tìm hiểu một số ứng dụng của tảo

tìm hiểu một số ứng dụng của tảo

UBND TỈNH BÌNH DƯƠNG

TRƯỜNG CĐSP -O0O -

MỤC LỤC

Phần I Mở Đầu 4

A Đặt vấn đề 4

B Tổng quan nghiên cứu 5

I Trên thế giới 5

II Việt Nam 5

III Mục đích nghiên cứu 6

IV Phương pháp nghiên cứu 6

Phần II Kết Quả Nghiên Cứu 7

I Khái niệm chung về tảo và đại tảo 7

I.1 Khái niệm chung về tảo 7

I.2 Các nhóm đại tảo 8

I.3 Một số ứng dụng của đại tảo và các sản phẩm chiết rút từ tảo 8

I.3.1 Ứng dụng của tảo 8

a Tảo Đỏ (Rhodophyta) 8

a.1 Một số tính chất hóa học và thuộc tính của Agar 10

a.2 Ứng dụng của Agar 15

a.3 Quy trình chết rút Agar 18

b Tảo nâu (Phaeophyta) 20

b.1 Một số tính chất của Alginat 21

b.2 Ứng dụng của Alginat 23

b.3 Chiết rút Alginat 25

II Kỹ thuật nuôi trồng 27

II.1 Tình hình nuôi trồng và sản xuất trên thế giới và ở nước ta 27

II.2 Nuôi trồng ở biển và trong bể chứa 28

II.3 Phương pháp thu hoạch 29

II.4 Kỹ thuật thu hoạch 29

Phần III Kết luận và đề nghị 30

I Kết Luận 30

II Đề nghị 30

Tài liệu tham khảo 32

PHẦN I MỞ ĐẦU

Tảo đựơc ứng dụng rộng rãi và rất nhiều trên thế giới và là nguồn thực phẩm giàu chất dinh dưỡng mang lại giá trị kinh tế cao, đã được ứng dụng trên quy mô công nghiệp với nhiều sản phẩm được chiết xuất từ tảo phục vụ trong nhiều lĩnh vực như: Trong y học, công nghệ mỹ phẩm, trong sản xuất thực phẩm…

Trong sản xuất thực phẩm : Như mì sợi vi tảo, bánh mì vi tảo, đồ uống vi tảo (bia

vi tảo, trà xanh vi tảo…) hay kẹo vi tảo

Trong lĩnh vực y dược: Nhiều loại thuốc được chế tạo có rất nhiều ứng dụng hữu ích như tăng cường thể lực, giúp giảm cân, tránh tiểu đường, chống ung thư, các bệnh dạ dày, tim mạch…

Trong sản xuất mỹ phẩm: Các sản phẩm như mặt nạ, dưỡng da,…chống lão hoá hữu hiệu

Một số sản phẩm từ tảo giúp nâng cao hệ thống miễn dịch, bảo vệ các chất chống oxy hóa và loại bỏ các gốc tự do, ngăn ngừa sự lão hóa của các tế bào

Giảm Cholesterol, giúp cơ thể đào thải các độc tố do thuốc, hóa chất Một số loài tảo có chứa một số chất phóng xạ có khả năng làm sạch nước và là sinh vật chỉ thị độ ô nhiễm chất phóng xạ trong nước

Tảo có tác dụng rất nhiều trong cuộc sống mang lại nguồn lợi vô cùng to lớn và phong phú trong nhiều lĩnh vực ở hiện tại và trong tương lai Vì thế trong việc sử dụng tảo và khai thác tảo để phục vụ lợi ích cho con người cần phải được quan tâm

Tuy nhiên hiện nay vấn đề này vẫn chưa đựơc quan tâm đúng mức như: Nóng lên toàn cầu và ô nhiễm môi trường nghiêm trọng đã ảnh hưỡng đến đời sống sinh vật đặc biệt là tảo dẫn đến nguy cơ diệt chủng của một số loài tảo Gây nguy hại đến đời sống con người

Công nghệ chiết xuất các sản phẩm từ tảo phổ biến ở một số nước phát triển, những nước đang phát triển vẫn còn hạn chế vì thiếu trình độ khoa học chưa khai thát hết nguồn lợi từ tảo

Vì vây, chúng tôi chọn đề tài này "Tìm hiểu một số ứng dụng của Tảo" Để tìm

hiểu về tảo và một số hoạt chất quan trọng từ tảo như: Agar-Agar, Alginat Cũng như tính chất và ứng dụng của nó trong đời sống và một số nghành công nghiệp Từ đó có những định hướng mới trong công tác nuôi trồng, trong khai thác các nguồn lợi từ tảo

B Tổng quan nghiên cứu

Moore R.E đi sâu nghiên cứu về các hợp chất Nonisoprenoids của rong (Algea nonisoprenoids) với các chất Acetylene, các hợp phần Halogen, Sunfur và các Lipit không phổ biến và sự trao đổi chất của các acid béo trong rong nâu

J.D.Martin và J Darias nghiên cứu vế các hợp chất Sesquiterpenoid của rong.Khotrimchenko 1983 nghiên cứu acid béo của 155 loài rong biển.[4]

II Việt Nam

Từ 1970 đến nay nghiên cứu về các thành phần hóa học cơ bản Protein, khoáng, các nguyên tố vi lượng và các thành phần đặt trưng của rong như: Agar, Acid alginic, Mannitol của rong biển miền Bắc Do Hoàng Cường, Lâm Ngọc Trâm, Phan Phương Lan, Nguyễn Quang Hiếu 1973, 1974, 1976, 1980 [4]

Từ năm 1972 các nhà khoa học bắt đầu đặt vấn đề nghiên cứu tảo do GS.TS Nguyễn Hữu Thước chủ trì.

Năm 1976, việc thử nghiêm nuôi trồng tảo đã được tiến hành trong thời gian 4-5 tháng tại Nghĩa Đô, Hà Nội đã thu được kết quả khá khả quan

Năm 1985, Sở Y Tế thành phố Hồ Chí Minh đã tiếp nhận giống tảo đầu tiên do ông bà R.D.Fox tặng

III Mục đích nghiên cứu

Nghiên cứu cấu trúc và tính chất của Agar trong Tảo Đỏ (Rhodophyta) và Alginates trong Tảo Nâu (Phaeophyta), ứng dụng của chúng trong đời sống cũng như phương pháp chiết rút và nuôi trồng

IV Phương pháp nghiên cứu

Phương pháp lý thuyết và tổng hợp tài liệu

PHẦN II KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU

I KHÁI NIỆM CHUNG VỀ TẢO VÀ ĐẠI TẢO

I.1 Khái niệm chung về tảo

Tảo là những sinh vật có nhân chuẩn, trong tế bào luôn có chất diệp lục, nên chúng chủ yếu sống tự dưỡng Một số ít cộng sinh với Nấm tạo thành Địa Y Tảo sống chủ yếu dưới nước, một số ít sống ở đất ẩm hay trên cây

Trong hệ thống phân loại sinh giới gồm 5 giới thì Tảo được tách khỏi giới Thực Vật và được xếp vào giới Nguyên Sinh (Protista)

Tảo là nghành thực vật khá phong phú và đa dạng chiếm phần lớn diện tích đại dương.Với nhiều nghành tảo và nhiều loài khác nhau

Trong các thủy vực nước ngọt tảo cung cấp ôxy và hầu hết thức ăn sơ cấp cho cá

và các động vật thủy sinh khác Tảo góp phần bảo vệ môi trường nuôi thủy sản bằng cách tiêu thụ bớt lượng muối khoáng dư thừa

Các yếu tố tạo nên tảo gồm 75% là chất hữu cơ (Lipid, Protid, Glucid, Vitamin)

và 25% là khoáng chất, các nguyên tố vi lượng như Iốt, Magiê, Moliden, Fluo, Kali nên rất có giá trị trong các lĩnh vực làm đẹp, sức khỏe, dinh dưỡng

Tảo chứa nhiều chất dinh dưỡng như: Protein, Vitamin và các khoáng chất Các Protein của loài rong này có chứa tất cả các Amino acid cần thiết cho nhu cầu dinh dưỡng của người và động vật Rất nhiều Vitamin: Vitamin C, Tiền vitamin A (β

caroten), Riboflavin (B2), Pyridoxine (B6), Niacin (vitamin PP), Axit panthothenic (vitamin B3), Axit folic (vitamin B9), Vitamin B12, Biotin (vitamin H), Choline, Vitamin K, Axit lipoic và Inositol Các nguyên tố khoáng: Photpho, Canxi, Kẽm, Iod, Magie, sắt và đồng

Thành phần dinh dưỡng của Tảo Lục rất phong phú nhưng đáng chú ý là hàm lượng Canxi tự nhiên cao hơn sữa bò tươi gấp 1,5 lần và lượng Vitamin B12 cao và luôn

ở dạng có hoạt tính sinh học cao

Tảo Lục cho thấy Vitamin A nhiều gấp 6 lần cà-rốt, các Vitamin nhóm B nhiều hơn 1,5 lần men bia, riêng Vitamin B1 có tỷ lệ rất cao nhiều gấp 35 lần sữa bò tươi Lượng sắt (Fe+2) dạng tự nhiên rất cần thiết cho trẻ em và phụ nữ có tỷ lệ nhiều gấp 13 lần gan lợn tươi và gấp 45 lần nho chín Tảo Lục có hàm lượng Canxi hữu cơ cao hơn

sữa bò tươi tới mức 1,6 lần (theo TS Nguyễn Văn Rư Trường ĐH y dược Hà Nội)

I.2 Các nhóm đại tảo

đơn bào hay sống tập đoàn dạng sợi đơn giản chỉ gập ở chi Prophyridium.[3]

[2]Tảo Đỏ sinh sản sinh dưỡng bằng khúc tản

Sinh sản vô tính bằng bất động bào tử, một số tảo túi bào tử chỉ hình thành 1 bào

tử (Monospore), còn đa số hình thành 4 bào tử tức tứ bào tử (Tetraspore)

Sinh sản hữu tính theo hình thức noãn giao

Cơ quan sinh sản cái là noãn cầu hình chai chứa 1 noãn

Cơ quan sinh sản đực là túi tinh thường tụ lại thành khóm ở đầu tản, tinh tử hình cầu không roi.

Sau thụ tinh phần cổ héo đi , còn hợp tử phát triển theo hai cách

+Hợp tử phân chia giảm nhiễm ngay trong túi noãn thành nhiều bào tử hợp lại thành nhiều bào quả Sau này mỗi bào tử phát triển thành tản mới đơn bội

+Hợp tử không phân chia giảm nhiễm ngay mà phát triển thành các quả bào tử 2n sau đó quả bào tử phát triển thành tản 2n (Thể bào tử) mang các túi bào tử và 4 bào tử được hình thành trong túi do sự phân chia giảm nhiễm của tế bào mẹ các bào tử này sẽ phát triển thành tản mới đơn tính, đơn bội n

Chu trình sống gồm 2 hay 3 kỳ đơn lưỡng tướng sinh Tảo Đỏ thể giao tử chiếm

ưu thế trong quá trình sống.[2]

Trong vách tế bào tảo đỏ có chứa chất Agar-agar và Caragheen được ứng dụng rất nhiều trong đời sống được dùng làm nguồn thực phẩm có giá trị kinh tế cao.[6]

Ngày nay người ta có thể chiết rút Agar từ một vài giống tảo đỏ trong Chi Gracilaria để làm môi trường nuôi cấy vi khuẩn và nhiều sinh vật khác Bên cạnh đó nó cũng là một nguồn Iode quan trọng [6]

Chi Gracilaria (Rau câu) là một nhóm tảo sống ở nước ấm thuộc họ Gracilariaceae trong bộ Gigartinales, lớp Florideophyceae.[3] Hiện có hơn 150 loài trên thế giới, phổ biến ở một số nước Chi Lê, Đai Loan, Thái Lan, Việt Nam…trong đó có một số có giá trị kinh tế rất quan trọng Gracilaria được sử dụng như thực phẩm và cũng

là nguyên liệu quan trọng để xản suất Agar-agar.[6]

Với sự phát triển của ngành công nghiệp Agar-agar, nên việc nuôi trồng Gracilaria được chú trong nhiều hơn Việc thử nghiệm nuôi trồng Gracilaria đã được thực hiện ở nhiều nước trong những năm gần đây.[6]

Ví dụ:

Ren Guozhong (Viện Oceanology, học viện Sinica, 1984)

Ở Canada thực hiện bởi T Mclachlan

Taiwan bởi Jiang Yongmian…

Trung Quốc là quốc gia đầu tiên trong việc trồng Gracilaria, với những thành tích đạt được khá quan trọng, đặc biệt là dọc theo bờ biển phía nam của đại lục và bờ biển phía Tây của Đài Loan Hiện nay trên thế giới hàng năm tổng sản lượng của Gracilaria

khoảng 30000 tấn, trọng lượng khô (theo thống kê 1990 của sở thủy sản Trung Quốc).

[6]

Ví Dụ: Sản xuất tự nhiên ở Chile, Argentina, Brazil Với sự gia tăng nhu cầu về Rau câu (Gracilaria) nên việc sữ dụng, chế biến và xản xuất Gracilaria được chú trọng hơn và được tập trung xản xuất ở nhiều đặc biệt là những nước trong khu vực Đông Nam Á các vùng trong khu vực Nam Trung Quốc trồng khoảng 2000 ha, sản xuất 3000 tấn nguyên liệu khô mỗi năm Đài Loan sản xuất 1000 tấn khô Gracilaria hàng năm từ

400 ha canh tác.[6]

a 1 Một số tính chất hóa học và thuộc tính của Agar

a.1.1 Một số tính chất hóa học của agar

Từ 1940 đến 1950 việc nghiên cứu sản phẩm thay thế Galactose như Methylated, Sulfated và Pyruvated galactoses đã được minh chứng là cấu trúc phân tử của Agar [6]

Thạch (Agar-agar xu xoa hay Gelose) là một chất không định hình, cho với nước nóng thạch ở dạng dung dịch nhầy và đặt lại khi nguội người ta đã tìm hơn 40 loài chứa nhiều xu xoa: Gracilaria, Gracilariopsis, Euchema, Gelidium, Gediliella [1]

Agar là một Polisaccharid hầu như chỉ có trong rong đỏ (Payen 1859) là người đầu tiên nghiên cứu loại Polisaccharid này Cấu tạo cơ bản của Agar gồm các đơn vị D-galactose và L-galactose Chúng liên kết với nhau theo kiểu Beta- 1.3 D-galactose và Beta-1.4 L- galactose, cứ khoảng 10 đơn vị Galactose thì có một nhóm Sunfat ở đơn vị Galactose cuối trong mạch Polisaccharit của Agar có dạng liên kết Ester ở cacbon thứ 6 của Acid sunfurit (Jones, Peat 1942).( hinh 1),[4]

Hình 1: Công thức cấu tạo của Agar-agar.

Araki (1956) cung cấp các chứng cứ chứng minh tính khác thể của Agar, các Agar tách thành hai tên khác nhau Polysaccharides là Agarose và Aparopectin bằng cách sử dụng phương pháp Acetylation.[6]

Agarose có cấu tạo mạch thẳng, trung tính, từ các gốc Beta D- galactopyranose và 3-6- alhidro-L- galactose Cả hai gốc có sự xấp xếp xen kẻ độ bền các liên kết khác nhau Liên kết Alpha 1-3 dễ phân hủy bằng Enzim tạo thành Neoagarobiose Liên kết Beta 1-4 dễ thủy phân với xúc tác của Acid và tạo thành gốc Agar- agarobiose Agar- agarobiose làm cho Agar-agar trong môi trường nước có khả năng tạo gel

Agaropectin có khả năng tạo gel thấp trong nước cấu trúc của nó đến nay vẫn chưa xác định rõ Chỉ biết rằng nó được tạo nên bởi sự xấp xếp xen kẻ giữa D-galactose

và L-galactose và chúng chứa tất cả các nhóm phân cực trong Agar.[4]

[6]Các Agarose là hầu như vô Polymer, trong khi Agaropectin là một Acidic polymer Sau đó, Araki et al và các nhà khoa học - bằng cách thủy phân và thoái biến Enzymic của Agar - cô lập Agarobiose và Neoagarobiose, theo thứ tự tương ứng và tiết

lộ rằng Agarose là gồm Agarobiose lặp đi lặp lại, Disaccharide xen với 1,3-liên kết –Beta-D-galactoptranose va 1,4- liên kết-3, 6-anthydro-alpha-L-galactopyranose (Hinh2)

Hình 2 Disacharitde lập lại đơn vị cấu trúc của Agar.

Các Agaropectin dường như hoàn toàn là Agarose, nhưng có chứa lượng Axit nhóm như Sulfate, Pyruvate và Glucuronate nhóm

Từ 1960 đến 1980, áp dụng các kỹ thuật mới trong việc nghiên cứu Agar như Fractionation, trong trao đổi Chromatography, Enzymic thoái biến và đặc biệt là 13C-NMR quang phổ cho phép xác định chính xác hơn việc nghiên cứu cơ bản cấu trúc hóa học và xấp xếp của các đơn vị lặp đi lặp lại trong các phân tử Agar

Nghiên cứu gần đây của Yaphe et al (1971) trên DEAE-Sephadex chỉ ra rằng Agar không chỉ có tính chất trung tính mà còn có những tính chất của Polysaccharide nhưng lại gồm một loạt những chuỗi phức tạp liên quan đến Polysaccharides từ một phạm vi mà hầu như vô phân tử xuất phát từ muối Sulfated hidratcacbon Các Polysaccharide vô gelling có khả năng và tiếp cận cấu trúc của Agarose, mà vẫn còn chứa đựng một lượng nhỏ Sulfate (0,1 đến 0,5%) và Pyruvic acid (0,02%)

Gần đây, 13C-NMR quang phổ đã được xác nhận là một công cụ mạnh để làm sáng tỏ các Disaccharide lặp đi lặp lại của các đơn vị khác nhau trong Agarose hiện diện trong phân tử Agar khác

Bên cạnh nhiệm vụ của chất hóa học sụ thay đổi về vị trí trong 13C-NMR quang phổ của nguyên tử khí carbon trong Agaroses chứa trong Agars cô lập từ nhiều loài

Gracilaria, các cấu trúc và tính năng của-rious hình thái xen qua lại Disaccharides có thể

dễ dàng xát định (Hình 2) minh hoạ cấu trúc Agarobiose và dấu Agarobiose lặp đi lặp lại, đơn vị và các tiền thân của Agarobiose cô lập từ nhiều loài Gracilaria, xác nhận của hóa chất và phương pháp kính quang phổ 13 C-NMR.[6]

a 1.2 Thuộc tính của Agar [6]

bỏ C-6 sulfate nhóm làm cho các chuỗi thẳng và dẫn đến những trạng thái đều đặn trong Polymer, dẫn đến tăng cường sức mạnh gel do tăng khả năng hình thành một đôi helix (Rees, 1969)

Hình 3 : Cơ chế geling của Agar

Nói chung, những thế mạnh của gel agar là điều được chứa đựng trong agarose.

Cơ chế chuyển thể của alkali trong agar

Trong 1961 Rees thừa nhận rằng Alkali (chất kiềm) có thể loại bỏ chổ xoắn (sulfation tại C-6 của 1, 4-liên kết-L-galactose còn lại) hiện có trong phân tử Agar, và 3, 6-anhydro vòng được hình thành Sau đó, tăng 3, 6-AG và giảm sulfate sẽ cho ra dạng Agar có tính gel mạnh Đều này cũng thay đổi theo từ C1 đến 1C cũng diễn ra trong cùng một cách thức trong vivo của một enzyme, 'dekinkase' với sự trưởng thành của các khúc tản.(hình 4)

Hình 4 : Chuyển đổi các tiền thân của Agarose vào Agarose.

Gel mạnh

Các thế mạnh của một gel Agar được xác định cho mình 1% gel bằng cách sử dụng một thử nghiệm gel Thông thường 1% Gelidium (Tảo thạch) Agars gel cho một sức mạnh khác nhau, từ 300 -500g/cm 2.

Với Agar của Gracilaria (Rau câu), các gel sức mạnh trong khoảng từ 50 đến 300g/cm 2 và nó có thể đạt 500g /cm 2 hoặc nhiều hơn sau khi xử lí với Alkali

Geling và nhiệt độ tan

Agar từ các loại tảo khác nhau thì tính chất gel và sol chịu ảnh hưởng bởi những nhiệt độ khác nhau

Vd : Agar từ Gelidium spp (Tảo thạch) đông đặt khoảng từ 28 đến 31°C và nhiệt

độ tan từ 80°C đến 90°C, Agars từ Gracilaria (Rau câu) spp đông đặt ở nhiệt độ khoảng

từ 29 - 42°C và và tan ở nhiệt độ từ 76-92°C

Tính dẻo và trọng lượng phân tử

Các tính dẻo Agar trạng thái hòa tan không đổi ở một nhiệt độ và tập trung là một chức năng trực tiếp của trọng lượng phân tử Tính dẻo hiếm khi vượt quá 10-15 cp tại 1% tập trung ở 60-90°C Trung bình Molecular agar trọng lượng khoảng từ 8000 đến lớn hơn 100000

dễ dàng Rau câu Agar sử dụng không chỉ đơn thuần là một chất kết đông các món mặn ngọt mà còn dùng chế biến trong công nghệ sản xuất bánh kẹo đóng gói Nói chung công nghệ chế biến Rau câu Agar phong phú đến mức độ các bạn chỉ cần vào www google và gõ từ Agar là sẽ nhận được vô số bài viết lẫn hình ảnh về Rau câu Agar của rất nhiều quốc gia trên thế giới

Rau câu Agar ở VN được sử dụng phổ biến nhất ở dạng bột mịn Nhưng chất lượng thành phẩm có đạt yêu cầu kết đông cứng giòn và trong đẹp hay không là tùy kỹ thuật chế biến, chất lượng vật liệu của mỗi thương hiệu Đây là khuyết điểm chung của rau câu dạng bột bán trên thị trường hiện nay trên thị trường có loại bột Rau câu thương hiệu Hạ Long VN, đây là một công ty sản xuất thực phẩm đóng hộp của quốc gia VN chứ không phải tư nhân và nói riêng cũng là thương hiệu bột Rau câu Agar - agar VN xuất khẩu, được xếp hạng hàng VN chất lượng cao mà mình có thấy bày bán trong vài chợ Á châu ở Cali USA

Rau câu bán trên thị trường có dạng sợi dẹp hoặc mảnh vụn Loại sợi dài như cọng bún dai hơn và có giá cao Loại mảnh vụn thường lẫn tạp chất Rau câu là Algin

hoặc hỗn hợp Alginic và Alginat (theo CVGC Cẩm Tuyết)

Agar được sử dụng làm thực phẩm ăn trong những ngày hè hay làm kẹo

Ở xứ ta có hai cách làm thạch; dùng rong khô (rau câu) để nấu, sau khi ngâm nước lại và phơi nắng cho trắng: người ta nấu với nước có chứa một chút Acid (giấm hay chanh) hoặc mua Agar đã chế biến sẵn.[1]

[7]Agar thường được bán dưới dạng đóng gói ở dang sấy khô hay bột Để làm mứt từ Agar, ta đun sôi agar bột trong nước tập trung tại một trong khoảng 0,7-1 phần trăm trọng lượng cho khối lượng (ví dụ, một gói của 7 gram bột vào 1 lít nước sẽ là 0,7 phần trăm) cho đến khi chất rắn hòa tan, sau đó cho thiêm chất làm ngọt, hương vị, màu, và các miếng trái cây có thể được thêm vào Các Agar-agar có thể được đổ vào khuôn hay kết hợp món ngọt khác, chẳng hạn như là một lớp mức trái cây

Một trong những ham mê chế độ dinh dưỡng mới nhất ở châu Á là Ăn Kiêng Các chế độ ăn uống Agar cho thấy hứa hẹn trong nghiên cứu béo phì (Maeda et al 2005), nhưng Agar / kanten hầu như không có giá trị dinh dưỡng Đó là khoảng 80 phần trăm chất xơ, do đó, một phần của hiệu quả của chế độ ăn uống có thể là kết quả của nó làm việc như là thuốc nhuận tràng Nó cũng được dùng trong các món ăn chay thay thế cho Galetin được lấy từ các mô liên kết của động vật.[7]