Công nghệ sản xuất màu từ tảo

Công nghệ sản xuất màu từ tảo GVHD: Nguyễn Thị Thu Sang BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP.HCM KHOA: CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM BỘ MÔN: ỨNG DỤNG CNSH TRONG CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM ĐỀ TÀI: BÀI TIỂU LUẬN Công nghệ sản xuất màu từ tảo GVHD: Nguyễn Thị Thu Sang Nhóm: 13 Lớp: Thứ 5-11,12 TP Hồ Chí Minh, Tháng 05 năm 2015 Công nghệ sản xuất màu từ tảo GVHD: Nguyễn Thị Thu Sang MỤC LỤC Công nghệ sản xuất màu từ tảo GVHD: Nguyễn Thị Thu Sang Ý KIẾN CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN MỞ ĐẦU Tảo (Algae) có vị trí quan trọng việc phát triển nguồn chất hữu Những thành công ngành vi sinh vật đại mà nhân loại đặt nhiều hi vọng dưa sở nuôi cấy thể dị dưỡng (nấm men, vi khuẩn…) mà chất, thể chuyển hóa chất Công nghệ sản xuất màu từ tảo GVHD: Nguyễn Thị Thu Sang hữu từ dạng sang dạng khác Trong đó, tảo cho khả nhận chất hữu từ nguồn vô nước, CO2 muối khoáng nhờ trình quang hợp Những năm gần đây, loài tảo thu hút ý ngày tăng nhà khoa học, công nghệ thương mại ưu thể so với thực vật bậc cao như: phá triển đơn giản, vòng đời ngắn, suất cao, hệ số sử dụng lượng ánh sáng cao, thành phần sinh hóa dễ điều khiển tùy điều kiện nuôi cấy nhờ kỹ thuật di truyền,nuôi trồng đơn giản, thích hợp với quy mô sản xuất nông nghiệp I A Tổng quan Vi tảo Tảo thực vật bậc thấp, nghĩa thực vật bào tử, có tản (cơ thể không phân thành thân, rễ, lá), tế bào chứa diệp lục sống chủ yếu nước Những tảo tồn nhóm thể đồng cấu tạo nguồn gốc Hiện tảo xác nhận tập hợp số ngành thực vật đặc biệt, độc lập nguồn gốc tiến hóa Như “tảo” có ý nghĩa sinh học lớn, bao gồm thực vật bậc thấp có diệp lục, sống chủ yếu nước chiếm 1/3 sinh khối thực vật trái đất Vị trí tảo sinh giới Đa phần Tảo thuộc giới Nguyên sinh (Protisa) Một số loài Tảo lớn lại xếp vào giới Thực vật phân chia thành thực vật bậc thấp Dạng thực vật bậc thấp phôi, đặc điểm để phân biệt giới Nguyên sinh với thực vật bậc cao thông thường Phân loại Dựa vào màu sắc cấu trúc thể khác nhau, người ta chia nhóm tảo thành số ngành riêng biệt Tuy số ngành tảo chưa thống tùy theo tác giả Pascher (1931) phân chia tảo thành 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) Tảo đỏ (Rhodophyta) Trong thư mục khoa học Liên Xô cũ xếp nhóm tảo thành ngành thêm ngành Tảo silic (Bacillariophyta) Tảo vàng lục (Xantophyta) Công nghệ sản xuất màu từ tảo GVHD: Nguyễn Thị Thu Sang Theo West Fritsch (1927) Fritch (1935) lại gộp tất tảo (kể Tảo lam) vào ngành với 11 lớp khác Chadefauld (1960) dựa dẫn liệu tế bào học đặc biệt hóa học tế bào, phân chia Tảo (trừ Tảo lam) thành ngành Tảo đỏ, Tảo màu Tảo lục Trong Tảo đỏ (Rhodophyta) với lớp; Tảo màu (Chromophyta) bao gồm lớp: Tảo vàng lục, Tảo ánh vàng, Tảo silic, Tảo nâu, Tảo giáp; Tảo lục (Chlorophyta) với lớp: Tảo lục, Tảo tiếp hợp, Tảo vòng Sau Chadefauld, số nhà Tảo học sửa đổi hệ thống chút Theo tài liệu Công nghệ sinh học Vi tảo, NXB nông nghiệp Hà Nội1999, tảo chia thành 10 ngành: Tảo lam Tảo giáp Tảo vàng ánh Tảo silic Tảo vàng Tảo nâu Tảo đỏ Tảo mắt Tảo lục Tảo vòng Phân bố 10 Cyanophyta Pyrrophyta Chrysophyta Bacillariophyta Xanthophyta Phaeophyta Rhodophyta Euglenophyta Chlorophyta Charophyta Tảo phân bố rộng rãi, khắp nơi, từ đỉnh núi cao đến đáy biển sâu Tảo phổ biến đại dương, thủy vực nước đất, giữ vai trò quan trọng hệ sinh thái sinh vật sản xuất Vai trò tảo hệ sinh thái giống thực vật đất liền Những tảo sống lớp nước phía gọi Tảo phù du (Phytoplankton) tảo sống bám đáy thủy vực, bám vật sống hay thành tàu thuyền gọi Tảo đáy (Phytobentos) Tảo bao gồm tảo đơn bào (Protista) rong biển loại có kích thước lớn tảo đỏ, tảo nâu tảo lục Rong biển tạo mọc thành đám lớn, làm nơi trú ngụ làm thức ăn cho đa dạng cá nhiều động vật không xương sống khác Một số rong biển thức ăn người Công nghệ sản xuất màu từ tảo GVHD: Nguyễn Thị Thu Sang Các tế bào tảo quang hợp nhỏ vi khuẩn lam trôi nước gọi thực vật phù du (phytoplankton) mắc xích chuỗi thức ăn sinh vật dị dưỡng đại dương nước Tảo có vai trò quan trọng chu trình carbon, biến đổi carbon dioxid (CO 2) thành carbohydrat nhờ quang hợp thành canxi carbonat nhờ hóa canxi Một số thực vật phù du biển, đặc biệt haptophyta dinoflgellata tạo nên lượng lớn hợp chất hữu chứa lưu huỳnh giúp điều hòa áp suất thẩm thấu tế bào chúng Các hợp chất bay tiết từ tế bào biến đổi thành oxid lưu huỳnh khí tạo nên hiệu ứng khác khí hậu - - Tảo phù du hầu hết loài sinh vật đơn bào, sống lơ lửng vùng có nước kể lớp băng sống gắn liền với trầm tích Nhưng hạn chế sống khu vực nông, cạn giảm nhanh ánh sáng theo chiều sâu Tảo đáy phát triển đá (epilithic), bùn, cát (epipelic), loại tảo khác thực vật (epiphytic) động vật (epizoic) Một số lượng đáng kể tảo Subaerial thích nghi với điều kiện sống đất Dạng tảo cộng sinh với nấm thành Địa y dạng phân bố rộng rãi nhiều loài khai thác dùng làm dược phẩm, nước hoa, phẩm nhuộm mục đích kinh tế khác (hiện biết tới 20000 loài Địa y thuộc 400 chi khác nhau) Đặc điểm cấu tạo 4.1 Dạng tiền nhân (prokaryote) Đại diện tảo lam Cyanobacteria- gọi vi khuẩn lam Dạng đơn bào dạng sợi Dạng sợi bao gồm tế bào sinh dưỡng có tế bào biệt hóa dạng dị bào dạng bào tử Quan sát tế bào kính hiển vi cho thấy vùng trung tâm – vùng nhân giàu acid nucleic vùng ngoại vi chứa màng thylakoit quang hợp quan khác Thành tế bào có cấu trúc nhiều lớp, chứa mucopolymer, pectin loại polysaccharide khác Màng tế bào nằm sát thành tế bào nối với màng quang hợp thylakoit vài điểm a Bộ máy quang hợp Công nghệ sản xuất màu từ tảo GVHD: Nguyễn Thị Thu Sang Không hình thành quan riêng biệt mà thylacoit phân bố rải rác nguyên sinh chất Phycobilisom chứa Phycobiliprotein protein liên kết gắn vào bề mặt thylakoit Phycobilisom có khối lượng khoảng triệu dalton tách nguyên vẹn để nghiên cứu Phycobilisom hoạt động anten thu nhận lượng mặt trời thu nhận lượng mặt trời để chuyển vào hệ quang hợp II Các sắc tố quang hợp bao gồm Chlorophyll a, carotenoit, phycocyanin, phycoerythrin, allophycocyanin… b Một số thể vùi Tế bào tảo lam thường vùi: o o o o Hạt polyphotphat: gọi volutin metachromatin Hạt có kích cỡ lớn, phân biệt cách nhuộm màu Hạt biến môi trường photphat Hạt glycogen: nằm màng quang hợp, tồn dạng tinh thể có lực đặc biết với thuốc nhuộm hydroxit chì Thành phần chủ yếu hạt glycogen Hạt biến tế bào tảo nằm tối dài hạn Được coi sản phẩm dự trữ quang hợp Hạt cyanophycin: dạng copolymer acid apastide arginin với tỉ lệ 1:1 Carboxysome: chất enzyme RBP – carboxylase bao bọc màng c Không bào Không có không bào thực mà có loại không bào chứa khí làm chức điều chỉnh tỷ trọng tế bào Không bào khí có vai trò rát quan trọng việc làm tế bào tảo lên mặt nước d Nhân Không có nhân thực, acid nucleic phân bố nguyên sinh chất e Ribosome Có hệ số lắng 70S 4.2 Dạng nhân thực (Eukaryote) Mặc dù khác hình dạng, cách tổ chức kích thước tế bào, tảo nhân thực chứa quan như: nhân, ti thể, lạp thể, máy golgi, mạng Công nghệ sản xuất màu từ tảo GVHD: Nguyễn Thị Thu Sang lưới nội bào, ribosome, không bào cấu trúc pyrenoit, không bào co bóp… a Thành tế bào Một số tảo đơn bào có màng nguyên sinh chất nằm bên màng nhầy Tuy phần lớn tê bào tảo có thành tế bào Đa số thành tế bào chứa protein, xellulose, hemixellulose, pectin dạng sợi khác b Nhân Là nhân thực bao màng nhân hai lớp Thông thường màng nhân tiếp nối mạng lưới nội bào có lỗ đường kính 80-90nm cho ARN protein qua c Ty thể Có kích thước hình dạng khác Ty thể chứa ARN mạch vòng ribosome kích thước 16nm Ty thể địa điểm thực chức hô hấp trao đổi lipid d Ribosome Có cấu trúc tương tự Cyanobacteria hệ số lắng 80S e Bộ máy golgi Có chức quan trọng vận chuyển nội bào Số lượng thể golgi tế bào từ đến vài ngàn Các chất máy golgi vận chuyển bao gồm polysaccharide, glycoprotein, mucopolysaccharide lipoprotein f Cơ quan vận động Đa số tảo đơn bào vận động nhờ roi Mỗi roi cấu trúc hình trụ có màng bao có sợi ngoại vi bao quanh trục Roi trơn (không có lông) có lông mà số tảo dạng gọi mastigoneme g Bộ máy quang hợp Ở tảo thực vật bậc cao, máy quang hợp bao gồm cấu trúc chứa sắc tố thành phần liên quan tới trung tâm quang hóa trình cố đinh CO2 Bộ máy quang hợp nằm gọn lục lạp Chất matrix lục lạp – gọi stroma, chưa có màng thylakoit Trong lục lạp có vùng chứa AND ribosome 70S Trong số tế bào,lục lạp chứa đốm mắt, pyrenoit Công nghệ sản xuất màu từ tảo GVHD: Nguyễn Thị Thu Sang chất dạng tinh thể khác Cấu trúc thylakoit tảo nhân thực tươn tự thực vật bậc cao h Pyrenoit Là vùng chuyên hóa lục lạp nhiều loài tảo nói chung, có mặt pyroneit liên quan tới tốc độ trao đổi chất mạnh tích lũy sản phẩm dự trữ Pyrenoit hình thành sau tế bào phân chia hình thành nhờ việc phân chia pyrenoit có trước Do khó khăn việc tách riêng cấu trúc nên việc nghiên cứu thành phần chất hoạt động quan chưa trọn vẹn i Đốm mắt (eyespot) Là hạt chứa caroten nhạy với ánh sáng, có tên gọi Stigma Một số đốm mắt phân bố lục lạp dạng liên kết với roi j Không bào Tồn tảo có chức điều chỉnh áp suất thẩm thấu Sắc tố quang hợp Là thực vật bậc thấp chứa diệp lục, vi tảo thực trình quang hợp theo chế thực vật bậc cao Hoạt động quang hợp hấp thu ánh sáng Trong tổng số xạ điện từ đến thực vật quang hợp có ánh sáng nhìn thấy ( bước sóng 400 – 720nm) hấp thụ sử dụng cho quang hợp tảo chứa nhóm sắc tố chính: o o o Chlorophyll hấp thụ sánh sáng lam đỏ Carotenoit hấp thụ ánh sáng lam lục Phycobilin hấp thụ ánh sáng lục, vàng da cam a Chlorophyll Chlorophyll hấp thụ ánh sáng lam đỏ tảo thực vật bậc cao, chlorophyll dạng phức hệ với protein Các hệ có phổ hấp thu khác phụ thuộc vào protein chlorophyll Chlorophyll a có tất loài tảo chlorophyll b, c d có số loài định Bảng 1: Phân bố sắc tố Chlorophyll tảo Stewart D.P (Ed.) 1974 Nhóm tảo Chlorophyll Chlorophyll Chlorophyll Chlorophyll Công nghệ sản xuất màu từ tảo Cyanophyceae Rhodophyceae Cryptophyceae Dinophyceae Rhaphidophycea e Chrysophyceae Haptophyceae Bacillariophycea e Xanthophyceae Phaeophyceae Prasinophyceae Euglenophyceae Chlorophyceae GVHD: Nguyễn Thị Thu Sang + b - c + + d + - + - + - + + - + + - + - + - + + + + + + - - + + + + + + + Sinh tổng hợp chlorophyll bị ức chế thiếu Fe, nitơ Mg Hai tác nhân khác thừa cacbon hữu ánh sáng mạnh Sinh tổng hợp chlorophyll mẫn cảm với chất ức chế cycloheximide chloramphenicol b Carotenoit Carotenoit bao gồm nhóm lớn sắc tố thể sống Người ta xác định 640 loại carotenoit Đa phần sắc tố định màu sắc vàng, da cam đỏ vi sinh vật, nấm, tảo, thực vật động vật Carotenoit hấp thụ ánh sáng xanh lục Beta-carotene dạng điển hình loài tảo thực vật bậc cao fucoxanthin đặc trưng cho tảo nâu tảo silic Thành phần carotenoit tảo đa dạng so với thực vật bậc cao Ở tảo lam Spirulina, carotenoit bao gồm nhiều sắc tố khác nhau: oscillaxanthin, myxoxanthophyll, zeaxanthin, hydroechinenon, β-carotene, epoxy-β-caroten, βcryptoxanthin, echinenon Trong số carotenoit β-carotene có tỉ lệ cao Trong tế bào tảo có nhiều dạng xanthophyll Thực vật bậc cao tảo lục giống chứa lutein với hàm lượng cao Rhodophyceae Cryptophyceae chứa nhiều lutein Trong đó, xanthophyll quan trọng mixoxanthophyll mixoxanthin lại đặc trưng cho tảo lam 10 Công nghệ sản xuất màu từ tảo  GVHD: Nguyễn Thị Thu Sang Giải thích quy trình công nghệ: • Giai đoạn 1: nuôi cấy tảo Giống: Chọn Spirulina với sợi nhỏ xoắn cân đối, Spirulina phải chứa 1% axit α – linoleic tính theo trọng lượng chất khô, tảo phải tập trung lại với thành lớp Trong trình nuôi cấy, phải tiến hành khuấy trộn, khuấy trộn liên tục nồng độ đạt đến 0,8 g/l Môi trường nuôi cấy tảo Spirulina: - Môi trường bản: K2HPO4 0,1g/200ml; MgSO4.7H2O 0,04g/200ml; CaCl2.H2O 0,008g/200ml; NaNO3 0,5g/200ml; NaCl 0,2g/200ml; FeSO4 0,0002g/200ml; EDTA 0,016g/200ml - Môi trường bổ sung 1: H3BO3 2,86g/l; ZnSO4.7H2O 0,22g/l; MoC3 0,01g/l; MnCl2.4H2O 1.81g/l; CuSO4.5H2O 0,08g/l - Môi trường bổ sung 2: K2Cr2(SO4).24H2O 960g/l; NiSO4.7H2O 478g/l; Ti2(SO4) 400g/l; Co(NO3)2.6H2O 44g/l - Cách pha môi trường: Cân 16,8g NaHCO3 hòa tan 500ml nước cất them vào 10ml dung dịch bản, 1ml dung dịch bổ sung 1ml dung dich bổ sung 2, them nước cất vào cho đủ 1l Các điều kiện ký thuật tình nuôi cấy tảo: - - Phải có ánh sáng với cường độ chiếu cao Vì nuôi tảo phải có điều kiện khí hậu thuận lợi, trước hết thời kỳ ánh sáng mặt trời mạnh kéo dài để có đầy đủ lượng ánh sáng Tảo bị chi phối chu kì sáng/tối chiếu sáng liên tục giá trị sinh khối đạt cao Cường độ ánh sáng thích hợp cho Spirulina nằm khoảng 25000 – 30000 lux Những sợi tảo nhỏ dễ bị phá hủy cường độ chiếu sáng mạnh kéo dài Bởi vậy, chũng ta cần phải giảm bớt thời gian chúng chiếu sáng ánh snags mặt trời Mưa làm giảm bớt bay nước với điều kiện không để đầy tràn ao nuôi trồng tảo Ánh sáng chiếu sáng nhân tạo giúp spirulina phát triển nhanh biện pháp kinh tế phiền phức mặt công nghệ Ngừoi ta dùng đèn huỳnh quang đèn halogen nhằm để vừa chiếu sáng vừa làm nóng môi trường nuôi cấy pH môi trường phải trì 8,5 – Phải cung cấp đầy đủ muối vi lượng Phải khuấy liên tục tạo tiếp xúc thường xuyên với ánh sáng Vì trình nuôi cấy tảo đòi hỏi thiết bị đặc biệt Thông 30 Công nghệ sản xuất màu từ tảo - GVHD: Nguyễn Thị Thu Sang thường ta dùng bể phẳng (bể tròn), máng phẳng uốn khúc Những thiết bị có tác dụng lật đảo nhằm hạn chế lắng tế bào đưa tế bào trở lại bề mặt chiếu sáng Cung cấp CO2: tối ưu khoảng – 5% so với không khí Việc cung cấp CO2 với vai trò nguồn cacbon trình quang hợp cần thiết Các phương pháp nuôi tảo: Hiện giới có ba hình thức nuôi trồng Spirulina: thu hoạch Spirulina tựu nhiên hồ, nuôi cấy hồ nhà kính có mái che phát triển hệ thống nuôi ống suốt để tang tiếp xúc với ánh sáng Những hệ thống bán tự nhiên cho chất lượng tốt thu hoạch tự nhiên Theo qui mô ta chia làm loại: Nuôi cấy thủ công: nuôi cấy tảo tự nhiên cách xây mang bao xi măng thùng phi - Nuôi qui mô bán công nghiệp: tảo nuôi bể suốt, hình chữ U, dài 20m, rộng khoảng 1,2m - Nuôi cấy theo qui mô công nghiệp: có hệ thống hệ thống kín hệ thống hở: • Hệ kín: vi tảo nuôi bể lên men chủ yếu dùng ánh sáng nhân tạo sục khí CO2 tùy theo yêu cầu công nghệ • Hệ hở: trình quang hợp vi tảo gắn liền với ánh sáng tự nhiên Chiều cao môi trường khoảng 15 – 17 cm, 0,7 chiều cao bể nuôi cấy Khuấy đảo với chế độ thích hợp giúp cho tảo không bị lắng xuống đáy bể, đảm bảo dinh dưỡng toàn tế bào hệ thống nuôi Giai đoạn 2: Thu sinh khối Việc thu sinh khối qua bước sau: - Làm đục sơ - Lọc trông lược chân không - Phá vỡ tế bào - Sấy khô - Nghiền - Đóng gói -  31 Công nghệ sản xuất màu từ tảo GVHD: Nguyễn Thị Thu Sang Khi hàm lượng tảo đạt cực đại tiến hành thu hoạch tảo Việc thu hoạch thao tác dễ dàng trừ trở nên già dính lại với việc thu hoạch trở nên khó khan Thời gian thu hoạch tảo tốt vào buổi sáng sớm nhiề lí do: • • • Công việc dễ dàng thời tiết mát mẻ Trời nắng dễ làm khô sản phẩm Phần tram protein Spirulina cao vào buổi sáng Về việc thu hoạch tảo có bước: • • Cô đặc sơ thu khoảng 10% chất khô phần lại chứa 50% môi trường nuôi cấy Việc loại bỏ phần lại môi trường nuôi cấy sinh khối Spirulina tươi tiến hành qua s trình sử dụng trình sấy khô, chứa khoảng 20% vật chất khô dường không môi trường nuôi cấy Cách lọc tiến hành đơn giản cách cho tảo môi trường qua lớp vải lọc nhờ vào trọng lực Lớp vải làm từ poliamide polyester với kích thước mắt lưới cỡ 30 – 50 µm thích hợp Việc hổ trựo hêm luói lọc mịn làm tang nhanh trình sử dụng túi lớn để lọc Bảo quản sản phẩm: Sinh khối tươi sua thu hoạch không giữ lâu tủ lạnh vài giừo nhiệt độ phòng Thêm 10% muối phương pháp để tang thời gian bảo quản lên tới vài tháng vẻ bề mùi vị sản phẩm bị thay đổi: màu xanh phycocyanin bị đi, sản phẩm trở nên lỏng mùi vị có phần giống bột cá Việc lạnh đông cách bảo quản sinh khối spirulina thời gian dài Nó làm màu xanh không làm thay đổi mùi vị Sấy phương pháp phổ biến để bảo quản phân phối Spirulina Nếu spirilina sấy đóng gói kĩ thuật sấy coi phương pháp tốt để giữ Spirulina vòng năm Sấy khô: máy sấy dùng công nghiệp máy sấy phun, nhiệt độ sấy phải nhỏ 68oC Quy trình chiết Phycocyanin 32 Công nghệ sản xuất màu từ tảo Sinh khối tảo tươi GVHD: Nguyễn Thị Thu Sang Dung môi Viscozyme Khuấy (t=50oC) Làm nguội (250C) Ly tâm Thêm (NH4)2SO4 đạt 20% Lắng (24h) Cặn Thêm (NH4)2SO4 đạt 60% Lắng (24h) Lọc Cô đặc Phycocyanin tinh khiết Sấy 33 Công nghệ sản xuất màu từ tảo GVHD: Nguyễn Thị Thu Sang Thuyết minh quy trình công nghệ Cơ chế phương pháp chiết Phycocyanin từ tảo Spirulina phá vỡ màng tế bào để thu chất nội bào chủ yếu Phycocyanin a Chọn dung môi Phycocyanin giải phóng khỏi tế bào lực học làm phá vỡ tế bào Quy trình chịu ảnh hưởng trực tiếp dung môi Các dung môi lựa chọn khảo sát chủ yếu có liên quan đến kết tủa Phycocyanin dung dịch Trong đó, giá trị pH dung dịch nồng độ muối hai yếu tố ảnh hưởng chủ yếu Với điều kiện cố định, thay đổi dung môi: - Đệm phosphate, pH=7 Nước cất (H2O) Đệm acetate, pH=5 Dung dịch NaCl 0,15 M Dung dịch CaCl2 10 g/l Ta có kết sau: - - Phycocyanin ổn định giá trị pH=5 – Với dung dịch có pH=7 protein tương tác với dung môi nhiều Vì vậy, lượng Phycocyanin giải phonhs khỏi tế bào cao làm gia tăng hiệu suất trình tinh chiết Ngoài yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến trình chiết nồng độ muối Theo quy tắc kết tủa protein: nồng độ muối tăng, 34 Công nghệ sản xuất màu từ tảo GVHD: Nguyễn Thị Thu Sang phân tử muối có tính solvat hóa mạnh làm giảm phân tử nước xung quanh phân tử protein tạo điều kiện cho bề mặt kị nước tiến gần kết tủa xuống vậy, dung môi có nồng độ muối thấp lượng protein ị lắng nên lượng PC chiết nhiều Mặt khác, lượng protein chiết nhiều làm giảm độ tinh khiết dung dịch Do vậy, dung môi tối ưu chọn cho trình chiết đệm phosphate b Sử dụng enzyme Vyscozyme Viscozyme sản phẩm từ chủng nấm mốc Aspergillus aculeatus Viscozyme chứa carbohydrase làm phân hủy cellulose hemicellulose, thành phần chủ yếu tế bào thực vật, nơi ngăn ngừa nước trì tính toàn vẹn tế bào thành tế bào, giúp làm tăng khả chiết chất có bên tế bào Vyscozume chứa xylanase, hemicellulose,có khả phá vỡ hemicellulose thành tế bào, cellulose phức hệ enzyme có tác dụng thủy phân cellulose thông qua việc thủy phân liên kết 1,4-β-glucoside cellulose Trong đó, tế bào tảo bao bọc màng nhầy Sự tương tác màng tế bào dung môi làm phát sinh sức căng bề mặt gây độ nhớt định Vyscozyme sử dụng kết hợp với lực học nhằm làm giảm độ nhớt phát sinh dung dịch để lượng Phycocyanin dịch nội bào chiết cách dễ dạng Theo khảo sát với nồng độ enzyme khác ta có kết quả: Điều kiện khảo sát      Khối lượng tảo: 10,07g Nhiệt độ: 500C Thể tích dung môi: 50ml Thời gian khuấy: phút, 10 phút, 15 phút, 20 phút Tốc độ khuấy: 500 vòng/ phút Thay đổi nồng độ Vyscozyme: 0,5%, 1%, 1,5% (theo khối lượng tảo) Ta có bảng kết 35 Công nghệ sản xuất màu từ tảo GVHD: Nguyễn Thị Thu Sang Cấu trúc enzyme có trung tâm hoạt động mang tính chọn lọc cao Khi kết hợp với chất trung tâm hoạt động tạo phức enzyme – chất Điều kiện để phản ứng hoạt hóa enzyme xảy chất phải tiếp xúc với enzyme vị trí trung tâm hoạt động kích thước chất phải phù hợp với kích thước trung tâm hoạt động enzyme Khi dung dịch tồn hàm lượng lớn Vyscozyme xảy cạnh tranh, gia tăng chuyển động phân tử làm hạn chế tiếp xúc màng tế bào với trung tâm hoạt động enzyme Vì vậy, nồng độ Vyscozyme cao hiệu làm giảm độ nhớt giảm nên hàm lượng Phycocyanin giải phóng khỏi tế bào giảm theo Về mặt lượng, phức hợp Vyscozyme màng tế bào hình thành lượng giải phóng từ phức enzyme – chất giảm nên lượng hoạt hóa thay đổi không đáng kể Chính vậy, hiệu Vysozyme trình chiết Phycocyanin đạt kết cao nồng độ eyme dung mooi tương đối thấp Vậy nồng độ enzyme tối ưu cho trình chiết 0,5% c Khuấy Mục đích: Tạo dung dịch huyền phù, nhũ tương, làm đảo trộn để tăng cường trình hòa tan sinh khối tảo, viscozyme dung môi vào với nhau, tăng khả tiếp xúc phản ứng chất tạo dung dịch có độ đồng cao Ngoài ra, tác dụng lực khuấy, màng tế bào bị phá vỡ, chất nội bào thoát phần lớn Phycocyanin Ta chọn khuấy nhiệt độ 500C nhiệt độ hoạt hóa enzyme Vyscozyme 36 Công nghệ sản xuất màu từ tảo GVHD: Nguyễn Thị Thu Sang Qua khảo sát thời gian khuấy với điều kiện cố định:      Khối lượng tảo: 10,07g Nhiệt độ: 500C Thể tích dung môi: 50ml Nồng độ enzyme: 0,5% Tốc độ khuấy: 500 vòng/ phút Thay đổi thời gian: phút, 10 phút, 15 phút, 20 phút Ta có kết Tại nhiệt độ hoạt hóa, thời gian tiếp xúc Vyscozyme màng tế bào tăng độ nhớt dung dịch giảm làm Phycocyanin chất khác dịch nội bào dễ dàng thoát Do đó, khoảng thời gian 15 phút đầu, nồng độ Phycocyanin tăng dẫn đến hiệu suất trình chiết tăng Trong trình này, phân tử khác dịch nội bào giải phóng nhiều làm giảm độ tinh khiết Phycocyanin Tuy nhiên, tác chất có giới hạn đồng thời Vyscozyme có hoạt tính mạnh nên khoảng thời gian 15 phút đầu, phần lớn Phycocyanin thoát khỏi tế bào Mặt khác thực trình khuấy kéo dài 50 0C làm phần Phycocyanin bị biến tính Đây nguyên nhân làm giảm nồng độ Phycocyanin thời gian khuấy tăng Vậy thời gian khuấy chiết Phycocyanin tối ưu sử dụng Vyscozyme 15 phút d Làm nguội Mục đích: hạ nhiệt độ thời gian khuấy đạt yêu cầu để tránh làm Phycocyanin biến tính Ta đưa nhiệt độ 250C nhiệt độ Phycocyanin ổn định 37 Công nghệ sản xuất màu từ tảo e GVHD: Nguyễn Thị Thu Sang Ly tâm Cơ sở khoa học: Ly tâm trình sử dụng lực ly tâm để phân riêng cấu tử ó khối lượng riêng khác Động lực trình lực ly tâm yếu tố khác biệt để phân riêng khối lượng riêng Sự khác biệt khối lượng riêng lớn trình phân riêng thực dễ dàng Mục đích ly tâm thu dịch nội bào chứa phần lớn Phycocyanin f Bổ sung (NH4)2SO4 Mục đích: tinh dịch để thu Phycocyanin có độ tinh khiết cao Muối amonium sulfate (NH 4)2SO4 muối có tính solvat hóa mạnh, có mặt làm giảm phân tử nước xung quanh protein Trong trình này, lực tương tác protein – nước giảm dần lực tương tác phân tử protein – protein tăng lên dẫn đến kết hợp lại lắng xuống phân tử protein Có trình bổ sung (NH4)2SO4: - Bổ sung (NH4)2SO4 20% PC: nồng độ Phycocyannin EP: độ38tinh khiết Phycocyanin Công nghệ sản xuất màu từ tảo GVHD: Nguyễn Thị Thu Sang Từ đồ thị ta rút ra: Khi tăng hàm lượng (NH4)2SO4 nồng độ Phycocyanin thu giảm Với tồn lượng lớn phân tử muối dung dịch, tương tác với phân tử protein phân tử tương tác với phân tử Phycocyanin dẫn đến giảm nồng độ Phycocyanin sau trình tinh Nồng độ muối cho vào dịch chiết đạt khoảng 20 – 25% độ tinh khiết thu cao đáng kể Do với hàm lượng này, phân tử muối tương tác với phần lớn phan tử protein, làm giải phóng hầu hết phân tử Phycocyanin Trong đó, nồng độ muối đạt 20% thích hợp Bổ sung (NH4)2SO4 60% - Sau phân tử protein loại bỏ, ta tiếp tục thêm muối với nồng độ 60% độ bão hòa Lúc Phycocyanin dung dịch tương tác với tập hợp pha Do đó, muối (NH 4)2SO4 tác dụng tinh đóng vai trò cô đặc Phycocyanin g Lắng Cơ sở khoa học: lắng trình phân riêng dựa vào khác khối lượng riêng cấu tử hệ tác dụng trọng lực - - Ở giai đoạn lắng 1: Các phân tử protein sau liên kết lại với có trọng lượng lớn nên có xu hướng lắng xuông dưới, dung dịch chứa Phycocyanin nhe nên tập trung phía Sau thời gian 24h lắng ta tiến hành loại bỏ phần protein kết lắng thu dịch giàu Phycocyanin Ở giai đoạn lắng 2: Các phân tử Phycocyanin tương tác, liên kết với tập hợp pha, lắng xuống Ta thực trình lắng 24h sau thu phần lắng loại bỏ dung dịch thu Phycocyanin tinh khiết dạng kết tủa h Lọc Cơ sở khoa học: Để tạo Phycocyanin thành phẩm có độ tinh khiết cao ta cần loại bỏ (NH4)2SO4 phân tử khác lẫn dịch chiết Đây xem bước chuẩn bị quan trọng trước tiến hành tạo bột Phycocyanin 39 Công nghệ sản xuất màu từ tảo GVHD: Nguyễn Thị Thu Sang ảnh hưởng lớn đến đặc tính sản phẩm tạo thành Ở ta sử dụng màng siêu lọc 30 kDa để tiến hành lọc rửa mẫu sau tinh Với kích thước 30 kDa, màng lọc loại hầu hết phân tử lẫn dịch chiết phân tử protein có kích thước nhỏ 30 kDa Đây nguyên nhân làm tăng nồng độ độ tinh khiết Phycocyanin sau lần lọc i Cô đặc Cơ sử khoa học: Cô đặc trình làm bay nước phần Phycocyanin sau loc nhằm làm tăng nồng độ độ tinh khiết phycocyanin Mục đích: chuẩn bị, khai thác, bảo quản Chuẩn bị: cô đặc giúp cho trình sấy diễn dễ dàng hiệu thác: trình cô đặc giúp tách bớt nước khỏi Phycocyanin nồng độ phycocyanin tăng lên Bảo quản: trình cô đặc làm giảm hàm lượng nước tăng hàm lượng chất khô sản phẩm Do đó, hoạt độ nước sau cô đặc giảm Đây yếu tố quan trọng để gây ức chế hệ vi sinh vật sản phẩm góp phần kéo dài thời gian bảo quản sản phẩm j Sấy Cơ sở khoa học: Sấy trình sử dụng nhiệt để tách nước khỏi mẫu Phy cocyanin sau cô đặc Sau sấy sản phẩm thu dạng bột Mục đích: khai thác, bảo quản, hoàn thiện Khai thác: trình sấy tách nước khỏi Phycocyanin Do hàm lượng Phycocyanin có đơn vị khối lượng tăng lên Bảo quản: trình sấy làm giảm giá trị hoạt độ nước sản phẩm nên ức chế hệ vi sinh vật số enzyme, giúp kéo dài thời gian bảo quản sản phẩm Hoàn thiện: trình sấy giup cải thiện hình dạng khối phycocyanin, giúp sản phẩm thu dạng bột tăng giá trị cảm quan 40 Công nghệ sản xuất màu từ tảo III - - GVHD: Nguyễn Thị Thu Sang Sản phẩm Thông tin đóng gói : Số lượng lớn Phycocyanin/Spirulina Phycocyanin 25 kg/drum, bên túi nhựa đôi, 1~20kg giấy bạc túi chân không Thông số kỹ thuật: 100% màu tự nhiên- Phycocyanin với chất lượng cao Trung Quốc Sử dụng: Thường 0.05% ~0.2% theo yêu cầu sản xuất bình thường Biện pháp phòng ngừa: Vì Spirulina màu xanh ổn định nhiệt, axit rượu, tốt để thêm sau sản phẩm làm lạnh xuống thấp so với độ C sau thêm axit rượu, tốt để thêm chúng vào cuối trình Công dụng: • Được sử dụng rộng rãi bánh, kẹo, kem lạnh, thạch, nước giải khát, sản phẩm mát vv… có màu xanh • Thực phẩm tự nhiên sắc tố: phycocyanin nước hòa tan sắc tố, không độc hại, tinh khiết, sử dụng thực phẩm, màu, mỹ phẩm phụ gia 41 Công nghệ sản xuất màu từ tảo GVHD: Nguyễn Thị Thu Sang • Y học thực phẩm sức khỏe sản phẩm: Phycocyanin thử nghiệm ống nghiệm để chứng minh ckích thích tế bào máu đỏ, tương tự chức erythropoietin( EPO) Màu vaule Nguồn Hình dáng Mùi Hòa tan Sàng phân tích Mất mát làm khô Tro Mật độ Kim loại nặng Pb Hg Cd Dung môi lại Tổng số vi sinh vật hiếu khí Tổng só nấm men nấm mốc E Coli Salmonella Phycocyanin E180 E250 Spirulina platensisarthorspira platenis bột màu xanh đặc trưng hòa tan nước 100% vượt qua 80 lưới 7.0% 5.0% 40-70g/100ml 10 ppm ppm < 1ppm < 1ppm Eur Pharm Vi sinh < 10000cfu/g < 1000cfu/g Không có Không có 42 Công nghệ sản xuất màu từ tảo GVHD: Nguyễn Thị Thu Sang Tài liệu tham khảo A B Sách Ứng dụng công nghệ sinh học công nghệ thực phẩm Công nghệ sinh học Vi Tảo Công nghệ chế biến Vi sinh học thực phẩm Internet http://www.cesti.gov.vn/hoi-dap-cong-nghe/cong-nghe-san-xuat-taospirulina-sach/content/view/8789/614/245/1.html http://text.123doc.org/document/1324252-tong-quan-ve-tao-va-ungdung-tao-trong-san-xuat-thuc-pham.htm http://www.seacolors.eu/images/dyes_and_colourants_from_algae.pdf http://vietnamese.alibaba.com/product-gs/new-third-party-testingbest-pigment-bulk-phycocyanin-spirulina-phycocyanin-for-foodadditives-60092213346.html 43 Công nghệ sản xuất màu từ tảo GVHD: Nguyễn Thị Thu Sang Châu Phượng Quyên Luận văn tốt nghiệp đại học: Khảo sát – nghiên cứu phương pháp tách Phycocyanin tảo Spirulina,2010, trường đại học Cần Thơ Võ Ngọc Hân Luận văn tốt nghiệp đại học: Nghiên cứu phương pháp tinh Phycocyanin từ tảo Spirulina tạo sản phẩm bột Phycocyanin,2011, trường đại học cần thơ 44 ... Các thành phần tảo Spirulina Bảng 3: thành phần dinh dưỡng tảo Spirulina 25 Công nghệ sản xuất màu từ tảo C GVHD: Nguyễn Thị Thu Sang Phycocyanin(PC) 26 Công nghệ sản xuất màu từ tảo GVHD: Nguyễn... chút Theo tài liệu Công nghệ sinh học Vi tảo, NXB nông nghiệp Hà Nội1999, tảo chia thành 10 ngành: Tảo lam Tảo giáp Tảo vàng ánh Tảo silic Tảo vàng Tảo nâu Tảo đỏ Tảo mắt Tảo lục Tảo vòng Phân bố.. .Công nghệ sản xuất màu từ tảo GVHD: Nguyễn Thị Thu Sang MỤC LỤC Công nghệ sản xuất màu từ tảo GVHD: Nguyễn Thị Thu Sang Ý KIẾN CỦA GIÁO VIÊN