Ozone nanobubble - Tiêu diệt thành tế bào vi khuẩn

Công nghệ nanobubble là một công nghệ mới để xử lý nước thải và gần đây đã được áp dụng trong nuôi trồng thủy sản để tăng nồng độ oxy hòa tan trong các hệ thống thủy sản thâm canh. Công nghệ này đưa các bong bóng nano hoặc siêu mịn (<200 nm) với một loại khí đã chọn vào nước. Công nghệ có hiệu quả cao trong việc hòa tan khí vào nước do tỷ lệ diện tích bề mặt trên thể tích của bong bóng lớn.

Ứng dụng của khí ozone trong công nghệ nanobubble (NB-O3) là tương đối mới trong nuôi trồng thủy sản. Một nghiên cứu trước đây đã báo cáo hiệu quả khử trùng của NB-O3 đối với V. parahaemolyticus gây bệnh trên tôm. Trong nghiên cứu này, NB-O3 cho thấy hiệu quả khử trùng tương tự đối với cả vi khuẩn Gram (+) (S.agalactiae ) và Gram (-) ( A. veronii ) gây bệnh trong nước ngọt và cơ chế khử trùng là tiêu diệt thành tế bào vi khuẩn. 

Hệ thống này bao gồm một máy phát nanobubble, một máy tạo oxy và một máy tạo ozone. Oxy đậm đặc từ không khí được đưa vào máy tạo ôzôn với lưu lượng 1 L/phút. Ozone được tạo ra sau đó được khuếch tán với nước bên trong máy phát nanobubble để tạo thành NB-O3 và quay trở lại bể chứa. 

Giảm >90% lượng vi khuẩn trong nước khi sử dụng NB-O3 trong 10 phút

Lượng vi khuẩn S. agalactiae tại điểm ban đầu được sử dụng trong bể đối chứng 1,17 × 106/mL và bể nghiệm thức 1,83 × 106/mL.  Nồng độ vi khuẩn trong nhóm nghiệm thức ở thời điểm 5, 10 và 15 phút lần lượt giảm 62,30, 97,76 và 99,40%, cho thấy rằng quá trình khử trùng đã xảy ra trong khi sử dụng NB-O3. Ngược lại, nồng độ vi khuẩn trong bể đối chứng vẫn ổn định ở mức 106  CFU/mL trong cùng khoảng thời gian. 

NB-O3 làm giảm cả nồng độ vi khuẩn Gram (+) và Gram (-) gây bệnh

Thử nghiệm với S. agalactiae với lượng vi khuẩn ban đầu: 1,17 × 106 CFU/mL trong bể đối chứng và 3,45×106 CFU/mL trong bể nghiệm thức. Xử lý một lần duy nhất trong 10 phút với NB-O3 đã giảm hiệu quả 96,11% lượng vi khuẩn trong bể. Khi lặp lại cùng một quy trình lần thứ hai và thứ ba, nồng độ vi khuẩn đã giảm tương ứng là 99,93 và 99,99%. Nồng độ vi khuẩn trong bể đối chứng vẫn duy trì ở mức 106 CFU/mL. Các kết quả tương tự cũng được quan sát thấy trong các thử nghiệm với vi khuẩn Gram (-) A. veronii. Số lượng vi khuẩn A. veronii tring bình ban đầu ở các bể ĐC và nghiệm thức lần lượt là 1,03 × 106 CFU/ mL và 1,65 × 106  CFU/mL. Sau khi sử dụng NB-O3 lần 1, 2 và 3 trong 10 phút, lượng vi khuẩn đã giảm xuống còn 3,44×10 4 ; 56 ± 15 và 15 ± 6 CFU/mL (tương đương với giảm lần lượt 97,92; 99,99 và 99,99%). Không có thay đổi đáng kể nào về số lượng vi khuẩn trong bể đối chứng trong quá trình thí nghiệm.

Kiểm tra cấu trúc bề mặt vi khuẩn cho thấy phần lớn tế bào vi khuẩn (cả S. agalactiae và A. veronii) bị phá hủy sau khi tiếp xúc với NB-O3 trong 10 phút so với cấu trúc nguyên vẹn lúc chưa tiếp xúc với NB-O3.

Ảnh hưởng của NB-O3 đến sức khỏe cá và lượng vi khuẩn trong bể nuôi

Trước khi xử lý, tổng nồng độ vi khuẩn trong nước nuôi cá là 8,18×105 CFU/mL. Sau khi tiếp xúc với NB-O3 trong 10 phút, 59,63% vi khuẩn đã bị bất hoạt. Khi lặp lại lần thứ 2, 3 vi khuẩn đã giảm trong các nghiệm thức này lần lượt 87,25 và 99,29% (tức là giảm 141 lần từ 8,18 × 105 xuống 5,80 × 103 CFU/mL.

Trong quá trình thí nghiệm, DO tăng mạnh từ rất thấp lúc đầu 0,6 ± 0,1 mg/L lên 27,7 ± 0,6 mg/L sau 10 phút đầu tiên điều trị. DO là 30,8 ± 7,7 mg/L sau lần điều trị thứ hai và 28,7 ± 7,6 mg/L sau lần điều trị NB-O3 thứ ba. 

Mặc dù nhiều lần xử lý NB-O3 không làm chết cá, nhưng việc tăng phơi nhiễm gây ra tổn thương cho mang. Nếu sử dụng hơn một lần NB-O3 trong 10 phút thì có một số kích ứng đối với mang nhưng không có tử vong cấp tính. Các dấu hiệu chủ yếu bao gồm đỏ ở gốc vây, bơi lội thất thường và có bong bóng bám trên bề mặt cơ thể. Những bong bóng này biến mất sau vài phút cá di chuyển. Các thiệt hại đối với mang có thể do tiếp xúc nhiều lần với ôzôn và nồng độ oxy cao (tức là 26,9–28,5 mg/L) trong nước. Tổng hợp lại, các phát hiện cho thấy một lần tiếp xúc 10 phút với NB-O3, với mức ORP (đo gián tiếp ozone trong nước) đạt 860 ± 42 mV là an toàn cho cá và đủ để giảm nồng độ vi khuẩn từ 26 đến 48 lần (> 96%).

Cấu trúc bình thường của các sợi mang ở đối chứng (A), (E) và lần xử lý đầu tiên với NB-O3 (B), (F). Tổn thương nhẹ và co rút ở đáy phiến mang (mũi tên) và xung huyết nhẹ ở cá tiếp xúc lần thứ hai (G), và mất một số phiến thứ cấp (mũi tên) và xung huyết nghiêm trọng hơn ở các phiến thứ cấp ở cá tiếp xúc lần thứ ba (H).

Mặc dù xử lý NB-O3 không loại bỏ hoàn toàn vi khuẩn trong nước, nhưng việc giảm vi khuẩn gây bệnh từ 26 đến 48 lần có thể hữu ích để ngăn ngừa bùng phát dịch bệnh. Điều quan trọng, kết quả nghiên cứu này cho thấy sử dụng NB-O3 trong 10 phút đã tạo ra các hạt nano (<200 nm) với nồng độ khoảng 2 - 3×107 bong bóng/mL và phần lớn các bong bóng có đường kính nhỏ hơn 130 nm. 

Công nghệ NB-O3 không chỉ là một phương pháp khử trùng đầy hứa hẹn mà còn làm giàu oxy hòa tan trong nuôi trồng thủy sản nước ngọt, với liều lượng thấp nó không gây hại cho cá. Là một công cụ phòng chống dịch bệnh, NB-O3 có thể là một công nghệ đầy hứa hẹn để kiểm soát sự phát triển quá mức của vi khuẩn gây bệnh trong nước, do đó làm giảm nguy cơ mắc các bệnh do vi khuẩn. Tóm lại, nghiên cứu này chứng minh rằng NB-O3 có hiệu quả trong việc giảm nồng độ vi khuẩn gây bệnh S. agalactiae và A. veronii trong nước ngọt và chúng tương đối an toàn cho cá rô phi.  

TLTK: Chayuda Jhunkeaw (eds). (2021). Ozone nanobubble treatment in freshwater effectively reduced pathogenic fish bacteria and is safe for Nile tilapia (Oreochromis niloticus). Aquacuture [online], viewed 15 March 2021, from: sciencedirect.com.