Công nghệ sản xuất màu từ tảo

Những năm gần đây, các loài tảo đã thu hút sự chú ý ngày càng tăngcủa các nhà khoa học, công nghệ và thương mại do những ưu thế của cơ thểnày so với thực vật bậc cao như: sự phá triển đơ

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP.HCM

MỤC LỤC

Ý KIẾN CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

MỞ ĐẦU

Tảo (Algae) có vị trí quan trọng trong việc phát triển các nguồn chất hữu cơ mới Những thành công của ngành vi sinh vật hiện đại mà nhân loại đặt nhiều hi vọng đều dưa trên cơ sở nuôi cấy các cơ thể dị dưỡng (nấm men, vi khuẩn…) mà về bản chất, đây là những cơ thể chuyển hóa các chất

hữu cơ từ dạng này sang dạng khác Trong khi đó, tảo cho chúng ta khả năngnhận được chất hữu cơ từ các nguồn vô cơ như nước, CO2 và các muốikhoáng nhờ quá trình quang hợp.

Những năm gần đây, các loài tảo đã thu hút sự chú ý ngày càng tăngcủa các nhà khoa học, công nghệ và thương mại do những ưu thế của cơ thểnày so với thực vật bậc cao như: sự phá triển đơn giản, vòng đời ngắn, năngsuất cao, hệ số sử dụng năng lượng ánh sáng cao, thành phần sinh hóa dễđược điều khiển tùy điều kiện nuôi cấy và nhờ kỹ thuật di truyền,nuôi trồngđơn giản, thích hợp với quy mô sản xuất nông nghiệp

I. Tổng quan

A. Vi tảo

Tảo là những thực vật bậc thấp, nghĩa là những thực vật bào tử, có tản(cơ thể không phân ra thành thân, rễ, lá), tế bào chứa diệp lục và sống chủyếu trong nước Những tảo đang tồn tại không phải là nhóm cơ thể đồngnhất về cấu tạo và nguồn gốc Hiện nay tảo được xác nhận là tập hợp một sốngành thực vật đặc biệt, độc lập về nguồn gốc và tiến hóa Như vậy “tảo” có

ý nghĩa sinh học lớn, bao gồm cả thực vật bậc thấp có diệp lục, sống chủ yếu

ở trong nước và chiếm 1/3 sinh khối thực vật trên trái đất

Đa phần Tảo thuộc về giới Nguyên sinh (Protisa) Một số ít loài Tảo lớnlại được xếp vào giới Thực vật và được phân chia thành thực vật bậc thấp.Dạng thực vật bậc thấp này không có phôi, đây là đặc điểm để phân biệt giớiNguyên sinh với thực vật bậc cao thông thường

2. Phân loại

Dựa vào màu sắc và cấu trúc cơ thể khác nhau, người ta chia nhóm tảothành một số ngành riêng biệt Tuy vậy con số các ngành tảo hiện nay vẫnchưa thống nhất tùy theo các tác giả

Pascher (1931) phân chia tảo thành 8 ngành sau đây: Tảo giáp

(Pyrrhophyta), Tảo vàng ánh (Chrysophyta), Tảo mắt (Euglenophyta), Tảo silic (Bacillariophyta), Tảo lục (Chlorophyta), Tảo vòng (Charophyta), Tảo nâu (Phaeophyta) và Tảo đỏ (Rhodophyta)

Trong thư mục khoa học của Liên Xô cũ cũng xếp nhóm tảo thành 8

ngành này và thêm 2 ngành nữa là Tảo silic (Bacillariophyta) và Tảo vàng lục (Xantophyta)

Theo West và Fritsch (1927) và Fritch (1935) lại gộp tất cả tảo (kể cảTảo lam) vào 1 ngành với 11 lớp khác nhau

Chadefauld (1960) dựa trên những dẫn liệu về tế bào học và đặc biệt làhóa học tế bào, đã phân chia Tảo (trừ Tảo lam) thành 3 ngành là Tảo đỏ, Tảo

màu và Tảo lục Trong đó Tảo đỏ (Rhodophyta) với 1 lớp; Tảo màu (Chromophyta) bao gồm 5 lớp: Tảo vàng lục, Tảo ánh vàng, Tảo silic, Tảo nâu, Tảo giáp; Tảo lục (Chlorophyta) với 3 lớp: Tảo lục, Tảo tiếp hợp, Tảo

vòng

Sau Chadefauld, một số nhà Tảo học đã sửa đổi hệ thống này một chút ít

Theo tài liệu Công nghệ sinh học Vi tảo, NXB nông nghiệp Hà

Nội-1999, tảo được chia thành 10 ngành:

1. Tảo lam Cyanophyta

2. Tảo giáp Pyrrophyta

Các tế bào tảo quang hợp nhỏ và vi khuẩn lam trôi nổi trong nước đượcgọi là các thực vật phù du (phytoplankton) là mắc xích đầu tiên của chuỗithức ăn của các sinh vật dị dưỡng ở đại dương cũng như ở nước ngọt Tảo cóvai trò quan trọng trong chu trình carbon, biến đổi carbon dioxid (CO2)thành carbohydrat nhờ quang hợp và thành canxi carbonat nhờ sự hóa canxi.Một số thực vật phù du ở biển, đặc biệt là haptophyta và dinoflgellata tạonên một lượng lớn hợp chất hữu cơ chứa lưu huỳnh giúp điều hòa áp suấtthẩm thấu trong tế bào của chúng Các hợp chất bay hơi tiết ra từ tế bào vàbiến đổi thành oxid lưu huỳnh trong khí quyển và tạo nên những hiệu ứngkhác về khí hậu

- Tảo phù du ở hầu hết các loài sinh vật đơn bào, có thể sống lơ lửng ởnhững vùng có nước kể cả ở dưới lớp băng hoặc sống gắn liền với cáctrầm tích Nhưng hạn chế sống ở khu vực nông, cạn do sự giảm nhanhcủa các ánh sáng theo chiều sâu

- Tảo đáy có thể phát triển trên đá (epilithic), dưới bùn, cát (epipelic), trêncác loại tảo khác hoặc trên thực vật (epiphytic) và động vật (epizoic).Một số lượng đáng kể tảo Subaerial đã thích nghi với điều kiện sống trênđất

Dạng tảo cộng sinh với nấm thành Địa y cũng là dạng phân bố rất rộngrãi và nhiều loài đã được khai thác dùng làm dược phẩm, nước hoa, phẩmnhuộm và các mục đích kinh tế khác (hiện đã biết tới 20000 loài Địa y thuộc

400 chi khác nhau)

Đại diện là tảo lam Cyanobacteria- còn gọi là vi khuẩn lam.

Dạng đơn bào hoặc dạng sợi Dạng sợi bao gồm các tế bào sinh dưỡng

là chính hoặc có các tế bào biệt hóa dạng dị bào hoặc dạng bào tử Quan sát

tế bào dưới kính hiển vi cho thấy vùng trung tâm – vùng nhân giàu acidnucleic và vùng ngoại vi chứa màng thylakoit quang hợp và các cơ quankhác nhau

Thành tế bào có cấu trúc nhiều lớp, chứa mucopolymer, pectin và các loạipolysaccharide khác Màng tế bào nằm sát ngay dưới thành tế bào và nối vớimàng quang hợp thylakoit tại một vài điểm

Không hình thành một cơ quan riêng biệt mà chỉ là thylacoit phân bố rảirác trong nguyên sinh chất.

Phycobilisom chứa Phycobiliprotein và protein liên kết được gắn vào bề mặtngoài của thylakoit Phycobilisom có khối lượng khoảng 7 triệu dalton và cóthể tách nguyên vẹn để nghiên cứu Phycobilisom hoạt động như một antenthu nhận năng lượng mặt trời thu nhận năng lượng mặt trời để chuyển vào hệquang hợp II

Các sắc tố quang hợp bao gồm Chlorophyll a, carotenoit, phycocyanin,phycoerythrin, allophycocyanin…

Tế bào tảo lam thường có 4 thể vùi:

o Hạt polyphotphat: còn gọi là volutin hoặc metachromatin Hạt có kích cỡkhá lớn, có thể phân biệt bằng cách nhuộm màu Hạt biến mất khi môitrường không có photphat

o Hạt glycogen: nằm giữa màng quang hợp, tồn tại dưới dạng tinh thể và có

ái lực đặc biết với thuốc nhuộm hydroxit chì Thành phần chủ yếu của hạt

là glycogen Hạt biến mất khi tế bào tảo nằm trong tối dài hạn Được coi

lưới nội bào, ribosome, không bào và các cấu trúc như pyrenoit, không bào cobóp…

Một số tảo đơn bào chỉ có màng nguyên sinh chất nằm bên trong màngnhầy Tuy vậy phần lớn tê bào tảo đều có thành tế bào Đa số thành tế bào chứaprotein, xellulose, hemixellulose, pectin và các dạng sợi khác

b. Nhân

Là nhân thực bao bởi màng nhân hai lớp Thông thường màng nhân là sựtiếp nối của mạng lưới nội bào và có lỗ đường kính 80-90nm cho ARN vàprotein đi qua

Có kích thước và hình dạng khác nhau Ty thể chứa ARN mạch vòng vàribosome kích thước 16nm Ty thể là địa điểm thực hiện chức năng hô hấp vàtrao đổi lipid

Đa số tảo đơn bào vận động được nhờ roi Mỗi roi là một cấu trúc hình trụ

có màng bao và có 9 sợi ngoại vi bao quanh 2 trục Roi có thể là trơn (không cólông) hoặc có lông mà ở một số tảo dạng này gọi là mastigoneme

Ở tảo cũng như thực vật bậc cao, bộ máy quang hợp bao gồm các cấu trúcchứa sắc tố và các thành phần liên quan tới các trung tâm quang hóa cũng nhưquá trình cố đinh CO2 Bộ máy quang hợp nằm gọn trong lục lạp Chất matrixcủa lục lạp – gọi là stroma, chưa có màng thylakoit Trong lục lạp có vùng chứaAND và ribosome 70S Trong một số tế bào,lục lạp còn chứa đốm mắt, pyrenoit

và các chất dạng tinh thể khác Cấu trúc thylakoit của tảo nhân thực tươn tự như

ở thực vật bậc cao

Là vùng chuyên hóa ở lục lạp của rất nhiều loài tảo nói chung, sự có mặtcủa pyroneit liên quan tới tốc độ trao đổi chất mạnh và tích lũy các sản phẩm dựtrữ Pyrenoit có thể hình thành mới sau khi tế bào phân chia hoặc hình thànhnhờ việc phân chia pyrenoit đã có trước đó Do khó khăn trong việc tách riêngcấu trúc này nên việc nghiên cứu thành phần cũng như bản chất các hoạt độngcủa cơ quan này chưa được trọn vẹn

Bảng 1: Phân bố sắc tố Chlorophyll ở tảo.

Stewart D.P (Ed.) 1974.

Nhóm tảo Chlorophyll Chlorophyll Chlorophyll Chlorophyll

Carotenoit bao gồm nhóm lớn các sắc tố của cơ thể sống Người ta đã xácđịnh được hơn 640 loại carotenoit Đa phần các sắc tố này quyết định màu sắcvàng, da cam và đỏ của vi sinh vật, nấm, tảo, thực vật và động vật.

Carotenoit hấp thụ ánh sáng xanh và lục Beta-carotene là dạng điển hìnhnhất của tất cả cả các loài tảo và thực vật bậc cao trong khi fucoxanthin chỉ đặctrưng cho tảo nâu và tảo silic

Thành phần carotenoit trong tảo đa dạng hơn so với ở thực vật bậc cao Ở

tảo lam Spirulina, carotenoit bao gồm nhiều sắc tố khác nhau: oscillaxanthin,

myxoxanthophyll, zeaxanthin, hydroechinenon, carotene, epoxy-caroten, cryptoxanthin, echinenon Trong số carotenoit này thì β-carotene có tỉ lệ caonhất Trong tế bào tảo có nhiều dạng xanthophyll Thực vật bậc cao và tảo lục

β-giống nhau là đều chứa lutein với hàm lượng cao Rhodophyceae và

Cryptophyceae cũng chứa nhiều lutein Trong khi đó, các xanthophyll quan

trọng như mixoxanthophyll và mixoxanthin lại đặc trưng cho tảo lam

Đa phần carotenoit có màu vàng và da cam nhưng màu này thường bịdiệp lục lấn át.Giống như ở thực vật bậc cao, carotenoit ỏ tảo có vai trò quantrọng trong quá trình quang hợp ( hấp thụ ánh sáng, dập tắt huỳnh quang, thamgia trong trung tâm phản ứng), quang bảo vệ, chống bức xạ cực tím, tham giavào quy trình xanthophyll và hướng quang.

Hấp thụ ánh sáng xanh, vàng và da cam Là loại sắc tố tập trung ở tảo lam

và tảo đỏ Hai loại phycobilin điển hình là R-phycoerythrin ở tảo đỏ và phycocyanin ở tảo lam Sự tồn tại của phycocyanin ở tảo lam và tảo đỏ rất quantrọng trong việc hấp thu ánh sáng của vi tảo vì ngoài nhóm sắc tố này, chúng chỉ

C-có chlorophyll a va carotenoit

Phycobiliprotein là các sắc tố hào tan trong nước và có cấu trúc tetra –pyrrol

Quá trình sinh sản sinh dưỡng được tiến hành trên những phần riêng lẽcủa cơ thể Phần lớn các loài sinh sản theo hình thức này thường không chuyênhóa chức năng sinh sản Có ba hình thức sinh sản theo kiểu sinh dưỡng ứng vớihình thái của chúng:

+Tảo đơn bào: Sinh sản bằng cách phân chia tế bào,thường gặp ở tảolam(cyanophyta) và tảo mắt (euglenophyta)

- Từ một tế bào mẹ phân cắt thành hai tế bào mới

+Tảo dạng tập đoàn : Sinh sản bằng cách phân tách những tập đoàn có kíchthước nhỏ hay thành những tập đoàn mới ngay trên tập đoàn mẹ, như tập đoànVolvox…

+Tảo dạng sợi: Tạo thành các đoạn nhỏ hay đứt đoạn tự nhiên,kiểu sinh sảnnày thường gặp ở: Oscollatoria,Octoc,Lyngbya…

+Tảo dạng tản: Sinh sản nhờ tách một phần trên cơ thể mẹ,cơ thể con dính lên

cơ thể mẹ hoặc mọc độc lập

-Phân cắt tảo đoạn : Chúng cho ra các đọan ngắn,rời khỏi cơ thể mẹ thành một

cơ thể khác.Chúng rời khỏi cơ thể mẹ bằng cách trượt Trong hình thức sinh sảnbằng cách tảo đoạn này thì có 2 dạng đó là gián bào và hoại bào

+Gián bào: Là một hay hai tế bào gần nhau hóa nhầy thành một Chất đềuhòa.Tế bào gần đó nhờ vậy rời nhau dễ dàng và tản đứt tại vị trí ấy

+ Hoại bào: một tế bào trở nên vàng và vách ngang của chúng lõm,tế bào đódần tan đi làm cho tảo đoạn rời ra

- Cầu hành: (propagula) Loài Sphacelaria rigidula (thuộc lớp tảo nâu) khi gặpđiều kiện nhiệt độ cao: 12- 200C và trong điều kiện ngày dài: 16h chiếu sáng sẽhình thành nhánh sinh sản còn gọi là cầu hành Cầu hành được hình thành mộtbên của tản, thường mang 2 nhánh, hiếm khi 3 Cầu hành nối với tản bằng mộtlớp tế bào mỏng nên rất dễ phát tán và nảy chồi thành tản mới

- Nảy chồi: Cây con được hình thành trực tiếp trên cây mẹ, sau đó tách ra khỏicây mẹ phát triển thành cá thể mới

Đây là hình thức sinh sản quan trọng của các loài Tảo, trong quá trình sinhsản cơ thể sinh vật hình thành nên cơ quan sinh sản chuyên hóa gọi là bào tử.Hình thành các loại bào tử vô tính, như Bào tử tĩnh (Aplanospore), Bào tử động(Zoospore), Bào tử tự thân (Autosporre), Bào tử màng dầy (Akinet) Thực hiệnbằng sự hình thành các bào tử chuyên hóa, có roi hoặc không có roi Các bào tửđược hình thành trong bào tử phòng (túi bào tử) Bào tử nẩy mầm thành tảnmới

- Sinh sản vô tính bằng bào tử lưỡng bội: Tảo nâu có cơ quan sinh sản đặc

biệt đó là túi bào tử nhiều ô (plurilocular sporangia), túi bào tử này chỉ tạothành bào tử 2n bào tử này lại nảy mầm thành thể bào tử ban đầu Tảo nâu: Trênthể bào tử có mang túi bào tử một ngăn hay túi bào tử nhiều ngăn hoặc cả haitùy thuộc vào điều kiện trong môi trường

+Túi bào tử nhiều ngăn (plurilocular sporangium): Túi bào tử này gồm nhiều tếbào, mỗi tế bào trong túi sẽ hình thành nên một động bào tử Các động bào tửđược hình thành trong túi bào tử nhiều ngăn là các động bào tử lưỡng bội (2n)

Do đó khi được giải phóng, động bào tử nảy mầm thành thể bào tử mới

+Túi bào tử một ngăn (unilocular sporangium): túi bào tử một ngăn chỉ gồmmột tế bào Tại túi bào tử một ngăn trải qua quá trình phân bào giảm nhiễm đểtạo ra bào tử giảm nhiễm (n) Các bào tử này một nửa phát triển thành thể giao

tử đực và một nửa phát triển thành thể giao tử cái

- Sinh sản vô tính bằng động bào tử: Ulothrix zonata sinh sản vô tính bằng

động bào tử 4 roi, hoăc 2 roi Tảo lục: Tế bào dinh dưỡng tự phân cắt thànhnhiều động bào tử mang 2,4 hoặc nhiều roi Bào tử bơi lội một thời gian rồingừng chuyển động, bám vào giá thể và phát triển thành cơ thể mới Nếu gặpđiều kiện môi trường không thích hợp, tảo có thể hình thành bào tử bất động cóvách dày, sống chậm một thời gian, khi gặp điều kiện thuận lợi thì phát triểnthành tản mới

Dạng đặc biệt của bào tử là hình thành các Cyst,Cyst có khả năng chốngchịu với điều kiện khắc nghiệt của môi trường.Khi gặp điều kiện thuận lợichúng có khả năng nảy mầm để phát triển thành cơ thể mới Ở một số tảo lamcòn có khả năng tạo ra nội bào tử (endospore), ngoại bào tử (exospore)

- Một số loại có thể tạo ra đồng bào tử (ankinite), dị bào tử (heterocyst)

Sinh sản hữu tính là hình thức sinh sản có sự kết hợp giữa các tế bàochuyên hóa được gọi là giao tử Quá trình sinh sản hữu tính diễn ra với nhiềuhình thức đa dạng,mang các đặc điểm đặc trưng của loài Dựa vào hình dạng vàkích thước của của giao tử người ta chia quá trình sinh sản hữu tính thành:Đẳng giao (isogamy), Dị giao (anisogamy), Noãn giao (oogamy), một số sinhsản hữu tính theo kiểu tiếp hợp giữa hai tế bào sinh dưỡng

Hình 1: Các hình thức sinh sản hữu tính của nấm

6.3.1. Các hình thức sinh sản hữu tính

a. Đẳng giao (isogamy): Đẳng giao (isogamy) là giao tử đực và cái giống nhau

về cả hình dạng và kích thước

Hình 2: Các giao tử đực và cái kích thước bằng nhau(isogamy)

chất hoàn toàn giống nhau chỉ khác nhau ở kích thước của chúng Giao tửcái lớn hơn giao tử đực và thường ít di động

Hình 3: Các giao tử đực và cái kích thước không bằng nhau(anisogamy)

chất dự trữ với một tinh trùng nhỏ chuyển động (trừ tảo Đỏ Rhodophyta tinh

tử không chuyển động) chứa ít chất dự trữ Hợp tử được hình thành sau khi

kết hợp của hai giao tử hay thụ tinh sẽ nảy mầm trực tiếp thành tản mới hoặcqua giai đoạn nghỉ khi gặp điều kiện bất lợi: tích lũy dinh dưỡng hình thành bào tử noãn đến khi gặp điều kiện thuận lợi thì nẩy mầm tạo thành tản mới

- Trinh sản: (Parthenogenesis) Là hình thức sinh sản trong đó các giao tử pháttriển trực tiếp không qua thụ tinh

+Đối với loài noãn giao (oogamy) và dị giao (anisogamy): giao tử cái phát triểnkhông qua thụ tinh tạo thành thể giao tử

+Đối với những loài có vòng đời dị hình, giao tử đồng hình, các giao tử khôngthụ tinh sẽ phát triển thành cây có hình thái giống thể bào tử (sporophyte

morphology), như chi Derbesia

Hình thức sinh sản này hiếm xảy ra, tỷ lệ phát triển thành công trong tựnhiên chưa được biết (Clayton, 1988)

Quá trình tiếp hợp : Có thể là tản đồng chu, cũng có thể là tản biệt chu -Tản biệt chu : ta có một sợi tản đực và một sợi tản cái, sự tiếp hợp xảy ra giữahai tế bào của hai sợi tảo xếp song song hình thành ống tiếp hợp Nội chất của

tế bào này di chuyển sang tế bào kia (sự tiếp hợp hình thang) Có trường hợpnội chất của hai tế bào đều di chuyển và hợp tử hình thành ngay ở ống giaophối

-Tản đồng chu : hai tế bào kế cận của một sợi tiếp hợp với nhau, lúc ấy mộtphần vách ngăn tan đi hình thành cầu nối làm đường cho tế bào đực di chuyểnqua tế bào cái (sự tiếp hợp bên)

a. Chlorella

Thuộc ngành tảo lục, tế bào hình cầu hoặc hình oval Tốc độ tăng trưởng nhanh, sinh sản vô tính, tế bào phân chia tạo thành 4,8 hoặc 16 tự bào tử

Chlorella là tảo đơn bào, kích thước rất nhỏ khoảng 0,1µm Chlorella

sống phân bố khắp nơi, là chi tảo được nghiên cứu kĩ nhất Hầu hết các loài của Chlorella đều là các cơ thể tự dưỡng, chỉ có một số loài sinh trưởng

trong bóng tối và sử dụng các nguồn carbon hữu cơ như glucose, acetate,…

Một số loài của Chlorella: Chl elipsoidea,Chl vulgaris, Chl pyẻnoidosa.

Thành phần hóa học của tế bào Chlorella tùy thuộc vào tốc độ sử

dụng dinh dưỡng trong quá trình phát triển

Acid nicotinic

10 – 34%

18 mg/g0,3 – 0,6 mg/g

6 mg/g2,3 mg/100g3,5 mg/100g

b. Dunaliella

Chi Dunaliella thuộc ngành Chlorophyta và bao gồm một số loài tảo lục

đơn bào có khả nang thích nghi với đọ mặn cao Về mặt hình thái, tế bào

Dunaliella có 2 roi, có dạng oval, cầu, elip, trứng.

Dung dịch tảo hoạt hóa (hình A) và hình thái tế bào Dunaliella sp trong buồng

đếm hồng cầu quan sát dưới kính hiển vi (400x) (hình B)

Chi Dunaliella phân bố khá rộng: trong nước ngọt (D flagellate, D

chlordata, D lateralis, D pauper), trong nước lợ và hơi mặn (D tertiolecta, D bioculata, D primolecta), trong nước rất mặn (D.salina, D.minut, D.parva, D.viridis) Và cả trong cát mặn (D.terricola) Dunaliella thích nghi với biên độ

pH rộng từ 1 (D.acidophila) đến 11 (D.salina).

Chi Dunaliella có 2 loài được nghiên cứu kỹ hơn cả là Dunaliella salina và

Dunaliella tertiolecta Thành phần hóa học của D.tertiolecta như sau: protein

50%TLK, cacbonhydrate 20% TLK, lipid 8% TLK Bên cạnh hàm lượng

carotenoid cao, các loài thuộc chi Dunaliella còn chứa nhiều vitamin như

thiamin, pyridoxine, riboflavin, acid nicotinic, biotin và tocopherol

Đặc điểm đặc trưng của Dunaliella là lạp thể của chúng có khả năng tích lũy một lượng lớn β-carotene D.salina là loài có hàm lượng β-carotene cao

nhất trong các loài tảo được biết đến Tùy theo hàm lượng β-carotene tích lũy

mà các tế bào có thể có màu lục hoặc vàng, đỏ sẫm Trong các hồ nước rất mặn,

tế bào Dunaliella thường có màu đỏ sẫm chính do việc tích lũy các loại sắc tố

này

Hình 5: Tảo D.salina ở Hồ Nước Mặn Lớn (Great Salt Lake) quan sát dưới

Năng suất β-carotene có thể được nâng cao thong qua 2 phương pháp sau:

- Sản xuất kiểu 2 pha: trong pha 1 người ta tập trung cho tăng trưởng sinh khối ở nồng độ muối thấp (15%) và nồng độ các chất dinh dưỡng tối ưu Trong pha 2 tảo được đưa vào môi trường có nồng độ muối cao hơn và dinh dưỡng thấp hơn để tích lũy β-carotene

- Sản xuất theo mẻ hoặc liên tục ở nồng độ muối dưới ngưỡng tối ưu cho sinh trưởng và tích lũy β-carotene, nhưng thu được sinh khối cao nhất nếu tính theo thời gian Phương pháp này được ứng dụng trong nuôi quảng canh tại Australia

c. Porphyridium

Porphyridium thuộc chi Porphyridiaceace, ngành tảo đỏ Rhodophyta Tế

bào không có thành, chứa nhiều polysaccharide

Giá trị dinh dưỡng và thương mại của Porphyridium ỏa chỗ chúng được

coi là nguồn polysaccharide, acid béo và các sắc tố phycocyanin, phycoerythrin

Sắc tố B-phycoerythrin (B-PE) trong P.cruentum đạt tới hàm lượng 5-10%

TLK

Porphyridium sinh trưởng ở nhiệt độ tối thích 21-26°C Tế bào chịu được

lượng muối cao gấp 2 lần lượng muối trong nước biển pH tối ưu cho sinh

trưởng là 7,5 Porphyridium được nuôi trồng đại trà ngoài trời trong các bể như kiểu nuôi trồng Spirulina và Chlorella Có 2 kiểu bể phản ứng dung cho nuôi

Porphyridium:

- Cố định tế bào Porphyridium trong uerthan Sau khi cố định các tế

bào trải qua 3 giai đoạn sinh lí sau:

• Giai đoạn thích ứng kéo dài vài ngày: tảo được cung cấp đầy đủ

dưỡng chất nhưng gần như không có quang hợp và huỳnh quang

• Giai đoạn phát triển: tế bào sống sót phân chia tích cực làm đầy thể tích vật liệu cố định, sinh trưởng mạnh ở pha logarit và quang hợp mạnh

• Giai đoạn ổn định: tế bào không phân chia lien tục, quang hợp ở mức thấp

- Nuôi trồng đại trà Porphyridium trong hệ thống ống thủy tinh hoặc

nhựa trong Dịch tảo được tuần hoàn qua cột nạp CO2 tự động Quá trình sản xuất được tự động hóa cao cho năng suất khoảng 70 tấn/ha/năm

Hình 6: tảo Porphyridium dưới kính

hiển vi

d. Vi tảo Scenedesmus

Scenedesmus thuộc họ Scenedesaceae, ngành Chlrophyta Các loài thuộc

chi này phân bố rộng rãi trong đất và nước ngọt Các tế bào hình trụ có đầu vuốtnhọn, liên kết với nhau tạo thành từng nhóm 4, 8 hoặc đôi khi 16 tế bào

Trong Scenedesmus cũng có các sắc tố sau (mg/kg khối lượng khô):

Haematococcus pluvialis là đại diện của chi Haematococcus (ngành

Chlorophytal) Là vi tảo nước ngọt có chu trình sống tương đối phức tạp: từ tế bào bất động (aplanospore) chuyển sang tế bào vận động màu đỏ nhạt với 2 roi Sau khi mất roi, các tế bào này có màu đỏ đậm hơn và lại chuyển sang tế bào bất động

Sản phẩm trao đổi chất quý giá của Haematococcus pluvialis là

asthaxanthin – một loại carotenoid dung trong thực phẩm với giá bản khoảng

3500 đô la Úc/kg Asthaxanthin được tách chiết trong giai đoạn tảo ở thời kỳ aplanospore Tảo sinh trưởng tối ưu ở pH 7-8 Hãng Microbio Resources Inc

nuôi trồng đại trà tảo Haematococcus pluvialis ở quy mô 500m3 Trước khi thu hoạch tế bào tảo chuyển sang dạng aplanospore để tang tỷ lệ asthaxanthin trong sinh khối

B. Tảo Spirulina

Spirulina là một loại vi tảo màu xanh, có tên khoa học là Arthrospira,

mắt thường không thể nhìn thấy được Tên Spirulina do nhà tảo học người Đức

Deurben đặt tên năm 1827 dựa trên cơ sở hình thái đặc trưng của tảo là sợi xoắn

ốc (spiralis) Dựa trên kết quả nghiên cứu những năm 1970-1980, các nhà khoa

học nhận thấy tảo Spirulina có đặc tính giống vi khuẩn như: nhân chưa hoàn

chỉnh (tiền nhân), nhân chưa có màng, chưa có ti thể và lục lạp…nên đã xếp tảo

Spirulina vào ngành vi khuẩn lam (Cyanobacteria) thay vì ngành tảo như trước

đây

Phân loại khoa học của tảo Spirulina:

Hình 9: Tảo Haematococcus pluvialis

Có nhiều loài (hơn 35 loài) đẫ phát hiện Trong đó có 2 loài được

nghiên cứu đầu tiên và nhiều nhất: loài S.geileri (s.maxima) có nguồn gốc Châu Phi, loài S.platensis có nguồn gốc Nam Mỹ Ngoài ra còn có

S.prpvilca ở Puru, S.jeejibai ở CHLB Đức, S.subsalsa ở Ukraina, S.laisima ở

Kenya, S.pacifica ở Hoa Kỳ.

Ở Việt Nam, giống được nghiên cứu đầu tiên, lưu giữu ở Viện Sinh vật

học là S.platensis Geitler do Công Hòa Pháp cung cấp.

Về cấu tạo: Spirulina có cấu tạo đa bào với gần 100 tế bào trên mỗi sợi

tảo Tế bào chưa có nhân điển hình, tảo Spirulina chưa có ty thể và lục lạp

mà thay vào đó là các thể thylakoid xếp thành vòng chứa các sắc tố có thểtham gia vào quá trình quang hợp: Cholorophyll, Phycocyanin,Carotenoid… Màng tế bào không có cấu tạo vách cellulose giống như cácthực vật khác mà chỉ là các peptidoglycan nên dễ dàng được hấp thu vào cơthể

Về hình dạng: Spirulina là một loại vi tảo có dạng xoắn hình lò xo với

khoảng 5-7 vòng đều nhau không phân nhánh, ở hai đầu cuối của sợi thường

co hẹp và mút lại Tuy nhiên, thùy thuộc vào môi trường sống và thời kỳphát triển mà hình dạng tảo có thể có một số thay đổi: tảo có hình dạng chữ

C, chữ S…mật độ vòng xoắn khác nhau hoặc sợi có thể duỗi thẳng