Đặt vấn đề Việt Nam là một nƣớc nông nghiệp có ngành chăn nuôi phát triển và có đóng góp to lớn vào sự phát triển kinh tế của đất nƣớc. Vì vậy, vấn đề nâng cao năng suất, chất lƣợng sản phẩm và cải thiện môi trƣờng chăn nuôi rất đƣợc quan tâm ở nƣớc ta hiện nay. Việc lạm dụng kháng sinh của ngƣời chăn nuôi đang trở thành vấn đề nan giải. Hệ quả là lƣợng tồn dƣ kháng sinh có trong thực phẩm không chỉ ảnh hƣởng đến vật nuôi mà còn nguy hại đến sức khỏe con ngƣời khi tiêu thụ thực phẩm.
Để hạn chế và tiến tới loại bỏ kháng sinh trong thức ăn chăn nuôi, sử dụng probiotic là một trong những giải pháp thay thế kháng sinh quan trọng. Probiotic là những vi khuẩn có ích hoặc nấm men khi đƣa vào cơ thể một liều lƣợng vừa đủ sẽ sản sinh ra các enzyme tiêu hóa, các vitamin và các chất có hoạt tính kháng khuẩn, tạo ra những tác động tích cực đối với quá trình tiêu hóa, giúp hấp thu dƣỡng chất tốt hơn (FAO/WHO, 2001) [66]. Các loài Bacillus và Lactobacillus đƣợc xem là những đối tƣợng giàu tiềm năng để sản xuất probiotic. Do Bacillus không chỉ có khả năng sinh bào tử để chống chịu với điều kiện môi trƣờng bất lợi (Sanders và cs, 2003, Hong và cs, 2005) [73], [109], mà còn có thể sinh chất kháng sinh, chất kháng khuẩn kìm hãm VSV (vi sinh vật) gây bệnh (Sanders và cs, 2003) [109].
subtilis sinh ra rất nhiều loại enzyme, đặc biệt là amylase và protease kiềm có giá trị cao. subtilis có khả năng sinh ra riboflavin (tiền vitamin B2) (Nguyễn Lân Dũng và cs, 2001) [4]. Lactobacillus đƣợc biết đến là nhóm VK (vi khuẩn) có chức năng probiotic có nhiều tác động có lợi cho sức khỏe con ngƣời cũng nhƣ động vật. Khả năng sinh tổng hợp bacterioxin của VK lactic làm cho chúng ức chế các VK gây bệnh đƣờng ruột (Đỗ Thị Bích Thủy, 2014) [25].
fermentum là VK có khả năng chống chịu trong dịch dạ dày, dịch ruột non, kháng các VSV gây bệnh, tăng cƣờng hệ miễn dịch, tăng khả năng kháng oxy hóa (Gotteland và cs, 2006; Garcia và cs, 2009; Garcia và cs, 2012) [67],[68],[69]. Trong công nghệ chế biến thuỷ sản xuất khẩu của Việt Nam, công nghệ chế biến tôm tạo ra một lƣợng lớn PLT (phế liệu tôm) bao gồm đầu tôm và vỏ tôm. Lƣợng này thƣờng chiếm 50-70% nguyên liệu ban đầu. PLT là nguồn cung cấp protein, chitin và carotenoids (Holanda và Netto, 2006) [72].
Trong đó, carotenoid đƣợc biết là một chất màu tự nhiên an toàn cho các ngành công nghệ thực phẩm, dƣợc phẩm và mỹ phẩm. Gần đây, nhiều phƣơng pháp đã đƣợc sử dụng để tách chiết và thu nhận các chế phẩm đạm giàu carotenoid. Chúng có thành phần chính là protein và carotenoid ở dạng phức hợp caroten-protein và có nhiều trong phế liệu giáp xác (tôm hùm, tôm sú, tôm chì, tôm thẻ chân trắng) và một số phế liệu hải sản khác. Theo Lê Minh Hoàng và cs Luan van 2 (2015) thành phần của carotenoprotein tách chiết từ vỏ đầu tôm có màu đỏ gạch và mùi thơm gồm 7,1% hàm lƣợng chất khô, 68,5% hàm lƣợng protein, 7,3% hàm lƣợng lipid, 390 ppm hàm lƣợng astaxanthin, 22,7% hàm lƣợng khoáng [6].
Việc tách chiết chúng không chỉ thu nhận đƣợc các sản phẩm có giá trị gia tăng mà còn giảm thiểu ô nhiễm môi trƣờng (Chakrabarti, 2002; Phạm Thị Đan Phƣợng và Trần Thị Luyến, 2013) [16],[58]. Vì vậy, nghiên cứu thủy phân và lên men PLT bằng phƣơng pháp vi sinh vừa thu hồi đƣợc hàm lƣợng caroten-protein vừa tách đƣợc lƣợng chitin đáng kể (Phạm Thị Đan Phƣợng và cs, 2015) [19]. Với mong muốn tận dụng và nâng cao giá trị của PLT bằng tạo ra sản phẩm probiotic bổ sung vào thức ăn chăn nuôi, góp phần giảm thiểu vấn nạn sử dụng kháng sinh tràn lan, chúng tôi chọn đề tài: “Nghiên cứu thiết lập quy trình sản xuất chế phẩm probiotic giàu carotenoprotein từ phế liệu tôm”. Mục tiêu đề tài Xây dựng quy trình công nghệ sản xuất chế phẩm probiotic giàu carotenoprotein từ PLT có khả năng ứng dụng trong chăn nuôi ở quy mô phòng thí nghiệm làm tiền đề cho các nghiên cứu ở quy mô tiền pilot và sản xuất.
Ý nghĩa khoa học và thực tiễn 1) Ý nghĩa khoa học Kết quả nghiên cứu của đề tài sẽ góp phần bổ sung thêm những thông tin tài liệu liên quan đến sản xuất chế phẩm probiotic nói riêng và các lĩnh vực trong công nghệ thực phẩm nói chung. 2) Ý nghĩa thực tiễn Kết quả nghiên cứu về chế phẩm probiotic sẽ tạo tiền đề cho việc xây dựng cơ sở sản xuất chế phẩm ở quy mô công nghiệp nhằm nâng cao giá trị sử dụng của phế liệu tôm và góp phần hạn chế việc sử dụng kháng sinh trong chăn nuôi. Luan van 3 CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.
TỔNG QUAN VỀ PROBIOTIC 1. Khái niệm probiotic Từ “probiotic” đƣợc bắt nguồn từ Hy Lạp, theo tiếng Anh là “for life” nghĩa là “dành cho cuộc sống”, chỉ những vi sinh vật sống trong cơ thể động vật và mang lại những tác động có lợi cho cơ thể vật chủ. Có rất nhiều định nghĩa về probiotic đã đƣợc đề nghị, Fuller (1989) (theo FAO/WHO, 2001), đã chỉ rõ bản chất VSV của probiotic qua định nghĩa: “một sự bổ sung vi sinh vật sống qua đƣờng tiêu hóa mà tạo ra những tác động có lợi lên vật chủ thông qua việc gia tăng sự cân bằng trong đƣờng tiêu hóa”. Năm 1998 Guarner và Schaafsma (theo FAO/WHO, 2001) định nghĩa probiotic “là những vi sinh vật sống, khi đƣợc đƣa vào một lƣợng thích hợp, mang lại những lợi ích sức khỏe cho vật chủ”.
Định nghĩa của FAO/WHO (2001) đã khái quát đƣợc những đặc điểm chính của probiotic, theo đó probiotic là “VSV sống khi đƣợc đƣa vào với số lƣợng hợp lý đem lại lợi ích cho sức khỏe trên vật chủ” [66]. Nhƣ vậy, những điểm chính về probiotic là: - Những sản phẩm gồm có các VSV sống khi có mặt trong cơ thể sẽ gây ra tác động có lợi cho vật chủ. - Cần đƣợc đƣa vào với một lƣợng phù hợp để mang lại tác động mong muốn. Các VSV có tính chất nhƣ một probiotic có mặt trong đời sống, trong thực phẩm hàng ngày, và có thể đƣợc đƣa bổ sung vào cơ thể thông qua đƣờng ăn uống các sản phẩm ăn sống có chứa chúng nhƣ sữa chua, nem, tôm chua, dƣa cải… 1.
Tác dụng của probiotic Probiotic hiện nay không chỉ có lợi cho con ngƣời mà còn đƣợc ứng dụng trong nuôi trồng thủy sản, sử dụng trong chăn nuôi gia súc, trong việc xử lý môi trƣờng. Giảm nguy cơ tiêu chảy, rối loạn tiêu hóa Trên thế giới mỗi năm thƣờng có vài triệu ngƣời chết vì tiêu chảy, thƣờng tập trung chủ yếu ở trẻ em của những nƣớc đang phát triển. Có khoảng 30% dân số ở những nƣớc phát triển bị tiêu chảy do thực phẩm (FAO/WHO, 2001) [66]. Probiotic có thể làm giảm đƣợc nguy cơ tiêu chảy do có khả năng ức chế các VK gây bệnh đƣờng ruột, cạnh tranh chỗ trú đóng với VK gây bệnh bằng cách cản chúng bám dính vào thành ruột, tiết ra các enzyme hỗ trợ quá trình tiêu hóa nên có thể làm giảm nguy cơ các triệu chứng rối loạn về tiêu hóa, tiêu chảy (FAO/WHO, 2001; Parvez1 và cs, 2006; Lee và Salminen, 2009) [66],[81],[103].
Giảm nguy cơ nhiểm Helicobacter pylori Helicobacter pylori là một loại VK gram âm gây viêm dạ dày, có thể dẫn đến loét và ung thƣ dạ dày. Các thí nghiệm in vitro và thử nghiệm trên động vật đã xác minh rằng VK lactic có thể ngăn chặn sự phát triển của mầm bệnh và làm giảm hoạt tính của enzyme urease, một enzyme cần cho Helicobacter pylori để thích nghi với điều kiện axit của dạ dày (FAO/WHO, 2001) [66]. Kabir và cs (1997) đã chứng minh đƣợc L. salivarius có khả năng ức chế Helicobacter pylori [76].
Michetti và cs (1999) cũng phát hiện chủng L. johnsonii La1 cũng có khả năng ức chế Helicobacter pylori ở ngƣời [93]. Ngăn ngừa ung thư Probiotic có thể làm giảm các nguy cơ về ung thƣ (FAO/WHO, 2001; Saikali và cs, 2004; Parvez1 và cs, 2006; Lee và Salminen, 2009) [66],[103],[81],[108]. Một số vi khuẩn đƣờng ruột có thể tạo ra các chất gây ung thƣ (carcinogen) nhƣ các nitrosamine, sự có mặt của probiotic sẽ gây ức chế sự tăng trƣởng của các VK này và do đó làm giảm đƣợc khả năng ung thƣ (FAO/WHO, 2001) [66].
Nhóm của Saikali và cs (2004) và nhóm của Mongkol và cs (2009) đã phát hiện sữa lên men sống có chứa probiotic có thể giảm nguy cơ ung thƣ ruột kết (colon cancer) [94],[108]. Theo nghiên cứu của Yu và Li (2016) một ứng dụng lâm sàng của chế phẩm sinh học đã cho thấy các chủng probiotic có thể làm giảm tỷ lệ viêm sau phẫu thuật ở bệnh nhân ung thƣ và nghiên cứu đã kết luận các sản phẩm probiotic đƣợc sử dụng an toàn và giúp cải thiện sức khỏe của vật chủ, một số chủng probiotic còn có thể đƣợc sử dụng để hỗ trợ ngăn ngừa và điều trị ung thƣ [124]. Các nghiên cứu trên dòng tế bào cũng nhƣ trên mô hình động vật và cơ thể ngƣời của Motevaseli và cs (2017) cho thấy probiotic có tác dụng làm giảm xâm lấn và di căn của tế bào ung thƣ [95]. Ổn định hệ vi sinh vật trong đường niệu - sinh dục Chi Lactobacillus có vai trò rất quan trọng trong việc chống lại mất cân bằng và nhiễm trùng đƣờng sinh dục và niệu đạo.
Do có khả năng sinh axit lactic làm giảm pH âm đạo và sinh một số chất kháng khuẩn khác nên chúng có thể ức chế một số VSV gây nhiễm trùng đƣờng âm đạo (FAO/WHO, 2001) [66]. Kích thích hệ miễn dịch tự nhiên Bên cạnh chức năng ức chế các VK gây bệnh đƣờng ruột và ổn định hệ VSV đƣờng ruột, VK probiotic còn có khả năng kích thích miễn dịch. Hệ thống miễn dịch tự nhiên của cơ thể có các tế bào đại thực bào (Macrophage), tế bào trung tính (neutrophil), tế bào giết tự nhiên (natural killer-NK, gồm có tế bào T gamma và T delta). Chúng là hàng rào đầu tiên bảo vệ cơ thể bằng cách tiêu diệt tế bào lạ xâm nhập và trình diện kháng nguyên.
Sự xâm nhập của VK lactic không gây bệnh cho cơ thể nhƣng lại kích Luan van 5 thích hoạt động của các tế bào này, từ đó tăng cƣờng đƣợc hoạt động miễn dịch. Sự có mặt của VK lactic còn có thể kích thích sản xuất kháng thể IgA (FAO/WHO, 2001) [66]. Chức năng dinh dưỡng và hỗ trợ tiêu hóa VK lactic trong đƣờng ruột tạo ra một số vitamin nhƣ thiamine, nicotin, folic acid, pyridoxin, Vitamin B12, …; tạo ra enzyme có lợi nhƣ lactase; giải phóng các amino axit tự do, các axit béo mạch ngắn (Lee và Salminen, 2009) [81].