đặt vấn đề nghiên cứu Spirulina. Các nghiên cứu về sinh lý, sinh hoá, kỹ thuật nuôi trồng đƣợc tiến hành đầu tiên tại phòng thí nghiệm sinh lý- hoá sinh thực vật thuộc Viện Sinh Vật – Viện Khoa Học Việt Nam [5]. Đặc điểm sinh học của tảo Spirulina 2. Phân loại [17], [20] Spirulina do nhà nghiên cứu ngƣời Đức, Deurben đặt tên năm 1827, trên cơ sở hình thái đặc trƣng nhất là dạng sợi xoắn ốc của tảo.
Sau này tảo Spirulina đƣợc các chuyên gia phân loại học thống nhất tên khoa học đầy đủ: Ngành : Cyanophyta Lớp : Cyanophyceae (Cyanobacteria) Bộ : Oscillatoriales Họ : Oscillatoriaceae Chi : Spirulina Chi Spirulina có nhiều loài (35 loài) đã đƣợc phát hiện, hai loài có nguồn gốc châu Phi và Nam Mỹ là: Spirulina maxima (S.maxima) và Spirulina platensis (S.platensis) đƣợc nghiên cứu đầu tiên, nhiều nhất. Ở Việt Nam, giống đƣợc nghiên cứu đầu tiên là S.platensis do Pháp cung cấp, lƣu giữ ở Viện sinh vật học. 6 Tên Spirulina do gốc từ Latinh và Anh ngữ “Spiral” , có nghĩa là xoắn, do tảo này có dạng tiêu biểu nhất là xoắn ốc, nên gọi là tảo xoắn, hay tảo dạng xoắn. Ngƣời Nhật Bản chuyển từ “tảo xoắn” thành rasenmo, ngƣời Pháp gọi là Spirulines.
Ở Việt Nam có nhiều tên gọi: tảo Spirulina (thông dụng nhất), tảo xoắn xanh, tảo lục. Trong cách phân loại mới hiện nay, Spirulina không thuộc ngành tảo mà thuộc ngành vi khuẩn lam, vì theo những nghiên cứu trong những năm 1970-1980, Spirulina có nhiều đặc điểm chung giống với vi khuẩn: nhân chƣa hoàn chỉnh, chƣa có màng, không có ti thể, lục lạp… 2. Phân bố [9] Spirulina đƣợc tìm thấy ở đất, đầm lầy, nƣớc ngọt, nƣớc lợ, nƣớc ấm, nƣớc biển. Môi trƣờng có độ mặn và kiềm cao rất thích hợp cho sản xuất Spirulina, nhất là những nơi nhiều ánh nắng mặt trời, vùng cao so với mặt nƣớc biển và có khí hậu nhiệt đới.
Spirulina trong tự nhiên sống ở các hồ chứa nƣớc giàu bicacbonat (HCO3 -), pH biến động từ 8,5 – 11, nhƣ hồ Texcoco. Ngoài ra có hồ lớn nhất nuôi Spirulina ở miền trung châu Phi chạy quanh hồ Chad và hồ Niger, phía đông châu Phi chạy dọc theo vịnh Great Rift và các hồ ở Châu Mỹ. Nhiệt độ sống thích hợp từ 35-37o C. Khi ở ngoài trời, nhiệt độ 39 oC trong vài giờ không có tác hại lên khuẩn lam hoặc khả năng quang hợp của chúng.
Spirulina có thể tăng trƣởng ở nhiệt độ thấp khoảng 15 oC trong suốt cả ngày hay vào ban đêm. Khả năng chịu biến động ánh sáng cao, cƣờng độ ánh sáng tốt nhất khoảng 25000- 30000 lux. Môi trƣờng nƣớc thích hợp cho Spirulina có đặc tính: rất giàu Na+ và HCO3-, khá giàu K+ và SO42-, không có hoặc rất thấp Ca2+, Mg2+ và Cl-. Hình thái và cấu tạo của tảo Spirulina Spirulina là một loài vi khuẩn lam có dạng sợi và xoắn lò xo gồm 5-7 vòng đều nhau, không phân nhánh.
Đƣờng kính xoắn khoảng 35 - 50 μm, bƣớc xoắn 60 μm, chiều dài thay đổi có thể đạt 0,25 mm [4]. Hình thái tảo Spirulina [17] Dƣới kính hiển vi điện tử, S.platensis có cấu trúc prokaryote, thuộc gram âm, vách tế bào gồm nhiều lớp, đƣợc bao bọc bởi màng polysaccharide nhầy, thành tế bào không chứa cellulose, hệ thống quang hợp không có lục lạp mà chỉ chứa các phiến thykaloid phân bố đều trong tế bào, các ribosome, sợi DNA và thể vùi, không có không bào, chƣa có nhân điển hình, vùng nhân không rõ, chứa DNA , nên đƣợc xếp vào Cyanobacteria [14], [28]. Các vách ngang chia sợi Spirulina thành nhiều tế bào hình trụ riêng rẽ liên kết với nhau bằng cầu liên bào , đƣợc gọi là trichome. Mỗi tế bào này dài 5µm, rộng 2µm.
Sợi Spirulina đƣợc bảo vệ bằng một lớp vỏ bao bên ngoài. Bề rộng của trichome là khoảng 500µm, trong một số trƣờng hợp chiều dài của sợi tảo có thể đạt đến xấp xỉ 1mm [28]. Vách tế bào của Spirulina đƣợc tạo thành bởi 4 lớp LI, LII, LIII, LIV theo thứ tự từ trong ra ngoài. LI và LIII chứa vật liệu dạng sợi, LIV đƣợc sắp xếp chạy theo chiều dọc của trục sợi Spirulina, tất cả các lớp này đều rất yếu, ngoại trừ lớp LII đƣợc tạo thành bởi peptidoglycan, một chất làm cho vách tế bào cứng hơn.
Lớp LI chứa β-1,2-glucan, một loại polysaccharide khó tiêu hoá nhƣng lớp này chiếm tỷ lệ ít (<1%), mỏng (12nm). Lớp LII với bản chất là protein và lipopolysaccharide giúp 8 cho ngƣời dễ dàng tiêu hoá Spirulina. LI và LIII có chức năng vận chuyển điện tử, do đó hai LII và LIV tập trung các điện tử đó. Độ dày của mỗi lớp từ 10-15 nm, nên độ dày của toàn bộ thành tế bào là khoảng 60 nm.
Màng tế bào nằm sát ngay dƣới thành tế bào và nối với màng quang hợp thylacoid tại một vài điểm [28]. Mô hình sắp xếp vách tế bào S.platensis Các sắc tố quang hợp gồm chlorophyll a, carotenoid, phycocianin và thƣờng có carotenoid-glycoside nhƣ myxoxanthophyll, oscillaxanthin. Spirulina có chứa 3 nhóm sắc tố chính: Chlorophyll hấp phụ ánh sáng lam và đỏ, Carotenoid hấp thụ ánh sáng lam và lục, Phycobilin hấp thụ ánh sáng lục, vàng và da cam Khoảng trống ở bên trong thykaloid bị giới hạn bởi những túi khí bằng protein trong suốt (đƣợc tạo ra bởi dòng điện tử) có dạng hình trụ giúp Spirulina có khả năng bơi [28]. Spirulina chứa nhiều thể vùi đặc trƣng nằm ở vùng ngoại biên kết hợp với thykaloid.
Những thể vùi đó là những hạt nhỏ cyanophycin, các thể đa diện, các hạt nhỏ polyglucan, hạt lipid và polyphosphat [28]. Tảo có khả năng vận chuyển theo hình thức trƣợt xung quanh trục của chúng. Vận tốc vận chuyển của chúng có thể đạt 5 micron/ giây, (theo Halfen, Castenholz (1971) và Halfen (1973)) 2. Sinh sản của tảo Spirulina [28] Tế bào Spirulina platensis cũng nhƣ các vi khuẩn lam, không có khả năng sinh sản hữu tính, chỉ sinh sản bằng cách tự phân cắt thành những đoạn riêng (đoạn bào), từ một cơ thể mẹ trƣởng thành (gọi là trichome), tự phân chia thành nhiều mảnh, 9 mỗi mảnh gồm một số vòng xoắn (2-4 tế bào, gọi là hormogonia).
Để tạo thành các hormogonia, sợi Spirulina sẽ hình thành các tế bào chuyên biệt cho sự sinh sản (gọi là đoạn Necridia). Các necridia hình thành các đĩa lõm ở 2 mặt và tạo ra hormogonia bởi sự chia cắt tại vị trí các đĩa. Khi phát triển, dần dần phần đầu hormogonia bị tiêu giảm và trở nên tròn nhƣng vách tế bào vẫn có chiều dày không đổi. Các hormogonia phát triển, trƣởng thành và chu kỳ sinh sản lặp lại để đảm bảo vòng đời của Spirulina.
Trong trƣờng hợp gặp điều kiện không thuận lợi, Spirulina cũng có khả năng tạo bào tử giống nhƣ ở vi khuẩn. Chu kỳ phát triển của Spirulina rất ngắn. Chu kỳ này thƣờng diễn ra trong 24 giờ. Sơ đồ vòng đời của Spirulina [Ciferri, 1985] 2.
Giá trị dinh dƣỡng của tảo Spirulina Sự hiểu biết toàn diện về đặc điểm dinh dƣỡng của Spirulina trở nên quan trọng hơn vì các chất dinh dƣỡng trong nó tác động có ích đối với sức khoẻ con ngƣời, là một thực phẩm chứa nhiều thành phần thiết yếu hơn so với các loại thực phẩm tự nhiên và tổng hợp khác, và đặc biệt cơ thể có thể hấp thụ hoàn toàn. Trong khi mối quan tâm đối với nhiều thực phẩm khác đang ngày càng giảm bớt vì vấn đề khả năng tiêu hóa, cơ thể khó hấp thụ các khoáng chất Ca, Fe,. hàm lƣợng các loại acid amin không đầy đủ, sử dụng dung môi độc hại để chiết xuất vitamin,… Spirulina dƣờng nhƣ trở thành một giải pháp tốt nhất cho sản xuất nguồn thực phẩm có chất lƣợng cao. Thành phần dinh dƣỡng trong tảo Spirulina [17] Spirulina đƣợc nhắc đến nhiều do có thể sống trong điều kiện nuôi có độ mặn và pH cao, nên bảo đảm vệ sinh trong nuôi cấy, vì có rất ít những của vi sinh vật khác có khả năng sống sót trong điều kiện nhƣ vậy.
Tảo Spirulina đã đƣợc nhiều nƣớc trên thế giới nhƣ Mỹ, Châu Âu, Nhật Bản,… phê duyệt là một loại thực phẩm bổ sung tốt cho sức khoẻ và có thể bày bán trên thị trƣờng một cách hợp pháp. Protein [17] Hàm lƣợng protein trong Spirulina dao động từ 50-70% trọng lƣợng khô. Hàm lƣợng protein này thấp hơn từ 5-10% tùy vào thời gian thu hoạch và môi trƣờng sống. Giá trị cao nhất thƣờng đạt đƣợc khi thu hoạch vào buổi sáng sớm của ngày nắng.
Spirulina có hàm lƣợng protein cao hơn bất kỳ một loại thực phẩm nào khác. Theo quan điểm chất lƣợng thì protein Spirulina là hoàn hảo, vì sự hiện diện đầy đủ acid amin thiết yếu nhƣ leucine (10,9%), valine (7,5%), isoleucine (6,8%)… và không thiết yếu, chiếm khoảng 47% lƣợng protein tổng. Protein Spirulina là nguồn protein ít béo, ít calorie và đặc biệt không cholesterol. Chuỗi acid amin đầy đủ đó cho thấy giá trị sinh học của protein trong Spirulina là rất cao, và rằng nó sẽ trở thành sản phẩm tối ƣu nếu nhƣ kết hợp với một thực phẩm chứa nhiều cysteine và methionine, chẳng hạn nhƣ các loại ngũ cốc (gạo, lúa mì, hạt kê).
Protein trong tảo Spirulina và các thực phẩm khác [17] Lƣợng protein thực đƣợc sử dụng Thực phẩm Protein , % (NPU), % Spirulina 65 62 Nấm men 45 50 Trứng khô 47 94 Sữa bột 36 82 Đậu phộng 26 38 Lúa gạo 8 60 Thịt bò 22 67 Thịt gà 24 67 Cá 22 80 Đậu nành 37 61 Phô mai 36 70 Lượng protein thực được sử dụng (Net protein utilisation, NPU) Mức sử dụng protein ăn vào đƣợc xác định bằng khả năng tiêu hóa nhƣ: tỉ lệ hấp phụ nitơ protein, thành phần acid amin , tỉ lệ giữ lại của các cơ quan cùng với yếu tố khác nhƣ độ tuổi, giới tính, tình trạng sinh lý của cơ thể. Giá trị NPU đƣợc xác định bằng cách tính phần trăm nitơ còn lại. Tế bào Spirulina không có vách cellulose mà chỉ có vách nguyên sinh đƣợc cấu tạo từ mucopolysaccharide dễ phá vỡ. Điều này giải thích cho khả năng tiêu hóa rất cao của protein Spirulina, cơ thể hấp thụ lên tới 83-90% trọng lƣợng khô ban đầu của Spirulina.
Spirulina không cần giai đoạn nấu hay xử lý đặc biệt nào để làm tăng giá trị protein của chúng. Đây cũng là ƣu điểm lớn cho sự sản xuất đơn giản và cho bảo tồn nguyên vẹn những thành phần dinh dƣỡng giá trị cao trong tế bào Spirulina. Giá trị: Bổ sung vào chế độ ăn dành cho ngƣời cao tuổi, trẻ em, ngƣời bị rối loạn tiêu hoá… 12 2. Acid amin [17] Theo Sasson (1997), sau 18 giờ đồng hồ hơn 85% protein Spirulina đƣợc tiêu hóa và đồng hóa.
Giá trị NPU của Spirulina nằm trong khoảng 53-62%. Nhƣ vậy protein của Spirulina cao hơn hẳn so với các loài động vật về hàm lƣợng và chất lƣợng.