Ngành công nghiệp thủy sản sử dụng nhiều kỹ thuật để loại bỏ các VSV trong các sản phẩm thủy sản. Các hình thức lâu đời nhất và vẫn được sử dụng rộng rãi là bảo quản thủy sản khô hoặc muốị Bên cạnh việc bảo quản hải sản trong nước lạnh hoặc nước đá lạnh thì đây là công nghệ kỹ thuật bảo quản thấp nhất. Có nhiều biến thể từ phương pháp này như bảo quản ướt, muối, bổ sung axit hóa nhưng hiệu quả đạt được thì cũng tương tự. Trong những phương pháp này, cá khô (có muối hoặc không có muối ) tạo ra môi trường không có chất dinh dưỡng lớn (và có thể có độ mặn cao). Điều này ngăn cản sự phát triển của VK nhất, nhưng hư hỏng vẫn có thể xảy ra do dạng sợi nấm sinh trưởng và phá hoại của côn trùng. Nấm men cũng có thể phát triển trong cá ướp muốị (Gram & Dalgaard, 2002).
Các phương pháp bảo khác gồm rửa bằng nước khử trùng, khử trùng bằng nước clo, muối, các hợp chất hữu cơ, aldehydes, hydrogen peroxide, các hợp chất ammonium, thuốc nhuộm. (Calo-Mata et al., 2007; Shao, 2001).
Thuốc khử trùng chủ yếu là để tiêu diệt nấm và ký sinh trùng. (Murray et al., 1984). Hải sản cũng có thể được ướp trong những môi trường có tính axit giải pháp để ngăn chặn sự phát triển của VK. Bao gói chân không và sử dụng các chất bảo quản như sorbate và benzoate đã được sử dụng để ngăn chặn VK phát triển. (Einarsson &Lauzon, 1995; Gram & Dalgaard, 2002).
Gần đây các phương pháp phức tạp hơn đã được sử dụng như bao gói cacborn dioxide, sấy phun, sấy bằng sóng điện từ… để chống lại các vấn đề hư hỏng và nhiễm khuẩn vào các sản phẩm. (Calo-Mata et al., 2007; Galvez et al., 2007; Gram & Dalgaard, 2002).
Việc sử dụng vacxin và thuốc kháng sinh trong NTTS là nhằm mục đích phòng ngừa sự xâm nhập của VSV. Cách sử dụng của những chất phòng bệnh trên rất đơn giản, chúng có thể được thêm vào nước hoặc thức ăn chăn nuôi, hoặc có thể được sử dụng bằng cách tiêm. (Shao, 2001).
Một số lượng lớn các công trình nghiên cứu vào những năm 1970 đã tìm ra vacxin chống lại nhiều tác nhân gây bệnh trong NTTS, chủ yếu chống lại loài VK gây bệnh Vibriọ (Shao, 2001). Mặc dù các loại vacxin đều có hiệu quả (chi phí và hiệu quả), nhưng vẫn chưa có vacxin để chống lại các tác nhân gây bệnh ở tôm và nhuyễn thể. (Subasinghe, 2009).
Vacxin được thay thế bằng các chất kháng sinh để ngăn ngừa các VK lây nhiễm. Tetracycline đã trở thành một trong những kháng sinh phổ biến nhất vì có giá thấp, độc tính thấp nhưng lại có hiệu quả caọ Hơn nữa, florfenicol, sulfadimethoxine/ormetoprim, oxytetracycline và sulfonamides được sử dụng để điều trị nhiễm trùng khá phổ biến. Tuy nhiên việc sử dụng các chất kháng sinh một cách tràn lan, quá mức trong nghành công nghiệp này làm cho VK phát triển sức đề kháng, làm mất hiệu quả của thuốc kháng sinh. (World Health Organization [WHO], Fact sheet 194).
Thuốc kháng sinh tiêu diệt các VK, nhưng bên cạnh đó cũng có những hạn chế. Chúng có thể không được dùng hết nên chảy theo các kênh nước, hệ thống nước thải, trầm tích làm ô nhiễm môi trường, thậm chí vẫn có thể còn tích lũy trong cơ thể của động vật thủy sản nuôi trồng (Benbrook, 2002; Cabello, 2006). Chất kháng sinh tích lũy trong động vật nuôi trồng có thể ảnh hưởng tới sức khỏe của người tiêu thụ. Bởi vậy, những cơ quan quản lý như Food and Drug Administration (FDA) và cơ quan bảo vệ môi trường (EPA) đã điều chỉnh việc sử dụng kháng sinh trong NTTS. Hiện nay, ứng dụng của bacteriocin trong NTTS chủ yếu được đi theo hai hướng sau:
• Ứng dụng tiềm năng của bacteriocin để làm chất kháng sinh sinh học trong ngành công nghiệp thủy sản
Một lĩnh vực hoạt động nghiên cứu trong ngành công nghiệp thủy sản là việc sử dụng kháng sinh bacteriocin. Bacteriocin có một lịch sử lâu dài trong ứng dụng cho bảo quản sữa và thịt, và có một số lượng lớn ngày càng tăng các nghiên cứu về tác dụng của bacterocin như kháng sinh trong ngành thủy sản. (Bảng 1.4) (Aasen et al., 2003; Al-Holy et al., 2004; Budu-Amoako et al., 1999;Einarsson & Lauzon, 1995; Elotmani & Assobhei, 2004; Luders et al., 2003; Neetoo et al.,2008; Nilsson et al., 1997; Nykanen et al., 2000; Szabo &Cahill, 1999; Tahiri et al., 2009;Tsironi & Taoukis, 2010; Zuckerman & Ben Avraham, 2002).
Bảng 1.4. Ví dụ về các thử nghiệm bacteriocin trong các sản phẩm thủy sản (Adapted from Galvez et al. 2008)
Bacteriocin Target Seafood product Reference
Bavaricin A Extended shelf-life Shrimp Einarsson et al.,1995 Camocin
U149
Extended shelf-life Shrimp Einarsson et al., 1995 Divergicin
M35
L. moncytogenes Salmon Tahiri et al., 2009 Nisin L. moncytogenes Salmon Nilsson et al., 1997 Nisin L. moncytogenes Salmon Nilsson et al., 1997 Nisin L. moncytogenes Salmon Szabo and Cahill, 1999
Nisin L. moncytogenes Salmon Neetoo et al., 2008
Nisin L. moncytogenes Salmon Zuckerman and Ben
Avraham, 2002
Nisin L. moncytogenes Trout Nykamen et al., 2000
Nisin L. moncytogenes Lobster Budu-Amoako et al., 1999 Nisin L.innocua Caviar and ikura Al-Holy et al., 2004
Nisin Aerobic bacteria Salmon Zuckerman and Ben
Avraham, 2002 Nisin Bacterial flora Sardines Elotmani et al., 2004 Nisin Extended shelf-life Fish Tsironi and Taoukis, 2010 Nisin Z Extended shelf-life Shirmp Einarsson et al., 1995 Pediocin L. moncytogenes Salmon Szabo and Cahill, 1999 Sakacin P L. moncytogenes Salmon Aasen et al., 2003
Sakacin P Ẹcoli Salmon Luders et al., 2003
Những nghiên cứu này đã tập trung phần lớn vào tác dụng của nisin, một bacteriocin Gram (+) đã được công nhận là an toàn (GRAS) của FDẠ Nghiên cứu ban đầu của nisin đã chỉ ra rằng nó đã trì hoãn sự phát triển của L. monocytogenes
trong cá hồi hun khói lạnh. Nghiên cứu cũng đã cho thấy rằng việc bổ sung khí CO2 trong bao bì đã tăng lên hiệu quả của nisin chống lại VK Listeria (Nilsson et al., 1997).
Bao bì được tráng một lớp nisin cũng đã được khuyến khích nghiên cứụ Neetoo et al. (2008) đã điều tra hiệu quả của bao bì chân không có bọc một lớp nhựa plastic chứa nisin trong sản phẩm cá hồi hun khói lạnh chống lại VK L. monocytogenes. Nghiên cứu này đã chỉ ra rằng lớp nhựa có chứa nisin này đã làm giảm số lượng các các VK L. monocytogenes 3,9log CFU/cm2 ở 40C và 100C tương ứng sau 56 ngày và 49 ngày ủ bệnh. Hơn nữa nhiên cứu này cũng chỉ ra rằng bao bì có chứa lớp nhựa phủ một lớp nisin đã ức chế sự phát triển của vi sinh vật hiếu khí và kỵ khí ở một nồng độ nhất định. (Neetoo et al., 2008).
Sự kết hợp của nisin với nhiệt cũng đã được thể hiện như là một phương pháp hiệu quả để ngăn ngừa nhiễm L. monocytogenes gây nhiễm bệnh. Budu-Amoako et al. (1999) đã áp dụng nisin với nhiệt trong đóng gói tôm hùm và cho thấy đã giảm 3-5 log L. monocytogenes so với lúc dùng nisin một mình. (Budu-Amoako et al., 1999). Further, AlHoly et al. (2004) đã sử dụng phương pháp gia nhiệt bằng sóng điện từ kết hợp với nisin. Sự kết hợp này đã cho thấy rằng giảm 100% L. innocuạ
(Al-Holy et al., 2004). Những nghiên cứu về bacteriocin (như nisin) cung cấp một giải pháp thay thế kháng sinh trong công nghiệp thủy sản nhờ đó có thể hướng đến một ngành thủy sản phát triển bền vững.
• Bổ sung các chủng vi khuẩn sinh bacteriocin vào chế phẩm sinh học (probiotic) ứng dụng trong nuôi trồng thủy sản
Do các vấn đề liên quan đến các chất kháng sinh, nên ngành công nghiệp thủy sản đã khai thác sử dụng các chế phẩm sinh học để thúc đẩy sự phát triển của hệ vi sinh có lợi trong chính động vật nuôi để chống lại các bệnh lây nhiễm. Probiotics là những thức ăn bổ sung trực tiếp hệ vi sinh có lợi đến động vật chủ bằng cách cải thiện sức khỏe đường ruột của động vật chủ (Fuller, 1989). Vì thế, việc bổ sung những chủng VSV sinh bacteriocin trong các chế phẩm sinh học đang được các nhà khoa học quan tâm vì những tác động tích cực của chúng trong NTTS.
Mặc dù chế phẩm probiotic mới được ứng dụng vào NTTS trong thời gian 10 năm trở lại đây nhưng hiệu quả của chế phẩm này là rất to lớn. Hiện nay các loài vi sinh vật: Bacillus sp., Lactobacilus sp., nhóm vi khuẩn quang dưỡng… được sử
dụng chủ yếu để sản xuất các chế phẩm nàỵ Những nghiên cứu cho thấy rằng các loài vi khuẩn này đều không độc hại, dễ nuôi cấy, dễ tồn tại trong môi trường nước, những ứng dụng của nó trong lĩnh vực NTTS như:
- Cải thiện môi trường nước nuôi
Chế phẩm probiotic được bổ sung vào môi trường nước nuôi thủy sản có tác dụng cải thiện chất lượng nước.
Trong nuôi trồng thủy sản, lượng thức ăn dư thừa do động vật thủy sản hấp thụ không hết chiếm số lượng rất lớn, đây là nguyên nhân chính gây ô nhiễm môi trường nước. Đặc biệt trong nuôi tôm, tôm chỉ hấp thụ được dưới 1/3 tổng lượng dinh dưỡng đầu tư vào ao nuôi (Briggs và Funge-Smith, 1994) và phần còn lại bị mất vào hệ thống ao nuôi (Wu, 1995 và Piedrahita, 2003). Hơn nữa, các chất bài tiết từ các loài thủy sinh vào môi trường nước chiếm khoảng 70 – 80% lượng protein chúng đã tiêu hóa, phần lớn trong số đó (80%) ở dưới dạng dễ hòa tan trong nước, đặc biệt là ammoniac (Porter và cộng sự, 1987). Các chất thải này, bao gồm thức ăn dư thừa và các sản phẩm bài tiết, có thể phì nhưỡng cho ao nuôi và kết quả là sự phát triển bùng nổ của tảo độc cũng như gây ra hiện tượng thiếu ôxy trong nước. Chế phẩm probiotic được bổ sung vào môi trường nước có chứa các vi khuẩn có khả năng sinh ra các enzyme ngoại bào (protease, amylase) có thể phân giải các chất hữu cơ, các chất bài tiết thành CO2 và nước, chuyển các chất độc hại như NH3, H2S, NO2 thành các chất không độc như NO3-, NH4+, giúp giảm mùi hôi của môi trường nước, ổn định pH và màu nước ao (Võ Thị Hạnh và cộng sự, 2005). Các chủng vi sinh vật thường được sử dụng để thực hiện chức năng này gồm Bacillus sp., Nitrosomonas, Nitrobacter... như vậy các vi khuẩn trong chế phẩm probiotic có tác dụng:
+ Làm ổn định chất lượng nước và nền đáy trong ao nuôi tôm cá.
+ Giảm thiểu ô nhiễm môi trường ao nuôi và xung quanh do nuôi trồng thuỷ sản gây nên.
Nhiều loại chế phẩm vi sinh được sử dụng để cải thiện môi trường nước nuôi trồng thủy sản như: chế phẩm EM, BIOnAQUA 1-MV (công ty Mai Việt), BZT® Aquaculture (USA), BIO II (Võ Thị Hạnh và cộng sự, 2005).…
- Tăng tốc độ sinh trưởng, khả năng kháng bệnh cho đối tượng nuôi
Nghề NTTS đang đối mặt với các loại bệnh dịch, nguyên nhân chủ yếu là do các loại vi khuẩn Aeromonas sp., Pseodomona sp., Vibrio sp. Tuy nhiên, do việc hạn chế sử dụng kháng sinh để phòng và trị bệnh nên chế phẩm probiotic lại càng có vai trò quan trọng. Hiện nay trong NTTS cũng phân lập được nhiều loài vi sinh vật có đặc tính probiotic như Carnobacterium piscicola (Hius, 1984), Lactobacillus plantarum (Schroder, 1984), Pediococcus acidilactici (Pucci, 1988). Các chủng probiotic có thể cạnh tranh vị trí bám dính và dinh dưỡng bên trong đường ruột nhờ khả năng chịu mặn, chịu kiềm, chịu axit của đường ruột. Bên cạnh đó, các chủng probiotic này càng được chú ý hơn nhờ khả năng sinh ra các chất ức chế (bacterioxins, sideropheres, lysozymes, hydrogen peroxides...) và tổng hợp được các hợp chất kháng sinh tương ứng như: piscicolin, plantarin, pediococin (PA - 1) có tính sát khuẩn cao, đặc biệt đối với vi khuẩn gây bệnh như: Vibrio spp, Listeria monocytogenes (Pucci, 1988), Shigella spp và Salmonella spp… Vì vậy khi bổ sung chế phẩm probiotic có chứa các vi sinh vật này vào thức ăn sẽ kìm hãm sự phát triển của các vi khuẩn gây bệnh, đảm bảo sự ổn định của hệ vi sinh vật đường ruột tôm cá, giúp đối tượng nuôi tăng trưởng và phát triển tốt, chống chọi được với các loại dịch bệnh. Sử dụng chế phẩm probiotic trong NTTS sẽ hạn chế việc sử dụng một lượng lớn chất kháng sinh và hóa chất vào ao nuôi thủy sản, đặc biệt là hạn chế đáng kể khả năng gây bệnh của một số loại vi khuẩn trên đối tượng nuôị Đây là biện pháp làm tăng hiệu quả sản xuất có ý nghĩa thực tiễn (Xiang-Hong và cộng sự, 1998). Bên cạnh đó chế phẩm probiotic sẽ giúp tôm cá sinh trưởng mạnh hơn do các vi khuẩn trong chế phẩm probiotic chính là nguồn cung cấp các enzyme tiêu hóa, một số vitamin và axit béo có tác động tích cực đến quá trình chuyển hóa của cá tôm (Sakata, 1990). Nhờ đó tôm cá sẽ hấp thụ thức ăn tốt hơn, sức đề kháng và sức chống chịu với các điều kiện môi trường tăng lên.
Ngoài ra, chế phẩm probiotic còn được biết với khả năng kháng virus. Một số nghiên cứu cho thấy các chủng VSV trong chế phẩm probiotic có khả năng kháng một số tác nhân virus gây bệnh trên động vật thủy sản, trong đó khả năng kháng
virus gây bệnh trên trên tôm sú như IHNV (Kamei và cộng sự, 1988) và OMV (Direkbusarakom và cộng sự, 1998). Như vậy, chế phẩm probiotic còn có thể giúp cho các loài NTTS chống chọi với tác nhân gây bệnh nguy hiểm nhất là virus. Đây có thể là một ưu thế lớn cho việc sử dụng chế phẩm probiotic vào NTTS trong tương laị