ĐẶT VẤN ĐỀ Spirulina platensis là những vi sinh vật có khả năng sản xuất các chất có giá trị, chẳng hạn như sắc tố, protein, vitamin cung cấp cho ngành công nghiệp thực phẩm, dược phẩm, chăn nuôi…Trong tất cả các vi Spirulina platensis thì Spirulina platensis phổ biến nhất vì dễ nuôi trồng, quá trình thu hoạch đơn giản. Spirulina platensis được sản xuất thương mại trên toàn thế giới do hàm lượng dinh dưỡng trong Spirulina platensis rất phong phú: protein cao (lên đến 70%), các hợp chất màu (đặc biệt là các sắc tố phytocyanin), acid béo thiết yếu ( - linoleic acid), vitamin B12 và các khoáng chất, mang hoạt chất chống ung thư, giảm cholesterol, chống oxy hóa, hỗ trợ điều trị bệnh tiểu đường, tăng cường hệ miễn dịch [27] Ngoài việc nuôi trồng Spirulina trong những môi trường truyền thống đã được nghiên cứu kỹ trong phòng thí nghiệm, xu hướng nghiên cứu và nuôi trồng Spirulina trong một số nguồn nước khác nhau như trong nước lợ, nước biển và nước thải có kèm theo việc điều chỉnh và bổ sung một số chất dinh dưỡng thích hợp cũng đang được phát triển rộng rãi [16]. Biển bao phủ 72% bề mặt trái đất chiếm 98% tổng lượng nước của toàn thế giới. Nước biển có tính kiềm, giá trị pH = 8, hàm lượng muối trung bình là 33,3 ‰.
Độ mặn của nước biển có thể dao động trong khoảng từ 29‰ (nước biển ở các cực của trái đất) đến 35‰ (ở những nơi gần xích đạo), trung bình là khoảng 34‰, tức là chứa khoảng 34g muối/lít, ngoài ra nước biển còn chứa rất nhiều các nguyên tố khoáng vi lượng. Trong nước biển, hàm lượng muối chiếm nhiều nhất, giữ vai trò chủ đạo là NaCl (26,5g/l chiếm khoảng 77,8%), ngoài ra không có chứa NaHCO3. Nuôi trồng Spirulina yêu cầu độ pH tương đối cao, do đó hàm lượng NaHCO 3 cao phải luôn luôn có mặt trong môi trường để duy trì pH và ngăn ngừa biến động. Môi trường Zarrouk giàu hàm lượng NaHCO3 (16,8g/l) đã được sử dụng để nuôi trồng Spirulina trong nhiều năm nay [30].
2 Môi trường nước biển và môi trường Zarrouk có hàm lượng khoáng tương đối giống nhau. Tuy nhiên, trong môi trường nước biển thì NaCl là thành phần có hàm lượng cao nhất, còn trong môi trường Zarrouk thì NaHCO 3 lại chiếm vai trò chủ đạo. Spirulina muốn nuôi được trong môi trường nước biển, trước hết Spirulina phải sống và phát triển được trong môi trường không có chứa hàm lượng NaHCO 3. Tuy nhiên nếu thay hoàn toàn lượng NaHCO3 trong môi trường Zarrouk bằng NaCl thì Spirulina platensis có thích ứng và phát triển được hay không? Việc nuôi trong môi trường mà thành phần NaHCO 3 được thay thế một phần hoặc hoàn toàn bằng NaCl sẽ ảnh hưởng đến sự sinh trưởng và hàm lượng lipid ở Spirulina như thế nào? Để tìm hiểu xem Spirulina có thể nuôi trong môi trường hoàn toàn không có NaHCO3 hay không và thành phần dinh dưỡng có bị biến đổi như thế nào trong môi trường này, chúng tôi tiến hành thực hiện đề tài nghiên cứu: “KHẢO SÁT VIỆC THAY THẾ HÀM LƯỢNG NaHCO 3 BẰNG NaCl TRONG MÔI TRƯỜNG NUÔI TRỒNG TẢO SPIRULINA PLATENSIS” 1.
MỤC TIÊU - Nuôi Spirulina trong môi trường mà hàm lượng NaHCO3 được thay thế bằng NaCl nhằm hướng đến việc sử dụng nước biển để thay thế môi trường truyền thống. - Đánh giá sự tăng trưởng và thành phần lipid của Spirulina platensis trong môi trường có thành phần NaHCO3 được thay thế dần bằng NaCl trong 2 điều kiện nuôi khác nhau. NỘI DUNG - Nuôi trồng Spirulina platensis trong môi trường Zarrouk ở điều kiện tự nhiên. - Nuôi trồng Spirulina trong các môi trường có thành phần NaHCO3 được thay thế dần bằng NaCl ở điều kiện tự nhiên.
3 - Khảo sát sự sinh trưởng của Spirulina platensis trong môi trường có thành phần NaHCO3 được thay thế dần bằng NaCl ở hai điều kiện nuôi khác nhau (nuôi trong hũ nhựa và nuôi trong ống nhựa). - Khảo sát hàm lượng protein tổng và lipid tổng trong các môi trường có hàm lượng NaHCO3 và NaCl khác nhau. - Phân tích các thành phần lipid qua sắc ký khí 4 CHƯƠNG 2. TỔNG QUAN TÀI LIỆU 2.
GIỚI THIỆU VỀ TẢO SPIRULINA PLATENSIS Spirulina platensis lam hay còn gọi là vi khuẩn lam (Cyanobacteria) là một ngành vi khuẩn có khả năng hấp thu năng lượng qua quá trình quang hợp. Trong số các cơ thể tự dưỡng được thì vi khuẩn lam được xem là nhóm nguyên thủy nhất. Di tích hóa thạch của chúng được phát hiện cách đây khoảng 3,8 tỷ năm. Chúng được xếp liền sau các vi khuẩn và riêng với các nhóm khác vì ngoài những đặc điểm như chưa có nhân thật, chưa có lục lạp, chỉ có chlorophyll a thì chúng cũng chưa có sự sinh dục hữu tính, cấu tạo đơn giản (đơn bào hay đa bào hình sợi).
Vi khuẩn lam Spirulina platensis không có tiêm mao, chúng di chuyển bằng cách trượt lên bề mặt. Spirulina còn có tên là Arthrospira, là loại vi khuẩn lam không cố định nitơ và ăn được. Spriulina có dạng xoắn lò xo, kích thước nhỏ, chúng sống trong môi trường có độ kiềm cao, giàu ion bicacbonate (HCO 3-). Spirulina sinh trưởng rất nhanh, nhiệt độ tối thích cho sự phát triển là 35 – 36oC [20].
Đã từ lâu, Spirulina đã được con người sử dụng làm thức ăn. Một số tài liệu sử học ghi nhận ở thế kỷ XVI, thổ dân Aztecs sống quanh vùng hồ Texcoco vẫn thường thu vớt một loại thức ăn từ hồ này, họ gọi món ăn đó là “Techuilatl”. “Techuilatl” được bán tại các chợ của Mexico và được ăn cùng với ngô và các ngũ cốc khác hoặc cùng với nước chấm gọi là “Chilmolli”. Về sau “Techuilatl” được xác định là làm từ Spriulina maxima, một loại thức ăn rẻ tiền và giàu dinh dưỡng.
Dân địa phương quanh thị trấn Fort Lamy, nay thuộc nước cộng hòa Công Gô (châu Phi), vẫn ăn một thứ thức ăn gọi là “Dihé”. Họ làm “Dihé” từ những váng màu xanh nổi trên mặt nước hồ Chad. Họ thu vớt và phơi khô chứng trên cát dưới ánh sáng mặt trời rồi đập nhỏ đem bán [23]. Dangeard – một nhà nghiên cứu người Pháp đã xác định thành phần chính của “Dihé” là loại Spirulina platensis xoắn Arthrospira (Spirulina platensis).
5 Năm 1970, qui trình sản xuất sinh khối Spirulina platensis quy mô lớn đầu tiên được tiến hành trên diện tích 12 hecta tại Pháp đã cho sản lượng trên 1 tấn khô mỗi ngày [10]. Ngày nay, có rất nhiều nước nuôi trồng sản xuất Spirulina platensis với quy mô lớn như Nhật Bản, Đài Loan, Mỹ, các nước châu Phi… 2. Phân loại Chi Spirulina là tên gọi đầu tiên được mô tả bởi Turpin vào năm 1827.[30] Theo phân loại mới nhất Spirulina platensis thuộc: [33] - Chi Arthrospira - Họ Phomidiaceae - Bộ Oscillatoriales ( phân loại theo hệ thống Bergey, 1994) - Lớp Chroobacteria - Ngành Cyanobacteria Có 2 loại phổ biến là Arthrospira maxima và Arthrospira platensis. Do hình dạng “lò xo xoắn” dưới kính hiển vi nên được gọi là Spirulina với tên khoa học là Spirulina platensis, Spirulina platensis Spirulina maxima (bắt nguồn từ gốc spire, spiral có nghĩa là “xoắn ốc”) và trước đây được coi là thuộc chi Spirulina.
Thực ra, đây không phải là sinh vật thuộc Spirulina platensis (algae) vì Spirulina platensis thuộc sinh vật nhân thật (Eukaryota) còn Spirulina (Cyanobacteria) thuộc sinh vật nhân sơ hay nhân nguyên thủy (Prokaryota). [5] Đã có rất nhiều loài Spirulina được tìm thấy, đặc biệt trong đó có 2 loài có nguồn gốc từ Châu Phi và Nam Mỹ là S. platensis là được nghiên cứu nhiều nhất. Mặc dù, có rất nhiều loài sống tự nhiên trong ao, hồ, ruộng lúa, sông ngòi, ở dạng đơn độc hoặc kết thành những cụm nổi trên mặt nước, nhưng khi phân loại đều phải dựa vào đặc điểm xoắn và các tính chất đặc trưng khác của Spirulina platensis.
Đặc điểm sinh học của Spirulina platensis 2. Hình thái [8] Spirulina tồn tại dưới dạng thể đa bào, dạng sợi. Dưới kính hiển vi Spirulina là những sợi màu xanh lục hay xanh lam, tế bào dạng trụ tròn không phân nhánh, không dị bào, xoắn kiểu lò xo và đều nhau, ở 2 đầu xoắn thường hẹp, di động bằng cách trượt dài dọc theo trục. Mức độ xoắn của vòng xoắn cuối cùng hẹp hơn từ 30 – 50% so với vòng xoắn bình thường, điều này không xảy ra với những sợi duỗi thẳng [30].
Ngoài dạng xoắn lò xo còn có các dạng khác như dạng thẳng, hình S, hình C…Phụ thuộc vào điều kiện ánh sáng, nhiệt độ môi trường và điều kiện dinh dưỡng. Các vòng xoắn của Spirulina platensis dễ thay đổi. Ngay trong một dạng bình thường có thể có đến 5 – 7 vòng xoắn, đặc biệt có thể đạt đến 27 vòng. Hình dạng xoắn của Spirulina platensis là đặc điểm phân biệt với những dạng khác, tuy nhiên trong cùng một loài vẫn thấy có những dạng xoắn khác nhau.
Nguyên nhân có thể là do có sự thay đổi về điều kiện môi trường hoặc có thể do thay đổi nhiệt độ. Dạng xoắn thường dễ phát triển.1: Một số hình dạng sợi Spirulina platensis nhìn dưới kính hiển vi 2. Kích thước Spirulina platensis ở hồ Chad thì kích thước sợi là 60 µm/1 vòng xoắn, chiều rộng của sợi là 6 – 8 µm. 7 Trong điều kiện nuôi cấy tối ưu có khi Spirulina platensis dài đến 20 mm.
Nhờ kích thước tế bào lớn nên dễ dàng quan sát vách tế bào và những túi không bào khí… 2. Cấu tạo sợi Bằng lát cắt cực mỏng khi quan sát dưới kính hiển vi, thành tế bào của S. Lớp ngoài cùng hay là lớp thứ IV được sắp xếp đều nhau, song song với trục chính. Lớp này được xem như là thành tế bào của vi khuẩn gram âm.
Lớp thứ III được tạo thành từ những sợi protein bao quanh cơ thể. Lớp thứ II chứa peptidolycan, được xếp gấp lại hướng vào trong của sợi Spirulina. Lớp thứ I nằm sát vào lớp thứ II. Vách tế bào được ví như cái đĩa mỏng, bao lấy phần bên trong cơ thể và được cấu tạo chủ yếu bằng peptidoglycan nên nhạy cảm với lysozyme và dễ dàng được tiêu hóa trong ống tiêu hóa của người và động vật.
Nhưng khi phân tích các hoạt chất muốn chiết xuất thì nhất thiết phải phá vỡ màng tế bào. Tế bào có dạng hình trụ, liên kết lại thành chuỗi, Giữa các tế bào có vách ngăn, nhưng vách ở đầu sợi thường hơi dày hơn. Vì vậy, đây là cơ thể đa bào, mỗi sợi có khoảng hơn 100 tế bào. Các tế bào riêng rẽ thường có kích thước khoảng 5 µm, rộng khoảng 2 µm.
Tế bào chưa có nhân điển hình, vùng nhân không rõ ràng. Hầu hết cấu trúc nhô lên trên màng tế bào chất là hệ thống màng thylacoid có nguồn gốc từ màng sinh chất, không có lục lạp.