Khai thác và phát triển nguồn gen vi khuẩn và nấm men nhằm tạo chế phẩm probiotic

Ngày nay, với sự phát triển không ngừng của khoa học kỹ thuật cùng với nhu cầu cuộc sống ngày càng nâng cao, vấn đề sức khỏe của con người cũng như vật nuôi ngày càng được chú trọng hơn, việc tiêu thụ các sản phẩm có chất lượng cao và mang lại nhiều lợi ích cho sức khỏe đang rất được người tiêu dùng quan tâm.

Hiện nay, trên thị trường các sản phẩm hỗ trợ sức khỏe được gọi là “nutraceuticals” hay “thực phẩm chức năng” trở nên phổ biến, một trong số đó phải kể đến các chế phẩm probiotic. Theo định nghĩa của FAO/WHO năm 2001, probiotic là các vi sinh vật sống khi được sử dụng với số lượng thích hợp sẽ mang lại lợi ích cho sức khoẻ cho vật chủ. Probiotic đã được nghiên cứu rộng rãi và sản xuất thương mại thành nhiều sản phẩm khác nhau trên thế giới. Lợi ích của chúng đối với sức khoẻ con người và động vật đã được chứng minh trong nhiều nghiên cứu khoa học, ví dụ như: cải thiện sự cân bằng vi khuẩn đường ruột, chống lại tác nhân gây bệnh đường ruột và tăng cường hệ thống miễn dịch. Không những được sử dụng cho con người, chế phẩm probiotic còn được bổ sung vào thức ăn cho gia súc, gia cầm và thủy sản. Các vi sinh vật thường được sử dụng cho sản xuất chế phẩm probiotics cho người và động vật bao gồm: Bifidobacterium, Lactococcus, Lactobacillus, Bacillus, và nấm men như Saccharomyces cerevisiae hay Saccharomyces boulardii.

Hầu hết các sản phẩm probiotic thương mại được sử dụng là các vi khuẩn đường ruột thuộc nhóm Lactobacilli và Bifidobacteria, bởi chúng thuộc hệ vi khuẩn đường ruột và có thể nuôi cấy ngoài hệ tiêu hóa vật chủ. Tuy nhiên, chúngthuộc nhóm vi khuẩn kỵ khí và đòi hỏi điều kiện dinh dưỡng đặc biệt nên khó khăn trong việc nuôi cấy và bảo quản, do vậy giá thành sản xuất tương đối cao. Trong khi đó, Bacillus được xem là đối tượng tiềm năng để sản xuất probiotic, mặc dù trước đây chúng ít được xem xét như là probiotic hay thuộc nhóm vi khuẩn đường ruột. Tuy nhiên, gần đây các nhà khoa học đã chứng minh Bacillus là một thành phần của hệ vi sinh vật đường ruột, chúng có đầy đủ các đặc tính probiotic. Ngoài khả năng sinh trưởng nhanh, chúng còn có khả năng tại bào tử cao để chống chịu với môi trường khắc nghiệt. Đặc biệt, sản xuất chế phẩm probiotic từ Bacillus có chi phí 2 sản xuất thấp, quy trình sản xuất đơn giản, bảo quản dễ dàng và tuổi thọ sản phẩm cao. Các chủng nấm men Saccharomyces boulardii cũng được sử dụng làm probiotic cho con người trong nhiều năm bởi vì chúng mang lại một số tác dụng lên hệ vi sinh vật đường ruột. Những probiotic này được phát tán đi thông qua những hệ thống thức ăn mà trước hết phải tồn tại trong thời gian đi qua đường tiêu hóa trên và sau đó vẫn tồn tại trong ruột để phát huy các tác dụng có lợi cho vật chủ. Các nấm men probiotic mang đến một lợi thế khác so với vi khuẩn là không có mối đe dọa của việc chuyển gen kháng thuốc kháng sinh giữa vi khuẩn gây bệnh và nấm men trong môi trường thuận lợi của đường ruột động vật có vú, do đó dẫn đến nấm men probiotic thích hợp khi sử dụng trong điều trị kháng sinh.

Đề tài “Khai thác và phát triển nguồn gen vi khuẩn và nấm men nhằm tạo chế phẩm probiotic” do PGS.TS. Dương Văn Hợp làm Chủ nhiệm, Viện Vi sinh vật và Công nghệ sinh học chủ trì, nhằm khai thác hiệu quả nguồn gen nấm men và vi khuẩn của Bảo tàng giống chuẩn vi sinh vật nhằm tạo chế phẩm probiotic ứng dụng trong thực phẩm và thức ăn chăn nuôi.

Thành công của đề tài trong việc phát triển được sản phẩm probiotic cho thực phẩm chức năng và cho chăn nuôi với tiêu chuẩn chất lượng tương đương với sản phẩm nhập ngoại có giá thành cạnh tranh là khâu quan trọng để thương mại hóa sản phẩm đáp ứng nhu cầu trong nước (ước tính hàng trăm triệu USD). Từng bước tham gia thị phần của sản phẩm là bước quan trọng trong hạn chế sử dụng ngoại tệ, nhập siêu quốc gia. Đây là sản phẩm Công nghệ sinh học được sản xuất đồng bộ từ chủng giống vi sinh vật và công nghệ trong nước đến sản phẩm thương mại đưa lại hiệu quả kinh tế sẽ là động lực cho tập thể cán bộ khoa học trong nước tự tin phát triển các sản phẩm KHCN có hàm lượng công nghệ và chất lượng cao, thay hàng nhập khẩu, ứng dụng trong nông sinh y và mở ra sự phát triển Công nghiệp sinh học quốc gia. Việc phát triển và thương mại sản phẩm khoa học công nghệ tại các tổ chức khoa học công nghệ trong nước sẽ từng bước giúp các đơn vị này tự chủ và gia tăng nguồn lực để mở rộng phát triển và gắn kết các tổ chức khoa học công nghệ và doanh nghiệp trong nước trong tiến trình đổi mới sáng tạo, hiện đại hóa đất nước.

Sau thời gian nghiên cứu, đề tài đã thu được những kết quả như sau:

1. Từ 155 chủng vi khuẩn nhóm Bacillus subtilis, 25 chủng Bifidobacterium, 128 chủng Lactobacillus và 60 chủng nấm men Saccharomyces phân lập từ các nguồn khác nhau đang lưu giữ tại VTCC, đã lựa chọn được13 chủng, bao gồm: 4 chủng Bacillus; 2 chủng Bifidobacterium; 4 chủng Lactobacillus và 3 chủng Saccharomyces mang các đặc tính probiotic có thể sử dụng trong sản xuất chế phẩm. Nghiên cứu các điều kiện nuôi cấy thích hợp trong phòng thí nghiệmcho 10 chủng lựa chọn: trên môi trường M8, MRSc, MT7, YM, nhiệt độ 37oC, pH 6-7, tỷ lệ giống cấy 5%, nuôi lắc 200 vòng/phút cho Bacillusvà Saccharomyces, nguồn cacbon là glucose, nguồn Nitơ hỗn hợp trong các môi trường, thời gian sinh trưởng là 24 giờ và 48 giờ (Saccharomyces), thời gian sinh bào tử là 40-48 giờ với Bacillus; số lượng tế bào đạt >109 CFU/ml.

2. Nuôi trong thiết bị lên men 5, 30, 75 và 300 lít các chủng T10; Bf 3.1; T5.2 và SB2 cho số lượng tế bào lớn nhất: trên môi trường M8, MRSc, MT7 và YM (tương ứng) với tỷ lệ giống cấy 3-5% ở điều kiện sục khí 1,2-1,4 lít khí/lít dịch/phút, tốc độ khuấy 200- 250 vòng/phút với chủng T10 và SB2; Nuôi kị khí có khuấy nhẹ với chủng BF3.1 và nuôi tĩnh với T5.2; thời gian lên men 24 giờ với các chủng T10, Bf 3.1, T5.2 và 32-36 giờ với SB2. Số lượng tế bào đạt 2,4-7,6×109 cfu/ml.

3.Phương pháp thu hồi sinh khối với từng chủng: Điều kiện thu hồi tế bào sống nhiều nhất trên thiết bị ly tâm Alphalaval cho dịch lên men của 4 chủng nghiên cứu: Tốc độ dòng đầu vào 40 lít/ph, Tốc độ li tâm 7000 v/ph cho nấm men v -9000 v/ph cho vi khuẩn; Thời gian 1 chu kỳ li tâm 5 phút; Dịch cô đặc sinh khối thu 6- 10lít, mật độ tế bào/bào tử đạt 5x1010 -4x 1011CFU/ml. Trong điều kiện lọc trên thiết bị lọc tiếp tuyến cho dịch lên men các chủng: Màng lọc 0,2µm; Tốc độ dòng chảy 60-70 lít/phút. Dịch sinh khối cô đặc thu được từ 6-10 lít, mật độ tế bào/bào tử đạt 7x1010 -4x 1011 CFU/ml.

4. Nghiên cứu phát triển sản phẩm: Điều kiện làm khô thích hợp để hạn chế thấp nhất tỷ lệ chết trong quá trình đông khô, sấy khô và sấy phun của các chủng nghiên cứu ở tuổi thu sinh khối của Bacillus subtilisT10là 40 giờ; Bifidobacterium bifidum Bf3.1 vàLactobacillus acidophilus T10là 24 giờvà Saccharomyces boulardiiSB2 là32 giờ. Chất mang thích hợp trong quá trình làm khôcủa T10là maltodextrin; Bf3.1 làskimmilk; T5.2là lactosevà SB2 là tinh bột tan. Tỷ lệ trộn chất mang thích hợp cho cả 4 chủng nghiên cứu là 20-30%. Điều kiện làm khô hiệu quả cho Bacillus subtilis khi sấy phun; Bifidobacterium bifidum và Lactobacillus acidophiluslà đông khô và sấy khô cho Saccharomyces boulardii; Các chế phẩm dạng bột được đóng túi và hút chân không, được bảo quản tốt ở các nhiệt độ: -20 và 4 (với Bacillus, Bifidobacterium, Lactobacillusvà Saccharomyces) và 25 oC (Bacillus). Sau 6 tháng bảo quản, số lượng tế bào vẫn duy trì đạt yêu cầu. Các quy trình sản xuất probiotic từBacillus, Bifidobacterium, Lactobacillus vàSaccharomyces ổn định và chất lượng sản phẩm đạt yêu cầu, sản phẩm cuối đạt 2,5 x 1010 - 1,1 x 1011 CFU/g; Các quy trình lên men và tạo chế phẩm của Bacillus subtilis, Bifidobacterium bifidum, Lactobacillus acidophilus và Saccharomyces boulardii được xây dựng.

5. Đánh giá chỉ tiêu chất lượng Vi sinh vật tạp nhiễm trong sản phẩm từ các mẻ sản xuất chế phẩm probiotic của đề tài đều nằm trong giới hạn cho phép theo tiêu chuẩn của các nước tham khảo và theo quy chuẩn của bộ Ytế ban hành cho thực phẩm. Tiêu chuẩn cơ sở cho 4 chế phẩm của Bacillus subtilis, Bifidobacterium bifidum, Lactobacillus acidophilus và Saccharomyces boulardiiđược xây dựngphù hợp với tiêu chuẩn Quốc gia và các sản phẩm nhập ngoại.

6. Đánh giá khả năng chấp nhận của thị trường Giá thương mại sản phẩm đề tài đưa ra khoảng 2,5-3,0 triệu/kg thấp hơn sản phẩm nhập ngoại hơn 40% giá thành; Công ty CP Thú y Xanh Việt Nam đã sử dụng sản phẩm probiotic của đề tài để sản xuất thử nghiệm sản phẩm probiotic bổ sung thức ăn chăn nuôi. Bước đầu cho kết quả khả quan, tương đương hàng nhập ngoại. Công 36 ty cổ phần Dược phẩm QD-MELIPHAR cũng sử dụng sản phẩm probiotic của đề tài để sản xuất thử nghiệm một số sản phẩm thực phẩm chức năng. Các sản phẩm được đánh giá tương đương hàng nhập ngoại; Báo cáo đánh giá năng lực cạnh tranh của sản phẩm và định hướng tiếp theodựa vào Thị trường và tiềm năng thương mại, Trình độ công nghệ và chất lượng sản phẩm, Hiệu quả kinh tế và khả năng cạnh tranh của sản phẩm; đưa ra các giải pháp cụ thể nhằm triển khai kết quả ứng dụng vào thực tế.

Có thể tìm đọc báo cáo kết quả nghiên cứu (mã số 17247/2019) tại Cục Thông tin khoa học và công nghệ quốc gia.

Theo Vista.gov.vn