Tình hình sản xuất và tiêu thụ
Sâm Ngọc Linh (Panax vietnamensis Ha et Grushv.), còn gọi là sâm Việt Nam, thuộc chi nhân sâm Panax, mọc tập trung ở vùng núi Ngọc Linh (thuộc địa phận hai tỉnh Quảng Nam và Kon Tum). Đây là một cây thuốc quý, đã được nghiên cứu chứng minh có tác dụng phục hồi sự suy giảm chức năng, kháng các độc tố gây hại tế bào, giúp kéo dài sự sống và tăng các tế bào mới, phòng chống ung thư, phòng chống xơ vữa động mạnh, bảo vệ tế bào gan. Đặc biệt sâm Ngọc Linh có tác dụng tốt khi kết hợp với thuốc kháng sinh, thuốc trị bệnh đái tháo đường. Trong những năm qua, việc khai thác, mua bán sâm Ngọc Linh quá mức khiến sâm mọc tự nhiên dần cạn kiệt nên người ta đã tiến hành nhân giống và trồng sâm Ngọc Linh. Tuy nhiên, việc này gặp nhiều khó khăn do thời gian nuôi trồng kéo dài và năng suất thấp.
Do vậy, ứng dụng các kỹ thuật giúp sản xuất nhanh sinh khối mang dược tính của loài sâm này là rất cần thiết. Trong đó, phương pháp nuôi cấy rễ tóc sâm Ngọc Linh có khả năng nhân nhanh sinh khối và tạo được sản phẩm chứa hàm lượng saponin cao là tiền đề cho việc triển khai sản xuất các sản phẩm chiết xuất từ sâm Ngọc Linh, phục vụ cho ngành công nghiệp dược phẩm, thực phẩm chức năng, mỹ phẩm,...
Quy trình và phương pháp thực hiện
Yêu cầu về thiết bị, vật tư, điều kiện nuôi cấy
Các thiết bị chủ yếu
Máy đo pH, nồi hấp, tủ lạnh, máy lắc, hệ thống Plantima, hệ thống bioreactor, chai thuỷ tinh dung tích 500 ml, đĩa Petri,…
Hệ thống ngập chìm tạm thời Plantima: dùng trong nuôi cấp mô thực vật, được thiết kế gồm những bình nuôi cấy (Plantima) riêng biệt giúp giữ môi trường ẩm cho sự phát triển của thực vật. Hệ thống cho phép điều chỉnh áp suất khí, môi trường lỏng được đưa vào ngăn nuôi cấy tạo điều kiện ngập tạm thời, sau đó quay trở lại ngăn giữ chất lỏng.
Thành phần hệ thống gồm: bộ điều khiển TIS và bình Plantima. Bộ điều khiển TIS gồm máy bơm và hệ thống điều khiển, có thể điều chỉnh các thông số tần suất, thời gian, lưu lượng bơm. Bình Plantima dùng để nuôi cấy có thể tích 2 lít, chia thành hai ngăn, ngăn trên để giữ mẫu, ngăn dưới chứa môi trường (thường sử dụng 200-500 ml) ngăn cách bằng một vách ngăn có roong cao su. Không khí vào và ra khỏi bình Plantima được lọc qua hai phim lọc khí 0,2 μm cho đường cấp khí và 0,4 μm cho đường khí ra.
Hệ thống bioreactor: sử dụng loại dùng để sản xuất sinh khối (sản phẩm là khối tế bào, các đơn vị phát sinh phôi, phát sinh cơ quan, chồi, rễ). Bioreactor với hệ thống cung cấp và xả môi trường, hệ thống cấp và thoát khí vô trùng được thiết kế có khả năng tạo ra một môi trường nuôi cấy vô trùng, kiểm soát các yếu tố môi trường bên trong như sự lắc, sự thoáng khí, nhiệt độ, oxy hòa tan, pH. Hệ thống gồm 1 bình chứa dung tích 18 lít, 2 phim lọc 0,2 μm, 1 máy bơm khí công suất 3 w, một giá đỡ bình.
Yêu cầu về điều kiện nuôi cấy
Điều kiện phòng nuôi: nhiệt độ 21-220C; ánh sáng 150-200 lux; độ ẩm 40-60%; số vòng lắc 100 vòng/phút.
Sơ đồ quy trình
Thuyết minh quy trình
Bước 1: Lưu giữ nguồn mẫu trên môi trường thạch
Mục đích: lưu trữ nguồn mẫu phục vụ công tác nhân nhanh sinh khối.
Phương pháp nuôi cấy: rễ tóc (chứa gen rol) đã được nuôi 2 tháng trong chai nước biển hoặc trong bình tam giác, đĩa petri,... được cắt thành các đoạn 1-2 cm cấy vào chai môi trường mới SH không bổ sung chất điều hoà sinh trưởng. Rễ tóc được cấy chuyền định kì 2 tháng 1 lần để lưu giữ nguồn mẫu.
Bước 2: Nhân nhanh rễ tóc trên hệ thống ngập chìm tạm thời (TIS) hoặc nuôi cấy lỏng lắc
Từ nguồn mẫu lưu giữ tiến hành nhân nhanh trên hệ thống TIS hoặc nuôi cấy lỏng lắc (tuỳ điều kiện trang thiết bị của phòng thí nghiệm) trước khi nuôi cấy trên hệ thống bioreactor 18 lít.
-Nuôi trên hệ thống TIS:
Mục đích: nhằm nhân nhanh nguồn vật liệu đủ để cung cấp vào hệ thống bioreactor.
Phương pháp nuôi cấy: môi trường nuôi cấy SH không bổ sung chất điều hoà sinh trưởng, mỗi hộp chứa 250 ml môi trường. Hấp khử trùng môi trường tại 1210C trong 20 phút.
Cấy chuyền: rễ tóc sau nuôi cấy 2 tháng trên môi trường thạch được cắt thành các đoạn 1-2 cm cấy vào các hộp TIS, mỗi hộp 2-3 g. Sau đó lắp hộp TIS vào hệ thống bơm, điều chỉnh các thông số: tần suất ngập 5 giờ/lần, thời gian ngập mỗi lần là 3 phút.
-Nuôi cấy lỏng lắc:
Môi trường nuôi cấy SH không bổ sung chất điều hoà sinh trưởng, mỗi bình dung tích 500 ml chứa 200 ml môi trường. Hấp khử trùng môi trường tại 1210C trong 20 phút.
Cấy chuyền: rễ tóc sau nuôi cấy 2 tháng trên môi trường thạch được cắt thành các đoạn 1-2 cm cấy vào các bình tam giác, mỗi bình được cấy 1 g rễ. Sau đó đặt bình tam giác lên máy lắc, điều chỉnh tần số lắc 100 vòng/phút.
Bước 3: Nhân nhanh rễ tóc trên bioreactor
- Môi trường nuôi cấy SH không bổ sung chất điều hoà sinh trưởng, mỗi bình bioreactor chứa 8 lít môi trường nuôi cấy. Hấp khử trùng môi trường tại 1210C trong 20 phút.
- Cấy chuyền: rễ tóc đã nuôi 2 tháng trên các hộp TIS/bình lỏng lắc được cắt thành các đoạn ngắn 1-2 cm, sau đó cấy vào bình bioreactor, mỗi bình 100g. Sau đó gắn bình bioreactor vào máy bơm khí, điều chỉnh bơm ở lượng khí bơm vào bình 0,3 ml/s trong 20 ngày đầu, sau đó điều chỉnh 0,5 ml/s. Sau khi nuôi cấy 1 tháng, bổ sung thêm 4 lít môi trường SH vào mỗi bình bioreactor.
Sau khi nuôi cấy 55 ngày tiến hành bổ sung methyl jasmonate nồng độ MeJa 150-200 μmol. Các thao tác được thực hiện trong tủ cấy vô trùng. Sau khi xử lý MeJa 5 ngày tiến hành thu sinh khối rễ tóc, rửa sạch môi trường và bảo quản. Sinh khối rễ có thể sử dụng để chiết xuất các hoạt chất.
Lưu ý:
- Nguồn mẫu: vật liệu nuôi cấy ở giai đoạn sinh trưởng mạnh, rễ có màu trắng sáng; sử dụng các rễ có màu vàng sậm rất khó tái sinh. Các mẫu đưa vào nuôi cấy phải đảm bảo sạch vi khuẩn.
- Có thể sử dụng hệ thống TIS và bioreactor để nhân nhanh sinh khối. Nuôi cấy trên hệ thống TIS thích hợp để sản xuất nguyên liệu nuôi cấy ban đầu cho hệ thống bioreactor 18 lít (2-3 bình TIS nuôi cấy hai tháng cho vào một bình nuôi cấy bioreactor 18 lít), nhằm giảm chi phí đầu tư.
- Nuôi cấy trên hệ thống TIS và bioreactor rất dễ xảy ra nhiễm, do đó các thao tác cần cẩn thận. Đối với TIS, chú ý thao tác lắp nắp bình tránh làm nhiễm. Khi lắp bình bioreactor chú ý lượng khí bơm vào bình bioreactor giai đoạn đầu nuôi cấy vừa phải để mẫu rễ có thể phát triển tốt. Trường hợp bình nuôi cấy bị nhiễm cần rửa sạch bằng xà phòng, vệ sinh cẩn thận bằng Javel tỷ lệ Javel:nước là 1:5, phơi khô cho sạch nước trước khi chuẩn bị cho đợt nuôi cấy tiếp theo.
Ưu điểm của công nghệ, hiệu quả kinh tế
Sử dụng thành công hệ thống nuôi cấy ngập chìm tạm thời, hệ thống bioreactor để nuôi cấy rễ tóc sâm Ngọc Linh, đây là những công nghệ hiện đại được sử dụng trên thế giới.
Ước tính chi phí sản xuất 1 kg rễ tóc sâm Ngọc Linh theo công nghệ này là 1,2 triệu đồng (thời gian nuôi 2 tháng). Về chất lượng sản phẩm rễ tóc (saponin tổng số) so với củ sâm Ngọc Linh 6 năm tuổi ngoài tự nhiên hàm lượng đạt 24% đối với dòng rễ D và 36,6% đối với dòng rễ A. Về số lượng sinh khối rễ tóc sau 2 tháng tăng trưởng nhanh gấp 20 lần (từ 100 g ban đầu cho ra 2 kg), sâm Ngọc Linh tự nhiên sau 6 năm chỉ đạt 88g/cây. Giá bán dự kiến 1 kg rễ tóc là 2 triệu đồng so với sâm tự nhiên giá bán 50-100 triệu. Như vậy, giá bán rễ tóc sâm Ngọc Linh chỉ bằng 1/50-1/25 so với sâm tự nhiên, mở ra cơ hội để mọi người dân đều có thể sử dụng bồi bổ cho sức khoẻ.
Thông tin chuyên gia, hỗ trợ
1. TS. Hà Thị Loan
Điện thoại: 0983779598. Email: haloan762001@yahoo.com
2. Trung tâm Công nghệ Sinh học TP.HCM
Địa chỉ: 2374 Quốc lộ 1, KP2, phường Trung Mỹ Tây, quận 12, TP.HCM. Điện thoại: 028.37155739.