MỞ ĐẦU Ngày nay, cùng với sự phát triển của khoa học và công nghệ, con ngƣời không ngừng nâng cao chất lƣợng, đa dạng hóa các sản phẩm thực phẩm theo hƣớng phát triển bền vững, thân thiện với môi trƣờng bằng việc tìm kiếm những sản phẩm thiên nhiên có giá trị dinh dƣỡng và giá trị sinh học cao, đáp ứng yêu cầu vừa là thức ăn, vừa là dƣợc phẩm chữa bệnh. Tảo Spirulina chính là một trong những lựa chọn hàng đầu để từng bƣớc giải quyết những mong mỏi đó. Tảo Spirulina (Anthrospira platensis), một loài vi khuẩn lam có dạng sợi xoắn, là một loại thực phẩm dinh dƣỡng đặc biệt chứa nhiều hoạt chất sinh học có tác dụng tốt cho sức khỏe con ngƣời. Với hàm lƣợng protein trong thành phần chiếm tới 55 - 70% trọng lƣợng khô, có nhiều axit amin đặc biệt là các axit amin không thay thế, giàu các vitamin nhƣ vitamin A, E, B complex,.
giàu các chất khoáng, các sắc tố, giàu axit béo GLA thiết yếu và chất xơ, chứa nhiều chất chống lão hóa (để bảo vệ tế bào) quan trọng nhƣ phycocyanin, chlorophyll và carotenoid. và nhiều chất có hoạt tính sinh học khác đã cho thấy tảo Spirulina đang trở thành nguồn dinh dƣỡng quý giá cần đƣợc nghiên cứu và ứng dụng. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng, tảo Spirulina là một loại thực phẩm sạch bảo vệ sức khỏe tốt nhất của loài ngƣời. Nó có tác dụng chống suy dinh dƣỡng, ức chế sự phát triển của virut, làm tăng hệ miễn dịch, ngăn ngừa bệnh thiếu máu và hỗ trợ giảm nguy cơ ung thƣ.
Spirulina còn có những hoạt tính quý nhƣ điều hòa dƣỡng huyết khí, hỗ trợ tim mạch, giảm cholesterol, chống béo phì, tăng khả năng chống oxy hóa, chống lão hóa, cải thiện hệ tiêu hóa, hỗ trợ tích cực quá trình tiêu độc trong cơ thể chúng ta. Tổ chức Y tế thế giới (WHO) cũng công nhận tảo Spirulina là thực phẩm dinh dƣỡng chuẩn mực và hy hữu xét về góc độ cân bằng các dƣỡng chất thiết yếu và vitamin. Xét về hàm lƣợng protein thì đây là một loại vi sinh vật sản suất protein cao hiếm có và thành phần rất đầy đủ về các axit amin thiết yếu, bán thiết yếu với tỷ lệ cân đối. Theo các nghiên cứu và khuyến nghị của WHO, các chuyên gia dinh dƣỡng và bác sĩ cho rằng với lƣợng dùng 1 – 3g tảo Spirulina mỗi ngày sẽ mang lại những lợi ích to lớn cho sức khỏe.
Tuy nhiên, với những ngƣời đang điều trị bệnh 1 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com hoặc cần bổ sung dinh dƣỡng đặc biệt nhƣ vận động viên, ngƣời chơi thể thao hay ngƣời ăn chay có thể sử dụng Spirulina với lƣợng dùng nhiều gấp 2-3 lần. Tảo Spirulina có nhiều hoạt chất sinh học dễ bị biến đổi trong khi sấy. Do đó, cần nghiên cứu điều kiện sấy thích hợp nhằm hạn chế tối đa sự tổn thất hoạt chất sinh học trong tảo. Ngoài ra, tảo Spirulina có bản chất thuộc nhóm vi sinh vật tiền nhân, thành tế bào gây cản trở quá trình tiêu hóa vì vậy cần nghiên cứu giải pháp phù hợp để phá vỡ tế bào nhằm chiết suất protein thực vật cũng nhƣ các thành phần sinh dƣỡng có giá trị trong tảo.
Những năm gần đây, Việt Nam có rất nhiều các cơ sở nuôi trồng tảo Spirulina nhƣ ở Vĩnh Hảo (Bình Thuận), Châu Cát, Lòng Sông (Thuận Hải), Suối Nghệ (Đồng Nai). Song song với đó là sự đa dạng các sản phẩm chế biến từ tảo Spirulina có giá thành rẻ nhƣng mang lại giá trị dinh dƣỡng cao. Trong khi đó, khẩu phần ăn của bộ đội Quân đội ta hiện nay chƣa có sản phẩm nào đƣợc bổ sung hoạt chất sinh học, vi chất dinh dƣỡng và các axit amin thiết yếu giúp tăng cƣờng sức khỏe, tăng tính miễn dịch, tăng tính giải độc. Mặt khác, bộ đội khi thực hiện nhiệm vụ trong điều kiện rừng núi, đi hành quân dã ngoại thì khẩu phần ăn thƣờng hạn chế rau, thiếu vitamin, khoáng chất, các vi chất… Do đó, nếu bổ sung bột tảo Spirulina vào các khẩu phần ăn của bộ đội nhƣ lƣơng khô, bánh quy, đồ uống.
là rất thiết thực và hiệu quả. Vì vậy, việc nghiên cứu bổ sung bột tảo Spirulina vào khẩu phần ăn dinh dƣỡng của bộ đội hiện nay là hết sức cần thiết. Trên cơ sở đó, chúng tôi tiến hành đề tài “Nghiên cứu ứng dụng tảo Spirulina trong chế phẩm khẩu phần ăn giàu dinh dưỡng” 2 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 TỔNG QUAN VỀ TẢO SPIRULINA 1.1 Lịch sử nghiên cứu tảo Spirulina Các nghiên cứu khoa học đã chỉ ra rằng, tảo Spirulina (có tên khoa học là Arthrospira platensis) là một trong những loài sinh vật 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 3,5 tỷ năm trƣớc.
Từ xƣa, Spirulina đã đƣợc những ngƣời dân vùng đó dùng nhƣ một dạng thức ăn. Bằng kinh nghiệm, họ nhận thấy Spirulina là một loại thực phẩm rất bổ dƣỡng. Spirulina là tên gọi do nhả tảo học ngƣời Đức – Deurben đặt vào năm 1827 dựa trên hình thái đặc trƣng nhất là dạng sợi xoắn ốc với khoảng 5-7 vòng đều nhau không phân nhánh [4, 10]. 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), sau khi quan sát và nhận thấy những ngƣời dân sống quanh vùng hồ này rất khỏe mạnh vì họ thƣờng vớt loại tảo này về ăn nhƣ là một loại thực phẩm chính [10].
Đến năm 1973, Tổ chức Lƣơng nông quốc tế (FAO) và Tổ chức Y tế thế giới (WHO) đã chính thức công nhận thảo Spirulina là nguồn dinh dƣỡng và dƣợc liệu quý, đặc biệt trong chống lão hóa và chống suy dinh dƣỡng. Hai mƣơi năm sau, vào những năm cuối của thập kỉ 80 thế kỉ XX – nhiều giá trị dinh dƣỡng và chức năng sinh học của tảo Spirulina đã đƣợc khám phá và công bố rộng rãi không chỉ ở Pháp và ở cả nhiều nƣớc khác trên thế giới nhƣ Mỹ, Nhật, Canada, Mehico, Đài Loan.2 Đặc điểm phân loại Tảo Spirulina là các vi sinh vật có hình xoắn sống trong nƣớc mà ta quen gọi là Tảo xoắn với tên khoa học là Spirulina platensis. Thực ra đây không phải là 3 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com một sinh vật thuộc ngành Tảo (Algae) vì Tảo thuộc giới sinh vật có nhân thật (Eukaryotes). 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 [7,10]. Về phân loại khoa học [10, 14], tảo Spirulina thuộc: - Giới (domain): Bacteria - Ngành (phylum): Cyanobactera - Lớp (class): Chroobacteria - Bộ (order): Oscillatoriales - Họ (family): Phormidiaceae - Chi (genus): Arthrospira - Loài (species): Anthrospira platensis 1.3 Đặc điểm cấu tạo của tảo Spirulina Hình 1.1: Tảo xoắn (Spirulina) dƣới kính hiển vi [32] Tảo Spirulina là một loài vi tảo có dạng xoắn hình lò so, màu xanh lam với kích thƣớc chỉ khoảng 0,25mm. Chúng sống trong môi trƣờng nƣớc giàu 4 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail. Quan sát dƣới kính hiển vi điện tử cho thấy Spirulina có dạng lông, cấu tạo đơn bào, có lớp vỏ capsule, thành tế bào có nhiều lớp, có cơ quan quang hợp hoặc hệ phiến thylakoid, riboxom và những sợi ADN nhỏ.
Capsule có cấu trúc sợi nhỏ và bao quanh là một lớp sợi khác bảo vệ cho chúng. Bề ngang của lông thay đổi từ 6-12µm và đƣợc cấu tạo từ các tế bào hình trụ tròn. Đƣờng kính xoắn ốc của nó từ 30-70µm, chiều dài của lông là khoảng 500µm, trong một vài điều kiện nuôi cấy khi có kích thích thì chiều dài của các sợi có thể lên đến 1mm. Điều này giải thích tại sao hình dáng xoắn ốc của Spirulina trong môi trƣờng lỏng bị thay đổi thành hình xoắn lò so trong môi trƣờng rắn.
Những thay đổi này là do sự hút nƣớc hoặc khử nƣớc của oligopeptide trong màng peptidoglican tạo nên [4, 10]. Thành tế bào của Spirulina có cấu tạo gồm 4 lớp, xếp theo thứ tự từ bên trong ra ngoài là: LI, LII, LIII và LIV. Các lớp này đều rất mỏng, ngoại trừ lớp 2 đƣợc cấu tạo từ peptidoglycan, chất này giữ cho thành tế bào cứng chắc. Lớp 1 chứa β- 1,2-glucan, một chất khó tiêu hoá đối với con ngƣời.
Tuy nhiên, lớp này chiếm tỉ lệ thấp (<1%), độ dày nhất của nó là 12nm, còn các protein và các lipo- polysaccarit tự nhiên của lớp thứ hai là lý do cho sự tiêu hóa Spirulina rất dễ dàng của con ngƣời [7]. Chlorophyll a, caroten và phycobilisome nằm trong hệ thylakoid - cơ quan quang hợp của tảo này. Phycobilisome là nơi chứa phycocyanin (có sắc tố xanh). Riboxom và các sợi ADN nằm ở vùng trung tâm.
Spirulina chứa nhiều tổ chức ngoại vi kết hợp với thylakoid, chúng là các hạt cyanophycin, thể polyhedral, các hạt poliglucan, hạt lipid, các hạt poliphotphat. Các hạt cyanophycin, hay còn gọi là các hạt dự trữ, có vai trò quan trọng do các hợp chất hoá học tự nhiên của chúng và các nhóm sắc tố của chúng. Thể polyhedral hay carboxysome cho phép cố định CO2 trong hệ thống quang hợp và có thể mang ra một cơ quan dự trữ. Các hạt polyglucan hoặc glycogen hoặc hạt α là những polyme glucose, nhỏ, tròn và khuếch tán rộng trong 5 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.
Các hạt lipid, hạt β hoặc hạt osmophile từ cơ quan dự trữ, đƣợc cấu tạo bởi poly-β hydroxybutyrate, chỉ tìm thấy ở trong các tế bào prokaryote, chúng đƣợc coi nhƣ là những chất dự trữ năng lƣợng [4,7].4 Thành phần dinh dƣỡng 1.1 Thành phần dinh dƣỡng tổng hợp Spirulina chứa hàm lƣợng protein rất cao và chứa đầy đủ các vitamin. Spirulina có giá trị dinh dƣỡng cao vì chứa hàm lƣợng protein cao và các chất có hoạt tính sinh học khác. Giá trị protein trung bình của Spirulina là 65%, cao hơn so với nhiều loại thực phẩm. Ví dụ, hàm lƣợng protein của cá và thịt là 15- 20%, nƣớc tƣơng là 35%, sữa cô đặc là 35%, trứng là 12% và của ngũ cốc là 8- 14% (R.
Herehson, Earth Food Spirulina, Konore Press, 1977). Chỉ số hóa học (chemical score - C.S) của protein của tảo cũng rất cao, trong đó các loại acid amin chủ yếu nhƣ leucin, isoleucin, valin, lysin, methionin và tryptophan đều có mặt với tỷ lệ vƣợt trội so với chuẩn của tổ chức Lƣơng nông quốc tế (FAO) quy định. Hệ số tiêu hóa và hệ số sử dụng protein (net protein utilization – N. Ngoài ra, tỷ lệ chất xơ trong tảo cũng rất cao.