Sản xuất bacteriocin (bacteriocin production) là gì?

Sản xuất bacteriocin là quá trình sinh tổng hợp các peptide hoặc protein có hoạt tính kháng khuẩn bằng các chủng vi sinh vật thông qua kỹ thuật nuôi cấy lên men có kiểm soát và thu hồi sản phẩm sau lên men. Được tổng hợp thông qua bộ máy ribosome của tế bào vi khuẩn sinh sản (chủ yếu là vi khuẩn lactic), bacteriocin đóng vai trò như một cơ chế phòng vệ tự nhiên nhằm ức chế sự cạnh tranh của các chủng vi sinh vật lân cận trong cùng một ổ sinh thái. Trong bối cảnh công nghệ sinh học và an toàn thực phẩm tính đến năm 2026, sản xuất bacteriocin đại diện cho một hướng tiếp cận quan trọng nhằm cung cấp chất bảo quản sinh học tự nhiên thay thế phụ gia hóa học và mở ra triển vọng phát triển các liệu pháp kháng sinh mới trong y sinh.

Bản chất sinh học và phân loại bacteriocin

Bacteriocin là các phân tử peptide hoặc protein kháng khuẩn được mã hóa trực tiếp bởi các gene trên nhiễm sắc thể hoặc plasmid của vi khuẩn và được dịch mã trực tiếp trên ribosome. Khác biệt cơ bản giữa bacteriocin và các chất kháng sinh thứ cấp truyền thống (như penicillin hay streptomycin) nằm ở cơ chế sinh tổng hợp: trong khi kháng sinh thứ cấp được tổng hợp thông qua các phức hợp enzyme peptide synthetase không qua ribosome, bacteriocin được dịch mã trực tiếp từ phân tử RNA thông tin thành chuỗi tiền chất peptide, sau đó trải qua quá trình cắt tỉa đoạn dẫn đường và có thể được biến đổi hóa học sau dịch mã trước khi xuất bào.

Theo hệ thống phân loại được tổng hợp bởi Alvarez-Sieiro và cs. (2016, Volume 100), các bacteriocin sinh tổng hợp từ vi khuẩn lactic được chia thành ba nhóm cấu trúc chính:

• Nhóm I (Lantibiotics và RiPPs biến đổi sau dịch mã): Bao gồm các peptide trải qua quá trình biến đổi hóa học sau dịch mã rộng rãi, đặc trưng bởi sự xuất hiện của các amino acid bất thường như lanthionine và methyllanthionine tạo nên các vòng liên kết nội phân tử bền vững. Nhóm này có tính bền nhiệt cao, bền với các biến động môi trường và có cơ chế tác động kép: vừa liên kết đặc hiệu với lipid II để phá hủy quá trình tổng hợp vách tế bào, vừa tạo lỗ thủng trên màng tế bào vi khuẩn mục tiêu. Đại diện kinh điển nhất của nhóm này là nisin.
• Nhóm II (Non-lantibiotics không biến đổi sau dịch mã): Bao gồm các peptide có khối lượng phân tử nhỏ dưới 10 kDa, không chứa các amino acid biến đổi đặc biệt và có độ bền nhiệt tương đối ổn định. Nhóm này được chia thành nhiều phân nhóm nhỏ, bao gồm phân nhóm IIa (các peptide giống pediocin có hoạt tính ức chế mạnh đối với vi khuẩn gây bệnh Listeria monocytogenes), phân nhóm IIb (phức hợp hai peptide cần phối hợp đồng thời để phát huy hoạt tính), phân nhóm IIc (các peptide dạng vòng khép kín) và phân nhóm IId (các peptide mạch thẳng không có đoạn dẫn đường).
• Nhóm III (Bacteriolysins): Bao gồm các protein kháng khuẩn có khối lượng phân tử lớn, cấu trúc phức tạp và không bền nhiệt. Cơ chế tác động chủ yếu của nhóm này là ly giải trực tiếp vách tế bào thông qua hoạt tính enzyme thủy phân màng murein.

Việc nắm vững cấu trúc phân loại là cơ sở tiên quyết để lựa chọn chủng giống vi sinh vật và thiết kế quy trình công nghệ lên men, bởi tính chất kỵ nước, điểm đẳng điện và khối lượng phân tử quyết định trực tiếp đến hành vi của peptide trong môi trường nuôi cấy cũng như các giải pháp tinh sạch sau này.

Đặc tính so sánh	Nhóm I (Lantibiotics)	Nhóm II (Non-lantibiotics)	Nhóm III (Bacteriolysins)
Biến đổi sau dịch mã	Có, chứa vòng lanthionine	Không hoặc biến đổi tối thiểu	Không biến đổi chuỗi
Kích thước phân tử	Dưới 5 kDa	Dưới 10 kDa	Lớn, thường trên 10 kDa
Độ bền nhiệt	Rất cao, chịu được thanh trùng	Cao đến trung bình	Kém bền nhiệt, mất hoạt tính khi gia nhiệt
Cơ chế tác động chính	Gắn lipid II và tạo lỗ màng	Tạo lỗ màng thông qua receptor	Thủy phân enzyme vách tế bào
Đại diện tiêu biểu	Nisin, subtilin	Pediocin PA-1, lactococcin A	Helveticin J, enterolysin A

Cơ chế di truyền và điều hòa sinh tổng hợp

Hệ thống sinh tổng hợp bacteriocin ở vi khuẩn lactic được tổ chức thành các cụm gene chuyên biệt (gene clusters). Một cụm gene chức năng điển hình bao gồm các thành phần cốt lõi: gene cấu trúc mã hóa cho chuỗi tiền chất peptide (pre-peptide) mang một đoạn peptide dẫn đường ở đầu tận cùng amin; các gene mã hóa enzyme vận chuyển phụ thuộc năng lượng ATP (ABC transporter) và protein hỗ trợ xuất bào; gene mã hóa protein miễn nhiễm chuyên biệt bảo vệ tế bào sinh sản khỏi chính độc tố của mình; và cụm gene điều hòa phiên mã (Alvarez-Sieiro và cs., 2016).

Quá trình biểu hiện gene sinh tổng hợp bacteriocin chịu sự kiểm soát chặt chẽ của cơ chế cảm ứng mật độ tế bào (quorum sensing). Vi khuẩn sinh sản liên tục tiết vào môi trường một lượng nhỏ peptide cảm ứng tự thân (autoinducing peptide, AIP) hoặc sử dụng chính phân tử bacteriocin làm tín hiệu. Khi sinh khối vi khuẩn trong nồi lên men tăng dần, nồng độ của peptide tín hiệu trong môi trường tích lũy đến một ngưỡng tới hạn. Phân tử tín hiệu sẽ gắn đặc hiệu vào thụ thể histidine kinase xuyên màng, gây ra phản ứng tự phosphoryl hóa. Nhóm phosphate sau đó được truyền sang protein đáp ứng điều hòa nằm trong tế bào chất. Protein điều hòa sau khi được hoạt hóa sẽ liên kết với các vùng promoter chuyên biệt trên DNA, kích hoạt phiên mã đồng loạt cụm gene cấu trúc, gene xử lý sau dịch mã và hệ thống xuất bào. Sự phụ thuộc vào cơ chế cảm ứng mật độ giải thích vì sao trong các mẻ lên men, bacteriocin thường chỉ bắt đầu tích lũy mạnh mẽ từ giai đoạn giữa hoặc cuối pha tăng trưởng theo hàm mũ.

Động học lên men và mô hình hóa toán học

Mô hình hóa động học sinh trưởng và sinh tổng hợp sản phẩm là công cụ nền tảng trong kỹ thuật phản ứng sinh học nhằm kiểm soát quá trình lên men, tối ưu hóa các thông số vận hành và nâng cấp quy mô sản xuất. Sự sinh trưởng của quần thể vi khuẩn lactic trong hệ thống lên men mẻ thường bị giới hạn bởi sự cạn kiệt cơ chất hoặc sự tích tụ các chất chuyển hóa ức chế. Động học sinh trưởng tế bào được mô tả một cách chính xác thông qua mô hình Logistic phi cấu trúc:

Trong phương trình vi phân trên, ký hiệu $X$ đại diện cho nồng độ sinh khối vi khuẩn tại thời điểm nuôi cấy $t$, tham số $\mu_{\max}$ là tốc độ tăng trưởng riêng cực đại của tế bào vi sinh vật, và tham số $X_{\max}$ đại diện cho nồng độ sinh khối cực đại đạt được khi hệ thống đạt đến trạng thái bão hòa do các giới hạn về dinh dưỡng hoặc không gian nuôi cấy.

Đối với quá trình tạo thành sản phẩm, mối quan hệ giữa tốc độ tích lũy bacteriocin và sinh khối vi khuẩn được biểu diễn thông qua mô hình kinh điển Luedeking-Piret:

Trong công thức mô hình Luedeking-Piret, ký hiệu $P$ biểu diễn nồng độ hoặc hoạt tính kháng khuẩn của bacteriocin tích tụ trong dung dịch lên men, tham số $\alpha$ là hệ số sinh tổng hợp sản phẩm liên kết với sinh trưởng của tế bào, và tham số $\beta$ là hệ số sinh tổng hợp sản phẩm không liên kết với sinh trưởng nhằm phục vụ duy trì tế bào hoặc phản ứng sinh tổng hợp ở pha cân bằng.

Nghiên cứu thực nghiệm của Zhou và cs. (2015, Volume 176) khi ứng dụng mô hình Logistic kết hợp với mô hình Luedeking-Piret trên chủng Lactobacillus plantarum BC-25 trong lên men mẻ đã chỉ rõ sự tương tác phức tạp giữa nhiệt độ và pH môi trường. Khảo sát động học được tiến hành trong dải nhiệt độ từ 25 °C đến 40 °C và dải pH từ 5.0 đến 7.0. Kết quả tính toán mô hình và thực nghiệm cho thấy điều kiện nuôi cấy tối ưu cho sự tăng trưởng sinh khối cực đại của tế bào vi khuẩn đạt được tại 35 °C và pH 6.8. Tuy nhiên, nhiệt độ tối ưu cho hoạt động sinh tổng hợp bacteriocin lại dịch chuyển về dải nhiệt độ thấp hơn, dao động trong khoảng từ 27 °C đến 34 °C (Zhou và cs., 2015). Hiện tượng sai lệch giữa nhiệt độ tối ưu cho sinh khối và nhiệt độ tối ưu cho tổng hợp bacteriocin phản ánh phản ứng thích nghi sinh lý: ở nhiệt độ cận tối ưu của tăng trưởng, vi khuẩn chịu áp lực nhẹ giúp kích thích biểu hiện cụm gene đề kháng và hạn chế tốc độ tự phân hủy của chuỗi peptide kháng khuẩn trong dịch môi trường.

Các yếu tố ảnh hưởng trong quá trình lên men

Năng suất và hiệu suất sinh tổng hợp bacteriocin trong nồi lên men chịu sự chi phối chặt chẽ bởi thành phần dinh dưỡng và các thông số vận hành lý - hóa. Abbasiliasi và cs. (2017, Volume 7) đã tổng kết các yếu tố công nghệ cốt lõi ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu quả sản xuất bacteriocin của vi khuẩn lactic:

Nguồn carbon và nguồn nitrogen

Cơ chất carbon đóng vai trò là nguồn cung cấp năng lượng và khung sườn carbon cho quá trình trao đổi chất của tế bào vi khuẩn. Glucose thường là nguồn carbon được tiêu thụ nhanh nhất và hỗ trợ tăng trưởng sinh khối mạnh mẽ. Tuy nhiên, nồng độ glucose quá cao có thể kích hoạt hiện tượng ức chế chuyển hóa dị hóa carbon, làm kìm hãm sự biểu hiện của các promoter chịu trách nhiệm sinh tổng hợp bacteriocin. Nhiều chủng vi khuẩn lactic cho thấy hiệu suất tạo bacteriocin cao hơn khi sử dụng các loại đường đôi hoặc đường đa như lactose hay sucrose.

Nguồn nitrogen hữu cơ có ý nghĩa đặc biệt quan trọng đối với vi khuẩn lactic do chúng là các vi sinh vật khuyết dưỡng nhiều loại amino acid. Các nguồn nitrogen hữu cơ phức tạp như cao nấm men, peptone và cao thịt cung cấp các peptide ngắn, vitamin nhóm B và khoáng chất vi lượng thiết yếu. Việc phối trộn cân đối giữa nguồn carbon và nitrogen là điều kiện bắt buộc để đạt được tỷ lệ sinh tổng hợp peptide tối đa. Nhằm giảm thiểu chi phí sản xuất ở quy mô lớn, nhiều nghiên cứu tập trung thay thế các môi trường tổng hợp đắt đỏ bằng các nguồn phụ phẩm công nông nghiệp giá rẻ như nước sữa whey khử protein, rỉ đường và dịch thủy phân protein thực vật.

Kiểm soát độ pH và nhiệt độ môi trường

Độ pH môi trường là thông số kiểm soát sống còn trong quá trình lên men vi khuẩn lactic. Trong quá trình trao đổi chất, vi khuẩn lên men đường sinh ra một lượng lớn axit lactic và axit axetic. Theo Abbasiliasi và cs. (2017), trong các mẻ lên men không kiểm soát pH, axit hữu cơ tích tụ nhanh chóng khiến giá trị pH môi trường tụt sâu xuống dưới 4.5. Sự suy giảm pH này gây ức chế nghiêm trọng sự phát triển của tế bào chủ, làm ngừng trệ quá trình sinh tổng hợp bacteriocin và có thể kích hoạt các enzyme protease nội bào phân hủy chính bacteriocin vừa tạo thành. Ngược lại, việc duy trì pH ổn định trong dải từ 5.5 đến 6.5 bằng cách tự động bổ sung dung dịch kiềm giúp kéo dài pha tăng trưởng theo hàm mũ và gia tăng đáng kể sản lượng peptide thu được.

Bên cạnh đó, giá trị pH môi trường còn quyết định trạng thái hấp phụ của bacteriocin lên bề mặt tế bào vi khuẩn. Đa số các bacteriocin có tính kiềm tự nhiên và mang điện tích dương ở pH trung tính, dẫn đến xu hướng hấp phụ tĩnh điện lên các phân tử axit teichoic mang điện tích âm trên thành tế bào vi khuẩn sinh sản khi pH môi trường nằm trong khoảng từ 5.5 đến 6.5. Do đó, kiểm soát động lực học pH là chìa khóa để điều hướng bacteriocin tồn tại ở dạng tự do trong dịch nổi hoặc bám giữ trên tế bào.

Chế độ khuấy đảo và cung cấp oxy

Phần lớn vi khuẩn lactic sản xuất bacteriocin thuộc nhóm vi khuẩn kỵ khí tùy tiện hoặc vi sinh vật chịu khí. Mặc dù chúng không sử dụng oxy cho chuỗi hô hấp tế bào, sự khuấy đảo nhẹ là cần thiết trong các bồn lên men lớn để đảm bảo độ đồng nhất về nhiệt độ, pH và sự phân bố dinh dưỡng, đồng thời tránh lắng đọng sinh khối. Tuy nhiên, tốc độ khuấy quá mạnh làm gia tăng nồng độ oxy hòa tan có thể thúc đẩy sự hình thành các gốc oxy hóa phản ứng, gây bất hoạt các amino acid nhạy cảm như methionine trong phân tử bacteriocin và làm giảm hoạt tính sinh học của chế phẩm.

Quy trình thu hồi và tinh sạch sau lên men

Dịch sau lên men chứa hỗn hợp phức tạp gồm sinh khối tế bào, cơ chất dư thừa, axit hữu cơ, enzyme ngoại bào và các mảnh vỡ tế bào. Do nồng độ của bacteriocin trong dịch nuôi cấy tự nhiên thường rất thấp, quy trình thu hồi và tinh sạch sau lên men (downstream processing) đóng vai trò quyết định đến giá thành và chất lượng sản phẩm cuối cùng. Isaac và cs. (2024, Volume 17) đã chỉ ra rằng việc chiết xuất bacteriocin đối mặt với nhiều khó khăn kỹ thuật do hiệu suất thu hồi thấp và tính chất đa dạng về hóa lý của các chuỗi peptide.

Một quy trình thu hồi điển hình bao gồm các giai đoạn kế tiếp nhau:

1. Tách loại sinh khối tế bào: Dịch lên men thô được đưa qua hệ thống ly tâm lắng ở tốc độ cao hoặc thiết bị vi lọc màng để loại bỏ hoàn toàn các tế bào vi khuẩn, thu lấy dịch nổi không chứa tế bào.
2. Cô đặc sơ bộ và kết tủa muối: Để giảm thể tích dung dịch xử lý ở các bước tiếp theo, phương pháp kết tủa bằng muối ammonium sulfate thường được áp dụng phổ biến nhất. Bằng cách bổ sung muối ammonium sulfate đạt độ bão hòa từ 40% đến 80%, lớp vỏ hydrat hóa bao quanh các vùng kỵ nước của peptide bị phá vỡ, thúc đẩy các phân tử bacteriocin kết tụ và kết tủa (Isaac và cs., 2024). Khối kết tủa sau đó được thu gom bằng ly tâm và hòa tan lại trong một thể tích nhỏ dung dịch đệm.
3. Kỹ thuật hấp phụ - giải hấp phụ theo pH: Đây là phương pháp thu hồi thông minh khai thác tính chất tích điện phụ thuộc pH. Ở pH 6.0, bacteriocin bám chặt lên bề mặt tế bào của chính vi khuẩn sinh sản; sau khi ly tâm tách riêng sinh khối mang peptide, người ta tiến hành giải hấp phụ chọn lọc bacteriocin vào dung dịch bằng cách hạ pH môi trường xuống 2.0 bằng axit loãng (Isaac và cs., 2024). Phương pháp này cho phép thu hồi bacteriocin với hệ số tinh sạch ban đầu đáng kể mà không cần sử dụng lượng lớn dung môi hữu cơ.
4. Tinh sạch độ phân giải cao bằng sắc ký: Đối với các ứng dụng đòi hỏi độ tinh khiết phân tích hoặc ứng dụng trong y sinh học, dịch chiết đậm đặc được tiếp tục đưa qua các cột sắc ký lỏng chuyên dụng:
   • Sắc ký trao đổi ion cation: Đa phần bacteriocin có điểm đẳng điện cao (mang điện tích dương ở pH sinh lý), cho phép chúng liên kết chặt chẽ với pha tĩnh tích điện âm (như nhóm carboxymethyl hoặc sulfonate), trong khi các protein tạp chất mang điện tích âm bị rửa trôi.
   • Sắc ký tương tác kỵ nước (HIC): Khai thác các miền kỵ nước trên bề mặt phân tử bacteriocin dưới điều kiện nồng độ muối cao để phân tách chọn lọc.
   • Sắc ký lỏng hiệu năng cao pha đảo (RP-HPLC): Sử dụng pha tĩnh silica gắn chuỗi alkyl kỵ nước và hệ dung môi rửa giải gradient axetonitril có bổ sung axit trifluoroacetic để tách riêng rẽ từng dạng đồng phân peptide, đạt độ tinh khiết cao phục vụ phân tích cấu trúc.

Phương pháp tinh sạch	Nguyên lý phân tách	Ưu điểm công nghệ	Hạn chế chính
Kết tủa ammonium sulfate	Giảm độ tan do biến đổi lực ion	Dễ thực hiện, xử lý thể tích lớn	Độ tinh sạch thấp, cần khử muối
Hấp phụ - giải hấp theo pH	Tương tác tĩnh điện bề mặt theo pH	Chi phí thấp, tận dụng sinh khối	Phụ thuộc đặc tính từng chủng
Lọc qua màng siêu lọc	Kích thước phân tử (MWCO)	Vận hành liên tục, không hóa chất	Dễ tắc nghẽn màng, thất thoát peptide
Sắc ký trao đổi cation	Điện tích dương bề mặt peptide	Độ phân giải tốt, dung lượng cao	Cần kiểm soát chặt chẽ lực ion
Sắc ký lỏng pha đảo (RP-HPLC)	Tương tác phân bố kỵ nước	Độ tinh khiết rất cao	Chi phí dung môi cao, giảm hoạt tính sinh học

Nghiên cứu ứng dụng và bối cảnh tại Việt Nam

Tại Việt Nam, nghiên cứu và sản xuất bacteriocin đã thu hút sự quan tâm lớn từ các viện nghiên cứu và trường đại học, đặc biệt trong việc ứng dụng làm chất bảo quản sinh học tự nhiên cho thủy hải sản, chế phẩm thịt lên men truyền thống và kiểm soát dịch bệnh trong nuôi trồng thủy sản thay thế kháng sinh cấm.

Một công trình nghiên cứu tiêu biểu của Huỳnh và cs. (2025, Volume 61) công bố trên Tạp chí Khoa học Đại học Cần Thơ đã tiến hành phân lập và tuyển chọn các chủng vi khuẩn lactic từ ruột tôm thẻ chân trắng (Litopenaeus vannamei). Từ các cơ sở nuôi tôm thực tế, nhóm nghiên cứu đã phân lập được tổng cộng 21 chủng vi khuẩn lactic, trong đó phát hiện 9 chủng có khả năng sinh tổng hợp bacteriocin đối kháng phổ rộng ức chế đồng thời cả vi khuẩn Gram âm Escherichia coli và vi khuẩn Gram dương Staphylococcus aureus. Đường kính vòng kháng khuẩn được ghi nhận dao động trong khoảng từ 4.0 đến 9.7 mm (Huỳnh và cs., 2025).

Đặc biệt, chủng vi khuẩn mang mã hiệu VT3 thể hiện hoạt tính đối kháng mạnh mẽ nhất và được định danh có độ tương đồng trình tự gen 16S rRNA đạt 99.4% so với loài Weissella cibaria. Khi tiến hành tối ưu hóa các yếu tố môi trường lên men, nhóm tác giả xác định rằng việc bổ sung 2% cao nấm men vào môi trường MRS tiêu chuẩn đã giúp chủng vi khuẩn VT3 đạt hoạt tính kháng khuẩn cực đại lên tới 160 AU/mL cùng lượng sinh khối tích lũy đạt 1.45 g/100 mL dung dịch nuôi cấy (Huỳnh và cs., 2025). Kết quả này mở ra tiềm năng ứng dụng trực tiếp các chủng vi khuẩn lactic bản địa và bacteriocin của chúng trong việc nâng cao tỷ lệ sống của tôm nuôi, ngăn ngừa nhiễm khuẩn đường ruột và cải thiện an toàn sinh học trong chuỗi cung ứng thủy sản xuất khẩu của Việt Nam.

Thách thức kỹ thuật và giải pháp công nghệ mới

Mặc dù sở hữu nhiều ưu điểm vượt trội về độ an toàn thực phẩm và khả năng tiêu diệt vi khuẩn mục tiêu mà không gây kháng thuốc chéo, việc chuyển giao công nghệ sản xuất bacteriocin từ quy mô phòng thí nghiệm sang quy mô thương mại vẫn đang đối mặt với những rào cản kỹ thuật đáng kể. Shanmugam và Doss (2026, Volume 53) đã phân tích các nút thắt công nghệ chính:

• Năng suất sinh tổng hợp thấp: Trong các hệ thống lên men tự nhiên, nồng độ bacteriocin thành phẩm hiếm khi vượt quá vài chục đến vài trăm miligam trên một lít dịch nuôi cấy. Hiệu suất thấp này dẫn đến chi phí sản xuất tính trên một đơn vị hoạt tính rất cao, khó cạnh tranh trực tiếp với các chất bảo quản hóa học giá rẻ như benzoate hay sorbate.
• Hiện tượng tự ức chế và độc tính tế bào: Sự tích tụ của bacteriocin cùng với nồng độ axit lactic cao trong bình lên men gây ra phản ứng ức chế ngược đối với chính tế bào sinh sản, làm suy giảm tính toàn vẹn của màng tế bào chủ và kích hoạt hiện tượng tự ly giải sớm trước khi đạt mật độ tế bào tối đa (Shanmugam và Doss, 2026).
• Sự mất ổn định và phân hủy sinh học: Bản chất là chuỗi polypeptide khiến bacteriocin dễ dàng bị phân cắt và mất hoạt tính bởi các enzyme protease có sẵn trong dịch nuôi cấy hoặc bị thủy phân nhanh chóng bởi enzyme tiêu hóa (như trypsin và chymotrypsin) trong cơ thể động vật, làm hạn chế phạm vi sử dụng trong điều trị y khoa toàn thân.

Để khắc phục các hạn chế trên, các hướng nghiên cứu công nghệ sinh học hiện đại đang tập trung vào các giải pháp đột phá:

1. Kỹ thuật tách sản phẩm tại chỗ (In Situ Product Removal, ISPR): Nhằm giải phóng tế bào khỏi áp lực ức chế sản phẩm, các hệ thống lên men tích hợp công nghệ ISPR đã được phát triển thành công. Kỹ thuật này sử dụng các hạt nhựa polyme hấp phụ xốp hoặc màng lọc chìm đặt ngay bên trong hoặc tuần hoàn ngoài nồi lên men để liên tục thu giữ các phân tử bacteriocin và axit lactic vừa sinh ra (Shanmugam và Doss, 2026). Việc liên tục loại bỏ sản phẩm giúp duy trì môi trường nuôi cấy dưới ngưỡng độc tính, kéo dài pha sinh tổng hợp và giúp gia tăng năng suất bacteriocin tích lũy lên nhiều lần.
2. Kích thích sinh tổng hợp bằng stress có kiểm soát: Khai thác các kích thích môi trường có kiểm soát như áp suất thẩm thấu nhẹ do nồng độ muối, dao động nhiệt độ có chu kỳ hoặc bổ sung các tế bào vi khuẩn cảm ứng để kích hoạt phản ứng tự vệ của tế bào, thúc đẩy sự phiên mã mạnh mẽ của cụm gene bacteriocin thông qua trục điều hòa tín hiệu hai thành phần.
3. Kỹ thuật biểu hiện dị bào và công nghệ tái tổ hợp: Ứng dụng công nghệ DNA tái tổ hợp để đưa cụm gene mã hóa bacteriocin vào các chủng chủ biểu hiện công nghiệp có tốc độ sinh trưởng cao và khả năng tiết protein vượt trội (như Escherichia coli đột biến, nấm men hoặc các chủng Lactococcus lactis biến đổi di truyền). Phương pháp này giúp khắc phục hoàn toàn nhược điểm khuyết dưỡng phức tạp của vi khuẩn lactic hoang dại và cho phép sử dụng các môi trường nuôi cấy tổng hợp tối thiểu với chi phí nguyên liệu thấp hơn đáng kể.