4. Một số quy trình sản xuất protein đơn bào từ nhóm vi sinh vật quang hợp
4.1. Nhóm vi sinh vật quang hợp nguồn cung cấp protein
Trong những thập niên gần đây, đã có nhiều nghiên cứu để việc tìm ra nguồn protein thay thế sử dụng nhƣ là nguồn cung cấp thức ăn trƣớc tình trạng không đủ nguồn protein cung cấp trong tƣơng lai. Khái niệm protein đơn bào (SCP) đƣợc dùng để chỉ việc sản xuất protein từ sinh vật lƣợng hay sinh khối, bắt đầu từ các nguồn vi sinh vật khác nhau, chẳng hạn nhƣ các nhóm di dƣỡng nhƣ nấm, hay tảo và một số vi khuẩn quang hợp.
Tuy nhiên, trong bữa ăn hằng ngày của chúng ta, giá trị dinh dƣỡng là một danh sách dài các chất cần thiết, không chỉ có protein mà còn có các chất dinh dƣỡng khác nhƣ chất béo, carbohydrate, chất khoáng, vitamin, các chất vi lƣợng...Nguồn nguyên liệu từ các vi sinh vật quang tự dƣỡng không chỉ có protein mà còn có hằng loạt các chất dinh dƣỡng cần thiết khác, vì thế, cho đến nay, các công nghệ tiên tiến trên toàn thế giới đã đƣợc sử dụng trong sản xuất đại trà các tvi sinh vật quang tự dƣỡng.
4.1.1. Phân tích thành phần hóa học.
Nhiều phân tích về các thành phần hóa học cơ bản nhƣ lipid, protein, carbohydrate từ các loại vi sinh vật quang hợp khác nhau đã đƣợc công bố (Bảng 13). Nhìn chung, thánh phần protein chiếm lƣợng đáng kể (có thể nói là nhiều nhất) trên cả trọng lƣợng tế bào, đây có lẽ là nguyên nhân khiến chúng đƣợc coi là nguồn protein thay thế vô cùng phong phú.
32
Bảng13: Thành phần hóa học trong các VSV quang hợp
Tuy nhiên, ngoài những thành phần kể trên, chỉ một vài loài chính đƣợc chọn để sản xuất trên quy mô lớn, ví dụ nhƣ tảo lục Chlorella sp. Và Scenedesmus obliquus và các khuẩn thuộc họ Cyanophyta nhƣ Spirulina sp. và Anthrospira sp. Chlorella là tảo đơn bào hình cầu, nhân thực và có đƣờng kính từ 5-10µm. Tảo xanh Scenedesmus
cũng có kích thƣớc tƣơng tự nhƣng gồm cụm 4 tế bào với nhau. Spirulina và
Anthrospira là những sinh vật đa bào, dạng sợi, xoắn ốc, quang hợp và chiều dài có thể
đạt tới 0.5m, chúng trƣớc đây đƣợc phân loại vào tảo xanh, tuy nhiên ngày nay chũng đƣợc xếp vào nhóm vi khuẩn do cấu trúc nhân sơ.
4.1.2. Đặc tính của protein sản xuất từ các vi sinh vật quang hợp.
Trƣớc đây ngƣời ta đánh giá hàm lƣợng protein từ tảo thông qua việc thủy phân sinh khối tảo và định lƣợng hàm lƣợng nito tổng số. Chính vì vậy mà hàm lƣợng protein đƣợc đánh giá quá cáo trong khi thực tế nguồn nito còn có trong các acid nucleic, các amin, glucosamine và các vật liệu cấu tạo thành tế bào… Theo nhƣ thống kê thì hàm lƣợng nito không chứa trong protein của Scenedesmus obliquus là 12%,
Spirulina 11.5% và Dunaliella 6%. Chất lƣợng của protein đƣợc đánh giá qua thành
phần, tỷ lệ và sự có mặt của các acid amin có trong nó. Bảng 14 thể hiện thành phần acid amin có mặt trong một số loại tảo và vi khuẩn quang hợp với một số mẫu thực phẩm giàu protein hằng ngày và hàm lƣợng hợp lí theo thiêu chuẩn của WHO/FAO. Có 3 chỉ tiêu đánh giá về protein trong tảo và vi khuẩn quang hợp đó là định lƣợng giá trị sinh học (BV), hệ số tiêu thụ (DC) và NPU (the net protein utilization= BVxDC). Tuy nhiên, các thành phần của tế bào nhƣ cellulose chiếm tới 10% trọng lƣợng khô, gây ra nhứng vấn đề trong việc tiêu dùng hay sử dụng sinh khổi từ tảo, vì đây là những phần con ngƣời và các động vật không nhai lại không thể tiêu hóa đƣợc. Do đó, các
33
phƣơng pháp hiệu quả làm phá vỡ tế bào để thu lấy protein cũng nhƣ thành phần khác là cần thiết để cho các enzyme tiêu hóa.
Bảng 14: Các thành phần aminoacid trong tảo và một số thực phẩm.
Bảng 15: So sánh một số chỉ số về hàm lượng protein trong một số loài tảo.
Có nhiều nghiên cứu về ảnh hƣởng của việc xử lí sau thu hoạch trên khả năng tiêu thụ của nhiều loại tảo bằng PER ( protein efficiency ratio) trong sinh khối đã xử lí, nêu ra những vai trò quan trọng trong quá trình chế biến sinh khối của các vi sinh vật quang hợp (Bảng 15).
4.1.3. Ứng dụng và vai trò của protein từ tảo và vi khuẩn quang hợp.
Các mặt hàng thực phẩm muốn đƣợc coi là an toàn cho ngƣời tiêu thụ phải trải qua các bƣớc thử độc tính, điều này đặc biệt áp dụng với nguồn protein từ có nguồn gốc từ các vi sinh vật quang hợp. Các thử nghiệm đã chứng minh không có bất kì tác hại nào của nguồn protein này với sức khỏe con ngƣời, không những thế, đây thực sự là những thực phẩm đầy hứa hẹn với những protein mới. Nhìn chung là chất lƣợng các loại protein từ nhóm này là nhƣ nhau, và thậm chí nhiều loại còn cao cấp hơn so với protein thực vật thông thƣờng.
Mặc dù chƣa làm lƣợng protein cao, nhƣng dạng tảo khô lại không đạt đƣợc tầm quan trọng đáng kể nhƣ các thực phẩm khác. Vấn đề chính là do các loại này bột, màu sắc xanh và vị tanh của nó, làm hạn chế sự kết hợp của tảo với các thực phẩm
34
thông thƣờng. Nhiều thử nghiệm đƣợc tiến hành nhằm cải biến hay tổ hợp lại các vật liệu từ tảo hay các vi khuẩn quang hợp với các mặt hàng thực phẩm phổ biến bằng các cách nhƣ nƣớng, trộn..tuy nhiên thì cũng rất khó khăn. Chăng hạn nhƣ chỉ có thể có một lƣợng nhỏ tảo cho vào bánh, nhào trộn đều bột và mùi trở nên khó chịu hay khi trộn vào mì khiến nó có màu nâu không bắt mắt…Tuy nhiên, ngày nay trên thi trƣờng có rất nhiều thực phẩm chức năng có thành phần là các vi tảo, đƣợc đóng gói bán nhƣ là thuốc chữa chống lại mọi chứng bệnh, trừ các bệnh do suy dinh dƣỡng protein.
Việc sử dụng tảo làm thức ăn cho động vật ngày càng phổ biến. Một lƣợng lớn các giá trị dinh dƣỡng và độc hại chỉ ra sự thích hợp của các sinh khối tảo nhƣ là nguồn bổ sung dinh dƣỡng thay thế nguồn protein thông thƣờng nhƣ thịt, cá, đậu tƣơng… Hiện nay, việc áp dụng nguồn dinh dƣỡng này đem lại cho nhà chăn nuôi nguồn lợi kinh tế lớn, chẳng hạn nhƣ trong chăn nuôi gia cầm khi trộn tảo vào khẩu phần ăn hay là việc sử dụng các vi tảo trong nuôi trồng thủy sản.
