạng và nhu cầu Mục tiêu:
Xác định loại nấm bệnh gây hại phổ biến, mức độ ảnh hưởng, và nhu cầu sử dụng vi sinh vật
đối kháng trong sản xuất nông nghiệp. Hoạt động: •
Khảo sát thực địa:
o Lấy mẫu đất và cây trồng từ các khu vực bị nhiễm bệnh nấm.
o Ghi nhận các loại cây trồng bị ảnh hưởng, triệu chứng bệnh lý, điều kiện đất và môi trường canh tác. •
Xác định loại nấm bệnh:
o Sử dụng phương pháp nuôi cấy phân lập để nhận diện các loài nấm như Fusarium,
Phytophthora, Pythium, Rhizoctonia, và Sclerotinia.
o Xác nhận bằng PCR và giải trình tự gen để định danh chính xác. •
Phân tích nhu cầu thị trường:
o Thu thập thông tin từ nông dân và các đơn vị sản xuất về khó khăn trong kiểm soát
bệnh nấm và hiệu quả của các sản phẩm hóa học hiện tại.
Kết quả mong đợi:
Danh sách các loại nấm bệnh gây hại phổ biến và dữ liệu thị trường về nhu cầu sản phẩm sinh học.
2. Lựa chọn và phân lập vi sinh vật Mục tiêu:
Phân lập vi sinh vật có khả năng kiểm soát nấm bệnh từ môi trường tự nhiên. Hoạt động: • Thu mẫu:
o Lấy mẫu đất và rễ cây khỏe mạnh từ vùng đất trồng có nguy cơ nhiễm nấm bệnh cao.
o Môi trường mẫu đa dạng giúp tăng khả năng tìm thấy vi sinh vật đối kháng hiệu quả. •
Phân lập vi sinh vật:
o Sử dụng môi trường đặc hiệu (PDA, NA, King’s B) để nuôi cấy và phân lập vi sinh
vật như Trichoderma spp., Bacillus spp., và Pseudomonas fluorescens. •
Thử nghiệm khả năng đối kháng:
o Thực hiện thí nghiệm đối kháng trên đĩa thạch (dual culture assay) để kiểm tra khả
năng ức chế nấm bệnh.
o Xác định vùng ức chế và ghi nhận mức độ hiệu quả. •
Kiểm tra đặc tính bổ sung:
o Đánh giá khả năng tiết enzyme phân giải (chitinase, glucanase) hoặc sản xuất các
chất kháng sinh (siderophore, HCN).
Kết quả mong đợi:
Lựa chọn được các chủng vi sinh vật có khả năng đối kháng nấm bệnh hiệu quả.
3. Tạo nguồn sinh khối quy mô nhỏ Mục tiêu:
Sản xuất sinh khối vi sinh vật để thử nghiệm ở quy mô nhỏ. Hoạt động: •
Nuôi cấy vi sinh vật:
o Lựa chọn môi trường tối ưu để sản xuất sinh khối (môi trường lỏng hoặc rắn).
o Điều chỉnh các điều kiện nuôi cấy như nhiệt độ, pH, thời gian nuôi. •
Thu hoạch sinh khối:
o Sử dụng phương pháp ly tâm, lọc để tách sinh khối từ môi trường lỏng.
o Trong trường hợp môi trường rắn, sinh khối sẽ được thu trực tiếp từ chất mang. •
Bảo quản sinh khối:
o Sấy đông khô hoặc sấy phun để bảo quản lâu dài.
Kết quả mong đợi:
Sinh khối vi sinh vật chất lượng cao, sẵn sàng cho các bước thử nghiệm tiếp theo.
4. Tạo công thức sản phẩm Mục tiêu:
Phát triển công thức sản phẩm hiệu quả, dễ sử dụng và bảo quản lâu dài. Hoạt động: •
Kết hợp sinh khối với chất mang:
o Thử nghiệm các chất mang như than bùn, bột talc, cao lanh, hoặc polymer sinh học.
o Đánh giá khả năng bảo vệ vi sinh vật khỏi điều kiện bất lợi trong bảo quản và ứng dụng. •
Tối ưu hóa công thức:
o Xác định tỷ lệ vi sinh vật và chất mang để đạt hiệu quả tối đa.
o Thêm chất hỗ trợ (chất chống ẩm, dinh dưỡng bổ sung) nếu cần thiết. •
Đánh giá tính ổn định:
o Kiểm tra khả năng sống sót của vi sinh vật trong công thức qua thời gian và các điều
kiện khác nhau (nhiệt độ, độ ẩm).
Kết quả mong đợi:
Công thức sản phẩm bền vững, dễ ứng dụng và phù hợp với điều kiện thực địa.
5. Đánh giá hiệu quả trên cây trồng Mục tiêu:
Kiểm chứng hiệu quả sản phẩm trên cây trồng mục tiêu trong điều kiện thực tế. Hoạt động: •
Thử nghiệm trong nhà lưới:
o Áp dụng sản phẩm trên cây trồng trong điều kiện có kiểm soát.
o Theo dõi các chỉ tiêu như tỷ lệ nhiễm bệnh, mức độ phát triển của nấm bệnh, và năng suất cây trồng. •
Thử nghiệm ngoài đồng:
o Kiểm tra hiệu quả trong điều kiện tự nhiên với quy mô lớn hơn.
o Đánh giá tính phù hợp với các loại cây trồng và điều kiện canh tác khác nhau. •
Phân tích hệ vi sinh vật đất:
o Sử dụng kỹ thuật phân tích metagenomics để kiểm tra sự thay đổi trong hệ vi sinh vật
đất sau khi sử dụng sản phẩm.
Kết quả mong đợi:
Sản phẩm chứng minh hiệu quả trong việc kiểm soát nấm bệnh, cải thiện năng suất và sức khỏe cây trồng.
6. Sản xuất quy mô lớn Mục tiêu:
Tối ưu hóa quy trình sản xuất để đáp ứng nhu cầu thị trường. Hoạt động: •
Mở rộng sản xuất sinh khối:
o Ứng dụng hệ thống bioreactor để tăng quy mô và hiệu suất nuôi cấy.
o Điều chỉnh các thông số kỹ thuật để đảm bảo sinh khối đạt chất lượng ổn định. •
Chuẩn hóa quy trình sản xuất:
o Tạo quy trình đồng nhất từ nuôi cấy, thu hoạch đến bảo quản.
o Áp dụng tiêu chuẩn chất lượng (CFU, độ ẩm, tính thuần khiết). •
Đóng gói và phân phối:
o Thiết kế bao bì thân thiện với môi trường, đảm bảo khả năng bảo quản sản phẩm.
o Xây dựng hệ thống phân phối và marketing để tiếp cận nông dân.
Kết quả mong đợi:
Sản phẩm sẵn sàng thương mại hóa, đạt tiêu chuẩn chất lượng và mang lại hiệu quả cao cho người sử dụng.
Câu 4: Vẽ sơ đồ tóm tắt và thuyết minh quy trình nghiên cứu phát triển sản phẩm vi sinh vật
kiểm soát côn trùng gây hại trên cây trồng
1. Đánh giá thực trạng/nhu cầu
Mục tiêu: Xác định vấn đề côn trùng gây hại, mức độ thiệt hại và nhu cầu sử dụng sản
phẩm sinh học thay thế thuốc hóa học. •
Khảo sát thực địa:
o Thu thập thông tin về loài côn trùng gây hại phổ biến trên các cây trồng như
lúa, ngô, rau màu (ví dụ: sâu đục thân, rầy nâu).
o Ghi nhận mức độ phá hoại, chu kỳ phát triển của côn trùng trong từng mùa vụ. •
Đánh giá kinh tế:
o Phân tích thiệt hại kinh tế do côn trùng gây hại.
o So sánh chi phí sử dụng thuốc trừ sâu hóa học với lợi ích kinh tế khi chuyển
sang sản phẩm vi sinh.
2. Tạo nguồn giống
Mục tiêu: Lựa chọn vi sinh vật có khả năng kiểm soát hiệu quả côn trùng mục tiêu. •
Lựa chọn vi sinh vật:
o Bacillus thuringiensis (Bt): Sản xuất độc tố protein (Cry) có khả năng tiêu diệt
nhiều loại côn trùng (sâu đục thân, sâu cuốn lá).
o Beauveria bassiana: Loại nấm ký sinh trên côn trùng, tấn công thông qua bào tử
nấm, làm côn trùng chết dần. •
Phân lập vi sinh vật:
o Thu thập mẫu từ đất, lá cây hoặc bộ sưu tập giống.
o Phân lập vi sinh vật bằng phương pháp nuôi cấy chọn lọc trên môi trường đặc hiệu.
3. Tạo nguồn sinh khối quy mô nhỏ
Mục tiêu: Nuôi cấy vi sinh vật trong điều kiện tối ưu để sinh khối đạt mật độ cao và
duy trì hoạt tính kiểm soát côn trùng. •
Quy trình nuôi cấy:
o Môi trường nuôi cấy đặc trưng: Dựa trên nhu cầu dinh dưỡng của từng loài vi sinh vật.
o Điều kiện nuôi cấy: Tối ưu hóa các yếu tố như nhiệt độ, pH, nồng độ oxy, nhằm
đạt hiệu quả sinh trưởng cao nhất. •
Theo dõi và thu sinh khối:
o Đo mật độ vi sinh vật bằng phương pháp đếm khuẩn lạc hoặc quang phổ kế.
o Thu hoạch sinh khối bằng ly tâm hoặc lọc.
4. Tạo công thức
Mục tiêu: Chuyển sinh khối vi sinh vật thành sản phẩm cuối dễ sử dụng và bảo quản lâu dài. •
Kết hợp sinh khối và chất mang:
o Chất mang dạng bột (than bùn, cao lanh) hoặc lỏng (dung dịch glycerol) giúp
bảo vệ vi sinh vật.
o Phối trộn với chất phụ gia như dầu khoáng để tăng hiệu quả phun xịt và khả
năng bám dính trên cây trồng. •
Kiểm tra tính ổn định:
o Đánh giá khả năng sống sót của vi sinh vật trong điều kiện lưu trữ.
o Thử nghiệm độ phân tán và hiệu quả khi phun.
5. Đánh giá hiệu quả trên vật chủ/sinh thái
Mục tiêu: Kiểm tra hiệu quả sản phẩm trên cây trồng thực tế và tác động lên môi trường. •
Thử nghiệm thực địa:
o Phun sản phẩm lên các cây bị côn trùng gây hại.
o Theo dõi tỷ lệ côn trùng bị tiêu diệt, tốc độ phục hồi cây trồng và năng suất cây trồng. •
Đánh giá tác động sinh thái:
o Kiểm tra sự ảnh hưởng đến các sinh vật có ích như thiên địch (ong ký sinh, kiến).
o Đánh giá tác động đến hệ vi sinh vật đất.
6. Sản xuất quy mô lớn
Mục tiêu: Tối ưu hóa sản xuất để tạo ra sản phẩm với số lượng lớn, đạt chất lượng ổn định. •
Mở rộng quy mô sản xuất:
o Thiết lập hệ thống lên men công nghiệp (fermenter) để sản xuất sinh khối vi sinh
vật ở quy mô lớn.
o Điều chỉnh thời gian nuôi cấy, điều kiện môi trường để tối ưu hóa năng suất. •
Đóng gói và kiểm định chất lượng:
o Đóng gói sản phẩm dạng bột hoặc dung dịch.
o Kiểm tra chất lượng về mật độ vi sinh vật, hiệu quả sinh học và độ ổn định
trước khi tung ra thị trường.
Câu 5: Vẽ sơ đồ tóm tắt và thuyết minh quy trình nghiên cứu phát triển sản phẩm probiotic
kháng khuẩn gây bệnh trong đường tiêu hóa vật nuôi
1. Đánh giá thực trạng/nhu cầu
Mục tiêu: Xác định tình hình bệnh lý đường tiêu hóa của vật nuôi và nhu cầu sử dụng sản
phẩm probiotic thay thế kháng sinh. • Khảo sát thực tế:
o Thu thập thông tin về các bệnh phổ biến trong đường tiêu hóa vật nuôi như bệnh tiêu
chảy do Salmonella, Escherichia coli, Clostridium perfringens, và vi khuẩn gây bệnh khác.
o Phân tích thiệt hại kinh tế của những bệnh này trong ngành chăn nuôi (bao gồm chi
phí điều trị và giảm hiệu suất sản xuất).
o Xác định các vấn đề liên quan đến việc sử dụng kháng sinh trong chăn nuôi, đặc biệt
là việc kháng kháng sinh và ảnh hưởng đến sức khỏe người tiêu dùng. •
Nhu cầu sử dụng probiotic:
o Các probiotic có thể thay thế kháng sinh trong việc kiểm soát các bệnh nhiễm khuẩn
đường tiêu hóa, giúp cải thiện sức khỏe vật nuôi mà không gây ra tác dụng phụ nguy hiểm. 2. Tạo nguồn giống
Mục tiêu: Phân lập và chọn lọc các chủng vi sinh vật có khả năng kháng khuẩn mạnh mẽ và
có lợi cho đường ruột vật nuôi. • Phân lập vi sinh vật:
o Mẫu vi sinh vật có thể được thu thập từ hệ vi sinh vật đường ruột của vật nuôi khỏe
mạnh, từ môi trường như đất, phân, hay các nguồn khác.
o Các phương pháp nuôi cấy chọn lọc giúp phân lập các chủng có khả năng sản sinh
chất kháng khuẩn tự nhiên, như bacteriocins hay các hợp chất kháng khuẩn khác. •
Lựa chọn chủng probiotic:
o Các chủng Lactobacillus spp., Bifidobacterium spp., Bacillus spp. và Enterococcus
spp. nổi bật nhờ khả năng sản sinh acid lactic, chống lại vi khuẩn gây bệnh, giúp tăng
cường hệ miễn dịch đường ruột.
o Đặc biệt, các chủng Bacillus subtilis, Bacillus licheniformis có thể tiết ra các enzyme
giúp phân hủy chất độc trong dạ dày vật nuôi, trong khi các chủng Lactobacillus cải
thiện khả năng tiêu hóa và sức khỏe đường ruột. • Đặc tính kháng khuẩn:
o Kiểm tra khả năng của các chủng probiotic trong việc ức chế vi khuẩn gây bệnh như
Salmonella, E. coli qua các thử nghiệm in vitro (nuôi cấy trong môi trường nhân tạo).
o Đánh giá khả năng kháng nhiệt độ và muối mật để đảm bảo vi sinh vật có thể tồn tại
và hoạt động hiệu quả trong môi trường khắc nghiệt của đường tiêu hóa.
3. Tạo nguồn sinh khối quy mô nhỏ
Mục tiêu: Nuôi cấy vi sinh vật trên quy mô phòng thí nghiệm để chuẩn bị cho quy trình sản xuất quy mô lớn. • Quy trình nuôi cấy:
o Vi sinh vật được nuôi cấy trong các môi trường đặc trưng với các thành phần dinh
dưỡng như glucose, peptone, và các yếu tố vi lượng khác để hỗ trợ sự phát triển tối ưu của vi sinh vật.
o Tối ưu hóa các yếu tố như nhiệt độ, pH, và tốc độ khuấy trong các bình nuôi cấy,
giúp đạt được mật độ vi sinh vật cao nhất. •
Thu hoạch và kiểm tra sinh khối:
o Sinh khối được thu hoạch sau khi vi sinh vật đã đạt mật độ cao, sau đó được kiểm tra
bằng các phương pháp như đếm số lượng vi khuẩn qua phương pháp đếm khuẩn lạc hoặc đo quang học (OD).
o Kiểm tra hoạt tính kháng khuẩn của sinh khối qua các thử nghiệm trên môi trường
nhân tạo hoặc mẫu thực phẩm, nước uống. 4. Tạo công thức
Mục tiêu: Phối trộn vi sinh vật với chất mang và phụ gia để tạo ra sản phẩm ổn định, dễ sử dụng cho vật nuôi. •
Chất mang và chất bảo vệ:
o Các chất mang như maltodextrin, bột sữa tách béo, hoặc polymer sinh học giúp bảo
vệ vi sinh vật trong quá trình vận chuyển và lưu trữ, đồng thời duy trì độ ổn định của sản phẩm.
o Chất ổn định sinh học như cryoprotectant giúp giữ vi sinh vật sống trong điều kiện
khô, giúp sản phẩm có thể bảo quản lâu dài mà không làm giảm hoạt tính sinh học. • Dạng sản phẩm:
o Sản phẩm có thể được chế tạo dưới dạng bột, viên nang, hoặc hỗn dịch để dễ dàng bổ
sung vào thức ăn chăn nuôi hoặc nước uống.
o Cần phải thiết kế công thức sao cho vi sinh vật vẫn duy trì hiệu quả kháng khuẩn khi
sử dụng trong điều kiện môi trường thực tế.
5. Đánh giá hiệu quả trên vật chủ/sinh thái
Mục tiêu: Kiểm tra tính hiệu quả và sự an toàn của probiotic trên vật nuôi trong điều kiện thực tế. •
Thử nghiệm trên vật nuôi:
o Thực hiện thử nghiệm trên các nhóm vật nuôi, bao gồm các loài gia súc (như bò, heo)
và gia cầm (như gà, vịt), để đánh giá hiệu quả của sản phẩm trong việc giảm thiểu sự
phát triển của vi khuẩn gây bệnh đường tiêu hóa.
o Các chỉ số cần theo dõi bao gồm tỷ lệ mắc bệnh, tăng trưởng vật nuôi, sự chuyển hóa
thức ăn, và các chỉ số sức khỏe tổng thể khác. •
Đánh giá tác động lên hệ vi sinh vật đường ruột:
o Sử dụng phương pháp sinh học phân tử như PCR hoặc giải trình tự gen để đánh giá
sự thay đổi trong cấu trúc hệ vi sinh vật đường ruột trước và sau khi sử dụng probiotic.
o Đảm bảo rằng việc bổ sung probiotic không làm mất cân bằng hệ vi sinh vật, mà thay
vào đó có tác dụng có lợi cho sức khỏe đường ruột vật nuôi. 6. Sản xuất quy mô lớn
Mục tiêu: Chuyển quy trình từ quy mô phòng thí nghiệm sang quy mô sản xuất công nghiệp. •
Quy trình sản xuất quy mô công nghiệp:
o Sử dụng hệ thống lên men lớn (fermenter) để nuôi cấy vi sinh vật với dung tích từ vài
trăm lít đến hàng nghìn lít, tối ưu hóa các điều kiện như pH, nhiệt độ, và mật độ khí oxy.
o Thiết lập quy trình sản xuất sinh khối vi sinh vật lớn và đóng gói vào các bao bì an
toàn, phù hợp với yêu cầu của thị trường. •
Kiểm tra chất lượng và ổn định sản phẩm:
o Thực hiện kiểm tra chất lượng theo các chỉ tiêu nghiêm ngặt như mật độ vi sinh vật
sống, khả năng kháng khuẩn, và độ ổn định trong điều kiện bảo quản lâu dài.
o Sản phẩm phải đạt chuẩn chất lượng trước khi phân phối ra thị trường, đảm bảo hiệu quả khi sử dụng. Thuyết minh chi tiết
Quy trình nghiên cứu và phát triển sản phẩm probiotic cho vật nuôi không chỉ giúp thay thế
kháng sinh trong chăn nuôi mà còn cải thiện hệ vi sinh vật đường ruột, tăng cường khả năng
tiêu hóa và sức khỏe miễn dịch. Các bước trong quy trình đảm bảo rằng probiotic có thể tồn
tại trong điều kiện khắc nghiệt của dạ dày và có tác dụng hiệu quả đối với vi khuẩn gây
bệnh, từ đó giúp giảm thiểu thiệt hại kinh tế và bảo vệ sức khỏe vật nuôi trong ngành chăn nuôi.