nghiên cứu sử dụng ammonium sulfate và urea trong nuôi trồng spirulina platensis tại trung tâm ứng dụng khoa học và công nghệ tỉnh đắk lắk

platensis trên môi trường có nguồn nitơ thay thế 70 22 3.11 Thành phần dinh dưỡng cơ bản của Spirulina platensis 73 23 3.12 Hàm lượng chlorophyll a của Spirulina platensis 74 24 3.13

Trang 1

ĐỖ THỊ BÍCH MỸ

NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG AMMONIUM SULFATE VÀ

UREA TRONG NUÔI TRỒNG SPIRULINA PLATENSIS

TẠI TRUNG TÂM ỨNG DỤNG KHOA HỌC VÀ

CÔNG NGHỆ TỈNH ĐẮK LẮK

LUẬN VĂN THẠC SĨ: NGÀNH SINH HỌC

BUÔN MA THUỘT, NĂM 2010

Trang 2

ĐỖ THỊ BÍCH MỸ

NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG AMMONIUM SULFATE VÀ UREA

TRONG NUÔI TRỒNG SPIRULINA PLATENSIS TẠI TRUNG TÂM

ỨNG DỤNG KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ TỈNH ĐĂKLĂK

Chuyên ngành: SINH HỌC THỰC NGHIỆM

Mã số: 60.42.30

LUẬN VĂN THẠC SĨ: NGÀNH SINH HỌC

Người hướng dẫn khoa học:

TS VÕ THỊ PHƯƠNG KHANH

[

BUÔN MA THUỘT, NĂM 2010

Trang 3

Để hoàn thành luận văn cao học này, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân

thành và sâu sắc ñến:

TS Võ Thị Phương Khanh, người ñã dạy dỗ, gần gũi, tận tình hướng

dẫn, tạo mọi ñiều kiện thuận lợi, giúp ñỡ tôi trong suốt thời gian học tập tại

trường cũng như thời gian thực hiện luận văn thạc sỹ

Quý thầy cô Phòng ñào tạo sau ñại học, Khoa KHTN và CN, Khoa

Nông Lâm nghiệp – Trường Đại học Tây Nguyên và quý thầy cô ñã giảng dạy

cho tôi trong cả khóa học

Ban giám hiệu trường Đại học Tây Nguyên ñã tạo mọi ñiều kiện

thuận lợi cho tôi trong suốt quá trình học tập

Ban lãnh ñạo và cán bộ Sở Khoa học và Công nghệ tỉnh Đắk Lắk,

Trung tâm ứng dụng Khoa học và Công nghệ tỉnh Đắk Lắk ñã tạo ñiều kiện,

quan tâm, ñộng viên, giúp ñỡ về mọi mặt ñể tôi vừa hoàn thành công việc

ñược giao và luận văn của mình

Tôi cũng xin gởi lời cảm ơn sâu sắc này ñến gia ñình, bạn bè, các

học viên lớp Cao học Sinh học thực nghiệm khóa 2 ñã ñộng viên, giúp ñỡ kịp

thời tôi trong thời gian học tập và thực hiện ñề tài

Xin chân thành cảm ơn!

BMT, ngày 29/11/2010

Học viên

Đỗ Thị Bích Mỹ

Trang 4

TT

1 1.1 Thành phần một số chất dinh dưỡng chính của vi khuẩn

lam Spirulina platensis (theo chất khô)

4 1.4 Thành phần một số acid béo ñặc biệt trong S platensis 27

5 1.5 Thành phần các sắc tố tự nhiên trong Spirulina platensis 28

6 1.6

Thành phần các vitamin trong 10g Spirulina platensis so

sánh với tiêu chuẩn hàng ngày của một người (theo US Daily Value)

30

7 2.1 Khối lượng ammonium sulfate từ 0,1 – 0,9 g/l thay thế

NaNO3 trong môi trường Zarrouk

38

8 2.2 Khối lượng ammonium sulfate từ 0,1 – 0,3 g/l thay thế

NaNO3 trong môi trường Zarrouk

39

9 2.3 Khối lượng urea từ 0,1 – 0,9 g/l thay thế NaNO3 trong

môi trường Zarrouk

39

10 2.4 Khối lượng urea từ 0,1 – 0,3 g/l thay thế NaNO3 trong

môi trường Zarrouk

14 3.3 Ảnh hưởng của nồng ñộ A sulfate từ 0,1 - 0,3g/l thay thế

NaNO3 trong môi trường Zarrouk ñến sinh trưởng

52

Trang 5

17 3.6 Sinh trưởng của Spirulina platensis trên môi trường có

nguồn nitơ thay thế ở ñiều kiện phòng thí nghiệm

60

18 3.7 Ảnh hưởng thể tích bể nuôi ñến sinh trưởng của

S platensis trên môi trường có nguồn nitơ thay thế

63

19 3.8 Ảnh hưởng của thời ñiểm nuôi cấy ñến sinh trưởng của

66

20 3.9

Ảnh hưởng của chế ñộ chiếu sáng và che chắn ñến sinh

trưởng của Spirulina platensis trên môi trường thay thế

nguồn nitơ

68

21 3.10 Ảnh hưởng của chế ñộ khấy trộn ñến sinh trưởng

70

22 3.11 Thành phần dinh dưỡng cơ bản của Spirulina platensis 73

23 3.12 Hàm lượng chlorophyll a của Spirulina platensis 74

24 3.13 Chi phí nhiên liệu, dụng cụ nuôi trồng Spirulina platensis 75

25 3.14 Chi phí hóa chất nuôi trồng Spirulina platensis 76

26 3.15 Giá thành sinh khối khô Spirulina platensis nuôi trồng

trong môi trường có A sulfate hoặc urea thay thế

77

Trang 6

TT KÍ

1 1.1 Thành phần dinh dưỡng của tảo Spirulina 23

7 3.6 Sinh trưởng của Spirulina platensis trên môi trường có

nguồn nitơ thay thế ở ñiều kiện phòng thí nghiệm 61

8 3.7 Ảnh hưởng thể tích bể nuôi ñến sinh trưởng của S

9 3.8 Ảnh hưởng của thời ñiểm nuôi cấy ñến sinh trưởng của

10 3.9 Ảnh hưởng của chế ñộ chiếu sáng và che chắn ñến sinh

trưởng của S platensis trên các môi trương thay thế 69

11 3.10

Ảnh hưởng của chế ñộ khấy trộn ñến sinh trưởng

Spirulina platensis trên môi trường có nguồn nitơ thay

thế

70

Trang 7

TT

2 1.2 Bánh Spirulina (Dihe) bán ở chợ ñịa phương 3

3 1.3 Phụ nữ Kanembu thu hoạch Spirulina ở vùng hồ Chad 4

4 1.4 Bể nuôi Spirulina platensis tại công ty nước khoáng

5 1.5 Sợi Spirulina platensis nhìn dưới kính hiển vi 10

6 1.6 Một số hình dạng sợi S platensis dưới kính hiển vi 11

9 1.9 Sản phẩm nước giải khát ñóng hộp của công ty Vĩnh

11 1.11 Nước chiết xuất từ vi khuẩn lam Spirulina 31

12 1.12 Mỹ phẩm và kem dưỡng da từ Spirulina 31

13 1.13 Một số dạng sản phẩm cho gia súc và thủy hải sản 32

14 1.14 Xử lý nước thải ở hồ nuôi Spirulina 33

15 1.15 Bể nuôi trồng vi khuẩn lam Spirulina ở Sosa Texcoco –

16 1.16 Earthrise Farms –Nhà nuôi vi khuẩn lam Spirulina lớn

17 1.17 Bể nuôi trồng vi khuẩn lam Spirulina ở Earthrise Farms 34

18 1.18 Nuôi S platensis trong nhà kính ở miền Nam nước

Trang 8

21 3.3 thế NaNO3 trong môi trường Zarrouk ñến sinh trưởng

Ảnh hưởng của nồng ñộ urea từ 0,1 – 0,3g/l thay thế

NaNO3 trong môi trường Zarrouk ñến sinh trưởng

S platensis

59

27 3.9

Ảnh hưởng thể tích nuôi trồng (10lít) ñến sinh của

Spirulina platensis trong môi trường thay thế ngoài tự

nhiên

62

28 3.10 Sự sinh trưởng của Spirulina platensis trên môi trường

có nguồn nitơ thay thế theo thời gian 64

29 3.11

Ảnh hưởng thể tích bể nuôi ñến sinh trưởng của

thế

64

30 3.12

Ảnh hưởng của chế ñộ khấy trộn ñến sinh trưởng

thế

72

Trang 9

1 Đặt vấn ñề Error! Bookmark not defined

2 Mục tiêu của ñề tài Error! Bookmark not defined

3 Ý nghĩa khoa học Error! Bookmark not defined

4 Ý nghĩa thực tiễn Error! Bookmark not defined

5 Giới hạn của ñề tài Error! Bookmark not defined PHẦN 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU Error! Bookmark not defined

1.1 Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước về Spirulina platensis Error!

Bookmark not defined.

1.1.1 Tình hình nghiên cứu trên thế giới Error! Bookmark not defined 1.1.2 Tình hình nghiên cứu tại Việt Nam Error! Bookmark not defined

1.2 Tổng quan về Spirulina platensis Error! Bookmark not defined

1.2.1 Phân loại Error! Bookmark not defined 1.2.2 Phân bố Error! Bookmark not defined

1.2.3 Hình thái và cấu tạo của Spirulina platensis Error! Bookmark not

defined.

1.2.4 Đặc ñiểm vận ñộng và cư trú Error! Bookmark not defined 1.2.5 Đặc ñiểm dinh dưỡng Error! Bookmark not defined 1.2.6 Đặc ñiểm sinh sản Error! Bookmark not defined

1.2.7 Thành phần hóa học của vi khuẩn lam Spirulina platensis Error!

1.3 Các lĩnh vực ứng dụng của Spirulina platensis Error! Bookmark not

defined.

1.3.1 Ứng dụng trong công nghệ thực phẩm Error! Bookmark not

defined.

1.3.2 Chiết xuất các chất có hoạt tính sinh học và dinh dưỡng Error!

1.3.3 Chế biến thức ăn cho gia súc, gia cầm và thủy hải sản Error!

Trang 10

1.4.3 Công nghệ nuôi trồng Spirulina platensis ở Việt Nam Error!

PHẦN 2: ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Error!

2.1 Nội dung nghiên cứu Error! Bookmark not defined 2.2 Phương pháp nghiên cứu Error! Bookmark not defined 2.2.1 Đối tượng nghiên cứu Error! Bookmark not defined 2.2.2 Địa ñiểm nghiên cứu Error! Bookmark not defined 2.2.3 Dụng cụ và thiết bị thí nghiệm Error! Bookmark not defined

2.2.4 Môi trường nuôi cấy Spirulina platensis (Zarrouk,1966) Error!

2.2.5 Thời gian nghiên cứu Error! Bookmark not defined 2.2.6 Phương pháp nghiên cứu Error! Bookmark not defined PHẦN 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ BÀN LUẬN Error! Bookmark

not defined.

3.1 Nghiên cứu ảnh hưởng của nồng ñộ ammonium sulfate thay thế ñến

sinh trưởng Spirulina platensis Error! Bookmark not defined

3.2 Nghiên cứu ảnh hưởng của nồng ñộ urea thay thế ñến sinh trưởng

Spirulina platensis Error! Bookmark not defined

3.3 Nghiên cứu nuôi trồng thử nghiệm Spirulina platensis trong môi trường

có nguồn nitơ thay thế ở ñiều kiện phòng thí nghiệm Error! Bookmark

not defined.

Trang 11

3.4.2 Ảnh hưởng của thời ñiểm nuôi cấy Error! Bookmark not defined

3.4.3 Ảnh hưởng của chế ñộ chiếu sáng và che chắn ñến sinh trưởng của

S platensis Error! Bookmark not defined

3.4.4 Ảnh hưởng của chế ñộ khấy trộn ñến sinh trưởng S platensis

Error! Bookmark not defined

3.5 Bước ñầu ñánh giá hiệu quả sử dụng nguồn nitơ thay thế ñến nuôi trồng

thử nghiệm Spirulina platensis Error! Bookmark not defined

3.5.1 Đánh giá về thành phần dinh dưỡng sinh khối Spirulina platensis

Error! Bookmark not defined

3.5.2 Hạch toán giá thành nuôi trồng Spirulina platensis Error!

PHẦN 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Error! Bookmark not defined 4.1 Kết luận Error! Bookmark not defined 4.2 Kiến nghị Error! Bookmark not defined

Trang 12

MỞ ĐẦU

1 Đặt vấn ñề

Trong nhiều thập kỷ qua, các nhà khoa học ñã chú ý tới Spirulina

platensis không chỉ là một loại thực phẩm giàu dinh dưỡng chứa 55 - 70%

protein mà còn chiết xuất ñược từ Spirulina platensis nhiều hoạt chất có

dược tính quý như phycocyanin, betacaroten, hoạt chất sulfolipid, spirulan

(Ca-Sp, do người Nhật phát hiện) Ngoài ra, sinh khối Spirulina platensis

còn chứa nhiều hàm lượng các vitamin cần thiết, các nguyên tố canxi, sắt, photpho và có ñủ các nguyên tố vi lượng có giá trị sinh học cao như coban, selenium, ñồng, kẽm, mangan… giúp 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]

Vi khuẩn lam Spirulina platensis ñóng góp nguồn sinh khối sơ cấp

khổng lồ, có giá trị cao và có hàm lượng dinh dưỡng vượt trội so với các

loại rau, quả, hạt khác Spirulina platensis có khả năng quang hợp nên cần

ánh sáng, cần CO2 làm nguồn dinh dưỡng cacbon cần thiết ñể tổng hợp các hợp chất hữu cơ khác

Để sinh trưởng và phát triển, ngoài nguồn dinh dưỡng cacbon,

Spirulina platensis cần cung cấp nguồn nitơ, các nguyên tố khoáng ña vi

lượng Spirulina platensis sống quang dưỡng nên nguồn ni tơ ñóng vai

trò quan trọng trong quá trình sinh tổng hợp lượng protein rất lớn của nó (55 - 70%) Nguồn nitơ truyền thống ñược sử dụng trong nuôi trồng

Spirulina platensis là nguồn nitrate (Zarrouk, 1966; Paoletti et al.,1975;

Schlosser, 1982) Để ña dạng nguồn nitơ sử dụng trong nuôi trồng

Spirulina platensis và sử dụng ñược các nguồn nitơ dể tìm Đồng thời thử

nghiệm nuôi trồng thu sinh khối Spirulina platensis trong ñiều kiện tại

Trang 13

Trung tâm ứng dụng Khoa học và Công nghệ tỉnh Đắk Lắk, chúng tôi thực

hiện ñề tài “Nghiên cứu sử dụng ammonium sulfate và urea trong nuôi

trồng Spirulina platensis tại Trung tâm ứng dụng Khoa học và Công nghệ tỉnh Đắk Lắk ”

2 Mục tiêu của ñề tài

Xác ñịnh khả năng sử dụng ammonium sulfate và urea trong nuôi

trồng Spirulina platensis tại Trung tâm ứng dụng khoa học và Công nghệ tỉnh Đắk Lắk

3 Ý nghĩa khoa học

Đánh giá ñược khả năng có thể thay thế nguồn ni tơ sử dụng trong

môi trường nuôi trồng Spirulina platensis

4 Ý nghĩa thực tiễn

Kết quả của ñề tài góp phần vào việc lựa chọn các nguồn nitơ thích

hợp trong nuôi trồng Spirulina platensis Từ ñó có thể thu ñược lượng sinh khối cũng như các sản phẩm có giá trị khác từ Spirulina platensis phục vụ

nhu cầu của người tiêu dùng

5 Giới hạn của ñề tài

Chúng tôi nghiên cứu trên ñối tượng Spirulina platensis Sử dụng

ammonium sulfate và urea ñể nuôi trồng Spirulina platensis tại Trung tâm

ứng dụng Khoa học và Công nghệ tỉnh Đắk Lắk

Trang 14

PHẦN 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU

1.1 Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước về Spirulina

platensis

1.1.1 Tình hình nghiên cứu trên thế giới

Vi khuẩn lam Spirulina platensis là một trong những sinh vật quang tự

dưỡng, ñã dùng làm 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 ñơn cấu tạo thành dưới kính hiển vi

Hình 1.1 Thu hoạch Spirulina ở hồ Chad

Hình 1.2 Bánh Spirulina (Dihe) bán ở chợ ñịa phương

Trang 15

Người Kanembu thu hoạch tảo bằng cách vớt chúng lên và ñựng vào chậu bằng ñất, xả nước qua những túi vải và trải lên cát ñể làm khô dưới ánh nắng mặt trời Khi ñã khô, những phụ nữ cắt bánh tảo thành những miếng vuông ñem bán ở chợ ñịa phương "Dihe" ñược nghiền vụn và trộn với sốt cà chua, tiêu và ñược rắc lên thịt, cá, ñậu, Nó chiếm 70% bữa ăn của người Kanembu [14]

Năm 1940 nhà tảo học người Pháp P.Dangeard ñã ñề cập ñến một

loại bánh có tên là Dihé, một loại bánh mà bộ tộc Kanembu ở gần hồ Chad, Châu Phi thường ăn Các nhà khoa học trên thế giới ñã coi Spirulina

platensis là sinh vật có ích cho loài người Loài Spirulina platensis này

cũng ñược tiến sĩ Clement người Pháp tình cờ phát hiện vào những năm

1960 khi ñến Trung Phi Nhà khoa học này không khỏi kinh ngạc khi vùng ñất cằn cỗi, ñói kém quanh năm nhưng những thổ dân ở ñây rất cường tráng và khỏe mạnh [12]

Năm 1964-1965, nhà thực vật học Jean Leonard ñã xác ñịnh ñược

bánh Dihé ñược cấu tạo từ Spirulina platensis Ông và ñồng nghiệp của mình ñã tiến hành phân tích thành phần hóa học của Spirulina platensis từ

những quan sát của P.Dangeard

Hình 1 3 Phụ nữ Kanembu thu hoạch Spirulina ở vùng hồ Chad

Trang 16

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 cơng bố rộng rãi khơng chỉ ở Pháp mà ở cả nhiều nước khác trên thế giới như Mỹ, Nhật, Canada, Mêhicơ, Đài Loan Hầu hết các

nghiên cứu đều đã chỉ ra rằng Spirulina platensis rất giàu protein cĩ tới 55 – 70% trọng lượng khơ của Spirulina platensis Chỉ số hĩa học của protein

Spirulina platensis cũng rất cao trong đĩ các loại axit amin chủ yếu như

leucin, isoleucin, valin, lysin, methionin và tryptophan đều cĩ mặt với tỉ lệ vượt trội so với chuẩn của tổ chức lương nơng quốc tế quy định Hệ số tiêu hĩa và hệ số sử dụng protein rất cao cĩ thể đến 80 – 85% protein của

Spirulina platensis được hấp thu sau 18 giờ [29]

Đáng lưu ý trước hết là cơng trình nghiên cứu phịng chống ung thư gây ra bởi tia phĩng 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 phĩng 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 hịa Czech

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

Spirulina platensis, cĩ tác dụng trị ung thư ở những bệnh nhân ung thư do

thĩi quen nhai trầu thuốc

Ở Nhật, Hiroshi Nakamura cùng Christopher Hill thuộc Liên đồn vi

khuẩn lam 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, cĩ đề tài sử dụng Spirulina

platensis Sản lượng Spirulina platensis hiện nay trên thế giới khoảng 1000

tấn khơ/năm

Trang 17

Thành phần dinh dưỡng các viên nén Spirulina platensis ñược sản

xuất tại Hawaii người ta nhận thấy hàm lượng protein > 52%; beta-carotene

> 1600mg/kg; tổng số carotenoids > 3500mg/kg; phycocyanin (thô) > 10%

[33] Tỷ lệ từng acid amin trong sinh khối Spirulina platensis ñược Chen

Tiannfeng (Jinan Univ.) xác ñịnh như sau (mg/g):Asp-54,12; Glu-81,43; Ser-23,71; Arg-28,17; Thr-32,88; Gly-23,63; Ala-30,49; Pro-17,12; Val-20,81, Met-9,56; SeMet- 0,26; Ile-20,50; Leu-32,70; Phe- 18,87; Cys+CysH- 11,26; Lys-19,82; His- 5,90; Tyr-13,21

Nhiều nghiên cứu cho biết sinh khối Spirulina platensis có thành

phần calcium spirulan, là chất có tác dụng ức chế sự phát triển nhiều loại virus, kể cả HIV Sinh khối này còn làm hạ lượng chứa cholesterol trong máu Thành phần phycocyanin có tác dụng oxy hóa nên làm ức chế ñộc tố

gan hepatotoxin Spirulina platensis có tác dụng nâng cao tính miễn dịch,

nâng cao sức ñề kháng của cơ thể Nghiên cứu của R Kozlenko và cộng sự [34] ñã chứng minh Spirulina có tác dụng ngăn cản sự xâm nhập của virus qua màng tế bào Các nghiên cứu của nhiều nhà khoa học ñã chứng minh

khả năng ức chế ung thư của sinh khối hay dịch chiết của Spirulina

platensis (M.Babu et al., 1995; L.Lisheng et al 1991; Pang Qishenet al.,

1998) Spirulina có tác dụng kích thích sự tăng nhanh các tế bào hồng cầu bạch cầu và nâng cao khả năng miễn dịch của cơ thể (M.A.Qureshi et al./1995, 1996) Tác dụng phổ biến của việc sử dụng thường xuyên các

viên nén Spirulina platensis là giảm khả năng ung thư, nâng cao tính miễn

dịch, ức chế virus, chống lão hóa và làm giảm nếp nhăn, làm giảm cholesterrol máu, hạn chế các tai biến về tim mạch [35]

Năm 2004, E.D.G Danesi và cộng sự trường ñại học São Paulo – BraZil ñã nghiên cứu ảnh hưởng của cường ñộ ánh sáng ñến quá trình tăng

hàm lượng chất diệp lục của vi khuẩn lam Spirulina platensis [7]

Trang 18

Năm 2004, Luis D.Sánc- Lunahez và cộng sự trường ñại học São Paulo – BraZil ñã nghiên cứu nhịp cấp liệu urea như là nguồn nitơ trong

nuôi cấy không liên tục vi khuẩn lam Spirulina platensis, với liều lượng

cấp liệu urea thích hợp không gây ức chế sự hình thành sinh khối nhằm mục ñích giảm chi phí trong nuôi cấy qui mô công nghiệp [9]

Năm 2004, Jorge Alberto Vieira Costa và cộng sự Trường ñại học Foundation of Rio Grande – BraZil ñã nghiên cứu cải tiến sản lượng sinh

khối vi khuẩn lam Spirulina platensis sử dụng trong nuôi cấy không liên

tục [8]

1.1.2 Tình hình nghiên cứu tại Việt Nam

Ở nước ta Spirulina platensis ñược di thực nhập giống lưu giữ từ

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 ñộ phòng thí nghiệm, ñã cho một kết quả tiên lượng tốt về khả năng nuôi trồng vi khuẩn lam 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 ñã ñược

tiến hành trong thời gian 4,5 tháng tại Nghĩa Đô, Hà Nội ñã thu ñược kết quả khá khả quan

Từ những năm 1977, Spirulina platensis ñược nghiên cứu với ñề tài

cấp nhà nước do Viện Sinh học công nghệ quốc gia chủ trì và sau ñó ñược ứng dụng nuôi ở vùng suối khoáng Vĩnh Hảo -Bình Thuận

- Bác sĩ Nguyễn Thị Kim Hưng (TP Hồ Chí Minh) và cộng sự với ñề

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

dinh dưỡng ñiều trị"

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

platensis giàu selen, bào chế thuốc mới và tác dụng dược lý lâm sàng của

Trang 19

chế phẩm” do Đại Học Y Dược TP HCM chủ trì và ThS DS Lê Văn Lăng

là chủ nhiệm ñề tài

Hình 1.4 Bể 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

ñể nuôi Spirulina platensis như nước thải ươm tơ tằm tại Đan Hoài (Hà

Tây), Bảo Lộc (Lâm Đồng), nước suối khoáng Đắk Mil (Đăk Nông) Như vậy với ñề tài cấp nhà nước (Mã số 48.01.02.03) tổng kết tháng 4 năm

1986, ñã ñánh dấu bước tiến bộ ñưa kết quả nghiên cứu từ phòng thí nghiệm ra ứng dụng thực tế, hứa hẹn nhiều triển vọng của vi khuẩn lam

Spirulina platensis quý này ở nước ta [4]

Đề tài: “Nghiên cứu nuôi cấy thu sinh khối và chất màu từ tảo

Spirulina platensis” do Võ Thị Tuyết Nga – Sư phạm Sinh K5 - Trường

Trang 20

Đại học Tây Nguyên thực hiện ñã bước ñầu nghiên cứu nuôi trồng ở qui

mô phòng thí nghiệm ñể thu sinh khối từ ñó tách chiết chất màu

Từ những nghiên cứu ở trên cho thấy các nhà khoa học rất quan tâm

ñến Spirulina platensis trong nhiều lĩnh vực ứng dụng khác nhau: công

nghệ thực phẩm, dược phẩm, mỹ phẩm, xử lý môi trường và chăn nuôi Tuy nhiên, chưa thấy công bố các nghiên cứu về sử dụng ña dạng các

nguồn nitơ trong nuôi trồng Spirulina platensis

1.2 Tổng quan về Spirulina platensis

1.2.1 Phân loại

Theo khóa phân loại của Bergey năm 1974 thì (Arthrospira)

Spirulina platensis ñược phân loại như sau:

Ngành Cyanobacteria Lớp Chroobacteria

Bộ Oscillatoriales

Họ Phormidiaceae Chi Arthrospira

Hiện nay ñã có 35 loài thuộc giống Spirulina ñược phát hiện: S

Orovilca (Peru), S jeejibai (Đức), S subsalsa (Ukraina), S Laxissima

(Kenya và Tanzania), S Pacifica (Hoa Kỳ), trong ñó có: S.maxima và

S.platensis là ñược phát hiện sơm nhất và nghiên cứu kỹ nhất Theo Viện

Sinh vật học thì ở Việt Nam ñã phát hiện thấy tồn tại 10 loài: S tennissima,

S Abbreviata, S.jenneri, S platensis, S laxissima, S Major,S Subtilissma,

S Corahiana, S.princeps và S West [30]

Các nhà khoa học xếp Spirulina vào ngành bacteriophyta vì các ñặc

ñiểm như sau: nhân chưa hoàn chỉnh, không có ti thể và lục lạp, ribosome 70S và vách tế bào chưa có peptidoglycan

Trang 21

1.2.2 Phân bố

Ở các vùng nước kiềm (pH = 8.5 -11.0) có Spirulina platensis sống

tự nhiên, nhất là các hồ, suối nước khoáng Spirulina platensis phân bố

nhiều ở: Châu Phi (Tchad, Congo, Ethiopia, Kenya, nam Phi, Ai Cập, Tanzania, zambia), Châu Mỹ (Hoa Kỳ, Peru, Uruguay, Mexico), Châu Á (Ấn Độ, Pakistan, Srilanka, Việt Nam), Châu Âu (Nga, Ukraina,

Hungary ) Từng vùng có thể có những loài, giống Spirulina khác nhau, loài Spirulina platensis ñược tìm thấy ở nhiều nước, có khi rất xa nhau tới

nửa vòng trái ñất

Ở nước ta, Dương Đức Tiến và cộng sự (1976) ñiều tra thấy

Spirulina platensis phân bố trong các thủy vực khác nhau: sông, ao, hồ,

ruộng lúa, vũng nước thường sống ñộc lập hơn và tập hợp lại thành váng nhầy

1.2.3 Hình thái và cấu tạo của Spirulina platensis

Spirulina platensis là một vi khuẩn lam có dạng sợi và xoắn lò xo

gồm 5-7 vòng ñều nhau Dưới kính hiển vi ñiện 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 Sợi Spirulina platensis ñược bảo

vệ bằng một vỏ bao bên ngoài

Hình 1.5 Sợi Spirulina platensis nhìn dưới kính hiển vi

Trang 22

Spirulina platensis thuộc vi khuẩn lam (Cyanobacteria), là nhóm

sinh vật có nhân sơ hay nhân nguyên thủy (Prokaryotes), vùng nhân chứa một phân tử DNA dạng vòng

Hiện tượng biến dạng nói lên khả năng thích nghi với môi trường mà

vi sinh vật cổ xưa có ñược qua hàng triệu năm tiến hóa chọn lọc tự nhiên Dạng xoắn thường giữ ñược trong phòng nghiên cứu, sang môi trường nuôi ñại trà, dạng xoắn thường biến thành dạng thẳng, tỷ lệ xoắn – thẳng khoảng

15 – 85

Kích thước sợi trưởng thành của Spirulina platensis thường dài

250µm ñến gần 1000µm, chiều ngang sợi khoảng 6 - 8µm, kích thước này khác nhau tùy dạng xoắn hay thẳng hoặc sợi ở các giai ñoạn khác, giai

ñoạn phân chia hay lão suy có kích thước ngắn hơn

Cấu tạo tế bào quan sát dưới kính hiển vi thấy dạng dinh dưỡng của

Spirulina platensis có những tế bào hình ống, liên kết thành chuỗi Giữa

các tế bào có vách ngăn Vách các tế bào ở hai ñầu sợi thường hơi dày hơn

bình thường Vi khuẩn lam Spirulina là cơ thể ña bào, mỗi sợi có thể gồm

hơn 100 tế bào

Kích thước tế bào riêng lẻ thường rộng khoàng 2 µm, dài khoảng 5

µm Tế bào chưa có nhân ñiển hình, vùng nhân không có giới hạn rõ ràng

Hình 1.6 Một số hình dạng sợi S platensis dưới kính hiển vi

Trang 23

Acid deoxyribonucleic (DNA) – chất mang thông tin di truyền cho bộ gen

Spirulina có thành phần Adenin + Timin (cặp AT) = 47 ->56%

Tế bào Spirulina platensis không có lục lạp, tức chưa có lạp thể chứa

chlorophyll như thực vật xanh, mà thay vào ñó là các thể thylakoid xếp thành vòng tròn hướng tâm tạo thành cấu trúc màng thylakoid, và bị phá vỡ giữa hai lần phân chia tế bào trong chu kỳ sinh sản

Sắc tố ñóng vai trò quang hợp hấp thu năng lượng ánh sáng mặt trời

của Spirulina platensis chủ yếu là chlorophyl, phycocyanin và các

carotenoid

Vi khuẩn lam Spirulina platensis có các ñặc tính nổi trên mặt nước là

do các không bào khí dạng hình trụ, ñường kính khoảng 0,065 µm, cao khoảng 1 µm, có màng protein dạng sợi xoắn bao quanh Không bào khí giúp nó nổi trên mặt nước thành từng ñám dày, ñây là một ñặc ñiểm riêng biệt [4]

Vi khuẩn lam Spirulina platensis có một ñặc tính giúp nó trở thành

nguồn dinh dưỡng rất ñặc biệt mà các loại tảo không có là màng tế bào

Spirulina platensis không có thành vách tế bào cứng bằng cellulose, tạo

nên dạng cứng cố ñịnh của tế bào như thực vật Trái lại thành tế bào của

Spirulina platensis là peptidoglycan, nhạy cảm với các tác nhân thủy giải

như lysozyme, hay dễ ñồng hóa trong ống tiêu hóa ở người và ñộng vật

Đây là một ưu thế của Spirulina platensis so với tảo Chlorella (vách tế bào

bằng cellulose rất khó tiêu hóa ñối với người và ñộng vật) [14]

1.2.4 Đặc ñiểm vận ñộng và cư trú

Spirulina platensis có khả năng vận ñộng theo 2 kiểu:

- Kiểu tự xoắn với ñường kính vòng xoắn có thể thay ñổi ñến 80 µm,

và các vòng xoắn có thể thưa hay dày Mặt khác từ kiểu xoắn, tế bào sợi có thể tự vận ñộng chuyển sang các dạng sóng, dạng thẳng hoặc dạng hỗn hợp

Trang 24

- Kiểu tịnh tiến, trượt trôi trong môi trường nước, tốc ñộ di chuyển

theo cơ chế trượt, ñạt khoảng 5 µm/s Vi khuẩn lam Spirulina platensis là

sinh vật phiêu sinh sống tự do trong nước kiềm (pH từ 8,5 – 11,0), giàu khoáng chất Các vi phiêu sinh này lơ lửng ở ñộ sâu có thể lên 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 ñáy sâu 1 -1,5 m (sục khí) ñể ñảm bảo tiếp nhận ánh sáng Trôi nổi trong nước và nhu cầu ánh sáng là 2 ñặc ñiểm ràng buột

lẫn nhau, hỗ trợ nhau, rất quan trọng trong công nghệ nuôi trồng Spirulina

platensis

1.2.5 Đặc ñiểm dinh dưỡng

Vi khuẩn lam Spirulina platensis là vi sinh vật quang tự dưỡng bắt

buộc, không thể sống hoàn toàn trong tối, quang hợp nhờ ánh sáng mặt trời

Đây là một trong khoảng 2500 loài Cyanophyta cổ nhất, tự dưỡng ñơn

giản, có khả năng tổng hợp ñược các chất cần thiết cho cơ thể, kể cả các ñại phân tử phức tạp

Môi trường dinh dưỡng của Spirulina platensis gồm:

- Các dưỡng chất: Trong môi trường nước, Spirulina platensis cần ñủ

nguồn dinh dưỡng: cacbon, nitơ, các chất khoáng ña lượng và vi lượng Ngoài ra, chúng còn cảm ứng với một số chất ức chế hoặc chất kích thích sinh trưởng

- Các ñiều kiện lý hóa thích hợp: pH, áp suất thẩm thấu, ánh sáng,

nhiệt ñộ, ñiều kiện khuấy trộn

Dinh dưỡng cacbon

Vi khuẩn lam Spirulina platensis ñồng hóa cacbon chủ yếu ở dạng

vô cơ, tốt nhất là bicacbonat (HCO3

-), thông qua quá trình quang hợp Phản ứng quang tổng hợp hydratcarbon (ñường) và một số chất khác:

HCO3- + 2 H2O (CH2O) + O2 + H2O + OH

Trang 25

-Carbon dạng khí CO2 cũng có thể ñược sử dụng nhưng phải ñảm bảo cho môi trường ở vùng pH kiềm thích hợp Do vậy nhiều tác giả ñồng ý

nguồn cacbon ñể 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

ñể ñiều chỉnh pH, hoặc ñảo môi trường giúp tế bào trộn ñều, tiếp xúc ñược với ánh sáng

Trong nuôi trồng Spirulina platensis cần theo dõi thường xuyên, theo

giờ các thông số nồng ñộ của dưỡng chất và các chỉ số CO2, O2 trong quang hợp – hô hấp Sau ñây là dãy biến ñổi bicarbonate – carbonate – carbonic:

Vậy khi sục khí CO2, chất này ñược cố ñịnh theo phản ứng:

CO2 + OH- HCO3- nên rất ít thất thoát, và góp phần tạo pH tối ưu cho tảo ở khoảng 8,5 – 10,5

Vi khuẩn lam Spirulina platensis tự dưỡng thông qua quá trình

quang hợp, dùng carbon vô cơ nên thường ñược nuôi trồng kiểu quang tự

dưỡng Spirulina platensis có thể sử dụng glucose, muối acetate, nhưng

Trang 26

phải sử dụng ánh sáng, hay quang tự dưỡng bắt buộc Ngoài ra, một số

công trình nghiên cứu khác cũng cho thấy có thể nuôi Spirulina platensis

trong ñiều kiện quang dị dưỡng với nguồn carbon glucose – acetate Nồng

ñộ glucose 1,81 – 2,66 g/l và acetate 0,246 – 0,322 g/l, với ánh sáng 2 - 4 Klux

Dinh dưỡng Nitơ

Trong quá trình phát triển của vi khuẩn lam Spirulina platensis,

nguồn dinh dưỡng nitơ ñóng vai trò rất quan trọng Nếu thiếu nitơ, sinh

khối sẽ giảm rất nhanh Vi khuẩn lam Spirulina platensis và nhiều vi sinh

vật cố ñịnh nitơ, ñồng hóa nitơ theo phản ứng khử nhờ enzyme nitrogenase xúc tác khi có ATP

Spirulina platensis không có khả năng sử dụng nitơ dạng khí N2 do vậy, phải cung cấp lượng lớn nguồn nitơ trong quá trình nuôi cấy, nguồn nitơ ảnh hưởng rất lớn ñến quá trình tổng hợp thành phần dinh dưỡng quan

trọng là protein 60-70% của Spirulina platensis

Spirulina platensis có khả năng sử dụng nitơ dưới dạng NO3-, ngưỡng 30 - 710 mg N/l, trung bình ở 412 mg N/l (theo môi trường của Zarrouk C) Ngoài ra có thể dùng nhiều nguồn nitơ khác: nitơ ammoniac (NH3) dạng này thường có trong các loại nước thải – biogas, nitơ amon: (NH4)2SO4 (amonisulphat – AS), (NH4)2HPO4 (Diamoniphotphat – DAP), hoặc ure (NH2)2 CO

Nguồn nitơ thức ăn cho Spirulina platensis có thể chuyển ñổi theo

cách: urea (NH2CONH2) ammoniac (NH3) ammonium NH4+ nitrat (NO3-)

Spirulina platensis cũng có thể sử dụng nitrit nhưng rất nhạy cảm và

cần phải lưu ý ñến dư lượng nitrit khi thu sinh khối vì rất dễ gây ñộc Các chất acid amin, glutamine, acid uric, base purin và dẫn chất cũng có thể

ñược Spirulina platensis ñồng hóa [4]

Trang 27

Trong các nghiên cứu kinh ñiển sử dụng nguồn nitơ là nitrate cho

nuôi trồng Spirulina platensis (Zarrouk, 1966; Paoletti et al.,1975;

Schlosser, 1982) Năm 2002, Danesi et al sử dụng nguồn urea trong nuôi

trồng Spirulina platensis

Các dưỡng chất khoáng

• Photpho: photpho ñược Spirulina platensis sử dụng ñể tổng hợp

ATP, acid nucleic và các hợp chất cấu tạo khác Photpho vô cơ dưới dạng muối nitrate, kali photphat hòa tan khoảng 90 – 180mg/l

• Kali K + và Natri Na + : dưới dạng muối clorid, hoặc vài dạng

khác kết hợp với nguồn nitơ, photpho

Spirulina platensis rất ưa muối, trong môi trường ưu trương nhất

chứa kali tới 5 g/l và natri tới 18 g/l Trong thực nghiệm, tỷ lệ K+/Na+ nên nhỏ hơn 5, lớn hơn vi khuẩn lam chậm phát triển, hoặc hơn nữa gây rối loạn, phá vỡ cấu trúc tế bào, Ion K+ có thể coi như một nguyên tố vi lượng, dùng nuôi ñại trà với hàm lượng khoảng 2,5 – 4,0 mEq/l, và rất nhỏ so với Ion Na+, tỷ lệ Na+/K+ từ 15 – 20

• Magie (Mg 2+ ): ñóng vai trò tương tự như photpho trong tổng hợp

các hạt polyphotphat

• Canci (Ca 2+ ): không ảnh hưởng rõ ñến sinh trưởng của vi khuẩn

lam

• Sắt: là dưỡng chất thiết yếu, ảnh hưởng trực tiếp ñến sinh trưởng

và hàm lượng protein Sắt thường dùng muối FeSO4 (0,01g/l) Có thể dùng sắt dạng phức EDTA (etylen diamin tetracetic acid), phức này hòa tan bền hơn trong kiềm so với dạng vô cơ Nồng ñộ Fe2+ trong môi trường rất rộng

từ 0,56 – 56 mg/l môi trường

• Clo (Cl - ): tảo này rất ưa Clo vô cơ, nồng ñộ dùng với muối NaCl,

khoáng 1 -1,5 g/l

Trang 28

• Các khoáng vi lượng khác: Bo (B3+), kẽm (Zn2+), mangan (Mn2+), ñồng (Cu2+), coban (Co2+)… là các vi lượng ñược dùng, nhưng ảnh hưởng không rõ ñến sinh khối protein, nhưng tới một số thành phần khác

như vitamin…

Ngoài các dưỡng chất chính cần thiết, nếu trong môi trường có sự hiện diện của những vi lượng khoáng khác, vi khuẩn lam có thể hấp thu chủ ñộng hay thụ ñộng

• Sự hấp thu có lợi: selen, sắt, germani, và có thể là iod I2 Sự hấp

thu này giúp cho sinh khối Spirulina platensis có những ñặc tính sinh học

mà chính nguyên tố ñó mang lại, ở nồng ñộ thích hợp, ñược ứng dụng trong

y học

• Hormone: Spirulina platensis cũng có thể bị tác ñộng bởi các

chất kích thích tố (hormone), giúp vi khuẩn lam tăng trưởng nhanh hơn như indol acetic acid (IAA), gibberelic acid (GA1) Ngoài ra, Spirulina platensis

còn sản sinh các hormone tăng trưởng hoạt tính kiểu auxin, gibberelin và cytokynin Các hormone nội sinh này ngoài kích thích nâng cao năng suất sinh khối còn tăng tốc ñộ sinh sản số sợi tảo Ngoài ra, các chất này cũng ñược phóng thích vào môi trường nuôi, nên nếu nuôi liên tục các chất có sẵn này sẽ giúp tăng năng suất Như vậy có thể dùng các hormone thực vật như IAA, GA3 thêm vào môi trường giúp tăng năng suất Mặt khác cũng có thể dùng dịch chiết từ thực vật ñể thực hiện chức năng hormone tăng sinh

khối, ví dụ dịch chiết của cây khuynh diệp Eucalyptus sp, hoặc một số cây

khác Có thể ngâm thực vật này vào môi trường nuôi cấy hoặc qua nước ủ biogas có xử lý

Các yếu tố ảnh hưởng ñến quá trình sinh trưởng

Ngoài môi trường dinh dưỡng, còn có nhiều yếu tố tác ñộng ñến sinh

trưởng của Spirulina platensis, ñó là ánh sáng, nhiệt ñộ, pH của môi

trường Do là sinh vật tự dưỡng bắt buộc nên yếu tố ánh sáng vô cùng quan

Trang 29

trọng Ngoài việc tham gia vào quá trình quang hợp hô hấp, nó còn ảnh hưởng ñến quang hợp màng tế bào, phân chia tế bào, sinh sản, tính nổi và

di ñộng của Spirulina platensis

• Ánh sáng

Ánh sáng mang các lượng tử (photon), ñược các sắc tố của những

cơ thể tự dưỡng hấp thu và sử dụng dần trong phản ứng sinh tổng hợp Sự hấp thu năng lượng ánh sáng ñược thực hiện bằng con ñường quang hợp

Ở vi khuẩn lam Spirulina platensis, nguồn carbon chủ ỵếu sử dụng là

bicarbonate ở pH kiềm, nên phản ứng quang tổng hợp có thể viết:

HCO3- + 2 H2O (CH2O) + O2 + H2O + OH-

Vi khuần lam Spirulina platensis có tới 15 sắc tố có thể tham gia vào

quá trình quang hợp gồm: Chlorophyll (a), phycocyanin, betacaroten và 11 carotenoid khác, ngoài ra còn có phycoerythrin

- Cường ñộ ánh sáng tối ưu từ 25.000 – 30.000 lux, ở khoảng này

hoạt tính enzyme cao nhất

Spirulina platensis có khả năng phát triển ñược cường ñộ ánh sáng

60.000 lux trong 2 – 3 ngày, thậm chí chịu ñược cường ñộ 120.000 lux, nhưng chỉ ñược ít phút Trong các trường hợp cường ñộ cao của ánh sáng, tốc ñộ sinh trưởng, tổng hợp sinh khối tăng mạnh so với ñiều kiện tối ưu,

song chỉ ñược thời gian ngắn, Spirulina platensis bị phân giải tế bào và

chết

- Đặc ñiểm của ánh sáng

Ánh sáng chiếu xiên chếch, hoặc khuếch tán qua vật liệu tôn nhựa, kính thích hợp hơn ánh sáng chiếu thẳng, trực tiếp Điều này ñược áp dụng trong việc nuôi có mái che ñiều hòa ánh sáng (greenhouse) Mặt khác,

vi khuẩn lam cũng thích nghi với chu kỳ sáng – tối Trong Spirulina

platensis có rất nhiều túi khí có ñường kính 70 nm ñược tạo nên từ những

chuỗi protein Khi muốn nổi trên mặt nước ñể hấp thu ánh sáng mặt trời và

Trang 30

quang hợp thì các túi khí này tích lũy ñủ không khí Sau khi ñã hấp thu ñủ

ánh sáng, tế bào Spirulina platensis tích lũy ñược một lượng lớn

carbonhydrate làm tăng áp suất thẩm thấu trong tế bào, lúc này các khí trong túi bị ép lại và ñược phóng thích ra khỏi tế bào, hòa tan vào môi trường xung quanh Vi khuẩn lam không còn khí chìm xuống ñáy, chuyển sang pha tối tiến hành chuyển hóa carbohydrate sang protein Điều này ñược thực hiện trong quy trình nuôi nửa kín – nửa hở hoặc tương ñương

với sự khuấy trộn Spirulina platensis lần lượt nổi lên bề mặt nhận ánh sáng

và di chuyển xuống phía dưới của môi trường nuôi cấy ít hoặc không có ánh sáng xuyên thấu

Vi khuẩn lam có thể che lấp lẫn nhau, nên mật ñộ cần thích hợp với ánh sáng Nếu ñiều kiện ánh sáng tự nhiên thì mật ñộ nên bắt ñầu nhân giống từ thấp nhất khoảng 0,8 g/l, nếu thấp hơn phải chủ ñộng che lấp bớt ánh sáng Mật ñộ này cũng tuân thủ sau khi thu hoạch trong nuôi trồng liên tục Nuôi sục CO2, mật ñộ có thể khác, thấp nhất khoảng 0,5 g/l, tùy chu trình cụ thể

• Nhiệt ñộ

Vi khuẩn lam Spirulina platensis có thể phát triển ở nhiệt ñộ khá

cao Chúng có khả năng phát triển ở khoảng nhiệt ñộ 32 – 400C Nhiệt ñộ phát triển tốt nhất của chúng khoảng 30 – 350C ở nhiệt ñộ thấp, ví dụ xuống 250C, Spirulina platensis sinh trưởng rất chậm, và ñến 120C không

có khả năng phát triển ở nhiệt ñộ cao ñến 400C, vi khuẩn lam tồn tại ñược

4 ngày, và ở 500C chỉ tồn tại ñược ít phút Các tổn thương ở tế bào gây bởi nhiệt ñộ cao không thể hồi phục dù ñưa trở lại nhiệt ñộ thích hợp

• pH

Trong môi trường nuôi Spirulina platensis, thông số pH là kết quả

của sự cân bằng CO2 H2CO3 H+ + HCO3- 2H+ + CO32-

Trang 31

Vì vậy, pH ñược coi là yếu tố chỉ thị, phản ánh các thành phần nuôi

dưỡng cung cấp cho môi trường nuôi dưỡng Spirulina platensis, chủ yếu là

nguồn bicarbonate và khí CO2 hòa tan Phản ứng quang tổng hợp là quá trình sử dụng carbon và giải phóng khí Oxy

pH thích hợp với Spirulina platensis từ 8,5 – 11 ở pH này, vi khuẩn

lam sử dụng nguồn carbon hòa tan là dạng bicarbonate (ion HCO3-) rất ít hấp thu khí CO2

Ở pH thấp (<5), phản ứng quan tổng hợp rất thấp, và cũng tương tự như vậy ở pH cao (>11)

• Điều kiện sục khí

Khuấy trộn là một trong nhiều yếu tố tác ñộng ñến sự khử hóa nguồn nitơ dinh dưỡng thành sinh khối vi khuẩn lam, như vậy có ảnh hưởng ñến

quá trình trao ñổi chất của tế bào Spirulina platensis Khuấy trộn tác ñộng

vào môi trường tạo dòng chảy, ñẩy tế bào vi khuẩn lam chuyển ñộng theo chiều lên xuống và tịnh tiến, như một sự chuyển ñộng hỗn loạn tương ñối

có kiểm soát Điều này trước hết không ñể tạo tụ thành ñám nổi dày trên mặt nước, che ánh sáng Sau ñó giúp trộn ñều chất dinh dưỡng, hòa tan

CO2 vào môi trường giúp ñiều chình pH, tạo ñiều kiện thoát khí O2 khỏi

môi trường, và ñặc biệt giúp các tế bào Spirulina platensis tiếp xúc ñủ với

ánh sáng thuận lợi cho quang hợp, tăng cường quá trình tiếp xúc thẩm thấu hấp thu dưỡng chất và sinh tổng hợp ở mức ñộ cao

Có thể tạo dòng chảy trộn ñều như chủ ñích trên bằng cách: (a) sục khí trời (có hoặc không trộn thêm CO2), và (b) khuấy trộn bằng cánh khuấy

Trang 32

Hình 1.1.7 Khuấy trộn bằng cánh khuấy

Theo Fos R.A và một số tác giả khác, chế ñộ nuôi hở ngoài trời nên khuấy trộn với vận tốc dòng chảy khoảng 20 - 25 cm/giây có thể khuấy ngắt quãng ví dụ 9 – 10 lần /ngày, mỗi lần 5- 10 phút

• Độ trong suốt của môi trường cấy

Các chất dinh dưỡng hòa tan trong nước sạch ñể nuôi Spirulina

platensis ñều không tạo màu sắc Nhưng trong quá trình nuôi, những

chuyển hóa phức tạp có thể xảy ra ngoài tế bào vi khuẩn lam, cộng với các chất thải của tế bào sẽ làm cho môi trường dần sẫm màu Như vậy ngoài sự che khuất ánh sáng của tế bào, thì màu sắc của môi trường (nếu có), làm cản trở sự xuyên thấu của tia ánh sáng Do ñó một chế ñộ linh ñộng trong ñiều chỉnh cung cấp ánh sáng và khuấy trộn phải ñược thay ñổi phù hợp

1.2.6 Đặc ñiểm sinh sản

Vi khuẩn lam Spirulina platensis có phương thức sinh sản vô tính,

phân mảnh, từ một cơ thể mẹ trưởng thành (sợi tảo = Trichome), tự phân chia thành nhiều ñoạn, mỗi phần gồm gồm 2- 4 tế bào (Hormogonia) Để ñạt tới các Hormogonia, phải thông qua sự thành lập các tế bào chuyên biệt cho sự sinh sản (ñoạn Necridia) từ cơ thể mẹ Trong các Necridia hình thành các ñĩa lõm ở 2 mặt và sự tách rời tạo các Hormogonia bởi sự chia cắt tại vị trí các ñĩa này Trong sự phát triển, dần dần phần ñầu gắn tiêu giảm, 2 ñầu Hormogonia phát triển, trưởng thành và chu kỳ sinh sản lại lặp

Trang 33

lại một cách ngẫu nhiên, ñảm bảo vòng ñời của vi khuẩn lam Trong giai

ñoạn sinh sản tảo ñoạn dường như nhạt màu, ít sắc tố xanh hơn bình

thường

Phương thức sinh sản tảo ñoạn của Spirulina platensis với vòng ñời

ñơn giản và tương ñối ngắn Trong ñiều kiện tối ưu ở nuôi trồng thí nghiệm

vòng ñời của Spirulina platensis rất ngắn trong khoảng 1 ngày Nuôi trồng

ở ñiều kiện ít thuận lợi hơn, ở ngoài tự nhiên, phụ thuộc vào thời tiết là 3 -

5 ngày

1.2.7 Thành phần hóa học của vi khuẩn lam Spirulina platensis

Hàm lượng protein trong Spirulina platensis thuộc loại cao nhất

trong các thực phẩm hiện nay, chiếm 55 - 70% trọng lượng khô, cao hơn

trong thịt bò 3 lần, trong ñậu tương 2 lần

Cứ 1kg Spirulina platensis chứa 55mg vitamin B1, 40 mg vitamin

B2, 3mg vitamin B6, 2mg vitamin B12, 113 mg vitamin PP, 190 mg

vitamin E, 4000 mg caroten trong ñó β-caroten khoảng 1700 mg (tăng thêm

1000% so với cà rốt), 0,5 mg axid folic, inosit khoảng 500-1000 mg Phần

lớn chất béo trong Spirulina platensis là acid béo không no, trong ñó acid

linoeic 13.784 mg/kg, γ-linoleic 11.980 mg/kg Đây là ñiều hiếm thấy trong

các thực phẩm tự nhiên khác

Hình 1.8 Vòng ñời Spirulina platensis

Trang 34

Hàm lượng khoáng chất của Spirulina platensis có thể thay ñổi theo

ñiều kiện nuôi trồng, thông thường sắt (Fe) là 580-646 mg/kg (tăng thêm 5000% so với rau chân vịt) mangan(Mn) là 23-25 mg/kg, magie (Mg) là 2915-3811 mg/kg, selen (Se) là 0,4 mg/kg, canxi (Ca), kali (K), Photpho (P) ñều khoảng 1000-3000 mg/kg hoặc cao hơn (hàm lượng Ca tăng hơn sữa 500%)

Biểu ñồ 1.1 Thành phần dinh dưỡng của Spirulina

Trong Spirulina, hàm lượng cacbohydrat khoảng 16,5% Hiện nay ñã

có những thông tin dùng glucoza chiết xuất từ tảo Spirulina platensis ñể

tiến hành những nghiên cứu chống ung thư [30]

Vi khuẩn lam Spirulina platensis ñược coi là loại thực phẩm ñặc biệt

vì giá trị dinh dưỡng của nó cao hơn bất kỳ một loại thức ăn nào khác

Trong vi khuẩn lam Spirulina platensis hàm lượng protein trung bình gần

65% trọng lượng khô, giàu carotene, nhiều sắc tố (phycocyanin, chlorophyll, ) và chứa nhiều chất có hoạt tính sinh học cao khác Cơ quan FDA Hoa Kỳ (the United States Food and Drug Administration) ñuợc

Trang 35

thành lập năm 1981 ñã xác nhận rằng vi khuẩn lam Spirulina platensis là

nguồn protein, khoáng chất, các chất kích thích sinh học tuyệt vời và là một thức ăn bổ sung có giá trị thương mại cao, không ñộc hại và có nhiều ñặc ñiểm ưu việt mà các nguồn thức ăn khác không có, ñược dùng làm thuốc, làm thức ăn bổ dưỡng và sản xuất một số chất có hoạt tính sinh học cao trong ñiều trị một số bệnh hiểm nghèo

Thành phần một số chất dinh dưỡng chính của Spirulina platensis

ñược ghi nhận trong bảng 1.1

Bảng 1.1 Thành phần một số chất dinh dưỡng của vi khuẩn lam

Spirulina platensis (theo chất khô)

18 12,5

5 1,12

7

5 4,29 10,70

Cifferi, 1985 N.H.Thước, 1996 Cifferi, 1985 N.H.Thước, 1996 Cifferi, 1985 N.H.Thước, 1996 Cifferi, 1985 Cifferi, 1985 N.H.Thước, 1996 N.H.Thước, 1996

Nguồn: Earthfood Spirulina; Nguyễn Hữu Thước

Protein và acid amin

Vi khuẩn lam Spirulina platensis có hàm lượng protein rất cao

(khoảng 65% trọng lượng khô) hơn một loại thực phẩm nào khác Nhiều hơn thịt ñộng vật và cá tươi (15 -25% trọng lượng tươi), ñậu nành (35% trọng lượng khô), sữa khô (35% trọng lượng khô), trứng (12% trọng lượng

Trang 36

tươi), ñậu phộng (25% trọng lượng khô), lúa gạo (8 -14% trọng lượng khô), sữa (3% trọng lượng tươi)

Thành phần acid amin của Spirulina platensis luôn có chất lượng cao

hơn các nguồn thực phẩm tự nhiên khác và ñạt ñược sự cân ñối về thành phần acid amin gần như ở protein ñộng vật (xem bảng 1.2)

Bảng 1.2 Thành phần acid amin của vi khuẩn lam Spirulina

Acid amin Trong 10g

Spirulina (mg) % Tiêu chuẩn FAO Isoleucine

4,2 4,8 4,2 2,2 2,6 2,8 1,4 4,2

Nguồn: Earthrise Farms (1995)

Trang 37

Mỗi loại acid amin có những vai trò nhất ñịnh trong việc tham gia

cấu tạo protein Tryptophan, lysine, tyrosine, argrinine tham gia quá trình

sinh trưởng và duy trì cân bằng protein trong cơ thể, các acid amin chứa

lưu huỳnh như cysteine có nhiều trong keratine ở lông, sừng, móng, glysine tạo tổ chức keo và hemoglobin hồng cầu, valin tham gia vào quá trình hoạt ñộng hệ thần kinh, leucine tổng hợp protein huyết tương, methionine tạo protein tăng cường chức năng bảo vệ gan, acid glutamic giữ vai trò quan

trọng trong trao ñổi trung gian của các acid amin Do sự tác dụng qua lại

mà nhu cầu bổ sung acid amin nào cũng có thể thay ñổi tùy thuộc vào sự có mặt của các acid amin khác

Vi khuẩn lam Spirulina platensis ñứng ñầu trong danh sách các

nguồn protein chất lượng cao Bảng 1.3 so sánh thành phần các acid amin

thiết yếu trong sinh khối vi khuẩn lam Spirulina platensis với nhu cầu hàng

ngày của người trưởng thành

Bảng 1.3 Nhu cầu acid amin thiết yếu của người trưởng thành (EAA) và

khả năng cung cấp của 10g vi khuẩn lam Spirulina platensis

Tên acid amin

Nhu cầu (g/ngày) (EAA)

Trong 10g Spirulina

% trong 10g vi khuẩn lam so với EAA Isoleucine

0,35 0,54 0,29 0,20 0,58 0,32 0,40

Trang 38

Số liệu trong bảng 1.3 cho thấy với 10g vi khuẩn lam Spirulina

platensis khô ñã cung cấp ñược gần ½ nhu cầu ñối với các acid amin không

thay thế mỗi ngày cho người trưởng thành

Chất béo trong Spirulina platensis chỉ có khoảng 5%, thấp hơn nhiều

so với các nguồn thức ăn bổ sung protein khác Năng lượng trong 10g

Spirulina platensis chỉ có 36 calo và 1,3mg cholesterol, là thực phẩm lý

tưởng cho những ai cần nhiều protein, ít năng lượng và cholesterol Ví dụ, phụ nữ có thai mỗi ngày cần tăng cường ăn protein từ 44 lên 74g (tăng 68%), trong khi nhu cầu về năng lượng chỉ cần tăng ít từ 2000 lên 2300 calori (tăng 15%)

Glucid

Trong vi khuẩn lam Spirulina platensis có 15 – 20% glucid

Rhamnose và glycogen là dạng glucid chủ yếu, dễ dàng hấp thụ vào máu

Lipid

Thành phần một số acid béo ñặc biệt trong vi khuẩn lam Spirulina

platensis ñược trình bày trong bảng 1.4

Bảng 1.4 Thành phần một số acid béo ñặc biệt trong Spirulina platensis

Tên acid béo Hàm lượng mg/10g Tỷ lệ (%)

Trang 39

Lipid là hợp chất gồm các acid béo và glyceride Acid béo chủ yếu

trong Spirulina platensis là acid linoleic Có hai dạng acid linoleic là: α và

γ, chủ yếu là aicd γ –linoleic còn dạng α có rất ít

Sự có mặt của acid linoleic (vitamin F) có hàm lượng cao cùng với vitamin E về ñiều trị học có tác dụng chống nhiễm mỡ xơ mạch, bảo vệ tế bào thần kinh và gan

Sắc tố

Hàm lượng sắc tố trong vi khuẩn lam Spirulina platensis rất cao, ñặc

biệt là carotenoid, chlorophyll, phycocyanin

Bảng 1.5 Thành phần các sắc tố tự nhiên trong Spirulina platensis

Tên sắc tố Hàm lượng mg/10g Tỷ lệ (%) Phycocyanin (xanh da trời)

Chlorophyll (xanh lá cây)

Carotenoid (da cam)

Trang 40

• Chlorophyll: còn ñược gọi là máu xanh vì nó giống hemoglobin,

chỉ khác là nhóm kim loại của nó là Mg ở dạng ion (nên có màu xanh) thay

vì Fe trong hemoglobin (màu ñỏ) Trong vi khuẩn lam Spirulina platensis

có chứa 1% chlorophyll, chiếm tỷ lệ cao nhất trong tự nhiên, cao nhất so với các loại thực phẩm tự nhiên khác