Sản xuất probiotic chất lượng cao là hoạt động khoa học và nghệ thuật

Ngày nay, việc sử dụng chế phẩm sinh học (probiotic) trong nuôi trồng thủy sản (đặc biệt là nuôi tôm) đang ngày càng phổ biến. Người nuôi biết rõ tính hữu ích của probiotic và sử dụng chúng trong suốt quá trình nuôi. Tuy nhiên, phần lớn người nuôi không biết rằng để sản xuất ra sản phẩm sinh học đạt chất lượng đòi hỏi trình độ chuyên môn cao, điều kiện sản xuất cần phải đạt tiêu chuẩn và rất ít nhà sản xuất đạt điều kiện sản xuất chuyên biệt chế phẩm sinh học.

Bên cạnh đó, người nuôi cũng khó phân biệt được sản phẩm sinh học nào đạt đủ điều kiện về chất lượng trong hàng ngàn sản phẩm được đưa ra thị trường hàng năm. Rất nhiều trong số đó không đạt điều kiện của một chế phẩm sinh học theo qui định của quốc tế. Chính vì thế, vấn đề tạp nhiễm, sản phẩm không có tác dụng khi sử dụng … thậm chí còn có cả sự hiện diện của các chủng vi sinh vật gây bệnh như V.harveyi, V.vlfinicus và V.parahaemolyticus trong sản phẩm.

Thật không may, tất cả các sản phẩm sinh học đều có giá cao và nếu người nuôi lựa chọn không cẩn thận sản phẩm sử dụng sẽ mang đến ao nuôi của mình nhiều bất lợi và tốn nhiều tiền nhưng không giải quyết được vấn đề mong muốn.

Dưới tiêu đề “Sản xuất probiotic chất lượng cao là một hoạt động khoa học và nghệ thuật”, Tiến sĩ Mathieu Castex và Jérôme Panes của tập đoàn sản xuất probiotic hàng đầu thế giới Lallemand mà chúng tôi lược dịch bên dưới sẽ cho chúng ta thấy một cái nhìn toàn diện về nghệ thuật và đỉnh cao khoa học của việc tạo ra một sản phẩm probiotic chất lượng cao như thế nào, qua đó sẽ giúp chúng ta cẩn trọng hơn trong việc lựa chọn một sản phẩm sinh học (cho ăn và xử lý nước) dùng trong nuôi tôm cá.

SẢN XUẤT PROBIOTIC CHẤT LƯỢNG LÀ KHOA HỌC VÀ NGHỆ THUẬT

Ngày nay, nuôi trồng thủy sản cần phải đạt được cả hai mục đích là có lợi nhuận và bền vững, điều cần thiết là phải tìm kiếm các giải pháp chấp nhận được để tối ưu hóa năng suất một cách tự nhiên và thân thiện với môi trường. Với mục đích đó, chế phẩm sinh học chiếm vị trí quan trọng, chúng cung cấp giải pháp tự nhiên nhằm thay thế kháng sinh trong nuôi cá, tôm để nâng cao hiệu suất và bảo vệ động vật thủy sản nuôi chống lại tác nhân gây bệnh mà không có những rủi ro về việc đề kháng kháng sinh.

Điều đầu tiên cần lưu ý về chế phẩm sinh học là các vi sinh vật sống. Hiệu quả của chế phẩm sinh học phụ thuộc vào sinh lý và hoạt động của các vi sinh vật và sự tồn tại của chúng. Ngoài ra, không phải tất cả vi khuẩn đều giống nhau về lợi ích và cơ chế hoạt động, vì vậy không phải tất cả các sản phẩm sinh học đều giống nhau.

Một nghiên cứu đánh giá gần đây được thực hiện trên 12 loại chế phẩm sinh học thương mại khác nhau trên thị trường được sử dụng cho nuôi tôm ở Thái Lan cho thấy rằng chỉ có hai loại có cung cấp đầy đủ các thông tin cần thiết trên nhãn như số lượng thực tế và tên của các vi sinh vật sống trong các sản phẩm cũng như khuyến cáo về liều lượng sử dụng. Tuy nhiên, cuối cùng không có sản phẩm nào trong số 12 sản phẩm được kiểm tra cho thấy đúng thành phần và số lượng ghi trên nhãn, thậm chí là có sự khác biệt rất lớn (Nimrat và Vuthiphandchai, 2011).

Tính ổn định của một sản phẩm sinh học và các chủng bên trong sản phẩm phụ thuộc vào nhiều yếu tố như đặc tính của chủng, qui trình sản xuất, công thức, cách đóng gói và điều kiện bảo quản.

Sản xuất vi sinh vật sống đòi hỏi tính chuyên môn cao và phải kiểm soát chất lượng nghiêm ngặt trong suốt quá trình sản xuất. Chỉ có một số ít công ty trên thế giới có kiến thức và năng lực công nghiệp để sản xuất và xử lý vi sinh vật sống đúng cách để đảm bảo rằng những gì được ghi trên nhãn là bên trong sản phẩm là giống nhau, bao gồm sự tinh khiết của sản phẩm, đảm bảo vi sinh vật còn sống và  tính ổn định.

Bài viết này giải thích quá trình sản xuất chủng vi sinh Pediococcus acidilactici MA18/5M, được biết đến dưới tên thương hiệu BACTOCELL^® được thực hiện trong nhà máy vi sinh của Lallemand và cho thấy các yếu tố khác nhau để đảm bảo tính khả thi và chất lượng của nó.

P. acidilactici MA18/5M là một trong những chủng vi sinh khoa học nhất ứng dụng cho ngành nuôi trồng thủy sản. Chủng vi sinh vật này được cấp bằng sáng chế đầu tiên và duy nhất cho phép sử dụng trong nuôi trồng thủy sản ở châu Âu từ năm 2009.

KIỂM SOÁT TỪNG BƯỚC TRONG QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT

Hàng trăm tấn sản phẩm có chứa hàng trăm tỷ vi sinh vật sống trên mỗi gram sản phẩm được sản xuất hàng năm. Tuy nhiên, nó luôn luôn bắt đầu với vài trăm micro- lit của một chủng vi sinh vật từ ngân hàng tế bào, tương đương với một ống nhỏ giọt đầy. Số lượng bé nhỏ của các vi khuẩn sống này trải qua quá trình nhân bản trong điều kiện kiểm soát nghiêm ngặt và vô trùng  trong phòng thí nghiệm. Sau đó, chúng được chuyển sang thiết bị lên men công nghiệp nơi mà sản lượng cuối cùng đạt khoảng 8 tấn.

Như vậy, rất dễ dàng để thấy được tầm quan trọng của việc kiểm soát chất lượng nghiêm ngặt suốt qui trình sản xuất. Bất kỳ sự tạp nhiễm hoặc thay đổi điều kiện tăng sinh sẽ ảnh hưởng đến hoạt động và sinh lý phát triển của vi sinh vật và qua đó  dẫn đến sự tạp nhiễm các chủng vi sinh vật không mong muốn cũng như ảnh hưởng đến kết quả cuối cùng về độ tinh khiết sản phẩm, mức độ hoạt động và hiệu quả của vi sinh bên trong sản phẩm.

Việc duy trì một môi trường vô trùng trong suốt quá trình và kiểm soát chất lượng nghiêm ngặt sau mỗi bước của quá trình này là cần thiết để đảm bảo không có tạp nhiễm, duy trì sự tinh khiết (thuần chủng) của vi sinh vật, đảm bảo chúng vẫn sống trong điều kiện tối ưu. Ở mỗi bước trong quy trình sản xuất, vi khuẩn được kiểm tra theo tiêu chuẩn nghiêm ngặt bao gồm kiểm tra điều kiện tối ưu và các thử nghiệm DNA. Việc xác định chủng vi sinh được kiểm tra bốn lần để đảm bảo độ tinh khiết và thuần chủng trước khi sản xuất hàng loạt . Trong quá trình sản xuất  việc kiểm nghiệm được thực hiện ít nhất ba lần.

Một yếu tố quan trọng để đảm bảo chủng vi khuẩn đang được sản xuất đúng với chủng đã được lựa chọn trong một năm trước là đảm bảo độ tinh khiết và tính thống nhất của quá trình nuôi cấy. Các chủng tinh khiết, khi được chọn sẽ được gửi đến các trung tâm phân tích để xác nhận đúng dòng cần sản xuất, chẳng hạn như NCIMB, Viện Pasteur. Ví dụ dòng probiotic thương mại của chúng tôi là P.acidilactici MA18/5M, được gửi vào Viện Pasteur theo số MA18/5M.Hồ sơ di truyền được thực hiện trên từng lô để kiểm tra độ tinh khiết của quá trình nuôi cấy.

QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT

Toàn bộ quá trình sản xuất vi khuẩn được trình bày như hình bên dưới.

giày sĩ quan

Như đã nói ở trên, tất cả bắt đầu từ một lọ nhỏ vi khuẩn từ ngân hàng tế bào, sẽ được phát triển từng bước từ một phòng thí nghiệm đến thiết bị lên men công nghiệp. Chủng nuôi cấy được đưa vào bình có chứa môi trường nuôi cấy thích hợp ở điều kiện vô trùng. Vi khuẩn bắt đầu hoạt động và nhân lên. Sau đó chúng được chuyển một thiết bị chứa lớn hơn.

LÊN MEN Ở QUI MÔ LỚN HƠN

Một khi chất lượng và độ tinh khiết của chủng nuôi cấy được kiểm tra, nó được chuyển đi trong điều kiện vô trùng đến thiết bị tiền lên men (pre – fermenter) nơi mà các điều kiện nuôi cấy được kiểm soát và theo dõi liên tục (pH, nhiệt độ, áp suất , …). Mỗi chủng vi khuẩn được nuôi cấy tăng trưởng trong môi trường riêng biệt, tuy nhiên quá trình phát triển của vi khuẩn được biểu thị bằng một đường cong bao gồm phase tăng trưởng của vi sinh vật theo cấp số nhân, sau đó đạt đến trạng thái ổn định và cuối cùng thì bắt đầu giảm dần (phase chết). Mục tiêu chính của quá trình là dừng quá trình lên men khi vi sinh vật đạt đến mức hoạt động cực đại mà không nhất thiết phải đạt năng suất tối đa vì khi đạt năng suất tối đa thì chúng cũng bắt đầu suy giảm mà không đạt được mức độ hoạt động trao đổi chất tối ưu. Để theo dõi sự phát triển vi khuẩn, nhà sản xuất sẽ kiểm tra mật độ quang học của môi trường nuôi cấy.

Việc nuôi cấy vi khuẩn sau đó được chuyển hệ thống lên men công nghiệp, với dung lượng 2-20 m³, tùy thuộc vào nhu cầu thị trường. Một lần nữa, quá trình lên men được dừng lại ở giai đoạn tối ưu về mặt hoạt động sinh học hơn là năng suất.

THU HOẠCH

Vi khuẩn sống sau đó được tách ra khỏi môi trường nuôi cấy bằng cách ly tâm. Khoảng 75 % lượng nước được tách ra ở giai đoạn này , kết quả là mật độ vi khuẩn sẽ tăng lên khoảng 50 – 100 lần.

ĐÔNG KHÔ

Phương pháp bảo quản tốt nhất để đảm bảo sự ổn định vi khuẩn là đông khô. Trong đông khô, đầu tiên nhiệt độ sản phẩm sẽ được đưa xuống mức rất thấp và phần nước còn lại được loại bỏ bằng cách thăng hoa dưới áp lực thấp ( thăng hoa là sự chuyển đổi từ thể rắn sang thể khí mà không qua giai đoạn hóa lỏng trung gian). Phương pháp đông khô lần đầu tiên được sử dụng như một phương pháp bảo quản thực phẩm khoảng 600 năm trước đây bởi người Inca. Tuy nhiên, trong trường hợp sản xuất vi khuẩn sống, phương pháp này đã được áp dụng trong những năm 1940 bởi viện Rosell ở Canada (ngày nay Viện Rosell là một phần của bộ phận dinh dưỡng dành cho con người của Lallemand ) với vi khuẩn axit lactic, đấy là một cuộc cách mạng về bảo quản bảo quản vi khuẩn và các ứng dụng công nghiệp sản xuất vi sinh.

Đông khô vi khuẩn là một bước rất tinh vi vì vi khuẩn nhạy cảm với nhiệt độ và có thể làm ảnh hưởng đến khả năng tồn tại của chúng. Trước đông khô, vi khuẩn được trộn lẫn với công thức cryoprotective phù hợp (chất chống đông - là chất được sử dụng để bảo quản các mô sinh học trong quá trình làm đông). Vì đây là những sinh vật sống, do đó dễ thấy rằng mỗi chủng vi khuẩn sẽ phản ứng khác nhau và nhạy cảm với những nhiệt độ đông khô khác nhau. Do đó, việc đông khô vi khuẩn là một nhiệm vụ khó khăn.

Tại Lallemand, bộ phận R & D đóng vai trò quan trọng nhằm tối ưu hóa công thức cryoprotective - bảo vệ lạnh - và chu trình đông khô cho mỗi chủng vi khuẩn khác nhau.

HOÀN TẤT SẢN PHẨM

Sau khi đông khô, vi sinh vật tạo thành một “bánh” dạng rắn chứa 2-4 % nước . Trong khi nghiền, pha trộn và đóng gói sản phẩm, độ ẩm và nhiệt độ được kiểm soát nghiêm ngặt. “Bột vi sinh” này sau đó đã sẵn sàng để  được tiếp tục pha trộn, vẫn dưới nhiệt độ và độ ẩm kiểm soát chặt chẽ. Nó được pha trộn với các chất mang  và chất pha loãng khác để có được nồng độ vi sinh vật mong muốn. Ví dụ, trong trường hợp probiotic P. acidilactici MA18/5M dùng cho ăn, một khối lượng thu hoạch 8 tấn sẽ mang lại khoảng 1.500 gói sản phẩm thương mại ở quy cách 500g/gói.

Cuối cùng, đóng gói là một bước quan trọng và phải được tiến hành đúng nơi chuyên biệt dưới sự kiểm soát chặt chẽ các điều kiện và phải sử dụng bao bì được làm bằng vật liệu thích hợp. Thật vậy, lưu trữ là một điểm quan trọng trong sự sống còn probiotic. Các vi khuẩn sống rất nhạy cảm với độ ẩm, độ ẩm không khí nên tránh trong quá trình lưu trữ. Kiểm soát nghiêm ngặt về nhiệt độ và độ ẩm trong quá trình đóng gói đảm bảo sự ổn định và hoạt động của sản phẩm. Vật liệu đóng gói cũng rất quan trọng, chẳng hạn như plastic có mức độ truyền dẫn độ ẩm và oxy rất khác biệt nhau.

Ví dụ, chế phẩm sinh học Lallemand dùng cho ăn được đóng gói trong bao bì đặc biệt không thấm nước và không khí không thể lọt vào. Đây cũng là dạng vật liệu được quân đội Mỹ sử dụng để bảo quản lâu dài các vật liệu nhạy cảm. Bao bì này ngăn chặn sự xâm nhập của không khí, các loại khí và độ ẩm. Mỗi túi được làm đầy với khí nitơ, một khí trơ ngăn sự xâm nhập của oxy để giúp giữ cho các chủng vi khuẩn trong sản phẩm không hoạt động.

KẾT LUẬN

Sản xuất sản phẩm vi sinh là quá trình phức tạp và độc đáo, cần phải nghiên cứu liên tục để điều chỉnh tốt hơn quá trình lên men, chế biến sâu, cũng như điều kiện đóng gói và vật liệu bao bì thích ứng cho mỗi chủng sản xuất . Kiểm soát chất lượng nghiêm ngặt tất cả cùng quá trình này là rất quan trọng để đảm bảo rằng sản phẩm cuối cùng thực sự có chứa các chủng vi khuẩn đúng như được ghi trên nhãn, và chỉ có cách này mới giúp vi khuẩn trong tình trạng tốt nhất, còn sống và sẵn sàng hoạt động ngay khi được sử dụng. Vì vậy, khi lựa chọn và phát triển một sản phẩm probiotic cho nuôi trồng thủy sản, bộ phận QC (kiểm tra và kiểm soát chất lượng sản phẩm) cần thực thi nghiêm ngặt và có khả năng truy xuất nguồn gốc đầy đủ của sản phẩm.

LALLEMAND VÀ QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT PROBIOTIC – MỘT CÂU CHUYỆN DÀI

Lallemand là một nhà phát triển và sản xuất hàng đầu về nấm men và vi khuẩn cho ngành công nghiệp dinh dưỡng gia súc, làm bánh, nấu rượu và dược phẩm.  Với 75 năm kinh nghiệm trong việc phát triển và lên men vi khuẩn, Lallemand có bốn cơ sở sản xuất ở Pháp, Canada và Mỹ. Với sự tập trung mạnh mẽ vào nghiên cứu và phát triển, công ty cũng dành nguồn lực đáng kể cho việc liên tục tối ưu hóa quá trình sản xuất và bảo quản vi khuẩn thông qua nhà máy thí điểm tại Toulouse (Pháp). Từ đĩa petri đến sản phẩm đóng gói hoàn thiện, chúng tôi kiểm soát toàn bộ quá trình, đảm bảo độ tinh khiết, truy xuất nguồn gốc, tính khả thi và tính thống nhất của sản phẩm hoàn chỉnh. Với cam kết tiêu chuẩn chất lượng cao, tất cả các cơ sở Lallemand hoạt động theo tiêu chuẩn cGMP và tuân thủ thực hiện theo các tiêu chuẩn cao nhất của ngành công nghiệp thức ăn cho vật nuôi (bao gồm thủy sản) và công nghiệp thực phẩm như FAMI- QS , HACCP, ISO9001 , AIB, AFIA SF/SF, cho đến tiêu chuẩn GMP dược phẩm tại nhà máy ở Pháp đảm nhiệm sản xuất các thành phần dược phẩm (API).

Tham quan nhà máy và qui trình sản xuất của chúng tôi tại đây:

https://stsimon.lallemand.com/tour_canim.htm

Tác giả:

- Tiến sĩ Mathieu Castex, giám đốc sản phẩm nuôi trồng thủy sản.Ông có chuyên môn sâu trong việc áp dụng các chế phẩm sinh học cho nhiều loài nuôi ở châu Âu, Đông Nam Á và Châu Mỹ.

- Panes Jérôme - phó chủ tịch của bộ phận đặc biệt của Lallemand phụ trách dịch vụ sản xuất chế phẩm sinh học đặt tại Milwaukee, Wisconsin, Hoa Kỳ.

Nguồn: Producing quality probiotics is an art and science – The Aquaculture Asia Pacific, July/August 2012, Volume 8, number 4.

Dịch bởi: KS NGUYỄN THÀNH QUANG THUẬN – VPAS JSC