Công nghệ Biofloc - Một con đường mới trong chăm sóc sức khoẻ động vật thủy sản và dinh dưỡng.

Biofloc là sự tổng hợp của vi sinh vật cộng sinh như phiêu sinh thực vật, vi khuẩn, vật chất hữu cơ sống và chết. Công nghệ Biofloc liên quan đến việc vận dụng tỉ lệ C/N để chuyển chất thải nitơ độc hại thành protein vi sinh vật hữu ích và giúp cải thiện chất lượng nước dưới một hệ thống trao đổi nước bằng không. Nó có thể hoạt động như là một nguồn dinh dưỡng hoàn chỉnh cho sinh vật dưới nước, cùng với một số hợp chất sinh học sẽ tăng cường cơ chế tăng trưởng, sống sót, và bảo vệ, và đóng vai trò như một cách tiếp cận mới đối với quản lý sức khoẻ trong nuôi trồng thuỷ sản bằng cách kích thích hệ thống miễn dịch không đặc hiệu của động vật. Về mặt dinh dưỡng, sinh khối floc cung cấp một nguồn dinh dưỡng hoàn chỉnh cũng như các hợp chất hoạt hóa sinh học hữu ích để cải thiện các chỉ số sức khỏe tổng thể của sinh vật thủy sinh. Các floc vi khuẩn có lợi và các hợp chất dẫn xuất của nó như các axit hữu cơ, polyhydroxy axetat và butylat polyhydroxy, có thể chống lại sự phát triển của các mầm bệnh khác, do đó hoạt động như một probiotic tự nhiên và tăng cường miễn dịch. Công nghệ này rất hữu ích trong việc duy trì các thông số chất lượng nước tối ưu theo hệ thống trao đổi nước bằng không, do đó ngăn ngừa phú dưỡng và xả nước thải vào môi trường xung quanh. Hơn nữa, công nghệ này sẽ hữu ích để đảm bảo an toàn sinh học, vì không có trao đổi nước ngoại trừ loại bỏ bùn. Công nghệ này khả thi về mặt kinh tế, bền vững môi trường, và được xã hội chấp nhận.

Công nghệ Biofloc
Công nghệ Biofloc (BFT) dựa trên sự duy trì mật độ vi khuẩn cao lơ lững trong nước bởi sục khí và bổ sung cacbonhydrat liên tục để phân hủy hiếu khí các chất hữu cơ (Avnimelech và Weber 1986). Bằng cách thêm carbohydrate, sự phát triển của vi khuẩn dị dưỡng được kích thích và sản xuất các protein vi sinh vật diễn ra thông qua việc hấp thụ nitơ (Avnimelech 1999). Duy trì tỷ lệ C/N trong hệ thống nuôi trồng thủy sản, thông qua việc tăng thêm lượng C, chất lượng nước có thể được cải thiện cùng với việc sản xuất protein vi khuẩn đơn bào chất lượng cao (Crab et al., 2012). Trong điều kiện như vậy, vi sinh vật dày đặc phát triển, hoạt động cả hai là Phản ứng sinh hóa kiểm soát chất lượng nước (Avnimelech và cộng sự, 1989) và cũng đóng vai trò là nguồn thức ăn protein cho cá và tôm (Avnimelech và cộng sự 1994). Việc cố định các loài nitơ độc hại xảy ra nhanh hơn trong các biofloc vì tốc độ sinh trưởng và sinh khối vi sinh trên mỗi đơn vị chất nền của vi sinh dị dưỡng gấp 10 lần so với các vi khuẩn nitrat hóa tự dưỡng (Hargreaves2006). Công nghệ này hoạt động dựa trên nguyên tắc cơ bản của kết cụm vi khuẩn dị dưỡng và tảo trong hệ thống (Avnimelech 2006). Công nghệ Biofloc (BFT) đã được thực hiện thành công trong nuôi trồng thủy sản, đặc biệt là nuôi tôm do những lợi thế về kinh tế, môi trường và tiếp thị hơn một hệ thống nuôi thông thường. So với các kỹ thuật nuôi thủy sản truyền thống, công nghệ biofloc cung cấp kỹ thuật thay thế và bền vững hơn về mặt trao đổi nước và giảm đầu vào thức ăn làm cho nó trở thành một công nghệ bền vững với chi phí thấp để phát triển nuôi trồng thuỷ sản trong tương lai bền vững (Avnimelech and Kochba 2009, De Schryver et al. ). Khi khởi động cho công nghệ biofloc, có thể sẽ rất thú vị khi điều tra hiệu quả của việc bổ sung các ao nuôi cấy vào ao lót, bao gồm việc bổ sung một lượng đất sét đáy ao xuống nước khi bắt đầu để kích thích sự hình thành floc. Ngoài ra, việc cấy nước từ các ao floc đang có hoặc từ ao cấy đã chuẩn bị (20 g đất đáy ao, 10 mg sulfat amoni và 200 mg nguồn carbon trong 1 l nước) có thể cho phép khởi động nhanh. McAbee et al. (2003) và Gaona et al. (2011) đã đề xuất việc sử dụng các vùng nuôi cấy như đất hoặc nước giàu biofloc như là chất cấy từ chu kỳ sản xuất trước đó sẽ thúc đẩy sự hình thành các vi khuẩn trong hệ thống nuôi mới. So với năng suất của các phương thức canh tác thân thiện với môi trường, các phương pháp canh tác thâm canh với sự trao đổi nước có giới hạn sẽ tạo ra sự thay thế bền vững cho việc tăng cường canh tác và đảm bảo an toàn sinh học.

Tỷ lệ Carbon-nitơ
Tỷ lệ carbon-nitơ trong môi trường thuỷ sinh đóng vai trò quan trọng trong việc vô hiệu hoá các hợp chất nitơ vô cơ độc hại vào các tế bào vi khuẩn hữu ích (protein đơn bào) có thể đóng vai trò là nguồn thức ăn trực tiếp cho các sinh vật nuôi cấy (Avnimelech 1999). Sự cố định của nitơ vô cơ diễn ra khi tỷ lệ C / N của chất hữu cơ cao hơn 10 (Lancelot và Billen 1985). Do đó, thay đổi tỷ lệ C / N có thể dẫn đến sự dịch chuyển từ tự phát đến một hệ thống dị dưỡng (Avnimelech 1999, Browdy và Bratvold 2001). Khi đã thành lập một cộng đồng biofloc trưởng thành, nồng độ TAN và NO¬2-N có thể được kiểm soát hiệu quả bởi sự đồng hoá dị hợp hoặc tự dưỡng nitrat để duy trì nồng độ của chúng ở các phạm vi chấp nhận được đối với các sinh vật nuôi cấy thậm chí ở mật độ thả cao hơn (Xu và cộng sự 2016) . Khi tỷ số C / N của tế bào vi khuẩn là cao hơn 10 cần cho sự phát triển của các vi sinh vật dị dưỡng (Avnimelech 1999). Kuhn và cộng sự (2009) quan sát thấy rằng carbon bổ sung làm tăng tỷ lệ loại bỏ TAN ở mức 26% / giờ. Tỷ lệ C / N trong hệ thống nuôi trồng thuỷ sản có thể tăng lên bằng cách bổ sung thêm các nguồn carbon rẻ khác có sẵn tại địa phương như glucose, sắn, mật đường, lúa mì, ngô, bã mía đường, bột lúa miến, vv (Avnimelech 1999). Hệ thống biofloc duy trì với tỷ lệ C / N cao hơn 15-20 sẽ phát triển đủ vi khuẩn floc để đồng hoá các loài nitơ độc hại trong các trại nuôi thâm canh với thải nước giới hạn.

Cộng đồng vi sinh trong Biofloc
Theo Ju et al. (2008), bioflocs thu được từ ao nuôi thẻ chân trắng chứa 24,6% thực vật phù du (chiếm ưu thế bởi tảo cát như Thalassiosira, Chaetoceros và Navicula), sinh khối vi khuẩn 3% (2/3 là gram âm và 1/3 gram dương), một lượng nhỏ protozoan (98% flagellates, 1.5% rotifers, và 0.5% amoeba), và 33.2% chất thải, và số còn lại là chất trơ (39.25%). Chỉ có 2-20% phần chất hữu cơ của bùn bùn không bị ảnh hưởng bởi vi khuẩn (microbialcells) trong khi chất lượng là chất hữu cơ (60-70%) và chất vô cơ (30-40%) (Wilen và cộng sự, 2003). Các loài vi khuẩn phổ biến có mặt trong bioflocs bao gồm Proteobacterium, Bacillus species, và Actinobacterium. Ngoài ra, có một số loài vi khuẩn nhỏ khác như Roseobacter sp. và cytophaga sp. (Zhao và cộng sự, 2012)

Thành phần dinh dưỡng của biofloc
Dinh dưỡng, sinh khối floc có thể cung cấp một nguồn dinh dưỡng hoàn chỉnh cũng như các hợp chất hoạt tính sinh học khác nhau (Akiyama và cộng sự, 1992). Giá trị dinh dưỡng của biofloc phụ thuộc vào nhiều yếu tố như tập tính ăn uống của động vật, khả năng hấp thụ và tiêu hóa protein vi sinh vật, mật độ floc trong nước (Hargreaves 2006). Protein đơn bào được tạo thành do vi khuẩn dị dưỡng là nguồn thức ăn cho các động vật nuôi như tôm, cá rô phi và cá chép (Rahmatullah và Beveridge 1993, Burford và cộng sự 2004, Mahanand và cộng sự, 2013). Về chất lượng, biofloc chứa 38% protein, 3% lipit, 6% chất xơ, 12% tro và 19 kJ / g năng lượng (ở dạng khô) (Azim and Little 2008). Azim và Little 2008 đã quan sát 50% protein thô, 2,5% lipid thô, 4% chất xơ, 7% tro và 22 kJg-1 năng lượng và tìm thấy rằng chất lượng biofloc không phụ thuộc vào chất lượng thức ăn dùng cho sản xuất biofloc (35 và 22% protein thô). Ballester và cộng sự (2010) báo cáo rằng bioflocs chứa 30.4% crudeprotein, 4.7% lipid thô, 8.3% chất xơ, tro 39.2% và chiết xuất không chứa nitơ 29.1% trên cơ sở vật chất khô khi cám lúa mì và mật mía được sử dụng làm nguồn carbonhydrat. Như vậy, sự thay đổi nguồn carbon làm thay đổi thành phần dinh dưỡng và chỉ số chất lượng của các lớp keo. Nhìn chung, bioflocs sản xuất trên glycerol cho kết quả tốt nhất (Crab 2010a). Việc tiêu thụ và tái sinh các biofloc có thể làm tăng hiệu quả sử dụng thức ăn của quần thể vi khuẩn bằng cách tái chế thức ăn dư thừa và / hoặc thu hồi một phần các chất dinh dưỡng bài tiết ra (Hargreaves 2006). Các vi sinh vật không chỉ loại bỏ dư thừa chất dinh dưỡng mà còn cải thiện tốc độ tăng trưởng, tỷ lệ chuyển đổi thức ăn, và tăng cân trong tôm và cá rô phi (Burford et al 2004, Wasielesky et al.2006).

Bioflocs là chất kích thích ăn
Bioflocs hoặc các vi sinh vật gắn liền có thể có tác động tích cực đến hoạt động enzyme tiêu hóa của tôm (Xu và Pan 2012). Việc đưa bioflocs vào chế độ ăn uống ở BFT 75% kết quả cải thiện hoạt tính sinh trưởng và hoạt động của enzym tiêu hóa của cá Chép (Najdegerami và cộng sự, 2016); cũng như biofloc như là một chất bổ sung ở mức 4% trong thức ăn nuôi tôm có thể tăng cường sự phát triển và các hoạt động của enzym tiêu hóa trong P. monodon (Anand và cộng sự, 2014). Biofloc gần đây đã được dự báo là một chiến lược mới có thể áp dụng cho quản lý bệnh tật với hiệu quả vi sinh tự nhiên tương phản với các phương pháp thông thường như kháng sinh, kháng nấm, và probiotic ngoài và ứng dụng prebiotic (Emerenciano và cộng sự, 2013a). Hiện nay, nghiên cứu đang được tiến hành trong lĩnh vực biofloc probiotic (biofloc được thiết kế theo công nghệ sinh học), trong đó các dòng vi khuẩn probiotic có ích được bổ sung vào biofloc để tăng sự kiểm soát sinh học đối với các vi khuẩn gây bệnh và cải thiện khả năng nhận dạng của vi khuẩn có lợi trong floc, như biofloc dựa trên probiotic cho thấy một hiệu quả kiểm soát sinh học đối với các loài vi khuẩn gây bệnh vibrio (Crab 2010a).

Đáp ứng miễn dịch sinh lý bởi biofloc
Các nhà nghiên cứu đã đưa ra giả thuyết về khả năng của các tính năng miễn dịch của bioflocs dẫn đến tăng cường miễn dịch và tình trạng chống oxy hóa của tôm và cá nhằm cung cấp khả năng đề kháng trên diện rộng đối với nhiều bệnh nhiễm trùng (Crab và cộng sự, Xu and Pan 2013, Ahmad et al. 2016). Sinh khối vi sinh vật dị dưỡng được cho là có tác dụng kiểm soát vi khuẩn gây bệnh (Michaud và cộng sự, 2006). Ju et al. (2008) báo cáo rằng carotenoid floc đã được chứng minh là cung cấp các chức năng sinh lý thiết yếu và nhiều hoạt tính sinh học trong mô động vật, bao gồm kích thích hệ miễn dịch của động vật. Sự cắt đứt hệ thống thông tin liên, hệ thống truyền thông giữa các tế bào vi khuẩn là một chiến lược mới để kiểm soát nhiễm khuẩn trong nuôi trồng thủy sản. Điều thú vị là, một hiện tượng tương tự đã được quan sát thấy trong bioflocs được trồng trên glycerol chống lại Vibrio harveyi trong môi trường Artemia franciscana (Crab et al., 2010); người ta cũng cho rằng vi khuẩn có chứa nhiều chủng vi khuẩn probiotic (Bairagi và cộng sự, 2002). Hầu hết các chất miễn dịch hiện có sẵn là một nhóm các hợp chất sống và tổng hợp có nguồn gốc từ vi khuẩn và các sản phẩm vi khuẩn cũng như các chất chiết xuất từ thực vật và động vật (Wang và cộng sự, 2008). Vì công nghệ biofloc đề cập đến môi trường vi khuẩn nên nó có thể chứa một số hợp chất bổ sung miễn dịch có lợi cho sức khoẻ của các sinh vật nuôi cấy. Các vi sinh vật và các thành phần tế bào của chúng đã được nghiên cứu và ứng dụng như probiotic hoặc chất kích miễn dịch để cải thiện miễn dịch bẩm sinh và tình trạng chống oxy hoá của tôm, do đó tăng khả năng kháng bệnh của chúng (Ninawe và Selvin 2009, Smith và cộng sự 2003, Vazquez và cộng sự, 2009 ). Mặc dù biofloc đã được khẳng định là nguồn cung cấp các vi sinh vật tự nhiên và các hợp chất hoạt tính sinh học phong phú nhất, nhưng rất ít nỗ lực để nghiên cứu ảnh hưởng của nó đối với sức khoẻ sinh lý của tôm nuôi, đặc biệt là các hệ thống miễn dịch và chống oxy hóa. Gần đây, BecerraDorame et al. (2014) báo cáo rằng L. vannamei nuôi trong các hệ thống dựa trên biofloc cho thấy hiệu quả sinh lý được cải thiện như được chỉ ra bởi các thông số huyết thanh chọn lọc bao gồm hoạt động dismutase superoxide. Có thể một số vi sinh vật hoạt tính xâm nhập vào cơ thể tôm liên tục cùng với quá trình hấp thụ biofloc (Johnson và cộng sự 2008) và sau đó điều chỉnh hệ thống miễn dịch của vật chủ dù là các vi khuẩn hoặc các thành phần vi khuẩn có thể sống được hay không (Jang và cộng sự, 2011).



Nguồn: Biofloc technology: an emerging avenue in aquatic animal healthcare and nutrition. Aquacult Int (2017) 25:1215–1226
Người sưu tầm và biên dịch: Trần Tấn Huy

Phóng sự tiêu điểm

Tin tức nổi bật

VĂN PHÒNG TẬP ĐOÀN

22 Lê Thánh Tôn, P.Bến Nghé, Q.1, Tp.HCM

CÔNG TY TNHH MTV VIỆT - ÚC CÀ MAU

Ấp Đường Kéo, Xã Tân Ân Tây, Huyện Ngọc Hiển, Tỉnh Cà Mau

CÔNG TY CỔ PHẦN CÁ TRA VIỆT - ÚC

Ấp Vĩnh Bường, Xã Vĩnh Hòa, Thị xã Tân Châu, tỉnh An Giang

CÔNG TY TNHH VIỆT - ÚC PHƯỚC DINH

Thôn Sơn Hải, Xã Phước Dinh, Huyện Thuận Nam, Ninh Thuận

CÔNG TY CỔ PHẦN VIỆT - ÚC BẠC LIÊU

Khóm Nhà Mát, Phường Nhà Mát, Tp.Bạc Liêu, Tỉnh Bạc Liêu

CÔNG TY TNHH MTV VIỆT - ÚC BẾN TRE

Xã Bảo Thuận, Huyện Ba Tri, Tỉnh Bến Tre

CÔNG TY CỔ PHẦN VIỆT - ÚC BÌNH ĐỊNH

Thôn Xuân Thạnh Nam, Xã Mỹ An, Huyện Phù Mỹ, Bình Định

CHI NHÁNH CÔNG TY CỔ PHẦN VIỆT - ÚC BẠC LIÊU

Ấp Vĩnh Lạc, Xã Vĩnh Thịnh, Huyện Hòa Bình, Tỉnh Bạc Liêu

CÔNG TY TNHH VIỆT ÚC THỨC ĂN THỦY SẢN

Lô A12 - A16 KCN An Hiệp, Xã An Hiệp, Huyện Châu Thành, Bến Tre

CÔNG TY TNHH VIỆT - ÚC PHÙ MỸ

Xã Mỹ Thành, Huyện Phù Mỹ, Tỉnh Bình Định

CÔNG TY CỔ PHẦN VIỆT - ÚC NHÀ MÁT

Ấp Giồng Nhãn, Phường Nhà Mát, Tp.Bạc Liêu, Tỉnh Bạc Liêu

CÔNG TY TNHH VIỆT - ÚC NGHỆ AN

Xã Quỳnh Minh, Huyện Quỳnh Lưu, Tỉnh Nghệ An

CÔNG TY CỔ PHẦN THỦY SẢN VIỆT ÚC

Km 1595, QL1A, Xã Vĩnh Tân, Huyện Tuy Phong, Tỉnh Bình Thuận

CÔNG TY TNHH VIỆT - ÚC SÓC TRĂNG

Ấp Huỳnh Kỳ, Xã Vĩnh Hải, Thị xã Vĩnh Châu, Tỉnh Sóc Trăng

CÔNG TY TNHH VIỆT - ÚC QUẢNG NINH

Thôn Phúc Tiến, Xã Tân Lập, Huyện Đầm Hà, Quảng Ninh

CÔNG TY TNHH VIỆT - ÚC NINH THUẬN

Thôn Hòa Thạnh, Xã An Hải, Huyện Ninh Phước, Ninh Thuận