سیستم بیوفلاک (BFT) در پرورش ماهی تیلاپیا

سیستم بیوفلاک (BFT) در پرورش ماهی تیلاپیا

سیستم بیوفلاک (BFT)

توسعه صنعت آبزی ­پروری آلودگی­های زیست محیطی را در سال­های اخیر به دنبال داشته است و در نتیجه توجه به مدیریت و نوع سیستم پرورشی که با محیط زیست سازگار باشد کاملاً ضروری است. علاوه بر این، گسترش آبزی­پروری به دلیل محدودیت اراضی مناسب و همچنین وابستگی بالا به آرد و روغن ماهی به ­عنوان مواد مهم تشکیل دهنده خوراک آبزیان پرورشی، آبزی ­پروری تجاری را با مشکلات زیادی مواجه کرده است. زیرا هزینه­های خوراک حداقل 50% از کل هزینه­های آبزی­پروری را که عمدتاً به هزینه­های پروتئین موجود در جیره­های تجاری مربوط می­شود تشکیل می­دهد. استفاده از فناوری­های جدید مثل پرورش متراکم آبزیان در سیستم­های مدار­بسته نقش بسزایی در بالابردن راندامان تولید آنها داشته است. با بکارگیری این سیستم­ها میزان تعویض روزانه آب تا حدود یک درصد حجم آب استخرهای پرورشی کاهش یافته است. امروزه توجه به سیستم­های آبزی­پروری مدار­بسته به دلیل امنیت بیشتر زیستی و مزایای زیست­محیطی در حال افزایش است. هنگامی که آب در سیستم­های پرورشی مدار­بسته به صورت چرخه­ای مورد استفاده مجدد قرار می­گیرد برخی از خطرات مانند ورود پاتوژن­ها و گونه­های بیگانه به سیستم پرورش و مشکلات مربوط به تخلیه آب زائد که باعث ایجاد آلودگی­های زیست­محیطی می­گردد کاهش می­یابد. استفاده از تکنیک­ها و فنآوری­های جدید و مناسب مانند بیوفلوک[1] در تکثیر و پرورش ماهی و میگو از اهمیت بالایی برخوردار بوده که می­تواند اهداف مهم آبزی­پروری پایدار را دنبال نماید. فنآوری بیوفلوک از سیستم­های آبزی­پروری سازگار با محیط زیست است که از مواد مغذی و آلی بازیافت شده، به­منظور تولید، استفاده مجدد می­نماید. رویکرد پایدار از چنین سیستمی مبتنی بر رشد میکروارگانیسم­ها در محیط کشتی است که حداقل تبادل آب مفید را دارد. این فنآوری مزیت­های مهمی از جمله به حداقل رساندن مصرف آب و بازیافت مواد مغذی و مواد آلی را دارد و علاوه بر این، ورود عوامل بیماری­زا به سیستم پرورش را کاهش داده و منجر به بهبود امنیت زیستی در مزرعه می­گردد. همچنین، تولید در سیستم بیوفلوک در مقیاس بزرگ آبزی­پروری می­تواند مزایای زیست محیطی در اکوسیتم­های دریایی و ساحلی داشته و با جایگزین شدن سویا یا آرد ماهی با ترکیبات بیوفلوک در تغذیه آبزی، می­توان فاضلاب آبزی­پروری و اثرات زیست­محیطی آن را کنترل نمود. از طرف دیگر، با استفاده از سیستم بیوفلوک، سطوح مایکوتوکسین­ها و فاکتورهای ضد­تغذیه­ای در خوراک آبزی محدود می­شود و میزان استفاده و نیاز به تأمین خوراک که هزینه­های زیادی را در بردارد به­طور کلی کاهش می­یابد. کاهش ضریب تبدیل غذایی[2] و بهبود نرخ رشد[3] در میگو و حتی در ماهی با استفاده از سیستم پرورش بیوفلوک گزارش شده است. با توجه به مزایایی این سیستم بکارگیری آن در صنعت آبزی­پروری کشور احساس می­شود.

1-4-2-1- تکنولوژی بیوفلوک (BFT) و کاربرد آن در آبزی پروری پایدار

اولین هدف توسعه آبزی­پروری پایدار، تولید بیشتر ماهی بدون افزایش قابل توجه استفاده از منابع طبیعی (آب و زمین) می­باشد. توسعه متراکم صنعت آبزی­پروری با افزایش اثرات زیست­محیطی و اجتماعی همراه خواهد بود. آبزی­پروری در مکان­های نامناسب می­تواند منجر به تخریب و تغییر در زیستگاه­های اطراف شود. خروجی آبزی­پروری به داخل محیط­های آبی شامل، مواد مغذی، انواع ترکیبات آلی و غیر آلی، آمونیوم، فسفر، مواد آلی و کربن آلی حل شده است. ورود سطوح بالایی از این مواد مغذی سبب آلودگی و یوتریفیکاسیون در محیط آبی اطراف می­شود. به­علاوه، زهکشی آب کارگاه­ها خطر میکروارگانیسم­های بیماری­زا و ورود گونه­های پاتوژن مهاجم را افزایش می­دهد. استفاده از مواد شیمیایی از قبیل آنتی بیوتیک­ها به گونه­های وحشی و محیط زیست اثر نامطلوب گذاشته و حتی منجر به مقاومت به انواع آنتی بیوتیک­ها می­شود. استفاده بیش از حد از منابع آبی منجر به کمبود آب، نفوذ آب شور و تغییرات هیدرولوژیکی دیگر می­شود. تکیه بر خوراک­های با پروتئین بالا مبتنی بر پودر ماهی برای گونه­های گوشت­خوار، هزینه­های بالایی را در آبزی­پروری صرف می­کند. تولید یک کیلوگرم ماهی به یک تا سه کیلوگرم خوراک خشک نیاز دارد (به فرض اینکه ضریب تبدیل غذایی حدود یک تا سه باشد). حدود 36% از خوراک به شکل مواد زائد آلی دفع می­شود. حدود 75% از نیتروژن و فسفر خوراک بکارگیری نشده و بصورت مواد زائد در آب باقی می­ماند. توسعه صنعت آبزی­پروری آلودگی­های زیست محیطی را در سال­های اخیر به دنبال داشته است و در نتیجه توجه به مدیریت و نوع سیستم پرورشی که با محیط زیست سازگار باشد کاملاً ضروری است. تولید حجم بزرگی از مواد زائد، استفاده از آرد و روغن ماهی به­عنوان ماده اولیه سازنده خوراک از اجزای ناپایدار دیگر در آبزی­پروری است. تقریبا یک- سوم از تولید آرد ماهی جهان به خوراک­های آبزیان تبدیل می­شود. بنابراین، آبزی­پروری یک راه حل ممکن و همچنین محرک ذخایر رو به کاهش جهانی شیلات می­باشد. کاهش ماهیگیری در برخی مناطق به دلیل اثرات مستقیم زیست­محیطی آبزی­پروری و یا اثرات غیر مستقیم آن بر قیمت بازار صید می­باشد.

یک سیستم آبزی­پروری متراکم با ظرفیت تولید 3 تن تیلاپیا را می­توان به لحاظ تولید مواد زائد با یک جامعه­ای حدود 250 سکنه مقایسه کرد، می­توان نتیجه گرفت که تولید بیومس ماهی تقریبأ 5 برابر بیشتر از مواد زائد بیومس انسانی است. دلیل آن محدودیت هضم در ماهی است که بخش بزرگی از خوراک هضم نشده و دفع می­شود. طول روده ماهی کوتاه و نسبت طول روده به طول بدن کوچک می­باشد. برای مثال، روده کپور 2 تا 5/2 برابر طویل­تر از طول بدن در حالی که گاو، گوسفند و انسان به ترتیب 20، 30 و حدود 3 تا 4 برابر طویل­تر است. در نتیجه، در ماهی ماندگاری خوراک در روده فقط برای مدت زمان کوتاهی است به­همین دلیل خوراک ماهی باید قابلیت هضم بالایی را داشته باشد. به­طور مثال محتوای بدن ماهی 65 تا 75% پروتئین است. به­علاوه، ماهی پروتئین را برای تولید انرژی به مقدار زیاد مصرف می­کند، بر عکس حیوانات خشکی­زی که به مقدار زیادی کربوهیدرات و چربی­ها را استفاده می­کنند. بنابراین نیازهای پروتئین ماهی، حدود 2 تا 3 برابر بیشتر از پستانداران است. خرید خوراک آماده شده به­طور تجاری برای پرورش ماهیان 50% یا بیشتر هزینه­های تولید را شامل می­شود که عمدتأ به­خاطر هزینه ترکیبات پروتئین است. تقریبأ متوسط 25% از مواد مغذی منابع خوراک ورودی به تولیدات قابل برداشت تبدیل می­شود. برای افزایش تولید آبزی­پروری پایدار نیاز به منابع پروتئین ارزان و ایجاد روش­های برای بهبود ضریب تبدیل غذایی می­باشد.

دومین هدف توسعه آبزی­پروری پایدار، توسعه سیستم­های سازگار با محیط زیست است. افزایش تولید آبزی­پروری از یک میلیون تن در سال 1953 به بیش از 200 میلیون تن در سال 2050 همراه با حفاظت محیط زیست تاکید شده است. از جمله مشکلات مهم پیش روی صنعت آبزی­پروری، انتشار پساب خروجی مزارع، وابستگی بالا به آرد ماهی برای تامین خوراک و شیوع بیماری است. آمونیوم یکی از محصولات انتهایی متابولیسم پروتئین و ماده اصلی دفعی حیوانات آبزی در سیستم آبزی­پروری است. آمونیاک و آمونیوم هر دو برای آبزی سمی هستند اما آمونیاک غیر­یونیزه در مقایسه با یون آمونیم سمیت بیشتری دارد. آستانه سمیت به شدت، اندازه و نوع گونه، اندازه ذرات، مقاومت مواد آلی، سطح فعالیت ترکیبات، فلزات، نیترات، شوری و pH بستگی دارد، آمونیاک و آمونیوم بسته به درجه حرارت و pH در تعادل هستند. که مجموع این دو فرم کل نیتروژن آمونیاکی نامیده میشود. افزایش آمونیاک در استخر سمی بوده و غلظت بالای آن بر رشد، پوست­اندازی (در سخت پوستان)، مصرف اکسیژن و حتی موجب مرگ و میر ماهی یا میگو می­شود، افزایش غلظت نیتریت محیط نیز تاثیر منفی بر عملکرد رشد و بازماندگی ماهی و میگو دارد و همچنین مقاومت در برابر بیماری­ها را کاهش می­دهد. بسیاری از محققان در تلاش برای پیدا کردن راه­حلی برای کاهش و یا حذف آمونیاک از سیستم­های آبزی­پروری هستند، تاکنون راه حل­های مختلفی برای حذف آمونیاک از سیستم­های آبزی­پروری ارائه شده است از جمله، تعویض و جایگزین کردن آب (شکل 1)، استفاده از سیستم­های بیوفیلتراسیون در سیستم­های مداربسته[5] به کمک باکتری­های نیتریفیکانت (نیتروزموناس و نیتروباکتر)، کاهش یا متوقف کردن غذادهی، متلاطم کردن آب استخر با وارد کردن آب تازه، کاهش تراکم ذخیره سازی، هوادهی استخر در مواقع اضطراری و کاهش سطح pH اما این روش­ها پرهزینه، در برخی مواقع پر­زحمت و به لحاظ اقتصادی امکان پذیر نیست یا سبب آسیب به آبزی پرورش یافته می­شود. امروزه توجه به سیستم­های آبزی­پروری مدار بسته به دلیل امنیت بیشتر زیستی و مزایای زیست­محیطی در حال افزایش است. هنگامی که آب در سیستم­های پرورشی مدار بسته به­صورت چرخه­ای مورد استفاده مجدد قرار می­گیرد برخی از خطرات مانند ورود پاتوژن­ها و گونه­های بیگانه به سیستم پرورش و مشکلات مربوط به تخلیه آب زائد که باعث ایجاد آلودگی­های زیست محیطی می­ گردد، کاهش می­یابد. استفاده از سیستم مدار بسته قابلیت حفظ سطوح آمونیاک و نیتریت را به­وسیله فرایند نیتریفیکاسیون دارد. با این حال، نسبتا گران و در طول یک حالت نامتعادل در این فرایند، سطوح نیتریت ممکن است در آب افزایش یاید. بیوفلوک تکنولوژی، تکنکیک جدید شناسایی شده برای حل مشکلات فوق می­باشد.

سومین هدف توسعه صنعت آبزی­پروری پایدار، توسعه سیستم­های که نسبت هزینه/سود را در جهت حمایت اقتصادی جامعه و پایداری تولید فراهم کند. این هدف با توسعه برنامه­های غذادهی موثرتر، استفاده از سیستم­های تولیدی ارزان، بکارگیری تکنولوژی­های تولید با بازدهی بالا و خواستار انرژی کمتر و هنگامی که هزینه­های سرمایه­گذاری کنترل و مدیریت شود، به انجام خواهد رسید. علاوه بر سه مورد ذکر شده، آبزی­پروران باید تقاضاهای بازار در جهت تولید با کیفیت بالا، محصولات سالم، جذاب و تولیدات قابل قبول در اجتماع را فراهم کنند. یکی از راه حل­های مهم اهداف مذکور استفاده از تکنولوژی بیوفلوک BFT می­باشد. سیستم­های بیوفلوک تکنولوژی بر پایه جامعه میکروبی آب، سبب حفظ مناسب کیفیت آب و بازیافت مواد دفعی و خوراکی استفاده نشده، می­شود.

مرکز اقیانوس آرام) با گونه­های مختلف پنائیده[6] شاملPenaeus monodon, Fenneropenaeus merguiensis, L. Vannamei و Litopenaeus Stylirostris انجام شد. مطالعات متعدد رویکرد جامعی از تکنولوژی بیوفلوک و روابط متقابل بین قسمت­های مختلف از جمله آب و باکتری، فیزیولوژی و تغذیه میگو را ارائه داد. در سال­های 1980 و آغاز 1990 موسسه آبزی پروری دریایی[7] ایالات متحده آمریکا تکنیک بیوفلوک را برای تیلاپیا و میگوی سفید L. Vannamei استفاده کردند. با توجه به کاربرد تجاری این تکنولوژی، در سال 1988 در تاهیتی[8] مزارع مختلف با استفاده از تانک­های بتونی 1000 مترمربع و تعویض آب محدود، تولید جهانی (20 تا 25 تن/ هکتار/سال با دو محصول) را ثبت کردند. امروزه، BFTبه­طور موفقیت آمیزی در مزارع میگو با مقیاس بزرگ در آسیا، آمریکای لاتین و مرکزی و همچنین در کشت گلخانه با مقیاس کوچک در ایالات متحده آمریکا، کره جنوبی، برزیل، ایتالیا، چین، اندونزی، مالزی توسعه یافته است. در حال حاضر، بسیاری از مراکز تحقیقاتی و دانشگاهی در حال مطالعات مختلف در این زمینه هستند که عمدتا به دنبال بکارگیری بیوفلوک در زمینه­های کلیدی مانند مدیریت رشد، تغذیه، تولید مثل، اکولوژی میکروبی، بیوتکنولوژی و اقتصاد می­باشند. در شرایط طبیعی، در هنگام محصور کردن استخر میگو، سطح بالایی از مواد آلی و غیر آلی باقی مانده و تجمع خواهد کرد و در نتیجه منجر به کمبود اکسیژن خواهد شد که به تعویض و هوادهی آب جهت به حداقل رساندن تجمع لجن در کف استخر نیاز می­باشد. توسعه تکنولوژی بیوفلوک در پی انگیزه­ها و بکارگیری تکنولوژی­های نوین و با کاربری مناسب انجام شد. تعویض آب کم برای رسیدن به بیشترین امنیت زیستی[9] در استخر و به حداقل رساندن اثرات زیست محیطی خروجی مزارع پرورش میگو انجام پذیرفت. فنآوری بیوفلوک، تکنولوژی جدید برای غلبه بر مشکلات آبزی­ پروری پایدار است. در این تکنولوژی با مدیریت صحیح، از جمعیت باکتری­ها در آب بطور موثر استفاده می­شود. در این سیستم تعویض آب صفر یا حداقل، در جهت به حداکثر رساندن امنیت زیستی و به حداقل رساندن اثرات زیست محیطی مزرعه می­باشد. از هوادهای قوی مصنوعی جهت تزریق و تامین اکسیژن و معلق کردن ذرات آلی و فلوکه­ها و توسعه جوامع میکروبی هتروتروفیک در استخر، استفاده می­شود. تنوع جوامع میکروبی در فلوک عملکردهایی از قبیل، معدنی کردن مواد زائد، بهبود مصرف و استفاده از پروتئین و کاهش فرصت برای غالب شدن سویه های بیماری­زا در استخر را شامل می شود. در تکنولوژی بیوفلوک، باکتری­های هتروتروفیک و جلبک­ها تحت عنوان فلوک در شرایط کنترل شده در استخر رشد می­کنند. بیومس میکروبی روی خوراک مصرف نشده، مواد دفعی ماهی و تولیدات غیر آلی نیتروژنی که منجر به حذف این اجزاء ناخواسته از آب می­شود، رشد می­کنند. عامل محرک اصلی برای رشد متراکم باکتری­های هتروتروف مصرف کربن آلی است.

در حال حاضر،BFT معادل

Zero Exchange Autotrophic Heterotrophic System) ZEAH ((Wasielesky et al., 2006).

Active-sludge or suspended bacterial-based system (Rakocy et al., 2004)

Single-cell protein production system (Emerenciano et al., 2012(

Suspended-growth systems (Hargreaves, 2006)

Microbial floc systems (Ballester et al., 2010)

استفاده شده است ولی اکثر محققین BFT را به­عنوان مرجع بکار می­برند، در تکنولوژی بیوفلوک، تحقیقات در زمینه استفاده از فلوک به­عنوان یک منبع پروتئینی در خوراک­های ترکیب شده متمرکز شده است. چنین منبع غذایی که در این حالت تولید شده “biofloc meal” و اساسا بیوراکتورها[10] نامیده می­شود. یک بیوفلوک معمولا شامل مخلوطی ناهمگن از میکروارگانیسم­ها، باکتری­های رشته­ای، کلوئیدها، ذرات آلی و غیر آلی، پلی­مرهای آلی، کاتیون­ها و سلول­های مرده است که می­تواند به بیش از 1000 میکرومتر در سایز برسد.

انواع فلوکه­ها دارای شکل­های نامنظم، محدوده گسترده­ای از اندازه ذرات، ظریف و همچنین به راحتی قابل تراکم، بسیار متخلخل و نفوذپذیر می­باشند. میکروارگانیسم­ها در فلوک دو نقش عمده را بر عهده دارند: جفظ کیفیت آب، با جذب ترکیبات نیتروژن در استخر و تولید پروتئین میکروبی و نقش تغذیه­ای، افزایش امکان پرورش با کاهش ضریب تبدیل غذایی و کاهش هزینه­های خوراک است. ذرات معلق آلی و ارگانیسم­های متصل به آن در زنجیره غذایی میکروبی منابع غذایی بالقوه برای آبزیان پیشنهاد شده­اند. در شکل 2 فرآیند بیولوژیکی فعال در سیستم BFT ارائه شده است.

فناوری بیوفلوک فرصت را برای استفاده از جیره­های غذایی جایگزین فراهم می­کند. جیره­هایی با سطح پروتئین پایین و همچنین با منابع مختلف پروتئینی که جایگزین پروتئین محصولات دریایی مانند آرد ماهی، پودر ماهی مرکب و غیره شده­اند با موفقیت در این سیستم مورد استفاده قرار گرفته­اند. استفاده از خوراک­های با پروتئین کمتر به دلیل کاهش ترکیبات پودر ماهی، بیشتر مقرون به صرفه بوده و با محیط زیست سازگارتر می­باشد (Moss, 2002). کیفیت آب در سیستم بیوفلوک با بالانس کربن به نیتروژن بهبود می­یابد و با اضافه کردن کربن آلی، باکتری­های موجود در سیستم نیتروژن آب را جذب کرده و غلظت آمونیاک را کاهش می­دهند.

سیستم بیوفلوک یک منبع طبیعی غنی از پروتئین- چربی قابل دسترس در هر ساعت از شبانه روز می­باشد. در ستون آب تعامل پیچیده­ای بین ماده آلی، بستر فیزیکی و طیف وسیعی از میکروارگانیسم­ها مانند فیتوپلانکتون، باکتری­های آزاد و متصل و فیلتر­فیدرکنندگانی مانند روتیفرها، مژه­داران، تاژک­داران تک­یاخته و کپه­پودها برقرار است. این تولیدات طبیعی نقش مهمی را در بازیافت مواد مغذی و حفظ کیفیت آب ایفا می­کنند. نوترینت­های اضافی در این سیستم به بیومس میکروبی تبدیل می­شوند که می­تواند توسط آبزیِ پرورش یافته به­عنوان منبع غذایی مورد استفاده قرار گیرد. این تکنیک اخیراً در آبزی­پروری متراکم میگو بکارگیری شده که در این تکنیک، بیوفلوک میکروبی، مسئول بهبود کیفیت آب، مکمل غذای طبیعی و بهبود رشد و سلامت میگوی پرورش داده شده است. مصرف بیوفلوک توسط آبزی، بهبود سرعت رشد، کاهش ضریب تبدیل غذایی و کاهش هزینه­های مربوط به خوراک را نشان داده است. بهبود رشد، به ترکیبات تغذیه­ای باکتری­ها و جلبک نسبت داده شده است، که تا 30% جیره غذایی معمولی میگو را می­توان به­خاطر مصرف بیوفلوک کاهش داد، بیش از 29% از غذای روزانه مصرف شده میگوی سفید غربی می­تواند بیوفلوک باشد. در مخازن پرورش تیلاپیا با سیستم بیوفلوک میزان مصرف خوراک 20% کمتر نسبت به استخرهای دارای تعویض آب و بدون فلوک است.

در پرورش میگو در سیستم بیوفلوک، تحت هوادهی فشرده، مدفوع میگو توسط باکتری­ها جذب شده، باکتری­ها کلنی تشکیل داده و همراه با بقیه محصولات (از قبیل فیبر) و میکروارگانیسم­ها بخشی از این سیستم بیوفلوک را تشکیل می­دهند. باکتری­ها ترکیبات نیتروژنه (آمونیاک) را از آب گرفته و آنها را به پروتئین میکروبی تبدیل می­کنند که میگو این بیوفلوک­ها را فعالانه با صافی­خواری مصرف می­کند.

نقش اصلی را در سیستم بیوفلوک باکتری­های شیمیواتوتروف (مثل ازتو باکترها با فرایند نیتروزموناس) و باکتری­های هتروتروف (گونه­های باسیلوس با فرایند آسیمیلاسیون[11] و گونه­های سودوموناس با فرایند دنیتروفیکاسیون) دارند. در این سیستم باکتری نیتروزموناس آمونیاک را به نیتریت و باکتری نیتروباکتر، نیتریت را به نیترات تبدیل می­کنند (شکل 3). شرایط مناسب برای فعالیت این باکتری­ها به این صورت است که مقدار زیادی غذای قابل دسترس برای باکتری وجود داشته باشد (استخر با مواد آلی ته نشین شده پر شده باشد)، تانک یا استخر به­طور کامل (24 ساعت در روز) هوادهی شود، تعداد باکتری­ها در تانک بیوفلوک بایستی 106 تا 109 باکتری در یک سانتی متر مکعب باشد.

نیتروژن در سیستم بیوفلوک به­صورت ازت مولکولی، آمونیاک، آمونیوم، نیتریت، نیترات و نیتروژن آلی وجود دارد. مشکل بزرگ در این سیستم نیتروژن غیر آلی (آمونیاک و نیتریت) می­باشد که سمی هستند. ماکزیمم غلظت مناسب آمونیاک برای میگو 2/0 میلی­گرم در لیتر می­باشد. به­طور طبیعی به مقدار کافی نیتروژن در استخرها برای تولید سلول جدید وجود دارد. مواد پروتئینی فقیر و غنی از کربن (مثل سلولز، نشاسته، آرد گندم، ملاس و غیره) به سیستم بیوفلوک اضافه می­شود و افزایش نسبت کربن به نیتروژن سبب تقویت جذب نیتروژن توسط باکتری­ها و تسریع در کاهش میزان آمونیوم در مقایسه با نیتریفیکاسیون می­­شود، دلیل سرعت بیشتر مصرف آمونیوم توسط باکتری­های هتروتروف نسبت به نرخ تولید این ترکیب در محیط به این دلیل است که سرعت رشد و راندمان تولید بیوماس میکروبی در باکتری­های هتروتروف در حدود 5/0 گرم کربن به ازای هر گرم از این عنصر در واحد سوبسترای مصرفی بوده و نسبت به باکتری­های شوره­ساز حدود 15 برابر بیشتر است. باکتری­ها، کربوهیدرات و نیتروژن را به­عنوان سوبسترا از آب می­گیرند و پروتئین میکروبی تولید می­کنند. مطالعات نشان داده که باکتری­ها می­توانند مقدار زیادی پروتئین (60 تا 600 کیلوگرم در هکتار در هر روز برای پرورش میگو و تیلاپیا) تولید کنند. میکروارگانیسم­های هوازی در تبدیل غذا به مواد سلولی جدید نسبت به موجوداتی که حدود 10-15% انرژی خود را صرف افزایش وزن می­کنند، کارآمدتر می باشند. باکتری­ها و سایر میکروارگانیسم­ها به عنوان “سیستم های بیوشیمیایی” بسیار کارآمد به کاهش و متابولیز بقایای آلی کمک می­کنند. به عبارت دیگر، آنها بازیافت مواد مغذی را از فرم مواد آلی و غیرآلی (خوراک­های مصرف نشده و هضم نشده، بقایای متابولیکی و منبع کربن (به­عنوان بارورکننده استفاده می­شود) به سلول­های میکروبی جدید بسیار کارآمد انجام می­دهند. همچنین در سیستم بیوفلوک باکتری­های شوره ساز[12] هوازی، منابع کربن آلی را برای رشد خود تحت شرایط هوازی مصرف می­کنند و نیتروژن مولکولی (N2) را از نیتریت و نیترات موجود در آب پرورش با فرایند دنیتروفیکاسیون[13] تولید می­کنند. این فرایند، دلیل کاهش شدید میزان نیتریت در تانک­های پرورشی است که به آن نشاسته اضافه شده است.

نسبت کربن به نیتروژن بالا برای تضمین رشد بهینه باکتری­های هتروتروف در سیستم بیوفلوک مورد نیاز است، از این انرژی برای نگهداری (تنفس، تغذیه، حرکت، هضم، و غیره) و همچنین برای رشد و تولید سلول­های جدید استفاده می­شود. منابع کربن مورد استفاده در سیستم بیوفلوک اغلب محصولات به دست آمده از انسان و یا صنایع غذایی دامی، ترجیحأ قابل دسترس در محل می­باشند. منابع ارزان از کربوهیدرات­ها مانند ملاس (شیره قند)، گلیسرول و بلغورهای گیاهی (گندم، ذرت، برنج) قبل از ذخیره سازی پست­لارو و در طول مرحله رشد استفاده می­شوند که با هدف حفظ نسبت بالای کربن (15 یا 20) به نیتروژن (1) و کنترل پیک ترکیبات نیتروژن میباشد. همچنین، مخلوطی از بلغورهای گیاهی به صورت غذای پلت یا جیره­های با پروتئین پایین حاوی نسبت کربن به نیتروژن بالا استفاده می­گردند. منبع کربن به عنوان یک بستر برای سیستم­های عامل بیوفلوک و تولید سلول­های پروتئین میکروبی عمل می­کند. اضافه کردن مواد کربنی منجر به کاهش قابل توجهی در تجمع آمونیاک در مخازن می­شود و میزان مطلوب نسبت کربن به نیتروژن (در غذا و مواد کربنی اضافه شده) بین 15 تا 25 پیش­بینی می­شود.

میگو و ماهی از باکتری­ها تغذیه می­کنند. باکتری­ها هنگامی که یک پرورش متراکم ایجاد می­شود، تمایل به تشکیل بیوفلوک­ها دارند. بیوفلوک­ها از باکتری­ها، پروتوزوآها، ارگانیسم­های دیگر و ذرات آلی تشکیل می­شوند و بطور اساسی قطر آنها 1/0 تا 2 میلی متر و هر سانتی مترمکعب فلوکه شامل 10 تا 30 میلی گرم ماده خشک است. همچنین بیوفلوک­ها توده­های نامنظم، با اندازه­های متنوع و متخلخل می­باشند که به راحتی فشرده شده و نسبت به مایعات بسیار نفوذ­پذیر هستند. باکتری­های هتروتروف مواد زائد را کاهش می­دهند که بخشی از مواد زائد را به دی اکسید کربن و بخش دیگر (50%) را به بیومس میکروبی تبدیل می­کنند (رابطه 1-1).

باکتری­ها همچنین نیتروژن را از آب گرفته و کیفیت آب را کنترل می­کنند. فعالیت میکروبی را باید به سمت کنترل نیتروژن در استخر پیش برد. باکتری­ها بخش مهمی از زنجیره غذایی را تشکیل می­دهند و همچنین بنظر می­رسد که سیستم ایمنی موجود را بهبود می­دهند. باکتری­های هتروتروف می­توانند نیتروژن غیر آلی را 40 برابر بالاتر از باکتری­های نیتریفیکانت جذب کنند. پژوهش­ها ثابت کرده است که حضور بیوفلوک­ها در سیستم پرورش میگو، رشد را 15% افزایش و ضریب تبدیل غذایی را 40% کاهش می­دهد که نشان دهنده این است که میگوها می­توانند از کیفیت تغذیه بیوفلوک­ها (ویتامین، مواد معدنی، لیپید و پروتئین اضافی) بهره مند شوند. در واقع، خوراک خوب و متعادل می­تواند بدون استفاده از پروتئین­های دریایی و با حضور بیوفلوک تولید شود. در سیستم­های بیوفلوک بهبود رشد و تولید بیشتر رخ می­هد و همچنین به شرایط مطلوب­تر کیفیت آب کمک می­کند. بیوفلوک­ها روی تمام ترکیبات بدن میگوی سفید غربی پرورش یافته در شرایط بدون تبادلات آبی تاثیر می­گذارند به­طوری که میزان چربی کل و خاکستر بدن تحت شرایط بیوفلوک افزایش می­یابد. افزایش میزان چربی کل بدن در سیستم پرورشی بیوفلوک به جذب موثر چندین اسید چرب مثل پالمیتیک[14] و هپتادیکنوئیک اسید [15] از بیوفلوک نسبت داده شده است. مطالعات نشان داده جذب مواد مغذی در شرایط بیوفلوک به دلیل وجود مقادیر بیشتری از اسیدهای­آمینه ضروری، اسیدهای­چرب (PUFA و HUFA) و دیگر عناصر غذایی در بیوفلوک، بهتر است. افزایش کل میزان خاکستر بدن میگو تحت شرایط بیوفلوک به دلیل در دسترس بودن پیوسته مواد معدنی فراوان و عناصر کمیاب در بیوفلوک می­باشد.

بیوفلوک­ها فعالیت­های پروتئازی و آمیلازی نسبتا بالایی را ارائه می­دهند. این آنزیم­های میکروبی به شکستن پروتئین، کربوهیدرات و سایر ترکیبات غذایی کمک می­کنند و خوراک را به واحدهای کوچکتر تجزیه و قابلیت هضم و جذب خوراک را تسهیل می­کنند. پس از اینکه غذا همراه با بیوفلوک فرو برده شد، بیوفلوک به­عنوان آنزیم خارجی مکمل در جیره غذایی عمل کرده و بر عملکرد آنزیم­های دستگاه گوارش تاثیر مثبت می­گذارد.

همه گونه­ها کاندیدی مناسب برای استفاده در سیستم بیوفلوک نیستند. به نظر می­رسد برخی از ویژگی­های لازم برای دستیابی به عملکرد رشد بهتر مانند مقاومت به تراکم بالا، تحمل سطوح متوسط اکسیژن محلول (تقریبا 3 تا 6 میلی­گرم در لیتر)، فیلتر­فیدر بودن، عادت همه چیز­خواری و یا قابلیت سازگاری دستگاه گوارش به جذب بهتر ذرات میکروبی، بایستی از ویژگی­های گونه مورد نظر باشد. میگوی سفید غربی یکی از مهم­ترین گونه­های پرورشی جهان می­باشد. این میگو به علت مزایای قابل توجه و ذکر شده در پرورش به تمام نقاط جهان انتقال یافته است. در کشور ما به­دلیل حضور میگوی سفید غربی و دست یافتن به بیوتکنیک تکثیر و تولید انبوه پست لارو، بکارگیری تکنیک­های نوین در پرورش آن امری ضروری و مهم می­باشد و همچنین با توجه به مزاياي ذکر شده در مورد سيستم بيوفلوک، بکارگيري اين تکنيک در کشور براي پرورش آبزيان ضروري مي­باشد. با توجه به معرفي روش­هاي جديد و موثر در کاهش مصرف آب و غذا در پرورش آبزيان و استفاده از آنها در کشور، اين تحقيق با هدف بررسي کيفيت آب، عملکرد رشد، بقاء و ترکیب لاشه میگوی سفید غربی در سيستم بيوفلوک تحت تأثير نسبت­هاي مختلف غذاده ي طراحي و انجام شد.

Biofloc Technology (BFT)-[1]

Feed conversion ratio (FCR)-[2]

Growth rate (GR) -[3]

• Total ammonium nitrogen [4]

Recirculatoty Aquaculture System (RAS)-[5]

Penaeid -[6]

Waddell Mariculture Center -[7]

French Polynesia) ) Tahiti -[8]

Biosecurity -[9]

Bioreactors -[10]

Assimilation – [11]

Denitrifying-[12]

Denitrification- [13]

Palmitoleic acid -[14]

Heptadecenoic acid – [15]