PHẦN MỞ ĐẦU Spirulina (Arthrospira) là một trong những loài vi tảo phổ biến nhất hiện nay, được Tổ chức Y tế thế giới WHO công nhận là một trong những loại thực phẩm tốt nhất trên thế giới. Trong tảo xoắn chứa nhiều chất dinh dưỡng tốt cho sức khỏe con người và phòng ngừa được nhiều bệnh lý khác nhau. Spirulina đã được nhiều nước, nhất là những nước công nghiệp phát triển đưa vào nuôi trồng công nghiệp và sử dụng rộng rãi dưới nhiều dạng chế phẩm khác nhau. Tại Việt Nam cũng có nhiều cơ sở nuôi trồng, sản xuất, chế biến và đưa ra thị trường các sản phẩm vi tảo chất lượng cao, phù hợp với nhu cầu sử dụng và thị hiếu của người tiêu dùng.
Tảo Spirulina có nhiều hoạt chất sinh học dễ bị biến đổi trong quá trình chế biến như protein, acid amin, sắc tố, vitamin. Với mong muốn tìm ra điều kiện sấy thích hợp nhằm tăng thời hạn sử dụng, giảm giá thành, đáp ứng điều kiện sản xuất công nghiệp, hạn chế tối đa sự tổn thất hoạt chất sinh học trong tảo, đặc biệt là phycocyanin – một sắc tố chính trong tảo có nhiều tác dụng tuyệt vời với sức khỏe con người. Chính vì vậy việc nghiên cứu phương pháp và điều kiện sấy để bảo toàn tối đa hàm lượng phycocyanin và hoạt tính chống oxy hóa là rất có ý nghĩa và giá trị ứng dụng thực tiễn cao. Đây cũng là lý do chính để tôi thực hiện đề tài : “Nghiên cứu ảnh hưởng của điều kiện sấy tảo Spirulina platensis đến hoạt tính chống oxy hóa và hàm lượng phycocyanin”.
Mục tiêu đề tài: Xác định mức độ suy giảm hoạt tính chống oxi hóa và hàm lượng phycocyanin trong tảo Spirulina khi sử dụng các phương pháp sấy và điều kiện sấy khác nhau để tìm ra phương án sấy tốt nhất. Nội dung nghiên cứu: - Khảo sát và lựa chọn phương pháp sấy tảo thích hợp và xác định điều kiện sấy tốt nhất để giữ được hàm lượng phycocyanin và hoạt tính chống oxy hóa cao nhất. - Nghiên cứu cố định tảo bằng gel alginate trước khi sấy và đánh giá sự thay đổi hàm lượng phycocyanin và hoạt tính chống oxi hóa sau quá trình sấy. Phạm vi đề tài: Nghiên cứu được tiến hành trên quy mô phòng thí nghiệm với đối tượng là tảo tươi và tảo lạnh đông.
TỔNG QUAN VỀ SPIRULINA VÀ PHYCOCYANIN 1.1 Giới thiệu về tảo 1.1 Đặc điểm phân loại Spirulina (Arthrospira platensis) là tên gọi do nhả tảo học người Đức Deurben đặt vào năm 1827 dựa trên hình thái đặc trưng nhất là dạng sợi xoắn ốc với khoảng 57 vòng đều nhau không phân nhánh. Spirulina thuộc Vi khuẩn lam (Cyanobacteria), chúng thuộc nhóm sinh vật có nhân sơ hay nhân nguyên thủy (Prokaryotes) [1]. Về phân loại khoa học, tảo Spirulina thuộc: Giới (domain): Bacteria Ngành (phylum): Cyanobactera Lớp (class): Chlorobacteria Bộ (order): Oscillatoriales Họ (family): Phormidiaceae Chi (genus): Arthrospira Loài (species): Anthrospira platensis Hình 1. Tảo xoắn Spirulina dưới kính hiển vi [2] Spirulina là một loại vi tảo có sự mềm dẻo về hình thái.
Tùy thuộc vào các yếu tố môi trường và thời kỳ sinh trưởng mà hình dạng tảo có thể thay đổi từ dạng xoắn hình lò xo với các mức độ cuộn xoắn khác nhau hoặc ở dạng duỗi thẳng. Chiều dài của tảo xoắn từ 50-500µm, bề ngang từ 3-4µm [3]. Đường kính vòng xoắn 35-50 µm, bước xoắn 60 µm nhưng tùy mức độ xoắn hay thẳng mà kích thước này cũng có sự thay đổi.2 Môi trường sống Các nghiên cứu khoa học đã chỉ ra rằng tảo Spirulina là một trong những loài sinh vật lâu đời nhất trên trái đất. Các hồ chứa Spirulina lớn nhất được tìm 2 thấy ở Trung Phi, xung quanh Hồ Chad và Niger, Hồ Texcoco, dọc theo Thung lũng Great Rift ở Đông Phi.
Các hồ Bodou và Rombou ở Chad có một vùng độc canh ổn định của Spirulina có từ nhiều thế kỷ trước. Nó cũng là một loài vi tảo phát triển mạnh, chiếm ưu thế ở các Hồ Nakuru và Elementeita của Kenya và các Hồ Aranguadi và Kilotes của Ethiopia. Spirulina phát triển mạnh trong các hồ nước có tính kiềm, nơi các vi sinh vật khác khó có thể tồn tại được [4]. Nó sử dụng năng lượng từ ánh sáng mặt trời, carbon dioxide và các chất khoáng trong nước để sinh trưởng.
Quần thể tảo phát triển nhanh chóng, đạt mật độ tối đa và sau đó chết đi khi nguồn dinh dưỡng cạn kiệt. Một chu kỳ theo mùa mới bắt đầu khi xác vi tảo bị phân hủy giải phóng chất dinh dưỡng hoặc khi có nguồn dinh dưỡng khác chảy vào hồ. Spirulina được tìm thấy trong đất, đầm lầy, nước ngọt, nước lợ, nước biển và suối nước nóng. Nước mặn với độ pH cao (8.0) tạo điều kiện cho Spirulina sinh trưởng và phát triển tốt, đặc biệt là ở vùng nhiệt đới có mức độ bức xạ mặt trời cao.
Spirulina là một vi sinh vật quang dưỡng bắt buộc; vì vậy, nó không thể phát triển trong bóng tối trên môi trường có chứa các hợp chất cacbon hữu cơ. Nó làm giảm carbon dioxide trong ánh sáng và đồng hóa chủ yếu là nitrat. Sản phẩm đồng hóa chính của quá trình quang hợp Spirulina là glycogen. Spirulina cho thấy sự tăng trưởng tối ưu trong khoảng 35°C đến 39°C [3].3 Đặc điểm cấu tạo của tảo Spirulina Quan sát dưới kinh hiển vi điện tử cho thấy Spirulina có cấu tạo đơn bào, gồm lớp vỏ capsule, thành tế bào có nhiều lớp, cơ quan quang hợp hoặc hệ phiến thylakoid, riboxom và những sợi ADN nhỏ.
Hàm lượng acid nucleic trong tảo rất thấp [5]. Lớp vỏ capsule có cấu trúc sợi nhỏ và bao quanh là một lớp sợi khác bảo vệ cho chúng. Bề ngang của sợi khoảng 612μm và được cấu tạo từ các tế bào hình trụ tròn. Đường kính xoắn ốc của nó từ 3070μm, chiều dài khoảng 500μm.
Trong một vài điều kiện nuôi cấy có kích thích thì chiều dài của các sợi có thể lên đến 1mm. Điều này giải thích tại sao hình dạng xoắn ốc của Spirulina trong môi trường lỏng bị thay đổi thành hình xoắn lò xo trong môi trường rắn. Những thay đổi này là do sự hút nước hoặc khử nước của oligopeptide trong màng peptidoglican tạo nên. Chlorophyll a, caroten và phycobiliprotein nằm trong hệ 3 thylakoid là cơ quan quang hợp của SP.
Phycobiliprotein là nơi chứa phycocyanin.4 Thành phần hóa học Spirulina chứa 55-70% protein, 6-9% chất béo, 15-20% carbonhydrate và rất giàu các nguyên tố vi lượng, vitamin, chất xơ và các loại sắc tố [6]. Hầu hết các nghiên cứu đều chỉ ra rằng tảo Spirulina rất giàu protein, cao hơn 3 lần so với thịt bò và thịt gà. Chỉ số hóa học (chemical score - C.S) của protein của tảo cũng rất cao. Spirulina có chứa 1% acid gamma linoleic (tiền thân của chất prostaglandin), các loại vitamin nhóm B, trong đó hàm lượng vitamin B12 cao gấp 2 lần trong gan bò.
Hàm lượng caroten cao gấp 10 lần trong củ cà rốt. Sự có mặt của hệ sắc tố (phycocyanin, chlorophyl và carotenoid) và các nguyến tố vi lượng K, Mg, Fe, Mn, Zn trong tảo có tác dụng tốt cho hoạt động của hệ thần kinh, chống lão hóa, ngăn ngừa ung thư và kích thích sự đáp ứng miễn dịch của cơ thể. Chính vì chứa nhiều thành phần hóa học có lợi cho sức khỏe con người nên Spirulina được WHO coi là “thực phẩm bảo vệ sức khỏe tốt nhất của loài người trong thế kỷ 21”. Thành phần hóa học của tảo Spirulina (Stantillen, 1982) Tỷ lệ (% Tỷ lệ (% Thành phần Thành phần chất khô) chất khô) Beta cryptoxathin Protein 55-65 30 (mg/kg) Carbohydrate ≥ 15,4 Chlorophyl (a) 0,61-1,15 Chất béo 1,5-3,8 phycocyanin 6-7 Chất xơ 2,5-4,1 Vitamin B1 (mg/kg) 35 Khoáng 11,5-16 Vitamin B6 (mg/kg) 8 Độ ẩm ≤9 Vitamin E (mg/kg) Vết Calcium (mg/%) ≈ 300 Magnesi (mg/%) 370 Sodium (mg/%) 230 Zinc (mg/%) ≈3 4 Bảng 1.
Thành phần hóa học của tảo Spirulina (Stantillen, 1982) (tiếp) Tỷ lệ (% Tỷ lệ (% Thành phần Thành phần chất khô) chất khô) Potassium (mg/%) ≈ 1670 Mangan (mg/%) ≈2 Phosphor (mg/%) 310 Copper (mcg/%) ≈ 1,2 Beta carotene 1000 Selen Vết (mg/kg) Hàm lượng acid amin trong tảo cũng rất cao, trong đó các loại acid amin thiết yếu cho sự phát triển của loài người như leucin, isoleucin, valin, lysin, methionin và tryptophan đều có mặt với tỷ lệ vượt trội so với tiêu chuẩn của Tổ chức lương nông quốc tế (F. Vì vậy, Spirulina chính là nguồn thức ăn cung cấp protein có giá trị cao. Thành phần acid amin trong tảo Spirulina (Santillen, 1982) STT Thành phần µg/10g % Tổng chất khô 1. Tyrosin 300 4,8 Nhìn chung Spirulina có lượng protein rất cao với đầy đủ các acid amin không thay thế và rất phong phú các chất khoáng và vitamin.5 Giá trị dinh dưỡng của tảo Spirulina Spirulina chứa khoảng 55% -70% protein, là các acid amin thiết yếu.
Nó chỉ tạo ra một lượng nhỏ calo dễ tiêu hoá, rất phù hợp với những người ăn kiêng, ăn chay. Vi tảo Spirulina platensis là một nguồn axit gamma-linolenic (GLA) tiềm năng. GLA là chất chuyển hóa của axit linoleic (LA) và là chất trung gian đầu tiên trong việc chuyển đổi LA thành arachidonic axit (AA), có tác dụng chống viêm, làm giảm các triệu chứng của bệnh viêm khớp. GLA rất khó tìm thấy trong nguồn thức ăn và thường do cơ thể tự tạo ra.
Sản xuất đa axit béo không bão hòa từ nguồn vi sinh vật được coi là một giải pháp kinh tế thay thế phương pháp truyền thống. [6] Spirulina là nguồn thực phẩm giàu vitamin nhóm B, nhất là vitamin B12 rất cần thiết cho các tế bào và mô thần kinh, đặc biệt cho những người ăn chay. Hơn nữa, Spirulina rất giàu sắt, magnesi và các nguyên tố vi lượng. Tỷ lệ hấp thu sắt và các nguyên tố vi lượng tự nhiên từ tảo cao hơn các dạng bổ sung khác.6 Công dụng của Spirulina Ngày càng có nhiều công bố về việc chiết xuất được các phân tử có giá trị cao từ SP như carotenoid, phycocyanin và chlorophylls.
Spirulina không những giúp tăng cường hàm lượng dinh dưỡng của thực phẩm mà còn có tác dụng tích cực đến sức khỏe con người [7]. Chính vì lí do đó nên Siprulina được ứng dụng trong rất nhiều lĩnh vực như dược phẩm, y học và công nghiệp thực phẩm. Spirulina được sử dụng phổ biến nhất trong lĩnh vực sản xuất thực phẩm để làm gia vị, thực phẩm bổ sung và phụ gia thực phẩm. Trong công nghiệp, Spirulina được sử dụng làm chất tạo màu và chất nhũ hóa.
Sản lượng tảo Spirulina được sản xuất hàng năm trên thế giới sản xuất đạt trên 3000 tấn chất khô, dẫn đầu là Trung Quốc và Ấn Độ [8]. Đặc tính chống oxi hóa Oxy hóa là một quá trình tự nhiên sản sinh các gốc tự do, luôn luôn diễn ra và được điều hòa trong cơ thể.