Tài liệu Quy trình chế biến triết xuất táo spirulina

Trường ĐH Nông Lâm TP.HCM Môn: Thủy Sinh Thực Vật Tiểu luận   Quy trình nuôi trồng chế biến, chiết xuất tảo Spirulina Lớp: DH06NT. Nhóm 10. 1 Trường ĐH Nông Lâm TP.HCM Môn: Thủy Sinh Thực Vật Mục lục Trang I/ Gioi thiệu tảo spirulina------------------------------------------------------------------3 II/ Đặc điểm sinh học của tảo-------------------------------------------------------------3 II.1/ Vị trí phân loại, tên gọi--------------------------------------------------------------3 II.2/ Môi trường sống----------------------------------------------------------------------4 II.3/ Phân bố---------------------------------------------------------------------------------4 II.4/ Đặc điểm dinh dưỡng----------------------------------------------------------------5 II.5/ Đặc điểm sinh trưởng và sinh sản--------------------------------------------------6 II.6/ Thành phần của tảo Spirulina-------------------------------------------------------7 III/ Công nghệ nuôi trồng----------------------------------------------------------------12 III.1/ Gioi thiệu các hệ thống nuôi tảo spirulina--------------------------------------12 III.1.1/ Công nghệ nuôi trồng spirulina theo hệ thống hở (O.E.S)-----------------12 III.1.2/ Công nghệ nuôi trồng tảo spirulina theo hệ thống kín (C.E.S)------------12 III.2/ Hệ thống nuôi tảo hở--------------------------------------------------------------13 III.2.1/ Thiết kế bể nuôi tảo spirulina--------------------------------------------------13 III.2.1.1/ Lựa chọn địa điểm nuôi tảo--------------------------------------------------13 III.2.1.2/ Thiết kế bể nuôi tảo-----------------------------------------------------------13 III.2.2/ Nguồn nước-----------------------------------------------------------------------15 III.2.3/ Chuẩn bị giống-------------------------------------------------------------------16 III.2.3.1/ Tiêu chuẩn chọn giống spirulina--------------------------------------------16 III.2.3.2/ Lợi ích của việc xây dựng phòng thí nghiệm ở nơi nuôi tảo nhân giống tảo-----------------------------------------------------------------------------17 III.2.3.3/ Một số dụng cụ hóa chất phòng thí nghiệm--------------------------------17 III.2.4/ Quy trình nuôi tảo Spirulina thu sinh khối-----------------------------------18 III.2.5/ Một số vấn đề quản lý bể nuôi tảo---------------------------------------------19 III.2.5.1/ Các yếu tố vật lý---------------------------------------------------------------19 III.2.5.2/ Các yếu tố hóa học------------------------------------------------------------19 III.2.5.3/ Các yếu tố sinh học------------------------------------------------------------20 III.3/ Thu hoạch tảo spirulina-----------------------------------------------------------20 IV/ Quy trình liên hoàn từ nuôi trồng đến chế biến, chiết xuất tảo Spirulina----22 Kết luận-------------------------------------------------------------------------------------23 Tài liệu tham khảo Lớp: DH06NT. Nhóm 10. 2 Trường ĐH Nông Lâm TP.HCM Môn: Thủy Sinh Thực Vật ĐẶT VẤN ĐỀ Con người trong thế kỉ này vẫn không ngừng cho ra đời những công trình nghiên cứu các loài thực vật, động vật trong tự nhiên nhằm tìm ra những hoạt chất quý ứng dụng trong y học, để chữa những căn bệnh nguy hiểm như ung thư, bệnh truyền nhiễm …Bên cạnh đó, tiếp nối những thành công trong những thế kỉ trước, chúng ta đã tìm ra những nguồn thực phẩm giàu dinh dưỡng từ tự nhiên như các loại bánh tảo; thực phẩm chức năng …Đồng thời dựa vào thiên nhiên chúng ta cũng tìm ra nguồn chiết xuất ra chất trong ngành mỹ phẩm. Spirulina là một trong những loài tảo được nghiên cứu nhiều nhất và cũng đem lại rất nhiều lợi ích cho con người trong ngành thực phẩm, dược phẩm…Có nhiều nghiên cứu chứng minh trong spirulina có chứa hoạt chất kháng virus HIV- đây là căn bệnh thế kỉ, làm đau đầu các nhà khoa học. Do có nhiều lợi ích, Spirulina nhanh chóng được đưa vào các nghiên cứu cơ bản để xây dựng những mô hình nuôi trồng tảo, chế biến và chiết xuất nhằm phục vụ cho con người. Ở Việt Nam cũng xuất hiện phong trào trồng tảo spirulina. Do đó vấn đề kĩ thuật cần được nghiên cứu để sản xuất những mẻ tảo Spirulia chất lượng, năng suất cao… Nhóm chúng tôi xin giới thiệu về kĩ thuật trồng tảo Spirulina. Lớp: DH06NT. Nhóm 10. 3 Trường ĐH Nông Lâm TP.HCM Môn: Thủy Sinh Thực Vật -----------------------------------------------------------------------------------------------24 I/ Giới thiệu tảo spirulina: + Spirulina là một loài vi tảo có dạng xoắn hình lò so, màu xanh lam với kích thước chỉ khoảng 0,25 mm. Chúng sống trong môi trường giàu bicarbonat (HCO3và độ kiềm cao (pH từ 8,5 -9,5). Chúng có những đặc tính ưu việt và giá trị dinh dưỡng cao. + Spirulina xuất hiện cách đây hơn 3 tỷ năm. Nó là vi khuẩn lam cổ có lịch sử lâu đời hơn tảo nhân thật hoặc thực vật bậc cao tới hơn 1 tỷ năm. + Hơn 1 ngàn năm trước tổ tiên của những người Aztect ở Mexico đã biết thu hái Spirulina từ các hồ kiềm tính, phơi dưới ánh nắng mặt trời và dùng làm thực phẩm. Hiện nay tập tính này vẫn phổ biến trong cộng đồng người Kanembous ở Chad. + Tên gọi Spirulina do nhà tảo học Deurben (người Đức) đặt năm 1927, dựa trên hình thái của tảo là dạng sợi xoắn ốc (spiralis). + Trên thế giới đã có nhiều công trình nghiên cứu Spiralina phục vụ cho việc sản xuất tảo làm thức ăn, dược phẩm, mỹ phẩm cho con người. Từ đó, Spirulina đã xuát hiện trong khẩu phần ăn trong các chương trình chống suy dinh dưỡng trẻ em. + Ở việt nam: tảo spirulina được giáo sư Ripley D.Fox (nhà nghiên cứu và các chế phẩm của nó tại “Hiệp hội chống suy dinh dưỡng bằng các sản phẩm từ tảo”(A.C.M.A) tại Pháp) đưa vào Việt Nam từ năm 1985. Trong những năm 1985 – 1995 đã có những nghiên cứu thuộc lĩnh vực công nghệ sinh học cấp nhà nước như nghiên cứu của GS.TS. Nguyễn Hữu Thước và cộng sự (Viện công nghệ sinh Lớp: DH06NT. Nhóm 10. 4 Trường ĐH Nông Lâm TP.HCM Môn: Thủy Sinh Thực Vật học thuộc Viện Khoa Học và Công Nghệ Việt Nam) với đề tài “Công nghiệp nuôi trồng và sử dụng tảo Spirulina”. Hay đề tài cấp thành phố của Bác sĩ Nguyễn Thị Kim Hưng(TP.HCM) và cộng sự với đề tài “Nghiên cứu sản xuất và sử dụng thức ăn có tảo Spirulina trong dinh dưỡng điều trị”…Hiện nay nước ta đã có nhiều cơ sở nuôi trồng tảo Spirulina như: Vĩnh Hão (Bình Thuận) từ 1979, Châu Cát, Lòng sông (Thuận Hải), Suối Nghệ (Đồng Nai), Đắc Min (Đắc Lắc). II/ Đặc điểm sinh học của tảo: II.1/ Vị trí phân loại, tên gọi: Ngành Cyanophyta ( tảo lam) Lớp Hormogoiophyceae Bộ Oscillatoriales Họ Oscillatoriaseae Chi Spirulina (Tảo xoắn). Loài: Chi Spirulina có nhiều loài (hơn 35 loài) đã phát hiện. Trong đó có 2 loài được nghiên cứu đầu tiên và nhiều nhất: loài S.geitleri (S.maxima) – có nguồn gốc châu phi, loài S.platensisc – có nguồn gốc Nam Mỹ. Ngoài ra còn có S.prpvilca ở Puru, S.jeejibai ở CHLB Đức, S.subsalsa ở Ukraina, S.laxissima ở Kenya, S.pacifica ở Hoa Kỳ. + Ở việt nam, giống được nghiên cứu đầu tiên, lưu giữ ở Viện Sinh vật học, là S.platensis Geitler do CH Pháp cung cấp. II.2/ Môi trường sống: + 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 50 cm,và trong môi trường nhân tạo thường nuôi ở mức nước 10-30 cm(nuôi hồ hở), hoặc có thể trong hồ đáy sâu 1-1,5 m (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.3/ Phân bố: + Spirulina sống trong môi trường ưa kiềm (pH: 8,5-9,5). Trong tự nhiên, chúng sống trong các hồ, suối khoáng ấp áp. + Tảo có phạm vi phân bố rộng: Lớp: DH06NT. Nhóm 10. 5 Trường ĐH Nông Lâm TP.HCM Môn: Thủy Sinh Thực Vật  Châu Phi: Tchad, Congo, Ethiopia, Kenya, Nam phi, Ai cập, Tanzania, Zambia.  Châu Mỹ: Hoa kỳ, Peru, Uruguay, Mexico.  Châu Á: Ấn độ, Paskistan, Srilanka, Việt nam.  Châu Âu: Nga, Ukraina, Hungarie… + Một loài spirulina có thể xuất hiện ở nhiều quốc gia, có khi những nơi đó cách nhau tới nữa vòng trái đất như: loài S.platensis. Nguyên nhân có thể là:  Tự nhiên: một số loài chim ăn tảo spirulina như Phoeniconaiasminor (ở châu mỹ). Do đó tảo đã bám vào lông vũ loài chim này, rồi dựa vào sự di cư của chúng để phát tán nòi giống.  Con người: đem tảo đi sản xuất ở nhiều nơi trên thế giới để phục vụ cho nhu cầu của con người. II.4/ Đặc điểm dinh dưỡng : + Spirulina là vi sinh vật quang dưỡng bắt buộc. Do đó, chúng không thể sống hoàn toàn không có ánh sáng. + Phải đảm bảo các chỉ tiêu ánh sáng, nhiệt độ, pH, điều kiện khuấy trộn… + Môi trường dinh dưỡng của spirulina gồm: + Các dưỡng chất: môi trường phải đảm bảo cung cấp đầy đủ nguồn: cacbon, nitơ, các chất khoáng đa lượng và vi lượng… + Dinh dưỡng cacbon: Spirulina đồng hóa cacbon chủ yếu ở dạng vô cơ, tốt nhất là bicacbon (HCO3-), thông qua quá trình quang hợp. Phản ứng quang tổng hợp hidratcacbon (đường) và một số chất khác: HCO3- + 2H2O (CH2O) + O2 + H2O +OH-. Nguồn cacbon để nuôi dưỡng Spirulina ở khoảng 1,2 -16,8 g NaHCO3/ lit. + Dinh dưỡng N: Spirulina có khả năng cố định nitơ, đồng hóa nitơ theo phản ứng khử nhờ enzyme nitrogenase xúc tác khi có ATP. Kết quả nitơ được tổng hợp thành protein của chúng. Chúng không có khả năng sử dụng N2 trong không khí mà sử dụng dưới các dạng: nitrat (NO3-), NH3 (thường có trong nước thải Biogas), (NH4)2SO4, (NH4)2HPO4( có trong phân bón nông nghiệp), (NH2)2CO. Tuy nhiên khi sử dụng nguồn nitơ không từ nitrat phải khống chế nồng độ vì dễ suy giảm sinh khối thẫm chí có thể gây chết tảo. + Các chất khoáng cần cung cấp cho môi trường nuôi tảo:  Photpho vô cơ khoảng 90 – 180 mg/L.  K+ và Na+ dưới dạng kết hợp với N, P.  Mg+: đóng vai trò tương tự như P.  Ca2+: không ảnh rõ đến sinh trưởng tảo.  Fe cung cấp dưới dạng muối FeSO4. Nồng độ Fe2+ rất rộng từ 0,56 -56 mg/ L môi trường. Lớp: DH06NT. Nhóm 10. 6 Trường ĐH Nông Lâm TP.HCM  Môn: Thủy Sinh Thực Vật Cl-: rất ưa Clo vô cơ, nồng độ dùng với muối NaCl khoảng 1 – 1,5 g/L. Sau đây là thành phần dinh dưỡng chính của môi trường Zarrouk dùng để nuôi Spirulina: Nếu môi trường có những vi lượng khoáng khác thì spirulina cũng sẽ hấp thụ. Điều này có gây hại hay có lợi cho tảo.  Sự hấp thu có hại: Pb, Cd, Hg, As…  Sự hấp thu có lơi: Senlen, Fe, germani và có thể cả I2. Spirulina cũng chịu tác động của các hormone, giúp tảo tăng trưởng nhanh như indol acetic acid (AIA), gibberelic acid (GA3)… + Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình dinh dưỡng: Công thức tổng quát của quá trình quang hợp: CO2 + H2O CH2O + O2 Hay 6CO2 + 6H2O C6H12O6 + 6O2 Ở spirulina có tới 15 sắc tố có thể tham gia quá trình quang hợp gồm: chlorophyl (a) phycocyanin, betacaroten và 11 carotenoids khác, ngoài ra còn phycoerythrin. + Nhiệt độ tối hảo cho tảo khoảng 30 -35oC Lớp: DH06NT. Nhóm 10. 7 Trường ĐH Nông Lâm TP.HCM Môn: Thủy Sinh Thực Vật + pH là kết quả của cân bằng: CO2 H2CO3 H+ + HCO32H+ + CO3-. pH thích hợp với Spirulina khoảng 8,5 – 9,5. II.5/ Đặc điểm sinh trưởng và sinh sản: * Sự sinh trưởng: Spirulina trải qua các giai đoạn: thích nghi, logarit, đường thẳng, giảm, ổn định, lão suy. * Sự sinh sản có phương thức sinh sản: vô tính(phân chia từ một sợi tảo mẹ trưởng thành). Từ một sợi tảo mẹ, hình thành nên những đoạn Necridia (gồm các tế bào chuyên biệt cho sự sinh sản). Trong các Necridia hình thành các đĩa lõm ở hai mặt và sự tách rời tạo các hormogonia bởi sự chia cắt tại vị trí các đĩa này. Trong sự phát triển, dần dần phần đầu gắn tiêu giảm, 2 đầu hormogonia trở nên tròn nhưng vách tế bào vẫn có chiều dày không đổi. Các hormogonia phát triển, trưởng thành và chu kì sinh sản được lập đi lập lại một cách ngẫu nhiên, tạo nên vòng đời của tảo. Trong thời kì sinh sản tảo spirulina nhạt màu ít sắc tố xanh hơn bình thường. Sau đây là vòng đời tảo spirulina: Rõ ràng vòng đời tảo đơn giản, tương đối ngắn. Trong điều kiện tối ưu (nuôi trong phòng thí nghiệm) vòng đời khoảng 1 ngày. Ở điều kiện tự nhiên là khoảng 3 – 5 ngày. II.6/ Thành phần của tảo Spirulina: + Thành phần dinh dưỡng của Spirulina: Khoảng 9% trọng lượng khô tổng số là các chất khoáng; hydrocarbon chiếm 15%. Khoảng 6,5% là lipid trong đó bao gồm 2,6% là các acid béo omega-3 và omega-6 chưa bão hòa (và đây là một tỷ lệ rất cao); thêm vào đó tỷ lệ trung bình của betacaroten là 0,17% (rất cao) và vitamine B bao gồm 4µg B12 trong khẩu phần 10g Spirulina cần thiết cho một người trưởng thành trong 1 ngày. + Protein trong spirulina: Phycobiliprotein: phycocyanin và allo phycocyanin. Chúng có tác dụng tăng cường miễn dịch ở người và động vật; thamgia các phản ứng phát hiện kháng Lớp: DH06NT. Nhóm 10. 8 Trường ĐH Nông Lâm TP.HCM Môn: Thủy Sinh Thực Vật nguyên đặc hiệu, đánh dấu kháng thể đơn dòng để chuẩn đoán, phát hiện bệnh; hỡ trợ trị liệu ung thư Ngoài ra hàm lượng protein cao nên là thức ăn giàu dinh dưỡng giúp:  Cung cấp chất đạm  Trị suy dinh dưỡng. Do đó Spirulina xuất hiện trong khẩu phần ăn của trẻ em suy dinh dưỡng ở Châu phi và nhiều quốc gia.  Hỗ trợ điều trị suy gan, viêm gan, bệnh lao.  Cung cấp hàm lượng đạm cao cho các vận động viên, người lao động cường độ cao và người bệnh. + Glucid trong spirulina: Glucid của spirulina có cấu trúc gần giống với glycogen, nên thích hợp với dinh dưỡng của người và động vật. Spirulina có chứa poly saccharid dưới dạng muối sunfat calci. Phân tử này chứa Rhamnose, Glucose,Fructose, Ribose, Galactose, Xylose, Mannose, Glucuronic và Galacturonic. Do đó spirulina có tác dụng:  Kháng virus HIV 1 và virus herpes.  Chống oxy hóa khử các gốc oxy hóa O2-,OH-…  Kháng thrombin, ngăn ngừa thành lập cục máu đông trong mao mạch.  Có thể được dùng làm thuốc kháng HIV.  Hỗ trợ điều trị phòng ngừa bệnh cao huyết áp, xơ cứng động mạch và viêm thấp khớp. + Lipid trong soirulina: Chất béo đa phần gồm các acid béo cần thiết (Vitamin F): acid linoleic 5 – 10 mg/g, a. γ linolenic 7 – 11 mg/g…, acid oleic, palmitic với hàm lượng tùy thuộc giống tảo. Có chứa acid béo omega: chủ yếu là: γ-linolenic (GLA), dihomo- γ linolenic. GLA là tiền chất biến dưỡng tổng hợp prostaglandin E1. + Các sắc tố trong spirulina: +Chlorophyl (a): 0,61 – 1,15% Carotenoid (betacaroten = pro vitamin A): tiền tố vita. A trong Spirulina chủ yếu dạng cis trong cầu trúc. Dạng cis có tác dụng vitamin A gấp 10 lần so với dạng trans nhân tạo,hoặc chiết từ một số thực vật như gấc … Hàm lượng Carotenoid theo β-caroten trong Spirulina khoảng 500 ug – 1200ug/g hay 800-2000IU/g. Sắc tố phycocyanin: khoảng 10 – 23%. Hàm lượng các sắc tố trong tảo chịu ảnh hưởng của các yếu tố:  Giống tảo.  Điều kiện nuôi cấy.  Phương pháp thu hoạch.  Phương pháp chế biến và bảo quản. Lớp: DH06NT. Nhóm 10. 9 Trường ĐH Nông Lâm TP.HCM Môn: Thủy Sinh Thực Vật Sắc tố Betacaroten và các carotenoid giúp hoạt tính vitamin A hay tiền vitamin A. Chúng chống oxy hóa, tăng cường miễn dịch, hỗ trợ trị liệu ung thư, nhiễm trùng. Ngoài ra betacaroten còn có tác dụng bảo vệ mắt. Sắc tố Clorophyl khử mùi hôi ở vết thương ở đường tiêu hóa, khử độc ở gan(sắc tố phycocyanin của tảo cũng giúp bảo vệ gan và thận) Sắc tố Zeaxanthin bảo vệ mắt ở người cao tuổi. Mà nguyên nhân chính gây mù ở người cao tuổi là do sự thoái hóa hoàn thể (macula degeneration – AMD) + 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. 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. Tảo spirulina có mùi tanh như của cá. Vậy xác định chất gây tanh, cách xử lý mùi tanh có ý nghĩa quan trọng đối với ngành chế biến tảo( trong ngành thực phẩm đối với tảo spirulina). Theo nghiên cứu thành phần hóa học của spirulina của nhóm Lê Văn Lăng, Bùi Thanh Trúc và CS -1994 đã chỉ ra rằng những chất đó là chất bay hơi, thân dầu. Kí hiệu CS: Các báo cáo Nghiên cứu chất lượng và chiết xuất hoạt chất từ tảo Spirulina 1993 – 1994. Trường Đại Học Y Dược TP.HCM, Khoa Dược. Đặc tính của các chất này là:  Hòa tan trong ete etylic => bản chất lipid hay hữu cơ thân dầu.  Phản ứng với các base như natrihidroxit => chứa nhóm chứa acid.  Phản ứng với iod I2 trong acid băng => chứa nối hóa học chưa no. Có 2 phương pháp để khử mùi tanh của spirulina:  Phương pháp chưng cất (nếu không ảnh hưởng đến chất lượng tảo).  Thêm những chất thơm che mùi tanh của tảo như: hoa nhài, hoa cam, vani. Spirulina cũng mang nhiều đặc điểm khác biệt so với các nguồn thức ăn truyền thống khác bởi vì: - Nó có chứa tất cả các loại protein, vitamin, acid béo không bão hòa và muối khoáng thiết yếu cho nhu cầu dinh dưỡng. - Nó được sử dụng như loại thực phẩm ăn liền cho người tị nạn. - Liều lượng cần thiết là một thìa cà phê trong ngày. Thiếu dinh dưỡng thường liên quan tới sự thiếu calo thông qua việc hấp thụ thực phẩm năng lượng như ngũ cốc, chất béo và dầu. -Spirulina có kích thước hiển vi và sinh trưởng trong điều kiện nước hòa tan muối vô cơ với độ kiềm cao, ở đó vi khuẩn gây bệnh cho người khó phát triển. Lớp: DH06NT. Nhóm 10. 10 Trường ĐH Nông Lâm TP.HCM Môn: Thủy Sinh Thực Vật - Sợi Spirulina có dạng lò xo không chứa cellulose trong thành tế bào nên rất dễ dàng cho tiêu hóa. - Spirulina cũng có tác dụng hiệu qủa chống lại bệnh anemia vì nó có chứa một hàm lượng sắt lớn. Ngoài ra, chúng còn giết chết nấm gây bệnh Candida albicans, tăng cường hệ thống miễn dịch,… Hàm lượng protein và thành phần, hàm lượng acid amin của Spirulina STT Acid amin % trên protein S.platensis Spirulina sp (1) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 * Thiết yếu Isoleucine Leucine Lysine Methionine Phenylalanin Threnine Trypthophane Valine * Bán thiết yếu Arginine Histidine *Không thiết yếu Aspartic acid Alanine Cysttine Glutamic acid Glycine Proline Serine Tyrosine Ornitine Hàm lượng protein %(trên bột khô) (1) S.orovilca (2) (3) S.jeejibai S.maxima (4) S.platensis S.platensis (6) (7) (5) 6,4 10,4 4,4 2,2 5,4 5,4 0,8 7,5 4,13 5,80 4,00 2,17 3,95 4,17 1,13 6,00 3,00 7,16 2,26 2,36 3,49 4,16 0 3,49 5,0 8,33 5,33 1,66 4,0 3,66 0 5,33 6,15 9,26 4,93 2,65 4,62 5,3 1,37 7,0 5,44 8,95 5,03 3,33 4,61 5,33 1,66 6,72 3,52 4,78 2,44 2,83 2,83 3,64 0,20 4,42 7,8 1,8 5,98 1,08 3,03 1,31 7,0 2,33 7,43 1,48 6,72 1,47 4,26 2,21 0 0 0,7 0 0 0 0 5,0 0 71,9 6,43 5,82 0,67 8,94 3,46 2,97 4,00 4,60 0 71,0 8,96 8,22 0,78 12,52 4,66 4,51 5,01 3,92 0 56,7 7,66 7,66 + 13,33 4,33 3,00 4,0 4,66 + vết 61,3 9,95 8,28 0,93 13,82 5,28 4,46 5,30 0 0 60,0 9,68 7,99 1,86 16,59 7,47 1,57 4,91 4,8 0 65,94 5,59 4,37 1,31 10,29 3,60 2,65 4,10 3,81 0,10 59,5 4,2 4,8 4,2 2,2 2,6 2,8 1,4 4,2 Toni j.de: 1971, Marseille (France). Flamant vert Association 1987 – par F.Busson. Lớp: DH06NT. Nhóm 10. Protein lý tưởng theo WHO/FAO (8) 11 Trường ĐH Nông Lâm TP.HCM Môn: Thủy Sinh Thực Vật (2) Hill Ch., Naoharu F. 1980 (Jan) : The Secrets of spirulina. (3),(4) Becker W: 1982(Ger.): Algoculture (These by Fox R.D). pp 55 + 56 (5) Sosa Texcoco S.A (Mexixo) [nt (3+ 4)] p 51 . (6) Nguyễn hữu thước, Nguyễn tiến cư, Đặng h.p.hiền, Đặng đình kim (viện vi sinh vật) Tạp chí Sinh vật học, số 2 (3) – 8/1980, tr.12 – 14. (7) Lê văn lăng, Lý kim anh, Bùi thanh trúc và CS : Các báo cáo Nghiên cứu chất lượng và chiết xuất hoạt chất từ tảo Spirulina 1993 -1994. Trường Đại Học Y Dược TP.HCM, Khoa Dược. Phân tích hàm lượng chất vô cơ trong tảo Spirulina (tính theo % trọng lượng tảo khô) Mẫu Calci Natri Photpho Kali Sắt Magie Mangan *Tảo của Sosa Texcoco *Tảo của Fox R.A Tảo của Labo. Helvinam *Tảo của Cty nước khoáng Vĩnh Hảo 0,13 0,10 0,30 0,04 0,03 0,23 0,89 0,76 0,31 1,54 1,33 1,67 0,06 0,05 0,027 0,44 0,40 0,37 0,003 0,002 0,02 0,007 0,42 ? 0,18 0,39 0,26 0,002 So sánh công thức chuẩn chế phẩm sinh học và tảo spirulina STT 1 1* 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16* 17* 18* 19* 20* Hoạt chất Chế phẩm dinh dưỡng chuẩn 3 5 80 0.5 6 0.14 0.16 0.18 0.2 20 0.1 80 30 1.4 1.5 15 + + Tảo Spirulina (tính cho 10 g tảo) 4 6,01-6,02 ~14mg 00 00 0.35mg 0.40mg 1.4mg 0.08mg 0.01mg 32mg 0.10mg 0.04mg 18mg 0.3mg 00 0.12mg + 1.54 0.38 RDA Tỷ lệ đáp ứng (%) 2 5 Protein (g) 1g/kg trọng lượng cơ thể Vita.A (μg) 1.4 – 1.8mg/1000 200IU/00 Vita.D (μg) 60mg/00 Vita.C (mg) 1.2 – 1.5mg/35 Vita.B (mg) 1.4 -1.7mg/ >23 Vita.B2 (mg) 16 – 18mg > 9 Vita.B3 (mg) 1.6 - 2.1mg/ > 7.4 Vita.B6 (mg) 0.4mg/2.5 Vita.B9 (μg) 3 – 4 μg/1000 Vita.B12 (μg) 1g/10 Calcium (mg) 0.2g/20 Magiesium (mg) 18mg/100 Sắt(Fe2+) (mg) 10mg/3 Kẽm( Zn2+)(mg) Iod(μg) 0.1­0.15mg/00 Đồng (Cu2+) 2.5mg/5 Selen + Carbohydrate 1300 Kcal/0.5 Lipid (chất béo) 200 Kcal/1.7 Tổng năng lượng 2000 – 2500/1.68 K (cal) Ghi chú Chế phẩm dinh dưỡng chuẩn: theo Ntrient reference values of International Standardization, trong codex guidelina on nutrition labeling. R.D.A: theo U.S National Research Council – 1989 Tỷ lệ đáp ứng RDA (%) tính cho 10g tảo Spirulina (khô). 1*: FAO/WHO đã chỉ định lượng protein là 5 g. 2*: FAO/WHO không đưa ra lượng cụ thể, tùy nhu cầu mà người thiết kế dinh dưỡng có thể ấn định. 18*,19*,20*: Tổng năng lượng (Kcal) cho một người bình thường tùy dân tộc cân nặng và trạng thái vận động… Ảnh hưởng của chế độ ăn bổ sung cốm tảo đến tăng cân nặng, chiều cao, vòng cánh tay ở các thể suy dinh dưỡng Lớp: DH06NT. Nhóm 10. 12 Trường ĐH Nông Lâm TP.HCM Môn: Thủy Sinh Thực Vật (trích báo cáo của Viện bảo vệ sức khỏe trẻ em – Hà Nội, 1994) Các thể Trung bình (n = 49) Marasmus Kwashiorkor & Marasmus Kwashiorkor (n = 19) Nhóm Nghiên cứu (n =10) Nhóm chứng (n = 9) Nghiên cứu (n = 11) Nghiên chứng (n = 11) Nghiên cứu (n =9) Nghiên chứng (n =10) 0,42 Cân nặng 0,08 0,72 Chiều cao 0,25 Vòng cánh tay 0,44 0,18 0,17 0,06 0,65 0,23 0,11 0,20 0,39 0,05 1,36 0,40 0,50 0,09 0,46 0,11 1,27 0,34 0,45 0,15 0,67 0,14 1,17 0,28 0,61 0,16 0,59 0,12 1,35 0,38 0,60 0,19 III/ Công nghệ nuôi trồng: III.1/ Gioi thiệu các hệ thống nuôi tảo spirulina: Trên thế giới có 2 công nghệ chính để nuôi tảo spirulina Công nghệ nuôi theo hệ thống hở (Opened ecosystem) (O.E.S) Công nghệ nuôi theo hệ thống kín (Closed ecosustem) (C.E.S) III.1.1/ Công nghệ nuôi trồng spirulina theo hệ thống hở (O.E.S): Spirulina sống trong môi trường dinh dưỡng đựng trong bình, chậu, bể… được vận động bằng khuấy trộn theo kiểu tịnh tiến 2 chiều và tảo hấp thu ánh sáng mặt trời để phát triển. Kiểu nuôi này phụ thuộc vào thời tiết cần có giải pháp khắc phục. III.1.2/ Công nghệ nuôi trồng tảo spirulina theo hệ thống kín (C.E.S): Spirulina được nuôi trong các bể lên men vi sinh khối (bioreactor) vận động bằng máy khuấy trộn theo 3 chiều, tảo hấp thu ánh sáng nhân tạo hay tự nhiên. Nhiều kiểu CES được thiết kế như thùng lên men cổ điển hoặc kiểu ống xoắn ốc… So sánh hệ thống nuôi tảo spirulina hở và kín: Hệ thống nuôi tảo spirulina hở Hệ thống nuôi tảo spirulina kín - Chi phí đầu tư thấp hơn hệ thống kín - Chi phí đầu tư cao nên ít phổ biến. nên phổ biến ở nhiều nơi trên thế giới - Diện tích nuôi trồng lớn, chỉ nuôi -Diện tích nuôi nhỏ, có thể nuôi được được tảo trong không gian 2 chiều. tảo trong không gian 3 chiều. - Nuôi trong bể dinh dưỡng không phải Nuôi trong bể lên men vi sinh khối, vận bể lên men vi sinh khối (bioreactor). động bằng máy khuấy trộn theo 3 chiều. - Tảo quang hợp chỉ dựa vào nguồn ánh - Tảo quang hợp dựa vào nguồn ánh sáng mặt trời. sáng nhân tạo và tự nhiên. - Hệ thống chịu nhiều tác động bởi thời - Hệ thống không chịu tác động bởi thời Lớp: DH06NT. Nhóm 10. 13 Trường ĐH Nông Lâm TP.HCM tiết khí hậu, do đó việc quản lý các yếu tố vật lý, hóa học thụ động. - Ít trang thiết bị hiện đại hơn. Thông số không được ấn định tự động. Môn: Thủy Sinh Thực Vật tiết. Việc quản lý các yếu tố vật lý chủ động. - Nhiều trang thiết bị hiện đại giúp quản lý chủ động tất cả các yếu tố vật lý(ánh sáng, nhiệt độ…), hóa học (hóa chất dùng nuôi trồng tảo), sinh học (kiểm soát diệt những sinh gây hại cho spirulina). Tất cả các thông số(nhiệt độ, ánh sáng, ph…) đều được ấn định tự động. - Cho năng suất cao. - Cho năng suất thấp hơn hệ thống kín III.2/ Hệ thống nuôi tảo hở: Một số lưu ý khi chuẩn bị nuôi tảo:  Tìm hiểu về thị trường tiêu thụ.  Hệ thống giao thông từ nơi nơi nuôi tảo đến các nhà máy chiến biến tảo phải thuận lợi. Tìm được thỏa thuận giữa người nuôi tảo và nhà chế biến tảo.  Chuẩn bị nguyên vật liệu xây dựng ao, bể nuôi, hệ thống khuấy nước.  Chuẩn bị nguồn giống tảo spirulina.  Chuẩn bị hóa chất nuôi tảo, trang thiết bị cho biết các thông số của môi trường nuôi tảo như: máy đo pH, đo oxygen, nhiệt độ…  Chuẩn bị kĩ thuật nuôi tảo. III.2.1/ Thiết kế bể nuôi tảo spirulina: III.2.1.1/ Lựa chọn địa điểm nuôi tảo: 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.2.1.2/ Thiết kế bể nuôi tảo: Bể nuôi tảo hình chữ nhật góc được vê tròn kết hợp với hệ thống cánh khuấy(paddle-wheel). Bể có thể lớn (hoặc nhỏ) về diện tích, thể tích có thể lên tới 1 ha x 0,3 m3, thậm chí đến 200ha x 0,3 m3. Bể nên xây cao 50 – 55 cm để đảm bảo độ sâu mực nước từ 20 – 30 cm. Bể được xây dựng bằng vật liệu xây dựng thông thường(ximang, plastic, gạch cement hay gạch beton cement chịu kiềm). Lớp: DH06NT. Nhóm 10. 14 Trường ĐH Nông Lâm TP.HCM Môn: Thủy Sinh Thực Vật Bể có xây 1 bức tường ngăn hụt ở giữa tạo dòng chảy lưu thông khí khuấy xục. Có thể đặt 1 hay 2 máy khuấy ở các đầu để lưu thông nước. *Hệ thống khuấy – xục khí: Hệ thống nuôi tảo với qui mô lớn có kết hợp hợp hệ thốnng khuấy – xục khí nhằm thu lượng sinh khối nhiều nhất. Lưu ý: bể cần được khuấy liên tục. Sự xục khí nhằm:  Tạo sự tiếp xúc tốt hơn của tế bào tảo với dinh dưỡng, ánh sáng, CO 2.  Giữ ổn định nhiệt độ trong nước giúp tảo phát triển tốt.  Tạo ra tốc độ nước chảy 5,0cm/s. Do đó, tạo ra điều kiện tối ưu co sự phát triển vì tảo sẽ không bị lắng nhất là tại các góc của bể. Lớp: DH06NT. Nhóm 10. 15 Trường ĐH Nông Lâm TP.HCM Môn: Thủy Sinh Thực Vật Ngoài ra,có thể xây mái che cho bể. Mái che là một kiểu nhà kính đơn giản có thể thiết kế với 2 mái, nóc nhọn. Khung mái bằng thép, lợp tole trong, nhựa plastic hay bằng kính để ánh sáng đi qua được.Mái di động theo hướng một nửa mái có thể kéo nằm song song phía dưới phần mái cố định kế bên. Mái che được nằm ở vị trí chiếu sáng tốt nhất, thường hướng Đông-Tây. Công dụng của mái che:  Chống sự xâm nhiễm của bụi đất, cát theo gió đưa vào.  Bụi khói do nhiên liệu bị đốt cháy.  Tránh chim bay vào. III.2.2/ Nguồn nước: Nước là dung môi quan trọng để hòa tan các chất dinh dưỡng nuôi tảo spirulina. Nước có thể lấy từ các nguồn: Nước giếng khoan: có chứa nhiều chất vô cơ có ích, nhưng cần phải loại bỏ các chất độc như chì, arsenic… Nước máy đô thị: đắt. Nước biển, suối nước khoáng: có chứa nhiều dưỡng chất. Sau đây là thành phần hóa học của môi trường Zarrouk và một số nguồn tài nguyên nước. STT Tên hóa chất (1) Lớp: DH06NT. Nhóm 10. (2) NGUỒN (3) (4) (5) 16 Trường ĐH Nông Lâm TP.HCM Môn: Thủy Sinh Thực Vật 1 NaHCO3 16,80 0,21 00 2 KHPO4 0,50 3 4 5 NaNO3 NaCl MgSO4.7H2O 2,50 1,00 0,2 0,74 (theo KCl) 00 23,36 6,30 6 7 8 9 10 11 12 13 14 FeSO4.7H2O K2SO4 CaCl2.2H2O EDTA Dung dịch A5 Dung dịch B6 Tổng số (g/L) pH Ấp suất thẩm thấu (mOsmol) 0,01 1,00 0,04 0,08 1ml/L 1ml/L ~ 22,14 8 -10 ~ 0,0004 + 1,32 00 * ~33 - 39 6,0 – 6,5 30,02 (theo KCl) + 45,20 97,08 (Khan) + + + 00 00 ++ ~370 6,8 620,83 1094,23 + 0,8 – 0,99 (CO2 tự do) + 0,011 (CO2 tự do) + Na+ = 0,95 K+ = 0,038 Ca2+ = 0,037 0,143 (tổng Na+K+) Ca2+ = 0,092 Mg2+ = 0,12 Fe = 0,6 Cl- = 0,02 HCO3- = 2,58 PO4- = 0,007 … ? 7,5 - 8 Mg2+ = 0,017 Fe2+ = 0,0004 Cl- = 0,03 HCO3- = 0,227 SO42- = 0,084 … ~0,68 7,1 ~ Ghi chú: (1) Môi trường Zarrouk, trong đó dung dịch A5(g/L): H3BO3 = 2,86; MnCl2.4H2O = 1,8; ZnSO4.7H2O = 0,22; MoO3 = 0,01; CuSO4.5H2O = 0,08; Dung dịch B6(mg/L): NH4VO3 = 22,9; NiSO4.7H2O = 47,8; Na2WO4 = 17,9; Ti2(SO4)3 = 40,0; Co(NO3)2.6H2O = 4,4. (2) Nước biển: thành phần nước biển rất phức tạp, gần 100 nguyên tố hóa học, rất nhiều chất vi lượng. (3) Nước ót: nước ót đồng muối có thành phần phức tạp tương tự nước biển, các ion ++ đều hiện diện với tỉ lệ lớn. (4) Nước suối Vĩnh Hảo ở nước máy TP.Hà Nội. III.2.3/ Chuẩn bị giống: Ở nước ta thường dùng giống tảo S.latensis nguồn gốc nhập ngoại, với 4 hình dạng chính: thẳng, xoắn lò xo, uốn sóng và xoắn nếp dày, sâu. Các giống Spirulina nhập ngoại thường có nguồn gốc châu phi đã qua quá trình phân lập ở các phòng thí nghiệm sinh học. Nguồn gene spirulina ở nước ta khá phong phú, đặc biệt spirulina phát triển tự nhiên ở hồ ba bể (Hà Nội). III.2.3.1/ Tiêu chuẩn chọn giống spirulina: Chọn giống theo mục đích của sử dụng: làm thực phẩm (chọn giống giàu protein, vitamin, không có hoặc chứa ít mùi khó chịu khi sử dụng), làm dược phẩm(chọn giống chiết xuất được chất mong muốn với liều lượng cao), làm mỹ phẩm( chọn giống chiết xuất ra được nhiều chất dưỡng da, chống lão hóa da như Vitamin Echống oxy hóa…) Chọn giống ít hấp phụ, tích tụ các chất độc của môi trường nuôi cấy như:Pb, arsenic. Giong Spirulina chất lượng tốt là giống hấp phụ ít nhất các chất độc trong cùng điều kiện thí nghiệm. Chọn giống cho năng suất cao, dễ thu hoạch, dễ thích nghi, sức chống chịu tốt. Lớp: DH06NT. Nhóm 10. 17 Trường ĐH Nông Lâm TP.HCM Môn: Thủy Sinh Thực Vật Giống spirulina phải được mua ở những cơ sở uy tín. Đồng thời nơi nuôi trồng spirulina cũng nên được trang bị những phòng thí nghiệm để phục vụ cho công tác giữ và nhân giống phục vụ sản xuất. Ở nước ta có bảo tàng giống tảo Việt Nam là nơi cung cấp giống và tư vấn xây dựng qui trình nuôi tảo- do giáo sư Dương Đức Tiến thành lập từ năm 1982. III.2.3.2/ Lợi ích của việc xây dựng phòng thí nghiệm ở nơi nuôi tảo: Là nơi giúp phân tích chất lượng nước các bể nuôi để luôn kiểm soát tốt các thông số của môi trường nuôi tảo, đảm bảo số lượng và chất lượng sinh khối khi thu hoạch. Là nơi cất giữ và nhân giống tảo phục vụ cho sản xuất spirulina. Có thể giúp người nuôi tảo tiết kiệm một khoảng chi lớn so với việc mua giống tảo bên ngoài. Đảm bảo giống tảo luôn có để phục vụ sản xuất. Có thể lai tạo để tìm ra những giống tốt như: thích nghi cao, năng suât cao, chất lượng tốt. Có thể làm nơi tìm ra những công thức môi trường mới nuôi tảo đạt hiệu quả. Lưu ý: thiết kế phòng thí nghiệm phải có bể nhân giống tảo. III.2.3.3/ Một số dụng cụ hóa chất 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. Lớp: DH06NT. Nhóm 10. 18 Trường ĐH Nông Lâm TP.HCM Môn: Thủy Sinh Thực Vật Môi trường nuôi cấy tảo trong phòng thí nghiệm: thường là môi trường Zarrouk đã nêu ở những phần trên. III.2.4/ Quy trình nuôi tảo Spirulina thu sinh khối: Hệ thống nuôi hở nuôi spirulina gồm: Hồ nuôi và máy trộn, mái che điều chỉnh ánh sáng và ô nhiễm ( có thể không có ở quy mô lớn),hệ thống cấp nước.Tiến hành quy trình như sau: Chuẩn bị: Vệ sinh hồ cấp nước tới mức định sẵn( 15 – 30cm)(nguồn thích hợp không lẫn các chất có hại cho tảo) bổ sung hóa chất vào nguồn nước (định lượng các thành phần hóa học chủ yếu Na+, K+, HCO3-, NO3-…- theo công thức Zarrouk và thông số pH). Môi trường nuôi nên để ổn định trong vài giờ trước khi bơm giống xuống bể. Bơm giống: Mật độ tế bào spirulina ~ 150 – 300 mg/L. Chế khuấy nên liên tục trong ngày và hạn chế ánh sáng cho phù hợp với sinh khối loãng. Sinh khối tiếp tục phát triển thì tính toán pha loãng dần để tiếp tục nâng mực nước nuôi lên đạt độ sâu cao nhất. Chất nuôi tiếp tục bổ sung theo chỉ dẫn của định lượng thông số hằng ngày, có thể theo chu kỳ: NaHCO3: cách 2 -3 ngày, tùy PH tăng lên và ổn định 10,5. Nguồn N: ure cách 1 -2 ngày, các loại đạm khác thưa hơn. Lớp: DH06NT. Nhóm 10. 19 Trường ĐH Nông Lâm TP.HCM Môn: Thủy Sinh Thực Vật Nước bổ sung hằng ngày để bù đắp lượng nước bốc hơi. Thu hoạch sinh khối: Khi sinh khối đạt > 750 mg/L thì thu hoạch, và nên để sinh khối tảo đang sinh trưởng còn lại >= 300 mg/L. Thời gian bắt đầu thu hoạch thường sau xuống giống 7 – 10 ngày, và quá trình nuôi thu hoạch liên tục dài 3 – 4 tháng thì thu toàn bộ, làm vệ sinh hồ, nuôi mẻ mới. III.2.5/ Một số vấn đề quản lý bể nuôi tảo: III.2.5.1/ 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.2.5.2/ 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: 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. Lớp: DH06NT. Nhóm 10. 20