Tài liệu Thu nhận protein từ tảo spirulina nhằm ứng dụng trong chế biến bột dinh dưỡng

LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành bản luận văn này học viên đã nhận được sự giúp đỡ của nhiều cá nhân và tập thể. Trước hết, Học viên xin được bày tỏ lòng biết ơn chân thành và sâu sắc đến TS. Phạm Hương Sơn – Viện Ứng dụng Công nghệ, PGS.TS. Nguyễn Thị Minh Tú– Viện Công nghệ Sinh học và Công nghệ Thực phẩm đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ Học viên trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu để hoàn thành luận văn này. Học viên xin cảm ơn tập thể cán bộ Viện Đào tạo sau đại học – Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, các giảng viên Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, đặc biệt là các cán bộ Trung tâm Sinh học Thực nghiệm – Viện Ứng dụng Công nghệ đã tạo điều kiện thuận lợi cho Học viên hoàn thành bản luận văn. Cuối cùng, Học viên cũng gửi lời cảm ơn đến gia đình, bạn bè và các đồng nghiệp đã giúp đỡ, động viên học viên hoàn thành luận văn này. Hà nội, ngày 28 tháng 09 năm 2016 Học viên Trƣơng Thị Chiên i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan bản luận văn này là kết quả nghiên cứu do bản thân tôi thực hiện cùng với sự cộng tác của các đồng nghiệp. Những số liệu đƣa ra là hoàn toàn trung thực và không vi phạm bản quyền của bất kỳ tác giả nào. Học viên Trương Thị Chiên ii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT Kí hiệu, chữ viết tắt Chú giải GLA Axit gamma linolenic B. cereus Bacillus cereus CN Chấp nhận Cl. perfrigens Clostridium perfringens E. coli Escherichia coli HA Hỗn hợp nguyên liệu PP Polypropylene PET Polyethylene terephthalate PC Phycocyanin SI Độ hòa tan S. platensis Spirulina platensis S.maxima Spirulina maxima Spirulinapr Bột protein từ Spirulina S. aureus Staphylococcus aureus SOD Superoxit dismutaza TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam TCN Trƣớc công nguyên TT Thứ tự TLK Trọng lƣợng khô USDA United States Department of Agriculture VKHK Vi khuẩn hiếu khí NM-NM Nấm men, nấm mốc iii DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1. Thành phần dinh dƣỡng có trong tảo Spirulina .........................................5 Bảng 1.2. Hàm lƣợng protein có trong các loại thực phẩm .......................................7 Bảng 1.3. Thành phần axit béo trong tảo Spirulina (% tổng axit béo) ......................8 Bảng 1.4. Thành phần vitamin nhóm B có trong tảo Spirulina .................................9 Bảng 1.5.Thành phần chất khoáng có trong tảo Spirulina .......................................11 Bảng 3.1. Khả năng phân tán của bột tảo Spirulina ở các khoảng thời gian khác nhau ...........................................................................................................................34 Bảng 3.2. Ảnh hƣởng của nhiệt độ qua xử lý ........... Error! Bookmark not defined. Bảng 3.3. Ảnh hƣởng của thời gian qua xử lý .......... Error! Bookmark not defined. Bảng 3.4. Ảnh hƣởng của tác nhân phá bọt đến chất lƣợng cảm quan của quá trình thu bột protein từ tảo Spirulina .................................................................................38 Bảng 3.5. Một số chỉ tiêu chất lƣợng của bột protein từ tảo Spirulina .....................39 Bảng 3.6. Chất lƣợng bột tảo Spirulina và bột tảo Spirulinapr .................................40 Bảng 3.7. Chỉ tiêu cảm quan của nguyên liệu ...........................................................44 Bảng 3.8. Một số chỉ tiêu chất lƣợng của nguyên liệu ..............................................44 Bảng 3.9. Ảnh hƣởng của tốc độ cấp liệu đến tính chất vật lý của bột sau ép đùn ..46 Bảng 3.10. Thành phần dinh dƣỡng chính của các công thức phối trộn...................47 Bảng 3.11. Ảnh hƣởng của tỷ lệ bổ sung tảo Spirulinapr đến chất lƣợng cảm quan của bột dinh dƣỡng uống liền 48 Bảng 3.12. Ảnh hƣởng của vật liệu bao gói đến chất lƣợng của bột theo thời gian bảo quản ....................................................................................................................49 Bảng 3.13. Cảm quan, đánh giá của cộng đồng ........................................................53 Bảng 3.14. Kết quả phân tích chất lƣợng bột dinh dƣỡng uống liền có bổ sung tảo Spirulinapr ..................................................................................................................54 iv DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 1.1. Một số sản phẩm có nguồn gốc từ tảo Spirulina.......................................21 Hình 1.2. Bột dinh dƣỡng Organic K - BioGreen .....................................................25 Hình 2.1. Phá vỡ màng tế bào bằng phƣơng pháp vật lý ..........................................29 Hình 2.2. Phá vỡ màng tế bào bằng phƣơng pháp khuếch tán ..................................29 Hình 3.1. Ảnh hƣởng của tỷ lệ nguyên liệu đến quá trình phá vỡ màng tế bào .......35 Hình 3.2. Hiệu suất phá vỡ màng tế bào tảo Spirulina .............................................36 Hình 3.3. Sản phẩm bột tảo Spirulina và Spirulinapr ................................................41 Hình 3.4. Sản phẩm bột dinh dƣỡng uống liền .........................................................53 v MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................. i LỜI CAM ĐOAN ...................................................................................................... ii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT ............................................ iii MỤC LỤC ................................................................................................................. vi MỞ ĐẦU .....................................................................................................................1 CHƢƠNG I: TỔNG QUAN TÀI LIỆU .....................................................................3 1. Giới thiệu về tảo Spirulina ...................................................................................3 1.1. Đặc điểm hình thái và sinh lý của tảo Spirulina............................................3 1.2. Đặc điểm cấu tạo của Spirulina .....................................................................4 1.3. Thành phần dinh dƣỡng của tảo Spirulina ....................................................4 2. Tình hình nghiên cứu ứng dụng tảo Spirulina ...................................................12 2.1. Tình hình nghiên cứu ứng dụng tảo Spirulina trên thế giới ........................12 2.2. Tình hình nghiên cứu ứng dụng tảo Spirulina tại Việt Nam .......................18 3. Thu nhận protein từ tảo Spirulina ......................................................................21 3.1. Mục đích của quá trình thu nhận protein từ tảo Spirulina ...........................21 3.2. Các phƣơng pháp phá vỡ tế bào sử dụng cho quá trình thu nhận protein ...22 4. Tình hình sản xuất và tiêu thụ bột dinh dƣỡng trên thế giới và ở Việt Nam .....23 4.1. Trên thế giới ................................................................................................23 4.2. Ở Việt Nam ..................................................................................................25 CHƢƠNG II: NGUYÊN LIỆU, PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ........................28 2.1. Nguyên vật liệu ...............................................................................................28 2.2. Hóa chất và thiết bị .........................................................................................28 2.3. Phƣơng pháp nghiên cứu ................................................................................28 2.3.1. Phƣơng pháp phá vỡ màng tế bào tảo Spirulina. .....................................28 2.3.2. Phƣơng pháp thu bột protein từ tảo Spirulina ..........................................29 2.3.3. Phƣơng pháp xác định các chỉ tiêu hóa lý ................................................31 2.3.4. Phƣơng pháp tạo bột dinh dƣỡng .............................................................32 2.3.5. Phƣơng pháp xác định các chỉ tiêu vi sinh vật .........................................32 vi 2.3.6. Phƣơng pháp phân tích cảm quan ............................................................33 2.3. Xử lý số liệu ....................................................................................................33 CHƢƠNG III: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ..........................................................34 3.1. Ảnh hƣởng của một số điều kiện đến quá trình thu nhận bột protein từ tảo Spirulina.................................................................................................................34 3.1.1. Khảo sát khả năng phân tán của sinh khối tảo Spirulina trong môi trƣờng lỏng .....................................................................................................................34 3.1.2. Ảnh hƣởng của tỷ lệ nguyên liệu .............................................................34 3.1.3. Ảnh hƣởng của phƣơng pháp phá vỡ màng tế bào tảo Spirulina .............35 3.1.4. Ảnh hƣởng của nhiệt độ và thời gian đến quá trình thu nhận protein từ tảo Spirulina .............................................................................................................36 3.1.5. Ảnh hƣởng của phƣơng pháp làm khô đến chất lƣợng bột tảo Spirulina 39 3.1.6. Đánh giá chất lƣợng bột protein từ tảo Spirulina .....................................40 3.1.7. Quy trình tạo bột tảo Spirulinapr...............................................................41 3.2. Nghiên cứu xây dựng quy trình sản xuất bột dinh dƣỡng uống liền có bổ sung tảo Spirulinapr ........................................................................................................43 3.2.1. Nghiên cứu lựa chọn một số nguyên liệu chính .......................................43 3.2.2. Nghiên cứu tạo độ mịn của bột dinh dƣỡng .............................................45 3.2.3. Nghiên cứu xác định công thức phối trộn tạo bột dinh dƣỡng uống liền.46 3.2.4. Nghiên cứu ảnh hƣởng của tỷ lệ phối trộn Spirulinapr đến chất lƣợng cảm quan của bột dinh dƣỡng uống liền ....................................................................48 3.2.5. Nghiên cứu ảnh hƣởng của vật liệu bao gói đến chất lƣợng của bột .......48 3.2.6. Quy trình sản xuất bột dinh dƣỡng uống liền có bổ sung tảo Spirulinapr 50 3.3. Đánh giá sự chấp nhận của cộng đồng ...........................................................53 3.4. Đánh giá sự ổn định của sản phẩm .................................................................54 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ...................................................................................56 TÀI LIỆU THAM KHẢO .........................................................................................57 vii MỞ ĐẦU Spirulina là loại vi tảo đƣợc sử dụng nhƣ một dạng thực phẩm rất giàu protein, lipit, polysaccharit, chất xơ, các nguyên tố vi lƣợng và các chất có hoạt tính sinh học. Với nguồn dinh dƣỡng và giá trị dƣợc lý cao, Spirulina đƣợc sử dụng rộng rãi trong thực phẩm, dƣợc phẩm nhằm chữa trị và kìm hãm sự phát triển của một số bệnh nhƣ: rối loạn đƣờng tiêu hóa, thiếu máu, tăng cƣờng hệ miễn dịch, sự phát triển của khối u, các tác nhân gây bệnh, giảm mỡ máu. Vì vậy, tảo Spirulina đã đƣợc các nhà khoa học gọi là thực phẩm của tƣơng lai hay “siêu thực phẩm – super food” [8], [28]. Từ những năm 70, ở Nhật và Mỹ, tảo Spirulina đƣợc xem là nguồn thực phẩm có lợi cho sức khỏe. Đến những năm 90, vấn đề tiêu thụ Spirulina đã phát triển vƣợt bậc tại nhiều quốc gia ở Châu Á, Châu Âu, Bắc Mỹ… làm cho Spirulina ngày càng trở nên phổ biến. Các sản phẩm thực phẩm dinh dƣỡng, thực phẩm chức năng có nguồn gốc từ Spirulina đƣợc phát triển rộng rãi. Tại Trung Quốc [28], tảo Spirulina đƣợc phối trộn với một số thực phẩm truyền thống nhƣ mật ong để tạo ra các sản phẩm dinh dƣỡng chức năng (siro, nƣớc uống không cồn…) có hƣơng vị đặc trƣng. Ngoài ra, bột Spirulina còn đƣợc bổ sung vào quá trình chế biến một số sản phẩm bánh kẹo, bánh mì, trà…, tạo ra các sản phẩm có giá trị dƣợc dƣỡng cao, sử dụng nhƣ nguồn bổ sung trong việc hỗ trợ và tăng cƣờng sức khỏe cộng đồng. Tuy nhiên bột tảo Spirulina nguyên liệu đều không tan trong nƣớc, làm hạn chế tính ứng dụng của chúng trong công nghệ chế biến thực phẩm [21]. Ngày nay, xu hƣớng sử dụng các sản phẩm có nguồn gốc từ tự nhiên, đặc biệt là các dạng ngũ cốc nhƣ gạo lứt, đậu tƣơng, đậu xanh… ngày càng trở thành xu hƣớng tiêu dùng tại nhiều quốc gia trên thế giới, đặc biệt là các quốc gia phát triển. Một số các nghiên cứu gần đây cho thấy [3], tỷ lệ loãng xƣơng, xơ vữa động, ung thƣ vú và tử cung ở phụ nữ tại một số nƣớc phƣơng Đông, đặc biệt ở Trung Quốc và Nhật Bản là rất thấp. Nghiên cứu dịch tễ học cho thấy có liên quan đến thói quen dinh dƣỡng, đặc biệt họ sử dụng đậu tƣơng đƣợc chế biến dƣới dạng các thực phẩm khác nhau. 1 Các nguyên liệu có hàm lƣợng tinh bột, protein cao, qua quá trình ép đùn, dƣới tác dụng của nhiệt làm cho sản phẩm tạo thành có độ nở, độ mịn và độ hòa tan cao, thích hợp cho quá trình hấp thu của cơ thể [16]. Nhu cầu sử dụng các sản phẩm bột uống liền, có hàm lƣợng dinh dƣỡng cao, bổ sung năng lƣợng nhanh cho cơ thể đang khá phổ biến ở nhiều quốc gia trên thế giới, sản lƣợng tiêu dùng hiện nay trên thế giới khoảng 3 triệu tấn/năm [37]. Theo thống kê của USDA, 40% năng lƣợng hàng ngày của trẻ em Mỹ đƣợc cung cấp từ việc sử dụng các sản phẩm bột ngũ cốc uống liền vào bữa sáng. Từ những lý do trên, chúng tôi tiến hành thực hiện đề tài: “Thu nhận bột protein từ tảo Spirulina nhằm ứng dụng trong chế biến bột dinh dưỡng”.  Mục đích Thu nhận đƣợc bột protein từ tảo Spirulina bằng phƣơng pháp phá vỡ màng tế bào. Bột tảo Spirulina thu đƣợc giúp tăng khả năng hòa tan trong môi trƣờng lỏng, giảm mùi tanh, dễ sử dụng và ứng dụng trong chế biến bột dinh dƣỡng uống liền.  Nội dung nghiên cứu 1. Ảnh hƣởng của một số điều kiện đến quá trình thu nhận protein từ tảo Spirulina. 2. Nghiên cứu xây dựng quy trình sản xuất bột dinh dƣỡng có bổ sung tảo Spirulinapr 3. Đánh giá sự chấp nhận của cộng đồng. 4. Đánh giá sự ổn định của sản phẩm. 2 CHƢƠNG I: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1. Giới thiệu về tảo Spirulina 1.1. Đặc điểm hình thái và sinh lý của tảo Spirulina Tảo Spirulina (Arthrospira) thuộc chi Spirulina, họ Oscillatoriaceae, bộ Oscillaloriales (Nostocales), lớp Cyanophyceae (Cyanobacteria: vi khuẩn lam), ngành Cyanophyta (Cyanochloronta), có dạng hình xoắn lò xo với 5 – 7 vòng xoắn đều nhau, sợi không phân nhánh. Spirulina thuộc nhóm tảo đa bào, có màu xanh lam (tảo lam), đƣợc biết đến nhƣ một loại thực phẩm bổ sung dinh dƣỡng với hàm lƣợng protein cao (55 – 70%) và nhiều chất có hoạt tính sinh học khác [12]. Spirulina có diện tích phân bố khá rộng, có khả năng thích nghi với các điều kiện sống khác nhau. Tuy nhiên, Spirulina sinh trƣởng mạnh nhất trong môi trƣờng kiềm (pH 8,5 – 11), có mặt phổ biến ở những hồ tự nhiên thuộc châu Phi và châu Mỹ, là những nơi gần vùng xích đạo, thƣờng xảy ra sự mất cân bằng nƣớc do chênh lệch về tƣơng quan giữa lƣợng mƣa và sự bốc hơi nƣớc, gây nên hiện tƣợng muối trong nƣớc tụ lại làm tăng độ mặn và kiềm. Trong số các cơ thể tự dƣỡng, tảo lam đƣợc xem là nhóm nguyên thủy nhất. Di tích hóa thạch của chúng phát hiện cho thấy tảo lam tồn tại từ cách đây khoảng 3,8 tỷ năm. Tảo lam đƣợc xếp liền sau các nhóm vi khuẩn, riêng với các nhóm khác vì ngoài đặc điểm chƣa có nhân thật, chƣa có lục lạp mà thay vào đó là diệp lục tố a và sắc tố phụ có bản chất là protein. Chúng không có tiên mao, di chuyển bằng cách trƣợt trên bề mặt. Do hình dạng “lò xo xoắn” dễ nhận biết qua kính hiển vi nên ngƣời ta thƣờng gọi loại tảo này là “tảo xoắn Spirulina”. Spirulina đƣợc sản xuất nhƣ một sản phẩm thƣơng mại từ khoảng 20 năm năm trở lại đây ở cả qui mô gia trại, trang trại và nhà máy lớn. Sản lƣợng Spirulina trên thế giới hiện nay đƣợc ƣớc tính khoảng 3 triệu tấn/năm [13]. Tại nhiều quốc gia ở Châu Phi, tảo Spirulina đƣợc sử dụng thƣờng xuyên nhƣ một loại thực phẩm cung cấp protein cho con ngƣời. Ngoài ra, Spirulina cũng đƣợc sử dụng khá phổ biến trong công nghiệp sản xuất các sản phẩm thực phẩm có lợi cho sức khỏe con ngƣời ở nhiều quốc gia thuộc Châu Á, điển hình nhƣ Trung Quốc, Nhật Bản. 3 1.2. Đặc điểm cấu tạo của Spirulina Spirulina là tảo lam đa bào dạng sợi, gồm nhiều hình trụ xếp không phân nhánh, mỗi tế bào của sợi có chiều rộng 5 μm, dài 2 mm. Không có lục lạp mà chỉ chứa thylacoid phân bố đều trong tế bào. Chúng không có không bào, không có nhân điển hình, vùng nhân không rõ, trong đó có chứa DNA. Thành tế bào có cấu trúc nhiều lớp chứa mucopolymer, pectin và các loại polysaccharit khác. Màng tế bào nằm sát ngay dƣới thành tế bào và nối với màng quang hợp thylacoid tại một vài điểm. Thành tế bào của Spirulina có cấu tạo gồm 4 lớp, xếp theo thứ tự từ bên trong ra ngoài là: LI, LII, LIII và LIV. Các lớp này đều rất mỏng, ngoại trừ lớp 2 đƣợc cấu tạo từ peptitoglucan, chất này giữ cho thành tế bào cứng chắc. Lớp 1 chứa β-1,2-glucan, một chất khó tiêu hóa đối với con ngƣời. Tuy nhiên lớp này chiếm tỷ lệ thấp (<1%), độ dày nhất của nó là 12mm, còn các protein và các lipopolysaccharit tự nhiên của lớp thứ hai là lý do cho sự tiêu hóa Spirulina rất dễ dàng của con ngƣời. Chlorophyll a, carotene và phycobilisome nằm trong hệ thylakoid hoặc cơ quan quang hợp của tảo này. Phycobilisome là nơi chứa phycocyanin (sắc tố xanh). Riboxom và các sợi DNA nằm ở vùng trung tâm. Spirulina chứa nhiều tổ chức ngoại vi kết hợp với thylakoid, chúng là các hạt cyanophycin, thể polyhedrat, các hạt polyglucan, hạt lipit. Các hạt cyanophycin, hay còn gọi là các hạt dự trữ, có vai trò quan trọng do các hợp chất hóa học tự nhiên và các nhóm sắc tố của chúng. Thể polyhedrat cho phép cố định CO2 trong hệ thống quang hợp và có thể chứa một cơ quan dự trữ. Các hạt polyglucan là những polymer glucose, nhỏ, tròn và khuếch tán rộng trong thylakoid. Các hạt lipit từ cơ quan dự trữ, đƣợc cấu tạo bởi poly- β- hydroxybutyrate, và chúng đƣợc coi là những chất dự trữ năng lƣợng. 1.3. Thành phần dinh dƣỡng của tảo Spirulina Spirulina đƣợc dùng làm thực phẩm cho con ngƣời từ khá lâu. Nhiều bài báo cho thấy Spirulina đã đƣợc sử dụng nhƣ một loại thức ăn truyền thống của ngƣời Mexico trong thời kì Aztec. Theo tài liệu của nhà thực vật học ngƣời Pháp 4 Dangeard thì Spirulina cũng đƣợc thổ dân vùng hồ Chad (châu Phi) sử dụng nhƣ một loại thức ăn (bánh dihé) thƣờng xuyên [17]. Các nghiên cứu về độc học do Tổ chức Phát triển Công nghiệp Liên hiệp quốc (UNIDO) tiến hành đã chứng minh tính an toàn của loại tảo này khi đƣợc dùng làm thực phẩm cho con ngƣời. Những nghiên cứu đầu tiên về Spirulina tập trung chủ yếu khai thác nguồn protein, vitamin (chủ yếu là các vitamin nhóm B), các khoáng chất (đặc biệt là sắt) có trong loại tảo này, và đây cũng là một trong số ít nguồn thực phẩm có chứa γlinolenic axit (GLA). Hiện ngày càng có nhiều nghiên cứu tập trung đến những tác dụng chữa bệnh của Spirulina. Đã có một số công bố hoặc nghiên cứu cho thấy hiệu quả của Spirulina hay các chất tách chiết từ Spirulina trong điều trị một số bệnh (mỡ máu, tiểu đƣờng, hệ thống miễn dịch, ung thƣ…). Đến nay có nhiều công ty sản xuất và chế biến các sản phẩm từ Spirulina nhƣ một loại thực phẩm bổ sung trên khắp thế giới. Các thành phần dinh dƣỡng chính trong tảo Spirulina tính trên 100g bột khô đƣợc trình bày ở bảng 1.1 Bảng 1.1. Thành phần dinh dƣỡng có trong tảo Spirulina [19] Thành phần Hàm lƣợng Thành phần Calo 373 Vitamin Tổng chất béo 4,3g Vitamin A 352000 UI Chất béo no 1,95 Vitamin K 1090 µg Chất béo không no đa thể 1,93 Vitamin B1 0,5 mg Chất béo không no đơn thể 0,26 Vitamin B2 4,53 mg Cholesterol <0,1mg Vitamin B3 14,9 mg Tổng cacbohydrat 17,8g Vitamin B6 0,96 mg Chất xơ tiêu hóa 7,7 Vitamin B12 162 µg Đƣờng 1,3 Chất khoáng Lactoza <0,1 Canxi 468 mg Protein 63g Sắt 87,5 mg 5 Hàm lƣợng Axit amin không thay thế (mg) Photpho 961 mg Histidin 1000 Iot 142 mg Izolơxin 3500 Magie 319 mg Lơxin 5380 Kẽm 1,45 mg Lyzin 2960 Selen 25,5 µg Methinonin 1170 Chì 0,47 mg Phenyl alanin 2750 Mangan 3,26 mg Treonin 2860 Crom <400 µg Tryptophan 1090 Kali 1660 Valin 3940 Natri 641 mg Dinh dưỡng quang hợp Axit amin thay thế (mg) Alanin 4590 Phycocyanin 17,2% Arginin 4310 Chlorophyll 1,2% Axit aspartic 5990 SOD 531000UI Cystin 590 GLA 1080 mg Axit glutamic 9130 Carotenoit 504 mg Glycin 3130 Beta caroten 211 mg Prolin 2380 Zeaxanthin 101 mg Sêrin 2760 Tyrozin 2500 Thành phần chính của Spirulina bao gồm: * Protein Spirulina thƣờng chứa hàm lƣợng protein cao (chiếm 55-70% TLK) tùy thuộc giống và điều kiện nuôi trồng [34], là nguồn cung cấp protein hoàn hảo – chứa hầu hết các amino axit thiết yếu. Mặc dù hàm lƣợng các amino axit trong 6 Spirulina nhƣ methionine, cystine và lysine không nhiều so với các sản phẩm có trong thịt, trứng hay sữa, nhƣng lại cao hơn nhiều so với protein thực vật (các cây họ đậu) và cao hơn hai lần hàm lƣợng protein trong đậu nành (35%). Chính vì những ƣu điểm trên mà protein trong tảo Spirulina đƣợc đánh giá cao về giá trị dinh dƣỡng cho sức khỏe con ngƣời [19]. Không giống nhƣ nhiều loài sinh vật khác, tế bào của tảo Spirulina không có thành xenluloza, do đó rất dễ vỡ, làm tăng khả năng tiêu hóa của protein. Vì vậy, sử dụng Spirulina không yêu cầu phải nấu chín hoặc bất kỳ kỹ thuật xử lý đặc biệt nào [24]. Spirulina có thể dùng đƣợc một cách trực tiếp, là một biện pháp hữu hiệu giúp sử dụng triệt để các thành phần dinh dƣỡng dễ bị mất trong nó nhƣ vitamin, axit béo,… Bảng 1.2. Hàm lƣợng protein có trong các loại thực phẩm [23] Hàm lƣợng protein (%) Loại thực phẩm Bột Spirulina 65 Trứng 47 Men bia 45 Váng bột sữa 37 Bột đậu tƣơng 36 Phomai 36 Mầm lúa mì 27 Lạc 26 Thịt gà 24 Cá 22 Thịt bò 22 * Hydratcacbon 7 Tảo Spirulina chứa khoảng 15 – 25% hydratcacbon trong tổng số trọng lƣợng khô của tảo [19], chủ yếu là những hydratcacbon đơn giản nhƣ đƣờng glucoza, fructoza, saccharoza, ngoài ra còn chứa glycerol, mannitol, sorbitol,… Thành tế bào của Spirulina tƣơng tự nhƣ vi khuẩn Gram dƣơng [15], trên thành tế bào có sự kết hợp của glucosamin và axit muramic với các peptit. Mặc dù không tiêu hóa đƣợc nhƣng chúng rất dễ bị phá vỡ, do đó tạo điều kiện cho việc giải phóng các thành phần bên trong tế bào. Đây là điều kiện thuận lợi cho việc tận thu sinh khối tảo sử dụng làm thức ăn khi so sánh với thành tế bào của một số vi sinh vật khác nhƣ nấm men, tảo chlorella,… * Chất béo Hàm lƣợng chất béo trong Spirulina chiếm khoảng 5 – 7% bao gồm cả axit béo no và không no. Trong đó, các axit béo không no có ảnh hƣởng quan trọng đến hệ thống miễn dịch của tế bào. Hàng ngày, ngƣời lớn cần 1 – 2% năng lƣợng thu đƣợc từ axit béo và trẻ nhỏ cần 3% [15]. Bảng 1.3. Thành phần axit béo trong tảo Spirulina(% tổng axit béo) [24] Axit béo S. maxima S. platensis Palmitic 63 25,8 Palmitoleic (omega – 6) 2 3,8 Stearic 1 1,7 Oleic (omega – 6) 4 16,6 Linoleic (omega – 6) 9 12 γ-linolenic (omega – 6) 13 40,1 α-linolenic (omega – 6) Vết Vết Spirulina đƣợc coi là nguồn cung cấp axit γ-linolenic khá lớn sau sữa mẹ và một số loại dầu thực vật. Sự có mặt của axit γ-linolenic là một trong những thƣớc 8 đo quan trọng trong việc đánh giá chất lƣợng dinh dƣỡng của thực phẩm cũng nhƣ bữa ăn hàng ngày. Thông thƣờng axit γ-linolenic thƣờng đƣợc hấp thu vào cơ thể con ngƣời qua con đƣờng tiêu hóa các loại thức ăn có nguồn gốc từ thực vật. * Các vitamin Trong tảo Spirulina, ngoài các thành phần là protein, chất béo, hydratcacbon còn chứa nhiều loại vitamin có giá trị dƣợc lý cao nhƣ vitamin A (beta – carotene), B1 (thiamine), B2 (riboflavin), B3 (nicotinamid), B6 (pyridoxin), B9 (axit folic), B12 (cyanocobalamin), vitamin C, D và E (bảng 1.4) Bảng 1.4. Thành phần vitamin nhóm B có trong tảo Spirulina [24] Loại vitamin B1 Hàm lƣợng (mg/kg) 34 – 50 Nhu cầu (mg, ngƣời lớn) 1,5 B2 30 – 46 1,8 B6 5–8 2,0 B12 1,5 – 2,0 0,003 B3 130 20,0 B9 0,5 0,4 B5 4,6 – 25 6 – 10 B7 0,05 0,1 – 0,3 Vitamin A (beta – caroten) Beta – carotene chiếm 80% trong tổng số carotenoit có trong Spirulina, phần còn lại là physoxanthin và crytoxanthin. Mỗi kg Spirulina sấy khô chứa khoảng 700 – 1700 mg beta – carotene và khoảng 100mg crytoxanthin, chúng là hai loại carotenoit chính trong hợp phần vitamin A của động vật có vú. Theo một cuộc nghiên cứu của Viện Ung thƣ quốc gia Mỹ, một ngƣời đƣợc cung cấp khoảng 6 mg beta – carotene mỗi ngày sẽ giúp giảm thiểu hiệu quả sự tăng sinh của tế bào ung 9 thƣ, lƣợng beta – carotene đó có thể có đƣợc chỉ với 4g Spirulina, tƣơng đƣơng với sử dụng khoảng 100 gram rau ăn [12]. Hoạt tính sinh học của beta – carotene trong Spirulina đã đƣợc nghiên cứu và kiểm chứng thành công trên một số đối tƣợng nghiên cứu nhƣ chuột, gà… và có cả con ngƣời. Tại Ấn Độ [24], một cuộc nghiên cứu nhằm giảm sự thiếu hụt vitamin A đã đƣợc thử nghiệm trên 5000 trẻ em mầm non với sự bổ sung 1g Spirulina/ngày trong khẩu phần ăn. Sau 5 tháng thử nghiệm, tỷ lệ thiếu hụt vitamin A đã giảm từ 80% xuống còn 10%. Nghiên cứu đã chứng minh rằng, chỉ với một lƣợng nhỏ Spirulina trong khẩu phần ăn mỗi ngày có thể giúp giảm thiểu hiệu quả chứng quáng gà và suy giảm trí nhớ do thiếu hụt vitamin A ở trẻ nhỏ. Vitamin E Bột Spirulina khô chứa khoảng 50 – 190 mg/kg vitamin E, tƣơng đƣơng với lƣợng vitamin E có trong mầm lúa mạch. Nhu cầu vitamin E hàng ngày đƣợc xác định ở mức 15 UI, tƣơng đƣơng với 12 mg vitamin E [24]. * Chất khoáng Spirulina là nguồn cung cấp khá nhiều nguyên tố khoáng thiết yếu, có lợi cho sức khỏe con ngƣời nhƣ kali, sắt, canxi, magiê, mangan và kẽm (bảng 1.5). Tảo Spirulina có hàm lƣợng sắt tƣơng đối cao (580 – 1800 mg/kg), lớn hơn nhiều lần so với ngũ cốc. Do vậy, Spirulina đƣợc lựa chọn là nguồn bổ sung sắt rất tốt đối với sức khỏe con ngƣời. Nhiều công trình khoa học đã khẳng định, thiếu sắt gây ảnh hƣởng nghiêm trọng đến nhiều chức năng sinh lý, sinh hóa trong cơ thể, đặc biệt là phụ nữ có thai và trẻ nhỏ. Giá trị sinh học của sắt trong Spirulina đã đƣợc chứng minh trong nghiên cứu trên cả chuột và con ngƣời. Ngoài sắt, các nguyên tố khoáng thiết yếu khác nhƣ canxi, photpho, magiê và kali cũng chiếm lƣợng khá cao trong thành phần khoáng có trong Spirulina, ngang bằng lƣợng khoáng có trong sữa. Sử dụng Spirulina nhƣ một nguồn cung cấp khoáng có thể ngăn ngừa và kìm hãm các bệnh liên quan đến hội chứng thiếu hụt khoáng trong cơ thể nhƣ tim mạch, rối loạn thần kinh,… 10 Bảng 1.5.Thành phần chất khoáng có trong tảo Spirulina [24] Hàm lƣợng (mg/kg) Nhu cầu hàng ngày (ngƣời lớn, mg/kg) Canxi 1300 – 1400 1200 Photpho 6700 – 9000 100 Magie 2000 – 2900 250 – 350 Sắt 580 – 1800 18 Kẽm 21 – 40 15 Đồng 8 – 10 1,5 – 3 Crom 2,8 0,5 – 2 25 – 37 5 Natri 4500 500 Kali 6400 - 15400 3500 Thành phần khoáng Mangan * Các sắc tố quang hợp: Spirulina đƣợc xếp vào ngành vi khuẩn lam – sinh vật chƣa có nhân điển hình nên bộ máy quang hợp không phân hóa thành cơ quan chuyên hóa là lục lạp mà phân tán ra trong toàn bộ tế bào. Số lƣợng và hàm lƣợng cao các sắc tố quang hợp là một phần tạo nên tính đặc trƣng của Spirulina. Trong thành phần dinh dƣỡng của Spirulina có chứa nhiều nhóm chất màu có giá trị dƣợc lý khá cao và đã đƣợc thử nghiệm, chứng minh qua nhiều nghiên cứu, trong đó phải kể đến các sắc tố nhƣ chlorophyll a, xanthophyll, β-carotene, echinenone, myxoxanthophyll, zeaxanthin, canthaxanthin, oscillaxanthin diatoxanthin, cùng với các 3-hydroxyechinenone, beta-cryptoxanthin, phycobiliprotein c-phycocyanin allophycocyanin. 11 nhƣ và 2. Tình hình nghiên cứu ứng dụng tảo Spirulina 2.1. Tình hình nghiên cứu ứng dụng tảo Spirulina trên thế giới Spirulina đƣợc sử dụng làm thức ăn cho con ngƣời từ rất sớm (thế kỷ XVI) bởi những ngƣời dân sống gần khu vực hồ Chad, vùng Kanem (Mexico), là một loại thực phẩm truyền thống đƣợc biết đến với cái tên dihé. Loại tảo này do tiến sĩ Clement ngƣời Pháp phát hiện ra vào những năm 1960 khi đến Trung Phi. Nhiều năm sau đó, giá trị dinh dƣỡng và chức năng của tảo Spirulina đã đƣợc khám phá và công bố rộng rãi. Tại nhiều quốc gia châu Phi, tảo Spirulina thƣờng xuyên đƣợc sử dụng nhƣ một loại thực phẩm cung cấp protein cho con ngƣời. Ngoài ra, Spirulina cũng đƣợc sử dụng khá phổ biến trong công nghiệp sản xuất các sản phẩm có lợi cho sức khỏe con ngƣời ở nhiều quốc gia thuộc châu Á, điển hình nhƣ Trung Quốc, Nhật Bản [12]. Hiện nay, Spirulina đƣợc sản xuất nhƣ một sản phẩm thƣơng mại tại nhiều quốc gia trên thế giới, điển hình nhƣ vùng California, Mỹ; Đảo Hải Nam, Trung Quốc; Băng Cốc, Thái Lan;… Châu Á là nơi có sản lƣợng Spirulina khá cao, đặc biệt ở Trung Quốc ƣớc tính đạt khoảng 1500 tấn/ năm [19]. Từ khi giá trị dinh dƣỡng của Spirulina đƣợc khám phá, nó đã trở thành mục tiêu nghiên cứu của nhiều lĩnh vực khác nhau, trong đó có thực phẩm. Sinh khối Spirulina đƣợc sấy khô và sử dụng theo nhiều dạng và mục đích khác nhau [28]. Ngoài các sản phẩm có nguồn gốc từ Spirulina nhập khẩu từ Thái Lan, Trung Quốc… với nhiều tên gọi khác nhau. Với sự phát triển về kinh tế, khoa học kỹ thuật đã làm cho cuộc sống của con ngƣời đƣợc nâng cao, kéo theo đó là hàng loạt các thay đổi về cách sống, thói quen ăn uống. Điển hình, chế độ dinh dƣỡng trong khẩu phần ăn ở các nƣớc phát triển là phải có hàm lƣợng calo cao, giàu chất béo, đƣờng, hàm lƣợng hydratcacbon và chất xơ thấp. Với thực tế đó, cộng với thói quen ít vận động đã làm cho một số ngƣời bị béo phì ở các nƣớc này tăng cao, là một trong những nguyên nhân gây ra một số bệnh nhƣ tim mạch, tiểu đƣờng, huyết áp cao,… 12 Xuất phát từ tình hình thực tế trên, rất nhiều bài báo, các công trình nghiên cứu ở cả qui mô nhỏ và lớn đã đƣợc tiến hành nhằm tìm kiếm các chất có hoạt tính sinh học cao và ứng dụng trong sản xuất nhằm tạo ra các loại thực phẩm có khả năng ngừa hoặc hỗ trợ bảo vệ sức khỏe con ngƣời. Thực phẩm này còn hay đƣợc gọi là thực phẩm chức năng, nó không chỉ có hiệu quả về dinh dƣỡng mà còn phải chứa ít nhất một hoặc một vài chất có hoạt tính sinh học, có khả năng cải thiện tình trạng sức khỏe hoặc làm giảm thiểu bệnh tật. Trƣớc đây, các dạng thực phẩm chức năng thƣờng tập trung vào các nhóm giàu vitamin và khoáng chất nhƣ vitamin C, vitamin E, vitamin D, kẽm, sắt và canxi. Sau này, khi ngành khoa học công nghệ đạt đƣợc nhiều bƣớc tiến mới, rất nhiều thành phần chức năng khác đã đƣợc phát hiện và sử dụng trong sản xuất thực phẩm chức năng nhƣ omega 3, omega 6, phytosterol, nhóm flavonoit,…[30], [28]. Từ khi giá trị dinh dƣỡng của Spirulina đƣợc khám phá, nó đã trở thành mục tiêu nghiên cứu của nhiều lĩnh vực khác nhau, trong đó có thực phẩm. Sinh khối Spirulina đƣợc bổ sung trực tiếp trong sản xuất bánh ngọt, bánh mỳ, kẹo, ngũ cốc, bột tảo uống liền,… Ngoài ra, Spirulina còn đƣợc sử dụng rộng rãi trong sản xuất thức ăn gia súc. Giá trị về mặt khoa học của Spirulina càng đƣợc chứng tỏ với hàng loạt thành công của nhiều nghiên cứu nhằm ứng dụng Spirulina vào sản xuất thực phẩm chức năng có tác dụng ngăn ngừa và hỗ trợ điều trị các bệnh liên quan đến sức khỏe con ngƣời [19]. Sinh khối Spirulina đƣợc sấy khô, sử dụng theo nhiều dạng và mục đích khác nhau [28]: viên nén (dạng thuốc) đƣợc làm từ bột Spirulina nguyên chất dùng nhƣ một loại thuốc bổ nhằm cải thiện sức khỏe, giảm cân, ngăn ngừa một số bệnh nhƣ tim mạch, tiểu đƣờng. Dịch chiết Spirulina là một thành phần quan trọng trong một số sản phẩm đƣợc chế biến từ tảo, dễ dàng sử dụng để uống, tiêu hóa và thích hợp cho tất cả mọi lứa tuổi. Spirulina và nƣớc chiết của nó có tác dụng hoạt hóa sự phát triển của các vi sinh vật có lợi trong hệ tiêu hóa. Thành phần dịch chiết Spirulina chứa nhiều hoạt chất có hoạt tính sinh học cao nhƣ phycocyanin, beta – carotene, vitamin…, là sự lựa chọn phổ biến của các nhà sản xuất thực phẩm nhằm tạo ra 13