Nghiên cứu sự biến động về thành phần và hàm lượng axit béo không bão hòa đa nối đôi ecosapentanoic (EPA) ở vi tảo biển nannochloropsis oculata nuôi trồng trong hệ thống kín ở việt nam

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI *** - NGUYỄN THỊ NHUNG NGHIÊN CỨU SỰ BIẾN ĐỘNG VỀ THÀNH PHẦN VÀ HÀM LƯỢNG AXIT BÉO KHÔNG BÃO HỊA ĐA NỐI ĐƠI ECOSAPENTANOIC (EPA) Ở VI TẢO BIỂN NANNOCHLOROPSIS OCULATA NI TRỒNG TRONG HỆ THỐNG KÍN Ở VIỆT NAM CHUYÊN NGÀNH: CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS.TS ĐẶNG DIỄM HỒNG PGS.TS ĐỖ THỊ HOA VIÊN HÀ NỘI - 2017 Luận văn tốt nghiệp LỜI CẢM ƠN Trƣớc hết tơi xin bày tỏ lịng kính trọng biết ơn sâu sắc đến PGS TS Đặng Diễm Hồng- ngun trƣởng phịng Cơng nghệ Tảo, Viện Cơng nghệ sinh học, Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam định hƣớng nghiên cứu, bảo tận tình tạo điều kiện cho thực luận văn Tôi xin cảm ơn tới PGS TS Đỗ Thị Hoa Viên, Viện Công nghệ sinh học & Công nghệ Thực phẩm, Đại học Bách Khoa Hà Nội tận tình hƣớng dẫn quan tâm bảo để tơi hồn thành tốt luận văn Tôi xin g i ời cảm ơn ch n thành đến ThS NCS ê Thị Thơm bảo, giúp đỡ cho tơi q trình thực luận văn Tơi xin cảm ơn tập thể Phịng Cơng nghệ Tảo, Viện Cơng nghệ sinh học đóng góp ý kiến, chia sẻ kinh nghiệm chuyên môn cho trình thực nghiệm Nghiên cứu đƣợc hỗ trợ phần kinh phí đề tài nhánh “Ni trồng đủ sinh khối số loài vi tảo biển miền Trung Việt Nam cho nghiên cứu hợp chất thứ cấp” 2016 – 2017, PGS TS Đặng Diễm Hồng làm chủ nhiệm đề tài nhánh thuộc hợp phần “Nghiên cứu hợp chất thứ cấp có hoạt tính sinh học từ vi tảo biển vùng biển Trung Bộ (vùng biển Bắc Trung Bộ đến biển Trung Trung Bộ Việt Nam)” có mã số TĐ-VAST.07 TS Nguyễn Thị Minh Hằng Viện Hóa sinh biển làm chủ nhiệm năm 2016-2018 Chúng tơi xin cảm ơn Phịng thí nghiệm Trọng Điểm Công nghệ gene Viện Công nghệ sinh học cho phép s dụng số máy móc phục vụ cho nghiên cứu Tơi xin g i lời cảm ơn ch n thành đến thầy cô giảng dạy Viện Công nghệ sinh học & Công nghệ Thực phẩm trƣờng Đại học Bách Khoa Hà Nội uôn quan t m, giúp đỡ, tạo điều kiện cho tơi q trình học tập Cuối cùng, tơi xin cảm ơn gia đình bạn bè giúp đỡ, tạo điều kiện, động viên suốt thời gian học tập Hà Nội, ngày tháng năm 2017 Học viên Nguyễn Thị Nhung Học viên : Nguyễn Thị Nhung i Khóa: 2015A Luận văn tốt nghiệp LỜI CAM ĐOAN Tơi xin cam đoan: Đ y cơng trình nghiên cứu số kết cộng tác với cộng khác; Các số iệu kết đƣợc trình bày uận án trung thực, phần đƣợc phản biện tạp chí khoa học chuyên ngành với đồng ý cho phép đồng tác giả Phần ại chƣa đƣợc cơng bố cơng trình khác Hà Nội, ngày thàng năm 2017 Học viên Nguyễn Thị Nhung Học viên : Nguyễn Thị Nhung ii Khóa: 2015A Luận văn tốt nghiệp MỤC LỤC ỜI CẢM ƠN…………………………………………………………………… i ỜI CAM ĐOAN……………………………………………………………… ii DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT…………………………………………… vii DANH MỤC BẢNG…………………………………………………………… viii DANH MỤC HÌNH……………………………………………………………… ix MỞ ĐẦU………………………………………………………………………… CHƢƠNG I TỔNG QUAN TÀI LIỆU………………………………………… I GIỚI THIỆU CHUNG VỀ TẢO VÀ VI TẢO BIỂN………………………… 1.1 Khái niệm tảo, vi tảo biển……………………………………………… 1.2 Đặc điểm cấu tạo…………………………………………………………… 1.3 Sinh sản, sinh dƣỡng tảo……………………………………………… 1.4 Ứng dụng vi tảo……………………………………………………… 1.4.1 S dụng vi tảo dinh dƣỡng động vật ngƣời………… 1.4.2 S dụng vi tảo ĩnh vực y học…………………………………… 1.4.3 S dụng vi tảo làm phân bón sinh học………………………………… 1.4.4 S dụng vi tảo x lý nƣớc thải…………………………………… 1.4.5 Sản xuất nhiên liệu sinh học từ vi tảo……………………………… 1.4.6 Khai thác hoạt chất từ vi tảo……………………………………… 1.5 Nuôi trồng tảo hệ thống kín hệ thống hở ……………………… II KHÁI QUÁT VỀ AXIT BÉO……………………………… 11 2.1 Axit béo………………………………………………………………… 11 2.1.1 Khái niệm chung…………………………………………………… 11 2.1.2 Tính chất vật ý…………………………………………………………… 12 2.1.3 Phân loại……………………………………………………………… 13 2.1.4 Nguồn cung cấp axit béo…………………………………………… 14 2.1.5 Giá trị sinh học axit béo sinh học…………………………… 15 2.2 Các axit béo bão hòa đa nối đôi (po yunsaturated fatty acids - PUFAs)… 17 2.2.1 Khái niệm PUFA……………………………………………………… Học viên : Nguyễn Thị Nhung iii Khóa: 2015A 17 Luận văn tốt nghiệp 2.2.2 Eicosapentanoic acid (EPA)……………………………………………… 17 2.2.3 Vai trò PUFAs…………………………………… 18 2.2.4 Vai trò EPA ngƣời……………………………………… 21 2.3 Công nghệ tách chiết hỗn hợp axit béo……………………………………… 23 III Vi tảo biển Nannochloropsis oculata………………………………………… 25 3.1 Giới thiệu chung tảo Nannochloropsis oculata……………………… 25 3.1.1 Vị trí phân loại Nannochloropsis oculata…………………………… 25 3.1.2 Đặc điểm……………………………………………………………… 26 3.1.3 Sinh trƣởng tảo…………………………………………………… 27 3.2 Lịch s nghiên cứu Nannochloropsis…………………………………… 28 3.2.1 Tình hình nghiên cứu Nannochloropsis giới…………………… 28 3.2.2 Tình hình nghiên cứu Nannochloropsis oculata Việt Nam …………… 32 CHƢƠNG II VẬT IỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU………………… 36 2.1 Vật liệu, địa điểm thời gian nghiên cứu………………………………… 36 2.2 Dụng cụ hóa chất…………………………………………………… 36 2.3 Phƣơng pháp………………………………………………………………… 37 2.3.1 Nghiên cứu sinh trƣởng tảo N oculata NA hệ thống kín 50 L 37 2.3.2 Nghiên cứu sinh trƣởng vi tảo N oculata NA hệ thống nuôi hở 10L hệ thống ni kín 50 …………………………………………………… 40 2.3.3 Nghiên cứu điều kiện thích hợp cho sinh trƣởng vi tảo N oculata NA hệ thống kín 50 Lít điều kiện phịng thí nghiệm……………… 40 2.3.4 Phƣơng pháp ph n tích thành phần hàm ƣợng dinh dƣỡng, cacbohydrat, lipit tổng số axit béo sinh khối chủng NA đƣợc nuôi trồng HTNK 50 it…………………………………………………… 40 2.3.5 Ph n tích thành phần dinh dƣỡng kim oại nặng………………… 44 2.3.6 Khảo sát biến động thành phần hàm ƣợng axit béo N oculata NA………………………………………………………………… 44 2.3.7 X lý số liệu …………………………………………………………… Học viên : Nguyễn Thị Nhung iv Khóa: 2015A 44 Luận văn tốt nghiệp CHƢƠNG III KẾT QUẢ VÀ THẢO UẬN…………………………………… 46 3.1 Sinh trƣởng tảo N oculata NA hệ thống ni kín hệ thống nuôi hở…………………………………………………………… ……………… 46 3.2 Điều kiện thích hợp cho sinh trƣởng vi tảo biển N oculata NA HTNK 50 kiện phòng thí nghiệm……………………………………… 48 3.2.1 Ảnh hƣởng mơi trƣờng dinh dƣỡng………………………………… 48 3.2.2 Ảnh hƣởng nhiệt độ………………………………………………… 48 3.2.3 Ảnh hƣởng nồng độ muối………………………………………… 49 3.2.4 Ảnh hƣởng pH……………………………………………………… 50 3.2.5 Ảnh hƣởng nồng độ CO2…………………………………………… 50 3.2.6 Ảnh hƣởng mật độ tế bào ban đầu nuôi HTNK 50 ………… 52 3.2.7 S dụng điều kiện thích hợp để ni trồng chủng N oculata NA HTNK 50 L………………………………………………………………… 52 3.2.8 Thành phần axit béo sinh khối chủng N oculata NA HTNK 50 L……………………………………………………………………… 54 3.3 Nghiên cứu thay đổi hàm ƣợng axit béo N ocualta NA điều kiện nuôi trồng tối ƣu cho sinh trƣởng pha sinh trƣởng tảo………… 55 3.3.1 Nghiên cứu biến động MĐTB thành phần dinh dƣỡng N oculata NA nuôi trồng HTNK 50 ……………………………………… 56 3.3.2 Nghiên cứu biến động thành phần hàm ƣợng axit béo N oculata NA nuôi trồng HTNK 50 pha og pha c n sớm… 58 KẾT UẬN VÀ KIẾN NGHỊ…………………………………………………… 65 TÀI LIỆU THAM KHẢO……………………………………………………… 67 PHỤ LỤC………………………………………………………………………… 80 Học viên : Nguyễn Thị Nhung v Khóa: 2015A Luận văn tốt nghiệp DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT Viết đầy đủ STT Từ viết tắt AA Axit Arachidnic ALA Axit α-linolenic DHA Axit Docosahexaenoic DPA Axit Docosapentaenoic EPA Axit Eicosapentaenoic FFA Free Fatty Acids (axit béo bão hòa tự do) EE AOM Alginate Oligosaccharide HTNH Hệ thống ni hở 10 HTNK Hệ thống ni kín 11 MĐTB Mật độ tế bào 12 NLSH Nhiên liệu sinh 13 NTTS Nuôi trồng thủy sản 14 PUFAs Polyunsaturated Fatty Acids 15 SKK 16 TB 17 TFA Total fatty Axit 18 TG Triglyceride 19 Cs Cộng Học viên : Nguyễn Thị Nhung Ethyl Ester Sinh khối khô Tế bào vi Khóa: 2015A Luận văn tốt nghiệp DANH MỤC BẢNG Trang Bảng 1.1 Cấu trúc hóa học axit béo khơng bão hịa tiêu biểu thuộc nhóm ω-3, ω-6, ω-9 ……………………………………………… 13 Bảng 1.2 Phần trăm axit béo chứa số loại thức ăn điển hình…… 15 Bảng 1.3 Khuyến nghị tổng ƣợng chất béo axit béo thiết yếu phần ăn FAO/ WHO (2008)……………………………… Bảng 3.1 Ảnh hƣởng tốc độ sục 2%CO2 ên sinh trƣởng N oculata NA……………………………………………………………… Bảng 3.2 53 Hàm ƣợng sắc tố chlorophyll carotenid sinh khối chủng N oculata NA đƣợc nuôi trồng HTNK 50 L theo thời gian Bảng 3.4 51 Hàm ƣợng lipit, thành phần axit béo sinh khối vi tảo N oculata NA đƣợc nuôi HTNK 50 ……………………… Bảng 3.3 19 57 Hàm ƣợng số thành phần dinh dƣỡng sắc tố sinh khối chủng N oculata NA đƣợc nuôi trồng HTNK 50 L pha log pha cân sớm………………………………………… Bảng 3.5 Thành phần hàm ƣợng axit béo sinh khối chủng N oculata NA đƣợc nuôi HTNK 50 pha og pha c n sớm ……………………………………………………………… Bảng 3.6 61 62 Hàm ƣợng khống đa vi ƣợng có sinh khối chủng N oculata NA HTNK 50 Học viên : Nguyễn Thị Nhung vii đƣợc thu pha c n sớm… 63 Khóa: 2015A Luận văn tốt nghiệp DANH MỤC HÌNH Trang Hình 1.1 Khi đun nóng có mặt chất xúc tác dạng cis chuyển thành dạng trans………………………………………………………… 14 Hình 1.2 Dạng cis-5,8,11,14,17 -eicosapentaenoic acid EPA………… 18 Hình 1.3 Năm pha sinh trƣởng vi tảo………………………………… 28 Hình 3.1 Sinh trƣởng chủng N oculata NA HTNK 50 L HTNH 10L 25 ngày……………………………………… Hình 3.2 Hình thái tế bào chủng N oculata NA đƣợc nuôi HTNK 50 L HTNH 10 ……………………………………… Hình 3.3 47 Ảnh hƣởng môi trƣờng dinh dƣỡng (A), nhiệt độ (B) lên sinh trƣởng N oculata NA HTNK 50 …………………… Hình 3.4 46 48 Ảnh hƣởng nồng độ muối (A), môi trƣờng pH (B) lên sinh trƣởng N oculata NA HTK 50 ……………………… 49 Hình 3.5 Ảnh hƣởng nồng độ CO2 ên pH môi trƣờng nuôi (A) sinh trƣởng (B) N oculata NA HTNK 50 ……………… 50 Hình 3.6 Sinh trƣởng N oculata NA HTNK 50 L 16 ngày nuôi……………………………………………………………… 53 Hình 3.7 Ni trồng N oculata NA HTK 50 L 16 ngày ni……………………………………………………………… 53 Hình 3.8 Sinh trƣởng thành phần dinh dƣỡng chủng N oculata NA HTNK 50 L sau 44 ngày ni cấy………………………… Hình 3.9 56 Sinh trƣởng N oculata NA nuôi trồng HTNK 50 ………………………………………………………………… 59 Hình 3.10 Hình ảnh chủng N oculata NA nuôi trồng HTNK 50 L pha log pha cân sớm…………………………………… 59 Hình 3.11 Hình thái tế bào N oculata NA ni trồng HTNK 50 L thu pha log pha cân sớm dƣới kính hiển vi quang 59 học… Học viên : Nguyễn Thị Nhung viii Khóa: 2015A Luận văn tốt nghiệp MỞ ĐẦU Trong vài năm qua, Cơng nghệ Sinh học nước ta có bước tiến nhanh chóng, đặc biệt cơng nghệ sinh học vi tảo ngày mở nhiều lĩnh vực nghiên cứu Các nhà khoa học giới nói chung, nhà khoa học nước ta nói riêng nghiên cứu sử dụng vi tảo làm thực phẩm cho người cho động vật nhằm tăng cường giá trị dinh dưỡng Nannochloropsis oculata loài vi tảo biển quang tự dưỡng phân bố rộng rãi vùng biển nước ta, có chứa hàm lượng acid béo khơng bão hịa đa nối đôi cao, đặc biệt EPA (eicosapentaenoic acid, C20: 5n-3) EPA có vai trị quan trọng việc tăng cường sức đề kháng thể, làm giảm xơ vữa động mạch, phòng tránh số bệnh cho người động vật EPA tìm thấy dầu cá hồi, cá thu …và số loại vi tảo biển quang tự dưỡng dị dưỡng Hiện nay, N oculata sử dụng rộng rãi làm thức ăn sống cho đối tượng nuôi trồng thủy sản (NTTS) giai đoạn ấu trùng khác nhau, làm thực phẩm chức năng, làm nhiên liệu sinh học…và đạt nhiều thành tựu khả quan Với phát triển nhanh chóng công nghệ nuôi đem lại hiệu kinh tế cao cho việc sản suất sinh khối tảo giàu dinh dưỡng làm nguyên liệu cho thực phẩm chức cho người thức ăn cho đối tượng thủy sản giai đoạn ấu trùng giai đoạn phát triển Việc nuôi trồng vi tảo hệ thống kín khắc phục nhược điểm cịn tồn hệ thống nuôi hở vấn đề đặt chất lượng dinh dưỡng vi tảo ni trồng có bị thay đổi hay khơng so với nuôi hở Sử dụng hệ thống bể phản ứng quang sinh kín giúp cho tảo bùng phát nhanh, dễ tàn; tảo bị va đập nhiều ống nuôi nên việc kiểm tra chất lượng sinh khối tảo nuôi trồng hệ thống nuôi hở kín xem vấn đề cấp thiết Ngoài ra, thành phần dinh dưỡng vi tảo ni trồng nói chung thành phần hàm lượng axit béo khơng bão hịa đa nối có sinh khối tảo nói riêng bị thay đổi nhiều phụ thuộc vào thành phần dinh dưỡng môi trường nuôi, phụ thuộc vào pha sinh trưởng tảo kiểu nuôi trồng (hệ thống bể Học viên: Nguyễn Thị Nhung Khóa: 2015A ... ? ?Nghiên cứu biến động thành phần hàm lƣợng axit béo khơng bão hịa đa nối đơi eicosapentaenoic (EPA) vi tảo biển Nannochloropsis oculata ni trồng hệ thống kín Vi? ??t Nam? ?? Mục đích đề tài nghiên cứu. .. thuộc mạnh vào điều kiện nuôi trồng Trong thành phần lipit thành phần hàm lượng axit béo khơng bão hịa đa nối đơi bị ảnh hưởng nhiều điều kiện nuôi trồng II KHÁI QUÁT VỀ AXIT BÉO 2.1 Axit béo 2.1.1... Nghiên cứu sinh trƣởng vi tảo N oculata NA hệ thống nuôi hở 10L hệ thống nuôi kín 50 …………………………………………………… 40 2.3.3 Nghiên cứu điều kiện thích hợp cho sinh trƣởng vi tảo N oculata NA hệ thống kín