Tình hình sản xuất và tiêu thụ
Cây lan gấm (Anoectochilus formosanus) thuộc họ Orchidaceae, một loài có giá trị dược liệu và thương mại cao trên thế giới. Ở Việt Nam, cây lan gấm còn được gọi là cỏ nhung, kim tuyến hay lan đá,…
Theo dược học dân gian, lan gấm có vị ngọt, hơi chát, tính mát, cây tươi hoặc khô đun sôi lấy nước uống dùng điều trị đau ngực và đau bụng, bệnh tiểu đường, viêm thận, sốt, tăng huyết áp, thần kinh suy nhược, viêm gan mãn tính, tăng cường sức khỏe, khí huyết lưu thông,…
Theo y học hiện đại, tác dụng dược lý của lan gấm bao gồm các hoạt động chống viêm và bảo vệ gan, chống oxy hóa, chống khối u, kích thích hệ miễn dịch,…Lan gấm có chứa nhiều loại hợp chất thứ cấp có hoạt tính sinh học như kinsenoside, glycosidic, adenosine, narcissin, roseoside và triterpene,…Trong đó, kinsenoside được sử dụng để điều trị bệnh tiểu đường, hyperliposis và ung thư vú. Ngoài ra, thành phần của cây lan gấm còn chứa rất nhiều amino acid và dinh dưỡng khoáng có lợi cho sức khỏe con người.
Trong tự nhiên, do đặc điểm sinh lý, cây lan gấm có rễ, thân rất yếu và rất nhạy cảm với nấm Fusaryum oxysporum. Loài lan này cũng sinh trưởng chậm, cây non trưởng thành và sinh hạt sau 2–3 năm tuổi; hoa nở một lần trong năm từ tháng 8 đến tháng 11, nên việc nhân giống bằng hạt không mang lại hiệu quả. Điều này dẫn đến những hạn chế trong phương pháp nuôi trồng tự nhiên để thu nhận sinh khối.
Vì vậy, việc tối ưu hóa các quy trình nhân giống hoặc nhân nhanh sinh khối cây dược liệu, trong đó ứng dụng quy trình sản xuất sinh khối cây lan gấm trên hệ thống bioreactor sẽ là giải pháp hiệu quả cho việc sản xuất sinh khối đảm bảo chất lượng một cách chủ động và hiệu quả, khắc phục được những nhược điểm tồn tại trong nuôi trồng tự nhiên. Các loại chất điều hòa sinh trưởng được thay thế bằng một số hợp chất hữu cơ trong môi trường nuôi cấy đang là xu hướng ứng dụng rộng rãi trong quy trình sản xuất sinh khối cây dược liệu. Các hợp chất hữu cơ như dịch chiết nấm men, peptone, casein hydrolysate, tảo Spirulina,…được sử dụng hiện nay bởi tính hữu ích cho quá trình nuôi cấy, tính thân thiện và an toàn đối với sức khỏe người tiêu dùng.
Quy trình và phương pháp thực hiện
Quy trình sản xuất sinh khối cây lan gấm trên hệ thống bioreactor
Bước 1: Chuẩn bị vật liệu ban đầu (4 tuần)
Các chồi lan gấm (Anoectochilus formosanus Hayata) in vitro có kích thước trong khoảng 4-5 cm đã được nuôi cấy trên môi trường không bổ sung chất điều hoà sinh trưởng thực vật được sử dụng làm vật liệu nuôi cấy.
Bước 2: Kiểm tra mẫu nhiễm (4-5 ngày)
Vật liệu nuôi cấy được cân xác định khối lượng ban đầu rồi cấy vào môi trường Albert’s lỏng có bổ sung vitamin MS, 30 g/l sucrose (kế thừa kết quả đề tài của Phòng thí nghiệm trọng điểm 2015 – Viện Sinh học Nhiệt đới) và thành phần tảo Spirulina platensis bổ sung 9 g/l; pH môi trường đạt 5,8.
Các bình nuôi cấy được nuôi cấy trong điều kiện chiếu sáng 12giờ/ngày; nhiệt độ phòng nuôi cấy 25 ± 20C, cường độ ánh sáng 45µmol m-2s-1và độ ẩm phòng nuôi cấy 55˗60%. Sau 4-5 ngày nuôi cấy, các bình nuôi cấy không có dấu hiệu nhiễm nấm mốc, khuẩn sẽ được sử dụng để cấy chuyền vào bioreactor.
Bước 3: Nuôi cấy trong bioreactor (8 tuần)
Các chồi lan gấm không nhiễm sau khi được kiểm tra ở bước 2 sẽ được cấy chuyền vào bioreactor. Tỷ lệ khối lượng mẫu cấy và thể tích môi trường nuôi cấy theo tỷ lệ 10 g mẫu: 500 ml môi trường lỏng. Bioreactor sử dụng nuôi cấy có dạng hình cầu hoặc trụ được nuôi cấy trong điều kiện chiếu sáng 12 giờ/ngày, tốc độ sục khí 4 L/phút.
Bước 4: Thu nhận sinh khối lan gấm
Sinh khối lan gấm sau 8 tuần nuôi cấy trong bioreactor sẽ được thu nhận có hệ số gia tăng sinh khối đạt trong khoảng 10-13,22 lần. Sinh khối này an toàn cho người sử dụng về cả dư lượng nitrat và kim loại nặng Cu2+, Zn2+; có khả năng kháng oxy hóa, với IC50 đạt 7,5391 mg/ml; có chứa nhiều nhóm hợp chất thứ cấp quan trọng như saponin, glycosides, phenolic, alkaloid và carbohydrate.
Hàm lượng kinsenoside có trong cao chiết lan gấm đạt 50,7 mg/g chất khô. Cao sinh khối thu nhận thể hiện tác dụng bảo vệ gan theo hướng chống oxy hoá tương tự như thuốc đối chiếu silymarin trên các chỉ số hàm lượng MDA (malonyl dialdehyd) và GSH (glutathione) với liều thử 150 mg/kg thể trọng chuột.
Ưu điểm của công nghệ, hiệu quả kinh tế
Quy trình ứng dụng vào sản xuất sinh khối lan gấm trên hệ thống 20 bình bioreactor dung tích 20 lít, sau thời gian thực hiện (khoảng 12 tuần) đã thu được hơn 40 kg sinh khối lan gấm an toàn về dư lượng hóa chất, có giá trị dược liệu và thương mại cao. Giá bán 1 kg sinh khối lan gấm tươi ước tính hiện nay khoảng 2,5 triệu đồng. Tương ứng với một mẻ nuôi cấy như trên, cần sử dụng 20 lít môi trường nuôi cấy (gía môi trường nuôi cấy tùy theo nguồn gốc hóa chất sử dụng, khoảng 10.000-50.000 đồng/lít. Như vậy, mức kinh phí cho môi trường nuôi cấy 1 mẻ 20 bình bình bioreactor dung tích 20 lít là khoảng 2-10 triệu đồng.
Việc ứng dụng quy trình sản xuất vào thực tiễn cần đầu tư cơ sở vật chất ban đầu là hệ thống nuôi cấy, phòng nuôi cấy theo chuẩn nuôi cấy mô tế bào thực vật, mẫu cấy. Về chi phí thường xuyên để sản xuất theo quy trình có thể kể đến chi phí môi trường nuôi cấy, chi phí điện nước và nhân công. Khác với việc nuôi cấy mô thông thường đòi hỏi nhiền nhân công, nuôi cấy theo quy trình sản xuất trên hệ thống bioreactor sẽ giúp hạn chế sử dụng nhân công mà đòi hỏi nhân công có tay nghề được đào tạo, chuyển giao quy trình kỹ lưỡng. Thời gian nuôi cấy đối với quy trình nuôi trên hệ thống bioreactorchủ yếu là thời gian chờ để cây sinh trưởng, các giai đoạn cần nhân công trực tiếp không nhiều nên rất thuận tiện để thực hiện liên tục việc nuôi cấy theo quy trình mà không cần đợi các mẻ nuôi trồng hoàn thiện.
Lan gấm nuôi cấy theo quy trình này là cây sạch in vitro, nên không tạp nhiễm các tác nhân ảnh hưởng đến khả năng sống của cây; môi trường nuôi cấy là môi trường tối ưu cho sự phát triển và tích lũy các nhóm hợp chất thứ cấp quan trọng của cây. Các điều kiện nuôi trồng đều được kiểm soát, cây sinh trưởng trong điều kiện tối ưu nên thời gian sinh trưởng ngắn, do đó có thể định hướng, chủ động về số lượng và chất lượng sinh khối thu nhận.
Thông tin liên hệ chuyên gia, hỗ trợ
1. TS. Đỗ Đăng Giáp
ĐT: 0985 558 589. Email: dodanggiap2006@yahoo.com.vn
2. Viện Sinh học Nhiệt đới
Địa chỉ: 9/261 Xa lộ Hà Nội, P. Linh Trung, Q. Thủ Đức, TP.HCM. Điện thoại: 028 3897 8794.
Lam Vân (CESTI)