Tổng quan nghiên cứu

Ngành nuôi tôm thẻ chân trắng (Litopenaeus vannamei) tại Việt Nam đã phát triển mạnh mẽ với sản lượng đạt khoảng 642,5 nghìn tấn trên diện tích 110 nghìn ha vào năm 2021. Tuy nhiên, dịch bệnh do vi sinh vật gây ra vẫn là thách thức lớn, ảnh hưởng nghiêm trọng đến năng suất và hiệu quả kinh tế. Việc sử dụng kháng sinh và hóa chất khử trùng không còn được khuyến khích do nguy cơ kháng thuốc và ô nhiễm môi trường. Trong bối cảnh đó, các chất kích thích miễn dịch có nguồn gốc tự nhiên như ß-glucan được xem là giải pháp an toàn, hiệu quả và thân thiện với môi trường để phòng ngừa dịch bệnh.

Luận văn tập trung nghiên cứu ứng dụng hiệu ứng đồng vận của chiếu xạ gamma Co-60 kết hợp xử lý H2O2 để chế tạo oligo-ß-glucan tan trong nước có hoạt tính kích kháng bệnh và thúc đẩy tăng trưởng trên tôm thẻ chân trắng. Nghiên cứu được thực hiện tại Trung tâm Công nghệ Sinh học Thành phố Hồ Chí Minh trong khoảng thời gian từ tháng 10/2020 đến tháng 8/2021. Mục tiêu chính là tạo ra oligo-ß-glucan có khối lượng phân tử thấp (6-48 kDa), đánh giá hiệu quả tăng trưởng, kích thích miễn dịch và khả năng bảo vệ tôm khi thử thách với vi khuẩn Vibrio parahaemolyticus và virus hội chứng đốm trắng (WSSV).

Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa khoa học và thực tiễn lớn, góp phần phát triển công nghệ bức xạ trong sản xuất oligo-ß-glucan từ nguồn nguyên liệu bã men bia, đồng thời cung cấp giải pháp sinh học an toàn, hiệu quả cho ngành nuôi tôm, nâng cao năng suất và giá trị kinh tế, giảm thiểu ô nhiễm môi trường.

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:

  • Hiệu ứng đồng vận trong chiếu xạ gamma kết hợp xử lý H2O2: Tác động đồng thời của tia gamma và các gốc tự do hydroxyl (·OH) sinh ra từ H2O2 làm tăng hiệu suất cắt mạch polysaccharide, tạo ra oligo-ß-glucan tan trong nước với khối lượng phân tử thấp hơn, nâng cao hoạt tính sinh học.

  • Cơ chế kích thích miễn dịch của ß-glucan trên tôm: ß-glucan liên kết với các thụ thể miễn dịch như lectin, toll-like receptor 2 (TLR2), và lipopolysaccharide-ß-1,3-glucan-binding protein (LGBP) trên tế bào miễn dịch tôm, kích hoạt hệ thống prophenoloxidase (proPO), tăng hoạt độ thực bào, enzyme phenol oxidase (PO), superoxide dismutase (SOD) và biểu hiện các gen miễn dịch, từ đó nâng cao khả năng kháng bệnh.

  • Khái niệm chính:

    • Oligo-ß-glucan: Các phân tử ß-glucan có khối lượng phân tử thấp, tan trong nước, dễ hấp thu và có hoạt tính sinh học cao.
    • Khối lượng phân tử (Mw): Thước đo kích thước phân tử, ảnh hưởng đến độ tan và hoạt tính của ß-glucan.
    • Hoạt tính kích kháng bệnh: Khả năng tăng cường miễn dịch và bảo vệ tôm khỏi các tác nhân gây bệnh.
    • Hiệu ứng tăng trưởng: Tác động thúc đẩy sự phát triển về trọng lượng và kích thước của tôm.

Phương pháp nghiên cứu

  • Nguồn dữ liệu:

    • Nguyên liệu ß-glucan được chiết xuất từ bã men bia, nguồn nguyên liệu giàu ß-glucan chiếm khoảng 60% trọng lượng chất rắn khô.
    • Tôm thẻ chân trắng giống 15 ngày tuổi, trọng lượng ~0,01 g/con, được cung cấp từ công ty chuyên nghiệp, đảm bảo khỏe mạnh, không nhiễm bệnh.
    • Vi khuẩn Vibrio parahaemolyticus và virus WSSV được sử dụng để thử thách tôm.

  • Phương pháp phân tích:

    • Chiếu xạ gamma Co-60 kết hợp xử lý H2O2 ở các nồng độ 1%, 2%, 3% để cắt mạch ß-glucan, tạo oligo-ß-glucan với các khối lượng phân tử khác nhau (6-48 kDa).
    • Xác định khối lượng phân tử bằng sắc ký gel thấm qua (GPC).
    • Đánh giá hiệu quả tăng trưởng qua trọng lượng tôm sau 3 tháng cho ăn thức ăn bổ sung oligo-ß-glucan ở các Mw khác nhau.
    • Đánh giá hoạt tính miễn dịch qua các chỉ số: hoạt độ thực bào (PA), hoạt tính enzyme phenol oxidase (PO), superoxide dismutase (SOD), và biểu hiện gen miễn dịch (Lectin, proPO, LGBP, TLR2) bằng RT-qPCR.
    • Thử thách tôm với V. parahaemolyticus và WSSV ở liều gây chết 70% (LD70) để đánh giá hiệu quả bảo vệ.
    • Cỡ mẫu: Mỗi nghiệm thức gồm 50 con tôm, lặp lại 3 lần, đảm bảo tính đại diện và độ tin cậy.
    • Timeline nghiên cứu: Từ tháng 10/2020 đến tháng 8/2021, bao gồm các giai đoạn chuẩn bị mẫu, chiếu xạ, nuôi thử nghiệm, thu thập và phân tích dữ liệu.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Chế tạo oligo-ß-glucan tan nước với khối lượng phân tử thấp:

    • Oligo-ß-glucan có Mw từ 6 đến 48 kDa được tạo ra bằng phương pháp chiếu xạ gamma kết hợp xử lý H2O2.
    • Hiệu suất thu nhận ß-glucan tan nước đạt khoảng 25-30% tùy theo nồng độ H2O2 và liều chiếu xạ.

  2. Hiệu ứng tăng trưởng trên tôm thẻ chân trắng:

    • Oligo-ß-glucan có Mw ~15 kDa ở nồng độ 1000 ppm cho thấy tác dụng thúc đẩy tăng trưởng rõ rệt, tăng trọng lượng tôm lên 25,5% so với đối chứng sau 3 tháng nuôi.
    • So sánh với ß-glucan thương mại, oligo-ß-glucan Mw ~15 kDa có hiệu quả tương đương hoặc vượt trội.

  3. Tăng cường miễn dịch không đặc hiệu:

    • Hoạt độ thực bào tăng 15,6% so với đối chứng.
    • Hoạt tính enzyme phenol oxidase và superoxide dismutase tăng lần lượt 0,47 U/mg protein/phút và 0,47 U/mL.
    • Biểu hiện gen miễn dịch LGBP tăng 2,44 lần, proPO tăng 4,49 lần so với đối chứng sau 45 ngày cho ăn.

  4. Khả năng bảo vệ tôm khi thử thách với tác nhân gây bệnh:

    • Tỷ lệ sống của tôm được bổ sung oligo-ß-glucan Mw ~15 kDa đạt 67,41% khi thử thách với V. parahaemolyticus và 42,55% khi thử thách với WSSV, cao hơn đáng kể so với nhóm đối chứng.

Thảo luận kết quả

Kết quả cho thấy oligo-ß-glucan có khối lượng phân tử thấp (~15 kDa) là dạng tối ưu để tăng cường khả năng hấp thu và hoạt tính sinh học trên tôm thẻ chân trắng. Hiệu ứng đồng vận của chiếu xạ gamma và H2O2 đã giúp giảm đáng kể khối lượng phân tử ß-glucan, đồng thời duy trì cấu trúc phân tử cần thiết cho hoạt tính kích thích miễn dịch.

Sự gia tăng hoạt độ thực bào và enzyme miễn dịch chứng tỏ oligo-ß-glucan kích hoạt hệ miễn dịch tự nhiên của tôm, phù hợp với các nghiên cứu trước đây về vai trò của ß-glucan trong kích thích miễn dịch thủy sản. Biểu hiện tăng cao của các gen miễn dịch như LGBP và proPO phản ánh sự kích hoạt mạnh mẽ của các con đường miễn dịch quan trọng, góp phần nâng cao khả năng kháng bệnh.

Tỷ lệ sống cao hơn khi thử thách với V. parahaemolyticus và WSSV cho thấy oligo-ß-glucan không chỉ tăng cường miễn dịch mà còn có tác dụng bảo vệ thực tế trong điều kiện công độc. So với các nghiên cứu trước, kết quả này khẳng định tính hiệu quả và an toàn của oligo-ß-glucan từ bã men bia, mở ra hướng ứng dụng rộng rãi trong nuôi tôm công nghiệp.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ tăng trọng tôm theo thời gian, biểu đồ hoạt độ enzyme miễn dịch và biểu đồ tỷ lệ sống sau thử thách, giúp minh họa rõ ràng hiệu quả của oligo-ß-glucan.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Ứng dụng oligo-ß-glucan Mw ~15 kDa ở nồng độ 1000 ppm trong thức ăn tôm thẻ chân trắng để thúc đẩy tăng trưởng và nâng cao miễn dịch, áp dụng trong các trại nuôi thương mại trong vòng 3 tháng nuôi.

  2. Phát triển quy trình sản xuất oligo-ß-glucan từ bã men bia bằng công nghệ chiếu xạ gamma kết hợp xử lý H2O2 nhằm tận dụng nguồn nguyên liệu sẵn có, giảm chi phí và ô nhiễm môi trường, triển khai trong 1-2 năm tới.

  3. Khuyến khích các cơ sở nuôi tôm áp dụng chế phẩm oligo-ß-glucan như một chất kích thích miễn dịch tự nhiên, thay thế dần kháng sinh và hóa chất, góp phần nâng cao chất lượng sản phẩm và bảo vệ môi trường.

  4. Tăng cường nghiên cứu mở rộng về liều lượng và thời gian bổ sung oligo-ß-glucan, cũng như đánh giá hiệu quả trên các giai đoạn phát triển khác của tôm để tối ưu hóa hiệu quả sử dụng.

  5. Đào tạo và chuyển giao công nghệ cho người nuôi tôm và doanh nghiệp nhằm nâng cao nhận thức và kỹ năng sử dụng oligo-ß-glucan trong nuôi trồng thủy sản, dự kiến thực hiện trong vòng 6-12 tháng.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Nhà nghiên cứu và sinh viên ngành công nghệ sinh học, thủy sản: Nghiên cứu cung cấp cơ sở khoa học và phương pháp chế tạo oligo-ß-glucan, đồng thời đánh giá hiệu quả sinh học trên tôm, hỗ trợ phát triển các đề tài liên quan.

  2. Doanh nghiệp sản xuất thức ăn thủy sản và chế phẩm sinh học: Thông tin về quy trình sản xuất oligo-ß-glucan từ bã men bia và hiệu quả ứng dụng giúp phát triển sản phẩm mới, nâng cao giá trị kinh tế và cạnh tranh trên thị trường.

  3. Người nuôi tôm và các tổ chức quản lý nuôi trồng thủy sản: Cung cấp giải pháp sinh học an toàn, hiệu quả để phòng chống dịch bệnh, tăng năng suất và giảm thiểu sử dụng kháng sinh, phù hợp với xu hướng phát triển bền vững.

  4. Cơ quan quản lý môi trường và chính sách nông nghiệp: Nghiên cứu góp phần giảm thiểu ô nhiễm từ bã thải công nghiệp và hóa chất trong nuôi trồng thủy sản, hỗ trợ xây dựng chính sách phát triển ngành nuôi tôm thân thiện môi trường.

Câu hỏi thường gặp

  1. Oligo-ß-glucan là gì và tại sao lại quan trọng trong nuôi tôm?
    Oligo-ß-glucan là dạng ß-glucan có khối lượng phân tử thấp, tan trong nước, dễ hấp thu và có khả năng kích thích miễn dịch hiệu quả trên tôm. Nó giúp tăng cường sức đề kháng, giảm tỷ lệ chết do bệnh, đồng thời thúc đẩy tăng trưởng, góp phần nâng cao năng suất nuôi.

  2. Phương pháp chiếu xạ gamma kết hợp xử lý H2O2 có ưu điểm gì?
    Phương pháp này giúp cắt mạch ß-glucan hiệu quả, tạo ra sản phẩm oligo-ß-glucan đồng nhất, tinh khiết, không cần chất xúc tác, thân thiện môi trường và dễ dàng kiểm soát quy trình, phù hợp sản xuất quy mô lớn với chi phí hợp lý.

  3. Liều lượng oligo-ß-glucan tối ưu cho tôm thẻ chân trắng là bao nhiêu?
    Nghiên cứu cho thấy liều 1000 ppm oligo-ß-glucan với khối lượng phân tử khoảng 15 kDa là tối ưu để tăng trưởng và kích thích miễn dịch trên tôm thẻ chân trắng sau 3 tháng cho ăn.

  4. Oligo-ß-glucan có thể thay thế hoàn toàn kháng sinh trong nuôi tôm không?
    Oligo-ß-glucan là chất kích thích miễn dịch tự nhiên, giúp tăng cường sức đề kháng và giảm nguy cơ dịch bệnh, tuy nhiên không phải là thuốc kháng sinh. Nó nên được sử dụng kết hợp với các biện pháp quản lý dịch bệnh tổng hợp để đạt hiệu quả tối ưu.

  5. Nguồn nguyên liệu bã men bia có sẵn và có thể ứng dụng rộng rãi không?
    Bã men bia là nguồn nguyên liệu giàu ß-glucan, có sẵn với sản lượng lớn từ ngành công nghiệp bia Việt Nam. Việc tận dụng bã men bia để sản xuất oligo-ß-glucan không chỉ giảm ô nhiễm môi trường mà còn tạo ra sản phẩm giá trị cao, phù hợp ứng dụng rộng rãi trong nuôi trồng thủy sản.

Kết luận

  • Đã thành công trong việc chế tạo oligo-ß-glucan tan nước có khối lượng phân tử thấp (6-48 kDa) bằng phương pháp chiếu xạ gamma kết hợp xử lý H2O2 từ bã men bia.
  • Oligo-ß-glucan Mw ~15 kDa ở nồng độ 1000 ppm thúc đẩy tăng trưởng tôm thẻ chân trắng lên 25,5% so với đối chứng sau 3 tháng.
  • Chế phẩm tăng cường các chỉ số miễn dịch không đặc hiệu như hoạt độ thực bào tăng 15,6%, enzyme PO và SOD tăng đáng kể, cùng với biểu hiện gen miễn dịch tăng gấp 2-4 lần.
  • Tỷ lệ sống của tôm khi thử thách với V. parahaemolyticus và WSSV được cải thiện rõ rệt, đạt 67,41% và 42,55% tương ứng.
  • Đề xuất ứng dụng oligo-ß-glucan trong nuôi tôm thương mại, phát triển quy trình sản xuất công nghiệp và đào tạo chuyển giao công nghệ trong vòng 1-2 năm tới.

Hành động tiếp theo: Khuyến khích các cơ sở nuôi tôm áp dụng oligo-ß-glucan trong khẩu phần ăn, đồng thời mở rộng nghiên cứu về liều lượng và giai đoạn sử dụng để tối ưu hóa hiệu quả. Liên hệ Trung tâm Công nghệ Sinh học Thành phố Hồ Chí Minh để được hỗ trợ chuyển giao công nghệ và tư vấn kỹ thuật.