Thiên nhiên ban tặng cho chúng ta nhiều nguồn năng lượng quý, trong đó có ánh sáng mặt trời. Các sinh vật sơ cấp như cây xanh, vi sinh vật quang tự dưỡng sử dụng ánh sáng mặt trời để tổng hợp nên nguồn năng lượng sống qua quá trình quang hợp. Trong đó Tảo (Algae) đóng góp nguồn sinh khối sơ cấp khổng lồ. Việc nghiên cứu giá trị dinh dưỡng của tảo đang ngày càng được chú trọng. Trong những thập niên gần đây, tảo Spirulina được tập trung nhiều nghiên cứu cho những giá trị dinh dưỡng của chúng. Kỹ thuật nuôi đơn giản, thời gian sản xuất hầu như quanh năm. Sinh khối thu được có giá trị dinh dưỡng cao với hàm lượng protein đạt 6070% trọng lượng khô, đầy đủ các axit amin đặc biệt là các axit amin không thay thế, giàu các vitamin, các nguyên tố khoáng, các chất khoáng, các sắc tố và nhiều chất có hoạt tính sinh học khác. Nhờ vậy, những ứng dụng của tảo không chỉ là nguồn dinh dưỡng quý mà còn được ứng dụng nhiều trong ydược học. Những thành tựu về công nghệ nuôi trồng và sử dụng tảo phát triển mạnh. =>Chính vì vậy việc sản xuất ra viên tảo Spirulina có một ý nghĩa hết sức to lớn cho nền y học nói chung, góp phần đáp ứng nhu cầu về sức khỏe và sắc đẹp cho con người.
Phần MỞ ĐẦU Thiên nhiên ban tặng cho nhiều nguồn lượng quý, có ánh sáng mặt trời Các sinh vật sơ cấp xanh, vi sinh vật quang tự dưỡng sử dụng ánh sáng mặt trời để tổng hợp nên nguồn lượng sống qua q trình quang hợp Trong Tảo (Algae) đóng góp nguồn sinh khối sơ cấp khổng lồ Việc nghiên cứu giá trị dinh dưỡng tảo ngày trọng Trong thập niên gần đây, tảo Spirulina tập trung nhiều nghiên cứu cho giá trị dinh dưỡng chúng Kỹ thuật nuôi đơn giản, thời gian sản xuất quanh năm Sinh khối thu có giá trị dinh dưỡng cao với hàm lượng protein đạt 60-70% trọng lượng khô, đầy đủ axit amin đặc biệt axit amin không thay thế, giàu vitamin, nguyên tố khoáng, chất khống, sắc tố nhiều chất có hoạt tính sinh học khác Nhờ vậy, ứng dụng tảo khơng nguồn dinh dưỡng q mà ứng dụng nhiều y-dược học Những thành tựu công nghệ nuôi trồng sử dụng tảo phát triển mạnh =>Chính việc sản xuất viên tảo Spirulina có ý nghĩa to lớn cho y học nói chung, góp phần đáp ứng nhu cầu sức khỏe sắc đẹp cho người Tảo mặt trời Spirulina tự nhiên từ tảo Spirulina Phần NỘI DUNG 2.1 Giới thiệu tảo Spirulina 2.1.1 Khái quát chung Tảo Spirulina thuộc: - Ngành Cyanophyta(tảo lam) - Lớp Cyanophyceae - Bộ Oscillatoriales - Họ Oscillatoriaceae Giống Spirulina Spirulina có mặt trái đất cách khoảng tỉ năm Loài tảo tiến sĩ Clement người Pháp tình cờ phát vào năm 1960 đến hồ Tchad Trung Phi Tên Spirulina gốc từ Latinh Anh ngữ “Spiral”, có nghĩa “xoắn” Nó loại thần dược điều trị bệnh suy dinh dưỡng số bệnh khác Hình thái: Spirulina loại tảo lam đa bào, dạng sợi, xoắn kiểu lò xo, với vòng xoắn nhau, cuối hai đầu sợi thường hẹp, mút lại Có màu xanh lam, chiều dài thay đổi đạt ¼ mm Mỗi năm có khoảng 3.000 tảo xuất khẩu, nước tiêu thụ mạnh đại lục Trung Hoa (chiếm nửa), Mỹ Ngày nay, tảo Spirulina nuôi trồng nhiều nước như: Hoa Kỳ, Thái Lan, Ấn Độ, Nhật, Hồng Kông Việt Nam Ở Việt Nam tảo Spirulina đưa vào từ 1985 Trong năm 1985-1995 có nghiên cứu thuộc lĩnh vực cơng nghệ sinh học cấp nhà nước nghiên cứu GS.TS Nguyễn Hữu Thước cộng (Viện Công nghệ Sinh học thuộc Viện Khoa học Công nghệ Việt Nam) với đề tài "Công nghiệp nuôi trồng sử dụng tảo Spirulina" Hay đề tài cấp thành phố Bác sĩ Nguyễn Thị Kim Hưng (TP Hồ Chí Minh) cộng với đề tài "Nghiên cứu sản xuất sử dụng thức ăn có tảo Spirulina dinh dưỡng điều trị" 2.1.2 Phân bố Spirulina sống môi trường ưa kiềm (pH: 8,5-9,5) Trong tự nhiên, chúng sống hồ, suối khoáng ấm áp Ở vùng nước cạn, xung quanh rìa hồ hay kênh bị nhiễm thường bị bao phủ lớp dày tảo lam dạng sợi bám, có tảo Spirulina Trên giới: phân bố nhiều Bắc Nam Châu Phi, Bắc Nam Châu Mỹ, Nam Trung Châu Á…: hồ Tchad – Trung Phi, Mexico, Kanembu, thung lũng hoang mạc Imperial thuộc bang California, nông trại Hawwai (Hoa Kỳ), trang trại Twin Tauong (Myanmar), công ty tảo Siam (Thái Lan), trang trại Chenhai (Trung Quốc), Ở Việt Nam: phân bố thủy vực khác như: sông, ao, hồ, ruộng lúa, vùng nước, … nuôi trồng ở: cơng ty cổ phần nước khống Vĩnh Hảo (Bình Thuận), số sở Bình Chánh TP Hồ Chí Minh 2.1.3 Thành phần hóa học Theo hàm lượng chất khô, tảo chứa: Protein (56% - 77%), Carbohydrates (15% - 25%), acid béo (18%) (acid linoleic, acid linolenic), vitamin (B1, B2, B6, B12, PP, E), carotene (β-carotene), chlorophil, chất màu, folic acid, inosit acid, acid amin: Isoleucine, Leucine, Lysine, Methionine, Phenylalanine, Threonine, Tryptophane, Valine Các nguyên tố vi lượng K, Mg, Fe, Mn, Zn, Ca, P, Selen 2.1.4 Khoáng chất sức khỏe Khoáng chất : Hàm lượng khoáng chất tảo Spirulina thay đổi theo điều kiện ni trồng, thông thường sắt 580–646 mg/kg(tăng thêm 5.000% so với rau chân vịt), mangan 23–25 mg/kg, Mg 2.915-3.811/kg, selen 0,4 mg/kg, canxi, kali, phốtpho khoảng 1.000 - 3.000 mg/kg cao (hàm lượng canxi tăng sữa 500%) Sức khỏe: - Tảo Spirulina có chứa phong phú axít amin cần thiết lysin, threonin quan trọng cho trẻ em, đặc biệt thiếu sữa mẹ Hàm lượng khoáng chất nguyên tố vi lượng phong phú phòng tránh bệnh thiếu máu thiếu dinh dưỡng cách hiệu quả, nguồn bổ sung dinh dưỡng tốt cho trẻ lười ăn - Sắt, canxi có nhiều tảo vừa dễ hấp thụ vừa có tác dụng phòng hỗ trợ điều trị bệnh thường gặp người già thiếu máu, xốp xương - Cung cấp dinh dưỡng tốt cho trẻ em, người già số đối tượng khác người bệnh sau phẩu thuật, bệnh nặng - Tăng sức đề kháng, dẻo dai 2.1.5 Điều kiện sinh trưởng phát triển - Tảo Spirulina thực vật có khả sinh sôi phát triển ao hồ có nhiều hố chất độc hại o - Nhiệt độ: Nhiệt độ tối ưu cho sinh trưởng tảo 35 C (32 – 40oC) - Ánh sáng: Là yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến sinh trưởng phát triển tảo Spirulina Nếu chiếu sáng liên tục ngày đêm (24/24) suất tảo cao ⇒ Spirulina khơng có chu kì quang - pH: Loại tảo chịu pH cao từ 8,5 – 11 Cường độ quang hợp đạt mức tối đa pH từ 8,5 – 9,0 Vẫn tăng cao pH = 10, pH làm tăng cường độ quang hợp giảm nhanh pH = 1,5 - Các chất dinh dưỡng: + Carbon: có hàm lượng 50% TLK (trọng lượng khô), nước dạng: CO2, H2CO3, HCO3- , CO32- , NaHCO3 cần thiết cho sinh trưởng tảo + Nitơ: Có hàm lượng 10% TLK, nước dạng: NO 32- , NO2-, NH4+, urê,… Nếu thiếu đạm tảo bị úa vàng, giảm bớt vòng xoắn, đường kính vòng xoắn tăng, giảm lượng protein tảo + Phospho: Phospho mà Spirulina thu nhận phospho vô cơ, chúng tồn dạng H2PO4, HPO42- Khi tảo thiếu phospho bị vàng, vòng xoắn giản + K+, Na+, Ca2+, Mg2+, Cl- Fe: Khi thiếu Cl độ xoắn bị chặn lại cấu trúc tảo bị phá hủy Thiếu nguyên tố khác giống thiếu phospho, nitơ: tảo bị vàng, vòng xoắn giản Nếu Fe thiếu ảnh hưởng chất lượng tảo + Các nguyên tố vi lượng khác: không ảnh hưởng rõ đến sinh trưởng tảo 2.1.6 Sinh sản Hình thức sinh sản: vơ tính(phân chia từ sợi tảo mẹ trưởng thành) Từ sợi tảo mẹ, hình thành nên đoạn Necridia (gồm tế bào chuyên biệt cho sinh sản) Trong Necridia hình thành đĩa lõm hai mặt tách rời tạo hormogonia (hình thức tảo đoạn) Trong phát triển, phần đầu gắn tiêu giảm, đầu hormogonia trở nên tròn vách tế bào có chiều dày khơng đổi Các hormogonia phát triển, trưởng thành chu kì sinh sản lập lập lại cách ngẫu nhiên, tạo nên vòng đời tảo Trong thời kì sinh sản tảo spirulina nhạt màu sắc tố xanh bình thường Vòng đời tảo đơn giản, tương đối ngắn.Trong điều kiện tối ưu (nuôi phòng thí nghiệm) vòng đời khoảng ngày Ở điều kiện tự nhiên khoảng 3-5 ngày 2.2 Kỹ thuật nuôi trồng tảo 2.2.1.Các hệ thống nuôi tảo Trên giới có hai hệ thống ni tảo - Nuôi theo hệ thống hở (Opened Ecosystem-O.E.S) : thường áp dụng trang trại ni có qui mô lớn (công nghiệp) nuôi qui mô gia đình (thủ cơng) Spirulina ni mơi trường dinh dưỡng đựng bình, chậu, bể, hệ thống ao nhiều kênh Trong mơ hình tảo sử dụng trực tiếp ánh sáng từ mặt trời Các trang trại qui mô lớn thường lắp đặt hệ thống cánh quạt khuấy đảm bảo cho tảo hấp thụ tốt ánh sáng tránh sợi tảo bị chìm xuống đáy Các mơ hình ni có qui mơ nhỏ thường khuấy thủ cơng diện tích nhỏ Do hệ thống nuôi hở nên kiểu nuôi phụ thuộc lớn vào điều kiện thời tiết nên cần có giải pháp quản lý tốt - Ni theo hệ thống kín (Closed Ecosystem-C.E.S) : Công nghệ nuôi trồng tảo Spirulina theo hệ thống kín (C.E.S): Spirulina ni bể đặt nhà kính (green-house) Đây mơ hình ni cần đầu tư lớn có khả kiểm soát yếu tố lý hoá học Tảo sử dụng ánh sáng nhân tạo hay tự nhiên từ mặt trời 2.2.2 Kỹ thuật ni trồng tảo • Lựa chọn địa điểm ni tảo Nơi ni tảo phải có lượng chiếu sáng thích hợp giúp tảo sinh trưởng bình thường, giảm chi phí chiếu sang Chủ động nguồn nước nuôi tảo, nước không bị ô nhiễm Giao thông thuận tiện cho việc vận chuyển nguyên liệu đầu vào sản phẩm sau thu hoạch Nơi có hệ thống điện lưới tốt • Thiết kế bể ni tảo - - Bể ni tảo thường có hình chữ nhật, góc vê tròn kết hợp với hệ thống cánh khuấy (paddle-wheel) khuấy thủ cơng (qui mơ nhỏ) Tác dụng cánh khuấy nhằm: tạo tiếp xúc tốt tế bào tảo với dinh dưỡng, ánh sáng, CO 2; giữ ổn định nhiệt độ nước giúp tảo phát triển tốt; tạo dòng chảy giúp cho tảo không bị lắng góc bể Bể lớn (hoặc nhỏ) diện tích Thể tích lên tới 1ha x 0,3 m3, chí đến 200ha x 0,3 m Bể nên xây cao 50 – 55cm để đảm bảo độ sâu mực nước từ 20 – 30 cm Bể xây dựng vật liệu xây dựng thông thường như: xi-măng, plastic, gạch cement hay gạch bê-tông cement chịu kiềm Bể có xây tường ngăn hụt tạo dòng chảy lưu thơng dòng nước khuấy sụt Có thể đặt hay hai máy khuấy đầu để lưu thơng nước Ngồi ra, xây mái che cho bể Mái che kiểu nhà kính (green-house) đơn giản thiết kế với hai mái, nhọn Khung mái thép, lợp tole trong, nhựa plastic hay kính để ánh sáng qua Mái che di động theo hướng nửa mái kéo nằm song song phía phần mái cố định kế bên Mái che nằm vị trí chiếu sáng tốt nhất, thường hướng Đơng-Tây Công dụng mái che chống xâm nhiễm bụi đất, cát theo gió đưa vào • Nguồn nước dùng nuôi tảo Spirulina Nước dung môi quan trọng để hòa tan chất dinh dưỡng ni tảo Spirulina Có thể dùng nhiều nguồn nước khác để ni tảo Spirulina nước giếng khoan (có chứa nhiều chất vơ có ích, cần phải loại bỏ chất độc chì, arsen,…), nước máy thị (có nhiều khống tốt đắt), nước biển, suối nước khống (có chứa nhiều dưỡng chất tốt cho tảo phát triển) Tuỳ điều kiện khác mà chọn nguồn nước ni tảo thích hợp • Tiêu chuẩn giống Spirulina - - - Chọn giống theo mục đích sử dụng: làm thực phẩm (chọn giống giàu protein, vitamin, khơng có chứa mùi khó chịu sử dụng), làm dược phẩm (chọn giống chiết xuất chất mong muốn với liều lượng cao), làm mỹ phẩm ( chọn giống chiết xuất nhiều chất dưỡng da, chống lão hóa da Vitamin E- chống oxy hóa,…) Chọn giống hấp phụ, tích tụ chất độc môi trường ni cấy chì, arsen Giống Spirulina chất lượng tốt giống hấp phụ chất độc điều kiện thí nghiệm Chọn giống cho suất cao, dễ thu hoạch, dễ thích nghi, sức chống chịu tốt với điều kiện môi trường Giống Spirulina phải mua sở uy tín Đồng thời nơi nuôi trồng Spirulina nên trang bị phòng thí nghiệm để phục vụ cho cơng tác giữ nhân giống phục vụ sản xuất • Các vấn đề quản lý bể nuôi tảo - Các yếu tố mơi trường, khí hậu : + Ánh sáng Ánh sáng tự nhiên (hệ thống nuôi hở): thời gian chiếu sáng, cường độ chiếu sáng vừa phải để giúp tảo phát triển tốt (lượng chiếu sáng ngày 30% lượng chiếu sáng vùng nhiệt đới tốt nhất) Nếu thời gian chiếu sáng dài, cường độ gây gắt làm giảm sinh khối tảo, đồng thời ánh sáng làm tăng nhiệt độ, thất thoát oxy ao làm phân huỷ diệp lục tố tảo Ánh sáng nhân tạo (hệ thống ni Spirulina kín): chủ động điều chỉẩónh sáng với nhu cầu tảo giúp tảo phát triển tốt, nhiên chi phí tốn Thơng thường, người ta tận dụng nguồn ánh sáng tự nhiên để giảm chi phí Quản lý: hệ thống hở, lượng chiếu sáng nhiều che mát cho ao cách trồng xung quanh ao xây mái che cho ao Đối hệ thống kín, điều chỉnh lượng chiếu sáng phù hợp cách điều chỉnh hệ thống đèn hệ thống mái che + Nhiệt độ, pH Nhiệt độ ảnh hưởng đến trình sinh trưởng phát triển tảo Nhiệt độ nước cần kiểm tra hai lần ngày, cần thiết phải trì nhiệt độ không cao 40oC không thấp 20oC suốt ngày Nhiệt độ 20oC tảo không chết phát triển chậm Nhiệt độ 40oC tảo chết Tảo Spirulina phát triển tốt 35oC (Vonshak, 1997) Giá trị pH tối ưu cho tảo phát triển 9,5 nhiên bể ni dao động từ 10-10,5 Vào buổi chiều quang hợp mạnh nên pH lên đến 11,5, ban đêm q trình hơ hấp nên pH lại trở khoảng 1010,5 vào sáng hôm sau + Mưa: Ở nơi có lượng chiếu sáng ngày cao, mưa tốt cho phát triển tảo, làm tràn bể ni tảo mơi trường ngồi Do đó, ta nên xây thành bể cao + Gió Giúp hòa tan lượng oxy khơng khí vào bể Nhưng mang vật lạ vào bể, ảnh hưởng khơng tốt cho tảo Do đó, nên xây mái - che cho bể giúp hạn chế vật chất lạ theo gió rơi vào bể + Bổ sung dưỡng chất Trong q trình ni cần bổ sung thêm dưỡng chất cần thiết cho tảo theo định kỳ Thiếu đạm gây biến đổi sắc tố lam phycocyanin làm tảo bị vàng, tế bào phát triển, suất thấp Tỷ lệ K : Na phải ổn định K/Na ≤ tốt, thiếu K tảo bị vàng Các cation anion cần bổ sung q trình ni tảo sau: Carbonate: 2800 mg/lít; Bicarbonate: 720 mg/lít; Nitrate: 614 mg/lít; Phosphate: 80 mg/lít; Sulfate: 350 mg/lít; Chloride: 3030 mg/lít; Sodium: 4380 mg/lít; Potassium: 642 mg/lít; Calcium: 10 mg/lít; Magnesium: 10 mg/lít; Iron: 0,8 mg/lít + Ảnh hưởng kim loại nặng chất độc khác Ngồi chì, asen, nhiều ion kim loại gây độc cho tảo theo thứ tự: Cu > Ni > Co > Cr > Cd > Zn Ảnh hưởng hóa chất khác thuốc nhuộm, thuốc trừ sâu, thuốc diệt cỏ gây độc cho tảo Các chất độc gây ức chế trình phân chia tảo Các yếu tố sinh học : + Động vật chân chèo (luân trùng - Rotifers) Đôi luân trùng nhiễm vào hệ thống nuôi, chúng dùng tảo lam làm thức ăn Do gây thiệt hại sinh khối tảo Có thể tiêu diệt luân trùng cách dừng khuấy bể vào ban đêm, tảo sử dụng oxygen để hô hấp dẫn đến động vật chân chèo thiếu oxy chết, nhiên có làm làm tảo thiếu oxy cho q trình hơ hấp Ngồi ra, dùng lưới (với mắt lưới nhỏ) để vớt chúng dùng hóa chất để diệt chúng phải đảm bảo không ảnh hưởng đến tảo người tiêu dùng + Các động vật nguyên sinh Chúng không độc cho người, không hại tới tảo Có lẽ chúng giúp cho tảo tạo lượng nhỏ CO Tuy nhiên không nên giữ lại chúng hệ thống nuôi tảo + Amoeba Những loài khác với động vật nguyên sinh chỗ chúng ăn tảo Hiện có khoảng 74 lồi amoeba khác Có lồi số gây nguy hiểm cho người Entamoeba histolytica Các dạng sống dinh dưỡng amoeba hiêm skhi nhìn thấy bên ngaoif vaath cuhr (người, động vật) Chúng lan truyền bào tử hình trứng, bào tử bị tiêu diệt nhiệt độ 450C giò 55oC chúng tồn vài giây +Tảo tạp Hệ thống ni bị nhiễm số loại tảo khác tảo silic (Navicula), tảo lục (Chlorella) Tuy nhiên hầu hết loài tảo sống đáy nên mật độ Spirulina phát triển dày ức chế trình quang hợp chúng ánh sáng xuống tới đáy Trong trường hợp loại tảo phát triển mạnh, người ta tắt máy khuấy sau thu vớt Spirulina mặt chuyển sang bể ni khác, sau xử lý loại tảo tạp Một số loại tảo lam gây độc cho người, nhiên đặc thù môi trường nuôi tảo Spirulina có pH cao nên loại tảo khó phát triển + Vi khuẩn Chúng gây tác hại cho người sử dụng tảo Tuy nhiên giới hạn pH hầu hết loài vi khuẩn gây bệnh nấm mốc, nấm men khoảng 6-8 nên chúng bị tiêu diệt bể nuôi tảo Spirulina Trong trường hợp hệ thống nuôi chứa vi khuẩn gây bệnh cho người, chúng bị tiêu diệt trình chế biến sinh khối tảo • Quy trình ni tảo Chuẩn bị Vệ sinh hồ - cấp nước tới mức định sẵn ( 15-30 cm) ( nguồn thích hợp khơng lẫn chất có hại cho tảo ) – bổ sung hóa chất vào nguồn nước ( định lượng thành phần hóa học chủ yếu Na +, K+, HCO3- , NO3- … ) Môi trường nuôi nên để ổn định vài trước bơm giống xuống bể Bơm giống : Mật độ tế vào spirulina ~ 150 – 300 mg/L Chế khuấy nên liên tục ngày hạn chế ánh sang cho phù hợp với sinh khối loãng Sinh khối tiếp tục phát triển tính tốn pha lỗng dần để tiếp tục nâng mực nước nuôi lên đạt độ sâu cao Bổ sung dinh dưỡng: Chất nuôi tiếp tục bổ sung theo dẫn định lượng thông số hàng ngày, theo chu kỳ : NaHCO3 : cách -3 ngày, tùy PH tăng lên ổn định ~ 10,5 Nguồn N : ure cách -2 ngày, loại đạm khác thưa Nước bổ sung hàng ngày để bù đắp lượng nước bốc - 2.3 Thực phẩm chức từ tảo Spirulina 2.3.1 Khái niệm thực phẩm chức - 1980 khái niệm thực phẩm chức người Nhật sử dụng để thực phẩm chế biến chứa thành phần khơng có giá trị dinh dưỡng giúp nâng cao sức khỏe cho người sử dụng - ILSI: thực phẩm có lợi cho hay nhiều hoạt động thể giá trị dinh dưỡng mà mang lại - WHO: không cung cấp dinh dưỡng mà phòng ngừa số bệnh tất tăng cường sức khỏe - Bộ Y tế Việt Nam: thực phẩm dùng để hỗ trợ chức phận thể người, có tác dụng, tạo cho thể tình trạng thoải mái, tăng sức đề kháng giảm nguy gây bệnh 2.3.2 Sản phẩm Chứa 100% tảo Spirulina nguyên chất Cung cấp 100 chất dinh dưỡng với hàm lượng cao chất chống oxy hóa Phycocyanin đạm cấu thành từ 18 tổng số 20 axit amin, có axit amin thiết yếu tập hợp đầy đủ vitamin khoáng chất cần thiết cho thể Thích hợp cho lứa tuổi (trẻ em từ tuổi trở lên), giúp bổ sung dinh dưỡng đầy đủ, tăng cường hệ miễn dịch, nâng cao sức khỏe tổng thể Kết hợp để điều trị: nám da, ngủ gan máu nhiễm mỡ, huyết áp cao, thiếu máu Cải thiện da, tóc, cân hóc mơn, điều hòa kinh nguyệt cho phụ nữ Thành phần dinh dưỡng Tổng hợp: Carbonhydrate (