Luận văn: Ứng dụng tảo Spirulina trong khẩu phần ăn giàu dinh dưỡng

Luận văn nghiên cứu ứng dụng tảo Spirulina trong chế phẩm lương khô giàu dinh dưỡng. Phân tích quy trình sấy, thành phần và chất lượng sản phẩm.

• Tác giả: Tuấn Thị Thanh Vân
• Người hướng dẫn: TS. Trần Quang Trung
• Trường học: Đại học Quốc gia Hà Nội, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên
• Chuyên ngành: Vi sinh vật học
• Đề tài: Nghiên cứu ứng dụng tảo Spirulina trong chế phẩm khẩu phần ăn giàu dinh dưỡng
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sĩ khoa học
• Năm xuất bản: 2014
• Địa điểm: Hà Nội

Tóm tắt

I. Tảo Spirulina và Thành Phần Dinh Dưỡng Vượt Trội

Tảo Spirulina là một loài tảo xanh-xanh lục (Cyanobacteria) có giá trị dinh dưỡng cao, được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp chế phẩm dinh dưỡng hiện đại. Thành phần của Spirulina chứa hàm lượng protein cao (60-70% trọng lượng khô), vượt xa so với các nguồn protein thực vật khác. Ngoài ra, tảo Spirulina cung cấp đầy đủ các axit amin thiết yếu, vitamin (nhất là B12), khoáng chất (sắt, kẽm, magie) và các sắc tố tự nhiên như chlorophyll và phycocyanin. Các thành phần này có tác dụng hỗ trợ miễn dịch, chống oxy hóa và cải thiện sức khỏe tổng thể. Nghiên cứu từ Đại học Quốc gia Hà Nội đã xác nhận tính an toàn và hiệu quả của ứng dụng tảo Spirulina trong phát triển khẩu phần ăn giàu dinh dưỡng.

1.1. Đặc Điểm Dinh Dưỡng Nổi Bật

Spirulina nổi bật với thành phần dinh dưỡng gồm protein cao, carbohydrate, lipid chứa axit béo không bão hòa, và fiber. Hàm lượng vitamin B12 trong Spirulina đặc biệt quý giá cho những người ăn chay. Khoáng chất như sắt, kẽm, magie và canxi giúp tăng cường chức năng xương và hệ miễn dịch. Các sắc tố tự nhiên như chlorophyll a, carotenoid có khả năng chống oxy hóa mạnh mẽ, hỗ trợ sức khỏe tế bào.

1.2. Tiềm Năng Ứng Dụng Trong Dinh Dưỡng Thực Phẩm

Ứng dụng tảo Spirulina trong các chế phẩm dinh dưỡng giải quyết nhu cầu bổ sung vitamin và khoáng chất cho người dân. Spirulina có khả năng tăng cường giá trị dinh dưỡng cho các sản phẩm lương khô, thức ăn chức năng và supplementary foods. Khả năng bảo quản tốt sau khi sấy giúp Spirulina trở thành nguyên liệu chế phẩm dinh dưỡng lý tưởng, an toàn và hiệu quả.

II. Quy Trình Xử Lý và Sấy Tảo Spirulina

Để đạt được chế phẩm dinh dưỡng chất lượng cao từ Spirulina, cần áp dụng quy trình xử lý khoa học. Sau khi thu sinh khối, tảo Spirulina được rửa sạch để loại bỏ các chất bẩn và muối dư thừa. Bước tiếp theo là sấy tảo Spirulina ở nhiệt độ tối ưu (60°C) trong 7 giờ để bảo toàn tối đa thành phần dinh dưỡng, đặc biệt là protein và vitamin. Nhiệt độ sấy quá cao có thể phá hủy các thành phần nhạy cảm, trong khi nhiệt độ quá thấp dẫn đến thời gian sấy kéo dài và rủi ro ôxy hóa. Việc sử dụng chất thơm thiên nhiên giúp che phủ mùi tanh của Spirulina, tăng khả năng chấp nhận của sản phẩm trên thị trường tiêu dùng.

2.1. Các Bước Xử Lý Sau Thu Sinh Khối

Xử lý tảo Spirulina bắt đầu bằng rửa sạch sinh khối với nước sạch để loại bỏ các tạp chất. Tiếp theo là làm khô sơ bộ để giảm độ ẩm. Quá trình này đảm bảo chất lượng chế phẩm dinh dưỡng bằng cách giữ nguyên các vitamin và khoáng chất. Sử dụng chất thơm được phép (như vanilla, cam) giúp cải thiện mùi vị của sản phẩm cuối cùng.

2.2. Điều Kiện Sấy Tối Ưu

Sấy tảo Spirulina ở 60°C trong 7 giờ là điều kiện tối ưu được xác định qua nghiên cứu. Nhiệt độ này đủ để loại bỏ độ ẩm (từ ~90% xuống ~5-7%) mà không làm giảm hàm lượng protein và các vitamin B. Độ dày mẫu 0,5-1 cm giúp tốc độ sấy đều và hiệu quả. Sản phẩm bột tảo Spirulina sau sấy có thể bảo quản lâu dài.

III. Ứng Dụng Bột Tảo Spirulina Trong Lương Khô

Bổ sung bột tảo Spirulina vào các sản phẩm lương khô là một ứng dụng thực tiễn hiệu quả để nâng cao giá trị dinh dưỡng của thực phẩm hàng ngày. Spirulina có thể được thêm vào ở tỷ lệ 5-10% khối lượng lương khô mà không ảnh hưởng đến cảm quan và độ chấp nhận của người tiêu dùng. Chế phẩm dinh dưỡng này cung cấp thêm protein, vitamin B12, sắt và các chất chống oxy hóa, đặc biệt phù hợp cho trẻ em, phụ nữ mang thai và người cao tuổi. Kiểm nghiệm vi sinh vật học cho thấy sản phẩm bổ sung bột tảo an toàn, không chứa các tế bào vi khuẩn gây bệnh. Tiếc rằng vẫn cần xác định tỷ lệ tối ưu để vừa đảm bảo dinh dưỡng vừa đáp ứng nhu cầu thị trường.

3.1. Phương Pháp Bổ Sung và Tỷ Lệ Tối Ưu

Bột tảo Spirulina được bổ sung trực tiếp vào bột lương khô và trộn đều để đảm bảo phân bố đồng nhất. Tỷ lệ bổ sung 5-10% được xác định qua thực nghiệm là phù hợp, vừa cung cấp thành phần dinh dưỡng tăng cường vừa không gây ảnh hưởng đến cảm quan (màu sắc, mùi, vị) của sản phẩm lương khô cuối cùng.

3.2. Đánh Giá Cảm Quan và Chất Lượng

Đánh giá cảm quan sản phẩm lương khô bổ sung Spirulina cho thấy mức độ chấp nhận cao từ bảng mẫu thử. Màu sắc tối hơn một chút nhưng vẫn hấp dẫn, mùi vị cải thiện do chất thơm được bổ sung. Kiểm nghiệm vi sinh xác nhận sản phẩm không chứa E. coli, Salmonella và các vi khuẩn gây bệnh khác, đạt tiêu chuẩn chế phẩm dinh dưỡng an toàn.

IV. Tương Lai và Triển Vọng Phát Triển

Ứng dụng tảo Spirulina trong chế phẩm dinh dưỡng có tiềm năng phát triển lớn ở Việt Nam và khu vực châu Á. Hiện nay, nuôi trồng Spirulina vẫn chủ yếu dựa vào kỹ thuật thô sơ và nhập khẩu từ nước ngoài, nhưng đã có các dự án nghiên cứu tại các đại học lớn như Đại học Quốc gia Hà Nội. Spirulina là giải pháp bổ sung dinh dưỡng tự nhiên, phù hợp với xu hướng tiêu dùng xanh và sức khỏe hiện nay. Để mở rộng ứng dụng, cần đầu tư vào công nghệ nuôi trồng hiện đại, cải thiện quy trình sản xuất bột tảo Spirulina, và phát triển các sản phẩm đa dạng từ chế phẩm dinh dưỡng bằng Spirulina như viên uống, thực phẩm chức năng, và các sản phẩm tiêu dùng hàng ngày khác.

4.1. Tiềm Năng Thương Mại và Thị Trường

Thị trường chế phẩm dinh dưỡng toàn cầu đang tăng trưởng mạnh, với nhu cầu ngày càng cao đối với các sản phẩm dinh dưỡng tự nhiên. Tảo Spirulina có chi phí sản xuất hợp lý và giá trị dinh dưỡng cao, mở ra cơ hội kinh tế lớn. Việc phát triển ứng dụng Spirulina trong các thực phẩm truyền thống như lương khô giúp tiếp cận rộng hơn nhóm người tiêu dùng.

4.2. Hướng Nghiên Cứu và Phát Triển Tiếp Theo

Các hướng nghiên cứu tương lai bao gồm: (1) Tối ưu hóa quy trình sấy để giảm chi phí và nâng cao chất lượng bột tảo; (2) Phát triển các chế phẩm dinh dưỡng mới từ Spirulina như nước uống, bánh, kẹo; (3) Nghiên cứu sâu về tác dụng bảo vệ sức khỏe của Spirulina; (4) Xây dựng tiêu chuẩn chất lượng quốc gia cho ứng dụng Spirulina trong thực phẩm.

Trích đoạn nội dung tài liệu

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 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 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 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 bicarbonat (HCO3) độ kiềm cao (pH từ 8,5-11). 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 CO 2 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 thylacoidal.

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.

Phần lớn chất béo trong Spirulina là axit béo không no, trong đó axít linoleic 13.784 mg/kg, γ-linoleic 11. Đây là điều hiếm thấy trong các thực phẩm tự nhiên khác.