Luận văn Thạc sĩ Sinh học: Nghiên cứu sử dụng vi sinh vật chế biến xương cá tra thành nguyên liệu thực phẩm giàu Calcium và Protein

Chia sẻ: Lavie Lavie | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:117

Thêm vào BST

Báo xấu

164
lượt xem 25
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Luận văn Thạc sĩ Sinh học: Nghiên cứu sử dụng vi sinh vật chế biến xương cá tra thành nguyên liệu thực phẩm giàu Calcium và Protein được thực hiện nhằm khảo sát thành phần hóa học của bột xương cá tra; đặc điểm sinh học của Bacillus và VK lactic; khảo sát ảnh hưởng của các điều kiện MT nuôi cấy lên khả năng sinh tổng hợp protease và acid của 2 chủng VK nghiên cứu.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Sinh học: Nghiên cứu sử dụng vi sinh vật chế biến xương cá tra thành nguyên liệu thực phẩm giàu Calcium và Protein

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP. HỒ CHÍ MINH Nguyễn Thị Út Lợt NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG VI SINH VẬT CHẾ BIẾN XƯƠNG CÁ TRA THÀNH NGUYÊN LIỆU THỰC PHẨM GIÀU CALCIUM VÀ PROTEIN LUẬN VĂN THẠC SĨ SINH HỌC Thành phố Hồ Chí Minh – 2012
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP. HỒ CHÍ MINH Nguyễn Thị Út Lợt NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG VI SINH VẬT CHẾ BIẾN XƯƠNG CÁ TRA THÀNH NGUYÊN LIỆU THỰC PHẨM GIÀU CALCIUM VÀ PROTEIN Chuyên ngành: VI SINH VẬT HỌC Mã số: 60 42 40 LUẬN VĂN THẠC SĨ SINH HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC TS. LÊ CHIẾN PHƯƠNG Thành phố Hồ Chí Minh - 2012
LỜI CẢM ƠN Tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến TS. Lê Chiến Phương, người đã tận tình hướng dẫn, quan tâm, giúp đỡ và động viên tôi trong suốt quá trình tôi thực hiện đề tài. Và thầy cũng là người giúp tôi gắn kết được khoa học với thực tế. Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy, cô Khoa Sinh học Trường ĐH Sư phạm TP. Hồ chí Minh đã hết lòng dạy dỗ tôi. Tôi xin giử lời cảm ơn đến các anh chị của phòng thí nghiệm Công nghệ biến đổi sinh học - Viện sinh học nhiệt đới và phòng thí nghiệm Vi sinh - Sinh hóa, khoa Sinh học, Trường ĐH Sư phạm TP. Hồ Chí Minh đã tận tình hướng dẫn, động viên, giúp đỡ và tạo điều kiện tốt nhất cho tôi trong suốt quá trình hoàn thành luận văn. Tôi xin gửi lời cảm ơn đến bà Bùi Thị Truyền, giám đốc Công ty trách nhiệm chế biến thủy sản Minh Quý - cụm công nghiệp Tân Mỹ Chánh - TP. Mỹ Tho - tỉnh Tiền Giang đã cung cấp nguyên liệu cho tôi thực hiện đề tài này. Tôi xin chân thành cảm ơn những người thân trong gia đình, bạn bè và động nghiệp đã luôn bên cạnh ủng hộ tôi.
LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu khoa học của tôi, các số liệu, kết quả trình bày trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nghiên cứu nào. Các tài liệu tham khảo đều có nguồn gốc xác thực. Tác giả luận văn Nguyễn Thị Út Lợt
MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN .................................................................................................................i LỜI CAM ĐOAN ......................................................................................................... ii MỤC LỤC .................................................................................................................... iii DANH MỤC NHỮNG TỪ VIẾT TẮT TRONG LUẬN VĂN ................................vi DANH MỤC CÁC HÌNH .......................................................................................... vii DANH MỤC CÁC SƠ ĐỒ ...........................................................................................x DANH MỤC CÁC BẢNG ...........................................................................................xi MỞ ĐẦU ........................................................................................................................1 CHƯƠNG 1 - TỔNG QUAN TÀI LIỆU..................................................................... 3 1.1 Tổng quan về vi sinh vật nghiên cứu .................................................................3 1.1.1 Vi khuẩn Bacillus.......................................................................................... 3 1.1.2 Vi khuẩn lactic .............................................................................................. 7 1.2. Giới thiệu về cá tra ...........................................................................................17 1.2.1 Vị trí phân loại ............................................................................................ 17 1.2.2 Đặc điểm chung .......................................................................................... 17 1.2.3 Tình hình sử dụng phụ phẩm cá tra ........................................................... 18 1.3 Tổng quan về TP giàu calcium và protein ......................................................19 1.3.1 Giới thiệu về calcium .................................................................................. 19 CHƯƠNG 2 - VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU………25 2.1 Nguyên vật liệu ..................................................................................................25 2.1.1 Đối tượng nghiên cứu ................................................................................. 25 2.1.2 Nguyên liệu ................................................................................................. 25 2.1.3 Hóa chất ...................................................................................................... 25 2.1.4 Thiết bị và dụng cụ ..................................................................................... 25
2.2 Môi trường nghiên cứu .....................................................................................26 2.3 Nội dung nghiên cứu .........................................................................................27 2.3.1 Sơ đồ thí nghiệm ......................................................................................... 27 2.3.2 Bố trí thí nghiệm ......................................................................................... 29 2.4 Phương pháp nghiên cứu..................................................................................37 2.4.1 Phương pháp cấy truyền giữ giống [32] [38] ........................................... 37 2.4.2 Phương pháp nghiên cứu đặc điểm sinh học của vi khuẩn ......................... 37 2.4.3 Định danh VK bằng phương pháp sinh học phân tử [33] ........................... 40 2.4.4 Xác định mật độ tế bào bằng phương pháp đếm KL [22] [29] [32] ........... 41 2.4.5 Xác định hoạt tính protease bằng phương pháp khuếch tán trên thạch [11]42 2.4.6 Xác định hoạt độ protease theo phương pháp Anson cải tiến [11] [20] .... 44 2.4.7 Phương pháp định tính acid lactic [16] [21] ............................................... 45 2.4.8 Phương pháp định lượng acid tổng [2] [21] .............................................. 46 2.4.9 Phương pháp xác định độ ẩm [3] [10] ........................................................ 46 2.4.10 Phương pháp định lượng calcium [3] [10]................................................ 47 2.4.11 Định lượng đạm tổng số (phương pháp Kjeldahl) [3] [10] ...................... 48 2.4.12 Định lượng đạm formol (phương pháp Sorensen) [3] [10] ...................... 50 2.4.13 Phương pháp xác định đạm ammoniac [3] [10] ....................................... 51 2.4.14 Phương pháp xử lý số liệu ........................................................................ 53 CHƯƠNG 3 - KẾT QUẢ VÀ BIỆN LUẬN ..............................................................54 3.1 Khảo sát thành phần hóa học của bột xương cá tra ......................................54 3.2 Đặc điểm sinh học của Bacillus và VK lactic ..................................................54 3.2.1 Bacillus ....................................................................................................... 55 3.2.2 VK lacic ...................................................................................................... 56 3.2.3 Kết quả định danh đến loài bằng sinh học phân tử ..................................... 58 3.3 Khảo sát ảnh hưởng của các điều kiện MT nuôi cấy lên khả năng sinh tổng hợp protease và acid của 2 chủng VK nghiên cứu ...............................................59 3.3.1 Khảo sát ảnh hưởng của các điều kiện MT nuôi cấy lên khả năng sinh tổng hợp protease của Bacillus amyloliquefaciens .............................................. 59
3.3.2 Khảo sát ảnh hưởng của các điều kiện MT nuôi cấy lên khả năng sinh acid của Lactobacillus casei ................................................................................. 69 3.4 Xác định các điều kiện thích hợp cho quá trình thủy phân protein từ xương cá tra bằng dịch nuôi cấy Bacillus amyloliquefaciens .........................................79 3.4.1 Ảnh hưởng của tỷ lệ nước ........................................................................... 80 3.4.2 Ảnh hưởng của tỷ lệ dịch nuôi cấy ............................................................. 81 3.4.3 Ảnh hưởng của nhiệt độ .............................................................................. 83 3.4.4 Ảnh hưởng của thời gian ............................................................................ 84 3.5 Xác định điều kiện thích hợp cho quá trình trích ly calcium từ xương cá tra bằng dịch lên men Lactobacillus casei ...................................................................85 3.5.1 Ảnh hưởng của tỷ lệ dịch lên men .............................................................. 85 3.5.2 Ảnh hưởng của thời gian trích ly ................................................................ 86 3.6 Một số chỉ tiêu sinh hóa của dịch xương cá tra sau thủy phân protein và trích ly calcium bằng VSV ......................................................................................88 CHƯƠNG 4 - KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ...........................................................90 4.1 Kết luận ..............................................................................................................90 4.2 Kiến nghị ............................................................................................................90 TÀI LIỆU THAM KHẢO ..........................................................................................92 PHỤ LỤC .....................................................................................................................98
DANH MỤC NHỮNG TỪ VIẾT TẮT TRONG LUẬN VĂN C Ca 2+ Hàm lượng calcium HSTN đht Hiệu suất thu nhận đạm hòa tan HSTP Hiệu suất thủy phân KL Khuẩn lạc MT Môi trường NF Nitrogen formol N NH3 Nitrogen ammoniac N TS Nitrogen tổng số NL Nguyên liệu STP Sau thủy phân TP Thực phẩm t0 opt Nhiệt độ tối thích VK Vi khuẩn VSV Vi sinh vật
DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1: Cây phát sinh loài của VK lactic........................................................................... 8 Hình1.2: Lactobacillus casei ................................................................................................. 10 Hình1.3: Lactobacillus bulgaricus ........................................................................................ 11 Hình 1.4: Lactobacillus brevis ............................................................................................... 12 Hình 1.5: Cá tra ....................................................................................................................... 7 Hình 1.6: Sữa giàu calcium .................................................................................................. 21 Hình 1.7: Một số dược phẩm giàu calcium ......................................................................... 22 Hình 1.8: Một số thực phẩm bổ sung calcium .................................................................... 22 Hình 3.1: Bột xương cá tra ................................................................................................... 54 Hình 3.2: Hình thái KL của Bacillus (x4) ........................................................................... 55 Hình 3.3: Hình thái tế bào của Bacillus (x100) ................................................................... 55 Hình 3.4: Bào tử của Bacillus (x100) ................................................................................... 55 Hình 3.5: Bacillus có catalase dương tính ........................................................................... 56 Hình 3.6: Vòng phân giải casein của Bacillus có hoạt tính protease ................................ 56 Hình 3.7: Hình thái KL của VK lactic (x4) ......................................................................... 57 Hình 3.8: Hình thái tế bào của VK lactic (x100) ................................................................ 57 Hình 3.9: VK lactic có catalase âm tính .............................................................................. 58 Hình 3.10: Định tính acid lactic bằng thuốc thử Uphermen ............................................. 58 Hình 3.11: Vòng phân giải casein của Bacillus amyloliquefaciens khi được nuôi ........... 60 cấy ở các khoảng thời gian khác nhau ................................................................................ 60 Hình 3.12: Ảnh hưởng của thời gian nuôi cấy đến hoạt độ protease của ........................ 60
Bacillus amyloliquefaciens .................................................................................................... 60 Hình 3.13: Ảnh hưởng của tỷ lệ giống đến hoạt độ protease của ..................................... 62 Bacillus amyloliquefaciens .................................................................................................... 62 Hình 3.14: Ảnh hưởng của nồng độ sucrose đến hoạt độ protease của ........................... 63 Bacillus amyloliquefaciens .................................................................................................... 63 Hình 3.15: Ảnh hưởng của pH ban đầu đến hoạt độ protease của .................................. 64 Bacillus amyloliquefaciens .................................................................................................... 64 Hình 3.16: Ảnh hưởng của nhiệt độ đến hoạt độ protease của ......................................... 66 Bacillus amyloliquefaciens .................................................................................................... 66 Hình 3.17: Động học quá trình lên men của Bacillus amyloliquefaciens ......................... 67 Hình 3.18: Ảnh hưởng của thời gian nuôi cấy đến khả năng sinh acid của Lactobacillus casei ................................................................................................................. 70 Hình 3.19: Ảnh hưởng của MT nuôi cấy đến khả năng sinh acid của ............................. 71 Lactobacillus casei ................................................................................................................. 71 Hình 3.20: Ảnh hưởng của tỷ lệ giống đến khả năng sinh acid của ................................. 73 Lactobacillus casei ................................................................................................................. 73 Hình 3.21: Ảnh hưởng của nồng độ sucrose đến khả năng sinh acid của Lactobacillus casei ................................................................................................................. 74 Hình 3.22: Ảnh hưởng của pH ban đầu của MT đến khả năng sinh acid của Lactobacillus casei ................................................................................................................. 75 Hình 3.24: Động học quá trình lên men của Lactobacillus casei ...................................... 78 Hình 3.25: Ảnh hưởng của tỷ lệ nước đến quá trình thủy phân protein từ xương cá tra bằng dịch nuôi cấy Bacillus amyloliquefaciens ............................................ 81
Hình 3.26: Ảnh hưởng của tỷ lệ dịch nuôi cấy Bacillus amyloliquefaciens đến quá trình thủy phân protein từ xương cá tra ..................................................................... 82 Hình 3.27: Ảnh hưởng của nhiệt độ đến quá trình thủy phân protein từ xương cá tra bằng dịch nuôi cấy Bacillus amyloliquefaciens ........................................................ 83 Hình 3.28: Ảnh hưởng của thời gian đến quá trình thủy phân protein từ xương cá tra bằng dịch nuôi cấy Bacillus amyloliquefaciens ........................................................ 85 Hình 3.29: Ảnh hưởng của tỷ lệ dịch lên men Lactobacillus casei đến quá trình trích ly calcium từ xương cá tra ........................................................................................... 86 Hình 3.30: Ảnh hưởng của thời gian đến quá trình trích ly calcium từ xương cá tra bằng dịch lên men Lactobacillus casei ........................................................................... 87 Hình 3.31: Dịch xương cá tra ............................................................................................... 88
DANH MỤC CÁC SƠ ĐỒ Sơ đồ 1.1: Quá trình lên men lactic đồng hình (nét liền) và dị hình (nét đứt) ............. 13 Sơ đồ 2.1: Sơ đồ thí nghiệm xử lý phụ phẩm cá tra bằng VSV tạo nguyên liệu TP giàu calcium và protein ............................................................................................... 28 Sơ đồ 2.2: Khảo sát ảnh hưởng của các điều kiện MT nuôi cấy lên khả năng sinh tổng hợp protease của Bacillus amyloliquefaciens.................................................. 31 Sơ đồ 2.3: Khảo sát ảnh hưởng của các điều kiện MT nuôi cấy lên khả năng sinh acid của Lactobacillus casei ...................................................................................... 33 Sơ đồ 2.4: Xác định các điều kiện thích hợp cho quá trình thủy phân protein từ xương cá tra bằng dịch nuôi cấy Bacillus amyloliquefaciens .................................... 35 Sơ đồ 2.5: Xác định điều kiện thích hợp cho quá trình trích ly calcium của xương cá tra bằng dịch lên men Lactobacillus casei ..................................................... 36
DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1: Thành phần dinh dưỡng trên 100g thành phẩm ăn được ............................... 18 Bảng 1.2: Thành phần hóa học của các phần phụ phẩm cá tra....................................... 19 Bảng 1.3: Hàm lượng protein trong một số loại TP thông dụng ..................................... 24 Bảng 3.2: Đặc điểm sinh học của Bacillus .......................................................................... 55 Bảng 3.3: Đặc điểm sinh học của VK lactic ....................................................................... 56 Bảng 3.4: Mật độ tế bào Bacillus amyloliquefaciens trong giống các cấp ...................... 59 Bảng 3.5: Ảnh hưởng của thời gian nuôi cấy đến hoạt độ protease của ......................... 60 Bacillus amyloliquefaciens................................................................................................... 60 Bảng 3.6: Ảnh hưởng của tỷ lệ giống đến hoạt độ protease của ...................................... 61 Bacillus amyloliquefaciens................................................................................................... 61 Bảng 3.7: Ảnh hưởng của nồng độ sucrose đến hoạt độ protease của ............................ 63 Bacillus amyloliquefaciens................................................................................................... 63 Bảng 3.8: Ảnh hưởng của pH ban đầu đến hoạt độ protease của ..................................... 4 Bacillus amyloliquefaciens..................................................................................................... 4 Bảng 3.9: Ảnh hưởng của nhiệt độ đến hoạt độ protease của .......................................... 65 Bacillus amyloliquefaciens................................................................................................... 65 Bảng 3.10: Động học quá trình lên men của Bacillus amyloliquefaciens ....................... 67 Bảng 3.11: Mật độ tế bào Lactobacillus casei trong giống các cấp ................................. 69 Bảng 3.12: Ảnh hưởng của thời gian nuôi cấy đến khả năng sinh acid của Lactobacillus casei ................................................................................................................ 70 Bảng 3.13: Ảnh hưởng của MT nuôi cấy đến khả năng sinh acid của ............................ 71
Lactobacillus casei ................................................................................................................ 71 Bảng 3.14: Ảnh hưởng của tỷ lệ giống đến khả năng sinh acid của ................................ 72 Lactobacillus casei ................................................................................................................ 72 Bảng 3.15: Ảnh hưởng của nồng độ sucrose đến khả năng sinh acid của Lactobacillus casei ................................................................................................................ 74 Bảng 3.16: Ảnh hưởng của pH ban đầu của MT đến khả năng sinh acid của Lactobacillus casei ................................................................................................................ 75 Bảng 3.17: Ảnh hưởng của nhiệt độ đến khả năng sinh acid của .................................... 76 Lactobacillus casei ................................................................................................................ 76 Bảng 3.18: Động học quá trình lên men của Lactobacillus casei..................................... 78 Bảng 3.19: Ảnh hưởng của tỷ lệ nước đến quá trình thủy phân protein từ xương cá tra bằng dịch nuôi cấy Bacillus amyloliquefaciens........................................... 80 Bảng 3.20: Ảnh hưởng của tỷ lệ dịch nuôi cấy Bacillus amyloliquefaciens đến quá trình thủy phân protein từ xương cá tra ................................................................... 82 Bảng 3.21: Ảnh hưởng của nhiệt độ đến quá trình thủy phân protein từ xương cá tra bằng dịch nuôi cấy Bacillus amyloliquefaciens ...................................................... 83 Bảng 3.22: Ảnh hưởng của thời gian đến quá trình thủy phân protein từ xương cá tra bằng dịch nuôi cấy Bacillus amyloliquefaciens ...................................................... 84 Bảng 3.23: Ảnh hưởng của tỷ lệ dịch lên men Lactobacillus casei đến quá trình trích ly calcium từ xương cá tra .......................................................................................... 86 Bảng 3.24: Ảnh hưởng của thời gian đến quá trình trích ly calcium từ xương cá tra bằng dịch lên men Lactobacillus casei ......................................................................... 87 Bảng 3.25: Một số chỉ tiêu sinh hóa của dịch xương cá tra sau thủy phân protein và trích ly calcium bằng VSV ................................................................................ 88
MỞ ĐẦU  Lí do chọn đề tài Theo nghiên cứu của Viện dinh dưỡng Việt Nam, lượng calcium từ bữa ăn hằng ngày của người Việt Nam trung bình là 700mg. Muốn cung cấp đủ calcium cho cơ thể thì lượng thức ăn phải đảm bảo từ 1.200 - 1.300mg calcium/ngày, thậm chí nhiều hơn trong một số trường hợp cần thiết. Hiện nay, các thực phẩm (TP) giàu calcium chủ yếu nhập từ nước ngoài với giá thành cao. Trong khi đó, các nguồn nguyên liệu TP giàu calcium tại Việt Nam rất nhiều, đặc biệt trong phế phẩm động vật như vỏ ghêu, vỏ sò, xương cá, xương gia súc, xương gia cầm, … đang bị bỏ phí, chưa được tận dụng và gây ô nhiễm môi trường (MT). Trong đó, phụ phẩm cá tra được xem như một nguồn tiềm năng cung cấp nguyên liệu giàu calcium và protein rất cần thiết cho con người. Vì vậy, vấn đề xử lý phụ phẩm cá tra hiệu quả, kinh tế và thân thiện với MT đang ngày càng trở nên cấp thiết. Những năm gần đây, việc tận dụng phụ phẩm cá tra đang được sự quan tâm đầu tư của các doanh nghiệp chế biến thủy sản nhằm chế biến ra những mặt hàng có giá trị gia tăng như: đầu, xương chế biến thức ăn công nghiệp phục vụ chăn nuôi, da cá xuất khẩu sang châu Âu phục vụ công nghiệp TP, dược phẩm, ... Bên cạnh đó việc xử lý loại phụ phẩm này bằng phương pháp sinh học đang rất được quan tâm, đặc biệt là sử dụng VSV, vì đây là một trong những biện pháp thân thiện với môi trường nhằm tạo ra những sản phẩm có nhiều công dụng và giá trị dinh dưỡng cao. Từ những lý do trên, chúng tôi chọn đề tài “Nghiên cứu sử dụng vi sinh vật chế biến xương cá tra thành nguyên liệu thực phẩm giàu calcium và protein”.  Mục đích của đề tài Nghiên cứu điều kiện tối ưu để xử lý xương cá tra bằng tác dụng của VSV tạo ra nguyên liệu TP giàu calcium và protein.  Đối tượng nghiên cứu Các chủng VK do phòng thí nghiệm Công nghệ biến đổi sinh học – Viện Sinh học nhiệt đới Thành Phố Hồ Chí Minh cung cấp.  Nhiệm vụ của đề tài
- Phân tích một số chỉ tiêu sinh hóa của xương cá tra. - Khảo sát ảnh hưởng các điều kiện MT nuôi cấy đến khả năng sinh tổng hợp protease của Bacillus amyloliquefaciens và khả năng sinh acid của Lactobacillus casei. - Xác định các điều kiện thích hợp cho quá trình thủy phân protein từ xương cá tra bằng dịch nuôi cấy Bacillus amyloliquefaciens. - Xác định điều kiện thích hợp cho quá trình trích ly calcium từ xương cá tra (sau khi tách protein) bằng dịch lên men Lactobacillus casei. - Phân tích một số chỉ tiêu sinh hóa của dịch xương cá tra đã được xử lý bằng VSV.
CHƯƠNG 1 - TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 Tổng quan về vi sinh vật nghiên cứu 1.1.1 Vi khuẩn Bacillus 1.1.1.1 Đặc điểm chung * Vị trí phân loại Bacillus là giống lớn, đa dạng (có khoảng 48 loài). Theo Ferdinand Cohn (1872), Bacillus (VK tạo nội bào tử) có vị trí phân loại như sau: Giới: Bacteria Ngành: Firmicutes Lớp: Bacilli Bộ: Bacilliales Họ: Bacilliaceae Giống: Bacillus (trực khuẩn tạo nội bào tử) Một số loài thường gặp như Bacillus subtilis, Bacillus amyloliquefaciens, Bacillus cereus, Bacillus mensentericus, ... Loài Bacillus amylolyquefaciens có quan hệ rất gần gũi với loài Bacilus subtilis là hai loài phụ của nó là Bacillus licheniformis và Bacillus pumilus tạo nên nhóm Bacilus subtilis. Vì vậy có khi người ta còn gọi Bacillus amyloliquenfaciens là Bacillus subtilis subsp. amyloliquefaciens. Danh pháp chủng loại quốc tế của Bacillus amyloliquenfaciens là chủng (Strain) ATCC 23350. [40] * Môi trường sống Bacillus có mặt ở khắp nơi trong tự nhiên như trong rơm cỏ, mùn thực vật, đất, không khí, trên bề mặt các loại hạt và sản phẩm được chế biến từ hạt, ... [45] [65] Bacillus có mức độ thích nghi cao. Phần lớn Bacillus là VK ưa nhiệt với nhiệt độ tối thích (t0 opt ) từ 30 - 450C, một số chịu nhiệt lên tới 650C hoặc ưa lạnh với từ 50C - 250C nhưng thường gặp Bacillus sống ở nhiệt độ 34 – 370C. Bacillus sinh trưởng trong khoảng pH rộng từ 2 – 11 [41]. Chúng sinh trưởng tốt ở pH = 7 [33]. Ngoài ra, trong chi này chúng ta có thể gặp một số loài có thể phát triển ở những
MT đặc biệt khắc nghiệt như pH cực trị, nhiệt độ rất cao (một số chủng có thể sống ở MT 1000C trong 30 phút) [45] [65] hoặc rất thấp, và nồng độ muối rất cao mà ít sinh vật nào có thể chịu được là do chúng có khả năng hình thành nội bào tử (nha bào) tồn tại ở trạng thái “ngủ đông” trong thời gian dài [41] [52], và tái tổ hợp DNA bộ gen với DNA lạ [45] [61]. Dưới điều kiện sinh trưởng tối ưu trong phòng thí nghiệm, Bacillus có thời gian thế hệ là 25phút. [41] * Về hình thái KL khô, không màu hoặc màu trắng xám nhạt, hơi nhăn hoặc tạo ra một lớp màng mịn lan trên bề mặt thạch, có mép nhăn hoặc mép lồi, lõm nhiều hay ít bám chặt vào môi trường thạch. [5] [45] [65] Tế bào hình que, kích thước 0.3 - 2.2 x 1.2 - 7µm [41], tế bào thường nối với nhau thành chuỗi có độ dài khác nhau hoặc tạo ra lớp riêng rẽ [45] [65]. Bào tử có dạng hình cầu elip hay hình trụ tròn nằm trong khoảng trung tâm đến gần cuối tế bào và túi bào tử phồng hoặc không phồng, bào tử có kích thước 0.6 - 0.9 x 1.0 - 1.5µm. [43] [68] * Về sinh lý, sinh hóa Bacillus là loại trực khuẩn Gram dương, phản ứng Gram của Bacillus có thể thay đổi trong chu trình sống của nó, chỉ những tế bào còn non mới chắc chắc là Gram dương. Chúng có sinh bào tử [43], khác với tế bào dinh dưỡng, vách bào tử mỏng, không bắt màu phẩm nhuộm được bao bọc bởi vỏ trong có cấu tạo từ glycan peptid và vỏ ngoài nên nó bị khúc xạ ánh sáng mạnh hơn, khó nhuộm màu, bền với nhiệt và các yếu tố phá hủy khác. Tế bào khi còn non có khả năng di động nhờ tiêm mao. [1] Hầu hết các loài thuộc chi Bacillus sống hiếu khí hay hiếu khí tùy tiện. Là những sinh vật hóa dị dưỡng thu năng lượng nhờ sự oxi hóa các hợp chất hữu cơ, chúng có khả năng sử dụng chất hữu cơ do nhiều nguồn cơ chất khác nhau cung cấp như tinh bột, đường, protein đến chất béo, một số VK tự dưỡng không bắt buộc (Bacillus schlegelli). Chúng có khả năng phát triển trong MT chỉ có CO 2 và tạo ra ATP thông qua quá trình lên men butandiol cũng như amon hóa nitrate. [36] [46]
Chu trình sống của Bacillus được chia ra làm 3 giai đoạn: tăng trưởng sinh dưỡng, hình thành bào tử và nảy mầm. Tăng trưởng tế bào sinh dưỡng xảy ra khi các chất dinh dưỡng dồi dào và tăng trưởng theo hàm số mũ. Khi chất dinh dưỡng cạn kiệt chúng bắt đầu hình thành bào tử. Mỗi tế bào dinh dưỡng chỉ tạo một bào tử, bào tử này có khả năng chịu nhiệt, chịu tia bức xạ, chất sát khuẩn, chất hút ẩm. Vì vậy, Bacillus có thể chịu được nhiều sinh cảnh khắc nghiệt như cát sa mạc, suối nước nóng, môi trường đất ở Bắc Cực và có khả năng tồn tại ở trạng thái bào tử trong nhiều năm [43]. Tuy nhiên sự phát triển bào tử không phải là sự phát triển tùy chọn của tế bào sinh dưỡng mà nó cũng có thể theo những trình tự thay đổi khác nhau, việc biểu hiện các gen là cần thiết để đáp ứng lại các điều kiện bất lợi của MT hoặc tìm kiếm các chất dinh dưỡng khác và tăng cường khả năng cạnh tranh chống lại các loài khác [39]. Việc hình thành bào tử là một quá trình phức tạp tiêu tốn nhiều năng lượng, tế bào cần giảm nhu cầu sử dụng chất dinh dưỡng để đảm bảo đủ chất dinh dưỡng cho quá trình hình thành bào tử (Gonzalez – Pastor et al, 2003). Trong điều kiện đó, chúng có khả năng sinh tổng hợp nhiều loại enzyme như amylase, chitinase, hemicellulase, glucanase, lipase, protease, ... [43] [37] và các chất chuyển hóa sơ cấp như chất kháng sinh, inosinic acid, guanilic acid, nucleotide acid, các hợp chất thứ cấp, ... [1] 1.1.1.2 Một số ứng dụng và tác hại của Bacillus * Ứng dụng của Bacillus Bacillus được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực như: - Trong công nghiệp: + Bacillus có khả năng sinh tổng hợp nhiều loại enzyme nên được ứng dụng nhiều trong sản xuất nhiều loại enzyme công nghiệp như được ứng dụng nhiều trong α - amylase, protease, phytase, ... có vai trò trong công nghệ thực phẩm như amylase dùng để đường hoá tinh bột hay hệ enzyme của Bacillus subtilis được ứng dụng nhiều trong sản xuất chất tẩy rửa và sản xuất enzyme công nghiệp. Bacillus subtilis có khả năng tổng hợp lysine khá cao (15 - 20%) từ tinh bột nên được ứng
dụng để sản xuất lysine, lên men đậu nành [38]. Bacillus amyloliquefaciens được thế giới sử dụng để sản xuất α – amylase và protease ở quy mô công nghiệp. + Ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp thuộc da. Việc xử lý da bằng cách sử dụng enzyme là tốt nhất vì nó mang lại nhiều lợi thế: dễ kiểm soát, nhanh chóng và giảm được chất thải. Xử lý bằng enzyme sẽ tiêu hủy các sắc tố không mong muốn, từ đó có được da sạch [42]. George và cộng sự (1995) sử dụng protease kiềm của B. amyloliquefaciens cho việc làm rụng lông và da. - Trong nông nghiệp: Do Bacillus có khả năng tạo bào tử, sinh các loài enzyme ngoại bào và khả năng đối kháng với các vi sinh vật gây bệnh như Streptococcus pyogenes, E. coli, Salmonella, Vibrio sp, ... nên được sử dụng làm probiotic. [25] [35] Ví dụ như Bacillus subtilis bổ sung trong thức ăn chăn nuôi nhằm cải thiện tiêu hóa, sức tăng trưởng, giảm sự tái phát bệnh tiêu chảy trên gia súc; bổ sung vào ao nuôi nhằm duy trì chất lượng nước ao, hạn chế bệnh cho thủy sản nuôi [38]. Yerra Koteswara Rao và cộng sự (2006) đã nghiên cứu và chứng minh được chủng Bacillus amyloliquefaciens B128 là một tác nhân kiểm soát sinh học đối với Botrylis elliptica (mầm bệnh màu xám mốc trên hoa huệ). - Bảo vệ môi trường: Một số loài thuộc chi này có khả năng sinh protease và cellulase với hoạt tính khá cao như Bacillus subtilis, Bacillus amyloliquefacien, Bacillus licheniformis, Bacillus pumilus, Bacillus megaterium, ... người ta sử dụng chúng làm phân bón hữu cơ để thủy phân protein thực vật và động vật có trong rác hữu cơ hoặc sử dụng để xử lý rác thải [38][23]. Ngoài ra, chúng còn là một trong những thành phần của sản phẩm dùng để xử lý môi trường nuôi tôm và thức ăn bổ sung cho tôm. Thành phần của các sản phẩm này là các VSV (Pseudomonas fluorescens, Bacillus subtilis, Bacillus amyloliquefaciens, Lactic bacteria, Rhodotorula mucilaginosa, Rhodosporidium toruloides) mà trong đó mỗi loại giữ một chức năng riêng và tổng của các sản phẩm là hệ VSV có ích, giúp cho con tôm phát triển khoẻ mạnh, chống lại được một số bệnh và điều kiện khắc nghiệt [50]. - Trong y dược: Bacillus được ứng dụng tạo ra nhiều loại thuốc trị bệnh hữu hiệu như: Bacillus subtilis được đóng thành từng ống 10ml hoặc gói dạng bột gọi là