Đặt vấn đề Ngày nay, cùng với sự phát triển của khoa học và công nghệ, nhu cầu về chăm sóc sức khỏe của con ngƣời ngày càng đƣợc chú trọng. Con ngƣời không ngừng tìm cách đa dạng hóa các sản phẩm, nâng cao chất lƣợng thực phẩm theo hƣớng phát triển bền vững, thân thiện với môi trƣờng bằng việc tìm kiếm những sản phẩm có nguồn gốc từ thiên nhiên, có giá trị dinh dƣỡng và giá trị sinh học cao nhằm đáp ứng yêu cầu của con ngƣời. Vừa là thức ăn, vừa là dƣợc phẩm chữa bệnh, tảo Arthrospira platensis chính thức đƣợc Cục quản lý Thực phẩm và Dƣợc phẩm Hoa Kì (FDA) công nhận là một trong những lựa chọn hàng đầu đƣợc thế giới công nhận nguồn thực phẩm giá trị nhất [28]. Arthrospira platensis đƣợc biết đến với tên gọi Spirulina, là một loài tảo lam có giá trị dinh dƣỡng rất cao.
Các sản phẩm từ tảo này đều có chứa đầy đủ các thành phần nhƣ vitamin (B12, beta - caroten, xanthophyll.), chất khoáng, các acid béo thiết yếu và acid amin (lysine, methyonin, triptophan,.) giúp tăng cƣờng sức khỏe cho con ngƣời [39]. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng, trong tảo Spirulina hàm lƣợng protein đạt khoảng 56-77% trọng lƣợng khô, cao hơn thịt bò và cá (15-25%), đậu tƣơng (35%), bột sữa (35%), đậu phộng (25%), trứng (12%), ngũ cốc (8-14%) [13], [20]. Tỉ lệ tiêu hoá và hấp thu protein đối với Spirulina là rất cao (85-95%) do nó không chứa cellulose trong thành tế bào [10], [30]. Nghiên cứu của các nhà khoa học đã chỉ ra rằng, chỉ cần cung cấp khoảng 36 g Spirulina hàng ngày là có thể đáp ứng đầy đủ 100% nhu cầu acid amin, dinh dƣỡng thiết yếu cho ngƣời trƣởng thành [36].
Chính vì vậy, Spirulina đƣợc chọn là nguồn dinh dƣỡng tối ƣu trong việc phòng và chữa các chứng bệnh suy dinh dƣỡng ở trẻ em nhƣ bệnh “kwashiorkor” (gây ra do hệ tiêu hoá của trẻ bị tổn thƣơng) hay đƣợc dùng là Luan van 2 thực phẩm đặc biệt cho những ngƣời bị bệnh HIV [30] [40]. Tổ chức Y tế thế giới (WHO/OMS) đã công nhận tảo Spirulina là thực phẩm bảo vệ sức khỏe tốt nhất của loài ngƣời trong thế kỉ 21 [34]. Chính vì những lợi ích to lớn này mà tảo Spirulina đã đƣợc nuôi ở nhiều nơi trên thế giới để thu sinh khối, tạo ra những sản phẩm mang lại giá trị dinh dƣỡng cao phục vụ cho con ngƣời [10]. Tuy nhiên, để nuôi Spirulina đạt đƣợc hiệu quả và chất lƣợng cao thì cần phải quan tâm, xem xét nhiều yếu tố, trong đó yếu tố về dinh dƣỡng đƣợc xem là quan trọng nhất.
Trong một nghiên cứu đã chỉ ra rằng hơn 25% tổng năng suất của tảo Spirulina liên quan đến môi trƣờng nuôi cấy, chúng đóng vai trò là nguồn cung cấp chất dinh dƣỡng cho toàn bộ các quá trình sinh lý – hóa trong tế bào của tảo, đặc biệt là nitơ [19]. Nitơ vừa có vai trò cấu trúc, vừa là thành phần tham gia vào các quá trình trao đổi chất và năng lƣợng trong tảo [19]. Trong nuôi trồng Spirulina ngƣời ta thƣờng bổ sung thêm nitơ vào môi trƣờng dƣới dạng muối nitrate (NaNO3). Tuy nhiên NaNO3 có giá thành khá cao làm tăng chi phí đầu tƣ nên ảnh hƣởng đến hiệu quả kinh tế trong nuôi tảo.
Mặt khác theo nhiều nhà khoa học trên thế giới thì Spirulina có khả năng hấp thụ đa dạng các nguồn nitơ khác nhau [24], do vậy nghiên cứu thay thế muối NaNO3 bằng các hợp chất cung cấp nitơ khác đang là vấn đề đƣợc quan tâm hiện nay. Xuất phát từ cơ sở trên, chúng tôi thực hiện đề tài “Nghiên cứu ảnh hƣởng của các nguồn nitơ khác nhau lên sự sinh trƣởng và năng suất của vi tảo Arthrospira platensis”. Mục tiêu đề tài - Xác định đƣợc nguồn nitơ thích hợp bổ sung vào môi trƣờng nuôi để tảo Spirulina sinh trƣởng, phát triển và cho năng suất tốt nhất. - Xác định đƣợc nồng độ tối ƣu của nguồn nitơ cung cấp để tăng tốc độ sinh trƣởng và năng suất của tảo Spirulina.
Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 3. Ý nghĩa khoa học Kết quả nghiên cứu của đề tài sẽ cung cấp các dẫn liệu khoa học về khả năng sinh trƣởng, phát triển của Spirulina trong những nguồn cung cấp nitơ khác nhau, từ đó làm cơ sở nghiên cứu cho việc xây dựng công thức môi trƣờng dinh dƣỡng tối ƣu cho tảo. Ý nghĩa thực tiễn Kết quả của đề tài là cơ sở để lựa chọn nguồn cung cấp nitơ xây dựng công thức môi trƣờng nuôi tối ƣu để áp dụng vào mô hình nuôi trồng Spirulina trong quy mô lớn. Luan van 4 CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.
GIỚI THIỆU CHUNG VỀ TẢO SPIRULINA 1. Nguồn gốc và đặc điểm phân loại Tảo Spirulina đƣợc biết đến là một trong những loài sinh vật sống lâu đời nhất trên Trái đất. Nó sinh trƣởng tự nhiên ở vùng nhiệt đới trong các hồ nƣớc mặn của Châu Phi, Trung và Nam Mỹ từ 3,6 tỷ năm trƣớc. Trong những năm 60 của thế kỉ XX, Brandily – một nhà nhân chủng học ngƣời Pháp đã phát hiện ra loài tảo này trong lần khảo sát sự đa dạng sinh học tại vùng hồ ở Tchad, Châu Phi.
Đến năm 1973, FDA và WHO/OMS đã chính thức công nhận tảo Spirulina là nguồn dinh dƣỡng và dƣợc liệu quý cho con ngƣời và đƣợc các nhà khoa học nghiên cứu đến ngày nay [21]. Tảo Spirulina là các vi sinh vật có hình xoắn, sống trong nƣớc mà ta thƣờng gọi là Tảo xoắn với tên khoa học là Spirulina platensis. Thực ra đây không phải là một sinh vật thuộc ngành Tảo (Algae) vì Tảo thuộc giới sinh vật nhân chuẩn (Eukaryotes) mà Spirulina thuộc ngành Vi khuẩn lam (Cyanobactera), chúng thuộc giới sinh vật có nhân sơ hay nhân nguyên thủy (Prokaryotes). Những nghiên cứu mới nhất lại cho biết chúng cũng không phải thuộc chi Spirulina mà lại thuộc chi Arthrospira [20].
Chính vì vậy, về phân loại khoa học, tảo Spirulina thuộc: Giới (domain): Bacteria; ngành (phylum): Cyanobactera; lớp (class): Chroobacteria; bộ (order): Oscillatoriales; họ (family): Phormidiaceae; chi (genus): Arthrospira; loài (species): Arthrospira platensis (A. Đặc điểm hình thái Tảo Spirulina có màu xanh lục, quan sát dƣới kính hiển vi điện tử thấy Spirulina có dạng xoắn lò xo, sợi tảo (trichome) có 5 – 7 vòng (có khi lên đến 27 vòng) đều nhau không phân nhánh, ở hai đầu sợi tảo thƣờng hẹp, mút lại. Luan van 5 Đƣờng kính vòng xoắn từ 35 – 50 µm, bƣớc xoắn 60 µm. Chiều dài thay đổi có thể đạt đƣợc 0,25 mm, có khi lớn hơn [37].
Spirulina là loài có khả năng vận động tiến về phía trƣớc hoặc phía sau. Sự vận động này đƣợc thực hiện bởi các lông ở sƣờn bên cơ thể. Các sợi lông này có đƣờng kính 5 –7 nm và dài 1 –2 μm nằm quanh cơ thể. Các lông này hoạt động nhƣ tay chèo giúp Spirulina di chuyển [33].
Ngoài ra tảo còn có khả năng vận động theo kiểu trƣợt xung quanh trục của nó, vận tốc có thể đạt 5 micron/giây. Sợi tảo đƣợc cấu tạo từ một sợi đa bào, mỗi tế bào của sợi tảo rộng 5µm, dài 2mm, không có màng bằng cellulose, không có tế bào dị hình và chƣa có nhân điển hình, không có không bào nhƣng lại có không bào khí, không có lục lạp mà chỉ có thilacoid phân bố trong toàn bộ tế bào [30]. Phycobiliprotein và protein liên kết đƣợc gắn vào bề mặt ngoài của thylacoid, lớp ngoài cùng là phycoerythin, tiếp theo là phycocianin và phần trong cùng có allophycoyanin. Màng tế bào nằm sát ngay dƣới thành tế bào và nối với màng quang hợp thylacoid tại một vài điểm.
Thành tế bào có cấu trúc nhiều lớp chứa mucopolymer, pectin và các loại polysaccharide khác. Spirulina có khả năng tạo ra các không bào khí nhỏ (gas vesicle) có đƣờng kính cỡ 70 nm và đƣợc cấu trúc từ các sợi protein bện lại [22]. Không bào khí sẽ nạp đầy khi sợi Spirulina muốn nổi lên trên bề mặt để nhận ánh sáng cho quá trình quang hợp. Đến cuối ngày là lúc tế bào tạo ra một lƣợng lớn carbohydrate, lúc đó các tế bào sẽ tụ tập lại và tạo ra một áp suất thẩm thấu cao bên trong cơ thể làm cho các không bào khí không thể duy trì đƣợc áp suất thẩm thấu lâu bên trong tế bào và chúng sẽ vỡ, giải phóng ra các khí làm cho sợi tảo chìm xuống đáy và tại đây xảy ra quá trình chuyển hoá carbohydrat thành protein [27].
Cũng nhƣ các tảo lam khác, Spirulina cũng chƣa có nhân điển hình, vùng nhân không rõ, trong đó có chứa ADN. Trong quá trình nuôi trồng, nhất là ngoài tự nhiên, tế bào có thể duỗi thẳng ra thành hai dạng: xoắn và thẳng, Luan van 6 tỷ lệ xoắn – thẳng khoảng 15 – 85. Các nghiên cứu cho thấy rằng: trong các điều kiện dinh dƣỡng khác nhau thì tốc độ sinh trƣởng của 2 dạng thẳng và xoắn nhƣ nhau; hàm lƣợng protein ở 2 dạng thẳng và xoắn gần nhƣ nhau (ở mọi điều kiện về dinh dƣỡng và ánh sáng nhƣ nhau); vào mùa hè tốc độ sinh trƣởng của dạng thẳng kém hơn dạng xoắn và nếu trong thành phần dinh dƣỡng thiếu các nguyên tố vi lƣợng, hàm lƣợng NaHCO3 thấp dẫn tới số vòng xoắn giảm và đƣờng kính vòng xoắn tăng [43]. Phân bố và đặc điểm sinh thái Tảo Spirulina phân bố rộng trong các môi trƣờng khác nhau nhƣ bãi rong cỏ, các thủy vực nƣớc ngọt, lợ, mặn hay ngay cả ở suối nƣớc nóng.
Tảo lơ lửng ở độ sâu có thể tới 50 cm, và trong môi trƣờng nhân tạo thƣờng nuôi ở mức nƣớc 10 –30 cm (nuôi hồ hở), hoặc có thể trong hồ đáy sâu 1 – 1,5 m (sục khí). Trong môi trƣờng sống có độ kiềm cao, Spirulina nổi lên hoặc lặn xuống ít nhất một lần trong suốt thời gian 24 giờ và sẽ thƣờng xuyên hơn nếu nhƣ có gió nhẹ trên bề mặt hồ. Spirulina sống trong môi trƣờng kiềm tính, pH thích hợp nằm trong khoảng 9 – 11, tối ƣu nhất là pH = 9,5. Ở điều kiện này khó có loài nào có thể tồn tại đƣợc ngoài tảo Spirulina.
Tảo Spirulina có thể sống trong nhiệt độ nƣớc là 20 – 40oC, thích hợp nhất là 35oC. Trong tự nhiên Spirulina tập trung nhiều nhất là ở Trung Phi tại khu vực hồ Chad và Niger, ở Đông Phi dọc theo thung lũng GreaRift [7]. Việc nuôi trồng Spirulina ở qui mô lớn trên thế giới bắt đầu tại Nhật Bản vào năm 1960. Đến nay, Spirulina đã đƣợc sản xuất tại ít nhất 22 quốc gia, trong đó có Việt Nam.
Ở Việt Nam, Spirulina phân bố ở các thủy vực khác nhau nhƣ: sông, ao, hồ, ruộng lúa… và đƣợc một số nơi nuôi trồng ở quy mô công nghiệp. Công ty Vĩnh Hảo (Bình Thuận) và cơ sở Bình Chánh (TP.