Công nghệ sản xuất và ứng dụng của tảo spirulina platensis (full)

VIỆN ĐẠI HỌC MỞ HÀ NỘI KHOA CÔNG NGHỆ SINH HỌC  TIỂU LUẬN MÔN: CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT PROTEIN-AXIT AMIN-AXIT HỮU CƠ ĐỀ TÀI: CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT VÀ ỨNG DỤNG CỦA TẢO SPIRULINA PLATENSIS GV hướng dẫn: Ths.Trịnh Thị Hằng SV thực hiện: Nhóm: 08 Lớp: KS CNSH Hà Nội, tháng 06/2010 MỤC LỤC Mở đầu I. Tổng quan về tảo Spirulina platensis 1. Nguồn gốc 2. Vị trí, phân loại và tên gọi 3. Môi trường sống 4. Phân bố 5. Hình dạng, kích thước và cấu tạo tế bào của Spirulina Platensis 6. Đặc điểm dinh dưỡng 7. Đặc điểm sinh sản 8. Thành phần các chất và giá trị dinh dưỡng của tảo Spirulina Platensis II. Công nghệ sản xuất tảo S. Platensis A) Nuôi cấy tảo 1. Chuẩn bị giống 2. Các điều kiện kỹ thuật 3. Các yếu tố ảnh hưởng 4. Giới thiệu về các hình thức nuôi trồng tảo Spirulina Platensis B) Thu sinh khối III. Ứng dụng của tảo Spirulina Platensis 1. Tính an toàn của tảo Spirulina Platensis 2. Ứng dụng trong y học 3. Tác dụng làm đẹp MỞ ĐẦU I. TỔNG QUAN VỀ TẢO SPIRULINA PLATENSIS 1. Nguồn gốc. Hiện diện trên trái đất từ khoảng 3,5 tỉ năm về trước, tảo Spirulina là loại gen của sinh vật cổ xưa hiếm hoi còn sót lại. Năm 1964, Brandily - một nhà nhân chủng học người Pháp là người đầu tiên phát hiện ra tảo S.platensis trong lần khảo sát sự đa dạng sinh học tại vùng hồ ở Tchad (Châu Phi). Dân địa phương quanh thị trấn Fort, Lamy nay là nước Cộng hòa Chad, Châu Phi vẫn ăn một thức ăn gọi là “Dihe”. Họ làm “Dihe” từ những váng màu xanh nổi trên mặt nước hồ Tchad. Họ thu vớt và phơi khô chúng trên cát dưới ánh sáng mặt trời rồi đập nhỏ đem bán. Các nhà khoa học đã rất bất ngờ khi người dân ở đây rất nghèo nhưng già trẻ lớn bé ai cũng khỏe mạnh cường tráng. S.platensis được làm khô nhờ cát. Dangeard-Một nhà nghiên cứu người Pháp đã xác định thành phần chính của “Dihe” là loại tảo xoắn Athrospira (=Spirulina) platensis. Ở Việt Nam, giống được nghiên cứu đầu tiên, lưu giữ ở Viện sinh vật học, là S. platensis (Gom) Geitler do Pháp cung cấp. Cũng theo khảo sát của viện này, ở nước ta đã thấy 10 loài Spirulina. Các loài Spirulina trên sống tự nhiên trong ao, hồ, ruộng lúa, sông ngòi, đơn độc hay kết thành đám trên mặt nước. Đặc biệt khoảng giữa năm 1994, S. platensis phát triển mạnh ở hồ Bảy Mẫu (Hà Nội), có thể vớt được rất nhiều tảo khô mỗi ngày nắng hè. 2. Vị trí, phân loại và gọi tên Spirulina platensis Phân loại khoa học Ngành Cyanophyta Lớp Hormogonioph yceae Bộ Oscillatoriales Họ Oscillatoriacea e Chi Spirulina Spirulina do nhà nghiên cứu người Đức, Deurben đặt tên năm 1827, trên cơ sở hình thái đặc trưng nhất là dạng sợi xoắn ốc của tảo. Sau này nó được các chuyên gia phân loại học thống nhất tên khoa học đầy đủ: ngành Cyanophyta (thực vật lục - lam), lớp Hormogoniophyceae, bộ Oscillatoriales (tảo tràng hạt), họ Oscillatoriaceae, chi Spirulina (tảo xoắn). Chi Spirulina có nhiều loài (35 loài) đã được phát hiện, hai loài có nguồn gốc châu Phi và Nam Mỹ là: S.geitleri (S.maxima) và S. platensis được nghiên cứu đầu tiên, nhiều nhất. Trong cách phân loại, đặt tên khoa học thường các đặc tính quan trọng nhất về hình thái, kiểu dinh dưỡng, tế bào học và cấu trúc gen di truyền được biểu đạt ngắn gọn nhất. Tên Spirulina do gốc từ Latinh và Anh ngữ “Spiral” có nghĩa là “xoắn”, do tảo này có dạng tiêu biểu nhất là sợi xoắn ốc, nên còn gọi là tảo xoắn, hay tạo dạng xoắn. Người Nhật Bản chuyển từ “tảo xoắn” thành rasenmo, tương tự người Pháp gọi là Spirulines. Ở Việt Nam nó cũng có nhiều tên gọi: vi tảo Spirulina, tảo xoắn xanh, tảo lục - lam, nhưng tên Spirulina vẫn thông dụng nhất. Trong cách phân loại mới hiện nay tảo Spirulina được xếp vào ngành vi khuẩn (Bacteriophyta), trên các ngành tảo khác, thay cho xếp chung vào ngành tảo như cũ, lý do của sự thay đổi hợp lý này là các nghiên cứu (những năm 1970 - 1980), thấy các tảo lam có nhiều đặc điểm chung với vi khuẩn như: nhân chưa hoàn chỉnh (tiền nhân), nhân chưa có màng, không có ty thể và lục lạp… Tên mới dần thông dụng của Spirulina là vi khuẩn lục lam Spirulina. Do đặc điểm có thể di động được trong môi trường nước, Spirulina còn được gọi là phiêu sinh vật (Spirulina plankton - thực vật trôi nổi, phiêu sinh). Tên gọi mô tả này nhằm phân biệt với động vật phiêu sinh, di động thực sự với cơ quan chuyên biệt: tiêm mao của vi khuẩn, vây của cá. 3. Môi trường sống + S. platensis là sinh vật phiêu sinh (Plankton) sống tự do (free living organism) trong nước kiềm, giàu khoáng chất. + Các vi phiêu sinh này lơ lửng ở độ sâu có thể tới 50 cm,và trong môi trường nhân tạo thường nuôi ở mức nước 10-30 cm(nuôi hồ hở), hoặc có thể trong hồ đáy sâu 1-1,5 m (sục khí) phải đảm bảo tảo nhận nhận được ánh sáng. + Trôi nổi trong nước và nhu cầu ánh sáng là 2 đặc điểm ràng buộc lẫn nhau, hỗ trợ nhau, rất quan trọng trong công nghệ nuôi trồng tảo. 4. Phân bố: + S. platensis sống trong môi trường ưa kiềm (pH: 8,5-9,5). Trong tự nhiên, chúng sống trong các hồ, suối khoáng ấp áp. + Tảo có phạm vi phân bố rộng:  Châu Phi: Tchad, Congo, Ethiopia, Kenya, Nam phi, Ai cập, Tanzania, Zambia.  Châu Mỹ: Hoa kỳ, Peru, Uruguay, Mexico.  Châu Á: Ấn độ, Paskistan, Srilanka, Việt nam.  Châu Âu: Nga, Ukraina, Hungarie… + Một loài Spirulina có thể xuất hiện ở nhiều quốc gia, có khi những nơi đó cách nhau tới nữa vòng trái đất như: loài S.platensis. Nguyên nhân có thể là:  Tự nhiên: một số loài chim ăn tảo Spirulina như Phoeniconaiasminor (ở châu mỹ). Do đó tảo đã bám vào lông vũ loài chim này, rồi dựa vào sự di cư của chúng để phát tán nòi giống.  Con người: đem tảo đi sản xuất ở nhiều nơi trên thế giới để phục vụ cho nhu cầu của con người. 5. Hình dạng, kích thước và cấu tạo tế bào của Spirulina platensis Hình dạng của Spirulina chỉ thấy rõ khi quan sát dưới kính hiển vi. Đó là những sợi tảo có màu xanh lục lam, xoắn kiểu lò xo, với các vòng xoắn khá đều nhau, nhưng ở cuối hai đầu sợi thường hẹp, mút lại, kích thước khoảng 0,25 mm. Đây là dạng chuẩn nhất. Tuy vậy theo những quan sát và đối chiếu với các tài liệu, thì tùy chu kỳ sinh dưỡng phát triển (cường độ ánh sáng, nhiệt độ môi trường) mà hình dạng có thể xoắn kiểu chữ C, S Sợi tảo không phân nhánh, không có bao và không có dị bào. Các dạng này có chiều dài rất thay đổi, ngay trong một dạng, chiều dài mỗi sợi cũng khác nhau, ví dụ sợi uốn sóng có thể dài 5 - 7 nếp gấp, cũng có thể đến 27 nếp gấp.Hiện tượng biến dạng nói lên khả năng thích nghi với môi trường mà vi sinh vật cổ xưa này có được qua hàng triệu năm tiến hóa chọn lọc tự nhiên. Dạng xoắn thường giữ được trong phòng nghiên cứu, sang môi trường nuôi đại trà, nó thường biến thành dạng thẳng, tỷ lệ xoắn - thẳng khoảng 15 - 85. Spirulina có cấu tạo đơn bào hoặc tổ chức đơn bào, cấu tạo từ các bào nang, có thành tế bào nhiều lớp , có thể quang hợp, ribôxom và DNA, thể vùi nhiều. Các bào nang có cấu trúc từ các sợi nhỏ, và bao quanh là một lớp sợi khác bảo vệ cho chúng, sự hiện diện của các quả nang không đồng đều quanh sợi của S. platensis là sự khác nhau về hình thái học để so sánh với S. maxima bề mắt rộng của các sợi thay đổi từ 6 tới 12 μm, nó bao gồm các tế bào hình trụ đường kính xoắn ốc của nó từ 30 đến 70 μm, chiều dài cả túm lông là khoảng 500 micromet, trong một vài điều kiện nuôi cấy khi có kích thích thì chiều dài của các sợi có thể lên đến 1 mm, nó rất quan trọng để giải thích cái hình dáng xoắn ốc của tảo. Spirulina trong môi trường nuôi cấy lỏng, và sự thay đổi hình dạng của nó trong môi trường nuôi cấy rắn. Những thay đổi này là do chất hydratation or dehydratation oligopeptides trong peptidoglican tạo lên. Thành tế bào của Spirulina có cấu tạo gồm 4 lớp, các lớp này đều rất mỏng, lớp 2 được cấu tạo từ peptidoglycan, chất này giữ cho thành tế bào vững chắc. Lớp 1 chứa b-1,2-glucan một chất khó tiêu hoá đối với con người tuy nhiên nồng độ của nó rất nhỏ (<1%), còn các protein và các poliacharit tự nhiên rất dê tiieu hoá đối với con người. Trong loại tảo này còn có chứa chllorophy, caroten và phycobilisome, đây là những chất tạo nên sắc tố xanh của tảo, cấc chất này được dẫn vào trong hệ thống thilakoid hoặc hệ thống quang hợp. Riboxom và các sợi DNA nằm ở vùng trung tâm. Spirulina chứa nhiều tổ chức ngoại vi kết hợp với thylakoids, chúng là các hạt cyanophycin, các hạt poliglucan hạt lipit, các hạt poliphotphat. Các hạt cyanophycin và các hạt dự trữ khác có vai trò quan trọng do các hợp chất hoá học tự nhiên của chúng và các nhóm sắc tố của chúng.The polyhedral bodies or carboxysomes có chứa thành phần chính la enyme ribulose 1,5-diphosphate carboxylase nó cho phép cố định CO 2 trong hệ thống quang hợp để tạo ra các hạt dự trữ. Các hạt poliglucan hoặc glycogen hoặc a-granules là các glucose polymers. Các hạt lipit, b-granules hoặc hạt osmophile cấu tạo bằng các by poly-b-hydroxybutyrate, chỉ tìm thấy trong các tế bào prokaryotes, chúng được coi như là nhưng chất dự trữ năng lượng. 6. Đặc điểm dinh dưỡng : + S. platensis là vi sinh vật quang dưỡng bắt buộc. Do đó, chúng không thể sống hoàn toàn không có ánh sáng. + Phải đảm bảo các chỉ tiêu ánh sáng, nhiệt độ, pH, điều kiện khuấy trộn… + Môi trường dinh dưỡng của spirulina gồm: + Các dưỡng chất: môi trường phải đảm bảo cung cấp đầy đủ nguồn: cacbon, nitơ, các chất khoáng đa lượng và vi lượng… + Dinh dưỡng cacbon: S. platensis đồng hóa cacbon chủ yếu ở dạng vô cơ, tốt nhất là bicacbon (HCO 3 - ), thông qua quá trình quang hợp. Phản ứng quang tổng hợp hidratcacbon (đường) và một số chất khác: HCO 3 - + 2H 2 O (CH 2 O) + O 2 + H 2 O +OH - . Nguồn cacbon để nuôi dưỡng S.platensis ở khoảng 1,2-16,8g NaHCO 3 /lit. + Dinh dưỡng N: S. platensis có khả năng cố định nitơ, đồng hóa nitơ theo phản ứng khử nhờ enzyme nitrogenase xúc tác khi có ATP. Kết quả nitơ được tổng hợp thành protein của chúng. Chúng không có khả năng sử dụng N 2 trong không khí mà sử dụng dưới các dạng: nitrat (NO 3 - ), NH 3 (thường có trong nước thải Biogas), (NH 4 ) 2 SO 4 , (NH 4 ) 2 HPO 4 ( có trong phân bón nông nghiệp), (NH 2 ) 2 CO. Tuy nhiên khi sử dụng nguồn nitơ không từ nitrat phải khống chế nồng độ vì dễ suy giảm sinh khối thẫm chí có thể gây chết tảo. + Các chất khoáng cần cung cấp cho môi trường nuôi tảo:  Photpho vô cơ khoảng 90 – 180 mg/L.  K + và Na + dưới dạng kết hợp với N, P.  Mg + : đóng vai trò tương tự như P.  Ca 2+ : không ảnh rõ đến sinh trưởng tảo.  Fe cung cấp dưới dạng muối FeSO 4 . Nồng độ Fe 2+ rất rộng từ 0,56 -56 mg/ L môi trường.  Cl - : rất ưa Clo vô cơ, nồng độ dùng với muối NaCl khoảng 1-1,5g/L. Sau đây là thành phần dinh dưỡng chính của môi trường Zarrouk dùng để nuôi S.platensis [...]... Tiểu luận: Công nghệ sản xuất và Ứng dụng của tảo Spirulina Platensis Công nghệ nuôi tảo theo hệ thống kín (Closed ecosustem) (C.E.S) ARTISANAL FARM Sản xuất thủ công MEDIUM SIZE FARM Sản xuất với quy mô trung bình Nhóm: 08-Lớp: KS CNSH 0704-Viện Đại học Mở Hà Nội 27 Tiểu luận: Công nghệ sản xuất và Ứng dụng của tảo Spirulina Platensis MASS PRODUCTION FARM Sản xuất với quy mô công nghiệp Công nghệ nuôi... lọc bằng cotton Sấy khô: Máy sấy Spirulina dùng trong công nghiệp là máy sấy phun, điều này là ngoài tầm với của những người sản xuất thủ công Sấy khô bằng ánh nắng mặt trời là phương pháp phổ biến nhất để làm khô sản Nhóm: 08-Lớp: KS CNSH 0704-Viện Đại học Mở Hà Nội 30 Tiểu luận: Công nghệ sản xuất và Ứng dụng của tảo Spirulina Platensis phẩm đối với những người sản xuất nhỏ Việc sấy trực tiếp bằng... đường và các con chuột bị tiểu đường nhưng được cho ăn tảo xoắn Công trình nghiên cứu chỉ ra rằng việc sử dụng tảo xoắn đã làm Nhóm: 08-Lớp: KS CNSH 0704-Viện Đại học Mở Hà Nội 33 Tiểu luận: Công nghệ sản xuất và Ứng dụng của tảo Spirulina Platensis cho các tham số đó tiến tới bình thường Hiệu quả của tảo xoắn với liều lượng 15mg/ kg trọng lượng cơ thể thu được cao hơn nhiều so với liều lượng 5 và 10... 0,8 mg/L Chloride: 3030 mg/L Tiểu luận: Công nghệ sản xuất và Ứng dụng của tảo Spirulina Platensis Thường xuyên đo đạc các thông số của môi trường, đề xuất các biện pháp quản lý thích hợp pH thích hợp cho tảo spirulina: 8,5 -9,5 pH 7, tảo quang tổng hợp rất thấp Thiếu dưỡng chất: cụ thể là thiếu đạm đẫn đến thoái biến sắc tố lam phycocyanin, tảo bị vàng, tế bào kiếm phát triển, năng suất... Đại học Mở Hà Nội 31 Tiểu luận: Công nghệ sản xuất và Ứng dụng của tảo Spirulina Platensis có tính tinh khiết cao, tuyệt đối không có chất độc hại hay phản ứng phụ nào, kể cả trường hợp sử dụng lâu dài hay với lượng dùng cao Là thực phẩm chức năng giúp tăng cường sức khoẻ và gia tăng hệ miễn dịch với lượng dùng thường xuyên hàng ngày Spirulina đã được chấp nhận và chứng nhận bởi các viện nghiên cứu... -Diện tích nuôi nhỏ, có thể nuôi được tảo trong không gian 3 chiều -Nuôi trong bể lên men vi sinh khối, vận động bằng máy khuấy trộn theo 3 chiều - Tảo quang hợp chỉ dựa vào nguồn - Tảo quang hợp dựa vào nguồn ánh Nhóm: 08-Lớp: KS CNSH 0704-Viện Đại học Mở Hà Nội 28 Tiểu luận: Công nghệ sản xuất và Ứng dụng của tảo Spirulina Platensis ánh sáng mặt trời sáng nhân tạo và tự nhiên - Hệ thống chịu nhiều tác... tiến hành thu hoạch tảo Việc thu hoạch là một thao tác khá dễ dàng trừ khi nó trở nên quá già và dính lại với nhau thì việc thu hoạch trở nên rất khó khăn Thời gian thu hoạch tảo tốt nhất là vào buổi sáng sớm vì nhiều lý do: • Công việc sẽ dễ dàng hơn khi thời tiết mát mẻ Nhóm: 08-Lớp: KS CNSH 0704-Viện Đại học Mở Hà Nội 29 Tiểu luận: Công nghệ sản xuất và Ứng dụng của tảo Spirulina Platensis • Trời nắng... nên vòng đời của tảo Trong thời kì sinh sản tảo S platensis nhạt màu ít sắc tố xanh hơn bình thường Tảo Spirulina platensis Sau đây là vòng đời tảo S platensis: Rõ ràng vòng đời tảo đơn giản, tương đối ngắn Trong điều kiện tối ưu (nuôi trong phòng thí nghiệm) vòng đời khoảng 1 ngày Ở điều kiện tự nhiên là khoảng 3 – 5 ngày 8.Thành phần các chất và giá trị dinh dưỡng của tảo Spirulina platensis: + Protein... nên lỏng và mùi vị có phần giống như bột cá Việc lạnh đông là một cách để giữ Spirulina trong một thời gian dài Nó cũng làm mất màu xanh của tảo nhưng không làm thay đổi mùi vị Sấy là một phương pháp phổ biến để bảo quản và phân phối Spirulina Nếu Spirulina được sấy và đóng gói đúng kĩ thuật thì sấy được coi là phương pháp tốt để giữ Spirulina trong vòng 5 năm III .ỨNG DỤNG CỦA TẢO SPIRULINA PLATENSIS. .. Nhóm: 08-Lớp: KS CNSH 0704-Viện Đại học Mở Hà Nội 24 Tiểu luận: Công nghệ sản xuất và Ứng dụng của tảo Spirulina Platensis tảo bởi vì chúng tạo ra một lượng nhỏ CO2 trong nước Dù sao thì cũng không nên giữ lại chúng trong bể nuôi giống như kiến trong bếp nhà bạn vào mùa hè Amoeba Những loài này khác với động vật nguyên sinh ở chỗ chúng ăn tảo R.R Kudo đã mô tả 74 loài amoeba khác nhau Có một loài trong . ĐẠI HỌC MỞ HÀ NỘI KHOA CÔNG NGHỆ SINH HỌC  TIỂU LUẬN MÔN: CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT PROTEIN-AXIT AMIN-AXIT HỮU CƠ ĐỀ TÀI: CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT VÀ ỨNG DỤNG CỦA TẢO SPIRULINA PLATENSIS GV hướng. thức nuôi trồng tảo Spirulina Platensis B) Thu sinh khối III. Ứng dụng của tảo Spirulina Platensis 1. Tính an toàn của tảo Spirulina Platensis 2. Ứng dụng trong y học 3. Tác dụng làm đẹp MỞ. dinh dưỡng 7. Đặc điểm sinh sản 8. Thành phần các chất và giá trị dinh dưỡng của tảo Spirulina Platensis II. Công nghệ sản xuất tảo S. Platensis A) Nuôi cấy tảo 1. Chuẩn bị giống 2. Các