MỞ ĐẦU Hiện nay một số loài rong (như Chaetomorpha sp.,) đang mọc tự nhiên trong các ao nuôi tôm nước lợ ở vùng đồng bằng sông Cửu Long. Sau khi thu hoạch tôm, một lượng lớn sinh khối rong được nông dân vớt ra khỏi ao và để thành đống thối rữa trên bờ, vừa lãng phí vừa gây ô nhiễm môi trường. Nhiều nghiên cứu cho thấy, các thành phần trong rong có giá trị cao về mặt dinh dưỡng. Việc nghiên cứu và thu nhận các sản phẩm từ các loài rong trên sẽ tận dụng nguyên liệu sẵn có để tạo ra các sản phẩm có giá trị đồng thời giải quyết vấn đề ô nhiễm môi trường hiện nay tại địa phương.
Trong khuôn khổ của Dự án “Nhiên liệu sinh học từ sinh khối thủy sinh Việt Nam” do Viện Sinh học Nhiệt đới chủ trì, thành phần carbohydrate từ rong Chaetomorpha đã được sử dụng để lên men sản xuất nhiên liệu sinh học. Tuy nhiên, protein trong rong có thành phần acid amin cân đối và hàm lượng các acid amin thiết yếu khá cao lại chưa được nghiên cứu sử dụng. Chính vì vậy, mục tiêu của đề tài là thu nhận protein từ sinh khối rong nước lợ (Chaetomorpha sp.), tạo ra nguồn protein concentrate mới từ thực vật để sử dụng trong công nghiệp thực phẩm. Đề tài cũng nghiên cứu các đặc điểm của protein từ rong nước lợ, là nguồn nguyên liệu chưa được khai thác trong nước và trên thế giới.
Trong nghiên cứu này, một loại cellulase đặc biệt được sử dụng để thủy phân carbohydrate trong thành tế bào rong Chaetomorpha. Khác với các enzyme cellulase thông thường (có pH tối ưu trong vùng acid), enzyme này có khả năng hoạt động trong vùng pH trung tính hoặc kiềm nhẹ (là điều kiện pH thuận lợi của quá trình trích ly protein) và vì thế sẽ hỗ trợ hiệu quả quá trình trích ly protein từ rong. Ngoài ra, kỹ thuật siêu âm cũng sẽ được sử dụng với mục đích tăng cường khả năng trích ly protein từ sinh khối rong nước lợ Chaetomorpha sp. Chế phẩm protein concentrate tạo ra cũng sẽ được nghiên cứu đánh giá cấu trúc và tính chất chức năng; khả năng kháng khuẩn cũng như khả năng bắt gốc tự do; thử nghiệm lâm sàng để đánh giá về giá trị sinh học cũng như khả năng tiêu hóa của protein từ rong trong điều kiện invitro và invivo.
2 Việc trích ly và thu nhận thành phần protein có giá trị của rong để ứng dụng trong ngành thực phẩm cũng mang tính thực tiễn cao. Ngoài ra, việc nghiên cứu thu nhận các sản phẩm có giá trị từ một nguồn sinh khối hiện dư thừa và gây ô nhiễm môi trường sẽ là cơ sở để tiến hành khai thác tự nhiên hoặc nuôi trồng kết hợp các loại rong nước lợ với các loại thủy hải sản khác để mang lại lợi ích cao hơn. Tổng quan về rong 1. Tổng quan về rong biển Giới thiệu chung Rong (rong biển hay rong nước lợ) là loại rong dạng sợi dài kết thành khối lớn trôi nổi trong thủy vực có thể dễ dàng khai thác và sử dụng, các loại rong này còn được gọi là rong lớn (macroalgae) để phân biệt với một số loại rong nhỏ (vi tảo: microalgae).
Về mặt phân loại, rong rất khó để phân loại một cách chính xác bởi sự phức tạp trong cấu trúc, đa số loài rong gần với thực vật nhưng một số lại được xem như vi sinh vật (vi khuẩn lam hay tảo lam). Trong số các loại rong trong tự nhiên thì rong biển được sử dụng rộng rãi nhất vì đa dạng về chủng loại và năng suất thu hoạch cao. Rong biển được sử dụng trong các ngành thực phẩm, y học và các hợp chất trích ly từ chúng được ứng dụng trong nhiều ngành công nghiệp. Các loại rong nước ngọt được ứng dụng ít hơn rong biển do sự giới hạn diện tích của thủy vực nước ngọt, việc nghiên cứu và ứng dụng rong nước ngọt chỉ phát triển mạnh trong những năm của thế kỷ 20 cùng với sự phát triển của công nghệ sinh học do đa số trong chúng là các loại vi tảo.
Hiện nay, giống Spirulina spp. được sử dụng nhiều nhất bởi chúng hình thành cấu trúc sợi lớn nên dễ khai thác và có nhiều giá trị đặc biệt trong thực phẩm và y học. Gần đây, các nhà khoa học trên thế giới quan tâm đến nhóm rong sống trong vùng nước lợ. Nhóm rong này sống ở vùng thủy vực ở các cửa sông hoặc các vùng nước mặn nhân tạo bên trong vùng châu thổ để nuôi thủy hải sản.
Do sự giao thoa giữa hai vùng nước nên rong sống trong khu vực này có những đặc điểm khác biệt với các loại rong sống trong hai vùng nước riêng biệt. Các loại rong nước lợ phần lớn di chuyển từ biển vào và thích nghi dần với độ mặn thấp hơn của vùng nước này. Tuy nhiên việc nghiên cứu và ứng dụng các loại rong này chưa nhiều. Tùy thuộc vào thành phần cấu tạo, thành phần sắc tố, đặc điểm hình thái, đặc điểm sinh sản mà rong biển được chia thành 9 ngành sau: − Ngành rong Lục (Chlorophyta) − Ngành rong Trần (Englenophyta) 4 − Ngành rong Giáp (Pyrophyta) − Ngành rong Khuê (Bacillareonphyta) − Ngành rong Kim (Chrysophyta) − Ngành rong Vàng (Xantophyta) − Ngành rong Nâu (Phaecophyta) − Ngành rong Đỏ (Rhodophyta) − Ngành rong Lam (Cyanophyta) Trong đó, ba ngành có giá trị kinh tế cao là rong Lục, rong Nâu, rong Đỏ.
Ứng dụng của rong biển Từ lâu, rong đã được sử dụng rộng rãi trong khẩu phần ăn của người, đặc biệt là ở Nhật Bản, Hàn Quốc, Trung Quốc. Những loài rong thường được sử dụng trong thực phẩm như rong mứt (Porphyra sp. Ở góc độ dinh dưỡng, rong là loại thực phẩm năng lượng thấp, ít lipid, giàu khoáng chất và protein. Rong là nguồn cung cấp các loại vitamin như A, B C, D, E và các loại khoáng như calcium, phosphorus, sodium, potassium.
Rong cũng chứa một lượng lớn polysaccharide, thường là polysaccharide cấu trúc của thành tế bào. Các thành phần polysaccharide của rong như agar, carrageenan, ulvans, fucoidan không được thủy phân bởi amylase trong hệ tiêu hóa của người và động vật, vì thế đây là một nguồn chất xơ và prebiotic có triển vọng để sử dụng trong thực phẩm chức năng. Sự lên men có chọn lọc các chất xơ prebiotic bởi hệ vi khuẩn có ích trong đường ruột sẽ giúp ức chế hoạt động của các vi khuẩn có hại, cải thiện sức khỏe của hệ tiêu hóa và tăng cường khả năng miễn dịch của người sử dụng. Việc sử dụng rong thường xuyên trong khẩu phần ăn đã được chứng minh là mang lại nhiều lợi ích cho sức khỏe của con người.
Tại Hàn Quốc, sử dụng khẩu phần ăn hàng ngày chứa Porphyra sp. giúp giảm đáng kể nguy cơ ung thư vú và giảm nguy cơ tiểu đường [3]. Đối với thức ăn chăn nuôi, đặc biệt trong ngành thủy sản rong được sử dụng để thay thế một phần nguồn thức ăn hoặc thay thế hoàn toàn. Kalla và cộng sự nhận thấy 5 việc bổ sung Porphyra spp.
vào khẩu phần ăn của cá vền (Seabream) hoặc Valente và cộng sự cũng nhận thấy việc thay thế 5-10% bột cá trong thức ăn của cá vược châu Âu bằng Gracilaria busra-pastonis sẽ làm tăng tốc độ tăng trưởng riêng. Nhiều nghiên cứu cho thấy việc sử dụng rong dạng phụ gia bổ sung vào khẩu phần ăn của thủy sản ngoài việc làm gia tăng thể trọng còn góp phần cải thiện các hoạt động sinh lý, đáp ứng stress, sức nhịn đói, kháng bệnh và chất lượng thịt của cá nuôi [4, 5]. Đối với lĩnh vực y học, rong thường được sử dụng như một vị thuốc trong Đông y (Côn bố). Tác động hỗ trợ điều trị bệnh của rong phần lớn do các thành phần dinh dưỡng có giá trị cao như protein, vitamin… như Spirulina.
Gần đây nhiều công trình nghiên cứu đã phát hiện thấy một số tác động đặc biệt của một số thành phần hóa học của rong, ví dụ Sheih và cộng sự đã phát hiện thấy một số đoạn peptide từ protein của Chlorella vulgaris có khả năng kháng ung thư cũng như khả năng kháng oxi hóa. Zbakh và cộng sự đã trích ly được một số hợp chất có khả năng kháng vi sinh vật từ một số loại rong ở tầng đáy của Địa Trung Hải hay Lordan và cộng sự đã khảo sát một số loại rong có tiềm năng giảm bớt nguy cơ mắc một số bệnh mãn tính [6-9]. Trong công nghiệp, rong được xem như nguồn thu nhận các hợp chất có giá trị cao như: agar, carageenan, alginate…các hợp chất này được sử dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp và chế biến. Chúng đều có chung đặc tính tạo cấu trúc cho nhiều sản phẩm công nghiệp, đặc biệt là công nghiệp thực phẩm.
Rong lục Rong lục là các sinh vật nhân thật, có hệ thống quang hợp là các phân tử chlorophyll a và b, bên cạnh đó trong tế bào còn chứa các sắc tố phụ như beta carotene và xanthophylls. Rong có dạng tế bào đơn giản hoặc phức tạp, nhiều tế bào dạng hình phiến hay dạng sợi, chia nhánh hoặc không chia nhánh. Dựa trên dữ liệu phân tử cho thấy tổ tiên chung gần đây nhất của tất cả các loài rong lục có thể đã tồn tại 1100-1200 triệu năm trước [10]. Việc phân loại rong lục rất phức tạp.
Trước đây, việc phân loại rong lục dựa vào nhiều tiêu chí khác nhau như hình thái, siêu âm, phân tử. Sự phát triển của kính hiển vi điện tử vào những năm 70 của thế kỷ trước đã tiết lộ nhiều đặc điểm tế bào quan trọng để phân loại rong lục. Mattox và Stewart đã đề xuất một cách phân loại mới, trong đó sự khác biệt trong các tế bào roi (flagellated cells) và cytokinesis trong quá trình nguyên 6 phân là hai đặc tính quan trọng nhất. Trong 20 năm qua, sự ra đời của sinh học phân tử đã tạo ra một cuộc cách mạng để phân loại nhiều loài và rong là một trong những loài bị ảnh hưởng nhiều nhất.
Dữ liệu trình tự DNA được sử dụng để phân loại rong đã chỉ ra rằng sự khác biệt về đặc điểm hình thái ở rong lục thường không tương quan với sự phát sinh loài [11-15]. Hiện tại người ta đã xác định rằng rong lục thuộc về một ngành riêng gọi Viridiplantae. Viridiplantae (thực vật xanh) là một nhánh bao gồm tảo lục và thực vật trên cạn. Trong một số hệ thống phân loại nhánh này được coi như là một giới dưới các tên gọi khác nhau, như Viridiplantae, Chlorobionta hay đơn giản chỉ là Plantae.
Adl và cộng sự đã đưa ra một phân loại cho toàn bộ thực vật nhân chuẩn vào năm 2005, cũng đã đề xuất tên gọi Chloroplastida cho nhóm này, để chỉ nhóm sinh vật có các lục lạp với diệp lục chủ yếu là màu xanh.