CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 Tổng Quan Về Tảo Spirulina Spirulina là vi sinh vật cổ đã từng xuất hiện từ cách đây khoảng 3,5 tỷ năm. Chúng có lịch sử lâu đời hơn tảo nhân thực hoặc thực vật bậc cao tới hơn 1 tỷ năm. Với sự phát triển của khoa học công nghệ và cuộc cách mạng xanh, Bernal Díaz del Castillo, một thành viên của nhóm Hernán Cortez, đã nuôi trồng thành công loài Spirulina maxima ở hồ Texcoco, thu sản phẩm khô và bán cho người sử dụng ở chợ Tenochtitlán (nay thuộc thành phố Mexico). Dân bản địa đã đặt tên cho sản phẩm này là Tecuitlalt.
Năm 1940, một báo cáo khoa học của nhà thực vật học người Pháp - Dangeard về một loại nguyên liệu là “Dihé” được người Kanembu sống gần hồ Tchad sử dụng làm thức ăn. Tuy nhiên, bài báo này không được chú ý đến. (Belay A, 2004) Vào năm 1960, tiến sĩ Clement - người Pháp, tình cờ phát hiện loài này khi đến hồ Tchad ở Trung Phi. Khi Clement tìm hiểu về thức ăn của những thổ dân, bà phát hiện trong mùa không săn bắn, họ chỉ dùng một loại bánh màu xanh mà nguyên liệu chính là thứ họ vớt lên từ hồ.
Qua phân tích, bà phát hiện ra loại bánh có tên “Dihé” chính là sinh khối Spirulina. Năm 1967, Spirulina được đánh giá là “wonderful furture food soure” tại hội nghị quốc tế về ứng dụng vi sinh vật. Những phân tích ban đầu cho thấy protein chiếm 60-70% trọng lượng khô của Spirulina, protein này có hàm lượng acid amin thiết yếu cân đối. Từ những kết quả trên, nhiều kế hoạch nghiên cứu cho mục đích công nghiệp đã được thực hiện.
Cũng thời gian trên, Institut francais du pétrole thực hiện một luận án nghiên cứu cụ thể và có hệ thống về loài tảo tươi xuất hiện trong bể bốc hơi của cơ sở sản xuất sodium bicarbonat thuộc công ty Sosa-texcoco Ltd, công việc nghiên cứu này HVCH: Lê Thị Bích Phượng GVHD: TS. Trần Bích Lam 2 Nghiên cứu phương pháp thu nhận Phycocyanin từ tảo Spirulina được thực hiện bởi Zarrouk. Những kết quả nghiên cứu đạt được là cơ sở cho đánh giá ban đầu về nuôi Spirulina ở quy mô lớn. Kể từ năm 1970, những nghiên cứu về dinh dưỡng của Spirulina đã tăng lên nhanh chóng.
Spirulina đã được biết đến và sử dụng rộng rãi như một thành phần bổ sung trong chế độ ăn uống ở một số nước. Tại Hoa Kỳ, NASA đã chọn nó như nguồn thực phẩm cần thiết cho các phi hành gia trong không gian. Năm 1973, FAO và WHO đã chính thức công nhận Spirulina là nguồn dinh dưỡng và dược liệu quý, đặc biệt trong chống suy dinh dưỡng và chống lão hóa. Cho đến nay, rất nhiều nước trên thế giới sản xuất và sử dụng sinh khối Spirulina làm thực phẩm cho người.
Nhiều tổ chức sức khỏe, tổ chức xã hội ở nhiều nước trên thế giới công nhận Spirulina là thức ăn bổ dưỡng và là thực phẩm của tương lai. Spirulina thuộc loại vi khuẩn đa bào, trong đó có khoảng 36 loài con người có thể sử dụng được và hai loài quan trọng nhất là S. geitleri có nguồn gốc từ Châu Phi và S. Platensis có nguồn gốc từ Nam Mỹ.
Ở Việt Nam, giống được nghiên cứu đầu tiên, lưu giữ ở Viện Công Nghệ Sinh Học là S. platensis do Pháp cung cấp. Loài Spirulina platensis thuộc: Ngành: Cyanophyta Lớp: Cyanophyceae Bộ: Oscillatoriales Họ: Oscillatoriaceae Giống: Spirulina 1.1 Phân bố Spirulina được tìm thấy ở đất, đầm lầy, ao, hồ, sông, biển. Chúng sống đơn độc hay kết thành đám trên mặt nước.
Môi trường có độ kiềm cao rất thích hợp cho việc sản xuất Spirulina, nhất là những nơi nhiều ánh sáng mặt trời, vùng cao so với mực nước biển và có khí hậu nhiệt đới. Ngoài ra, chúng có thể sống ở môi trường độc hại như nước thải hay nước ô nhiễm. Chúng sinh sống trong môi trường có độ mặn và kiềm khá cao HVCH: Lê Thị Bích Phượng GVHD: TS. Trần Bích Lam 3 Nghiên cứu phương pháp thu nhận Phycocyanin từ tảo Spirulina do đó các loài vi sinh vật khác khó có thể sống chung.
Do đặc tính của chúng là sinh vật quang hợp vì thế chúng sống thích hợp ở những nơi có nhiều ánh sáng và nhiệt độ khá cao. Về địa lý, Spirulina được tìm thấy ở phạm vi rất rộng: châu Phi (Ethiopia, Kenya, Nam Phi, Ai Cập), châu Mỹ (Hoa Kỳ, Peru, Mehico), châu Á (Ấn Độ, Việt Nam), châu Âu (Nga, Ukraina, Hungary). Từng vùng lại có những loài, giống Spirulina khác nhau, hoặc một loài như Spirulina platensis lại được tìm thấy ở nhiều nước có khi rất xa nhau. Sự phân bố này có thể do chọn lọc tự nhiên, do con người chủ động di thực nuôi trồng, cũng có thể do được di thực theo một số loài chim di trú mà loài hồng lạc (Phoenicoraiasmiror) thường ăn Spirulina ở châu Mỹ là ví dụ điển hình.2 Đặc điểm hình thái Trong các hồ tự nhiên hay nhân tạo có Spirulina sinh sống thì với mắt thường có thể nhận thấy nước có màu xanh lục hay xanh lam.
Hình dạng của Spirulina chỉ thấy rõ khi quan sát dưới kính hiển vi. Đó là những sợi có màu xanh, xoắn kiểu lò xo, với các vòng xoắn khá đều nhau, số vòng xoắn lớn nhất là 6 đến 8 vòng. Đường kính xoắn khoảng 35 – 50 µm, bước xoắn 60 µm, chiều dài thay đổi có thể đạt 250 µm. Spirulina là m ộ t loài trong họ Phormidiaceae, nghĩa là chúng có khả năng di chuyển tiến về phía trước hoặc phía sau.
Di chuyển này được thực hiện bởi các lông ở sườn bên cơ thể chính là các sợi có đường kính 5-7 nm và dài 1-2 µm nằm quanh cơ thể. Các lông này hoạt động như tay chèo giúp cho chúng chuyển động. Tùy điều kiện môi trường mà hình dạng Spirulina có thể xoắn kiểu chữ C, S. Sợi Spirulina không phân nhánh, không có bao và không có dị bào.
Các dạng này có chiều dài rất thay đổi, ngay trong một dạng, chiều dài mỗi sợi cũng khác nhau. Dạng xoắn thường giữ được trong phòng nghiên cứu, sang môi trường nuôi đại trà, nó thường biến thành dạng thẳng.3 Đặc điểm sinh sản Spirulina sinh sản theo hình thức tảo đoạn. Tảo đoạn là những đoạn tảo HVCH: Lê Thị Bích Phượng GVHD: TS. Trần Bích Lam 4 Nghiên cứu phương pháp thu nhận Phycocyanin từ tảo Spirulina dược hình thành từ cơ thể mẹ, có kích thước khác nhau, từ 2, 3 tế bào đến nhiều hơn, có khả năng chuyển động tích cực nhờ trượt trên giá thể do tiết ra chất nhầy.
Spirulina đứt ra nhiều đoạn ngắn, cử động được (trượt), rời cơ thể mẹ và mọc thành sợi khác. Nhờ cử động trượt mà tảo đoạn lan truyền rất xa. Cơ quan làm gãy và làm rời tảo đoạn ấy là: - Gian bào (disjoncteur): một hay hai tế bào gần nhau hóa nhầy, tế bào bên cạnh nhờ vậy tách ra dễ dàng, phát triển thành cơ thể mới. - Hoại bào (nescridie): tế bào trở nên vàng và vách ngăn của chúng lõm xuống.
Tế bào ấy dần dần tan đi và giúp cơ thể tách thành 2 đoạn rời nhau. Theo Boussiba (1989) các đoạn tảo con, sau khi tách rời nhau, trượt khỏi cơ thể mẹ bắt đầu gia tăng bởi sự phân chia tế bào. Qua quá trình này, các sợi kéo dài tới mức trưởng thành và có dạng xoắn kiểu mẫu. Vòng đời của Spirulina đơn giản, chúng phát triển trong điều kiện tối ưu thì 1 ngày còn trong điều kiện tự nhiên thì từ 3 đến 5 ngày.4 Đặc điểm sinh hóa Spirulina thuộc nhóm vi khuẩn lam, có khả năng tự dưỡng quang năng nhờ chứa sắc tố quang hợp là chất diệp lục a.
Quá trình quang hợp của Spirulina là quá trình phosphoryl hóa quang hợp phi tuần hoàn có giải phóng oxi như ở cây xanh.5 Giá trị dinh dưỡng Những nghiên cứu cho thấy Spirulina là nguồn dinh dưỡng hoàn hảo cho con người với đặc điểm nổi bật là hàm lượng protein rất cao, cung cấp đầy đủ các acid amin thiết yếu, hàm lượng β – carotene cao hơn gấp nhiều lần so với các thực phẩm khác. Spirulina là nguồn thức ăn tốt nhất chứa acid gamma linolenic (GLA), giàu vitamin B, khoáng chất, nguyên tố vi lượng, chlorophyl và các enzyme.1 Protein Hàm lượng protein trong Spirulina chiếm 50-70% khối lượng chất khô. Hàm lượng protein này thấp hơn 5-10% tùy vào thời gian thu hoạch và môi trường sống. Giá trị cao nhất thường đạt được khi thu hoạch vào buổi sáng sớm HVCH: Lê Thị Bích Phượng GVHD: TS.
Trần Bích Lam 5 Nghiên cứu phương pháp thu nhận Phycocyanin từ tảo Spirulina của ngày nắng. Hàm lượng protein trong Spirulina cao hơn bất kì một loại thực phẩm nào khác: thịt động vật và cá tươi (15-25% khối lượng tươi), đậu nành (35% khối lượng khô), sữa bột (35% khối lượng khô), trứng (12% khối lượng tươi), đậu phộng (25% khối lượng khô). Theo quan điểm chất lượng thì protein của Spirulina là hoàn hảo vì sự hiện diện đầy đủ và cân đối của tất cả các acid amin thiết yếu và không thiết yếu. Thành phần của các acid min này được thể hiện trong bảng 1.1: Thành phần acid amin trong Spirulina Acid amin mg/1g Tỉ lệ so với tổng số acid amin (%) Acid amin thiết yếu Isoleucine 35 5.5 Acid amin không thiết yếu Alanine 47 7.8 Cystine 9 1,0 Acid glutamic 91 4.8 HVCH: Lê Thị Bích Phượng GVHD: TS.
Trần Bích Lam 6 Nghiên cứu phương pháp thu nhận Phycocyanin từ tảo Spirulina 1.2 Lipid Lipid chiếm 5-7% khối lượng khô của Spirulina. Một số tác giả cho rằng lượng lipid có thể nhiều hơn (10-11%) nếu được xác định bằng các thiết bị tốt hơn và phương pháp chính xác. Lượng lipid này được chia thành 2 nhóm chính: - Nhóm các lipid có thể xà phòng hóa: gồm chủ yếu monogalactosyl và digalactosyl diglyceride (23%), sulfoquinovosyl diglyceride (5%), phosphatidyl glycerol (25,9%), triglyceride (0,3%), các loại phospholipid (chiếm hơn 4,6%). Phosphatidyl choline, phosphatidyl ethanolamin và phosphatidyl inositol chỉ ở mức không đáng kể.
Các sulfolipid như sulfoquinovosyl diglyceride đang trở thành vấn đề nghiên cứu mới hiện nay do khả năng kháng lại virus HIV nhiễm các tế bào T trợ giúp. - Nhóm các lipid không xà phòng hóa được: gồm chủ yếu là paraffin, các sắc tố, các sterol và các terpene. Các sterol đã được xác định là cholesterol và beta- sitosterol.3 Carbohydrate Nhìn chung, carbohydrate chiếm 15-25% khối lượng chất khô của Spirulina. Những carbohydrate đơn giản như glucose, fructose và sucrose chỉ có mặt một lượng rất nhỏ.
Các polyol như glycerol, mannitol và sorbitol cũng được tìm thấy. Những carbohydrate dạng polymer có thể tiêu hóa được gồm glucosamine (1,9% lượng chất khô), rhamnosamine (9,7%) và glycogen (0,5%). Carbohydrate trong Spirulina dễ dàng hấp thụ vào máu và chỉ cần một lượng nhỏ insuline để chuyển hóa. Nhờ giải phóng năng lượng nhanh mà không cần hoạt động của tuyến tụy nên Spirulina là thức ăn bổ dưỡng phù hợp cho người bị bệnh tiểu đường.