Khảo sát ảnh hưởng của điầu kiện môi trường dinh dưỡng và ánh sáng đến sinh trưởng và thành phần lipid của sinh khối spirulina platensis

LUẬN VĂN THẠC SĨ ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ….o0o… NGUYỄN THỊ HƯƠNG LAN KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG CỦA ĐIỀU KIỆN MÔI TRƯỜNG DINH DƯỢNG VÀ ÁNH SÁNG ĐẾN SINH TRƯỞNG VÀ THÀNH PHẦN LIPID CỦA SINH KHỐI Spirulina platensis Chuyên ngành: Công nghệ sinh học LUẬN VĂN THẠC SĨ TP Hồ Chí Minh, tháng 11/2007 HVTH:Nguyễn Thị Hương Lan LUẬN VĂN THẠC SĨ LỜI CẢM ƠN Lời xin trân trọng bày tỏ lòng biết ơn đến Cha - Mẹ – gia đình tôi, Người cho sống, động viên giúp sức cho suốt thời gian theo học trường Tôi xin chân thành cảm ơn sâu sắc đến PGS.TSKH Ngô Kế Sương hướng dẫn tận tình suốt trình thực nghiên cứu, để hoàn thành luận văn Tôi xin chân thành cảm ơn Cô Nguyễn Thị Thùy Dương giúp đỡ tạo điều kiện tốt thời gian làm thí nghiệm Tôi xin chân thành cảm ơn Thầy Nguyễn Đức Lượng Cô Nguyễn Thúy Hương giúp đỡ thời gian để hoàn thành luận văn Các bạn học lớp CH – CNSH (khóa 16), người mang lại niềm vui, kiến thức ý kiến đóng góp chân thành Tôi gởi lời cảm ơn đặc biệt đến bạn Và cuối cùng, xin trân trọng cảm ơn ý kiến đóng góp từ phía bạn đọc để đề tài nghiên cứu hoàn thiện HVTH:Nguyễn Thị Hương Lan LUẬN VĂN THẠC SĨ TÓM TẮT LUẬN VĂN Mặc dù, hàm lượng lipid tảo Spirulina platensis chiếm tỷ lệ thấp 27%, lại giữ vai trò quan trọng, đặc biệt acid béo không no acid béo 18:2 18: có tác dụng đáng kể phòng chống bệnh tim mạch, chống lão hóa da, chống viêm nhiễm làm giảm nhẹ chứng viêm khớp Đề tài nghiên cứu với mục đích khẳng định lại ảnh hưởng cao điều kiện ánh sáng môi trường dinh dưỡng khác đến tăng trưởng sinh tổng hợp lipid Kết nghiên cứu cho thấy: - Hình dạng tảo bị tác động mạnh cường độ ánh sáng, cụ thể mức độ ánh sáng 1, độ xoắn sợi tảo bị giãn mạnh bị duỗi thẳng - Tốc độ tạo sinh khối cao 4.00g/l cường độ chiếu sáng (20.000 – 30.000 lux) với hàm lượng bicacbonat 80% Ở cường độ ánh sáng sinh khối tạo thấp rõ rệt so với điều kiện ánh sáng lại Hàm lượng lipid: lipid đạt cao 6.15% so với tổng lượng sinh khối khô cường độ chiếu sáng (500 -1000 lux) 100% bicacbonat Sự tạo thành lipid cao Spirulina platensis nuôi trồng điều kiện cường độ ánh sáng nhẹ Hàm lượng bicacbonat không ảnh hưởng nhiều đến sinh tổng hợp lipid - Thành phần acid béo: loại acid béo không bão hòa acid béo C18:2(linoleic acid ) đạt tỷ lệ cao nhất, 23.39% hàm lượng bicacbonat 100% acid béo C18:3: γ - linolenic acid đạt giá trị cao 0.33% hàm lượng bicacbonat 20% cường độ chiếu sáng HVTH:Nguyễn Thị Hương Lan LUẬN VĂN THẠC SĨ SUMMARY Currently, Spirulina enjoys world - wide recognition as one of the richest sources of nourishment provided by nature In that, the lipid content of Spirulina biomass with to % of dry weight but it has a very important role Especially, a high proportion of long – chain polyunsaturated fatty acids such as gamma – linoleic (GLA) and linoleic They have been shown to have therapeutic value in the prevention and treatment of numerous diseases, including cardiovascular disease, inflammation, arthritis and cancer Studying to effect of different nutritional culture (especially the bicarbonate salt) and light intensities to the growth and lipid biosynthesis The study result shows: Shaped of Spirulina platensis was effected noticeable by light intensity (20.000 – 30.000 lux), the helical shape of S.platensis isn’t maintained which was extended At the light intensity (20.000 – 30.000 lux), forming the highest biomass rate 4.00g/l with bicarbonate salt content 80% And at the light intensity (500 – 1000 lux), forming biomass is always lower others The highest lipid content is 6.15% of the biomass at the light intensity with bicarbonate salt content 100% The studying data shows the more low light intensity, the more high lipid content The different bicarbonate salt contents don’t influent to lipid biosynthesis 23.39% C18:2 (linoleic acid ) at bicarbonate salt 100% and 0.33% C18:3: γ linolenic acid are the highest value in all of the polyunsaturated fatty acids in light intensity HVTH:Nguyeãn Thị Hương Lan LUẬN VĂN THẠC SĨ MỤC LỤC Lời cảm ơn Tóm tắt luận văn Summary Mục lục Các ký hiệu, chữ viết tắt Danh mục bảng Danh mục sơ đồ Danh mục hình Trang PHẦN MỞ ĐẦU PHẦN TỔNG QUAN 2.1 Lịch sử địa dư tảo Spirulina platensis 2.2 Giới thiệu tảo Spirulina platensis 2.2.1 Phân loại 2.2.2 Đặc điểm sinh học Spirulina platensis 2.2.2.1 Hình thái 2.2.2.2 Kích thước 2.2.2.3 Cấu tạo sợi 2.2.2.4 Đặc điểm sinh sản 11 2.2.3 Thành phần dinh dưỡng sinh khối Spirulina 12 2.2.4 Giá trị dinh dưỡng sinh khối Spirulina .14 2.2.5 Các sản phẩm từ Spirulina 16 2.3 Về trạng nuôi trồng Spirulina 18 2.3.1 Giới thiệu hồ nuôi trồng Spirulina nước 18 HVTH:Nguyễn Thị Hương Lan LUẬN VĂN THẠC SĨ 2.3.1.1 Các hồ nuôi cấy nước 18 2.3.1.2 ÔÛ Vieät Nam 25 2.3.2 Môi trường nuôi cấy 27 2.3.3 Qui trình nuôi trồng Spirulina 29 2.3.4 Ảnh hưởng điều kiện nuôi cấy đến suất sinh khối 31 2.3.4.1 Nguồn cacbon 31 2.3.4.2 Nguoàn nitô 32 2.3.4.3 Aùnh saùng .32 2.3.4.4 Nhiệt độ .34 2.4 Lipid vaø öùng duïng .35 2.4.1 Giới thiệu lipid Spirulina 35 2.4.2 Các số chất béo 38 2.4.3 Vai trò dinh dưỡng PUFA 39 2.4.4 Các phương pháp tách chiết lipid 42 2.4.4.1 Tách chiết dung môi hữu 42 2.4.4.2 Tách chiết thiết bị đặc biệt .44 PHẦN 3: NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 47 3.1 Nguyên liệu hóa chaát 47 3.1.1 Nguyên liệu 47 3.1.2 Hóa chất dùng thí nghiệm .47 3.2 Dụng cụ thiết bị 47 3.2.1 Duïng cuï 47 3.2.2 Thiết bị sử dụng 47 3.3 Phương pháp nghiên cứu 48 3.3.1 Sơ đồ khối trình nghiên cứu 48 HVTH:Nguyễn Thị Hương Lan LUẬN VĂN THẠC SĨ 3.3.2 Nuôi trồng Spirulina platensis 49 3.3.2.1 Điều kiện nuôi trồng tảo 49 3.3.2.2 Các phương pháp phân tích .52 a Tốc độ tăng trưởng 52 b Xác định khối lượng khô 52 3.3.3 Khảo sát ảnh hưởng ánh sáng môi trường dinh dưỡng52 3.3.4 Thu xử lý sinh khối 55 3.3.5 Khảo sát hàm lượng lipid 56 PHẦN 4: KẾT QUẢ VÀ BIỆN LUẬN 58 4.1 Nuôi trồng Spirulina platensis 58 4.2 Khảo sát ảnh hưởng ánh sáng bicacbonat lên sinh trưởng Spirulina platensis 59 4.2.1 Hình thái Spirulina platensis 59 4.2.1.1 Hình thái sợi tảo môi trường chuẩn (Zarrouk) 59 4.2.1.2 Khảo sát thay đổi hình thái tế bào S platensis điều kiện ánh sáng môi trường dinh dưỡng khác 62 4.2.2 Khảo sát ảnh hưởng ánh sáng môi trường dinh dưỡng đến tăng trưởng S platensis 64 4.2.2.1 Kết phân tích mật độ quang 64 4.2.2.2 Kết phân tích sinh khối khô .68 4.3 Khảo sát ảnh hưởng ánh sáng bicacbonat đến hàm lượng lipid tảo Spirulina platensis 74 PHAÀN 5: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 80 5.1 Kết luận 80 5.2 Đề nghị .81 HVTH:Nguyễn Thị Hương Lan LUẬN VĂN THẠC SĨ PHẦN 6: TÀI LIỆU THAM KHẢO 82 PHAÀN 7: PHỤ LỤC HVTH:Nguyễn Thị Hương Lan LUẬN VĂN THẠC SĨ CÁC KÍ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT MGDG: monogalactosyldiacylglycerol DGDG: digalactosyldiacylglycerol SQDG:sulphoquinovosyldiacylglycerol PG: phosphatidylglycerol PUFA: polyunsatur ed faty acid (axit beùo không no đa nối đôi) MeOH: methanol SFE: Supercritical fluid extraction (trích ly dùng lưu chất siêu tới hạn) C16:0: palmitic acid C16:1: hexadecenoic acid C18:0: stearic acid C18:1: oleic acid C18:2: linoleic acid C18:3: γ - linolenic acid HVTH:Nguyeãn Thị Hương Lan LUẬN VĂN THẠC SĨ DANH MỤC BẢNG Bảng II.1 : Sản lượng Spirulina giới từ 1975-1999 Bảng II.2: Bảng so sánh hàm lượng vitamin sắc tố sinh khối Spirulina với thực vật Bảng II.3: Thành phần hàm lượng acid béo sinh khối Spirulina Bảng II.4: Tốc độ oxy hóa acid linoleic điều kiện gia nhiệt khác Bảng IV.5: Sự tăng trưởng S platensis điều kiện ánh sáng môi trường dinh dưỡng khác (theo dõi qua đo OD) Bảng IV.6: Sự tăng trưởng S platensis điều kiện ánh sáng môi trường dinh dưỡng khác Bảng IV.7: Các điều kiện khí hậu trình khảo sát Bảng IV.8: Kết tích lũy sinh khối khô S platensis nuôi trồng trời điều kiện ánh sáng hàm lượng bicacbonat khác Bảng IV.9: Kết tích lũy sinh khối khô S platensis nuôi trồng trời điều kiện ánh sáng hàm lượng bicacbonat khác Bảng IV.10: Kết tích lũy sinh khối khô S platensis nuôi trồng trời điều kiện ánh sáng hàm lượng bicacbonat khác Bảng IV.11: Hàm lượng lipid điều kiện ánh sáng hàm lượng bicacbonat khác Bảng IV.12: Hàm lượng lipid tạo thành ngày thứ điều kiện chiếu sáng tỷ lệ bicacbonat khác Bảng IV.13: Kết khảo sát hàm lượng acid béo không bão hòa với tỷ lệ bicacbonat khác điều kiện ánh sáng HVTH:Nguyễn Thị Hương Lan LUẬN VĂN THẠC SĨ PHẦN 7: PHỤ LỤC Anova: Two‐Factor With Replication  SUMMARY  N1  N2  0.2  Count  Sum  Average  Variance  N3  N4  N5  N6  N7  Total                          3  2.78  3  3.05  3  4.17  3  6.02  3  8.58  3  9.46  3  6.77  21  40.83  0.9267  1.0167  1.39  0.0026  0.0101  0.0028  2.007  0.006  2.86  0.0057  3.153  0.005  2.257  0.006  1.944  0.6946    0.4  Count  Sum  Average  Variance                          3  3  3  3  3  3  3  21  2.93  3.39  0.9767  1.13  0.0065  0.0028  4.73  1.577  0.006  6.2  2.067  0.0114  8.94  2.98  0.0225  9.68  3.227  0.0022  7.27  2.4233  0.0072  43.14  2.054  0.698                       3  3  2.6  3.47  0.867  1.157  0.006  0.0025  3  4.28  1.427  0.009  3  7.61  2.537  0.009  3  9.04  3.013  0.009  3  10.13  3.377  0.001  3  7.4  2.467  0.016  21  44.53  2.120  0.853        0.6  Count  Sum  Average  Variance     0.8  Count  Sum  Average  Variance                          3  2.65  3  3.8  3  5.27  3  8.12  3  10.38  3  10.67  3  6.56  21  47.45  0.883  0.003  1.267  0.003  1.757  0.035  2.707  0.007  3.460  0.009  3.557  0.015  2.187  0.000  2.260  0.976                          3  2.69  0.897  0.010  3  3.62  1.207  0.001  3  5.15  1.717  0.004  3  7.03  2.343  0.011  3  10.53  3.510  0.010  3  11.54  3.847  0.009  3  7.87  2.623  0.010  21  48.43  2.306  1.126  1  Count  Sum  Average  Variance  Total  Count  Sum  Average  Variance                    15  13.65  15  17.33  15  23.6  15  34.98  15  47.47  15  51.48  15  35.87  0.910  0.006  1.155  0.010  1.573  0.032  2.332  0.083  3.165  0.084  3.432  0.071  2.391  0.031  HVTH:Nguyễn Thị Hương Lan   LUẬN VĂN THẠC SĨ PHẦN 7: PHỤ LỤC ANOVA  Source of Variation  Sample  Columns  Interaction  Within  Total  SS  1.846  84.341  2.047  0.555  88.7888  HVTH:Nguyễn Thị Hương Lan   Df  MS  F  4  0.461  58.205  6  14.057  1773.153  24  70  104     0.085  0.008  10.758     P‐value  F crit  2.266E‐74  3.600  3.071  3.389E‐15  2.067  1.523E‐21        LUẬN VĂN THẠC SĨ PHẦN 7: PHỤ LỤC Thí nghiệm: Kết tích lũy sinh khối khô S platensis nuôi trồng trời điều kiện ánh sáng hàm lượng bicacbonat khác Tỷ lệ bicacbonat 20% 40% 60% 80% 100% Thời gian khảo sát (ngày) N1 N2 N3 N4 N5 N6 N7 0.91 1.01 1.21 2.04 2.41 2.69 2.28 0.87 1.17 1.28 1.91 2.79 2.81 2.35 0.89 1.15 1.17 2.16 2.65 2.70 2.47 0.74 1.04 1.54 2.11 2.23 3.06 2.11 0.92 0.99 1.37 1.86 2.45 3.22 2.28 0.81 1.17 1.31 1.89 2.29 3.13 2.25 0.92 1.21 1.52 2.32 2.86 3.33 2.63 0.78 1.17 1.68 2.53 2.62 3.39 2.42 0.81 1.10 1.41 2.43 2.71 3.28 2.49 0.83 1.15 1.21 2.44 2.72 3.26 2.12 0.98 1.27 1.37 2.22 2.75 3.41 2.20 0.87 1.22 1.34 2.38 2.89 3.35 2.17 0.79 1.13 2.35 2.49 2.91 3.41 2.64 0.90 1.23 2.54 2.59 3.05 3.37 2.77 0.97 1.28 2.42 2.74 2.84 3.38 2.83 HVTH:Nguyễn Thị Hương Lan   LUẬN VĂN THẠC SĨ PHẦN 7: PHỤ LỤC Anova: Two‐Factor With Replication      SUMMARY  N1  N2  0.2  Count  Sum  Average  Variance  N3  N4  N5  N6  N7  Total                          3  3  2.67  3.33  3  3.66  1.220  0.003  3  6.11  2.037  0.016  3  7.85  2.617  0.037  3  8.2  2.733  0.004  3  7.1  2.367  0.009  21  38.92  1.853  0.538  0.890  1.110  0.000  0.008                         3  3  2.47  3.2  3  4.22  1.407  0.014  3  5.86  1.953  0.019  3  6.97  2.323  0.013  3  9.41  3.137  0.006  3  6.64  2.213  0.008  21  38.77  1.846  0.591  0.4  Count  Sum  Average  Variance     0.823  1.067  0.008  0.009      0.6  Count  Sum  Average  Variance                          3  3  3  3  3  3  3  21  2.51  3.48  0.837  1.160  0.005  0.003  4.61  1.537  0.018  7.28  2.427  0.011  8.19  2.730  0.015  10  3.333  0.003  7.54  2.513  0.011  43.61  2.077  0.755                       3  3  2.68  3.64  0.893  1.213  0.006  0.004  3  3.92  1.307  0.007  3  7.04  2.347  0.013  3  8.36  2.787  0.008  3  10.02  3.340  0.006  3  6.49  2.163  0.002  21  42.15  2.007  0.737                    0.8  Count  Sum  Average  Variance     1  Count  Sum  Average  Variance        3  3  3  3  3  3  3  21  2.66  3.64  0.887  1.213  0.008  0.006  7.31  2.437  0.009  7.82  2.607  0.016  8.8  2.933  0.011  10.16  3.387  0.000  8.24  2.747  0.009  48.63  2.316  0.767                 15  15  12.99  17.29  0.866  1.153  0.005  0.008  15  23.72  1.581  0.215  15  34.11  2.274  0.075  15  40.17  2.678  0.057  15  47.79  3.186  0.066  Total  Count  Sum  Average  Variance     HVTH:Nguyễn Thị Hương Lan   15  36.01  2.401  0.054  LUẬN VĂN THẠC SĨ PHẦN 7: PHỤ LỤC ANOVA  Source of Variation  Sample  Columns  Interaction  Within  Total  SS  MS  F  P‐value  F crit  3.125  4  0.781  83.4506  6.89718E‐26  3.600  64.175  2.926  0.655  6  24  70  10.7  0.122  0.009  1142.4904  9.52274E‐68  13.0206  2.38086E‐17  3.071  2.067  70.8812  HVTH:Nguyễn Thị Hương Lan   df  104              LUẬN VĂN THẠC SĨ PHẦN 7: PHỤ LỤC B KẾT QUẢ PHÂN TÍCH ACID BÉO KHÔNG BÃO HÒA VÀ SẮC KÝ ĐỒ TRONG ĐIỀU KIỆN ÁNH SÁNG 1 Thành phần lipid sắc ký đồ acid béo không bão hòa với hàm lượng bicacbonat 20% điều kiện ánh sáng HVTH:Nguyễn Thị Hương Lan   LUẬN VĂN THẠC SĨ HVTH:Nguyễn Thị Hương Lan   PHẦN 7: PHỤ LỤC LUẬN VĂN THẠC SĨ PHẦN 7: PHỤ LỤC Thành phần lipid sắc ký đồ acid béo không bão hòa với hàm lượng bicacbonat 40% điều kiện ánh sáng HVTH:Nguyễn Thị Hương Lan   LUẬN VĂN THẠC SĨ HVTH:Nguyễn Thị Hương Lan   PHẦN 7: PHỤ LỤC LUẬN VĂN THẠC SĨ PHẦN 7: PHỤ LỤC Thành phần lipid sắc ký đồ acid béo không bão hòa với hàm lượng bicacbonat 60% điều kiện ánh sáng HVTH:Nguyễn Thị Hương Lan   LUẬN VĂN THẠC SĨ HVTH:Nguyễn Thị Hương Lan   PHẦN 7: PHỤ LỤC LUẬN VĂN THẠC SĨ PHẦN 7: PHỤ LỤC Thành phần lipid sắc ký đồ acid béo không bão hòa với hàm lượng bicacbonat 80% điều kiện ánh sáng HVTH:Nguyễn Thị Hương Lan   LUẬN VĂN THẠC SĨ HVTH:Nguyễn Thị Hương Lan   PHẦN 7: PHỤ LỤC LUẬN VĂN THẠC SĨ PHẦN 7: PHỤ LỤC Thành phần lipid sắc ký đồ acid béo không bão hòa với hàm lượng bicacbonat 100% điều kiện ánh sáng HVTH:Nguyễn Thị Hương Lan   LUẬN VĂN THẠC SĨ HVTH:Nguyễn Thị Hương Lan   PHẦN 7: PHỤ LỤC ... 4.2.2 Khảo sát ảnh hưởng ánh sáng môi trường dinh dưỡng đến tăng trưởng S platensis 64 4.2.2.1 Kết phân tích mật độ quang 64 4.2.2.2 Kết phân tích sinh khối khô .68 4.3 Khảo sát ảnh. .. ? ?ánh giá tăng trưởng thành phần lipid Spirulina platensis thu điều kiện nuôi trồng với điều kiện ánh sáng tự nhiên khác nhau, tiến hành thực đề tài nghiên cứu: ? ?Khảo sát ảnh hưởng môi trường dinh. .. dinh dưỡng ánh sáng khác đến sinh trưởng thành phần lipid sinh khối Spirulina platensis? ?? Trong giới hạn luận văn này, thực nhiệm vụ sau: - Nuôi trồng tảo Spirulina platensis tự nhiên - Khảo sát thành