Đồ án Công nghệ sinh học ứng dụng trong sản xuất và chế biến thực phẩm chức năng

i glucose ester của nó) trong quả cà chua chuyển gen cho thấy sự suy giảm rất lớn của PABA. Cung cấp PABA ngoại sinh cho việc biểu hiện vượt mức GTPCHI ở cà chua chuyển gen làm tăng hàm lượng folate nhiều hơn từ 2.5 đến 10 lần. Điều này chỉ ra rằng không những cần thiết phải tăng đồng thời cả 2 tiền chất của folate (pterin và PABA) mà còn phải chứng tỏ tiềm năng có thật của việc tăng nồng độ folate trong tế bào thực vật. 3.5.1.2. Kết hợp biểu hiện vượt mức GTPCHI với aminodeoxychorismate synthase (ADCS) Những phát hiện đầy hứa hẹn này thức đẩy một vòng khác trong quả cà chua, trong đó, enzyme đầu tiên của nhánh p-ABA của con đường folate, aminodeoxychorismate synthase (ADCS, hình 3.2) sẽ được biểu hiện vượt mức, sử dụng gen từ Arabidopsis (At2g28880; GenBank NP_850127) [28]. Kết quả là quả chuyển gen chứa mức trung bình gấp 19 lần lượng p-ABA, so với mẫu đối chứng thuộc chủng hoang dại, không có sự gia tăng hàm lượng folate. Khi đặc điểm này được kết hợp với lượng pteridine cũng được biểu hiện vượt mức bằng cách lai, quả chuyển đổi gen 2 lần tích lũy lượng folate trung bình gấp 19 lần mẫu đối chứng, mức folate đạt được (840 μg mỗi 100g phần ăn được) có thể cung cấp đủ nhu cầu folate hằng ngày của một người trưởng thành. Tuy nhiên, kỹ thuật này cũng dẫn đến sự tích lũy pteridines và p-ABA gấp 20 lần so với chủng hoang dại đối chứng. Mặc dù mức p-ABA trong cà chua chuyển gen vô hại với sức khỏe con người, trạng thái của pteridines vẫn chưa được làm rõ và cần được khảo sát [28]. Con người và động vật tổng hợp pterin quan trọng, tetrahydrobiopterin (H4B), tham gia vào quá trình tổng hợp nitric oxide và các chất dẫn truyền thần kinh, chẳng hạn như dopamine [41]. Ngoài ra, dihydroneopterin và dạng ôxi hóa của nó, neopterin, cũng được là chất đánh dấu được biết đến trong sự kích thích hệ miễn dịch và được sử dụng rộng rãi trong chẩn đoán nhiều bệnh [41]. Chúng cũng tham gia vào phản ứng stress [41]. Do đó tình trạng xáo trộn của pteridine có thể có ảnh hưởng đến sức khỏe con người, tuy nhiên SVTH: Nguyễn Kiều Oanh  113 Chương 3: Tăng cường folate trong các loại cây thực phẩm vai trò và tương tác của tổng hợp nội sinh với chế độ ăn uống pteridines trong quá trình chuyển hóa ở động vật có vú vẫn chưa rõ ràng. Trong phương pháp tạo giống lúa được làm giàu folate, gene Arabidopsis mã hóa GTPCHI (GenBank AF489530) và ADCS đã được biểu hiện vượt mức dưới sự kiểm soát của promoter mạnh trên một locus gene duy nhất. Hạt gạo chuyển gen đã biểu hiện vượt mức cả 2 gen của Arabidopsis chứa hàm lượng folate cao gấp 100 lần so với chủng hoang dại (1723 so với 17μg/100g khối lượng tươi). Thí nghiệm nấu chín cũng đã chứng minh rằng 100g gạo chuyển gen có thể cung cấp đủ nhu cầu folate hằng ngày của một người trưởng thành hay ít nhất lượng cung cấp nhiều nhất của nó [53]. Hơn nữa, mức độ của những chất trung gian được tổng hợp, pterin và p-ABA, thấp hơn đáng kể so với quả cà chua được làm giàu folate. 3.5.2. Hướng phát triển 3.5.2.1. Lợi ích trực tiếp của việc làm giàu sinh học Sử dụng một cây lương thực chính được làm giàu folate sẽ giúp chiến đấu với sự thiếu hụt folate. Điều này mang lại hai lợi ích ngay lập tức. Trước tiên, việc làm giàu sinh học cung cấp sự bền vững khi so sánh với làm giàu công nghiệp (bổ sung acid folic tổng hợp cho các loại thực phẩm có nguồn gốc từ ngũ cốc) và dược phẩm bổ sung. Việc phát triển của một loại cây trồng làm giàu sinh học trên quy mô lớn đầu tư một lần mà có thể mang lại lợi ích cho sức khỏe của hàng triệu người và do đó có thể tạo ra một hiệu ứng cấp số nhân [25]. Thứ hai, cây trồng làm giàu sinh học có thể cải thiện lượng folate cho một bộ phận dân số nông thôn suy dinh dưỡng không có khả năng hưởng lợi từ thực phẩm tăng cường công nghiệp hoặc các loại thực phẩm bổ sung, thường chỉ có sẵn trong thành phố. Vì vậy, tăng cường sinh học là bổ sung cho các kế hoạch can thiệp khác. SVTH: Nguyễn Kiều Oanh  114 Chương 3: Tăng cường folate trong các loại cây thực phẩm 3.5.2.2. Sự thích nghi theo vùng Để đảm bảo nông dân có thể thông qua thực phẩm tăng cường sinh học, điều quan trọng là năng suất cây trồng và/ hoặc lợi nhuận phải đồng thời tăng. Việc này có thể đạt được bằng cách chuyển đặc điểm tăng cường sinh học vào kiểu gen cho năng suất cao. Vì vậy, sẽ có những dòng tăng cường sinh học đưa vào chương trình gây giống kết hợp với các giống địa phương thích nghi với một hệ sinh thái nông nghiệp. Điều này rõ ràng sẽ đòi hỏi một mức độ nhất định của năng lực nghiên cứu quốc gia . Tuy nhiên, trong khu vực như Đông Nam Á, các hệ thống hiệu quả cho việc phổ biến giống cây trồng cải thiện đã có tại chỗ, làm cho việc thực hiện chỉ tốn chi phí tối thiểu. 3.5.2.3. Sự sinh lợi của việc tăng cường sinh học Việc tăng cường sinh học dự kiến sẽ sinh lợi dựa trên các nghiên cứu định lượng lợi ích sức khỏe tiềm năng cho vitamin A, sắt và kẽm có trong cây trồng tăng cường sử dụng phương pháp tiếp cận DALY [42]. Mô hình này tính toán việc giảm gánh nặng bệnh tật hiện tại liên kết với tình trạng thiếu vitamin từ tăng cường sinh học mà ra, có tính đến lượng tiêu thụ hiện tại các cây trồng lương thực, việc tiêu thụ dự kiến của các vi chất dinh dưỡng sau khi tăng cường sinh học cho cây trồng, và tỷ lệ dân số dự kiến sẽ tiêu thụ cây trồng tăng cường sinh học. Áp dụng phương pháp DALY cho tác động của gạo vàng 2 (một phiên bản cải tiến của tăng cường β-carotene gạo vàng) ở Ấn Độ ước tính đã giảm đi gánh nặng của thiếu vitamin A (VAD) từ 9% (tác động yếu) đến 59% (tác động mạnh) [52]. Ngay cả việc giảm 9% chi phí có thể chuyển sang cứu hàng ngàn người từ mù hoặc tử vong do bệnh truyền nhiễm. Hơn nữa, gạo vàng 2 hứa hẹn sẽ có chi phí hiệu quả, bởi vì người ta ước tính rằng, ngay cả dưới tác động thấp, chi phí tiết kiệm một DALY là ít hơn 20 đô la Mỹ so với một chi phí tối thiểu là 134 đô la Mỹ thực hiện bằng cách dùng vitamin A bổ sung [52]. SVTH: Nguyễn Kiều Oanh  115 Chương 3: Tăng cường folate trong các loại cây thực phẩm Rất ít khả năng thực phẩm thực vật được làm giàu folate sẽ gây nên bất kì thay đổi cảm quan nào, giống như trường hợp của gạo vàng, cho nên từ quan điểm này, người tiêu dùng có thể chấp nhận những sản phẩm này. Tuy nhiên, mối quan tâm về khả năng tác động gây hại môi trường (ví dụ như: mất đa dạng sinh học) và y tế (ví dụ: bệnh dị ứng) là không thể tránh khỏi, đặc biệt là ở EU, nếu tăng cường sinh học đạt được bằng kỹ thuật trao đổi chất. Điều này không có nghĩa là phương pháp tiếp cận kỹ thuật cần được từ bỏ, bởi vì chấp nhận cây trồng 'biến đổi gen' phát triển cũng giống như là chấp nhận những lợi ích của nó, như đã xảy ra cho những đột phá khoa học và y tế khác trong hai thế kỷ trước (ví dụ như những tranh cãi rộng rãi xung quanh việc tiêm phòng đại trà đầu tiên, một sự can thiệp đã xóa bệnh đậu mùa, vào thời gian đó một căn bệnh chết người). Các rủi ro sức khỏe và lợi ích của thực phẩm chuyển gen hầu như chỉ phụ thuộc vào thành phần hóa học (các chất dinh dưỡng, chất chuyển hóa, các yếu tố antinutritional, …) của sản phẩm, chứ không phải vào công nghệ sử dụng để đạt được sự thay đổi. Thật vậy, có thể nói rằng kỹ thuật di truyền đã cung cấp nhiều sự thay đổi có mục đích, đặc hiệu và dự đoán được trên thành phần cây lương thực hơn so với nhiều phương pháp tiếp cận "thông thường" (Bao gồm chăn nuôi thông thường, giống đột biến, lai soma, …). Hướng phát triển chung Việc làm giàu folate trên hai loài một lá mầm và hai lá mầm thành công đã khẳng định rằng việc tăng đồng thời trên 2 nhánh pterin và p-ABA có thể được sử dụng như là một bước tiến chung có thể ứng dụng vào những cây khác. Sự tối ưu hóa dòng chuyển hóa có thể đạt được bằng cách tác động vào những enzyme khác. Công việc trong tương lai sẽ bao gồm việc tạo ra các dòng có folate cao bằng cách lai giống hoặc chuyển gen trực tiếp. Đây là thuận lợi lớn bởi thực tế là cả hai gen đã chuyển đều nằm trên một T-DNA đơn. Kỹ thuật trao đổi chất cũng có thể được áp dụng cho các loại cây thân cỏ và không phải thân cỏ quan trọng với kinh tế quốc dân. Nghiên cứu sâu hơn sẽ là cần thiết để đánh giá khả dụng sinh học và hiệu lực sinh học của cây SVTH: Nguyễn Kiều Oanh  116 Chương 3: Tăng cường folate trong các loại cây thực phẩm tăng cường chất folate cũng như sự ổn định folate trong thời gian lưu trữ lâu dài điển hình cho các sản phẩm ngũ cốc. 3.6. Kết luận về các loại cây trồng chuyển gen được làm giàu folate Gạo, cà chua và cây Arabidopsis tăng cường folate đã được phát triển bằng cách sử dụng kỹ thuật trao đổi chất đơn giản. Các nhà khoa học đã đủ hiểu biết về hóa sinh folate trong cây trồng để dự tính các loại cây trồng tăng cường khác, chẳng hạn như lúa mì, chuối và khoai tây. Hiện nay, sự thiếu hụt folate vẫn còn, và sẽ tiếp tục như vậy cho đến khi triển khai các kế hoạch trên cơ sở nông nghiệp để giúp giảm gánh nặng toàn cầu này. Tăng cường folate trên cây lương thực nên là những can thiệp có giá trị, bổ sung và hiệu quả trong cuộc chiến chống thiếu hụt folate toàn cầu, trên tất cả ở các nước nghèo. SVTH: Nguyễn Kiều Oanh  117 Chương 4: Kết luận CHƯƠNG 4 KẾT LUẬN VỀ CÂY CHUYỂN GEN GIÀU CHẤT DINH DƯỠNG CHỨC NĂNG Các giống cây trồng chuyển gen ngày càng được phát triển nhờ vào các công cụ của Công nghệ sinh học hiện đại. Chính vì vậy mà bên cạnh các thuận lợi mà thực phẩm chuyển gen mang lại, nhiều người cũng lo ngại rằng liệu các loại thực phẩm này có an toàn bằng các loại thực phẩm có được nhờ sử dụng các biện pháp nông nghiệp truyền thống hay không. Dưới đây là tóm tắt các lợi ích tiềm tàng và nguy cơ tiềm ẩn của các cây chuyển gen. Lợi ích tiềm tàng 1. Cây trồng biến đổi gen tăng năng suất, giảm bệnh tật và sâu bệnh, từ đó giảm sử dụng thuốc trừ sâu, giảm thiểu ô nhiểm môi trường. 2. Thêm vào đó chất dinh dưỡng và mùi vị được cải thiện, có hiệu quả cho sức khỏe người tiêu thụ. 3. Thực phẩm biến đổi gen có thể làm tăng hoạt chất thuốc, nhất là những thực phẩm có chức năng vaccine sẽ làm tăng cường khả năng miễn dịch của con người đối với bệnh tật nan y như viêm gan siêu vi B,…, mà thực phẩm thông thường không thể có được. 4. Rau sản xuất kháng thể, có thể ăn để trị bệnh nhiễm trùng. Một số ví dụ như: lúa gạo giàu vitamin A và sắt, khoai tây tăng hàm lượng tinh bột, vaccine ăn được ở ngô và khoai tây, dầu ăn có lợi cho sức khỏe hơn từ đậu nành và cải dầu… Nguy cơ tiềm ẩn 1. Hiện tại người ta chưa biết được một cách chắc chắn thực phẩm biến đổi gen gây hại cho con người và môi trường như thế nào? SVTH: Nguyễn Kiều Oanh  118 Chương 4: Kết luận 2. Do thận trọng nên thực phẩm GMO khó có cơ hội để phát triển nhanh được. Người ta sợ rằng thực phẩm chuyển gen tổng hợp ra một loại protein gây dị ứng có hại đến sức khỏe lâu dài của con người. 3. Mặt khác thực phẩm chuyển gen có thể là nguyên nhân làm mất tính đa dạng sinh học mà thiên nhiên đã tạo hóa ra qua một quá trình thích ứng lâu dài, sẽ mất đi khả năng thích nghi của các sinh vật. 4. Từ cây thực phẩm GM, các gen GM thụ phấn chéo lên cỏ dại sẽ ra sao? Cuối cùng, vì tầm quan trọng của lương thực thực phẩm cho con người, nên các chính sách liên quan tới cây chuyển gen sẽ phải dựa trên những cuộc tranh luận cởi mở và trung thực có sự tham gia của mọi thành phần trong xã hội. SVTH: Nguyễn Kiều Oanh  119 Phần 3: Ứng dụng công nghệ vi sinh trong sản xuất thực phẩm chức năng PHẦN 3 ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ VI SINH TRONG SẢN XUẤT THỰC PHẨM CHỨC NĂNG - 120 - Chương 1: Tảo Spirulina CHƯƠNG 1 TẢO SPIRULINA 1.1. Giới thiệu chung Đầu những năm 70 của thế kỷ XX, những nhà khoa học người Pháp phát hiện ra tảo có khả năng phát triển nhanh và có hàm lượng protein rất cao. Tảo (agae) là một nhóm vi sinh vật, nhưng chúng khác với vi khuẩn và nấm men ở chỗ chúng có diệp lục và có khả năng tổng hợp được các chất hữu cơ từ các chất vô cơ dưới tác dụng của ánh sáng mặt trời. Tảo chia làm 9 ngành: tảo lam (Cyanophyta); tảo lục (Chorophyta); tảo silic (Diatomea); tảo vàng ánh (Chysophyta); tảo giáp (Pynophyta); tảo mắt (Euglenophyta); tảo roi lệch (Hererocontac); tảo đỏ (Rhodophyta); tảo nâu. Trên thế giới hiện nay có nhiều loại tảo. Tuy nhiên, cho đến nay chỉ có ba loại tảo đơn bào được sản xuất theo qui mô lớn và có lợi ích kinh tế cao: Chlorella, Spirulina, Scenedesmus, trong đó hai loài Chlorella và Spirulina được sản xuất nhiều hơn. Hình 1.1: Hình dạng tảo Chlorella, Scenedesmus, Spirulina [65] Những ưu điểm cơ bản của tảo đơn bào được các nhà khoa học và các nhà sản xuất quan tâm bao gồm: SVTH: Nguyễn Thị Minh Tâm  121 Chương 1: Tảo Spirulina Tảo đơn bào có hàm lượng protein rất cao (chiếm khoảng 70-75% chất khô), protein của tảo thuộc loại protein hoàn hảo và có chất lượng cao. Cho đến nay người ta chưa tìm thấy độc tố nguy hiểm tồn tại trong sinh khối tảo. Tảo là loài sinh vật tự dưỡng, chúng hoàn toàn có thể tự tổng hợp chất hữu cơ cho sự phát triển của mình từ các chất vô cơ, CO2, ánh sáng như ở thực vật. Tảo có kích thước tế bào lớn, chúng hoàn toàn đáp ứng tốt mọi yêu cầu kỹ thuật, đặc biệt rất thuận lợi trong giai đoạn thu nhận. Chúng không bị virus tấn công, sống trong những điều kiện đơn giản. Hiện nay, tảo Spirulina được nuôi trồng nhiều hơn tảo Chlorella, vì giữa hai loài tảo này, tảo Spirulina có rất nhiều ưu điểm hơn hẳn tảo Chlorella: Tảo Spirulina có hàm lượng protein cao hơn hẳn Chlorella. Protein trong tế bào Spirulina là 60-70%, Chlorella là 40-50%. Kích thước tảo Spirulina lớn hơn kích thước tảo Chlorella. Mặt khác, tảo Spirulina trong quá trình phát triển có xu hưởng nổi trên bề mặt, trong khi đó tảo Chlorella có kích thước nhỏ lại có xu hướng lắng chìm khi không khuấy trộn. Thu hoạch tảo Spirulina bằng những phương pháp rất đơn giản, trong khi thu hoạch tảo Chlorella phức tạp giống như thu hoạch sinh khối nấm men hoặc sinh khối vi khuẩn. Tảo Spirulina chứa rất nhiều loại vitamin, trong khi tảo Chlorella chứa ít loại vitamin hơn. Thành tế bào tảo Spirulina mỏng, thành tế bào Chlorella dày. Do đó hệ số tiêu hóa khi ta dùng tảo Spirulina cao hơn tảo Chlorella. Tảo Spirulina phát triển trong môi trường kiềm còn tảo Chlorella phát triển trong môi trường acid yếu. Khi dùng CO2 như nguồn carbon, mà nguồn carbon này trong điều kiện kiềm đất dễ chuyển hóa sang dạng dễ hấp thụ theo phản ứng sau: Spirulina hấp thụ CO2 theo chiều hướng này tốt hơn tảo Chlorella [13]. Vì vậy, ngày nay tảo Spirulina được nghiên cứu và ứng dụng rất nhiều trong các lĩnh vực của đời sống. SVTH: Nguyễn Thị Minh Tâm  122 Chương 1: Tảo Spirulina 1.2. Tổng quan về tảo Spirulina 1.2.1. Lịch sử phát hiện Spirulina là tên gọi do nhà tảo học người Đức – Deurben đặt vào năm 1827 dựa trên hình thái đặc trưng nhất là dạng sợi xoắn ốc với khoảng 5-7 vòng đều nhau không phân nhánh. Cũng vào năm 1827, Turpin lần đầu tiên phân lập được Spirulina từ nguồn nước tự nhiên. Năm 1963, giáo sư Clement (người Pháp) đã nghiên cứu thành công việc nuôi Spirulina ở qui mô công nghiệp. Năm 1973, Tổ chức Nông lương Quốc tế (FAO) và Tổ chức Y tế Thế giới (WHO) đã chính thức công nhận Spirulina là nguồn dinh dưỡng và dược liệu quý, đặc biệt trong chống suy dinh dưỡng và chống lão hóa. Năm 1977, Viện sinh vật học là nơi tiên phong trong việc nuôi trồng Spirulina ở Việt Nam theo mô hình ngoài trời, không mái che, có sục khí CO2 tại xí nghiệp nước suối Vĩnh Hảo (Bình Thuận) [3]. 1.2.2. Phân loại − − − − − Ngành: Cyanophyta Lớp: Cyanophyceae Bộ: Oscillatoriales Họ: Oscillatoriaceae Giống: Spirulina [13] 1.2.3. Đặc điểm sinh học của tảo Spirulina Tảo Spirulina có dạng xoắn lò xo khoảng 5-7 vòng đều nhau không phân nhánh. Đường kính xoắn khoảng 35-50 m, bước xoắn 60 m, chiều dài thay đổi có thể đạt 0,25mm. Nhiều trường hợp tảo Spirulina có kích thước lớn hơn. Tảo là trung gian giữa vi khuẩn và tảo nhân thực. Người ta cho rằng tảo Spirulina giống với vi khuẩn hơn, do đó tảo Spirulina còn có tên là vi khuẩn lam. Tảo có khả năng vận chuyển theo hình thức trượt xung quanh trục của chúng. Vận tốc vận chuyển của chúng có thể đạt 5 micron/giây [13]. SVTH: Nguyễn Thị Minh Tâm  123 Chương 1: Tảo Spirulina 1.2.3.1. Cấu tạo Hình 1.2: Hình dạng của tảo Spirulina [65] Là tảo lam đa bào dạng sợi, gồm nhiều hình trụ xếp không phân nhánh. Mỗi tế bào của sợi có chiều rộng 5 m, dài 2mm. Không có lục lạp mà chỉ chứa thylacoid phân bố đều trong tế bào. Không có không bào. Không có nhân điển hình, vùng nhân không rõ, trong đó có chứa DNA (Hedeskog và Hifsten A.1980) [13]. Thành tế bào có cấu trúc nhiều lớp chứa mucopolymer, pectin, và các loại polysaccharide khác. Màng tế bào nằm sát ngay dưới thành tế bào và nối với màng quang hợp thylacoid tại một vài điểm. Bộ máy quang hợp của Spirulina:[5] + Phycobilisome: chứa phycobiliprotein và protein liên kết được gắn vào bề mặt ngoài của thylacoid. Phycobilisome có khối lượng khoảng 7 triệu dalton và có thể tách nguyên vẹn để nghiên cứu. Đối với phycobilisome có cả phycoerythin và phycocyanin thì lớp ngoài cùng là phycoerythin, tiếp theo là phycocyanin và phần trong cùng là allophycocyanin. + Phycobilisome hoạt động như một anten thu nhận năng lượng mặt trời để chuyển vào PS II. Con đường truyền năng lượng bắt đầu từ phycoerythin sang phycocyanin và cuối cùng đến allophycocyanin trước khi đạt tới PS II. + Có khoảng 50% năng lượng ánh sáng mặt trời Spirulina nhận được nhờ phycobilisome. + Các sắc tố quang hợp gồm chlorophylla, carotenoid, phycocyanin, allophycocyanin và thường có carotenoid-glycoside như myxoxanthophyll, oscillaxanthin. SVTH: Nguyễn Thị Minh Tâm  124 Chương 1: Tảo Spirulina Spirulina có chứa 3 nhóm sắc tố chính: Chlorophyll hấp thụ ánh sáng lam và đỏ. Carotenoid hấp thụ ánh sáng lam và lục. Phycobillin hấp thụ ánh sáng lục, vàng và da cam. 1.2.3.2. Sinh sản của Spirulina Tảo lam là vi sinh vật xuất hiện cùng lúc với vi khuẩn trên trái đất (Cifferi O, Tiboni O, 1985). Hiện nay người ta biết khoảng 2500 loài. Tảo lam phân bố rất rộng và có khả năng chịu nhiệt rất cao. Người ta phát hiện chúng sống ở những suối nước nóng đến 690C [13]. Tảo Spirulina có phương thức sinh sản vô tính, từ một cơ thể mẹ trưởng thành (gọi là trichome), tự phân chia thành nhiều mảnh, mỗi mảnh gồm một số vòng xoắn (2-4 tế bào, gọi là hormogonia). Để tạo thành các hormogonia, sợi Spirulina sẽ hình thành các tế bào chuyên biệt cho sự sinh sản (gọi là đoạn necridia). Các necridia hình thành các đĩa lõm ở 2 mặt và tạo ra hormogonia bởi sự chia cắt tại vị trí các đĩa. Khi đã phát triển, dần dần phần đầu hormogonia bị tiêu giảm và trở nên tròn nhưng vách tế bào vẫn có chiều dày không đổi. Các hormogonia phát triển, trưởng thành và chu kỉ sinh sản lặp lại để đảm bảo vòng đời của Spirulina. Hình 1.3: Sơ đồ vòng đời của Spirulina [13] SVTH: Nguyễn Thị Minh Tâm  125 Chương 1: Tảo Spirulina Thông thường Spirulina sinh sản bằng cách gãy ra từng khúc. Trong trường hợp gặp điều kiện không thuận lợi, Spirulina cũng có khả năng tạo bào tử giống như ở vi khuẩn. Chu kì phát triển của Spirulina rất ngắn. Chu kì này thường diễn ra trong 24h như của tảo Chlorella [13]. 1.2.4. Thành phần hóa học của Spirulina Spirulina chứa hàm lượng protein rất cao và chứa đầy đủ các vitamin. Bảng 1.1: Thành phần hóa học của Spirulina STT 1 2 3 4 5 6 7 Thành phần Protein tổng số Glucid Lipid Acid nucleic Diệp lục Carotene Tro Số lượng (% chất khô) 60 ÷ 70 13 ÷ 16 7÷8 4,29 0,76 0,23 4÷5 [13] Spirulina có giá trị dinh dưỡng cao vì chứa hàm lượng protein cao và các chất có hoạt tính sinh học khác. Giá trị protein trung bình của Spirulina là 65%, cao hơn so với nhiều loại thực phẩm. Ví dụ, hàm lượng protein của cá và thịt là 15-20%, nước tương là 35%, sữa cô đặc là 35%, trứng là 12% và ngũ cốc là 8-14% [22]. Spirulina là nguồn giàu vitamin B12 nhất. Nếu hằng ngày ta sử dụng 1g Spirulina thì sẽ đáp ứng nhu cầu vitamin B12 hằng ngày. Ngoài ra, Spirulina còn chứa các vitamin khác như A, B1, B3, B6, E và H (Bảng 1.2). Spirulina giàu sắt và calcium, hỗ trợ tốt cho máu, cho xương và răng. Lượng calcium của Spirulina cao hơn trong sữa. Lượng sắt trong Spirulina cao hơn 12 lần so với trong các loại thực phẩm khác. Ngoài ra, Spirulina cũng giàu magnesium, potassium. Những khoáng đa lượng bao gồm sodium, calcium, magnesium, potassium, chlorine, sulfur và phosphorous. Các khoáng vi lượng gồm iodine, calcium, magnesium, fluoride, manganese, boron, nickel và cobalt (Bảng 1.2). SVTH: Nguyễn Thị Minh Tâm  126 Chương 1: Tảo Spirulina Bảng 1.2: Thành phần vitamin của Spirulina Vitamin  Trên 10g  Nhu cầu hàng ngày cho phép  % so với nhu cầu hàng ngày cho phép Vitamin A (β-caroten) Vitamin B1 (Thiamine) Vitamin B2 (Riboflavin) Vitamin B3 (Niacin) Vitamin B6 (Pyridoxine) Vitamin B12 (Cyanocobalamine) Vitamin E (α-tocopherol) Folacin Phanthothenic acid Biotin 23000IU 0,31µg 0,35 µg 1,46 µg 80 µg 32 µg 1IU 1 µg 10 µg 0,50 µg 6,40 5000 1,5 1,7 20 2,0 6,0 30 400 10 - - 460 21 21 7 4 533 3 0,04 1 - - Inositol [32] Bảng 1.3: Thành phần khoáng của tảo Spirulina Khoáng  Trên 10g  Nhu cầu hàng ngày cho phép  % so với nhu cầu hàng ngày cho phép Calcium Iron Phosphorus Magnesium Zinc Potassium Copper Manganese Chromium Sodium Selenium 70 mg 10 mg 80 mg 40 mg 300 µg 140 mg 120 µg 500 µg 25 µg 90 mg 10 µg 1000 mg 18 mg 1000 mg 400 mg 15 mg 3500 mg 2 mg 2 mg 120 µg 2400 mg 70 µg 7 55 8 10 2 4 6 25 21 4 14 [32] SVTH: Nguyễn Thị Minh Tâm  127 Chương 1: Tảo Spirulina Spirulina chứa 18 trong số 20 loại amino acid được biết. Một số amino acid có hàm lượng cao trong Spirulina như glutamic acid (14,6%); aspartic acid (9,8%); leucine (8,7%); aniline (7,6%)… (Bảng 1.4). Bảng 1.4: Thành phần acid amin của tảo Spirulina STT Thành µg/10g Số lượng STT Thành µg/10g Số lượng phần (% tổng chất khô) phần (% tổng chất khô) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Isoleucin Leucin Lysin Methionin Phenilalanin Theonin Tryptophan Valin Alanin 350 540 290 140 280 320 90 400 470 5,6 8,7 4,7 2,3 4,5 5,2 1,5 6,5 7,6 10 11 12 13 14 15 16 17 18 Arginin A.aspartic Cystin A.glutamic Glycin Histidin Prolin Serin Tyrosin 430 610 60 910 320 100 270 320 300 6,9 9,8 1,0 14,6 5,2 1,6 4,3 5,2 4,8 [13] Các chất màu trong Spirulina: Spirulina có màu xanh lam-lục là do Spirulina chứa nhiều sắc tố với hàm lượng cao như chlorophyll, phycocyanin, beta-caroten, xanthophylls (Bảng 1.5). Bảng 1.5: Các chất màu trong Spirulina Chất màu Màu sắc Hàm lượng trong 10g % Spirulina Phycocyanin Chlorophyll Carotenoids Xanh da trời Xanh lá cây Màu vàng 1400µg 100 µg 37 µg 14% 1,0% 0,37% cam [32] SVTH: Nguyễn Thị Minh Tâm  128 Chương 1: Tảo Spirulina 1.2.5. Tình hình nuôi trồng và phát triển Spirulina 1.2.5.1. Trên thế giới Spirulina được trồng đại trà ở các nước trên thế giới từ những năm 1972, các nước sản xuất vi tảo chủ yếu tập trung ở Châu Á và vành đai Thái Bình Dương. Những khu vực và vùng lãnh thổ có sản lượng vi tảo lớn là Trung Quốc, Nhật Bản, Đài Loan, Hàn Quốc, Hoa Kỳ, Mehico… Khởi đầu là vào những năm 1970, một doanh nghiệp tảo đầu tiên của Hoa Kỳ đã bắt tay vào nuôi thử nghiệm mô hình pilot trên các bể nhân tạo. Họ chọn thung lũng hoang mạc Imperial thuộc bang California vì nơi đây có nhiệt độ trung bình cao nhờ ánh nắng mặt trời và tránh xa vùng ô nhiễm đô thị. Đến năm 1981, một sự hợp tác đầu tiên giữa doanh nhân California và thương nhân Nhật bản đã hình thành nên Earthrise Farms và chính thức đi vào sản xuất ổn định năm 1982. Ngày nay, Earthrise Farms cung cấp sản phẩm cho hơn 40 quốc gia và nguồn Spirulina ở đây được xem là tốt nhất [32]. Ngoài ra, trên thế giới còn có các trang trại nuôi trồng tảo Spirulina với quy mô lớn, chất lượng cao như: − − − − − Trang trại Twin Tauong (Myanmar) Trang trại Sosa Texcoco (Mehico) Công ty tảo Siam (Thái Lan) Trang trại Chenhai (Trung Quốc) Nông trại Hawai ( Hoa Kỳ)… 1.2.5.2 Việt Nam Ở Việt Nam, từ năm 1972 các nhà khoa học bắt đầu đặt vấn đề nghiên cứu tảo Spirulina do GS.TS Nguyễn Hữu Phước chủ trì. Năm 1976, việc thử nghiệm nuôi trồng tảo Spirulina đã được tiến hành trong thời gian 4-5 tháng tại Nghĩa Đô, Hà Nội đã thu được kết quả khá khả quan. SVTH: Nguyễn Thị Minh Tâm  129 Chương 1: Tảo Spirulina Vào năm 1985, Sở Y Tế thành phố Hồ Chí Minh đã tiếp nhận giống tảo Spirulina đầu tiên do ông bà R.D.Fox tặng. Sau đó, tảo giống được giao cho Trạm nghiên cứu dược liệu (nay là Trung tâm dinh dưỡng thành phố Hồ Chí Minh) giữ giống và nuôi trồng [3]. Hiện nay, có 2 nơi nuôi trồng tảo Spirulina lớn ở nước ta, đó là: − − Công ty cổ phần nước khoáng Vĩnh Hảo (Bình Thuận) Và một cơ sở ở Bình Chánh, thành phố Hồ Chí Minh. Có thể nói, Vĩnh Hảo là đơn vị tiên phong trong việc nuôi trồng và sản xuất tảo Spirulina lớn nhất nước ta. Việc nuôi trồng Spirulina tại thành phố Hồ Chí Minh lại là nguồn n