Nghiên cứu điều kiện sinh trưởng của spirulina platensis trong nuôi cấy liên tục

TÓM T ẮT Spirulina platensis nuôi trồng trong điều kiện tự nhiên có thành phần các chất dinh dưỡng và hàm lượng chất khoáng rất cao, nhất là protein, vitamin và các nguyên tố canxi, sắt,

VŨ NGỌC PHƯƠNG DUNG

NGHIÊN CỨU ĐIỀU KIỆN SINH TRƯỞNG

CỦA SPIRULINA PLATENSIS TRONG NUÔI CẤY LIÊN TỤC

CHUYÊN NGÀNH: CÔNG NGHỆ SINH HỌC

MÃ NGÀNH: 60.48.20

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP HỒ CHÍ MINH – THÁNG 12 NĂM 2008

CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH

TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH

Cán bộ hướng dẫn khoa học: PGS.TS NGUYỄN ĐỨC LƯỢNG G

****** ******

NHI ỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ và tên học viên: VŨ NGỌC PHƯƠNG DUNG G Phái : Nữ

Chuyên ngành: Công Ngh ệ Sinh Học MSHV: 03106669

I TÊN ĐỀ TÀI:

NGHIÊN C ỨU ĐIỀU KIỆN SINH TRƯỞNG CỦA SPIRULINA PLATENSIS TRONG NUÔI C ẤY LIÊN TỤC

II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:

1 Thiết kế pilot nuôi trồng Spirulina platensis hoạt động theo phương

pháp liên tục

2 Nghiên cứu nuôi trồng và thu nhận Spirulina platensis trên hệ thống

pilot hoạt động theo phương pháp liên tục

V HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS.TS NGUYỄN ĐỨC LƯỢNG G

Nội dung và đề cương luận văn thạc sĩ đã được Hội Đồng Chuyên Ngành

thông qua

Ngày … tháng … năm 2008

LỜI CẢM ƠN N

Xin chân thành cảm ơn:

Thầy PGS.TS NGUYỄN ĐỨC LƯỢNG chủ nhiệm ngành, trưởng

bộ môn Công Nghệ Sinh Học trường Đại Học Bách Khoa Thành Phố

Hồ Chí Minh

Quý thầy cô trong Hội đồng chấm bảo vệ luận văn thạc sĩ

Quý thầy cô ở Bộ Môn Công Nghệ Sinh Học trường Đại Học Bách

Khoa Tp Hồ Chí Minh

Và xin cảm ơn gia đình, bạn bè, và các em sinh viên khóa 2003 &

2004 khoa Công Nghệ Hóa và Thực Phẩm trường Đại Học Lạc

Hồng đã ủng hộ, động viên và giúp đỡ tôi trong thời gian thực hiện

luận văn này

TÓM T ẮT

Spirulina platensis nuôi trồng trong điều kiện tự nhiên có thành phần các

chất dinh dưỡng và hàm lượng chất khoáng rất cao, nhất là protein, vitamin và các

nguyên tố canxi, sắt, photpho… Ngoài ra, nó cũng có đủ các nguyên tố vi lượng có

giá trị sinh học cao như selenium, đồng, kẽm, mangan… Điều này cho thấy cần mở

rộng hướng sử dụng Spirulina platensis vào chế biến thực phẩm giàu dinh dưỡng,

có chức năng phòng chống bệnh tật cho toàn xã hội

Tại Việt Nam, Spirulina platensis đã bắt đầu được chú ý quan tâm sản xuất

với quy mô nhỏ lẻ, nuôi cấy tĩnh, gián đoạn, chưa đáp ứng được nhu cầu thị trường,

chưa có nhiều các sản phẩm chế biến từ Spirulina platensis

Vì vậy, chúng tôi tiến hành nuôi trồng Spirulina platensis trong pilot hoạt

động liên tục Trong luận văn này chúng tôi đã đưa ra các kiện sinh trưởng của

Spirulina platensis trong nuôi cấy liên tục, nhằm tìm ra phương pháp nuôi trồng

Spirulina platensis ở quy mô công nghiệp và thu nhận được nhiều sinh khối hơn

ABSTRACT

The Spirulina platensiscan be cultivated in natural habitat comprising

nutrition ingredients with very high mineral content, especcially protein, vitamine and calcium, iron, phosphorus elements,…Besides, it also has full of micro-quantitative elaments with high biological value such as selenium, copper, zinc and

mangan…This show that is necessarily to enhance the use op Spirulina platensis

into manufacture of rich nutritious food with a function against ailments in nationwide

In Viet Nam, Spirulina platensis has begun to be referred and consider for

small-Scale production, static and intermittent cultivation and not meet the maket

demand and with the absence of Spirulina platensis

Thus we research to grow Spirulina platensis in consecutive pilot At this

reseach we have got growing conditions in consecutive cultivation, to create a

method of Spirulina platensis cultivation with industrial scale and gain much more

living mass

M ỤC LỤC

Trang

M Ở ĐẦU 1

CH ƯƠNG 1: TỔNG QUAN 3

1.1.Tổng quan về Spirulina platensis 3

1.1.1 Lịch sử về Spirulina platensi 3

1.1.2 Sinh thái và hình thái của Spirulina platensis 4

1.1.2.1 Phân loại 4

1.1.2.2 Phân bố 4

1.1.2.3 Hình thái và cấu tạo của Spirulina platensis 5

1.2 Tình hình nghiên cứu Spirulina platensis trong và ngoài nước 5

1.2.1 Tình hình nghiên cứu trên thế giới 5

1.2.2 Tình hình nghiên cứu tại Việt Nam 9

1.3 Đặc điểm sinh sản và dinh dưỡng của Spirulina platensis 11

1.3.1 Đặc điểm sinh sản của Spirulina platensis 11

1.3.2 Đặc điểm dinh dưỡng của Spirulina platensis 12

1.4 Thành phần dinh dưỡng và công dụng của Spirulina platensis 14 1.4.1 Thành phần dinh dưỡng 14

1.4.2 Công dụng của Spirulina platensis 18

1.5 Ứng dụng Spirulina platensis platensis trong thực phẩm, xử lý môi trường y h ọc và mỹ phẩm 20

1.5.1 Ứng dụng trong thực phẩm 20

1.5.2 Ứng dụng trong xử lí môi trường 21

1.5.3 Ứng dụng trong y học 21

1.5.4 Ứng dụng trong mỹ phẩm 22

1.6 MÔI TRƯỜNG NUÔI TRỒNG TẢO SPIRULINA PLATENSIS 22

1.6.1 Môi tr ường nuôi trồng Spirulina platensis .22

1.6.1.1 Nguồn thức ăn cacbon của Spirulina platensis 23

1.6.1.2 Nguồn thức ăn nitơ của Spirulina platensis .23

1.6.1.3 Nguồn thức ăn khoáng của Spirulina platensis 23

1.6.2 An toàn về chất lượng cho Spirulina platensis 23

CH ƯƠNG 2: NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 25

2.1 Nguyên li ệu 25

2.1.1 Giống 25

2.1.2 Môi trường 25

2.1.2.1 Môi trường giữ giống 25

2.1.2.2 Môi trường thí nghiệm 26

2.1.3 Dụng cụ thí nghiệm 26

2.2 Ph ương pháp nghiên cứu 26

2.2.1 Quy trình nghiên cứu .26

2.2.1.1 Sơ đồ quy trình 26

2.2.1.2 Thuyết minh quy trình 28

2.2.2 Phương pháp nghiên cứu 28

2.2.2.1 Phương pháp nuôi trong phòng thí nghiệm 28

2.2.2.2 Phương pháp xác định sự tăng sinh khối của Spirulina platensis 29

CH ƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 30

3.1 Thi ết kế hệ thống nuôi Spirulina platensis liên tục .30

3.1.1 Mô tả hệ thống 30

3.1.2 Nguyên tắc hoạt động 30

3.2 Kh ảo sát ảnh hưởng của cường độ chiếu sáng lên khả năng sinh trưởng của Spirulina platensis .31

3.3 Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ lên sinh trưởng của Spirulina platensis 33

3.4 Khảo sát sinh trưởng của Spirulina platensis trong pilot không khuấy trộn

(t ĩnh) và trong pilot hoạt động liên tục có khuấy trộn (động) 34

3.5 Khảo sát nồng độ bicarbonat NaHCO 3 b ổ sung trong môi trường nuôi trồng liên tục .36

3.6 Tối ưu hóa điều kiện nuôi trồng tảo Spirulina platensis trong pilot .38

3.7 Tính h ạch toán kinh tế 40

3.8 Ứng dụng tảo Spirulina platensis vào sản xuất sữa chua và nước uống tăng l ực 41

Ch ương 4: KẾT LUẬN 43

TÀI LIỆU THAM KHẢO 45

PHỤ LỤC 47

DANH SÁCH CÁC B ẢNG

Trang

Bảng 1.1: Các cơ sở sản xuất và sản lượng Spirulina platensis trên thế giới (Orio

Ciferri và Orscia Tiboni, 1985) 8

Bảng 1.2: Thành phần hoá học (% chất khô) của Spirulina platensis so với các loài tảo khác và với đậu tương (Becker E.W, 1981) .15

Bảng 1.3: Thành phần vitamin của Spirulina platensis (Christopher Hills, 1980) 15

Bảng 1.4: Thành phần các chất khoáng 16

Bảng 1.5: Các sắc tố carotenoid 16

Bảng 1.6: Thành phần acid amin của Spirulina platensis (g/100g protein) 17

Bảng 2.1: Thành phần môi trường để giữ giống Spirulina platensis 25

Bảng 3.1: Lượng sinh khối Spirulina platensis theo thời gian ở các mức chiếu sáng khác nhau 32

Bảng 3.2: Lượng sinh khối Spirulina platensis theo thời gian ở các nhiệt độ khác nhau 33

Bảng 3.3: Khối lượng tảo thu được qua 5 thí nghiệm 37

DANH SÁCH CÁC HÌNH

Trang

Hình 1.1: S ợi Spirulina platensis nhìn dưới kính hiển vi 5

Hình 1 2: Toàn c ảnh vùng nuôi Spirulina platensis của Cyanotech tại Hawaii 7

Hình 1.3:B ể nuôi Spirulina platensis tại công ty nước khoáng Vĩnh Hảo 10

Hình 1.4: Hình d ạng của tế bào Spirulina platensis được nhìn dưới kính hiển vi 11

Hình 1.5: S ản phẩm có bổ sung Spirulina platensis 20

Hình 1.6: S ản phẩm từ Spirulina platensis trong y học 21

Hình 1.7: S ản phẩm từ Spirulina platensis trong mỹ phẩm 22

Hình 2.1: Gi ống Spirulina platensis 25

Hình 2.2 B ể giữ giống Spirulina platensis 26

Hình 2.3: Hình ảnh ly tâm tảo 29

Hình 3.1: Hình nh b nuôi t o trong pilot 30

Hình 3.2: H ệ thống pilot hoạt động 31

Hình 3.3: Sinh tr ưởng của Spirulina platensis ở các mức chiếu sáng khác nhau 32 Hình 3.4: Sinh tr ưởng của Spirulina platensis ở các nhiệt độ khác nhau 34

Hình3.5 Đồ thị biểu diễn sự sinh trưởng của Spirulina platensis trong môi trường t ĩnh 35

Hình 3.6 Bi ểu đồ biểu diễn sự sinh trưởng của Spirulina platensis môi trường có khu ấy trộn 35

Hình 3.7: Đồ thị biểu diễn quá trình sinh trưởng của tảo với các tỷ lệ bổ sung bicarbonat khác nhau theo th ời gian 38

M Ở ĐẦU

Spirulina platensis đó là thức ăn bổ dưỡng từ thời cổ xưa của người Aztec ở

Mêhicô (châu Mỹ) và thổ dân Kanembu (Trung Phi) Trong nhiều thập kỷ qua,

nhiều nhà nghiên cứu đã chú ý tới Spirulina platensis không chỉ như một loại thực

phẩm giàu dinh dưỡng chứa 50 - 70% protein (và có năng suất gấp 20 lần so với

đậu nành trên 1 hecta) mà còn chiết xuất được từ Spirulina platensis nhiều thành

phần có dược tính quý như chống oxy hóa, chống dị ứng, tăng khả năng miễn dịch,

có tác dụng làm giảm lượng mỡ trong máu và chống ung thư [30]

Từ những năm 1970, ở Nhật Bản và ở Mỹ, Spirulina platensis đã được xem

là một loại siêu thực phẩm (super food)

Trong những năm gần đây, các loài vi tảo đã thu hút sự chú ý ngày càng tăng

của các nhà khoa học, công nghệ và thương mại do vi tảo có giá trị dinh dưỡng và

năng suất vượt trội so với các loại rau quả khác, trong đó đặc biệt là Spirulina

platensis Spirulina platensis nuôi trồng trong điều kiện tự nhiên có thành phần các

chất dinh dưỡng và hàm lượng chất khoáng rất cao, nhất là protein, vitamin và các

nguyên tố canxi, sắt, photpho… Ngoài ra, nó cũng có đủ các nguyên tố vi lượng có

giá trị sinh học cao như selenium, đồng, kẽm, mangan… Điều này cho thấy cần mở

rộng hướng sử dụng Spirulina platensis vào chế biến thực phẩm giàu dinh dưỡng,

có chức năng phòng chống bệnh tật cho toàn xã hội

Tại Việt Nam, Spirulina platensis đã bắt đầu được chú ý quan tâm sản xuất

với quy mô nhỏ lẻ, nuôi cấy tĩnh, gián đoạn, chưa đáp ứng được nhu cầu thị trường,

chưa có nhiều các sản phẩm chế biến từ Spirulina platensis

Mặc dù có giá trị dinh dưỡng rất cao và nhiều dược tính quý, nhưng trong

nước cho đến nay việc sản xuất và sử dụng thực phẩm từ Spirulina platensis còn

chưa phổ biến do công nghệ nuôi trồng và chế biến nhìn chung chưa phát triển Vì

vây, rất cần được đầu tư nghiên cứu nuôi trồng và chế biến để đa dạng hóa sản

phẩm và tăng giá trị sử dụng cho Spirulina platensis

Ở nước ta, Spirulina platensis được nghiên cứu và ứng dụng nuôi thử nghiệm

ở vùng suối khoáng Vĩnh Hảo (Bình Thuận) và vài nơi khác Tuy nhiên, những nơi

này nuôi trồng bằng phương pháp tĩnh bể gián đoạn ngoài trời, phụ thuộc nhiều vào

thời tiết và sản lượng không cao

Vì vậy, chúng tôi thực hiện đề tài ‘‘Nghiên cứu điều kiện sinh trưởng của

Spirulina platensis trong nuôi cấy liên tục ‘‘, nhằm tìm ra phương pháp nuôi trồng

Spirulina platensis ở quy mô công nghiệp và thu nhận được nhiều sinh khối hơn

Nội dung của đề tài bao gồm:

1 Thiết kế pilot nuôi trồng Spirulina platensis hoạt động theo phương pháp

liên tục

2 Nghiên cứu nuôi trồng và thu nhận Spirulina platensis trên hệ thống pilot

hoạt động theo phương pháp liên tục

3. Thử nghiệm tạo sản phẩm sữa chua và nước tăng lực có bổ sung

Spirulina platensis

CH ƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1.Tổng quan về Spirulina platensis [2,3,4,5,6,7,8,11,12,26,30,31]

1.1.1 Lịch sử về Spirulina platensis

Spirulina platensis đã là thức ăn bổ dưỡng từ thời cổ xưa của người Aztec ở

Mêhicô -Châu Mỹ và thổ dân Kanembu - Trung Phi Spirulina platensis có dạng sợi

xoắn màu xanh lục, chỉ có thể quan sát thấy hình xoắn sợi do nhiều tế bào đơn cấu

tạo thành dưới kính hiển vi Spirulina platensis đã được nghiên cứu từ nhiều năm

nay Chúng có những đặc tính ưu việt và giá trị dinh dưỡng cao

Năm 1940 nhà tảo học người Pháp P.Dangeard đã đề cập đến một loại bánh có

tên là Dihé, một loại bánh mà bộ tộc Kanembu ở gần hồ Chad, Châu Phi thường ăn

Dihé là một loại bánh cứng được hình thành từ tảo lục, được họ nhặt ở nhưng ao

nhỏ gần xung quanh hồ và sau đó phơi khô dưới ánh sáng mặt trời

Các nhà khoa học trên thế giới đã coi Spirulina platensis là sinh vật có ích cho

loài người Loại Spirulina platensis này do tiến sĩ Clement người Pháp tình cờ phát

hiện vào những năm 1960 khi đến Trung Phi Nhà khoa học này không khỏi kinh

ngạc khi vùng đất cằn cỗi, đói kém quanh năm nhưng những thổ dân ở đây rất

cường tráng và khỏe mạnh

Năm 1964-1965, nhà thực vật học Jean Leonard đã xác định được bánh Dihé

được cấu tạo từ Spirulina platensis Ông và đồng nghiệp của mình đã tiến hành

phân tích thành phần hóa học của Spirulina platensis từ những quan sát của

P.Dangeard

Hai mươi năm sau, vào những năm cuối thập kỷ tám mươi thế kỷ 20 - nhiều giá

trị dinh dưỡng và chức năng sinh học của Spirulina platensis đã được khám phá và

công bố rộng rãi không chỉ ở Pháp mà ở cả nhiều nước khác trên thế giới như Mỹ,

Nhật, Canada, Mêhicô, Đài Loan Hầu hết các nghiên cứu đều đã chỉ ra rằng

Spirulina platensis r ất giàu protein có tới 60 – 70% trọng lượng khô của Spirulina

platensis Ch ỉ số hóa học của protein Spirulina platensis cũng rất cao trong đó các

loại axit amin chủ yếu như leucin, isoleucin, valin, lysin, methionin và tryptophan

đều có mặt với tỉ lệ vượt trội so với chuẩn của tổ chức lương nông quốc tế quy định

Hệ số tiêu hóa và hệ số sử dụng protein rất cao có thể đến 80 – 85% protein của

Spirulina platensis được hấp thu sau 18 giờ

Trong nhiều thập kỷ qua, nhiều nhà nghiên cứu đã chú ý tới Spirulina platensis

không chỉ như một loại thực phẩm giàu dinh dưỡng chứa 50 – 70% protein và có

năng suất gấp 20 lần so với đậu nành trên 1 ha mà còn chiết xuất được từ Spirulina

platensis nhiều thành phần có dược tính quý như chống oxy hóa, chống dị ứng, tăng

khả năng miễn dịch, có tác dụng làm giảm lượng mỡ trong máu và chống ung thư

1.1.2 Sinh thái và hình thái của Spirulina platensis [30]

1.1.2.1 Phân loại

Theo khóa phân loại của Bergey năm 1974 thì Spirulina platensis được

phân loại như sau:

Phân lo ại khoa học

Vực (domain): BacteriaNgành

1.1.2.2 Phân bố

Spirulina platensis phân bố nhiều ở miền bắc và nam Châu Phi, miền bắc và

nam Châu Mỹ, miền nam, trung Châu Á và vùng Đông Âu, nhưng ở những hồ tự

nhiên tại Châu Phi và Châu Mỹ có nhiều hơn cả

Ở nước ta, Dương Đức Tiến và cộng sự (1976 ) điều tra thấy Spirulina platensis

phân bố trong các thủy vực khác nhau: sông, ao, hồ, ruộng lúa, vũng nước thường

sống độc lập hơn và tập hợp lại thành váng nhầy

1.1.2.3 Hình thái và cấu tạo của Spirulina platensis [7]

Spirulina platensis là một vi khuẩn lam có dạng sợi và xoắn lò xo gồm 5-7

vòng đều nhau Dưới kính hiển vi điện tử, Spirulina platensis có cấu trúc

prokaryote, có vỏ bao, vách tế bào gồm nhiều lớp, các ribosome, sợi DNA và các

thể vùi Sợi Spirulina platensis gồm nhiều tế bào hình trụ kết hợp với nhau tạo nên

gọi là trichome Mỗi tế bào này dài 5µ, rộng 2µ Sợi Spirulina platensis được bảo

vệ bằng một vỏ bao bên ngoài

Hình 1.1: S ợi Spirulina platensis nhìn dưới kính hiển vi [32 ,13]

Tế bào Spirulina platensis cũng như các loại tảo lam khác chưa có nhân điển

hình, vùng nhân không rõ, chứa DNA trong khi tế bào thực vật bậc cao chứa nhân

thực

1.2 Tình hình nghiên cứu Spirulina platensis trong và ngoài nước

1.2.1 Tình hình nghiên cứu trên thế giới [6,14, 16, 26,27]

Trước những năm 1960, việc nuôi trồng Spirulina platensis làm thực phẩm

chưa được biết đến và quan tâm thực sự Năm 1960, Spirulina platensis mới bắt

đầu được biết đến, loại Spirulina platensis này do tiến sĩ Clement người Pháp tình

cờ phát hiện khi đến hồ Sat ở Trung Phi

Năm 1963, Viện dầu hoả Pháp đã bắt đầu quan tâm đến báo cáo về loại bánh

Dihe Được biết đó là Spirulina platensis, họ đã tiến hành nghiên cứu loại Spirulina

platensis này trong phòng thí nghiệm rồi xây dựng quy trình sản xuất thử Tuy

nhiên, điều kiện tự nhiên của nước Pháp không thuận lợi cho việc nuôi trồng

Spirulina platensis

Durand, Giám đốc công ty sản xuất soda ở hồ Texcoco - Mêhicô đã ứng

dụng quy trình của Viện dầu hoả Pháp tiến hành nuôi Spirulina platensis trên một

phần diện tích của hệ thống bay hơi nhờ năng lượng mặt trời của hồ Texcoco Từ

năm 1970, Công ty Soda – Texcoco vừa sản xuất soda vừa sản xuất Spirulina

platensis trên di ện tích khoảng 12 ha với sản lượng mỗi ngày là trên 1 tấn Spirulina

platensis khô

Năm 1973, Tổ chức Lương nông quốc tế và Tổ chức Y tế thế giới đã chính thức

công nhận Spirulina platensis là nguồn dinh dưỡng và dược liệu quý, đặc biệt trong

chống suy dinh dưỡng và chống lão hóa

Năm 1977, một doanh nghiệp Spirulina platensis đầu tiên của Hoa Kỳ đã bắt

tay vào nuôi thử nghiệm mô hình pilot trên các bể nhân tạo, ở thung lũng hoang

mạc Imperial thuộc bang California

Năm 1981, một sự hợp tác đầu tiên giữa doanh nhân California và thương nhân

Nhật Bản đã hình thành nên Earthrise Farms và chính thức đi vào sản xuất ổn định

năm 1982 Ngày nay, Earthrise Farms cung cấp sản phẩm cho hơn 40 quốc gia và

Spirulina platensis ở đây được xem là tốt nhất

Đáng lưu ý trước hết là công trình nghiên cứu phòng chống ung thư gây ra bởi

tia phóng xạ hạt nhân cho các nạn nhân của sự cố Nhà máy Điện hạt nhân

Chernobul đã thu được kết quả rất tốt khi điều trị bằng Spirulina platensis nguyên

chất Khi uống Spirulina platensis, lượng chất phóng xạ đã được đào thải khỏi

đường tiểu của người bị nhiễm xạ rất cao Kết quả này đã được biểu dương tại hội

nghị quốc tế về Spirulina platensis năm 1998 ở cộng hòa Czech

Tại Ấn Độ, một nghiên cứu năm 1995 đã chứng tỏ với liều 1g Spirulina

platensis /ngày, có tác dụng trị ung thư ở những bệnh nhân ung thư do thói quen

nhai trầu thuốc

Ở Nhật, Hiroshi Nakamura cùng Christopher Hill thuộc Liên đoàn vi Spirulina

platensis quốc tế cùng một số nhà khoa học bắt đầu nghiên cứu Spirulina platensis

từ năm 1968 Hiện nay, trong các đề tài nghiên cứu chống HIV/AIDS của Nhật, có

đề tài sử dụng Spirulina platensis Sản lượng Spirulina platensis hiện nay trên thế

giới khoảng 1000 tấn khô/năm

- Ngoài ra, trên thế giới còn có các trang trại nuôi trồng Spirulina platensis với

quy mô lớn, chất lượng cao như:

- Trang trại Twin Tauong (Myanmar)

- Trang trại Sosa Texcoco (Mehico)

- Công ty Spirulina platensis Siam (Thái Lan)

- Trang trại Chenhai (Trung Quốc)

- Nông trại Hawai (Hoa Kỳ)…

Hình 1 2: Toàn c ảnh vùng nuôi Spirulina platensis của Cyanotech tại Hawaii [14]

Trại Spirulina platensis lớn nhất là ở Hawaii có khoảng 25 ha và mới đây là

Trung Quốc có khoảng 16 ha Nhu cầu Spirulina platensis trên thế giới là rất lớn,

tuy nhiên sản lượng chưa nhiều, nên giá bán những chế phẩm Spirulina platensis

rất đắt Gần đây việc phát hiện và đưa vào sử dụng một số chất có hoạt tính sinh học

ở Spirulina platensis đã góp phần không nhỏ thúc đẩy quá trình nghiên cứu, sản

xuất cũng như ứng dụng có hiệu quả sinh khối Spirulina platensis này

Bảng 1.1: Các cơ sở sản xuất và sản lượng Spirulina platensis trên thế giới (Orio

Ciferri và Orscia Tiboni, 1985) [6]

(x 103 m2) Loài

Sản lượng Spirulina platensis khô

tấn/năm Sosa,

Texcoco

Hồ Texcoco, Mêhicô

Bán tự

Vĩnh Hảo Thuận Hải Nhân tạo hở 2.1 S Platensis 3-4

1.2.2 Tình hình nghiên c ứu tại Việt Nam [10, 16, 21, 22, 24, 26]

Ở nước ta, Spirulina platensis được di thực nhập giống lưu giữ tại Viện Pasteur

Paris, Cộng Hoà Pháp, về nghiên cứu từ năm 1972 ở Viện Sinh Vật (Viện Khoa

Học Việt Nam) Đề tài này ở mức độ phòng thí nghiệm, đã cho một kết quả tiên

lượng tốt về khả năng nuôi trồng này ở nước ta theo mô hình ngoài trời, không mái

che, có sục khí carbonic (CO2)

Năm 1976, việc thử nghiệm nuôi trồng Spirulina platensis đã được tiến hành

trong thời gian 4,5 tháng tại Nghĩa Đô, Hà Nội đã thu được kết quả khá khả quan

Từ những năm 1977, Spirulina platensis được nghiên cứu với đề tài cấp nhà

nước do Viện Sinh học công nghệ quốc gia chủ trì và sau đó được ứng dụng nuôi ở

vùng suối khoáng Vĩnh Hảo -Bình Thuận

Đề tài của Bác sĩ Nguyễn Thị Kim Hưng (TP Hồ Chí Minh) và cộng sự với

đề tài "Nghiên cứu sản xuất và sử dụng thức ăn có Spirulina platensis trong dinh

d ưỡng điều trị"

Đề tài nghiên cứu “Nghiên cứu sản xuất pilot sinh khối Spirulina platensis

giàu selen, bào ch ế thuốc mới và tác dụng dược lý lâm sàng của chế phẩm” do Đại

Học Y Dược TP HCM chủ trì và ThS DS Lê Văn Lăng là chủ nhiệm đề tài

Hiện nay, Spirulina platensis được nuôi trồng liên tục, sản xuất liên tục, chế

biến dưới nhiều dạng sản phẩm khác nhau ở các cơ sở như: Vĩnh Hảo (Bình Thuận),

Châu Cát, Lòng Sông (Thuận Hải), Suối Nghệ (Đồng Nai), Đắc Min (Đắc Lắc),…

đã thu được những kết quả khả quan

Hình 1.3:B ể nuôi Spirulina platensis tại công ty nước khoáng Vĩnh Hảo

Nhóm tác giả do cố giáo sư Nguyễn Hữu Thước (Ủy ban khoa học kỹ thuật nhà

nước) và các cộng sự Trần Văn Tựa, Phan Phương Lan, Đặng Đình Kim (Viện sinh

vật) còn nghiên cứu sử dụng nguồn dinh dưỡng khác để nuôi Spirulina platensis

như nước thải ươm tơ tằm tại Đan Hoài (Hà Tây), Bảo Lộc (Lâm Đồng), nước suối

khoáng Đắcmin (Buôn Ma Thuột) Như vậy với đề tài cấp nhà nước (Mã số

48.01.02.03) tổng kết tháng 4 năm 1986, đã đánh dấu bước tiến bộ đưa kết quả

nghiên cứu từ phòng thí nghiệm ra ứng dụng ở quy mô công nghiệp, hứa hẹn nhiều

triển vọng của giống Spirulina platensis quý này ở nước ta

Tại thành phố Hồ Chí Minh nhiều nghiên cứu về Spirulina platensis cũng được

tiến hành tại :

+ Sở y tế thành phố Hồ Chí Minh, từ năm 1985 đã tiếp nhận giống Spirulina

platensis đầu tiên do ông bà R.D Fox tặng thành phố, và giao cho Trạm nghiên

cứu dược liệu giữ giống, nghiên cứu nuôi trồng

+ Viện sinh học nhiệt đới thành phố Hồ Chí Minh (thuộc Trung tâm Khoa học

tự nhiên và Công nghệ quốc gia), từ năm 1989 đã triển khai nghiên cứu kỹ thuật với

sự hỗ trợ của Cộng hoà Pháp Đặc biệt các nghiên cứu còn tìm quy trình chiết xuất

một số hoạt chất sinh học từ Spirulina platensis ứng dụng trong sinh hoá, y dược,

1.3 Đặc điểm sinh sản và dinh dưỡng của Spirulina platensis [2,3,9,16,17]

1.3.1 Đặc điểm sinh sản của Spirulina platensis

Theo Keeton (1967) sự phân chia tế bào Spirulina platensis được thực hiện bởi

sự cắt đôi (binary fission), như ở các vi khuẩn, và cũng thường bởi sự phân đoạn

của các sợi

Các sợi Spirulina platensis trưởng thành bị cắt ra thành vài đoạn Spirulina

platensis (hormogonia), m ỗi đoạn Spirulina platensis có từ 2 - 4 tế bào, nhờ sự

thành lập của vài tế bào đặc biệt, gọi là hoại bào (necridia)

Spirulina platensis có dạng sợi xoắn màu xanh lục, chỉ có thể quan sát thấy hình

xoắn sợi do nhiều tế bào đơn cấu tạo thành dưới kính hiển vi

Hình 1.4: Hình d ạng của tế bào Spirulina platensis được nhìn dưới kính hiển vi [17]

Hoại bào có màu xanh vàng, dễ nhuộm đỏ với congo, và bị thủy giải để cho các

tế bào hình đĩa tách rời có hai mặt lõm

Sự phá vỡ các sợi Spirulina platensis như thế có tính ngẫu nhiên, nhưng không

bất kỳ (vì chỉ xảy ra nơi các hoại bào) Trong các điều kiện tăng trưởng tối hảo, thời

gian tăng gấp đôi của Spirulina platensis là 9,3 giờ

Theo Nguyễn Lân Dũng (1980) để ước lượng sự tăng trưởng ta có thể đo chiều

dài, chiều cao, chiều rộng, diện tích, thể tích, trọng lượng tươi hay khô, số lượng tế

bào

1.3.2 Đặc điểm dinh dưỡng của Spirulina platensis

Giống như các thực vật khác, Spirulina platensis cần có chất dinh dưỡng để phát

triển, như nước, cacbon, nitơ, photpho, kali, lưu huỳnh, sắt và các khoáng chất khác

Khi có ánh sáng mặt trời quá trình quang hợp xảy ra và Spirulina platensis sẽ

chuyển hoá các chất dinh dưỡng kể trên thành chất nuôi tế bào, đồng thời thải ra khí

oxy

Khi Spirulina platensis phát triển với tốc độ lớn, ta phải cung cấp chất dinh

dưỡng nhiều hơn Phải bơm xuống nước đủ lượng CO2 và phải luôn luôn cung cấp

chất dinh dưỡng có khả năng hoà tan khác để luôn luôn duy trì khả năng phát triển

tối ưu của Spirulina platensis

Môi trường dinh dưỡng của Spirulina platensis gồm :

Các dưỡng chất : trong môi trường nước Spirulina platensis cần đủ nguồn

dinh dưỡng carbon, nitơ, các chất khoáng đa lượng và vi lượng Ngoài ra chúng

còn cảm ứng với một số chất như là chất ức chế hoặc chất kích thích sinh trưởng

Các điều kiện lý hoá thích hợp : pH, áp suất thẩm thấu, ánh sáng, nhiệt độ,

điều kiện khuấy trộn, v.v

Các nguồn dinh dưỡng như:

+ Dinh d ưỡng carbon :

Spirulina platensis đồng hoá carbon chủ yếu ở dạng vô cơ, tốt nhất là

bicarbonat (HCO3-), thông qua quá trình quang hợp

Phản ứng quang tổng hợp hidratcacbon và một số chất khác :

HCO3- + 2H2O  (CH2O) +O2+ H2O + OH - Carbon dạng khí CO2 cũng có thể được sử dụng nhưng phải đảm bảo cho môi

trường ở vùng pH kiềm thích hợp Do vậy nhiều tác giả đồng ý nguồn cacbon để

nuôi Spirulina platensis ở khoảng 1,2 – 16,8g NaHCO3/lít Ở môi trường bicarbonat

này, có thể sục hoặc khuấy trộn không khí thường (chứa 0,03% CO2), hoặc nguồn

khí có 1-2% CO2, nhằm để điều chỉnh pH, hoặc đảo môi trường giúp tế bào trộn

đều, tiếp xúc được với ánh sáng

+ Dinh d ưỡng nitơ :

Nitơ được tổng hợp thành protein của Spirulina platensis

Khả năng cố định đạm của Spirulina platensis rất cao, cho hàm lượng nitơ

≈10% trọng lượng khô, hay thường trên 50% protein

Nhưng Spirulina platensis không có khả năng sử dụng nitơ dạng khí N2 mà sử

dụng dưới dạng nitrat (NO3

-), với ngưỡng 30 – 70mg/l, trung bình 4 – 12mg/l (theo

môi trường Zarrouk C) Ngoài ra có thể dùng nguồn nitơ khác : nitơ amoniac (NH3)

dạng này thường có trong các loại nước thải Biogas, nitơ amon: (NH4)2SO4

(amonisulphat- AS), (NH4)2HPO4 (diamoniphotphat- DAP) là các loại phân bón hay

dùng trong nông nghiệp, hoặc urê (NH 2)2CO

Nếu sử dụng các nguồn nitơ khác nitrat, cần khống chế nồng độ vì dễ gây sốc

làm giảm năng suất sinh khối, thậm chí có thể gây chết Spirulina platensis Theo

kinh nghiệm nên khống chế nồng độ nitơ tính theo NH3 từ 30-70 mg/l hoặc dưới

100mg/l Vậy nguồn thức ăn cho Spirulina platensis có thể chuyển đổi theo cách:

Urê (NH2CONH2) Amoniac (NH3)  Amonium (NH4

Là những dưỡng chất thiết yếu, ảnh hưởng trực tiếp tới sinh trưởng và hàm

lượng của protein Sắt thường dùng ở dạng muối FeSO4 (0,01g/l) Nồng độ Fe2+

trong môi trường rất rộng từ 0,56 – 56mg/l môi trường

nhưng lại có ảnh hưởng tới một số thành phần khác như vitamin,

1.4 Thành phần dinh dưỡng và công dụng của Spirulina platensis

[7,8,9,13,15,19,28,29]

1.4.1 Thành phần dinh dưỡng [13,19]

Spirulina platensis còn có tên th ương mại là Arthrospira platensis và được nuôi

trồng trên thế giới như một nguồn thực phẩm, chúng rất giàu dinh dưỡng Hiện nay

được phổ biến như là thực phẩm bổ dưỡng tại châu Âu

Hàm lượng protein: 55% - 70%

Bảng 1.2: Thành phần hoá học (% chất khô) của Spirulina platensis so với các loài

tảo khác và với đậu tương (Becker E.W, 1981) [7]

Spirulina platensis giàu các vitamin: vitamin A, B1, B2, B3, B6, B12, vitamin

C, vitamin D, vitamin E, folate, vitamin K, biotin, axit pantothenic, beta carotene -

Spirulina platensis chứa nhiều nguyên tố khoáng có ý nghĩa đối với người và

động vật Hàm lượng một số chất khoáng trong Spirulina platensis nuôi trồng tại

Vĩnh Hảo như sau:

Spirulina platensis giàu các sắc tố: phycocyanin, chlorophyll, carotenoid và

xanthophyll và các sắc tố khác Hàm lượng các carotenoid trong Spirulina platensis

khoảng 4mg/g Spirulina platensis khô Hàm lượng này là cao lúc so sánh với các

loài thực vật khác và rất quan trọng đối với dinh dưỡng của động vật Spirulina

platensis có một lượng lớn β-caroten ( hoạt tính kép của vitamin A)

Bảng 1.5: Các sắc tố carotenoid [7]

Cryptoxanthin 546

Lulein & cuglenanon 289

Các hợp chất hữu cơ: axit gamma linoleic, glycolipid, các polysaccharide

Ngoài nguồn protein dồi dào thì hàm lượng axit amin trong Spirulina platensis

rất cân đối Spirulina platensis có các loại axit amin không thay thế vượt tiêu chuẩn

do Tổ chức thực phẩm và nông nghiệp của Liên Hiệp Quốc (FAO) quy định

Bảng 1.6: Thành phần acid amin của Spirulina platensis (g/100g protein) [7]

Acid amin

Spirulina platensis sản

xuất ngoài trời ở Thuận Hải

Vì vậy, Spirulina platensis được nuôi trồng rất phổ biến trên thế giới, được sử

dụng vào nhiều mục đích khác nhau: y - dược, mỹ phẩm, thực phẩm, nông nghiệp,

thủy sản và được coi là thức ăn con người trong tương lai

1.4.2 Công dụng của Spirulina platensis [8,9,15,28,29]

 Protein chất lượng cao

Spirulina platensis là một loại tảo đơn bào nhỏ dạng xoắn ốc, chứa protein cân

bằng, hoàn chỉnh và nhiều chất dinh dưỡng có giá trị Spirulina platensis chứa

khoảng 70% protein dễ tiêu, lượng protein này cao hơn bất kì loại thực phẩm nào

khác

Ngoài ra, thành phần của Spirulina platensis còn chứa 18/22 axit amin, tất cả

những axit amin cần thiết này tạo thành nguồn thực vật duy nhất hoàn chỉnh về

protein Hơn nữa, protein trong Spirulina platensis dễ tiêu hóa hơn so với các nguồn

thịt

 Chất giàu dinh dưỡng tự nhiên

Nguồn dinh dưỡng thực phẩm tự nhiên hoàn chỉnh được tìm thấy trong thực

phẩm này là Spirulina platensis cho ta những điều lợi ích vô tận về sức khỏe,

Spirulina platensis có lượng beta-carotene cao - tiền chất của vitamin A gấp 25 lần

cà rốt, đây là chất chống oxy hóa mạnh, bảo vệ cơ thể khỏi những tổn hại cơ bản

Spirulina platensis là một nguồn cung cấp vitamin B tuyệt vời, cụ thể là vitamin

B12, quan trọng với người ăn chay, gấp 2 – 6 lần gan bò sống Thực phẩm dinh

dưỡng này cũng chứa vitamin E, là nguồn sắt cao, chứa 14 chất khoáng tự nhiên và

nhiều nguyên tố vi lượng

 Siêu thực phẩm cho người ăn kiêng

Spirulina platensis là một trong những thực phẩm giàu dinh dưỡng nhất, chứa ít

chất béo và cholesterol Nhiều người nhận thấy rằng khi họ dùng Spirulina platensis

trước bữa ăn sẽ làm giảm sự thèm ăn của họ, cho phép họ giảm nhu cầu ăn thêm

thức ăn nhưng vẫn không thấy đói, cách này thích hợp cho người ăn kiêng

Đối với những người suy dinh dưỡng, cần tăng trọng cách tốt nhất là bổ sung

Spirulina platensis sau mỗi bữa ăn Chất dinh dưỡng sẽ được tích lũy lại, giúp

người suy dinh dưỡng mau chóng phục hồi

Thực phẩm dinh dưỡng protein cao, ít calo này cung cấp năng lượng chúng ta

cần mỗi ngày Vậy loại siêu thực phẩm này có thể là một thành phần giá trị của bất

kì chương trình tăng hoặc giảm cân sức khỏe nào

 Hỗ trợ miễn nhiễm tự nhiên

Spirulina platensis chứa đựng nhiều chất dinh dưỡng cần thiết cho sự miễn

nhiễm tối ưu như, beta-carotene và các carotenoid khác

Spirulina platensis được nghiên cứu rộng rãi nhằm công bố đặc tính tăng cường

miễn nhiễm Các nghiên cứu cho thấy Spirulina platensis có thể làm tăng mức độ

kháng thể và hoạt động đại thực bào, cả hai đều quan trọng đối với một hệ thống

miễn nhiễm mạnh mẽ, nó cũng giúp cân bằng hoạt động hệ thống miễn nhiễm

 Lọc và giải độc

Còn một lí do khiến Spirulina platensis quan trọng vì chúng chứa diệp lục gấp

nhiều lần so với cỏ linh lăng hoặc lúa mì Chất diệp lục là sắc tố giúp thực vật có

màu xanh và rất trong sạch, với nhiệm vụ là làm sạch hệ thống kim loại nặng và các

độc tố khác trong cơ thể có hại cho sức khỏe Những năm qua, nhiều người mong

muốn làm thanh khiết cơ thể đã ăn kiêng định kì bằng Spirulina platensis

1.5 Ứng dụng Spirulina platensis platensis trong thực phẩm, xử lý môi

tr ường y học và mỹ phẩm [15,20, 24]

1.5.1 Ứng dụng trong thực phẩm

Từ những năm 1970, ở Nhật Bản và ở Mỹ, Spirulina platensis đã được xem là

một loại siêu thực phẩm Đến những năm 1990 vấn đề tiêu thụ Spirulina platensis

đã phát triển vượt bậc tại Trung Quốc, Ấn Độ, Châu Á, Bắc Mỹ làm cho Spirulina

platensis ngày càng trở nên phổ biến

Hình 1.5: S ản phẩm có bổ sung Spirulina platensis [24]

Gần đây, trên thị trường Việt Nam xuất hiện nhiều chế phẩm từ Spirulina

platensis bán ở cửa hàng thực phẩm, siêu thị hoặc cả trong nhà thuốc với thành

phần và công dụng rất gần với thực phẩm dinh dưỡng và thuốc chữa bệnh

Đặc biệt trong những tháng giữa năm 2005 tới nay, các chế phẩm chứa

Spirulina platensis đang bán trong nhóm sản phẩm nêu trên được khá nhiều người

chú ý Thực phẩm dinh dưỡng được dùng ở dạng nước uống, siro, yaourt, bột dinh

dưỡng Có thể dùng Spirulina platensis nguyên chất để uống hoặc trộn vào thức ăn

như nấu canh, làm bánh Một số nước còn có trà Spirulina platensis

Ở Đức, người ta đã bắt đầu đưa Spirulina platensis vào bia, gọi là bia xanh 1

người dùng 1 ngày 5g Spirulina platensis là đủ các chất thiết yếu Cơ thể có thể hấp

thụ mỗi ngày 30 – 45g Dùng thừa cũng vô hại Người bị bệnh nặng không ăn được

có thể bơm Spirulina platensis thẳng vào dạ dày là đủ các chất dinh dưỡng

1.5.2 Ứng dụng trong xử lí môi trường

Ở Việt Nam hiện nay, quy mô và mức độ ô nhiễm kim loại nặng trong nước thải

công nghiệp đang gia tăng với tốc độ đáng lo ngại Việc áp dụng các biện pháp hóa

lý như đã nêu thường có giá thành cao, khiến nhiều hoạt động công nghiệp vẫn tiếp

tục thải nước thải chứa kim loại nặng vào môi trường

Các điều tra cho thấy các nhà máy ô tô, sản xuất pin và ắc qui, nhà máy thuộc

da, các xí nghiệp mạ thải nước thải chứa các kim loại nặng nguy hiểm như Ni, Cr,

Fe, Hg, Cu, Pb Vì vậy, nghiên cứu sử dụng Spirulina platensis để loại trừ kim loại

nặng trong nước thải công nghiệp ở nước ta là một hướng công nghệ đáng được

quan tâm Thử nghiệm cố định tế bào Spirulina platensis trên các chất mang khác,

xây dựng được phương pháp cố định tế bào Spirulina platensis trên các chất mang

khác nhau như polyurethane, agar và carageenan Tế bào Spirulina platensis sau

khi cố định vẫn có khả năng hoạt động sống bình thường trong một thời gian dài

Sự hấp thu kim loại nặng phụ thuộc trạng thái của Spirulina platensis khi đói dinh

dưỡng có khả năng hấp thu cao hơn Như vậy triển vọng sử dụng sinh khối

Spirulina platensis sống hay chết, tự do hay cố định vào việc loại trừ kim loại nặng

trong nước thải là to lớn

1.5.3 Ứng dụng trong y học

Các yếu tố cấu tạo nên Spirulina platensis gồm 75% là chất hữu cơ và 25% là

khoáng chất Vì thế Spirulina platensis chứa các chất căn bản trong việc trị liệu

Hình 1.6: S ản phẩm từ Spirulina platensis trong y học [14,23]