Tài liệu THỰC PHẨM CHỨC NĂNG TỪ TẢO SPIRULINA

Ketnooi.com vi su nghiep giao duc Luận văn Đề tài: THỰC PHẨM CHỨC NĂNG TỪ TẢO SPIRULINA Đồ án CNTP GVHD: Ths. Trần Thị Ngọc Mai I. Tổng Quan Về Thực Phẩm Chức Năng: I.1 Định nghĩa:  Khái niệm thực phẩm chức năng (Functional foods) được người Nhật sử dụng đầu tiên trong những năm 1980 để chỉ những thực phẩm chế biến có chứa những thành phần tuy không có giá trị dinh dưỡng nhưng giúp nâng cao sức khoẻ cho người sử dụng.  Trong tài liệu “Functional Foods: Opportunities and Challenges” FAO năm 2003, tổ chức này định nghĩa “Thực phẩm chức năng là những thực phẩm và các thành phần thực phẩm có thể cung cấp ích lợi sức khỏe ngoài giá trị dinh dưỡng căn bản. Các thực phẩm này bao gồm thực phẩm thường dùng, thực phẩm được bổ sung, tăng cường hoặc hoàn chỉnh hơn và các thực phẩm phụ thêm”.  Theo định nghĩa của Tổ chức Y tế thế giới (WHO),Thực phẩm chức năng là loại thực phẩm “không chỉ cung cấp cho cơ thể con người những chất dinh dưỡng cơ bản, mà về một mặt nào đó, nó còn có thể phòng ngừa một số bệnh tật và giúp tăng cường sức khỏe”.  Theo IFIC, thực phẩm chức năng là những thực phẩm hay thành phần của chế độ ăn có thể đem lại lợi ích cho sức khoẻ nhiều hơn giá trị dinh dưỡng cơ bản. Thực phẩm chức năng có thể là sản phẩm có nguồn gốc tự nhiên hoặc là thực phẩm trong quá trình chế biến được bổ sung thêm các chất "chức năng". Cũng như thực phẩm thuốc, thực phẩm chức năng nằm ở nơi giao thoa giữa thực phẩm và thuốc và người ta cũng gọi thực phẩm chức năng là thực phẩm thuốc.  Bộ Y tế Việt Nam định nghĩa thực phẩm chức năng: là thực phẩm dùng để hỗ trợ chức năng của các bộ phận trong cơ thể người, có tác dụng dinh dưỡng, tạo cho cơ thể tình trạng thoải mái, tăng sức đề kháng và giảm bớt nguy cơ gây bệnh. Tuỳ theo công thức, hàm lượng vi chất và hướng dẫn sử dụng, thực phẩm chức năng còn có các tên gọi sau: thực phẩm bổ sung vi chất dinh dưỡng, thực phẩm bổ sung, thực phẩm bảo vệ sức khoẻ, sản phẩm dinh dưỡng y học.  Các nước châu Âu, Mỹ, Nhật: Đưa ra định nghĩa Thực phẩm chức năng là một loại thực phẩm ngoài 2 chức năng truyền thống là: cung cấp các chất dinh dưỡng và thoả mãn nhu cầu cảm quan, còn có chức năng thứ 3 được chứng 1 Đồ án CNTP GVHD: Ths. Trần Thị Ngọc Mai minh bằng các công trình nghiên cứu khoa học như tác dụng giảm cholesterol, giảm huyết áp, chống táo bón, cải thiện hệ vi khuẩn đường ruột…  Hiệp Hội thực phẩm sức khoẻ và dinh dưỡng thuộc Bộ Y tế Nhật Bản, định nghĩa: “Thực phẩm chức nănglà thực phẩm bổ sung một số thành phần có lợi hoặc loại bỏ một số thành phần bất lợi. Việc bổ sung hay loại bỏ phải được chứng minh và cân nhắc một cách khoa học và được Bộ Y tế cho phép xác định hiệu quả của thực phẩm đối với sức khoẻ”.  Hàn Quốc: Trong Pháp lệnh về Thực phẩm chức năng (năm 2002) đã có định nghĩa như sau:“Thực phẩm chức năng là sản phẩm được sản xuất, chế biến dưới dạng bột, viên nén, viên nang, hạt, lỏng... có các thành phần hoặc chất có hoạt tính chức năng, chất dinh dưỡng có tác dụng duy trì, thúc đẩy và bảo vệ sức khoẻ”.  Bộ Y tế Trung Quốc đã có quy định về thực phẩm sức khoẻ (11/1996) và định nghĩa như sau:“Thực phẩm sức khoẻ: - Là thực phẩm có chức năng đặc biệt đến sức khoẻ, phù hợp cho một nhóm đối tượng nào đó. - Có tác dụng điều hoà các chức năng của cơ thể và không có mục đích sử dụng điều trị”  Với giới chức y tế Canada: “Thực phẩm chức năng có hình dáng bên ngoài tương tự như thực phẩm thông thường. Ngoài khả năng dinh dưỡng cố hữu, các thực phẩm này phải được chứng minh một cách khoa học là có thể cung cấp những ích lợi sinh học và có khả năng giảm thiểu rủi ro mắc các bệnh mãn tính”.  Úc định nghĩa: “Thực phẩm chức năng là những thực phẩm có tác dụng đối với sức khoẻ hơn là các chất dinh dưỡng thông thường. Thực phẩm chức năng là thực phẩm gần giống như các thực phẩm truyền thống nhưng nó được chế biến để cho mục đích ăn kiêng hoặc tăng cường các chất dinh dưỡng để nâng cao vai trò sinh lý của chúng khi bị giảm dự trữ. Thực phẩm chức năng là thực phẩm được chế biến, sản xuất theo công thức, chứ không phải là các thực phẩm có sẵn trong tự nhiên”. Khái quát lại có thể đưa ra một định nghĩa như sau: “Thực phẩm chức năng(TPCN) là thực phẩm (hoặc sản phẩm) dùng để hỗ trợ (phục hồi, duy trì hoặc tăng cường) chức năng của các bộ phận trong cơ thể, có tác dụng dinh dưỡng, tạo cho cơ thể tình trạng thoải mái, tăng sức đề kháng và giảm bớt nguy cơ bệnh tật”. Điểm khác nhau giữa thực phẩm chức năng và thực phẩm truyền thống: Thực phẩm chức năng được sản xuất chế biến theo công thức bổ sung một số thành phần có lợi và loại bớt một số thành phần bất lợi. Việc bổ sung hay giảm bớt phải được chứng minh và cân nhắc một cách khoa học, được cơ quan nhà nước có thẩm quyền cho phép. Thực phẩm chức năng có tác dụng với sức khỏe nhiều hơn là các chất dinh dưỡng thông thường.Nó rất ít tạo ra năng lượng như các loại thực phẩm truyền thống.Liều sử dụng thực phẩm chức năng thường nhỏ, chỉ vài miligam như là thuốc. Điểm khác nhau giữa thực phẩm chức năng và thuốc: Thực phẩm chức 2 Đồ án CNTP GVHD: Ths. Trần Thị Ngọc Mai năng được nhà sản xuất ghi trên nhãn là thực phẩm, thuốc được công bố là sản phẩm thuốc có tác dụng chữa bệnh. I.2 Phân loại và vai trò Theo bản chất cấu tạo và tác dụng của thực phẩm chức năng mà người ta chia ra thành các nhóm như sau: Nhóm 1. Phá hủy gốc tự do Vai trò - Có tác dụng chống oxy hóa như vitamin C, E, Betacaroten, kẽm vi lượng, các sản phẩm từ hạt nho… Nhóm này có tác dụng giúp cho cơ thể phá hủy các gốc tự do, các tác nhân oxy hóa, nâng cao sức khỏe, phòng chống bệnh tật. Trên 100 chứng bệnh có nguyên nhân sâu xa từ sự mất cân bằng giữa các yếu tố tấn công và bảo vệ của hệ thống oxy hóa trong cơ thể. Tác động mạnh mẽ của các gốc tự do nguồn gốc oxy là các bệnh viêm nhiễm, bệnh phỏng, vết thương lâu lành, bệnh tim mạch… Đây là nhóm chiếm số lượng lớn được sử dụng khá rộng rãi trong cộng đồng. 2. Bổ sung nội tiết tố - Là nhóm sản phẩm có tác dụng như thay thế bổ sung các nội tiết cả ở nam lẫn nữ. Chúng có tác dụng là tăng sinh lực ở đàn ông. Ở nữ giới, các sản phẩm này có tác dụng hạn chế tối đa các triệu chứng bất lợi về thần kinh, xương khớp… nhất là tăng cường hóc-môn nữ ở những phụ nữ có tuổi, giúp họ sống vui hơn, khỏe hơn, kéo dài tuổi thanh xuân. 3. Tăng sức khỏe - Sản phẩm mang tính thích nghi sinh học như các loại sâm, đông trùng hạ thảo, sữa ong chúa… có tác dụng tăng cường sức khỏe, tăng sức đề kháng… 4. Tăng cường miễn dịch - Có tác dụng tăng cường miễn dịch, phòng chống ung thư… Như các sản phẩm có nguồn gốc từ cúc nhím của Mỹ, sụn và dầu gan cá mập, nấm linh chi, xạ đen, xạ linh… - Nhóm sản phẩm có tác động lên hệ thần kinh, chống stress như cây kawa, nữ lang… 5. Chống stress 6. Vitamin - Là các vitamin, axit amin, các nguyên tố vi lượng… 3 Đồ án CNTP GVHD: Ths. Trần Thị Ngọc Mai II. Tổng quan về tảo Spirulina II.1 Hệ thống phân loại khoa học Ngành: Cyanophyta (tảo lam) Lớp: Hormogoiophyceae Bộ: Oscillatoriales Họ: Oscillatoriaseae Chi: Spirulina (Tảo xoắn) II.2 Đặc điểm II.2.1 Hình thái  Tảo Spirulinacó dạng xoắn lò xo khoảng 5÷7 vòng đều nhau không phân nhánh.Đường kính xoắn khoảng 35÷50µm, bước xoắn khoảng 60µm, chiều dài thay đổi có thể đạt 0.25mm, có khi lớn hơn, có màu xanh lam.  Spirulina là sinh vật phiêu sinh (Plankton) sống tự do (free living organism) trong nước kiềm, giàu khoáng chất.  Các vi phiêu sinh này lơ lửng ở độ sâu có thể tới 50cm,và trong môi trường nhân tạo thường nuôi ở mức nước 10-30cm(nuôi hồ hở), hoặc có thể trong hồ đáy sâu 1-1,5m (sục khí) phải đảm bảo tảo nhận nhận được ánh sáng.  Trôi nổi trong nước và nhu cầu ánh sáng là 2 đặc điểm ràng buộc lẫn nhau, hỗ trợ nhau, rất quan trọng trong công nghệ nuôi trồng Spirulina. II.2.2 Cấu tạo  Tảo được tạo từ một sợi đa bào, mỗi tế bào của sợi có chiều rộng 5µm, dài 2mm  Di chuyển: - Nhờ các lông ở sườn bên cơ thể (fimbria)- là các sợi có đường kính 5-7nm và dài 1-2 micron nằm quanh cơ thể. Các lông này hoạt động như tay chèo giúp cho vi khuẩn lam hoạt động. - Có khả năng tạo ra các không bào khí nhỏ (gas vesicle) có đường kính cỡ 70nm và được cấu trúc từ các sợi protein bện lại. Không bào khí sẽ nạp đầy khí khi sợi Spirulina muốn nổi lên trên bề mặt để nhận ánh sáng và để tiến hành quang hợp. 4 Đồ án CNTP         GVHD: Ths. Trần Thị Ngọc Mai Hình 2: Cấu tạo tế bào tảo Tảo không có lục lạp mà chỉ chứa thylacoid phân bố đều trong tế bào Tảo không có không bào Tảo không có nhân điển hình, vùng nhân không rõ, trong đó có chứa DNA Tảo cũng tồn tại ở dạng đơn bào Thành tế bào có cấu trúc nhiều lớp chứa mucopolymer, pectin và các loại polysaccharide khác Màng tế bào nằm sát ngay dưới thành tế bào và nối với màng quang hợp thylacoid tại một vài điểm Phycobiliprotein và protein liên kết được gắn vào bề mặt ngoài của thylacoid, lớp ngoài cùng là phycoerythin, tiếp theo là phycocianin và phần trong cùng có allophycocyanin. Một số thể vùi: Tảo lam thường xuyên có 4 thể vùi sau: - Hạt polyphosphate: còn gọi là volutin hoặc metachromatin. Hạt có kích cỡ khá lớn, có thể phân biệt bằng cách nhuộm màu. Hạt này biến mất khi môi trường không có phosphate. - Hạt glycogen: nằm giữa màng quang hợp, tồn tại dưới dạng tinh thể và có ái lực đặc biệt với thuốc nhuộm hydroxide chì. Hạt biến mất khi tế bào tảo nằm trong tối dài hạn. Được coi là sản phẩm dự trữ của quang hợp. - Hạt cyanophycin: dạng copolymer của acid aspartic và arginine với tỉ lệ 1:1 5 Đồ án CNTP GVHD: Ths. Trần Thị Ngọc Mai - Carboxysome: bản chất là enzyme RBP- carboxylase được bao bọc bởi một màng.  Tảo có chứa 3 nhóm sắc tố chính: - Chlorophyll hấp thụ ánh sáng lam và đỏ - Carotenoid hấp thụ ánh sáng lam và lục - Phycobilin hấp thụ ánh sáng lục, vàng và da cam Đa số các loại sắc tố có mặt trong cả 2 hệ quang hóa nhưng với tỉ lệ khác nhau II.2.3 Trao đổi chất  Nhờ có không bào khí mà Spirulina có thể nổi trên mặt nước để nhận ánh sáng và thực hiện quá trình quang hợp:  Để phản ứng quang hợp xảy ra được trong cơ thể thực vật cần có các nguyên liệu: CO2, nước, ánh sáng và một số các loại dinh dưỡng cũng như nguyên tố vi lượng. Quang hợp là phản ứng khử. Năng lượng cho phản ứng khử được lấy từ năng lượng của ánh sáng và một phần năng lượng của ánh sáng được chuyển hóa thành năng lượng hóa học tích trữ trong hydrat carbon. Trong quá trình quang hợp khí Oxy được tạo ra - Phycobilisome hoạt động như một ăngten thu nhận năng lượng mặt trời để chuyển vào PSII. Con đường truyền năng lượng bắt đầu từ phycoerythin sang phycocyanin và cuối cùng đến allophycocyanin tới PSII - Phycobilisome thu nhận khoảng 50% năng lượng ánh sáng mặt trời - Các sắc tố quang hợp bao gồm: chlorophyll, carotenoid, phycocyanin, allophycocyanin, betacaroten. - Công thức tổng quát cho quá trình quang hợp CO2 + H2O CH2O + O2 Hay 6CO2 + 6H2O  C6H12O6 + 6O2 Đường đơn hình thành từ quá trình quang hợp được tiếp tục sử dụng để tổng hợp các chất hữu cơ cần thiết khác đối với thực vật nhằm thực hiện các chức năng trao đổi chất và xây dựng các tế bào. Ngoài ra thực vật còn phải thực hiện các chức năng: duy trì sự tồn tại, phát triển và sinh sản, năng lượng để duy trì các quá trình trên được lấy từ chất hữu cơ sinh ra từ quá trình quang hợp. Vì vậy chất hữu cơ chính là nguồn vật chất để xây dụng cơ thể thực vật và đồng thời là nguồn năng lượng. Quá trình thực vật sử dụng năng lượng từ chất hữu cơ để thực hiện các chức năng sinh hóa gọi là quá trình hô hấp. Về phương diện sinh thái thì hô hấp và quang hợp là 2 quá trình ngược chiều nhau. C6H12O6 + 6 O2 --> 6 CO2 + năng lượng nhiệt 6 Đồ án CNTP GVHD: Ths. Trần Thị Ngọc Mai  Nhờ quá trình quang hợp, tới cuối ngày là lúc tế bào tạo ra một lượng lớn carbohydrate, lúc đó tế bào tụ tập lại và tạo ra một áp suất thẩm thấu cao bên trong cơ thể, sau đó các không bào khí sẽ không thể duy trì áp suất thẩm thấu lâu bên trong tế bào và chúng sẽ vỡ ra, giải phóng ra các khí được nén rồi khí đó được hấp thụ bởi các dịch xung quanh và xảy ra quá trình chuyển hóa carbohydrate thành protein  Mọi quá trình trao đổi chất đều xảy ra ở quá trình quang hợp: Hình 3: Sơ đồ quá trình quang hợp II.2.4 Sinh lý II.2.4.1 Sự sinh trưởng 7 Đồ án CNTP GVHD: Ths. Trần Thị Ngọc Mai Sinh khối 3 4 2 1 Thời gian 1. Pha lag 2. Pha log 3. Pha ổn định 4. Pha chết Hình 4: Đường cong sinh trưởng của kĩ thuật nuôi theo mẻ  Giai đoạn tiềm phát (Lag phase) Khi cấy vi sinh vật vào một môi trường mới số lượng thường không tăng lên ngay, đó là giai đoạn tiềm phát hay pha Lag. Trong giai đoạn này tế bào chưa phân cắt nhưng thể tích và khối lượng tăng lên rõ rệt do có sự tăng các thành phần mới của tế bào.. Giai đoạn tiềm phát dài hay ngắn liên quan đến bản thân từng loại vi sinh vật và tính chất của môi trường.Nếu tính chất hóa học của môi trường mới sai khác nhiều với môi trường cũ thì giai đoạn tiềm phát sẽ kéo dài.Ngược lại, nếu cấy từ giai đoạn logarit vào một môi trường có thành phần tương tự thì giai đoạn tiềm phát sẽ rút ngắn lại. Nếu cấy vi sinh vật từ giai đoạn tiềm phát hay từ giai đoạn tử vong thì giai đoạn tiềm phát sẽ kéo dài  Giai đoạn logarit (Log Phase) hay pha chỉ số (Exponential Phase) Trong giai đoạn này vi sinh vật sinh trưởng và phân cắt với nhịp độ tối đa so với bản tính di truyền của chúng nếu gặp môi trường và điều kiện nuôi cấy thích hợp. Nhịp độ sinh trưởng của chúng là không thay đổi trong suốt giai đoạn này, các tế bào phân đôi một cách đều đặn. Do các tế bào sinh ra chỉ khác nhau rất ít cho nên đường cong sinh trưởng là một đường trơn nhẵn chứ không gấp khúc (hình 14.1). Quần thể tế bào trong giai đoạn này có trạng thái hóa học và sinh lý học cơ bản là như nhau  Giai đoạn ổn định (Stationary Phase) hay pha cân bằng Qua giai đoạn logarit sự sinh trưởng của quần thể cuối cùng sẽ dừng lại, đường cong sinh trưởng đi ngang.Trong giai đoạn này số lượng tế bào sống là không thay đổi, có thể do số lượng tế bào mới sinh ra cân bằng với số 8 Đồ án CNTP GVHD: Ths. Trần Thị Ngọc Mai lượng tế bào chết đi, hoặc là tế bào ngừng phân cắt mà vẫn giữ nguyên hoạt tính trao đổi chất.  Giai đoạn tử vong (Death Phase) Việc tiêu hao chất dinh dưỡng và việc tích lũy các chất thải độc hại sẽ làm tổn thất đến môi trường sống của vi sinh vật, làm cho số lượng tế bào sống giảm xuống. Đó là đặc điểm của giai đoạn tử vong. Giống như giai đoạn logarit, sự tử vong của quần thể vi sinh vật cũng có tính logarit (tỷ lệ tế bào chết trong mỗi giờ là không đổi). Tổng số tế bào sống và tế bào chết không thay đổi vì các tế bào chết chưa bị phân hủy. II.2.4.2 Sự sinh sản: Có hai hình thức sinh sản  Sinh Sản Vô Tính - hình thành bào tử Đây là hình thức phổ biến nhất của sinh sản vô tính trong tảo. Hình thành bào tử đề cập đến quá trình trong đó bất kỳ tế bào của sinh vật sản xuất một hoặc nhiều tế bào sinh sản bên trong thành tế bào của nó. Các tế bào gốc được gọi là một bọc bào tử và tế bào mới này được gọi là bào tử . Bào tử thường được sản xuất với số lượng lớn cho sự gia tăng nhanh chóng trong quy mô dân số .Kiểm tra các slide chuẩn bị Ulothrix sp. Và xác định vị trí zoospores phát triển (co thể cử động dể dang bào tử) nằm trong bào tử động. Những zoospores bơi từ cha mẹ, định cư và phát triển trực tiếp vào các sợi mới. - Phân Đôi Tế Bào Tảo lam đơn bào sinh sản bằng cách phân đôi tế bào. Tảo lam đa bào sinh sản bằng cách gãy ra từng khúc. Khúc này gọi là khúc tản. Các sợi tảo sinh sản bằng kiểu này thường là chuỗi tế bào xếp nối nhau, thỉnh thoảng có những tế bào bất bình thường có kích thước lớn hơn. Sợi tảo thường đứt ngang ở chỗ có tế bào dị hình trên, từ đó tạo ra những sợi mới. 9 Đồ án CNTP GVHD: Ths. Trần Thị Ngọc Mai Hình 5: sinh sản vô tính  Sinh Sản Hữu Tính: Hai loại khác nhau của giao tử được sản xuất. Giao tử đực, các tế bào tinh trùng, thường là rất nhỏ, rất co thể cử động dể dang và được sản xuất với số lượng rất lớn. Giao tử cái, các tế bào trứng, là lớn hơn nhiều và không co thể cử động dể dang. Ít giao tử nữ được sản xuất. các tế bào trứng và sợi tảo đực thường liền kề với nhau trên cùng một sợi tảo để dễ dàng giao phối. vật thủy sinh như tảo, nhấn mạnh sự phân tán và khô hạn ở mức tối thiểu. Các vấn đề lớn phải đối mặt với tảo là việc chuyển giao tử. Kể từ khi môi trường ổn định làm giảm các yêu cầu thay đổi và kể từ khi chuyển giao tử có thể gây ra một khó khăn, tảo phụ thuộc rất nhiều vào sinh sản vô tính. Điều này, do đó, cung cấp một phương tiện để tăng số lượng của các cá nhân trong khi hạn chế các biến đổi di truyền. Trong thực tế, tảo không bao giờ sinh sản hữu tính. Hình 6: sinh sản hữu tính II.2.5 Dinh dưỡng: 10 Đồ án CNTP GVHD: Ths. Trần Thị Ngọc Mai  Dinh dưỡng cacbon Nguồn cacbon được sử dụng để nuôi cấy tảo là CO2và NaHCO3. Môi trường có HCO3 thường thuận lợi cho Spirulinaphát triển hơn CO32 . Trong quá trìnhnuôi cấy, nếu chỉ thổi CO2 mà môi trường không có muối carbonate nào khác thì sẽ làm giảm pH xuống còn 6,5. Khi đó tảo sẽ chết rất nhanh. Do đó, khi thổi khí CO2phải kết hợp với việc cung cấp muối bicarbonate vào môi trường sẽ tạo pH thích hợp cho tảo phát triển. Trong thực tế sản xuất người ta thường cho 16,8 g/l NaHCO3thổi khí khoảng 1 %, nuôi ở nhiệt độ 33÷ 35 oC, cường độ ánh sáng 5000 lux năng suất tảo rất cao. Nhờ vậy, nguồn cacbon chủ yếu là NaHCO3, còn CO2chỉ là nguồn bổ sung phụ  Dinh dưỡng nitơ - Trong quá trình phát triển của tảo Spirulina, nitơ đóng vai trò rất quan trọng. Nếu thiếunitơ, sinh khối tảo giảm rất nhanh. - Các muối nitratelà nguồn nitơ rất thích hợp cho tảo phát triển. Hàm lượng nitrate cho vào môi trường phải nhỏ hơn 100 mg/l. Ngoài ra người ta còn sử dụng (NH4)2SO4 hay NH4NO3. Urê cũng là nguồn nitơ thông dụng.Nồng độ urê được sử dụng là 1,5 g/l  Dinh dưỡng phospho - Phospho được tế bào tảo sử dụng để tổng hợp ATP, acid nucleic, các hợp chất cấu tạo khác. Nồng độ tối đa của phospho từ 90 ÷ 180 mg/l. - Nghiên cứu khác cho thấy lượng phospho đưa vào có thể cao đến 360 mg/l, khi đó hàm lượng protein sẽ đạt được cao nhất.  Dinh dưỡng các chất khác Tảo cũng nhận Fe với liều lượng 0,56 ÷ 56 mg/l vào trong môi trường kali 5 g/l, natri 5 g/l.  Ví dụ: Thành phần dinh dưỡng chính của môi trường Zarrouk dùng để nuôi Spirulina 11 Đồ án CNTP GVHD: Ths. Trần Thị Ngọc Mai II.2.6 Thành phần hóa học  Protein: có hàm lượng rất cao, cao hơn tảo Chlorella và chúng chứa đầy đủ các vitamin. Bảng 1: Thành phần hóa học của tảo spirulina STT Thành phần 1 2 3 4 Protein tổng số Glucid Lipid Acid nucleic 12 Số lượng (% tổng số chất khô) 60 ÷70 13 ÷16 7 ÷8 4.29 Đồ án CNTP GVHD: Ths. Trần Thị Ngọc Mai 5 6 7 Diệp lục Carotene Tro 0,76 0,23 4 ÷5  Các vitamin:Ngoài provitamin A, tảo còn chứa 10 vitamin khác như: - Vitamin B12 : vết chiếm 0,24 ug/g tảo khô. - Vitamin E : 15 – 40UG/G, tan trong dầu có tác dụng chống oxy hóa. Các vitamin khác như : B1(Thiamin), B=2 (Riboflavin), B3 (Niacine), B5 (Dexpanthenol), B6 (Pyridoxine), B9 (Acid folic), H (Biotin) và innositol xuất hiện với lượng rất nhỏ. Bảng 2: Thành phần vitamin của tảo spirulina STT 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Số lượng (% tổng số chất khô) Vitamin B12 1.6 β-Carotene 1700 D-Ca-Panthothenate 11 Acid folic 0.5 Inositol 3.5 Niacin (B3) 118 Vitamin B6 3 Vitamin B1 55 Vitamin E 190 Thành phần  Khoáng Chất: Các khoáng vi lượng:(Fe2+, Mg2+, K+, Se4+, Ge2+) tham gia tạo hồng cầu và cấu tạo nên hệ enzyme của người và động vật. Selen là chất antioxydant và chống lão hóa. Germani có vai trò quan trọng trong lưu thông khí quyết, tăng cường vận chuyển oxy từ máu vào mô, tác dụng tốt cho hệ tim mạch. Bảng 3: Thành phần khoáng của tảo spirulina STT Thành phần 1 2 3 4 5 6 7 Canxi Phospho Sat Natri Clo Magie Mangan Số lượng (% tổng số chất khô) 1150 8280 528 344 4200 1663 22 13 Đồ án CNTP GVHD: Ths. Trần Thị Ngọc Mai 8 9 Kali Selen 14.4 0.4  Amino acid: có 18 trong số 20 loại amino acid được biết. Một số amino acid có hàm lượng cao trong Spirulina như glutamic acid (14,6%), aspartic acid (9,8%), leucine (8,7%), aniline (7,6%)… Bảng 4: Thành phần acid amin của tảo spirulina STT Thành phần µg/10g 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 Isoleucine Leucine Lysine Methyonine Phenylalanine Threonine Trytophan Valine Analine Arginine Acid Aspartic Cystine Acid glutamic Glycine Histidine Proline Serine Tyrosine 350 540 290 140 280 320 90 400 470 430 610 60 910 320 100 270 320 300 Số lượng (% tổng số chất khô) 5.6 8.7 4.7 2.3 4.5 5.2 1.5 6.5 7.6 6.9 9.8 1.0 14.6 5.2 1.6 4.3 5.2 4.8 III. Công nghệ nuôi trồng III.1 Phương pháp nuôi trồng III.1.1 Phương pháp nuôi trồng theo mẻ (hệ thống kín)  Đây là phương pháp không thêm vào cũng như không lấy đi thứ gì từ môi trường nuôi đã có tảo giống đến khi thu hoạch. Phương pháp này bị giới hạn bởi thời gian trong khi có những thay đổi về thành phần dinh dưỡng của môi trường và cường độ chiếu sáng lên từng tế bào.  Thường được áp dụng trong hệ thống kín vì Spirulina được nuôi trong các bể lên men vi sinh khối (biorector). 14 Đồ án CNTP GVHD: Ths. Trần Thị Ngọc Mai  Vận động bằng máy khuấy trộn theo3 chiều tảo, hấp thụ ánh sáng tự nhiên hay nhân tạo, được thiết kế như thùng lên men cổ điển hoặc kiểu ống xoắn ốc. III.1.2 Phương pháp nuôi trồng liên tục  Ở phương pháp này, dinh dưỡng được bổ sung liên tục cho tảo tăng trưởng. Việc thu sinh khối cũng được tiến hành liên tục sao cho mật độ tảo luôn luôn ổn định trong môi trường. - Chemostat: một phần dịch mới liên tục bổ sung để thay thế dịch môi trường đã dùng. - Nuôi trồng bán liên tục: giống như nuôi theo mẻ nhưng sinh khối được kiểm tra định kì và giữ ổn định bằng phương pháp pha loãng môi trường. - Turbidostat: sinh khối được theo dõi liên tục nhờ thiết bị đo độ đục và tốc độ.  Phương pháp này thường được áp dụng theo hệ thống hở, Spirulina sống trong môi trường dinh dưỡng đựng trong bể, hồ.., được vận động bằng khuấy trộn theo kiểu tịnh tiến 2 chiều và tảo thu nhận ánh sáng mặt trời để phát triển, kiểu nuôi này phụ thuộc vào thời tiết và cần giải pháp khắc phục. III.2 Môi trường và thiết bị III.2.1 Môi trường  Nơi nuôi tảo phải có lượng chiếu sáng thích hợp giúp tảo sinh trưởng bình thường, ảnh hưởng đến lượng sinh khối thu hoạch.  Chủ động nguồn nước nuôi tảo, nước không bị ô nhiễm thích hợp cho việc nuôi tảo  Giao thông thuận tiện.  Nếu địa điểm xây bể có nhiều mối thì không nên dùng vật liệu xây bể là plastic vì dễ bị mối ăn. III.2.2 Thiết bị III.2.2.1 Trong phòng thí nghiệm     Nồi hấp áp lực (Autoclave) Tủ cấy vi sinh vật (Biologycal Safety Cabinet) Kính hiển vi quang học (Microscopic) Dàn đèn ánh sáng 15 Đồ án CNTP GVHD: Ths. Trần Thị Ngọc Mai III.2.2.2 Thiết bị chuyên dùng cho nuôi tảo  Thiết bị đồng bộ hóa tự động: việc pha loãng môi trường tự động hóa được điều chỉnh bởi tế bào quang điện và rơle thời gian điều chỉnh chu kì sáng tối.  Thiết bị nuôi tăng tốc: chủ yếu dùng cho việc nhân nhanh giống tảo làm nguyên liệu cho nuôi đại trà.  Thiết bị tạo thang nhiệt độ: Nhằm nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ lên sinh trưorng, sinh sản, sinh lý của nhiều cơ thể sống thông qua việc bố trí các thí nghiệm với cùng một loại tảo, tại cùng thời điểm, nhưng ở các nhiệt độ khác nhau.  Thiết bị tạo thang cường độ ánh sáng  Bể phản ứng quang sinh: dùng để nuôi tảo sạch vi khuẩn và tự động hóa hoạt động thông qua chương trình máy tính. Các thông số chính được giữ ổn định là nhiệt độ, pH, cường độ và chất lượng ánh sáng, dinh dưỡng, tốc độ khuấy sục, CO2. 16 Đồ án CNTP GVHD: Ths. Trần Thị Ngọc Mai  Một số dạng cơ bản: - Hình trụ, chiếu sáng từ bên trong. - Hình ống. - Hệ thống các ống dẫn dẹt. III.3 Điều kiện III.3.1 Các yếu tố ảnh hưởng III.3.1.1 Các yếu tố vật lý Ánh sáng:  Ánh sáng tự nhiên: thời gian chiếu sáng, cường độ chiếu sáng vừa phải để giúp tảo phát triển tốt (lượng chiếu sáng trong ngày bằng 30% lượng chiếu sáng ở vùng nhiệt đới là tốt nhất).Nếu thời gian chiếu sáng dài, cường độ gây gắt sẽ làm giảm sinh khối tảo.Đồng thời ánh sáng cũng làm thất thoát oxygen trong ao. Hơn nữa thời gian trong bóng tối là thời gian tảo hô hấp và đặc biệt tổng hợp protein.  Ánh sáng nhân tạo (hệ thống nuôi spirulina kín): có thể điều chỉnh đúng với nhu cầu của tảo, giúp nó phát triển tốt. Nhưng chi phí tốn kém.  Quản lý: đối với hệ thống hở, nếu lượng chiếu sáng nhiều quá có thể che mát cho ao bằng cách trồng cây xung quanh ao hoặc xây mái che cho ao. Đối hệ thống kín: kiểm tra để điều chỉnh lượng chiếu sáng phù hợp bằng cách điều chỉnh hệ thống đèn. Nhiệt độ : Nó hưởng đến quá trình sinh trưởng và phát triển của tảo. Nhiệt độ dưới 20oC tảo không chết nhưng phát triển chậm. Nhiệt độ trên 38oC tảo sẽ chết. Tảo Spirulina phát triển tối hảo ở 35oC. Mưa: Ở những nơi có lượng chiếu sáng trong ngày cao ,mưa sẽ tốt cho sự phát triển của tảo. Nhưng nó có thể làm tràn bể nuôi tảo ra môi trường ngoài. Do đó ta nên xây thành bể cao. Gió: Giúp hòa tan lượng oxygen trong không khí vào bể. Nhưng nó cũng có thể mang vật lạ vào bể, có thể ảnh hưởng không tốt cho tảo. Do đó xây mái che cho bể cũng giúp hạn chế vật chất lạ theo gió rơi vào bể. III.3.1.2 Các yếu tố hóa học Đảm bảo các lượng chất trong nước theo đúng công thức môi trường nuôi tảo. Ngoài ra cần bổ sung các ion sau đây vào bể nuôi: 17 Đồ án CNTP GVHD: Ths. Trần Thị Ngọc Mai Anions Cations Carbonate: 2800 mg/L Sodium: 4380 mg/L Bicarbonate: 720 mg/L Potassium: 642 mg/L Nitrate: 614 mg/L Calcium: 10 mg/L Phosphate: 80 mg/L Magnesium: 10mg/L Sulfate: 350 mg/L Iron: 0,8 mg/L Chloride: 3030 mg/L  Thường xuyên đo đạc các thông số của môi trường, đề xuất các biện pháp quản lý thích hợp.  pH thích hợp cho tảo spirulina: 8,5 -9,5. pH <5 hoặc pH >7, tảo quang tổng hợp rất thấp.  Thiếu dưỡng chất: cụ thể là thiếu đạm đẫn đến thoái biến sắc tố lam phycocyanin, tảo bị vàng, tế bào kiếm phát triển, năng suất thấp. Tỷ lệ K,Na phải ổn định K/Na <=5 là tốt, thiếu K tảo bị vàng…  Ảnh hưởng của kim loại nặng: Ngoài Pb, Asenic, còn nhiều ion kim loại gây độc cho tảo theo thứ tự: Cu > Ni > Co > Cr > Cd > Zn. Có 1 nghiên cứu cho rằng: nếu cadmi (Cd) xấp xĩ 10-4 mol/L gây ức chế toàn bộ sự phân chia của Spirulina.  Ảnh hưởng của các hóa chất khá: chất thãi như thuốc nhuộm, thuốc trừ sâu, diệt cỏ đều gây độc cho tảo. III.3.1.3 Các yếu tố sinh học  Có thể sự xâm nhập của sinh vật có hại cho bể nuôi tảo là từ nguồn nước cấp. Động vật chân chèo (Rotifers):  Khi chúng rơi vào ao.chúng sẽ dùng tảo lam làm thức ăn.  Quản lý: - Dừng khuấy bể vào ban đêm, tảo sẽ sử dụng oxygen để hô hấp dẫn đến động vật chân chèo thiếu oxy rồi chết. Tuy nhiên có làm làm tảo thiếu oxy. - Có thể dùng lưới(với mắt lưới nhỏ) để vớt chúng. Động vật chân chèo là thức ăn rất tốt cho tôm cá. - Khi dùng hóa chất để diệt chúng phải đảm bảo chúng không ảnh hưởng đến tảo và người tiêu dùng. Động vật nguyên sinh:  Chúng không độc cho người, cũng không hại tới tảo. Có lẽ chúng còn giúp cho tảo bởi vì tạo ra 1 lượng CO2 nhỏ. Amoeba: 18 Đồ án CNTP GVHD: Ths. Trần Thị Ngọc Mai  Những loài này khác với động vật nguyên sinh ở chỗ chúng ăn tảo. R.R.Kudo đã mô tả 74 loài amoeba khác nhau. Có một loài trong số chúng gây nguy hiểm cho người đó là Entamoeba histolytica. Tảo tạp:  Chúng có thể là những loài có độc ảnh hưởng đến sức khỏe người tiêu dùng.  Do môi trường phát triển Spirulina là kiềm tính nên có thể làm giảm sự phát triển của số loài tảo tạp. Vi khuẩn:  Chúng có thể gây tác hại cho con người khi sử dụng tảo. Tuy nhiên pH của hầu hết các loài vi khuẩn gây bệnh cũng như nấm mốc nấm men khoảng 6,0 – 8,0 nên chúng bị tiêu diệt trong bể nuôi tảo Spirulina. III.3.2 Kỹ thuật nuôi trồng  Duy trì sản xuất sinh khối ổn định trong điều kiện ngoài trời: Những tác nhân gây mất ổn định do sự thay đổi nhiệt độ, ánh sáng, lượng mưa, tốc độ bốc hơi hơi nước, thoái hóa giống, tích lũy muối khoáng môi trường.  Hiện tượng quang ức chế: Đây là nguyên nhân làm tảo chết do quá trình quang oxi hóa. Quang hợp bão hòa ở khoảng 33% tổng cường độ sáng. Trong khi đó lớp trên của dịch tảo bị chiếu sáng với cường độ gấp 3÷4 lấn cường độ bão hòa.  Hô hấp tối: Sinh khối của Spirulina có thể bị mất mát tới 35% do hô hấp. Vì vậy, trong nuôi trồng đại trà người ta có xu hướng làm giảm nhiệt độ của môi trường nuôi vào ban đêm để hạn chế hô hấp.  Hiệu ứng oxi: Tại bể nuôi có diện tích lớn, nơi dòng chảy chậm (chỉ 10÷ 20cm/s), nồng độ oxi có thể đạt tới 500% bão hòa khi tốc độ quang hợp cao. Nồng độ oxi như vậy sẽ ức chế quang hợp và làm giảm tốc độ sinh trưởng của tảo. Do đó việc chọn chủng chịu được nồng độ oxi cao và duy trì tốc độ khuấy sục môi trường thích hợp để tăng cường quá trình thoát oxi ra không khí là những biện pháp hữu hiệu hạn chế tác dụng xấu do thừa oxi.  Dao động nhiệt độ: biên độ dao động này khá lớn ở những vùng khô hạn, thích hợp nuôi Spirulina III.3.3 Môi trường dinh dưỡng  Nồng độ muối tổng số thường phụ thuộc vào nguồn gốc sinh thái của cơ thể tảo  Thành phần và nồng độ K+, Mn2+, Na+, Ca2+, SO42-, PO43-.  Nguồn nitơ là nitrate, amôn và urê. Hầu hết tảo chứa 7÷9% nitơ/ trọng lượng khô nên nhu cầu về nitơ khá cao. 19