BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG
PHẠM HUY HƢNG
NGHIÊN CỨU THU NHẬN VÀ SẤY KHÔ SINH KHỐI TẢO
NANNOCHLOROPSIS OCULATA ĐỂ PHỤC VỤ
SẢN SUẤT THỰC PHẨM
LUẬN VĂN THẠC SĨ
KHÁNH HÒA- 2016
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG
PHẠM HUY HƢNG
NGHIÊN CỨU THU NHẬN VÀ SẤY KHÔ SINH KHỐI TẢO
NANNOCHLOROPSIS OCULATA ĐỂ PHỤC VỤ SẢN SUẤT
THỰC PHẨM
LUẬN VĂN THẠC SĨ
Ngành:
Công nghệ Sau thu hoạch
Mã số:
60540104
Quyết định giao đề tài:
1692/QĐ-ĐHNT ngày 20/12/2013
Quyết định thành lập HĐ:
Ngày bảo vệ:
Ngƣời hƣớng dẫn khoa học:
PGS. TS. Vũ Ngọc Bội
TS. Nguyễn Văn Nguyên
(chữ ký)
Chủ tịch Hội đồng:
(chữ ký)
Khoa sau đại học:
(chữ ký)
KHÁNH HÒA - 2016
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi được hoàn thành
dưới sự tài trợ của Chủ nhiệm đề tài độc lập cấp Nhà nước“Nghiên cứu công
nghệ sản xuất thực phẩm chức năng từ tảo Nannochloropsis oculata”. Các số
liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực, chưa từng được công bố trong các
công trình khác và đã được Lãnh đạo Viện Nghiên cứu Hải sản cùng với Chủ
nhiệm đề tài cho phép sử dụng.
Tác giả luận văn
Phạm Huy Hƣng
iii
LỜI CẢM ƠN
Để hoàn thành Luận văn này
Trước hết tôi xin gửi tới Ban Giám hiệu Trường Đại học Nha Trang, Ban Chủ
nhiệm Khoa Công nghệ Thực phẩm và Khoa Sau đại học sự kính trọng, niềm tự hào
được học tập và nghiên cứu tại trường trong những năm qua.
Sự biết ơn sâu sắc của tôi xin được gửi PGS. TS. Vũ Ngọc Bội và TS. Nguyễn
Văn Nguyên đã tận tình hướng dẫn và động viên tôi trong suốt quá trình thực hiện
luận văn.
Xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến Lãnh đạo Viện Nghiên cứu Hải sản Hải Phòng đã
tạo điều kiện và cho phép tôi được học tập và nghiên cứu để nâng cao trình độ.
Xin cám ơn quý thầy cô giáo trong khoa Công nghệ Thực phẩm, Lãnh đạo phòng
Công nghệ Sinh học biển - Viện Nghiên cứu Hải sản và bạn bè đồng nghiệp đã tận tình
giúp đỡ và tạo điều kiện cho tôi trong suốt thời gian thực hiện luận văn vừa qua.
Xin cảm ơn Ban chủ nhiệm đề tài - phòng Công nghệ Sinh học biển - Viện
Nghiên cứu Hải sản đã luôn động viên, hỗ trợ nhiệt tình, cung cấp tài liệu và hỗ trợ
kinh phí thực hiện đề tài nghiên cứu này từ nguồn kinh phí thực hiện đề tài độc lập cấp
Nhà nước “Nghiên cứu công nghệ sản xuất thực phẩm chức năng từ tảo
Nannochloropsis oculata”.
Đặc biệt, xin được ghi nhớ tình cảm, sự giúp đỡ của gia đình và bạn bè luôn luôn
đồng hành, chia sẻ khó khăn cùng tôi trong quá trình nghiên cứu.
iv
MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN................................................................................................................................. iii
LỜI CẢM ƠN ...................................................................................................................................... iv
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT TRONG LUẬN VĂN .................................................................. viii
DANH MỤC HÌNH ............................................................................................................................. ix
DANH MỤC BẢNG ............................................................................................................................. x
TRÍCH YẾU LUẬN VĂN................................................................................................................... xi
“Vi tảo Nannochloropsis oculata; thời điểm thu hoạch; thu hồi sinh khối; sấy khô sinh khối;
hiệu suất thu hồi”................................................................................................................................ xii
MỞ ĐẦU ................................................................................................................................................ 1
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN ................................................................................................................ 3
1.1. TỔNG QUAN VỀ TẢO N. OCULATA ......................................................................... 3
1.1.1. Đặc điểm phân loại ............................................................................................ 3
1.1.2. Đặc điểm hình thái ............................................................................................ 3
1.1.3. Thành phần dinh dưỡng của tảo N. oculata ...................................................... 4
1.1.4. Một số ứng dụng của tảo trong thực phẩm và đời sống.................................... 6
1.1.5. Tình hình nghiên cứu và ứng dụng tảo N. oculata trên Thế giới ..................... 6
1.1.6. Tình hình nghiên cứu và ứng dụng N.oculata trong nước ................................ 7
1.2. TỔNG QUAN VỀ QUÁ TRÌNH THU SINH KHỐI TẢO ........................................... 9
1.2.1. Pha sinh trưởng.................................................................................................. 9
1.2.2. Các phương pháp thu sinh khối ...................................................................... 10
1.2.2.1. Phương pháp kết bông tảo bằng chất tạo bông ......................................................................... 12
1.2.2.2. Phương pháp kết bông tạo bằng điểu chỉnh pH ........................................................................ 15
1.2.2.3. Phương pháp thu sinh khối tảo bằng ly tâm liên tục ................................................................ 16
1.3. TỔNG QUAN VỀ PHƢƠNG PHÁP LÀM KHÔ ........................................................ 16
1.3.1. Khái niệm về phương pháp làm khô ............................................................... 16
1.3.2. Phân loại phương pháp sấy ............................................................................. 17
1.3.2.1. Phương pháp sấy nóng ................................................................................................................ 17
1.3.2.2. Phương pháp sấy lạnh ................................................................................................................. 18
1.3.3. Một số nghiên cứu về phương pháp làm khô tảo ............................................ 19
1.3.3.1. Sấy bơm nhiệt (Heat pump drying - HPD) ................................................................................ 20
1.3.3.2. Sấy chân không thăng hoa (đông khô) ...................................................................................... 21
1.3.3.3. Giới thiệu về công nghệ sấy phun .............................................................................................. 26
CHƢƠNG 2. NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ............................... 31
v
2.1. NGUYÊN VẬT LIỆU ................................................................................................... 31
2.2. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .................................................................................. 32
2.2.1. Các phương pháp phân tích ............................................................................. 32
2.2.2. Phương pháp xác định mật độ tế bào và tốc độ tăng trưởng của vi tảo .......... 33
2.2.3. Phương pháp xác định năng suất nuôi vi tảo .................................................. 33
2.2.4. Phương pháp xác định tốc độ tăng trưởng tương đối của tảo ......................... 34
2.2.5. Phương pháp bố trí thí nghiệm ........................................................................ 34
2.2.5.1. Bố trí thí nghiệm tổng thể nghiên cứu thu nhận và sấy khô sinh khối tảo N. Oculata .. 34
2.2.5.2. Bố trí thí nghiệm xác định các thông số tối ưu ......................................................................... 35
2.3. HÓA CHẤT VÀ THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM ................................................................. 39
2.4. PHƢƠNG PHÁP XỬ LÝ SỐ LIỆU ............................................................................... 39
CHƢƠNG 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN......................................................... 40
3.1. XÁC ĐỊNH THỜI ĐIỂM THU HOẠCH TẢO ............................................................ 40
3.1.1. Sự biến đổi của sinh khối tảo theo pha sinh trưởng ........................................ 40
3.1.2. Sự biến đổi hàm lượng lipid, protein và carbohydrat theo pha sinh trưởng ..... 42
3.2. NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH ĐIỀU KIỆN THÍCH HỢP CHO QUÁ TRÌNH THU
NHẬN SINH KHỐI TẢO ...................................................................................................... 45
3.2.1. Thu nhận sinh khối bằng phương pháp kết bông ............................................ 45
3.2.1.1. Ảnh hưởng của pH đến khả năng kết bông của tảo N. oculata ................................................ 45
3.2.1.2. Ảnh hưởng của mật độ sinh khối đến khả năng kết bông của tảo N. oculata .... 46
3.2.1.3. Ảnh hưởng của các chất tạo bông khác nhau đến hiệu suất kết bông của vi tảo N. oculata.. 47
3.2.1.4. Ảnh hưởng của chitosan kết hợp với pH đến hiệu suất kết bông của tảo ..... 49
3.2.1.5. Ảnh hưởng của nồng độ chitosan đến hiệu suất kết bông ở mật độ tảo khác nhau ................ 51
3.2.2. Thu sinh khối bằng phương pháp ly tâm ........................................................ 53
3.2.2.1. Ảnh hưởng của tốc độ ly tâm và lưu lượng đầu vào đến hiệu suất thu hồi tảo N. oculata 53
3.2.2.2. Xác định một số thành phần dinh dưỡng cơ bản của sinh khối vi tảo N. oculata .................. 54
3.3. NGHIÊN CỨU LỰA CHỌN PHƢƠNG PHÁP SẤY KHÔ SINH KHỐI TẢO 55
3.3.1. Nghiên cứu sấy khô sinh khối tảo N. oculata bằng kỹ thuật sấy bơm nhiệt .. 55
3.3.2. Nghiên cứu sấy khô sinh khối tảo N. oculata bằng phương pháp đông khô .. 56
3.3.2.1. Ảnh hưởng của nhiệt độ lạnh đông đến độ ẩm của sản phẩm .................................................. 56
3.3.2.2. Ảnh hưởng của thời gian và nhiệt độ sấy đến độ ẩm của sản phẩm ........................................ 57
3.3.3. Nghiên cứu sấy khô sinh khối tảo bằng phương pháp sấy phun .................... 59
vi
3.3.3.1. Ảnh hưởng của nhiệt độ không khí sấy ..................................................................................... 59
3.3.3.2. Ảnh hưởng của tốc độ bơm nhập liệu ........................................................................................ 59
3.3.3.3. Ảnh hưởng của tốc độ quay đầu phun sương ............................................................................ 61
3.3.3.4. Ảnh hưởng của nồng độ tảo ban đầu đến chất lượng sản phẩm .................. 61
3.3.4. Tối ưu hóa làm khô sinh khối tảo bằng phương pháp sấy phun ..................... 62
3.4. ĐỀ XUẤT QUY TRÌNH THU NHẬN, TẠO BỘT SINH KHỐI TẢO VÀ ĐÁNH
GIÁ CHẤT LƢỢNG SẢN PHẨM ........................................................................................ 67
3.4.1. Đề xuất quy trình thu nhận, tạo bột sinh khối tảo ........................................... 67
3.4.2. Đánh giá chất lượng bột vi tảo ........................................................................ 69
KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT Ý KIẾN ................................................................................................ 72
PHỤ LỤC................................................................................................................................................ i
PHỤ LỤC 1. CÁC PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ...................................................................... i
PHỤ LỤC 2. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH THU NHẬN VÀ SẤY KHÔ SINH
KHỐI TẢO N. OCULATA .................................................................................................................. vi
PHỤ LỤC 3. MỘT SỐ HÌNH ẢNH VỀ DỤNG CỤ THÍ NGHIỆM VÀ SẢN PHẨM ... ix
vii
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT TRONG LUẬN VĂN
Kí hiệu viết tắt
EPA
PUFA
Diễn giải
: Eicosapentaenoic acid
: Các acid béo chưa bão hòa có nhiều nối đôi
(Polyunsatured fatty acids) (có từ 2 nối đôi trở lên)
PAM
: Polymer polyacrylaminde
TNS
: Tác nhân sấy
HPD
: Heat Pump Drying - Sấy bơm nhiệt
ATTP
: An toàn thực phẩm
TCVN
: Tiêu chuẩn Việt Nam
KPH
: Negative (không phát hiện)
VSV
: Vi sinh vật
viii
DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1: Vi tảo N. Oculata dưới kính hiển vi .............................................................................................................. 4
Hình 1.2. Các pha tăng trưởng của vi tảo ....................................................................................................................... 9
Hình 1.3: Công thức cấu tạo của chitosan ....................................................................................................................13
Hình 1.4. Cơ chế tạo bông của Chitosan ......................................................................................................................15
Hình 1.5 : Đồ thị biểu hiện quá trình sấy thăng hoa ....................................................................................................23
Hình 1.6 Đường cong sấy .............................................................................................................................................25
Hình 2.1. Hình ảnh về vi tảo Nannochloropsis oculata (Droop) D. J. Hibberd dưới kính hiển vi ............................31
Hình 2.2. Sơ đồ tổng quát các nội dung nghiên cứu ....................................................................................................35
Hình 2.2a. Sơ đồ bố trí thí nghiệm lựa chọn thời điểm thu hoạch tảo thích hợp ........................................................36
Hình 2.2b. Sơ đồ bố trí thí nghiệm lựa chọn phương pháp thu sinh khối ...................................................................37
Hình 2.2c. Sơ đồ bố trí thí nghiệm lựa chọn phương pháp sấy khô ............................................................................38
Hình 3.1. Ảnh hưởng của thời gian nuôi đến mật độ tế bào sinh khối tảo N. oculata................................................40
Hình 3.2. Sự biến đổi hàm lượng lipid, protein và carbohydrat theo pha sinh trưởng ...............................................42
Hình 3.3. Ảnh hưởng của pH đến hiệu suất tạo bông của tảo .....................................................................................46
Hình 3.4. Ảnh hưởng của mật độ sinh khối đến khả năng kết bông tảo .....................................................................47
Hình 3.5. Ảnh hưởng của chất tạo bông đến hiệu suất tạo bông của tảo: ...................................................................48
(a) Al2SO4, (b) Ca(OH)2, (c) Chitosan và (d) PAM .....................................................................................................48
Hình 3.6. Ảnh hưởng của chất tạo bông và pH đến hiệu suất tạo bông của tảo .........................................................50
Hình 3.7. Mối tương quan giữa mật độ sinh khối tảo và liều lượng chất tạo bông ....................................................51
Hình 3.8. Ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian sấy đến hiệu suất làm khô sản phẩm ...............................................55
Hình 3.9: Ảnh hưởng của nhiệt độ lạnh đông đến quá trình sấy thăng hoa ................................................................57
Hình 3.10: Ảnh hưởng của thời gian và nhiệt độ sấy đến hàm ẩm của sản phẩm ......................................................58
Hình 3.11: Tảo N.oculata sấy bằng phương pháp đông khô........................................................................................58
Hình 3.12. Ảnh hưởng của tốc độ bơm nhập liệu đến hiệu suất thu hồi và độ ẩm sản phẩm ....................................60
Hình 3.13. Đồ thị 3D biểu diễn ảnh hưởng của nồng độ chất tan và tốc độ bơm đến độ ẩm của tảo ........................65
Hình 3.14. Đồ thị đường đồng mức biểu diễn ảnh hưởng của nồng độ chất tan và tốc độ bơm đến độ ẩm của tảo .65
Hình 3.15. Đồ thị 3D biểu diễn ảnh hưởng của nhiệt độ sấy và tốc độ bơm đến độ ẩm của tảo ...............................65
Hình 3.16. Đồ thị đường đồng mức biểu diễn ảnh hưởng của nhiệt độ sấy và tốc độ bơm đến độ ẩm của tảo ........65
Hình 3.17. Đồ thị 3D biểu diễn ảnh hưởng của nhiệt độ sấy và nồng độ chất tan đến độ ẩm của tảo.......................65
Hình 3.18. Đồ thị đường đồng mức biểu diễn ảnh hưởng của nhiệt độ sấy và nồng độ chất tan đến độ ẩm của tảo 65
ix
DANH MỤC BẢNG
Bảng 2.1: Các thông số kỹ thuật của chitosan ..............................................................................................................32
Bảng 3.1. Tốc độ tăng trưởng và tích lũy sinh khối theo thời gian nuôi .....................................................................41
Bảng 3.2. Kết quả phân tích một số chỉ tiêu chất lượng ..............................................................................................43
Bảng 3.3 Ảnh hưởng của tốc độ ly tâm và lưu lượng đầu vào đến hiệu suất thu hồi tảo ...........................................53
Bảng 3.4: Thành phần dinh dưỡng của tảo N. oculata xử lý sau thu sinh khối ..........................................................54
Bảng 3.5. Ảnh hưởng của nhiệt độ không khí đầu vào ................................................................................................59
Bảng 3.6. Ảnh hưởng của tốc độ quay đầu phun sương ..............................................................................................61
Bảng 3.7. Ảnh hưởng của nồng độ tảo ban đầu đến chất lượng sản phẩm sấy ...........................................................62
Bảng 3.8. Kết quả thí nghiệm của mô hình Box-Behnken ..........................................................................................63
Bảng 3.9. Kết quả xử lý số liệu trên phần mềm Stargraphic XV ................................................................................63
Bảng 3.10. Kết quả dự đoán tối ưu cho hàm ẩm theo mô hình Box-Behnken ..........................................................66
Bảng 3.11. Kết quả kiểm chứng tối ưu theo tiên đoán và thực nghiệm ......................................................................66
Bảng 3.12. Kết quả đánh giá một số chỉ tiêu chất lượng của bột vi tảo N. oculata ....................................................70
Bảng 3.13. Kết quả đánh giá một số chỉ tiêu kim loại nặng của bột vi tảo N. oculata ...............................................70
Bảng 3.14. Kết quả đánh giá một số chỉ tiêu vi sinh vật của bột vi tảo N. oculata ....................................................71
Bảng 5. Thành phần dinh dưỡng môi trường F/2 ........................................................................................................... v
x
TRÍCH YẾU LUẬN VĂN
Tên tác giả: Phạm Huy Hƣng
Tên luận văn: “Nghiên cứu thu nhận và sấy khô sinh khối tảo Nannochloropsis
oculata để phục vụ sản xuất thực phẩm”
Ngành khoa học của luận văn: Công nghệ Thực phẩm
Chuyên ngành: Công nghệ sau thu hoạch
Mã số: 60540104
Tên đơn vị đào tạo SĐH: Trƣờng Đại học Nha Trang
1. Mục đích và đối tƣợng nghiên của luận văn
Mục đich của luận văn là lựa chọn được các điều kiện để thu nhận sinh khối tảo
N. oculata có hàm lượng dinh dưỡng cao và tạo được sinh khối tảo khô đạt chất lượng
cao phù hợp sản xuất thực phẩm.
Đối tượng nghiên cứu của luận văn là tảo Nannochloropsis oculata được nuôi
bằng phương pháp nuôi công nghiệp sử dụng hệ thống quang sinh kín. Tế bào vi tảo
được thu hoạch tại pha sinh trưởng logarit (10-15 ngày)
2. Các phƣơng pháp nghiên cứu của luận văn
Để giải quyết các nội dung nghiên cứu, đạt được các mục tiêu đề ra, luận văn áp
dụng các phương pháp nghiên cứu sau:
- Dùng phương pháp quy hoạch cổ điển để tìm các thông số kỹ thuật cho các
công đoạn trong quy trình sản xuất và các nghiên cứu thăm dò, tìm điều kiện biên để
tối ưu hóa trong một số công đoạn sản xuất;
- Dùng phương pháp quy hoạch thực nghiệm để tối ưu hóa công đoạn sấy phun
bố trí các thí nghiệm theo phương pháp bề mặt đáp ứng;
- Xử lý số liệu thực nghiệm: Sử dụng phần mềm Statgraphica (Centurion XVI),
Design Exprert 8.0.7.1 (DX 8) và phần mềm Microsoft Office 2010. Các thí nghiệm
được bố trí lặp lại để đảm bảo tính chính xác và phân tích thống kê, phân tích ANOVA
được áp dụng nhằm đánh giá sự khác nhau giữa các giá trị với mức ý nghĩa p<0,05.
- Phương pháp phân tích: Sử dụng phương pháp phân tích đang được áp dụng
phổ biến trong nghiên cứu khoa học và đánh giá chất lượng thực phẩm của Việt Nam
và trên thế giới.
3. Các kết quả chính của luận văn
xi
- Luận văn đã xác định được thời điểm thu hoạch tảo thích hợp khi nuôi sinh khối
tảo trong hệ thống quang sinh dạng ống, tốt nhất là thu sinh khối vi tảo ở thời điểm đầu
của pha ổn định. Đây là thời điểm mà mật độ tế bào vi tảo cao nhất và cũng là thời
điểm vi tảo có thành phần các chất dinh dưỡng cao.
- Luận văn đã lựa chọn được phương pháp thu và sấy khô sinh khối thích hợp từ
đó xác định được các thông số kỹ thuật phù hợp và tối ưu hóa một số công đoạn chính
trong quy trình
- Đánh giá được một số chỉ tiêu chất lượng bột tảo sau khi thu và sấy khô đáp
ứng được các yêu cầu là nguyên liệu phối chế cho sản xuất thực phẩm nói chung và
thực phẩm chức năng nói riêng
4. Kết luận
Với những kết quả nghiên cứu của luận văn đóng góp một số kết quả nghiên cứu
khoa học về công nghệ thu và sấy khô sinh khối tảo N. oculata nhằm nâng cao chất
lượng và giá trị sử dụng của nguyên liệu đầu vào cho sản xuất thực phẩm, cung cấp
thêm một loại nguyên liệu mới để sản xuất thực phẩm nói chung và thực phẩm chức
năng nói riêng. Sản phẩm sau khi sấy được bao gói và bảo quản trong thời gian dài .
Việc tạo ra sản phẩm mới từ vi tảo N. oculata ứng dụng được vào sản xuất thực
phẩm, luận văn góp phần phát triển hơn ngành nuôi trồng và chế biến tảo, tạo thêm
công ăn việc làm, tăng thu nhập cho người lao động, đồng thời góp phần đảm bảo sức
khỏe cộng đồng.
5. Từ khóa
“Vi tảo Nannochloropsis oculata; thời điểm thu hoạch; thu hồi sinh khối; sấy khô
sinh khối; hiệu suất thu hồi”
XÁC NHẬN CỦA GIÁO VIÊN HƢỚNG DẪN
xii
TÁC GIẢ LUẬN VĂN
MỞ ĐẦU
Vi tảo Nannochloropsis oculata là loài tảo giàu các chất dinh dưỡng cần thiết cho
cơ thể sống con người. Hàm lượng các chất dinh dưỡng cơ bản tính theo trọng lượng
khô của vi tảo N. oculata như sau: hàm lượng protein: 6-34%, carbohydrat: 5-12%,
trong đó nổi bật là hàm lượng chất lipid chiếm tới 5-23%. Ngoài ra trong vi tảo N.
oculata còn có một lượng đáng kể các vitamin, các sắc tố carotenoid và các khoáng
chất như Ca, Mg, K, Zn, Fe, ... Đặc biệt, vi tảo N. oculata chứa rất nhiều loại axít béo
đa nối đôi chưa bão hòa (PUFA) như eicosapentaenoic (20:5n-3, EPA), với hàm lượng
chiếm đến 24,5 ÷ 40% tổng lượng axít béo có trong vi tảo. EPA là acid béo có vai trò
quan trọng trong việc tăng cường sức đề kháng và phòng tránh bệnh cho người và
động vật. EPA giúp chống suy nhược cơ thể, ngăn chặn tình trạng máu nhiễm mỡ,
chống các bệnh về tim mạch, xơ vữa động mạch, làm giảm viêm nhiễm, giảm chứng
khối huyết. EPA là thành phần quan trọng trong nhiều loại thực phẩm và thuốc hỗ trợ
phát triển trí não ở trẻ em và chống bệnh suy giảm trí nhớ ở người già. Theo nhiều nhà
nghiên cứu, chẳng hạn Senzaki và cộng sự (1998), Bonaa và cộng sự (1992), EPA
giúp kháng ung bướu và được quan tâm như là yếu tố hỗ trợ phòng ngừa và điều trị
ung thư [10], [12], [28], [36], [48], [55]. Ngoài ra chi tảo Nanochloropsis còn được
biết đến là đối tượng giàu carotenoid (β-carotene). Carotenoids đã được chứng minh
có vai trò rất quan trọng đối với sức khỏe con người như chống oxy hóa, chống viêm,
giúp ngăn ngừa, trì hoãn sự phát triển của ung thư. Theo Vílchez và cộng sự (2011),
việc bổ sung carotenoid vào chế độ ăn có thể giảm nguy cơ ung thư ruột kết và làm
giảm số lượng khối u trong gan người. Vì thế trong thời gian gần đây người ta ngày
càng quan tâm đến việc sử dụng loài tảo này làm thực phẩm chức năng để nâng cao
sức khỏe của con người [29], [41], [59].
Vi tảo Nannochloropsis oculata có kích thước nhỏ, khoảng 2-4µm và mật độ
sinh khối vi tảo thấp chỉ đạt vào khoảng 0,5÷2 g/l. Do vậy, việc thu hồi sinh khối vi
tảo sau khi nuôi khá khó khăn. Hiện tại, hầu hết các quy trình sản xuất và thu nhận vi
tảo đều sử dụng kỹ thuật ly tâm để thu hồi sinh khối vi tảo. Tuy nhiên, việc sử dụng kỹ
thuật ly tâm thường tiêu tốn nhiều năng lượng và không thích hợp với quy mô lớn. Do
vậy, các nhà nghiên cứu đang tập trung nghiên cứu các kỹ thuật kết lắng nhằm cô đặc,
làm giảm thể tích dịch sinh khối vi tảo từ 30 đến 50 lần trước khi ly tâm với mong
1
muốn làm giảm tiêu tốn năng lượng cho quá trình ly tâm [33].
Sau ly tâm, kỹ thuật làm khô sinh khối vi tảo nhưng vẫn giữ được mầu sắc và
hoạt tính sinh học của vi tảo cũng được các nhà khoa học quan tâm. Hiện tại kỹ thuật
sấy phun hoặc đông khô sinh khối vi tảo là những kỹ thuật được các nhà khoa học
quan tâm nghiên cứu do bột sinh khối vi tảo vẫn giữ được mầu sắc và tính chất gần
giống với sinh khối tươi ban đầu. Mặt khác nếu sử dụng kỹ thuật sấy phun hoặc đông
khô, bột sinh khối vi tảo có thể lưu giữ trong thời gian dài hơn từ vài tháng đến hàng
năm [45], [49].
Từ thực tế ở trên và được sự đồng ý của Chủ nhiệm đề tài cấp Nhà nước
“Nghiên cứu công nghệ sản xuất thực phẩm chức năng từ tảo Nannochloropsis
oculata”, cùng sự đồng ý của cán bộ hướng dẫn, tôi thực hiện Luận văn “Nghiên cứu
thu nhận và sấy khô sinh khối tảo N. oculata phù hợp với mục đích làm nguyên liệu
sản xuất thực phẩm”.
Mục tiêu của đề tài: Lựa chọn được điều kiện thích hợp cho quá trình thu nhận
sinh khối tảo N. oculata và tạo được sinh khối tảo khô có chất lượng phù hợp cho sản
xuất thực phẩm.
Nội dung nghiên cứu của Luận văn
1) Nghiên cứu xác định thời điểm thu hoạch thích hợp để thu sinh khối tảo (N.
oculata) có hàm lượng dinh dưỡng cao.
2) Nghiên cứu xác định các điều kiện thích hợp cho quá trình thu sinh khối.
3) Nghiên cứu chế độ sấy để tạo bột sinh khối vi tảo N. oculata.
Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn.
Luận văn lần đầu tiên ở Việt Nam nghiên cứu một cách đầy đủ từ thời điểm thu
hoạch đến kỹ thuật thu nhận sinh khối và làm khô tạo bột vi tảo N. oculata để phục vụ
sản xuất thực phẩm. Luận văn có thể sử dụng làm tài liệu tham khảo cho những ai
quan tâm đến lĩnh vực này.
Luận văn có ý nghĩa thực tiễn ở chỗ kết quả nghiên cứu của luận văn là cơ sở để
doanh nghiệp tiếp tục phát triển sản xuất và thương mại hóa sản phẩm bột vi tảo N.
oculata làm thực phẩm.
2
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1. TỔNG QUAN VỀ TẢO N. OCULATA
1.1.1. Đặc điểm phân loại
Loài tảo Nannochloropsis oculata được mô tả lần đầu bởi Droop (1955). Dựa
trên những căn cứ khá đơn giản về hình thái, tác giả này đặt chúng vào chi
Nannochloris, lớp tảo lục Chlorophyceae. Sau đó, Antia et al., (1975) dựa trên những
nghiên cứu sâu về vi cấu trúc tế bào lại nhận thấy chúng tương thích với lớp
Eustigmatophyceae hơn là lớp Chlorophyceae. Năm 1981, Hibberd chuyển loài này sang
chi mới Nannochloropsis (thuộc lớp Eustigmatophyceae) và vị trí phân loại này tồn tại
đến ngày nay. Các hệ thống phân loại quen thuộc hiện nay (chẳng hạn Hoek et al.,
1995) sắp xếp vị trí của Nannochloropsis oculata như sau:
Giới: Chromista T.Cavalier-Smith
Ngành: Heterokontophyta Moestrup
Lớp: Eustigmatophyceae D.J.Hibberd & Leedale
Bộ: Eustigmatales D.J.Hibberd
Họ: Monodopsidaceae D.J.Hibberd
Chi: Nannochloropsis D.J.Hibberd
Loài: Nannochloropsis oculata (Droop) D.J.Hibberd
1.1.2. Đặc điểm hình thái
N. oculata tồn tại ở dạng đơn bào, hình cầu hoặc hơi ngả hình trứng, đường
kính dao động trong khoảng 2-4µm. Tế bào của N. oculata có một thể sắc tố quang hợp
khá lớn hình trứng, chiếm một dung lượng khá lớn của tế bào. Sắc tố quang hợp duy
nhất ở N. oculata là chlorophyll a, không có sắc tố chlorophyll b hay c. Các
carotenoid bao gồm carotene (11%), violaxathin (51%), vaucheriaxanthin (26%) và
các carotenoid khác (12%) [34], [47].
3
Hình 1.1: Vi tảo N. Oculata dƣới kính hiển vi
Tuy không có roi và không có khả năng di động nhưng do trọng lượng tế bào rất
nhỏ, chỉ nặng 6,1 pg/tb, nên trong môi trường nước, tế bào luôn lơ lửng, không bị chìm,
kể cả khi không được sục khí, khuấy đảo. [35], [40].
Do kích thước nhỏ nên việc phân biệt N. oculata nói riêng và chi
Nannochloropsis nói chung bằng phương pháp hình thái học gặp rất nhiều khó
khăn, không chỉ dưới kính hiển vi quang học mà kể cả đối với kính hiển vi điện tử. Hiện
nay, việc phân loại thường dựa chủ yếu vào kỹ thuật di truyền, nhất là trình tự gen
rbcL và gen 18S rDNA [27].
N.oculata là loài vi tảo có khả năng thích nghi rộng về độ mặn, thường được bắt
gặp ở các vùng nước mặn. Tuy nhiên, chúng cũng được tìm thấy ở các vực nước lợ, có
độ mặn 5 - 18‰. N.oculata cũng là loài thích nghi tốt trong khoảng nhiệt độ rất rộng.
Các kết quả nghiên cứu cho thấy, N.oculata có thể sống trong điều kiện môi trường có
nhiệt độ từ gần 0°C đến trên 30°C [5], [27].
1.1.3. Thành phần dinh dƣỡng của tảo N. oculata
Ngoài những chất dinh dưỡng phổ biến, mỗi loài tảo có một thế mạnh về hàm
lượng các chất dinh dưỡng. Trong khi tảo Spirullina (tảo được dùng làm thực phẩm
chức năng rộng rãi hiện nay) có thành phần protein khá cao (khoảng 35% so với 5060% ở) thì N. oculata lại nổi bật là nhóm tảo giàu hàm lượng chất béo (chiếm 18-30%
trọng lượng khô), cùng một lượng đáng kể các vitamin, các sắc tố carotenoid và các
khoáng chất như Ca, Mg, K, Zn, Fe...
4
Đặc biệt N. oculata chứa rất nhiều loại axít béo đa nối đôi không bão hòa
(PUFA). Đáng lưu ý nhất là các axít béo thuộc nhóm eicosapentaenoic - EPA (20:5n3, EPA), với hàm lượng chiếm đến 24,5 - 40 % tổng axít béo. EPA là chất đã được
chứng minh có vai trò quan trọng trong việc tăng cường sức đề kháng và phòng tránh
bệnh cho người và động vật. EPA giúp chống suy nhược cơ thể, ngăn chặn tình trạng
máu nhiễm mỡ, chống các bệnh về tim mạch, xơ vữa động mạch, làm giảm viêm
nhiễm, giảm chứng khối huyết. EPA là thành phần quan trọng trong nhiều loại thực
phẩm và thuốc hỗ trợ phát triển trí não ở trẻ em và chống bệnh suy giảm trí nhớ ở
người già. Và đặc biệt, theo nhiều tác giả, chẳng hạn Senzaki et al. (1998), EPA giúp
kháng ung bướu và được quan tâm như là yếu tố hỗ trợ phòng ngừa và điều trị ung thư
[10], [28], [55].
Chi tảo Nanochloropsis còn được biết đến có chứa một hàm lượng lớn các sắc tố
carotenoid (β-carotene). Carotenoids đã được chứng minh có vai trò rất quan trọng đối
với sức khỏe con người. Ngoài tác dụng chống oxy hóa, chống viêm, chúngcòn giúp
ngăn ngừa, trì hoãn sự phát triển của ung thư. Việc bổ sung carotenoid vào chế độ ăn
có thể giảm nguy cơ ung thư ruột kết và làm giảm số lượng khối u trong gan người.
Gần đây loài tảo này được quan tâm nhiều hơn với giá trị làm thực phẩm chức năng
[41].
Theo Antia et al., (1975), thành phần carotenoid của tảo N. oculata gồm 55-58%
violaxanthin, 25-32% vaucheriaxanthin, 3-10% carotene, 0-1% neoxanthin, 4-5%
keto- carotenoids, còn lại là 3-4% các carotenoid khác. N. oculata có hàm lượng
Vitamin E (α-tocopherol) cao hơn nhiều lần so với các loài tảo vốn được sử dụng làm
nguồn cung vitamin E như Euglena gracilis, Dunaliella salina và Tetraselmis suecica.
Tocopherols là hỗn hợp có khả năng hòa tan trong chất béo, có khả năng chống ô xy
hóa, có vai trò quan trọng trong các phản ứng vận chuyển điện tử và ổn định màng tế
bào liên quan đến thẩm thấu màng tế bào và các chất lỏng. Trong cơ thể, α-tocopherol
giúp ngăn chặn các bệnh lý gây ra do ánh sáng đối với mắt và da, ngăn chặn rối loạn
thoái hóa, các bệnh tim mạch và ung thư. Do tế bào động vật không thể tự tổng hợp
được các chất này nên phải thu nhận từ các nguồn sinh vật quang sinh. [9], [30], [60]
Ngoài những chất được xem là nguồn dinh dưỡng thiết yếu, Nannochloropsis còn
có thành phần đa dạng các chất khoáng, các muối thiết yếu cho cơ thể con người.
5
Nghiên cứu của Rebolloso-Fuentes et al (2001) cho thấy hàm lượng chất khoáng có
trong 100 g tảo khô là Ca (972mg), K (533 mg), Na (659 mg), Mg (316 mg), Zn (103
mg), Fe (136 mg), Mn (3.4 mg), Cu (35.0mg), Ni (0.22 mg), and Co (<0.1 mg) [50].
Các nghiên cứu thử nghiệm trên chuột cho thấy, thức ăn bổ sung vi tảo
Nannochloropsis không có độc tính và không ảnh hưởng đến sinh trưởng, trọng lượng
các cơ quan hay các thông số huyết học [7].
Với tất cả những ưu điểm nổi bật trên, vi tảo Nannochloropsis đã được đề xuất sử
dụng làm thực phẩm dinh dưỡng bổ sung cho người như một loại thực phẩm có lợi cho
sức khỏe [60].
1.1.4. Một số ứng dụng của tảo trong thực phẩm và đời sống
Cho đến nay trên thế giới đã có nhiều ứng dụng của vi tảo N.oculata như:
Làm thực phẩm chức năng giàu Omega-3
Dùng trong xử lý vết dầu loang
Dùng trong sản xuất nhiên liệu sinh học bảo vệ môi trường
Làm chất phòng và hỗ trợ điều trị ung thư
Làm chất giải độc, hỗ trợ tuần hoàn máu
Làm chất tăng cường sinh lực
Làm đẹp da, chống lão hóa
1.1.5. Tình hình nghiên cứu và ứng dụng tảo N. oculata trên Thế giới
Khoảng 1/3 sinh khối thực vật trên thế giới là sinh khối tảo. Trong tổng số
khoảng 25.000 loài vi tảo hiên nay có khoảng 50 loài được nghiên cứu tỉ mỉ về mặt
sinh hoá, sinh lý và sinh thái học. Hiện nay, có trên 40 loài tảo khác nhau được phân
lập ở các nước trên thế giới, đang được nuôi để làm các chủng tảo thuần khiết trong
các hệ thống thâm canh [40].
Ở Nhật bản, nuôi N. oculata làm thức ăn cho trùng bánh xe rất phổ biến. Ở Úc
các loài tảo đơn bào như Tetraselmis sp, Palova lutheri… được nuôi phổ biến làm
thức ăn cho động vật thân mềm.
6
Ban đầu Nanochloropis oculata được sử dụng rộng rãi để nuôi luân trùng ở
nhiều nước trên thế giới và đã được đề xuất như một nguồn sản xuất thương mại cho
các sản phẩm dùng trong chế độ ăn uống bổ sung axit béo omega-3. Vi tảo biển
Nannochloropsis oculata cũng được biết đến với khả năng tích lũy chất béo, chủ yếu ở
dạng chất béo trung tính làm cho chúng trở thành một loài hấp dẫn trong lĩnh vực sản
xuất dầu diesel sinh học tái tạo. Năng suất lipid có thể được tăng lên bằng các giảm
hàm lượng nitơ của các tế bào khiến chúng dần dần giảm tốc độ sao chép của tế bào
nhờ đó giúp tích lũy chất béo (lên đến 70% trọng lượng khô). Thông qua những giá trị
dinh dưỡng ưu việt như đã nêu ở trên, những năm gần đây loại tảo này lại trở thành đối
tượng nghiên cứu cho các đề tài liên quan đến thực phẩm chức năng, dược phẩm và
đặc biệt với ưu thế về hàm lượng lipid có thể lên đến 70% (chất khô) thông qua việc
điều chỉnh thành phần Nitơ trong tảo mà N.oculata đã trở thành một trong những lựa
chọn hàng đầu trong việc sản xuất năng lượng sinh học có khả năng tái tạo được. Đây
là một trong những nghiên cứu vô cùng có ý nghĩa đối với loài người.
1.1.6. Tình hình nghiên cứu và ứng dụng N.oculata trong nƣớc
Vi tảo biển được nghiên cứu ở Việt Nam từ khá lâu. Tuy nhiên, lĩnh vực nuôi
sinh khối mới chỉ tập trung vào mục đích làm thức ăn nuôi ấu trùng của động vật thủy
sản. Từ năm 1991, Lê Viễn Chí đã phân lập và nuôi giữ được hai loài tảo Skeletonema
costatum và Chaetoceros sp. Các nghiên cứu này đã tập trung đánh giá ảnh hưởng một
số yếu tố sinh thái như nhiệt độ, cường độ ánh sáng, độ mặn và dinh dưỡng lên sinh
trưởng và phát triển quần thể của hai loài tảo này. Trong khi đó, một số nhóm tảo khác
như Chaetoceros, Chlorella sp., Platymonas sp., N. oculata, Chaetoceros muelleri,
Isochrysis galbana, Pavlova… cũng được sử dụng nhiều trong nuôi trồng thủy sản.
Chúng là những loài thường được sử dụng làm thức ăn cho ấu trùng và động vật hai
mảnh vỏ. Những năm gần đây, do N. oculata được sử dụng rộng rãi trong nuôi trồng
thủy sản, chúng đã lôi kéo được sự chú ý của các nhà nghiên cứu trong nước. [3].
Đặng Diễm Hồng (2008) đã thử nghiệm thành công các mô hình nuôi N.oculata
ở các điều kiện khác nhau, từ điều kiện nuôi trong nhà với thể tích 1-5 lít đến túi nilon
với thể tích 50-60 lít và nuôi bể composit 1-2m2 để phục vụ sinh sản nhân tạo ngao
Bến Tre Meretrix lyrata. Tất cả các lô thí nghiệm đều sử dụng môi trường nuôi Walne
30%. Kết quả cho thấy, ở môi hình nuôi 1-5 lít trong nhà, mật độ cực đại đạt được của
7
N. oculata là 30 triệu tế bào/ml và thời gian đạt mật độ cực đại là 4 ngày. Ở mô hình
nuôi túi nilon 50-60 lít mật độ cực đại đạt được là 24,8 triệu tế bào/ml với thời gian
mật độ đạt cực đại là 3 ngày. Ở mô hình bể composite, mật độ cực đại đạt được là 20
triệu tế bào/ml với thời gian mật độ đạt cực đại là 2 ngày.[4].
Bùi Bá Trung và cộng sự (2009), đã tiến hành một nghiên cứu khá bài bản tìm
hiểu ảnh hưởng của mật độ nuôi ban đầu và tỷ lệ thu hoạch lên sinh trưởng của tảo N.
oculata. Theo đó, tảo được nuôi trong hệ thống ống dẫn trong suốt, nước chảy liên tục.
Hệ thống nuôi bao gồm 10 ống thủy tinh được lắp đặt ngoài trời và có một hệ thống
làm mát đi kèm để đảm bảo nhiệt độ trong suốt quá trình nuôi luôn ở mức độ thích
hợp. Nghiên cứu đã xác định được mật độ ban đầu thích hợp nhất cho nuôi sinh khối
N. oculata là 8x106 tb/mL. Tác giả đã nuôi tảo N. oculata đạt mật độ cực đại là
61,07x106 tb/mL - mật cao kỷ lục so với các hệ thống nuôi N. oculata khác ở Việt
Nam hiện nay, như túi nilon và bể compozít. Kết quả nghiên cứu cũng chỉ ra rằng tỉ lệ
thu hoạch 10% thể tích nuôi là phù hợp nhất.[6]
Viện Nghiên cứu Hải sản là cơ quan đầu tiên ở Việt Nam thử nghiệm nuôi tảo
N.oculata theo định hướng làm thực phẩm chức năng. Nhận được đề nghị của Viện
Thực phẩm chức năng và Công ty TNHH Dược Quốc tế IMC về việc phối hợp nghiên
cứu quy trình nuôi tảo N.oculata theo định hướng làm thực phẩm chức năng, đầu năm
2011, bằng nguồn kinh phí tự có, Viện Nghiên cứu Hải sản đã tiến hành thử nghiệm
nghiên cứu quy trình nuôi sinh khối tảo N. Oculata mật độ cao, giá thành thấp, theo
định hướng làm thực phẩm chức năng. Nhóm nghiên cứu đã thử nghiệm 5 mô hình
nuôi khác nhau là (1) bể hở bằng xi măng sục khí, (2) bể hở bằng compozít sục khí, (3)
túi PE kín đường kính 40cm, dung tích 50-60 lít sục khí, (4) hệ thống ống nhựa làm
bằng túi PE đường kính 20 cm, nước chảy liên hoàn và (5) bể kín hình trụ trong suốt
sục khí, đường kính 60cm, cao 1,6m. Kết quả đã cho thấy mô hình tốt nhất là mô hình
bể kín hình trụ trong suốt, với mật độ tối đa đạt tới 42 triệu tb/ml. Đây là mật độ cao
nhất từng đạt được ở Việt Nam bằng cách nuôi bằng hoàn toàn tự nhiên, tức là không
sử dụng ánh sáng nhân tạo, không sử dụng biện pháp ổn nhiệt. Điều quan trọng là về
mặt quy mô thì mô hình này đã tiến rất gần đến quy mô có thể sản xuất được thực
phẩm chức năng. Với dung tích 200 lít/bể, vốn được cấu tạo rất đơn giản, rất dễ nâng
lên thành quy mô hàng trăm bể, với tổng dung tích khoảng vài chục m3, cho phép sản
8
- Xem thêm -