TÁC ĐỘNG CỦA YẾU TỐ NHIỆT ĐỘ ĐẾN QUÁ TRÌNH NUÔI CẤY VÀ LÊN MEN TRONG SẢN XUẤT BACILLUS SUBTILIS

Trong quá trình sinh trưởng và phát triển loài vi khuẩn này có khả năng tổng hợp nhiều loại enzyme có vai trò quan trọng như amylase, cellulase,lipase, protease, nattokinase,… có khả năng thủy phân tinh bột, lipid, protid,… thành những phân tử có cấu trúc nhỏ hơn, dễ dàng hấp thụ vào cơ thể, cung cấp năng lượng và nguyên liệu cho quá trình sinh trưởng và phát triển của vật chủ. Ngoài ra, B.subtilis còn có khả năng tổng hợp ra nhiều loại acid amin như citrulin, tyrozyn, prolin,… và một số acid amin không thay thế: lyzyn, valin, threonin, izoleuxin,… Một số loại vitamin cũng được B.subtilis tổng hợp, đặc biệt là vitamin B2 (Riboflavin). Đáng chú ý hơn nữa,B.subtilis còn có khả năng sinh tổng hợp một số loại kháng sinh như difficidin, oxydifficidin, bacillomyin B,… có tác dụng ức chế sinh trưởng, tiêu diệt một số vi khuẩn, vi nấm, Mycobacterium gây bệnh. Nhờ những đặc tính trên mà chúng được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp lên men sản xuất nhiều sản phẩm probiotics sử dụng trong y dược, nông nghiệp, thú y, thủy sản,… nhằm mục đích tăng năng suất chất lượng sản phẩm chăn nuôi, bảo vệ sức khoẻ người tiêu dùng, bảo vệ môi trường sống không bị ô nhiễm bởi các loại hoá chất độc hại và đặc biệt là nhằm hạn chế dần việc sử dụng kháng sinh trong chăn nuôi.

Trong quá trình nuôi cấy, lên men sản suất các chủng vi sinh vật, các yếu tố môi trường có tác động rất lớn đến quá trình sinh trưởng, phát triển của chúng. Bên cạnh các yếu tố dinh dưỡng của môi trường nuôi cấy, pH, thời gian nuôi cấy, phương pháp nuôi cấy, nồng độ oxy, tốc độ khuấy và thông khí trong phương pháp nuôi cấy lên men chìm,… yếu tố nhiệt độ đóng vai trò quan trọng, ảnh hưởng trực tiếp đến sự sinh trưởng và phát triển của B.subtilis đồng thời còn quyết định đến khả năng tổng hợp và hoạt lực các enzyme, amino acid,… và sự hình thành bào tử.

Mỗi một loài vi sinh vật đều có mức nhiệt tối thiểu, tối thích và tối đa cho sự sinh trưởng và phát triển của chúng B.subtilis có khả năng tồn tại trong một khoảng nhiệt độ rộng từ 18-43°C, tùy thuộc vào đặc điểm sinh trưởng của các chủng vi khuẩn. Tuy nhiên, theo các tài liệu nghiên cứu trên thế giới và tại Việt Nam, trong điều kiện nhiệt độ 30-37°C, loàivi khuẩn này sinh trưởng và phát triển tốt nhất.

Ảnh hưởng của nhiệt độ lên khả năng tăng trưởng B. subtilis B20.1

(Hồ Thị Trường Thy, 2014)

Yếu tố nhiệt độ còn tác động mạnh mẽ, quyết định đến khả năng tổng hợp enzyme của B.subtilis cũng như hoạt độ của chúng. Theo kết quả nghiên cứu của Kokab (2003) trên B. subtilis, Suman and Ramesh (2010) trên B. subtilis KCPSS-12ss, Phạm Trần Thùy Hương (2012) trên B. subtilis DC5 cho thấy rằng 35°C là nhiệt độ tối ưu để các chủng này sinh tổng hợp α-amylase cực đại (7,897 U/ml đối với chủng B. subtilis DC5). Ezyme α-amylase được tổng hợp từ các chủng này có khả năng chịu nhiệt kém hơn so với các ezyme α-amylase được tổng hợp bởi các chủng có khả năng tổng hợp tối ưu ezyme này tại các mức nhiệt độ cao hơn. Đối với chủng B.subtilis C10 nhiệt độ tối ưutổng hợp α-amylase là 40°C (Đỗ Thị Bích Thủy, 2008), chủngB.subtilis JS-2004 là 50°C (Asgher, 2007).

Võ Hồng Thi (2012) khi khảo sát một số đặc tính của chủng B. subtilis được phân lập từ nước thải và chế biến thịt cũng cho thấy nhiệt độ tố ưu cho các chủng vi khuẩn này tổng hợp enzyme protase là 50°C. Đây cũng là mức nhiệt độ tối ưu để tổng hợp enzyme cellulase của vi khuẩn này (Trần Thị Ánh Tuyết, 2010).Theo nghiên cứu K. Suwanmanon (2014), B. subtilis tổng hợp γ-aminobutyric acid (GABA) tối ưu ở nhiệt độ 37°C(15.40mg/ml) và enzyme nattokinase tối ưu ở nhiệt độ 30°C (130.96 U/ml).

Bên cạnh đó, nhiệt độ cũng là yếu tố tác động nên sự hình thành bào tử. Để tác động vào việc hình thành bào tử, phương pháp gây sốc nhiệt với nhiệt độ và thời gian thích hợp là phương pháp đơn giản, dễ dàng thực hiện và được áp dụng rộng rãi trong thực tế sản xuất. Bên cạnh đó, nhiệt độ sấy khô bán thành phẩm sau khi phối trộn sinh khối vi khuẩn cũng như nhiệt độ bảo quản thành phẩm cũng là các yếu tố cần được chú trọng.

Theo các công trình nghiên cứu sản xuất thuốc uống trợ tiêu hóa bằng chủng B. subtilis tại viện Pasteur Đà Lạt, các nhà khoa học tại đây người ta cũng dùng phương pháp gây sốc nhiết để tạo nha bào, làm tăng hiệu quả sử dụng của sản phẩm.

Do vậy, trong quá trình nuôi cấy, lên men sản xuất sinh khối cũng như thu nhận enzyme từ vi khuẩn B. subtilis, yếu tố nhiệt độ luôn là yếu tố đóng vai trò quan trọng bên cạnh các yếu tố tác động khác, quyết định năng suất, chất lượng của sản phẩm.Thừa kế những công trình nghiên cứu khoa học trong và ngoài nước, khi nghiên cứu xây dựng quy trình lên men sản xuất vi khuẩn B. subtilis sử dụng trong các chế phẩm probiotics, các nhà nghiên cứu sản xuất các chế phẩm sinh học tại Công ty TNHH 5Way Aqua Pharma luôn chú trọng đến ảnh hưởng của yếu tố nhiệt độ trong suốt quá trình sản xuất, chế biến, đóng gói và bảo quản nhằm đảm bảo chất lượng cao nhất và tính ổn định trong suốt quá trình tiêu thụ sản phẩm./.

Cố Vấn Khoa Học: TS. Nguyễn Đình Bồng 

Trưởng Khoa Công nghệ Sinh học – Môi Trường -

Trường Đại học Yersin Đà Lạt.