Sản phẩm sinh khối có thể được sản xuất liên tục trong năm vì không bị ảnh hưởng điều kiện bên ngoài cũng như các điều kiện thổ nhưỡng của từng vùng.
Thực trạng sản xuất
Đảng sâm là một trong những loại cây dược liệu chứa nhiều hợp chất có hoạt tính sinh học quý. Các hoạt chất của đảng sâm đều tập trung ở rễ. Trong y học cổ truyền, rễ đảng sâm có tác dụng tăng cường sức khỏe, kích thích miễn dịch, được sử dụng để chữa tỳ vị suy kém, phế khí hư nhược, ốm lâu cơ thể suy nhược, mệt mỏi, biếng ăn, thiếu máu, vàng da, sa tử cung, băng huyết, nước tiểu có albumin, dùng làm thuốc bổ dạ dày, lợi tiểu, chữa ho, tiêu đờm, viêm thượng thận, tiêu chảy, trĩ, phù nề và các bệnh của hệ bạch huyết, điều trị rối loạn tiêu hóa, hô hấp, thiếu nước, viêm nhiễm, viêm da.
Đảng sâm là nguồn dược liệu quý có giá trị kinh tế, do đó việc cung cấp nguồn sinh khối là cần thiết cho sản xuất nguồn dược liệu tiêu thụ trong và ngoài nước. Ngày nay, đảng sâm đã được trồng ngoài tự nhiên trên các vùng núi cao thuộc địa bàn tỉnh Kontum, Quảng Nam và một số các vùng khác. Tuy nhiên, việc trồng ngoài tự nhiên, năng suất cũng như hàm lượng hợp chất có trong cây cũng bị tác động bởi các yếu tố ngoài cảnh như điều kiện khí hậu, thổ nhưỡng...
TS. Trịnh Thị Hương (Đại học Công nghiệp Thực phẩm TP.HCM) cho biết, việc tạo ra các quy trình nhân sinh khối rễ bất định bằng phương pháp nuôi cấy mô tế bào thực vật có thể khắc phục được các nhược điểm trên. Bên cạnh đó, việc nhân sinh khối rễ bất định thành công làm giảm đi việc khai thác quần thể tự nhiên.
Rễ bất định là những rễ hình thành từ trục thân hay những cơ quan tự nhiên khác nhau. Về cơ bản, rễ bất định có nguồn gốc nội sinh do sự phản biệt hóa của tế bào nhu mô nằm xung quanh hệ thống mô mạch dưới tác động của auxin. Trong quá trình phản biệt hóa, tế bào từ vùng tủy đến vùng vỏ hồi phục lại khả năng phân chia tế bào. Tuy nhiên chỉ có một số tế bào nhất định như tế bào như mô libe thuộc mô phân sinh mới có khả năng biệt hóa thành sơ khởi rễ. Các tế bào phân chia khác thuộc nhóm tế bào phân chia ngang không tham gia vào sự biệt hóa sơ khởi tạo rễ. Hơn nữa, sự phân chia tế bào cũng xuất hiện ở những mẫu cấy không phải là rễ khi xử lý với auxin. Vì vậy, sự phân chia tế bào ở vùng nhu mô không nhất thiết dẫn đến sự hình thành sơ khởi rễ, chỉ có sự phân chia của tế bào ở những vị trí xác định và chuyên biệt mới dẫn đến sự hình thành sơ khởi rễ.
Ưu điểm công nghệ
Theo TS. Trịnh Thị Hương, quy trình nhân nhanh sinh khối rễ bất định cây đảng sâm có thể áp dụng bằng các hệ thống nuôi cấy khác nhau như hệ thống ngập chìm tạm thời (TIS), hệ thống bioreactor 3 lít và bioreactor 30 lít. Độ ẩm, độ tro và độ tro không tan trong acid của mẫu rễ bất định đều nằm trong tiêu chuẩn của Dược điển Việt Nam V. Trong sinh khối rễ bất định đảng sâm có chứa một số nhóm hợp chất hoá học hữu ích như: alkaloid, carbohydrate, phenolic, flavonoid, dầu và chất béo.
Rễ bất định đảng sâm thu nhận từ ba hệ thống nuôi cấy khác nhau (TIS, biorector 3 lít, biorector 30 lít) không chứa dư lượng của auxin; không phát hiện dư lượng của Hg, và hàm lượng Pb, Cd, As ở mức cho phép theo tiêu chuẩn của Dược điển Việt Nam V. Hàm lượng polysaccharide trong rễ bất định thu nhận được ở ba hệ thống là 12,32% (hệ thống TIS); 12,68% (hệ thống bioreactor 3 lít); 12,80% (hệ thống bioreactor 30 lít), và trong củ Đảng sâm tự nhiên 3 năm tuổi là 16,59%. Hàm lượng lobetyolin trong rễ bất định thu nhận được ở ba hệ thống là: 0,262% (hệ thống TIS); 0,383% (hệ thống bioreactor 3 lít); 0,454% (hệ thống bioreactor 30 lít), và trong củ Đảng sâm tự nhiên 3 năm tuổi là 0,565%.
Hàm lượng lobetyloline - hợp chất chính trong cây đảng sâm ở cả 3 quy thì quy trình sử dụng bioreactor 30 lít có hàm lượng cao nhất và gần bằng đảng sâm trồng ngoài tự nhiên 2-3 năm tuổi. Mặc dù giá thành sản phẩm tạo ra từ cả 3 quy trình cao hơn so với với trồng tự nhiên, nhưng sản phẩm sinh khối có thể được sản xuất liên tục trong năm vì không bị ảnh hưởng điều kiện bên ngoài cũng như các điều kiện thổ nhưỡng của từng vùng. Mặt khác, nếu sản xuất với sinh khối lớn và thời gian phân bổ liên tục, hợp lý cho các quy trình sau thì giá thành sản phẩm có thể giảm xuống nhiều hơn.
Quy trình – giải pháp công nghệ
Bước 1: Nhân nhanh chồi đảng sâm thu nhận mẫu đốt thân
Chồi của cây đảng sâm được cắt bỏ gốc và cắt tách riêng phần chồi ngọn có chiều dài 2 cm. Đoạn thân còn lại được cắt bỏ hết lá và cắt thành từng đoạn đốt thân nhỏ kích thước khoảng 2 cm có chứa nách lá. Sau đó cả đoạn đốt thân và chồi ngọn được cắm thẳng đứng theo chiều tự nhiên của cây lên môi trường nuôi cấy. Môi trường sử dụng là MS (Murashige & Skoog, 1962) có bổ sung 0,5 mg/L BA, 30 g/L sucrose, 8 g/L agar, pH = 5,8. Sau 30 ngày nuôi cấy thu nhận chồi đảng sâm, trong đó những chồi có chiều cao trên 3cm và đường kính chồi khoảng 1mm sẽ được dùng làm nguyên liệu để nuôi cấy tạo rễ bất định.
Sau 4 tuần nuôi cấy, tách đốt thân từ cây đảng sâm nuôi cấy in vitro. Số lượng mẫu đốt thân thu nhận được từ mỗi bình nuôi cấy nhân nhanh chồi là: 15 mẫu đốt thân/bình chồi. Số lượng chai thuỷ tinh 500ml cần: 45 bình, mỗi bình cấy 5 mẫu.
Bước 2: Cảm ứng tạo rễ bất định từ mẫu đốt thân trên môi trường đặc
Các chồi cây đảng sâm nuôi cấy in vitro 30 ngày tuổi có đường kính khoảng 1mm được cắt bỏ hết lá và cắt thành từng đoạn đốt thân riêng lẻ có kích thước 1cm (có mang chồi ngủ), sau đó mẫu đốt thân được đặt theo phương ngang tiếp xúc với môi trường nuôi cấy.
Nuôi cấy đốt thân trong các chai thuỷ tinh 500 ml chứa môi trường cảm ứng tạo rễ bất định trong môi trường MS có bổ sung 8,0 g/L agar, 30 g/L sucrose và 0,5 mg/L IBA trong 30 ngày, nuôi ở điều kiện tối. Số lượng chai thuỷ tinh 500 ml cần: 133 bình, mỗi bình cấy 5 mẫu.
Sau 30 ngày nuôi cấy, thu nhận được rễ bất định cảm ứng từ mẫu đốt thân. Khối lượng tươi rễ bất định thu nhận được từ mỗi bình nuôi cấy là: 3,3 g/bình; tổng khối lượng rễ bất định thu nhận được từ 133 bình nuôi cấy là: 438g.
Bước 3: Nhân nhanh rễ bất định ở hệ thống lỏng lắc
Cấy chuyển rễ bất định thu nhận từ môi trường thạch ở giai đoạn 2 vào bình tam giác 250 ml chứa môi trường: SH + 0,5 mg/L IBA + 50 g/L sucrose và đặt nuôi ở máy lắc với tốc độ lắc 120 vòng/phút, trong điều kiện tối trong thời gian 15 ngày.
Số lượng bình tam giác cần: 438 bình. Mỗi bình cấy 1g rễ. Sử dụng hệ thống máy lắc tròn 2 tần với công suất 120 bình/máy.
Sau 2 tuần nuôi cấy thu nhận sinh khối rễ. Hệ số nhân đạt được khi nuôi cấy ở hệ thống lỏng lắc là 5,24 lần. Tổng sinh khối rễ thu nhận được từ nuôi cấy lỏng lắc: 2.295g.
Bước 4: Nhân nhanh rễ bất định bằng hệ thống nuôi cấy
Rễ thu nhận từ hệ thống lỏng lắc sẽ được làm nguồn vật liệu ban đầu để cấy vào các hệ thống nuôi cấy khác nhau (TIS, bioreacter) để sản xuất 1kg sinh khối khô rễ. Tính toán số lượng các hệ thống và lượng mẫu rễ cần cho 1 mẻ nuôi cấy để thu nhận 1kg sinh khối rễ khô như sau:
Số lượng bình TIS cần: 30 bình. Mỗi bình cấy 9g rễ.
Số lượng bình bioreactor 3 lít: 15 bình. Mỗi bình cấy 15g rễ.
Số lượng bình bioreactor 30 lít: 15 bình. Mỗi bình cấy 120g rễ.
Môi trường nuôi cấy: SH + 0,5 mg/L IBA + 50 g/L sucrose.
Sau 35 ngày nuôi cấy, sinh khối rễ từ các hệ thống nuôi cấy đạt được tổng cộng: 11.538,9g. Trong đó, khối lượng sinh khối thu nhận được từ các hệ thống cụ thể là:
+ Khối lượng rễ thu nhận được từ hệ thống TIS (15 bình): 1.449,9g.
+ Khối lượng rễ thu nhận được từ hệ thống bioreactor 3 lít (15 bình): 1.323g.
+ Khối lượng rễ thu nhận được từ hệ thống bioreactor 3 lít (15 bình): 8.766g.
Sinh khối rễ sau khi thu nhận xong được đem rửa sạch với nước máy, để ráo nước và đem sấy ở nhiệt độ 50oC cho đến khi thu được khối lượng không đổi.
Điều kiện chuyển giao
Nhà cung ứng hỗ trợ tư vấn thiết kế, xây dựng hệ thống và chuyển giao công nghệ, dưới sự hỗ trợ của Trung tâm Thông tin và Thống kê Khoa học và Công nghệ (CESTI, thuộc Sở Khoa học và Công nghệ TP.HCM).
Thông tin liên hệ
1. TS. Trịnh Thị Hương
Đại học Công nghiệp Thực phẩm TP.HCM
Địa chỉ: 140 Lê Trọng Tấn, Phường Tây Thạnh, Quận Tân Phú, TP.HCM
Điện thoại: 028 3816 1673
E-mail: info@hufi.edu.vn
Website: https://hufi.edu.vn
2. Trung tâm Thông tin và Thống kê Khoa học và Công nghệ - Phòng Giao dịch Công nghệ
Địa chỉ: 79 Trương Định, P. Bến Thành, Q.1, TP.HCM
Điện thoại: (028) 3822 1635 - Fax: (028) 3829 1957
Email: giaodichcongnghe@cesti.gov.vn
Hoàng Kim