MỞ ĐẦU Spirulina platensis là một loại vi tảo (hay còn gọi là vi khuẩn lam) có dạng xoắn, màu xanh lam, các tế bào liên kết thành tập đoàn dạng sợi, có giá trị dinh dưỡng cao: Protein chiếm đến 67%, cao gấp 2 - 3 lần thịt bò và thịt gà; lipid – 11.2% trọng lượng khô và có nhiều loại axit béo không bão hoà đa nối đôi, các nguyên tố đa và vi lượng khác nhau (Đặng Đình Kim, 2002). Protein trong tảo Spirulina gồm 18 loại acid amin, trong đó các loại axit amin thiết yếu như Leucin, Isoleucin, Valin, Lysin, Methionin và Tryptophan đều có mặt với tỷ lệ vượt trội so với chuẩn của tổ chức lương thực quốc tế (FAO) quy định; hệ số tiêu hóa và acid gama linolenic (tiền thân của chất prostaglandin) rất cao có tác dụng cùng với vitamin E chống xơ vữa động mạch, điều hòa huyết áp, bảo vệ gan và các tế bào thần kinh; là những nhân tố rất quan trọng cho trẻ, đặt biệt là trẻ thiếu sữa mẹ… Ngày nay, Spirulina đang là đối tượng được tập trung nghiên cứu rất mạnh vì chúng được xem như là một sản phẩm chiến lược mang lại giá trị kinh tế cao của nhiều nước trên thế giới. Do có những tác dụng to lớn đối với sức khỏe con người như vậy nên từ lâu, tổ chức lương thực và y tế thế giới (FAO & WHO) đã xem Spirulina như là nguồn thực phẩm chức năng bổ dưỡng lý tưởng trong thế kỷ 21 (Wang and Zhao, 2005). Hiện nay nhiều nước trên thế giới đã phát triển nuôi công nghiệp loài tảo này với mục đích tạo thực phẩm dinh dưỡng, thực phẩm chức năng cho người và động vật nuôi trong đó có động vật thủy sản.
Spirulina platensis không sử dụng CO2 tự do mà chủ yếu sử dụng ở dạng HCO3- hoặc CO32-. Ở Việt Nam nguồn nước khoáng thiên nhiên của nhiều tỉnh thành được đánh giá có thành phần khoáng tốt, có thể sử dụng cho mục đích chữa bệnh, tăng cường sức khoẻ cho con người. Theo nguồn của Đại học Y dược Huế, nguồn nước khoáng nóng tại Mỹ An (thôn Mỹ An, xã Phú Dương, huyện Phú Vang, Huế) là loại nước sulfur hyđro – fluor, nóng vừa, khoáng hoá vừa với độ khoáng hóa khoảng 3000mg/l. Đặc biệt nồng độ ion HCO3- đạt hơn 1000mg/l rất tốt cho việc nuôi Spirulina.
Sử dụng nguồn nước khoáng để nuôi sinh khối tảo trên quy mô lớn giúp giảm hàm lượng hóa chất sử dụng trong quá trình nuôi, giảm được chi phí sản xuất tảo, và dẫn đến giảm giá thành các sản phẩm sản xuất từ tảo. 1 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Vì vậy đề tài “Nghiên cứu nuôi thử nghiệm Spirulina trong nước khoáng Mỹ An, tỉnh Thừa – Thiên Huế” được thực hiện với mong muốn tận dụng được những khoáng chất tự nhiên quí giá sẵn có trong nguồn nước khoáng Mỹ An nhằm xây dựng được mô hình nuôi sinh khối tảo Spirulina platensis ở Thừa - Thiên Huế để giảm lượng hóa chất sử dụng, tiết kiệm được chi phí sản xuất; tảo thu được đạt năng suất và chất lượng cao, tạo được nguồn nguyên liệu chế biến các sản phẩm thực phẩm chức năng chăm sóc sức khỏe cho con người. 2 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail. TỔNG QUAN TÀI LIỆU 2.
ĐẶC ĐIỂM SINH TRƯỞNG VÀ PHÂN BỐ CỦA TẢO SPIRULINA 2. Đặc điểm hình thái, cấu tạo và phân loại * Hình thái Tên “Spirulina” xuất phát từ tiếng Latinh “helix” hoặc “spiral” biểu hiện hình dạng xoắn của nó. Spirulina là tảo đa bào, dạng sợi, sống cộng sinh, các tế bào được phân biệt bởi vách ngăn, dạng sợi xoắn hình lò xo không phân nhánh, số vòng xoắn lớn nhất là 6 - 8 vòng đều nhau. Đường kính xoắn khoảng 35 - 50m, bước xoắn là 60m, chiều dài sợi tảo có thể đạt 250m.
Nhiều trường hợp Spirulina có kích thước lớn hơn. Các vách ngang chia sợi Spirulina thành nhiều tế bào riêng rẽ liên kết với nhau bằng cầu liên bào. Sợi tảo Spirulina có khả năng chuyển động và tự vận động theo kiểu trượt quanh trục của sợi (Hoàng Thị Thanh Loan, 2010). * Cấu tạo Tế bào Spirulina có cấu trúc giống với sinh vật Prokaryote thiếu các hạt liên kết với màng thuộc gram âm, thành tế bào nhiều lớp và được bao bọc bởi màng polysaccharide nhầy.
Thành tế bào Spirulina không chứa celulose mà hệ tiêu hóa con người không phân cắt được. Spirulina có tỷ lệ chuyển hóa quang hợp khoảng 10% so với chỉ 3% của các thực vật sống trên cạn như đậu nành. Tế bào tảo Spirulina chưa có nhân điển hình, vùng nhân chỉ là vùng giàu axit nucleic chưa có màng nhân bao bọc, phân bố trong nguyên sinh chất. Thành tế bào Spirulina có cấu trúc nhiều lớp, không chứa cellulose mà chứa mucopolyme, pectin và các loại polysacharid khác.
Màng tế bào nằm sát ngay dưới thành tế bào và nối với màng quang hợp thylakoid tại một vài điểm. Spirulina không có lục lạp mà chỉ chứa thylakoid quang hợp nằm rải rác trong nguyên sinh chất. Màng thylakoid bao quanh các hạt polyphosphat có đường kính 0.5 - 1μ thường nằm ở trung tâm tế bào. Sắc tố quang hợp chính là phycocyanin, bên cạnh đó còn có chlorophyll a.
Ngoài ra, tế bào Spirulina không có không bào thực, chỉ có không bào chứa khí làm chức năng điều chỉnh tỉ trọng tế bào. Không bào khí có vai trò rất quan trọng trong việc làm cho Spirulina nổi lên mặt nước. Tế bào Spirulina không có ty thể và mạng lưới nội chất, tuy nhiên tế bào vẫn có ribosome với hệ số lắng 70S và một số thể vùi như hạt polyphotphat, 3 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com glycogen, phycocyanin, cacboxysome và hạt mesosome (Đặng Đình Kim, 1999). Thành tế bào dưới kính hiển vi điện tử hiện lên gồm 4 lớp: từ lớp L1 đến lớp L4 (L1, L2, L3, L4).
L1 và L3 chứa vật liệu dạng sợi. L2 là một peptidoglycan giống như ở tế bào vi khuẩn. L4 được sắp xếp chạy theo chiều dọc của trục sợi Spirulina (Nguyễn Thị Hoa, 2009). Lát cắt tế bào Spirulina platensis.
Nguồn: Nguyễn Thị Hoa (2009) Hình 2.1 cũng cho thấy một vách ngăn đang hình thành, vách ngăn này gồm ba lớp: L2 kẹp giữa hai L1, có thể hình dung như hình 2. Mô hình sắp xếp vách tế bào Spirulina platensis. Nguồn: Phan Văn Dân (2009) Lớp L1 và L3 có chức năng vận chuyển điện tử, hai lớp L2 và L4 tập trung các điện tử đó. Độ dày của mỗi lớp từ 10 - 15nm, nên độ dày của toàn bộ thành tế bào là khoảng 40 - 60nm.
Các lớp L1, L3, L4 có độ dày bằng nhau, lớp L2 lớn hơn (Phan Văn Dân, 2009). * Phân loại Mang nhiều tên gọi khác nhau như Spirulina, Arthrospira và là một chủ đề 4 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com được thảo luận nhiều từ trước đến nay, nhất là khi cái tên “tảo” được nhắc đến lần đầu tiên. Năm 1852, việc phân loại học đầu tiên được viết bởi Stizenberger. Ông đưa ra tên chi mới là Arthrospira dựa vào cấu trúc chứa vách ngăn, đa bào, dạng xoắn.
Gomont đã khẳng định những nghiên cứu của Stizenberger vào năm 1892, đồng thời Gomont bổ sung thêm loài không có vách ngăn là Spirulina và loài có vách ngăn là Arthrospira. Như vậy, tên được công nhận là Arthrospira, nhưng trong những hoạt động khảo sát và nghiên cứu Arthrospira được gọi là Spirulina, do đó tên Spirulina được sử dụng phổ biến cho đến nay thay cho tên Arthrospira. Theo Nguyễn Hữu Thước (1988), loài Spirulina (Arthrospira) platensis thuộc: Chi : Spirulina (Arthrospira) Họ : Oscillatoriceae Bộ : Oscillatoriales Lớp : Cyanophyceae Ngành : Cyanophyta Spirulina chủ yếu có hai loài Spirulina platensis và Spirulina maxima, trong đó Spirulina platensis là phổ biến hơn cả. Đặc điểm dinh dưỡng Sự hiểu biết toàn diện về đặc điểm dinh dưỡng của Spirulina trở nên quan trọng hơn vì quy trình sản xuất loài vi sinh vật này thực sự thích hợp với điều kiện khí hậu và kinh tế của những vùng thiếu hụt dinh dưỡng phổ biến.
Trong khi mối quan tâm đối với nhiều loài vi sinh vật khác đang ngày càng giảm bớt vì vấn đề khả năng tiêu hóa, hàm lượng các loại acid. Spirulina dường như trở thành một giải pháp tốt nhất cho sản xuất nguồn thực phẩm có chất lượng cao. Spirulina được 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 vi sinh vật khác có khả năng sống sót trong điều kiện như vậy (Phan Văn Dân, 2009). Protein Hàm lượng protein trong Spirulina dao động từ 50 - 70% trọng lượng khô.
Hàm lượng protein này thấp hơn từ 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 của ngày nắng. Spirulina có hàm lượng protein cao hơn bất kỳ một loại thực phẩm 5 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com nào khác, nhiều hơn thịt động vật và cá tươi (15 – 25% TLT), đậu nành (35% TLK), sữa bột (35% TLK), trứng (12% TLT), đậu phộng (25% TLK), lúa gạo (8 – 14% TLK), sữa (3% TLT). Theo quan điểm chất lượng thì protein từ tảo Spirulina là hoàn hảo, vì sự hiện diện đầy đủ acid amin thiết yếu và không thiết yếu, chiếm khoảng 47% tổng lượng protein.
Protein của tảo Spirulina là nguồn protein ít béo, ít calorie và đặc biệt không cholesterol. Acid amin Bảng 2. Thành phần acid amin trong Spirulina. Tính cho 10 gram Tỷ lệ so với tổng Acid amin thiết yếu (mg) acid amin (%) Isoleucine 350 5.5 Acid amin không thiết yếu Alanine 470 7.8 Tổng acid amin 6200 100 Nguồn: Jacques Falquet (2008) Thành phần acid amin trong Spirulina rất cân đối, gồm đủ lượng acid amin thiết yếu và không thiết yếu.
6 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Acid amin thiết yếu là thành phần mà cơ thể con người không tự tổng hợp được mà phải cung cấp từ thực phẩm qua đường tiêu hóa. Trong tự nhiên, hầu như không có nguồn nguyên liệu động, thực vật nào chứa đủ toàn bộ 18 loại acid amin này và cũng ở tình trạng tương tự đối với các sản phẩm tổng hợp thương mại.1, chỉ có acid amin methionine và cysteine có mặt ở mức thấp. Mặc dù vậy, chúng vẫn chiếm hơn 80% mức lý tưởng mà tổ chức Nông Lương Thế giới (Food and Agricultural Organisation /FAO) của LHQ đã công bố, cao hơn đậu hạt, trái cây. Với 100% nhu cầu acid amin mỗi ngày chỉ cần dùng 36g Spirulina.
Thành phần acid amin của Spirulina sản xuất ở Việt Nam tương đương nước ngoài. Lipid Hàm lượng lipid khoảng 5 – 7% trọng lượng khô Spirulina. Lượng lipid tổng này được chia thành hai phần: có thể xà pḥòng hóa (83%) và không xà pḥòng hóa (17%, chứa chủ yếu là paraffin, các sắc tố, các sterol). Với hàm lượng lipid thấp.