Tổng quan nghiên cứu

Nghề nuôi ong mật đóng vai trò quan trọng trong phát triển kinh tế nông nghiệp và bảo vệ đa dạng sinh học. Việt Nam hiện đứng thứ 6 thế giới về sản lượng mật ong với khoảng 49.000 tấn mỗi năm, trong đó xuất khẩu chiếm tới 90% sản lượng, chủ yếu sang thị trường Hoa Kỳ và châu Âu. Tuy nhiên, tình trạng sử dụng kháng sinh trong nuôi ong để phòng và trị bệnh gây ra nhiều hệ lụy như kháng thuốc, ô nhiễm sản phẩm và ảnh hưởng đến sức khỏe người tiêu dùng. Do đó, việc tìm kiếm giải pháp thay thế kháng sinh là cấp thiết.

Vi khuẩn axit lactic ưa fructose (Fructophilic Lactic Acid Bacteria - FLAB) được phát hiện trong hệ tiêu hóa ong mật có tiềm năng lớn trong việc phát triển sản phẩm probiotic thay thế kháng sinh. FLAB không chỉ có khả năng kháng lại các vi khuẩn gây bệnh phổ biến trên ong như Melissococcus pluton, Paenibacillus larvae và Paenibacillus alvei mà còn có các đặc tính probiotic như chịu được pH thấp, nhiệt độ cao, khả năng bám dính tốt và kháng kháng sinh.

Mục tiêu nghiên cứu là phân lập và xây dựng bộ sưu tập các chủng FLAB từ hệ tiêu hóa ong mật, khảo sát hoạt tính probiotic và kháng khuẩn của các chủng này, đồng thời thử nghiệm quy trình tạo sản phẩm probiotic phù hợp để thay thế kháng sinh trong nuôi ong. Nghiên cứu được thực hiện trong khoảng thời gian từ tháng 9/2020 đến tháng 4/2021 tại phòng thí nghiệm Khoa Công nghệ Sinh học, Trường Đại học Bách Khoa TP. HCM.

Kết quả nghiên cứu góp phần nâng cao hiệu quả nuôi ong mật, giảm thiểu sử dụng kháng sinh, đồng thời phát triển sản phẩm probiotic thân thiện môi trường, có giá trị kinh tế và bảo vệ sức khỏe cộng đồng.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên các lý thuyết và mô hình sau:

  • Vi khuẩn axit lactic (LAB): Nhóm vi khuẩn Gram dương, không sinh bào tử, có khả năng lên men tạo acid lactic, đóng vai trò quan trọng trong hệ vi sinh vật đường ruột ong mật, góp phần bảo vệ vật chủ khỏi vi khuẩn gây bệnh.
  • Vi khuẩn axit lactic ưa fructose (FLAB): Nhóm LAB đặc biệt phát triển tốt trên môi trường giàu fructose, thiếu hệ thống vận chuyển glucose phosphotransferase (PTS), có khả năng tổng hợp acid lactic và acid acetic, tạo môi trường kháng khuẩn tự nhiên.
  • Đặc tính probiotic: Bao gồm khả năng chịu pH thấp, nhiệt độ cao, bám dính vào biểu mô ruột, kháng kháng sinh và kháng khuẩn đối với các vi khuẩn gây bệnh trên ong mật.
  • Mô hình tạo sản phẩm probiotic: Quy trình lên men, sấy phun với các thông số kỹ thuật như tỷ lệ bột đậu nành, nhiệt độ đầu vào, lưu lượng phun để đảm bảo mật độ vi khuẩn sống cao và độ ẩm sản phẩm thấp.

Phương pháp nghiên cứu

  • Nguồn dữ liệu: Mẫu ong mật được thu thập tại trại ong Long Kiều, Di Linh, Lâm Đồng. Các chủng vi khuẩn gây bệnh được cung cấp từ phòng thí nghiệm bệnh học ong mật, Trường Đại học Nông Lâm TP. HCM.
  • Phân lập vi khuẩn FLAB: Hệ tiêu hóa ong mật được xử lý vô trùng, nuôi cấy trên môi trường MRS giàu fructose (FYP) ở 37°C trong 48 giờ. Các chủng phát triển được sàng lọc dựa trên khả năng phát triển trên môi trường FYP và không phát triển trên môi trường glucose (GYP).
  • Xác định đặc tính probiotic: Thử nghiệm khả năng kháng khuẩn đối với các vi khuẩn gây bệnh Melissococcus pluton, Paenibacillus larvae và Paenibacillus alvei bằng phương pháp khuếch tán trên môi trường NA. Đánh giá khả năng chịu pH thấp (pH 3 và 4), chịu nhiệt, khả năng bám dính vào tế bào biểu mô ruột (Caco-2, HT-29), và kháng kháng sinh streptomycin, kanamycin.
  • Xác định chủng bằng kỹ thuật giải trình tự gene 16S rRNA: Các chủng FLAB được xác định chính xác về mặt phân loại học.
  • Thử nghiệm tạo sản phẩm probiotic: Quy trình sấy phun mini B-290 với các thông số: tỷ lệ bột đậu nành 10-25%, nhiệt độ đầu vào 90-120°C, lưu lượng phun 1-2,5 cm³/s. Đánh giá độ ẩm, mật độ vi khuẩn sống (log CFU/g) và độ ổn định sản phẩm.
  • Phân tích số liệu: Sử dụng phần mềm SPSS 22 và Excel để xử lý thống kê, tính trung bình và độ lệch chuẩn.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Phân lập và sàng lọc FLAB: Từ 14 chủng LAB phân lập được, 4 chủng FLAB (M4, M5, M6, M8) cùng với chủng F4 được chọn làm đối tượng nghiên cứu chính. Các chủng này phát triển tốt trên môi trường giàu fructose (FYP) với OD610nm đạt từ 0,254 đến 0,438 sau 24 giờ, trong khi phát triển kém trên môi trường glucose (GYP).

  2. Khả năng kháng khuẩn: Các chủng FLAB M4, M5, M6, M8 và F4 có vòng kháng khuẩn đối với vi khuẩn gây bệnh Melissococcus pluton, Paenibacillus larvae và Paenibacillus alvei dao động từ 8,67 ± 0,58 mm đến 15,33 ± 0,58 mm, cho thấy hoạt tính kháng khuẩn mạnh mẽ.

  3. Khả năng chịu pH thấp và nhiệt độ cao: Các chủng FLAB có khả năng phát triển tốt ở pH 3 và 4, trong đó M5 và M8 duy trì mật độ vi khuẩn sống trên 1 log CFU/mL sau 3 giờ ở pH 3. Các chủng cũng chịu được nhiệt độ lên đến 60°C, phù hợp với điều kiện xử lý sản phẩm probiotic.

  4. Khả năng bám dính: Tỷ lệ bám dính của các chủng FLAB vào tế bào biểu mô ruột tăng dần theo thời gian, với M4 đạt 59,71% sau 5 giờ, M8 và F4 lần lượt đạt 48,99% và 50,72%, cho thấy tiềm năng ổn định trong hệ tiêu hóa ong mật.

  5. Kháng kháng sinh: Các chủng FLAB không nhạy cảm với streptomycin và kanamycin, phù hợp để sử dụng trong môi trường có tồn dư kháng sinh.

  6. Xác định chủng: Giải trình tự 16S rRNA xác định 4 chủng FLAB M4, M5, M6, M8 thuộc loài Lactobacillus kunkeei với độ tương đồng từ 99,24% đến 99,44%.

  7. Thử nghiệm tạo sản phẩm probiotic: Chủng L. kunkeei M8 được chọn để thử nghiệm quy trình sấy phun với tỷ lệ bột đậu nành 15%, nhiệt độ đầu vào 100°C, lưu lượng phun 1,5 cm³/s. Sản phẩm đạt độ ẩm dưới 5% và mật độ vi khuẩn sống cao 9,63 log CFU/g, đáp ứng tiêu chuẩn probiotic.

Thảo luận kết quả

Kết quả nghiên cứu phù hợp với các nghiên cứu quốc tế về vai trò của FLAB trong hệ tiêu hóa ong mật và tiềm năng ứng dụng làm probiotic. Khả năng kháng khuẩn mạnh mẽ của các chủng FLAB đối với các vi khuẩn gây bệnh phổ biến trên ong mật giúp giảm thiểu việc sử dụng kháng sinh, hạn chế nguy cơ kháng thuốc và ô nhiễm môi trường.

Khả năng chịu pH thấp và nhiệt độ cao của FLAB cho thấy chúng có thể tồn tại và phát triển trong môi trường tiêu hóa khắc nghiệt của ong mật cũng như trong quá trình chế biến sản phẩm probiotic. Tỷ lệ bám dính cao giúp FLAB ổn định trong ruột ong, tăng hiệu quả bảo vệ vật chủ.

Việc lựa chọn L. kunkeei M8 làm chủng thử nghiệm tạo sản phẩm probiotic dựa trên các đặc tính ưu việt về sinh trưởng, kháng khuẩn và khả năng chịu đựng điều kiện sấy phun. Quy trình sấy phun với các thông số tối ưu giúp bảo toàn mật độ vi khuẩn sống cao, đảm bảo chất lượng sản phẩm.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ tăng trưởng OD610nm trên môi trường FYP và GYP, bảng so sánh vòng kháng khuẩn, biểu đồ tỷ lệ bám dính theo thời gian và bảng phân tích mật độ vi khuẩn sống trong sản phẩm probiotic.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Phát triển sản phẩm probiotic thương mại: Áp dụng quy trình sấy phun đã thử nghiệm để sản xuất quy mô lớn sản phẩm probiotic từ chủng L. kunkeei M8, nhằm thay thế kháng sinh trong nuôi ong mật. Thời gian triển khai dự kiến 12-18 tháng, do các doanh nghiệp công nghệ sinh học phối hợp với các trại ong.

  2. Đào tạo và chuyển giao công nghệ: Tổ chức các khóa đào tạo kỹ thuật nuôi trồng và sử dụng probiotic cho người nuôi ong mật, giúp nâng cao nhận thức và kỹ năng áp dụng sản phẩm mới. Thời gian thực hiện trong 6 tháng đầu sau khi sản phẩm được phát triển.

  3. Nghiên cứu bổ sung về hiệu quả thực tế: Thực hiện các thử nghiệm trên đàn ong mật quy mô lớn để đánh giá hiệu quả phòng và trị bệnh, tác động đến năng suất mật và sức khỏe ong. Thời gian nghiên cứu 12 tháng, phối hợp giữa viện nghiên cứu và các trại ong.

  4. Xây dựng tiêu chuẩn và quy định quản lý: Đề xuất các tiêu chuẩn kỹ thuật và quy định quản lý sản phẩm probiotic cho ong mật nhằm đảm bảo chất lượng và an toàn, hỗ trợ việc đăng ký và lưu hành sản phẩm trên thị trường. Thời gian thực hiện 6-12 tháng, phối hợp với cơ quan quản lý nhà nước.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Người nuôi ong mật: Nắm bắt kiến thức về vi sinh vật có lợi trong hệ tiêu hóa ong, áp dụng probiotic để nâng cao sức khỏe đàn ong, giảm thiểu sử dụng kháng sinh, tăng năng suất mật.

  2. Nhà nghiên cứu và sinh viên ngành công nghệ sinh học, nông nghiệp: Tham khảo phương pháp phân lập, sàng lọc vi khuẩn probiotic, kỹ thuật xác định chủng và quy trình tạo sản phẩm probiotic.

  3. Doanh nghiệp sản xuất chế phẩm sinh học: Áp dụng quy trình công nghệ sấy phun và các thông số kỹ thuật để phát triển sản phẩm probiotic chất lượng cao phục vụ ngành nuôi ong.

  4. Cơ quan quản lý và chính sách: Căn cứ vào kết quả nghiên cứu để xây dựng chính sách quản lý, tiêu chuẩn kỹ thuật và khuyến khích phát triển sản phẩm sinh học thay thế kháng sinh trong chăn nuôi ong mật.

Câu hỏi thường gặp

  1. FLAB là gì và tại sao lại quan trọng trong nuôi ong mật?
    FLAB là nhóm vi khuẩn axit lactic ưa fructose, sống trong hệ tiêu hóa ong mật, có khả năng kháng khuẩn và hỗ trợ sức khỏe ong. Chúng giúp giảm sử dụng kháng sinh, hạn chế bệnh tật và tăng năng suất mật.

  2. Làm thế nào để phân lập và xác định các chủng FLAB?
    Phân lập trên môi trường giàu fructose (FYP), sàng lọc dựa trên khả năng phát triển và kháng khuẩn, xác định bằng kỹ thuật giải trình tự gene 16S rRNA để xác định chính xác chủng vi khuẩn.

  3. Các chủng FLAB có thể kháng lại những loại vi khuẩn gây bệnh nào trên ong?
    Nghiên cứu cho thấy các chủng FLAB có khả năng kháng lại Melissococcus pluton, Paenibacillus larvae và Paenibacillus alvei – các tác nhân chính gây bệnh thối chua và thối đen trên ong mật.

  4. Quy trình tạo sản phẩm probiotic từ FLAB như thế nào?
    Sử dụng quy trình lên men vi khuẩn trên môi trường thích hợp, sau đó sấy phun với các thông số kỹ thuật như tỷ lệ bột đậu nành 15%, nhiệt độ đầu vào 100°C, lưu lượng phun 1,5 cm³/s để tạo sản phẩm có mật độ vi khuẩn sống cao và độ ẩm thấp.

  5. Sản phẩm probiotic có thể thay thế hoàn toàn kháng sinh trong nuôi ong không?
    Sản phẩm probiotic giúp giảm thiểu sử dụng kháng sinh bằng cách tăng cường sức khỏe và khả năng kháng bệnh của ong. Tuy nhiên, cần kết hợp với các biện pháp quản lý dịch bệnh tổng hợp để đạt hiệu quả tối ưu.

Kết luận

  • Đã phân lập và xây dựng bộ sưu tập 5 chủng FLAB từ hệ tiêu hóa ong mật, trong đó 4 chủng thuộc Lactobacillus kunkeei có hoạt tính probiotic và kháng khuẩn mạnh.
  • Các chủng FLAB có khả năng chịu pH thấp, nhiệt độ cao, bám dính tốt và kháng kháng sinh streptomycin, kanamycin.
  • Quy trình tạo sản phẩm probiotic bằng sấy phun với chủng L. kunkeei M8 đạt tiêu chuẩn về độ ẩm và mật độ vi khuẩn sống.
  • Sản phẩm probiotic có tiềm năng thay thế kháng sinh trong nuôi ong mật, góp phần nâng cao hiệu quả chăn nuôi và bảo vệ môi trường.
  • Đề xuất triển khai sản xuất quy mô lớn, đào tạo người nuôi ong, nghiên cứu hiệu quả thực tế và xây dựng tiêu chuẩn quản lý sản phẩm.

Hành động tiếp theo: Khuyến khích các bên liên quan phối hợp phát triển sản phẩm probiotic, tổ chức thử nghiệm quy mô lớn và hoàn thiện quy trình công nghệ để đưa sản phẩm ra thị trường.