Những vi khuẩn bất lợi ô nhiễm trong tiến trình sản xuất thức ăn chăn nuôi công nghiệp: Tác nhân, phương pháp phát hiện và chiến lược kiểm soát toàn diện

Kỳ 2: Kiểm soát vi khuẩn trong sản xuất TACN

Quy trình sản xuất TACN tại Tập đoàn Dabaco bằng công nghệ hiện đại và cam kết với chất lượng sản phẩm.

1. 1. CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÁT HIỆN VÀ ĐỊNH DANH VI KHUẨN TRONG THỨC ĂN CHĂN NUÔI

Để kiểm soát chất lượng, việc áp dụng các phương pháp chẩn đoán nhanh, chính xác và có độ nhạy cao là bắt buộc. Hiện nay, các phòng thí nghiệm (PTN) của nhà máy TACN hiện đại kết hợp giữa phương pháp truyền thống và các kỹ thuật sinh học phân tử tiên tiến.

1.1. Phương pháp nuôi cấy vi sinh truyền thống (ISO Tiêu chuẩn)

Đây là phương pháp nền tảng, có giá trị pháp lý cao nhất, được quy định bởi các tổ chức quốc tế (ISO, AOAC). Ví dụ, quy trình phát hiện Salmonella theo tiêu chuẩn ISO 6579.

• Quy trình 4 bước tiêu chuẩn:
  1. Tăng sinh không chọn lọc (Pre-enrichment): Cân 25g mẫu thức ăn hòa vào 225ml nước peptone đệm (Buffered Peptone Water – BPW). Ủ ở 37^oC trong 18–24 giờ. Mục đích là phục hồi các tế bào vi khuẩn bị tổn thương nhưng chưa chết qua quá trình ép viên.
  2. Tăng sinh chọn lọc (Selective enrichment): Chuyển một lượng nhỏ dịch ủ từ môi trường BPW sang các môi trường lỏng chọn lọc như Rappaport-Vassiliadis Soja broth (RVS) và Muller-Kauffmann Tetrathionate Novobiocin broth (MKTTn). Ủ ở nhiệt độ cao (41.5^oC) để ức chế các vi khuẩn đường ruột khác và cho phép Salmonella nhân lên.
  3. Phân lập trên đĩa thạch (Plating out): Cấy riết dịch tăng sinh lên các môi trường thạch đĩa chọn lọc như Xylose Lysine Deoxycholate (XLD) agar và Brilliant Green Agar (BGA). Trên thạch XLD, khuẩn lạc Salmonella điển hình có màu hồng với tâm màu đen (do sinh khí H2S).
  4. Khẳng định (Confirmation): Chọn các khuẩn lạc điển hình để thử nghiệm sinh hóa (TSI, Urea, Indole, MR-VP) hoặc thử nghiệm ngưng kết kháng huyết thanh (Serotyping).
• Ưu và nhược điểm: Chi phí vật tư thấp, cho kết quả là vi khuẩn sống (viable cells). Tuy nhiên, thời gian thực hiện quá dài (mất 3–5 ngày để có kết quả khẳng định), không đáp ứng được yêu cầu giải phóng hàng nhanh của các nhà máy công nghiệp.

1.2. Kỹ thuật sinh học phân tử (PCR, Real-time PCR và dPCR)

Kỹ thuật dựa trên việc khuếch đại các đoạn trình tự DNA đặc hiệu của vi khuẩn target.

• Conventional PCR & Real-time PCR:
• * Đối với Salmonella, các gene mục dịch thường là gene invA (mã hóa protein xâm nhập biểu mô) hoặc gene ttr.
  • Đối với coli gây bệnh, Real-time PCR cho phép multiplexing (khuếch đại đồng thời nhiều mục tiêu) để phát hiện các gene độc tố như stx1, stx2, lt, st, eae.
  • Real-time PCR sử dụng các hạt dò huỳnh quang (TaqMan probe) giúp đọc kết quả ngay trong quá trình khuếch đại, rút ngắn thời gian phân tích xuống còn 2–4 giờ sau giai đoạn tăng sinh sơ bộ.
• Digital PCR (dPCR): Công nghệ mới cho phép định lượng tuyệt đối số lượng bản sao DNA vi khuẩn mà không cần đường chuẩn (standard curve), có độ nhạy cực cao, phát hiện được vi khuẩn ở mật độ rất thấp trong các nền mẫu phức tạp giàu chất ức chế như TACN.
• Nhược điểm lớn nhất: PCR khuếch đại cả DNA từ vi khuẩn đã chết (ví dụ vi khuẩn bị tiêu diệt sau ép viên nhưng DNA chưa bị phân hủy hết), dẫn đến kết quả dương tính giả (false positive) về mặt nguy cơ sinh học sinh sống. Để khắc phục, các PTN sử dụng v-PCR (Viability PCR) bằng cách xử lý mẫu với Propidium Monoazide (PMA). PMA chỉ xâm nhập vào tế bào có màng bị tổn thương (vi khuẩn chết), liên kết chặt với DNA và ức chế phản ứng PCR, do đó chỉ có DNA của vi khuẩn sống mới được khuếch đại.

1.3. Phương pháp Miễn dịch học (ELISA và LFD)

Dựa trên phản ứng liên kết đặc hiệu giữa kháng thể và kháng nguyên (protein bề mặt) của vi khuẩn.

• ELISA (Enzyme-Linked Immunosorbent Assay): Sử dụng các đĩa vi lượng được phủ sẵn kháng thể kháng Salmonella hoặc coli. Phương pháp này có thể tự động hóa, xử lý được hàng trăm mẫu cùng lúc, thời gian cho kết quả khoảng 24 giờ.
• LFD (Lateral Flow Device – Que thử dòng chảy bên thằng): Tương tự như nguyên lý của que thử thai hoặc test nhanh Covid-19. Đây là công cụ sàng lọc nhanh tại hiện trường cực kỳ hữu ích cho các kỹ sư kiểm soát chất lượng (QC) khi tiếp nhận nguyên liệu tại bến bãi. Kết quả hiển thị bằng vạch màu trực quan trong vòng 15–20 phút.

1.4. Kỹ thuật giải trình tự Gen thế hệ mới (NGS) và Khối phổ (MALDI-TOF MS)

Đây là các công nghệ đỉnh cao được áp dụng tại các trung tâm R&D lớn của các tập đoàn sản xuất TACN đa quốc gia.

• MALDI-TOF MS (Khối phổ thời gian bay): Định danh vi khuẩn bằng cách phân tích profile protein (chủ yếu là protein ribosome) của khuẩn lạc. Chỉ mất 1 phút sau khi có khuẩn lạc tinh sạch để định danh chính xác loài vi khuẩn, tiết kiệm tối đa chi phí hóa chất sinh hóa truyền thống.
• Giải trình tự toàn bộ hệ gen (WGS – Whole Genome Sequencing) hoặc Metagenomics: Khả năng giải trình tự toàn bộ DNA có trong mẫu thức ăn mà không cần nuôi cấy. Kỹ thuật này không chỉ định danh vi khuẩn mà còn giúp vẽ bản đồ dịch tễ học phân tử (molecular epidemiology), xác định chính xác nguồn gốc vi khuẩn ô nhiễm bắt nguồn từ nhà cung cấp nguyên liệu nào, đồng thời phát hiện các gene kháng kháng sinh (ARG – Antibiotic Resistance Genes) hiện diện trong hệ sinh thái nhà máy.

5. CÁC BIỆN PHÁP PHÒNG NGỪA VÀ KIỂM SOÁT TOÀN DIỆN (BIOSECURITY & TECHNOLOGY)

Để kiểm soát hiệu quả vi khuẩn bất lợi, nhà máy sản xuất TACN công nghiệp phải áp dụng một chiến lược tích hợp đa tầng, chuyển từ thế trận “đối phó” sang “phòng ngừa chủ động”.

2.1. Áp dụng hệ thống quản lý chất lượng nghiêm ngặt: GMP, HACCP, ISO 22000

• GMP (Good Manufacturing Practices – Thực hành sản xuất tốt): Quy định thiết kế nhà máy theo nguyên tắc một chiều. Khu vực “Sạch” (sau ép viên, làm nguội, đóng gói) phải được cách ly hoàn toàn vật lý với khu vực “Bẩn” (tiếp nhận nguyên liệu, nghiền, trộn) bằng hệ thống tường bạt, cửa tự động và áp suất không khí dương để ngăn bụi và vi khuẩn bay ngược trở lại.
• HACCP (Hazard Analysis Critical Control Point): Xác định các điểm kiểm soát tới hạn. Trong nhà máy TACN, CCP-1 thường là nhiệt độ/thời gian tại buồng điều hòa máy ép viên (> 82^oC trong ít nhất 30 giây). CCP-2 là sàng lọc kim loại và tạp chất. Việc giám sát CCP phải được thực hiện tự động bằng cảm biến và ghi chép dữ liệu liên tục (Scada system).

2.2. Giải pháp công nghệ và cơ khí

• Tối ưu hóa công nghệ ép viên nhiệt cao: Sử dụng các thiết bị điều hòa tầm xa (Long-Term Conditioners) hoặc thiết bị giữ nhiệt sau ép (Ripeners) cho phép duy trì khối cám ở nhiệt độ 85°C trong thời gian kéo dài từ 2 đến 4 phút. Điều này đảm bảo tiêu diệt triệt để không chỉ vi khuẩn sinh dưỡng mà còn làm suy yếu các bào tử vi khuẩn Gram-dương chịu nhiệt.
• Kiểm soát hệ thống không khí máy làm nguội: Lắp đặt hệ thống lọc không khí sơ cấp (pre-filters) hoặc màng lọc hiệu năng cao HEPA cho luồng khí đi vào máy làm nguội để loại bỏ hoàn toàn các hạt bụi mang vi khuẩn. Ốp bảo ôn (cách nhiệt) vách máy làm nguội để ngăn hiện tượng sụt nhiệt gây ngưng tụ nước bên trong thành máy.
• Thiết kế thiết bị vệ sinh (Hygienic Design): Lựa chọn các dòng máy trộn, gầu nâng có thiết kế bo tròn, không góc chết, sử dụng vật liệu thép không gỉ (Stainless Steel 304 hoặc 316) để ngăn ngừa sự bám dính của nguyên liệu và giảm thiểu khả năng hình thành màng sinh học (biofilm).

2.3. Sử dụng các chất phụ gia kháng khuẩn (Antimicrobial Feed Additives)

Khi việc xử lý nhiệt chỉ bảo vệ thức ăn tại thời điểm ép viên, các chất phụ gia kháng khuẩn có vai trò bảo vệ thức ăn khỏi tái ô nhiễm trong suốt quá trình lưu kho và vận chuyển đến trang trại (hiệu ứng bảo vệ kéo dài).

• Axit hữu cơ (Organic Acids) và Muối của chúng:
• * Các axit chuỗi ngắn (SCFA) như axit formic, axit propionic, axit acetic, và axit butyric được sử dụng rộng rãi.
  • Cơ chế: Ở dạng không phân ly (lipophilic), các axit hữu cơ dễ dàng xuyên qua màng tế bào vi khuẩn Gram-âm. Vào trong tế bào cytoplasm có pH trung tính, axit phân ly giải phóng các ion $H^+$, làm giảm pH nội bào. Để sinh tồn, vi khuẩn phải tiêu tốn năng lượng (ATP) để bơm ion $H^+$ ra ngoài qua bơm proton, dẫn đến kiệt quệ năng lượng và chết. Đồng thời, gốc anion axit ($RCOO^-$) làm rối loạn quá trình sao chép DNA và tổng hợp protein của vi khuẩn.
  • Sử dụng dạng muối kết hợp (như Ammonium formate, Calcium propionate) giúp giảm tính ăn mòn thiết bị nhà máy và giảm mùi nồng hắc của axit nguyên chất nhưng vẫn giữ nguyên hoạt tính kháng khuẩn khi vào đường tiêu hóa vật nuôi.
• Tinh dầu thực vật (Essential Oils / Phytogenics): Các hợp chất chiết xuất tự nhiên như Thyme (chứa thymol), Oregano (chứa carvacrol), Quế (chứa cinnamaldehyde). Các hoạt chất này có tính kỵ nước cao, chúng hòa tan vào màng lipid của vi khuẩn, làm tăng tính thấm của màng, gây rò rỉ các thành phần nội bào quan trọng (ion K+, ATP) ra ngoài, làm sụp đổ điện thế màng tế bào vi khuẩn. Sự kết hợp giữa axit hữu cơ và tinh dầu tạo ra hiệu ứng cộng hưởng (synergistic effect) cực mạnh, giảm đáng kể liều lượng sử dụng của từng chất.
• Hệ thống Phun chất lỏng sau ép viên (PPLA – Post-Pelleting Liquid Application): Các chất kháng khuẩn chịu nhiệt kém hoặc các axit hữu cơ dễ bay hơi được phun trực tiếp lên bề mặt viên thức ăn sau khi đã làm nguội bằng hệ thống béc phun tự động chính xác cao, giúp tối ưu hóa hiệu quả kinh tế và kỹ thuật.

2.4. Quy trình vệ sinh và khử trùng nhà máy (SSOP)

• Vệ sinh khô (Dry Cleaning): Do nước là dung môi kích hoạt vi khuẩn phát triển, việc vệ sinh nhà máy TACN chủ yếu ưu tiên vệ sinh khô. Sử dụng máy hút bụi công nghiệp công suất lớn, chổi, xẻng để làm sạch bụi cám bám trên rầm xà, vách máy.
• Vệ sinh ướt định kỳ (Wet Cleaning & Disinfection): Chỉ thực hiện khi có lịch dừng máy bảo dưỡng dài ngày hoặc khi phát hiện sự cố nhiễm Salmonella. Sau khi rửa sạch bằng nước áp lực cao kết hợp xà phòng chuyên dụng để tẩy bỏ lớp màng béo, phải tiến hành phun các chất khử trùng phổ rộng như Glutaraldehyde, Quaternary Ammonium Compounds (QACs), hoặc hợp chất giải phóng Clo. Sau đó, bắt buộc phải sấy khô hoàn toàn nhà máy bằng quạt gió nóng trước khi vận hành trở lại.
• Quy trình chạy xả (Flushing): Giữa các mẻ cám (ví dụ chuyển từ cám lợn nái sang cám lợn con, hoặc sau một mẻ nguyên liệu có nguy cơ cao), nhà máy cho chạy xả một lượng vật chất mồi (thường là cám mì hoặc lõi ngô nghiền trộn với hàm lượng cao axit hữu cơ) để “quét” sạch các mảng bám tồn dư trong đường ống và máy trộn. Lượng cám xả này sau đó được thu hồi và xử lý riêng biệt.

PGS.TS. Nguyễn Bá Hiên

 TÀI LIỆU THAM KHẢO

1 . Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn. (2020). Thông tư số 21/2020/TT-BNNPTNT: Quy định chi tiết một số điều của Luật Chăn nuôi về thức ăn chăn nuôi. Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn Việt Nam.

2.Tổng cục Tiêu chuẩn Đo lường Chất lượng. (2018). TCVN 10780-1:2018 (ISO 6579-1:2017) – Vi sinh vật trong chuỗi thực phẩm – Phương pháp phát hiện, đếm và xác định kiểu huyết thanh của Salmonella – Phần 1: Phương pháp phát hiện. Bộ Khoa học và Công nghệ Việt Nam.

3. Nguyễn Bá Hiên, Trần Thị Lan Hương, Đạng Hữu Anh, Vũ Thị Ngọc, Cao Thị Phượng (2021) Giáo trình VI SINH VẬT THÚ Y- NXB Học viện Nông nghiệp Việt Nam
4. Barrows, T. S., & Ricke, S. C. (2021). Microbial ecology of feed mills and strategies for prevention of Salmonella contamination in animal feed: A review. Journal of Animal Science and Biotechnology, 12(3), 45-58. https://doi.org/10.1186/s40104-021-00567-z
5. Centel, K., Devreese, M., & Haesebrouck, F. (2023). Survival and virulence profiles of enterotoxigenic Escherichia coli (ETEC) in conditioned mash and pelleted feeds. Veterinary Microbiology, 278, Article 109650. https://doi.org/10.1016/j.vetmic.2023.109650
6. Jones, F. T. (2011). A review of domestic animal feces and process control as sources of Salmonella contamination in animal feeds. Animal Feed Science and Technology, 163(2-4), 93-98. https://doi.org/10.1016/j.anifeedsci.2010.09.018
7. Leiva, S. A., Saini, J. K., & Thippareddi, H. (2020). Efficacy of thermal processing (pelleting) and organic acid treatments on the reduction of Salmonella enterica Serovars in broiler starter feed. Poultry Science, 99(11), 5962-5971. https://doi.org/10.1016/j.psj.2020.08.022
8. Magossi, G., Lobato, F. M., & Harrison, M. A. (2019). Evaluation of digital PCR and viability-PCR for the absolute quantification of live Clostridium perfringens spores in animal feed ingredients. International Journal of Food Microbiology, 295, 23-31. https://doi.org/10.1016/j.ijfoodmicro.2019.02.008
9. D’Mello, J. P. F. (Ed.). (2022). Contaminants and toxins in animal feeds (2nd ed.). CABI Publishing.

Goodarzi Boroojeni, F., & Zentek, J. (2024). Processing technologies of animal feed and their effects on hygienic quality. In A. G. Karas (Ed.), Advances in Veterinary Feed Technology and Nutrition (pp. 112-145). Academic Press. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-824321-4.00005-6

10. Ricke, S. C., & Calo, J. R. (Eds.). (2020). Organic acids and essential oils as antimicrobial strategies in animal nutrition. Elsevier.
11. European Food Safety Authority (EFSA), & European Centre for Disease Prevention and Control (ECDC). (2022). The European Union One Health 2021 Zoonoses Report. EFSA Journal, 20(12), e07666.
12. International Organization for Standardization. (2017). Microbiology of the food chain — Horizontal method for the detection, enumeration and serotyping of Salmonella — Part 1: Detection of Salmonella spp. (ISO Standard No. 6579-1:2017). https://www.iso.org/standard/56712.html

13.World Health Organization (WHO). (2025). Critically important antimicrobials for human medicine: 7th revision. World Health Organization.