sản xuất astaxanthin từ haematococcus pluvialis ứng dụng cnsh trong sản xuất mỹ phẩm

a Giai đoạn sinh dưỡng; b giai đoạn trung gian, trong đócác tế bào chuyển sang màu xanh lục-cam; c giai đoạn nang bào có màu đỏ tươicủa astaxanthin... a Giai đoạn sinh dưỡng; b giai đoạn

SẢN XUẤT ASTAXANTHIN TỪ

Haematococcus pluvialis

Ứng dụng CNSH trong sản xuất mỹ phẩm

Giảng viên: TS Nguyễn Vũ Phong

Môn: Công nghệ sinh học đại cương

Sinh viên: Phạm Thanh Thảo MSSV: 18126247

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP.HCM

KHOA KHOA HỌC SINH HỌC

MỤC LỤC

MỤC LỤC

Giới thiệu về công nghệ sinh học

Haematococcus pluvialis và hợp chất Astaxanthin

Sản xuất hợp chất Astaxanthin từ Haematococcus pluvialis

GIỚI THIỆU VỀ CÔNG NGHỆ SINH HỌC

1

Giới thiệu về công nghệ sinh học

1.

1.1 Công nghệ sinh học

Là lĩnh vực sinh học rộng lớn, liên quan đến việc sử dụng sinh vật, hoặc sản phẩm của sinh vật để tạo ra sản phẩm hoặc giải quyết các vấn đề phục vụ lợi ích con người Bao gồm các lĩnh vực:

Công nghệ sinh học vi sinh vật

Công nghệ sinh học nông nghiệp

Công nghệ sinh học động vật

Công nghệ sinh học pháp y

Công nghệ sinh học môi trường

Công nghệ sinh học thủy sản

Công nghệ sinh học y dược

Giới thiệu về công nghệ sinh học

1.

1.2 Ứng dụng CNSH trong sản xuất mỹ phẩm

Trước đây, thị trường mỹ phẩm chủ yếu là loại chứa các hoạt chất, các hợp chất hóa học nênthường sẽ dễ có các tác dụng phụ như dị ứng, đỏ rát, bong tróc Tuy nhiên, bằng việc ứngdụng CNSH để thu được các hợp chất sinh học, các chiết xuất từ thiên nhiên thì mỹ phẩmsinh học đã ra đời và có được rất nhiều ưu điểm như an toàn cho da, ít tác dụng phụ, ít kíchứng, an toàn hơn cho môi trường

2

Haematococcus pluvialis VÀ

HỢP CHẤT ASTAXANTHIN

2

2 Haematococcus pluvialis và hợp chất Astaxanthin

2.1 Haematococcus pluvialis

Haematococcus pluvialis (Chlorophyceae) là một loại vi tảo nước ngọt đơn bào, nhớt, có hai

roi, hình cầu, màu xanh lá cây với đường kính ~30 μm Dựa trên vòng đời, hình thái và sinh

lý học: H pluvialis có thể tồn tại dưới dạng:

Chúng nổi tiếng với hàm lượng astaxanthin cao, ứng dụng rộng rãitrong nuôi trồng thủy sản và mỹ phẩm, đồng thời còn có khả năngkháng viêm, chống ung thư

2 Haematococcus pluvialis và hợp chất Astaxanthin

2.2 Hợp chất Astaxanthin

Astaxanthin là một caroten thứ cấp có màu đỏ tươi như máu thuộc họ xanthophyll, với công

thức phân tử là C40H52O4, khối lượng phân tử là 596,85 g/mol

Astaxanthin là một tetraterpene (tạo ra từ 8 phân tử isoprene và

chứa 40 nguyên tử carbon) với hai vòng β-ionone ở hai đầu cực

được nối với nhau bởi một chuỗi polyene trung tâm không phân

cực (Hình 2a)

(a)

(c)

SẢN XUẤT ASTAXANTHIN

TỪ Haematococcus pluvialis

3

3 Sản xuất hợp chất Astaxanthin từ H pluvialis

3.1 Sự thay đổi về hình thái trong quá trình tổng hợp Astaxanthin

Lúc đầu, H pluvialis bắt đầu như một loài vi tảo hai roi màu xanh lá cây, bơi tự do, có khả

năng tạo ra 2-32 tế bào con bằng cách sinh sản vô tính thông qua sự hình thành túi bào tử Ở

trạng thái này, H pluvialis được gọi là Macrozooids.

5

Hình 3: Tế bào H pluvialis được chụp ảnh dưới kính hiển vi quang học để quan sát

sự tích lũy astaxanthin (a) Giai đoạn sinh dưỡng; (b) giai đoạn trung gian, trong đó các tế bào chuyển sang màu xanh lục-cam; (c) giai đoạn nang bào có màu đỏ tươi

của astaxanthin

3 Sản xuất hợp chất Astaxanthin từ H pluvialis

3.1 Sự thay đổi về hình thái trong quá trình tổng hợp Astaxanthin

Điều kiện bất lợi có thể làm tăng kích thước tế bào và mất cả hai roi Trong quá trình đó, trongvòng 1–2 ngày, macrozoids trở thành một dạng vô định hình, nhiều lớp, không di động đượcgọi là tế bào palmella

6

Hình 3: Tế bào H pluvialis được chụp ảnh dưới kính hiển vi quang học để quan sát

sự tích lũy astaxanthin (a) Giai đoạn sinh dưỡng; (b) giai đoạn trung gian, trong đó các tế bào chuyển sang màu xanh lục-cam; (c) giai đoạn nang bào có màu đỏ tươi

của astaxanthin

3 Sản xuất hợp chất Astaxanthin từ H pluvialis

3.1 Sự thay đổi về hình thái trong quá trình tổng hợp Astaxanthin

Astaxanthin bắt đầu tích lũy trong giai đoạn trung gian, bắt đầu với quá trình đóng nang, và

chúng sẽ biến thành các tế bào màu cam lục (Hình 3b), có thể quan sát thấy màu chuyển

tiếp sau 7 - 10 ngày

7

Hình 3: Tế bào H pluvialis được chụp ảnh dưới kính hiển vi quang học để quan sát

sự tích lũy astaxanthin (a) Giai đoạn sinh dưỡng; (b) giai đoạn trung gian, trong đó các tế bào chuyển sang màu xanh lục-cam; (c) giai đoạn nang bào có màu đỏ tươi

của astaxanthin

3 Sản xuất hợp chất Astaxanthin từ H pluvialis

3.1 Sự thay đổi về hình thái trong quá trình tổng hợp Astaxanthin

Điều kiện bất lợi kéo dài (thiếu chất dinh dưỡng, tiếp xúc với nhiều ánh sáng) dẫn đến sựchuyển đổi sang giai đoạn aplanospore vô tính và astaxanthin liên tục được tích lũy trong tếbào chất quanh nhân, làm tế bào có màu đỏ tươi (Hình 3c)

8

Hình 3: Tế bào H pluvialis được chụp ảnh dưới kính hiển vi quang học để quan sát

sự tích lũy astaxanthin (a) Giai đoạn sinh dưỡng; (b) giai đoạn trung gian, trong đó các tế bào chuyển sang màu xanh lục-cam; (c) giai đoạn nang bào có màu đỏ tươi

của astaxanthin

3 Sản xuất hợp chất Astaxanthin từ H pluvialis

3.1 Sự thay đổi về hình thái trong quá trình tổng hợp Astaxanthin

Ở giai đoạn này, lớp vỏ và thành tế bào thứ cấp dày và cứng sẽ giúp chống lại quá trìnhacetolysis, cường độ ánh sáng cao và độ mặn cao nhằm bảo vệ tế bào

9

Hình 3: Tế bào H pluvialis được chụp ảnh dưới kính hiển vi quang học để quan sát

sự tích lũy astaxanthin (a) Giai đoạn sinh dưỡng; (b) giai đoạn trung gian, trong đó các tế bào chuyển sang màu xanh lục-cam; (c) giai đoạn nang bào có màu đỏ tươi

của astaxanthin

3 Sản xuất hợp chất Astaxanthin từ H pluvialis

Giai đoạn xanh: khi môi trường đầy đủ chất dinh dưỡng, được cung cấp để tảo có điều kiệnsinh trưởng thuận lợi và gia tăng sinh khối

Giai đoạn đỏ: khi chất dinh dưỡng bị cạn kiệt và trong điều kiện gây stress cho tế bào

3.3 Quy trình tổng quát trong việc sản xuất hợp chất Astaxanthin

Hầu hết họ thường sẽ sử dụng quy trình hai bước để nuôi cấy Haematococcus nhằm sản xuấtastaxanthin Quá trình này đã được phát triển dựa trên vòng đời và sinh học tế bào củaHaematococcus, chủ yếu bao gồm hai giai đoạn

1

2

Trong giai đoạn xanh, tế bào có thể sinh sản và tích lũy sinh khối nhưng không có astaxanthin,trong khi ở giai đoạn đỏ, tế bào mất khả năng sinh sản và di động nhưng có khả năng tích lũyastaxanthin cao

10

3 Sản xuất hợp chất Astaxanthin từ H pluvialis

3.3 Quy trình tổng quát trong việc sản xuất hợp chất Astaxanthin

Đầu tiên, các tế bào Haematococcus thường được nuôi cấy trong các lò phản ứng quang sinhhọc kín theo phương pháp quang dưỡng và trong các điều kiện tăng trưởng bình thường để tăngsinh tế bào và tích lũy sinh khối

3 Sản xuất hợp chất Astaxanthin từ H pluvialis

3.3 Quy trình tổng quát trong việc sản xuất hợp chất Astaxanthin

Đầu tiên, các tế bào Haematococcus thường được nuôi cấy trong các lò phản ứng quang sinhhọc kín theo phương pháp quang dưỡng và trong các điều kiện tăng trưởng bình thường để tăngsinh tế bào và tích lũy sinh khối

12

Hình 4: Quy trình tổng quát

Cường độ ánh sáng dưới 150 µmoLphoton/m^2/s, bức xạ tối ưu là 20-90 µmolphoton/m^2/s với chu kỳ sáng tối xen kẽ là12:12 hoặc 16:8

Môi trường được sử dụng phổ biến nhất cho

sự phát triển của H pluvialis là KM1, BBM,

Z8, BG-11, OHM

3 Sản xuất hợp chất Astaxanthin từ H pluvialis

3.3 Quy trình tổng quát trong việc sản xuất hợp chất Astaxanthin

Sau khi đạt đến nồng độ tế bào nhất định, giai đoạn đỏ (giai đoạn tích lũy astaxanthin) xảy ra.Khi đó các tế bào được chuyển vào các lò phản ứng quang điện sinh học quy mô lớn hơn hoặccác ao mương ở điều kiện căng thẳng và thiếu chất dinh dưỡng, bao gồm:

13

Hình 4: Quy trình tổng quát

Thiếu nitơCường độ ánh sáng cao

Độ mặn caoNhiệt độ cao

Có sự hiện diện của kim loại

3 Sản xuất hợp chất Astaxanthin từ H pluvialis

3.3 Quy trình tổng quát trong việc sản xuất hợp chất Astaxanthin

14

Hình 4: Quy trình tổng quát sản xuất Astaxanthin

3 Sản xuất hợp chất Astaxanthin từ H pluvialis

3.4 Ứng dụng của Astaxanthin trong sản xuất mỹ phẩm

15

Bảo vệ da khỏi tia UV

Phục hồi làn da bị tổn thương

Xóa mờ nếp nhăn nhờ vào sự oxy hóa mạnh, chống lại các gốc tự do

Bảo vệ chống lại tăng sắc tố da

Chống lại quá trình tăng sắc tố da

KẾT LUẬN

4

TÀI LIỆU THAM KHẢO

Oslan SNH, Shoparwe NF, Yusoff AH, Rahim AA, Chang CS, Tan JS, Oslan SN, Arumugam K, Ariff AB, Sulaiman AZ, Mohamed MS A Review on Haematococcus pluvialis Bioprocess Optimization of Green and Red Stage Culture Conditions for the Production of Natural Astaxanthin Biomolecules 2021; 11(2):256 https://doi.org/10.3390/biom11020256

Li, X., Wang, X., Duan, C., Yi, S., Gao, Z., Xiao, C., & Li, J (2020) Biotechnological production of astaxanthin from the microalga Haematococcus pluvialis Biotechnology Advances,

43, 107602.

Jannel S, Caro Y, Bermudes M, Petit T Novel Insights into the Biotechnological Production of Haematococcus pluvialis-Derived Astaxanthin: Advances and Key Challenges to Allow Its Industrial Use as Novel Food Ingredient Journal of Marine Science and Engineering 2020; 8(10):789 https://doi.org/10.3390/jmse8100789

Mularczyk M, Michalak I, Marycz K Astaxanthin and other Nutrients from Haematococcus

CẢM ƠN THẦY VÀ CÁC BẠN

ĐÃ LẮNG NGHE!