Làm chủ công nghệ sản xuất nattokinase
Đề tài “Nghiên cứu xây dựng quy trình lên men thu nattokinase tái tổ hợp trong Bacillus subtilis và ứng dụng sản xuất thực phẩm chức năng hỗ trợ ngăn ngừa sự hình thành huyết khối” do PGS.TS Trần Cát Đông làm chủ nhiệm vừa được Sở Khoa học và Công nghệ TP.HCM nghiệm thu năm 2018.
PGS.TS Trần Cát Đông cho biết, nattokinase (enzym thuộc họ Subtilisin, từ Bacillis subtilis natto) đã và đang được ứng dụng rộng rãi trong ngành dược vì nhiều lợi ích trong phòng ngừa và hỗ trợ điều trị huyết khối. Được sử dụng trong các bệnh tim mạch như tăng huyết áp, đột quỵ, đau thắt ngực, huyết khối tĩnh mạch sâu, xơ hóa động mạch, giãn tĩnh mạch, huyết khối tĩnh mạch ngoại vi, các cơn đau xơ cơ, hội chứng suy nhược mãn tính, thiếu oxy mô, u xơ tử cung,…nattokinase hỗ trợ máu lưu thông, tốc độ vận chuyển và giảm độ nhớt của máu, hỗ trợ cơ chế đông máu và hỗ trợ duy trì huyết áp ổn định, khi dùng 2.000 FU nattokinase mỗi ngày.
Nattokinase hiện chủ yếu được sản xuất bằng phương pháp truyền thống là lên men đậu nành rồi ăn trực tiếp đậu nành lên men (gọi là natto) hoặc chiết xuất enzym từ đậu nành lên men. Phương pháp này dễ thực hiện, có thể sản xuất kiểu thủ công gia đình. Tuy nhiên, nhiều người không ăn được natto do không thích mùi vị hoặc tính chất của nó. Trong khi đó, việc chiết xuất nattokinase từ đậu nành lên men để sản xuất chế phẩm hiện đại như viên nén hay viên nang có hiệu quả không cao. Các nhà nghiên cứu đã lựa chọn phương pháp lên men thu nhận nattokinase tái tổ hợp trong Bacillus subtilis và ứng dụng enzym nattokinase, cho phép tạo ra nattokinase có độ tinh sạch cao, có thể dùng bào chế sản phẩm dưới dạng viên với quy mô lớn một cách hiệu quả.
Cụ thể, nhóm nghiên cứu đã xây dựng quy trình lên men quy mô 50 lít/mẻ, với môi trường lên men gồm: cao nấm men (0,5% w/v), casein đậu nành (0,2% w/v), glucose (1% w/v), NaCl (0,25% w/v) và pH 8,4, cho sản phẩm có hoạt tính đạt 545 FU/ml. Đồng thời, xây dựng quy trình tinh sạch và tạo chế phẩm enzym nguyên liệu từ mẻ lên men. Kết quả, khảo sát quy trình tinh chế enzym bằng phương pháp màng lọc cho hiệu suất thu hồi enzym là 83%. Sau đó tinh sạch enzym với sắc ký trao đổi ion với hiệu suất thu hồi là 77%, mức tinh chế của enzym đạt 2,17 lần, hoạt tính enzym đạt 6.227 FU/mg protein. Maltodextrin 5% là chất mang tốt nhất trong việc tạo nguyên liệu nattokinase.
Nhóm nghiên cứu đã xây dựng tiêu chuẩn cơ sở cho nguyên liệu nattokinase, xây dựng quy trình bào chế viên nang thực phẩm chức năng chứa nattokinase đạt tiêu chuẩn cơ sở theo Dược điển Việt Nam IV. Công thức viên nang cứng nattokinase 1.000 FU với hệ tá dược gồm calci carbonat, MCC PH101, mannitol, talc, magnesi stearat, aerosil, povidone K30, natri croscarmellose đã được xây dựng. Trong đó, tỷ lệ calci carbonat, MCC PH101, mannitol đã được khảo sát và tối ưu hóa với phần mềm Design Expert® v 11.0.0 để giúp ổn định hoạt tính nattokinase và pH của viên nang đạt 8,5. Quy trình bào chế được lưa chọn là phương pháp xát hạt từng phần đảm bảo cho enzym không bị mất hoạt tính bởi ẩm và nhiệt trong quá trình bào chế. Viên nang nattokinase đạt các tiêu chuẩn của Dược điển Việt Nam IV về độ đồng đều khối lượng, độ rã, độ hòa tan, pH, định tính và định lượng. Tuổi thọ của viên nang nghiên cứu trên 24 tháng, khi theo dõi ở các điều kiện khác nhau. Đánh giá sinh khả dụng và tác động dược lý của sản phẩm cho thấy, thử nghiệm độc tính cấp trên chuột (LD50 > 100.000 FU/kg thể trọng), không có chuột chết. Thử độc tính bán trường diễn, sau khi cho chuột uống nattokinase liều 2.000 FU/kg và 4.000 FU/kg liên tục trong 60 ngày không gây độc tính trên chuột, chuột tăng trọng bình thường, các chỉ số xét nghiệm huyết học và đa số thông số sinh hóa đều nằm trong giới hạn bình thường.
Ngoài ra, nhóm nghiên cứu đã xây dựng mô hình gây huyết khối cảm ứng với carragenan trên chuột nhắt trắng, khảo sát được tác động ngăn ngừa huyết khối đối với viên nang chứa nattokinase cho hiệu quả ngăn ngừa huyết khối tương tự nattokinase thương mại. Đồng thời nhóm đã tiến hành đăng ký giải pháp hữu ích với sản phẩm đăng ký là “Quy trình lên men thu nhận vượt mức nattokinase tái tổ hợp từ chủng Bacillus subtilis”.
Tiềm năng sản xuất ở quy mô công nghiệp
Theo PGS. TS Trần Cát Đông, hiện nay nhu cầu sản phẩm nattokinase ngày càng tăng. Các công ty dược phẩm ở Việt Nam chủ yếu nhập khẩu nguyên liệu nattokinase (với hoạt độ khác nhau và từ nhiều nguồn khác nhau) với giá thành cao, hoạt tính enzym có thể giảm do quá trình vận chuyển và bảo quản. Tạm tính, Việt Nam đang nhập khoảng 60 tỷ đồng nattokinase mỗi năm làm nguyên liệu cho sản xuất thực phẩm chức năng trong nước. Từ đó cho thấy, việc nghiên cứu làm chủ công nghệ sản xuất nattokinase hoạt tính cao làm nguyên liệu cho thực phẩm chức năng là rất đáng quan tâm.
Đề tài có khả năng ứng dụng thực tế cao, do thu nhận enzym nattokinase tái tổ hợp là một trong các công đoạn quan trọng của quá trình sản xuất. Hiệu quả của quá trình lên men và thu nhận nattokinase tái tổ hợp là những yếu tố quan trọng quyết định giá thành của sản phẩm. Nattokinase nguyên liệu được sản xuất trong nghiên cứu này với hoạt tính là 20.000 FU/g (tương tự với các enzym nattokinase ngoại nhập) cho phép chủ động cung cấp nattokinase nguyên liệu cho ngành công nghiệp sản xuất dược phẩm trong nước, thay thế cho nguồn nguyên liệu ngoại nhập hiện nay. Viên nang nattokinase 1.000 FU/viên của đề tài đạt tiêu chuẩn làm thực phẩm chức năng.
Tuy hiện nay các doanh nghiệp đã bắt đầu quan tâm đến các sản phẩm dược từ công nghệ sinh học, nhưng việc triển khai sản xuất ở quy mô công nghiệp đòi hỏi đầu tư trang thiết bị hiện đại và đắt tiền. Nhóm nghiên cứu mong muốn chuyển giao công nghệ cho các doanh nghiệp để sớm ứng dụng vào sản xuất đại trà, từ nguyên liệu đến thành phẩm, từ đó cung cấp cho thị trường sản phẩm có giá cả cạnh tranh hơn các sản phẩm đang lưu hành. Hiện nhóm đang tiếp xúc với một số doanh nghiệp để hợp tác triển khai sản xuất ở quy mô lớn.
Lam Vân (CESTI)