Phân lập và nghiên cứu ảnh hưởng của một số yếu tố môi trường đến quá trình tổng hợp β-caroten của tảo Dunaliella sp. trên ruộng muối tỉnh Khánh Hòa

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG
VIỆN CÔNG NGHỆ SINH HỌC VÀ MÔI TRƯỜNG
oOo




PHẠM TÀI MINH




PHÂN LẬP VÀ NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG
CỦA MỘT SỐ YẾU TỐ MÔI TRƯỜNG ĐẾN
QUÁ TRÌNH TỔNG HP

β
ββ
β-caroten CỦA
TẢO Dunaliella sp. TRÊN RUỘNG MUỐI
TỈNH KHÁNH HÒA




ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Chuyên ngành Công nghệ sinh học




Giáo viên hướng dẫn:
ThS. NGUYỄN THỊ HẢI THANH
ThS. LÊ PHƯƠNG CHUNG




NHA TRANG – 7/2013


i

LỜI CẢM ƠN
Trong suốt quá trình thực hiện đề tài và hoàn thành luận văn, em
luôn nhận được sự quan tâm giúp đỡ rất tận tình của thầy cô hướng dẫn,
nhân dịp này, em xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến:
ThS. Nguyễn Thị Hải Thanh người đã trực tiếp hướng dẫn và tận
tình giúp đỡ em trong suốt quá trình em nghiên cứu, hoàn thành đề tài,
đồng cảm ơn ThS. Lê Phương Chung, người đồng hướng dẫn em rất nhiệt
tình và tâm huyết.
Em xin chân thành cảm ơn các anh,chị cán bộ phòng thí nghiệm đã
tạo điều kiện giúp đỡ em rất tận tình về máy móc, thiết bị trong suốt quá
trình làm đồ án.
Qua đây, em cũng xin được bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới
Ban

lãnh đạo Viện CHSH & MT, các thầy giáo, cô giáo bộ môn đã chỉ dẫn,
giảng dạy em trong suốt 4 năm học qua và đã tạo những điều kiện thuận lợi
để em hoàn thành luận văn này.
Cuối cùng, em xin cảm ơn gia đình, người thân và bạn bè, những
người luôn bên cạnh động viên, giúp đỡ em trong suốt quá trình em thực
hiện đề tài.

Nha Trang, tháng 6 năm 2013


PHẠM TÀI MINH

ii

MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN i
MỤC LỤC ii
DANH MỤC BẢNG iv
DANH MỤC HÌNH v
DANH MỤC HÌNH v
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT vii
MỞ ĐẦU 1
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN 2
1.1. Tổng quan về β-caroten 2
1.1.1. Cấu trúc 3
1.1.2 Tính chất vật lý và quang phổ 4
1.1.3 Tính chất hóa học 5
1.1.4. Hoạt tính sinh học và khả năng hấp thụ 6
1.2 Tổng quan về tảo Dunaliella 10
1.2.1. Nguồn gốc 10

1.2.2 Đặc điểm hình thái, cấu trúc tế bào. 10
1.2.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến sự tổng hợp β-caroten của Dunaliella 19
1.2.4 Tình hình nghiên cứu về quá trình tăng tổng hợp β-caroten của
tảo Dunaliella 20
CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 24
2.1. Đối tượng nghiên cứu 25
2.2. Thời gian và địa điểm nghiên cứu 25
2.3. Hóa chất và thiết bị nghiên cứu 25
2.4. Phương pháp nghiên cứu 26
2.4.1. Cách tiếp cận vấn đề nghiên cứu 26
2.4.2. Phân lập tảo Dunaliella. 27
2.4.3. Xác định hàm lượng β-caroten 30
2.4.4. Nghiên cứu ảnh hưởng của một số yếu tố môi trường đến quá
trình tăng tổng hợp β-caroten của tảo Dunaliella sp 31

iii

2.4.5. Xử lý số liệu 35
CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 36
3.1. Phân lập tảo Dunaliella sp 36
3.1.1. Phân bố của tảo Dunaliella trên địa bàn tỉnh Khánh Hòa. 36
3.1.2 Mô tả đặc điểm hình thái, vị trí phân loại của tảo Dunaliella 38
3.2. Tuyển chọn tảo Dunaliella có khả năng sinh beta caroten cao 41
3.3. Ảnh hưởng của một số yếu tố môi trường đến quá trình sinh tổng hợp
β-caroten của chủng NT6 42
3.3.1 Ảnh hưởng của nhiệt độ 43
3.3.2 Ảnh hưởng của cường độ ánh sáng: 46
3.3.3 Ảnh hưởng của yếu tố độ mặn 50
3.3.4 Ảnh hưởng của yếu tố hàm lượng KNO
3

54
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 59
1. Kết luận 59
2. Kiến nghị 59
TÀI LIỆU THAM KHẢO 61
DANH MỤC BẢNG PHỤ LỤC KẾT QUẢ



iv

DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1 Quang phổ hấp thụ của một số carotens điển hình 4
Bảng 1.2 So sánh thành phần dinh dưỡng của tảo Dunaliella salina với
tảo Spirulina và thực vật (cà rốt) 18
Bảng 1.3 So sánh khoáng chất trong các loại thực phẩm xanh 18
Bảng 2.1 Thành phần môi trường 25
Bảng 3.1 Phân bố tảo Dunaliella trên các địa điểm thu mẫu vào các mùa
khác nhau. 36
Bảng 3.2 Hàm lượng β-caroten của 4 chủng vi tảo biển Dunaliella sau 10
ngày nuôi trong môi trường J/l 8.8%, 7500lux, mật độ ban đầu
5x10
3
tb/ml 41
Bảng 3.3 Giá trị hàm lương β-caroten (mg/lít) của chủng NT6 trong
nghiệm thức ánh sáng 43
Bảng 3.4 Giá trị hàm lương β-caroten (pg/tb) của chủng NT6 trong
nghiệm thức nhiệt độ. 45
Bảng 3.5 Giá trị hàm lương β-caroten (mg\lít) của chủng NT6 trong
nghiệm thức ánh sáng. 47

Bảng 3.6 Hàm lượng β-caroten (pg\tb) của chủng NT6 của ngày nuôi thứ
7, 8 và 9 trong nghiệm thức ánh sáng 49
Bảng 3.7 Giá trị hàm lượng β-caroten (mg/lít) của chủng NT6 trong
nghiệm thức độ mặn 51
Bảng 3.8 Giá trị hàm lượng β-caroten (pg\tb) của chủng NT6 trong
nghiệm thức độ mặn trong 3 ngày 7, 8 và 9 của 6 mẫu 0.5M,
1M, 1.5M, 2M, 3M, 4M 52
Bảng 3.9 Ảnh hưởng của hàm lượng KNO
3
đến hàm lượng β-caroten
(mg/lít) của chủng NT6 55
Bảng 3.10 Bảng giá trị giá trị hàm lượng β-caroten(pg\tb) biến thiên theo sự
thay đổi của giá trị dinh dưỡng KNO
3
57


v

DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1 Cấu trúc của 1 đơn vị isoprene 3
Hình 1.2 Cấu trúc hóa học của β-caroten 3
Hình 1.3 Phổ hấp thụ của lycopene (—), γ-caroten (- - -), β-caroten ( )
và α-caroten ( ) trong ete dầu hỏa 5
Hình 1.4 Phổ hấp thụ của hai dạng đồng phân trans- và cis-β-caroten
trong ete dầu hỏa 5
Hình 1.5 Hình thái các loài tảo thuộc chi Dunaliella 11
Hình 1.6 Sinh trưởng của Dunaliella salina trong môi trường có nồng độ
NaCl từ 0.17M đến 4.0 M NaCl 12
Hình 1.7 Tế bào Dunaliella maritime 15

Hình 1.8 Tế bào Dunaliella salina 15
Hình 1.9 Tế bào Dunaliella primolecta 16
Hình 1.10 Tế bào Dunaliella tertiolecta 16
Hình 1.11 Bốn loài D. parva, D. salina, D. viridis and D. pseudosalina
sinh trưởng trong NaCl 4.0 M (A), Bể muối ở Gave-Khooni
Salt Marsh, Iran có mặt D. salina màu đỏ cam (B), hình dạng
của D. salina sinh trưởng trong NaCl 4 M (C) và hình dạng của
D. salina sinh trưởng trong NaCl 2M(D) 22
Hình 2.1 Sơ đồ tiếp cận các vấn đề nghiên cứu 27
Hình 2.2 Phân lập tảo Dunaliella bằng phương pháp pha loãng mẫu 30
Hình 2.3 Thí nghiệm xác định sự ảnh hưởng của nhiệt độ đến đến sự tăng
tích lũy β- caroten của tảo Dunaliella sp 32
Hình 2.4 Thí nghiệm xác định sự ảnh hưởng của ánh sáng đến đến sự
tăng tích lũy β- caroten của tảo Dunaliella sp. 33
Hình 2.5 Thí nghiệm xác định sự ảnh hưởng của độ mặn đến đến sự tăng
tích lũy β- caroten của tảo Dunaliella sp 34
Hình 2.6 Thí nghiệm xác định sự ảnh hưởng của hàm lượng KNO
3
đến
đến sự tăng tích lũy β- caroten của tảo Dunaliella sp. 35
Hình 3.1 Quá trình phân lập tảo Dunaliella 38

vi

Hình 3.2 Hình thái chủng NT6 (A) và kích thước tế bào chủng NT6 (B)
trên kính hiển vi quang học (100X); mũi tên màu vàng chỉ điểm
mắt (eyespot) 40
Hình 3.3 Hình thái chủng ND25 (A) và kích thước tế bào chủng ND25
(B) trên kính hiển vi quang học (100X); mũi tên màu cam chỉ
thể lạp xếp vòng 41

Hình 3.4 Ảnh hưởng của nhiệt độ đến hàm lượng beta caroten (mg/L)
của chủng NT6 44
Hình 3.5 Ảnh hưởng của nhiệt độ đến hàm lượng β-caroten (pg/tb) của
chủng NT6. 45
Hình 3.6 Ảnh hưởng của cường độ ánh sáng đến hàm lượng β-caroten
(mg/lít) của chủng NT6 48
Hình 3.7 Đồ thị biểu diễn giá trị hàm lượng β-caroten(mg\l) của tảo NT6
ở điều kiện ánh sáng 14 klux 48
Hình 3.8 Ảnh hưởng của cường độ ánh sáng đến hàm lượng β-caroten
(pg/tb) của chủng NT6 50
Hình 3.9
Ảnh hưởng của độ mặn đến hàm lượng β-caroten (mg/l)
của chủng NT6
52
Hình 3.10 Ảnh hưởng của độ mặn đến hàm lượng β-caroten (pg/tb) của
chủng NT6 53
Hình 3.11 Màu sắc của tảo NT6 khi nuôi ở các độ mặn khác nhau. Các
mẫu lần lượt theo thứ tự 12,5%(2,14N), 20%(3,41N),
25%(4,27N), 30%(5,12N) 54
Hình 3.12 Hình thái của NT6 khi nuôi ở độ mặn 25% dưới kính hiển vi
quang học (100x) 54
Hình 3.11. Ảnh hưởng của hàm lượng KNO
3
đến hàm lượng β-caroten
(mg/lít) của chủng NT6. 56
Hình 3.12
Ảnh hưởng của hàm lượng KNO
3
đến hàm lượng β-caroten
(pg/tb) của chủng NT6

57


vii



DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
ER
Endoplasmic Reticulum(lưới nội chất)
EDTA
Ethylene diamine tetraacetic acid
OD
Optical Density(mật độ quang)
EFAs
Essential fatty acids(acid béo thiết yếu)
KLUX
1klux = 1000 lux
CĐAS
Cường độ ánh sáng

1

MỞ ĐẦU
Vi tảo là những vi sinh vật xuất hiện sớm trên trái đất, trải qua hàng
trăm tỷ năm tiến hóa, chúng được xem là sinh vật có cấu trúc hình thái đa
dạng nhất. sự phân bố và nơi sống của vi tảo rất đa dạng, chúng có thể sống
trong các và phát triển ở các vùng ẩm ướt, thủy vực cho tới các vùng băng
tuyết hay sa mạc nóng bức [7].
Chúng có kích thước rất nhỏ mà mắt thường không nhìn thấy được,

chỉ quan sát được dưới kính hiển vi với độ phóng đại thích hợp. Chúng có
chứa ít nhất một loại sắc tố chlorophyll. Chlorophyll là một cấu thành quan
trọng của các sinh vật phù du, tạo nên năng suất sơ cấp của thủy vực và giữ
một vai trò quan trọng trong việc duy trì phát triển hệ sinh thái. Hàng năm
có đến 200 tỉ tấn chất hữu cơ được tạo thành trên toàn thế giới.Trong số đó
170 - 180 tỉ tấn là do tảo tạo thành. Vi tảo chiếm 1/3 sinh khối của thực vật
trên trái đất, nó cung cấp 40% - 50 % lượng oxy trong khí quyển hay là
lượng oxy trong quá trình hô hấp của sinh vật [7].
Mặt khác ngày nay vi tảo được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực của
đời sống như dùng làm thức ăn bổ dưỡng cho người và thức ăn cho động
vật, đặc biệt là trong nuôi trồng thủy hải sản. Vi tảo là nguồn phân bón sinh
học, năng lượng sạch, nguồn hóa chất trong công nghiệp và dược phẩm, xử
lý môi trường. β-caroten, protein, polysaccharide, acid béo không no như:
gamma linolenic acid, eicosapentaenoic acid, vitamine docosahexaenoic
acid là những hợp chất có trong thành phần cấu tạo của vi tảo đã được con
người khai thác và sử dụng [7]. Do có nhiều ưu thế so với thực vật bậc cao
như vòng đời ngắn, năng suất cao, hiệu số sử dụng ánh sáng cao, công nghệ
sản xuất đơn giản, thích hợp với quy mô sản xuất công nghiệp, ngày nay
ngành công nghiệp sản xuất vi tảo đã không ngừng phát triển và đạt được
những thành tựu đáng kể [7].

2

Dunaliella là một trong số những loài có khả năng tổng hợp β-
caroten để bảo vệ tế bào tránh khỏi các tác nhân từ môi trường bên ngoài
tác động như nồng độ ánh sáng cao, độ mặn cao Hàm lượng β-caroten
trong Dunaliella có thể chiếm tới 14% khối lượng khô[12]. β-caroten có
nhiều công dụng như: là chất màu thực phẩm có nguồn gốc tự nhiên, là tác
nhân làm tăng màu sắc cho thịt cá hồi và lòng đỏ trứng gà cũng như tăng
thể trạng và khả năng sinh sản ở gia súc nuôi nhốt. β-caroten còn được coi

là chất kích thích sinh trưởng ngăn ngừa ung thư và làm sáng mắt. Theo
thống kê năm 1997 giống tảo Dunaliella được nuôi trồng nhiều nhất tại Úc
với sản lượng khoảng 40 tấn/ năm và chúng được ứng dụng chủ yếu để sản
xuất thuốc, thức ăn, mỹ phẩm cho con người và động vật [9]
Chủng tảo Dunaliella ở Việt Nam rất đa dạng, nhiều loài đặc hữu,
hứa hẹn sẽ là nguồn tiềm năng sản xuất β-caroten trong thời gian tới. Tuy
nhiên hiện nay công nghệ nuôi Dunaliella để thu nguồn β-caroten vẫn đang
là thách thức đối với các nhà khoa học của Việt Nam.
Xuất phát từ lý do trên mà chúng tôi tiến hành hiện đề tài “Phân lập
và nghiên cứu ảnh hưởng của một số yếu tố môi trường đến quá trình
tổng hợp β-caroten của tảo Dunaliella sp. trên ruộng muối tỉnh Khánh
Hòa ”
Mục tiêu của đề tài :
1: Phân lập tảo Dunaliella sp.
2: Nghiên cứu ảnh hưởng của một số yếu tố môi trường bao gồm:
nhiệt độ, cường độ ánh sáng, độ mặn, hàm lượng KNO
3
đến quá trình tổng
hợp β-caroten của tảo Dunaliella sp.
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
1.1. Tổng quan về β-caroten

3

1.1.1. Cấu trúc
β-caroten là hợp chất thuộc nhóm carotenoid. Carotenoid là dạng sắc
tố hữu cơ có tự nhiên trong thực vật và các loài sinh vật quang hợp khác
như là tảo, một vài loài nấm và một vài loài vi khuẩn. Hiện nay người ta đã
tìm được 600 loại caroten, sắp xếp theo hai nhóm, xanthophylls và caroten
[8]. Caroten thuộc nhóm tetraterpen (phân tử chứa 40 nguyên tử C) được

tạo nên bởi 8 đơn vị isoprenne:
CH2 = C – CH = CH2
|
CH3
Hình 1.1. Cấu trúc của 1 đơn vị isoprene
Các xanthophyll thường có màu vàng và trong phân tử có chứa oxi ví
dụ như: lutein và zeaxanthin.
Các caroten có màu đỏ đến da cam, là những hydrocarbon (C
40
H
58
)
có 1 mạch ngang 18 carbon mang 4 nhóm CH
3
và 9 nối đôi liên hợp, chúng
khác nhau ở các đầu chuỗi ví dụ như: α-caroten,β-caroten và
lycopene…[8].
Có 4 loại caroten quan trọng là α-caroten, β-caroten, γ-caroten và
lycopen, trong đó β-caroten là hợp chất phổ biến nhất trong tự nhiên và
được quan tâm nghiên cứu nhiều nhất. β-caroten có cấu tạo đối xứng với 2
vòng β-ionone nên khi thủy phân cho 2 phân tử vitamin A, còn các caroten
khác khi thủy phân chỉ cho 1 vitamin A. Cấu trúc của β-caroten được thể
hiện trong hình 1.2 [8].

Hình 1.2. Cấu trúc hóa học của β-caroten

4

1.1.2 Tính chất vật lý và quang phổ
β-caroten tạo nên các sắc tố màu vàng, cam, xanh lá của hoa, rau và

một số loài tảo quang hợp. Chúng là tiền chất của vitamin A, thường tồn tại
ở dạng tinh thể có màu đỏ đậm. β-caroten có thể tan trong các dung môi
hữu cơ không phân cực như benzen, chlorofom, hexan, petroleum ether…,
ít tan trong các dung môi phân cực như methanol, ethanol và không tan
trong nước.
β-caroten khi để ngoài không khí dễ hấp thụ oxi (đến 40% so với
trọng lượng) để trở thành dạng oxi hóa. β-caroten nguyên chất là các tinh thể đen
có màu đỏ sáng của đồng và có ánh kim loại, dung dịch caroten có màu đỏ cam
[8].
β-caroten rất dễ bị oxy hoá dưới tác dụng của oxy không khí, ánh
sáng, nhiệt độ và enzyme, nhạy cảm với axit và chất oxy hoá, bền với kiềm
hấp thu bước sóng cực đại vào khoảng 450nm [8]
Quang phổ hấp thụ của caroten trong các dung môi ở các vùng cực
tím có cực đại hấp thụ như sau (bảng 1.1).
Bảng 1.1 Quang phổ hấp thụ của một số carotens điển hình [23]
caroten

Dung môi
α-caroten β-caroten γ-caroten Lycopene
Acetone 424

448

476

429

452

478

439

461

491

448

474

505

Chloroform 433

457

484

435

461

485

446

475

509

458

484

518

Ethanol 423

444

473

425

450

478

440

460

489

446

472

503

Hexane, Petroleum ether

422

445

473

425

450

477

437

462

494

444

470

502


5

Hình 1.3. Phổ hấp thụ của lycopene (—), γ-caroten (- - -), β-caroten
( ) và α-caroten ( ) trong ete dầu hỏa

Hình 1.4. Phổ hấp thụ của hai dạng đồng phân trans- và cis-β-caroten
trong ete dầu hỏa
1.1.3 Tính chất hóa học
β-caroten là một dẫn xuất isopen chưa bão hòa, bền trong môi trường
kiềm và không bền môi trường. Nhờ có hệ thống nối đôi liên hợp β-caroten
có ái lực mạnh với oxy đơn bội nên dễ bị oxy hóa, đồng phân hóa khi tiếp
xúc với không khí, ánh sáng hay nhiệt độ.
β-caroten nhạy cảm với oxy, sự đồng phân hóa xảy ra dưới sự ảnh
hưởng bởi ánh sáng, nhiệt độ, và oxy. Vì vậy phải giữ ở điều kiện tránh ánh

6

sáng, bảo quản trong bao bì kín với nitro hoặc argon trong thời gian sử
dụng dài [23].
1.1.4. Hoạt tính sinh học và khả năng hấp thụ
a. Hoạt tính provitamin A.
Trong số các đồng phân của β-caroten, all- trans β-caroten chứa
100% hoạt tính, trong khi các đồng phân cis chỉ chiếm khoảng 50% hoạt
tính hoặc nhỏ hơn. Việc cắt tại trung tâm hoặc phá vỡ cấu trúc tại 1 đầu của
phân tử có thể chuyển đổi beta-caroten thành provitamin A. Việc chuyển
đổi của β- caroten diễn ra trong niêm mạc ruột bởi enzyme β- caroten
dioxygenase, sản xuất ra 2 phân tử của võng mạc, sau đó trở thành vitamin
A [20].
Hoạt tính sinh học của β-caroten phụ thuộc vào tính chất vật lý của
nó trong thực phẩm. Chế độ ăn uống cùng với thực vật và chất béo sẽ làm
tăng khả năng hấp thụ. Trong dạ dày, β-caroten có xu hướng tổng hợp cùng

với lipid ở dạng viên nhỏ, sau đó được chuyển vào ruột non. Chỉ 1/3 β-
caroten trong chế độ ăn uống được hấp thụ vào ruột, và 1 nửa của chúng
được chuyển đổi thành retinol. Phần còn lại được lưu trữ trong chất béo dự trữ
của cơ thể [22].
Tính độc của β-caroten cũng được quan tâm nhiều, đối với các sản
phẩm tự nhiên do có thêm một số các đồng phân khác nên không gây độc
tính dù sử dụng ở nồng độ cao, trong khi đó thì β-caroten tổng hợp hóa học
lại chỉ bao gồm toàn cấu hình trans nên gây độc khi sử dụng với liều lượng
cao. Vì vậy, xu hướng hiện nay chủ yếu tập trung vào sản xuất β-caroten
theo con đường sinh tổng hợp tự nhiên [22].
Đối với β-caroten khi ở dạng tiền vitamin A, nó bảo vệ nhiễm sắc tố
da chống lại hiệu ứng có hại của các tia tử ngoại. Người ta khuyên nên
dùng bổ sung β-caroten trước khi làm việc lâu dài dưới ánh nắng mặt trời.

7

Nó có thể giúp da phòng chống bệnh ung thư da trong một thời gian dài
[22].
b. Tính chất chống oxy hóa
Trong lĩnh vực dược phẩm và y học, β-caroten được coi là một loại
biệt dược rất hữu hiệu trong việc phòng, chữa trị các bệnh nan y và còn
được coi như một liều thuốc làm tăng tuổi thọ cho loài người. Những
nghiên cứu gần đây cho thấy β-caroten nhân tạo có liên quan đến hiện
tượng biến đổi nhiễm sắc thể, dẫn đến nguy cơ ung thư trong khi đó thì β-
caroten tự nhiên lại có khả năng chống lại sự sai khác này, do đó, có khả năng
ngăn ngừa được bệnh ung thư [33].
Cơ chế chống oxy hóa:
Trong cơ thể, caroten nói chung và β-caroten nói riêng có khả năng
triệt tiêu các gốc tự do, dập tắt các chuỗi phản ứng dây chuyền. Nhờ có hệ
thống liên hợp, nó vô hiệu hóa phân tử oxi bị kích hoạt. Một phân tử β-

caroten có thể hấp thụ năng lượng của oxy nguyên tử rồi giải phóng năng
lượng ấy dưới dạng nhiệt vô hại [20].
O
2
+ β-caroten→ β-caroten* + β-caroten* → β-caroten + Q(vô hại)
Lợi ích sức khỏe
β-caroten là một nguồn provitamin A phong phú trong thức ăn để
giúp phòng ngừa thiếu vitamin A. Vitamin A đóng vai trò quan trọng trong
nhiều bộ phận của cơ thể, như hệ thống miễn dịch, thị giác, cơ quan sinh
sản, … β- caroten đã được công nhận là hợp chất chống ung thư [20].
Dựa trên các nghiên cứu, người ta đã kết luận rằng cùng với vitamin
C, E, đồng, mangan, β-caroten có vai trò quyết định đến sự ngăn ngừa,
chống lại các gốc tự do (các chất tự do kém bền và hoạt động mạnh, có khả
năng kết hợp với các phân tử khác, đặc biệt là lipid và gây nên phản ứng

8

dây chuyền nguy hiểm đối với tế bào và là nguồn gốc của các căn bệnh như
tim mạch, quá trình lão hóa, giảm trí nhớ, ung thư…).
Đối với động vật có vú, β-caroten giữ chức năng sinh học quan
trọng trong quá trình phát triển các thể như: phát triển thị giác, vị giác, tăng
đáp ứng miễn dịch, tăng sự sinh sản và tạo tinh trùng. Tác động chủ yếu
của β-caroten không chỉ là chống oxy hóa mà còn trao đổi thông tin từ tế
bào này đến tế bào khác, tác động tới cấu trúc và chức năng của màng tế
bào, tăng cường sự đáp ứng miễn dịch của cơ thể. Chính vì vậy β-caroten
được xác định là chất điều hòa dinh dưỡng.
Đặc biệt, β-caroten không độc đối với cơ thể khi sử dụng ở liều
lượng cao và kéo dài, trong khi nếu ta sử dụng vitamin A kéo dài và với
liều cao thì sẽ gây rối loạn thị giác, rối loạn chức năng gan. Nguyên nhân
chính là do cơ thể chuyển hóa β-caroten thành vitamin A khi có nhu cầu.

Chỉ 1/6 lượng β-caroten chuyển thành vitamin A [23].
β-caroten có hai đồng phân trans- và cis-β-caroten, trong đó, trans-β-
caroten có thể chuyển thành dạng cis-β-caroten. Dạng đồng phân trans β-
caroten con người có thể hấp thụ và sử dụng được. Hiện tại thì các nghiên
cứu chỉ ra rằng khi sử dụng β-caroten tổng hợp β-caroten tự nhiên( có cả
cis và trans) thì tốt hơn là sử dụng β-caroten tổng hợp theo con đường hóa
học chỉ chứa dạng trans [23].
c. Ứng dụng và sản xuất thương mại của β-caroten
Ngày nay, tác dụng phụ của chất hóa học trong thức ăn và sản xuất
nông nghiệp là mối quan tâm lớn của các nhà khoa học. Màu nhân tạo, hàn
the và chất bảo quản trong quy trình sản xuất thực phẩm, sự phân hủy của
chất bảo vệ thực vật tích tụ trong cơ thể sẽ gây ra bệnh ung thư và nhiều
căn bệnh nguy hiểm khác. Từ lý do này, chất chống oxy hóa từ nguồn tự

9

nhiên là nhu cầu rất lớn trong thực phẩm, dược phẩm và mỹ phẩm. β-
caroten có nhiều đóng góp trong các lĩnh vực này.
Về màu thực phẩm: β-caroten có nguồn gốc tự nhiên đã được sử
dụng rộng rãi trong thực phẩm và nước giả khát, chúng được cho là an toàn
hơn các màu nhân tạo khác. Những sắc tố này có thể được tổng hợp hoặc
chiết xuất từ những nguồn tự nhiên. Chúng được sử dụng là những chất tạo
màu tự nhiên cho thực phẩm như cam, kẹo, bơ, pho mát và nước mắm. Và
xa hơn nữa, chúng có thể được sử dụng như là chất chống oxy hóa để kéo
dài tuổi thọ của sản phẩm.
Về bổ sung dinh dưỡng : β-caroten được coi như là chất có hoạt tính
như provitamin A. Nó được bổ sung vào thực phẩm để làm tăng giá trị dinh
dưỡng trong các sản phẩm đặc biệt như sữa, nước uống tăng lực và nước
trái cây. β-caroten có thể được bổ sung vào thức ăn chăn nuôi để làm tăng
chất lượng của trứng và sữa.

Về thành phần dược phẩm : β-caroten tinh khiết được sử rộng rãi
trong các sản phẩm dược phẩm như các vitamin dạng viên. Nó còn là thành
phần kết hợp trong các loại thuốc chống chống ung thư và hỗ trợ điều trị ung thư
[8].

10

1.2 Tổng quan về tảo Dunaliella :
1.2.1. Nguồn gốc
Lĩnh giới (Domain) Eukaryota Woese, 1980 – Sinh vật nhân thật
Giới (Kingdom) Phantae Haecket, 1866 – Thực vật
Giới phụ (Subkingdom) Viridaeplantae Cavalier – Smith, 1981-
Thực vật lục
Ngành (Phylum hay Division) Chlorophyta A. Pascher, 1914
-
Tảo lục
Lớp (Class) Chlorophyceae Wille, 1884 – Tảo lục
Bộ (Order)Volcocales Oltmanns, 1904
Họ (Family) Dunaliellaceae T.Christensen, 1967
Chi (Genus) Dunaliella E.C. Teodoresco, 1904
Loài (Species) Dunaliella sp. Teodoresco, 1905
1.2.2 Đặc điểm hình thái, cấu trúc tế bào.
a. Đặc điểm hình thái.
Đầu thế kỷ 18, các nhà khoa học cho rằng Dunaliella giống với
Haematococcus, nhưng nửa sau thế kỷ 19, họ tìm ra rằng chi này khác biệt
với Haematococcus và đặt tên mới là Dunaliella [12]. Cho đến nay, 28 loài
Dunaliella đã được công nhận (Hình 1.5). Chúng bao gồm năm loài (từ
mẫu 1-5 ở Hình 1.5) sống trong nước ngọt và hiếm khi xuất hiện, trong khi
đó 23 loài trong số này (từ mẫu 6-28 ở Hình 1.5) có mặt trong môi trường
mặn [12].

11


Hình 1.5. Hình thái các loài tảo thuộc chi Dunaliella
1. D. acidophila; 2. D. flagellata; 3. D. lateralis; 4. D. obliqua; 5. D.
paupera, 6. D. maritima, 7. D. polymorpha, 8. D. primolecta, 9. D.
quartolecta, 10. D. tertiolecta, 11. D. parva, 12. D.pseudosalina, 13. D.
salina, 14. D. baas-beckingii, 15. D. bioculata, 16. D. carpatica, 17. D.
gracili, 18. D. granulata, 19. D. media, 20. D minuta, 21. D. minutissima,
22. D. ruineniana, 23. D.terricola, 24. D. viridis, 25. D. asymmetrica, 26.
D. jacobae, 27. D. peircei, 28. D. turcomanica. Scalebar: 10 µm [12].
b. Cấu trúc tế bào

12

Dunaiella là một loại tảo xanh dị hợp thuộc Ngành Chlorophyta, họ
Polyblepharidaceae [12][27]. Mặc dù tế bào không có thành, các loài của
chi này vẫn có thể sinh trưởng trong môi trường có độ mặn thay đổi từ
0.5M đến 5.5M NaCl [39][29]. Trong điều kiện bị stress, loài Dunaliella có
thể tích lũy một lượng đáng kể các hợp chất có giá trị, như carotenoid
[35][26], glycerol [26] vitamin và protein. Tế bào Dunaiella có thể thích
ứng với phạm vi rộng của nồng độ muối vì chúng có khả năng thay đổi
nồng độ glycerol nội bào Trong thực tế, sự tích lũy glycerol trong loại tảo
này bị ảnh hưởng bởi nồng độ muối của môi trường [38].

Hình 1.6. Sinh trưởng của Dunaliella salina trong môi trường có nồng độ
NaCl từ 0.17M đến 4.0 M NaCl [26].
Dunaliella là các loài vi tảo đơn bào có hình dạng tế bào thay đổi từ
elip, hình trứng, hình trụ, hình quả lê, và hình thoi đến gần như hình cầu.

Có kích thước 5,0-29,0µm chiều dài x 2,5 – 21,0 µm chiều rộng. Các tế bào
của một loài nhất định có thể thay đổi hình dạng khi điều kiện môi trường
thay đổi, thường trở thành hình cầu trong các điều kiện bất lợi. Kích thước

13

tế bào cũng có thể khác nhau tùy theo điều kiện sinh trưởng và cường độ
ánh sáng [10]. Tế bào có 2 roi đều nhau, và thường chuyển động đồng thời.
Hai lông roi được gắn trên đầu. Cấu trúc của lông roi rất phức tạp. Lông roi
có thể gốc. Hai thể gốc gần nhau ở hướng 1/7 giờ và mang vi ống gốc lông
roi. Các góc được hình thành giữa hai sợ lông roi thường từ 90-130
o
và
dường như không đổi chiều. Chúng được kết nối với nhau bởi một ngoại
biên và 2 sợi tơ ở gần tâm. Cũng có thể có thêm 2 thể gốc không kết nối
với lông roi. Hệ thống vi ống gốc lông roi chéo chữ thập và ở dạng X-2-X-
2. Lục lạp đơn chiếm hầu hết thể bào. Nó có dạng chén, đĩa, hoặc dạng
chuông và có vùng đậm đặc có chứa nhân tinh bột hay nhân protein
(pyrenoid). Trong lục lạp có các thể đặc biệt gọi là hạt tạo bột (pyrenoid),
là những thể protein hình cầu hay có góc, xung quanh tập trung các hạt tinh
bột hay hydrat cacbon là chất dự trữ chính của Dunaliella. Lục lạp đôi khi
được rạch thành nhiều thùy. Các cụm thylacoid được cho là có liên quan
đến sự sinh trưởng của tế bào trong điều kiện ánh sáng mạnh và nồng độ
muối cao. Hạt tinh bột thường bao quanh pyrenoid, nhưng cũng có thể
được tìm thấy tại các nơi khác của lục lạp. Ở một số loài (D. salina, D.
parva) thể lạp cũng có thể tích lũy một số lượng lớn β-caroten trong các
giọt dầu ở khoảng trong màng thylacoid, vì vậy tế bào thường có màu cam
đỏ hơn là màu xanh. Hạt β-caroten của D. salina chỉ có các giọt mỡ trung
tính, hơn một nửa trong số đó là β-caroten. Phần lớn các dạng màu đỏ sẽ
mất màu trong điều kiện ánh sáng yếu [35].

Điểm mắt (stigma) thường phân bố ở phần trước ngoại biên trong thể
lục lạp. Ở một số loài điểm mắt hầu như rất khó quan sát dưới kính hiển vi
quang học. Nó bao gồm một hay hai hàng giọt lipid, có nhiều ở tế bào già.
Có thể các giọt có hình lục giác. Ở Dunaliella chúng liên kết chặt chẽ với
các thylakoid [12]. Thể nhân (nucleus) thường bị che khuất bởi một số
lượng lớn các hạt. Nó chiếm hầu hết phần trước của tế bào và được bao

14

quanh bởi các thùy trước của thể lạp. Nghiên cứu siêu cấu trúc cho thấy nó
có một vỏ có lỗ (porous envelope) và một hạch nhân đơn, lồi được bao
quanh bởi các cấu trúc chromatin. Có thể quan sát thấy cấu trúc ty thể ở
nhiều phần khác nhau của tế bào. Số lượng và kích thước ty thể thay đổi rất
lớn giữa các tế bào ở những giai đoạn sinh trưởng khác nhau. Tế bào có từ
2-4 thể Golgi, mỗi thể có 10-15 cisternae. Mạng lưới nội chất (ER) thường
nằm phía dưới màng sinh chất. Trong suốt thời kỳ bị stress do muối cao,
ER tăng về số lượng, ER đóng vai trò như một bể nhân tạo chứa vật chất
màng khi các thành phần chính của tế bào co lại. Không bào rất đa dạng, có
chứa một số thành phần tế bào và các túi, bọng, các hạt hay vật chất khác
của tế bào chất. Các giọt lipid lớn hoặc là không bào chứa các giọt lipid
nhỏ hơn có thể tìm thấy ở nhiều nơi trong tế bào. Các thể cyst sinh sản vô
tính có thể được tạo thành khi điều kiện sống trở nên khắc nghiệt, ví dụ môi
trường bị khô hạn quá mức, hoặc bị pha loãng quá mức. Sinh sản hữu tính
bằng đẳng giao (isogamy), với phương thức tiếp hợp giao tử giống như
cách thức của nguyên sinh động vật (Chlamydomonas). Trong cùng một
loài, các giao tử có cùng kích thước và đặc điểm cấu trúc giống như tế bào
sinh dưỡng. Một số loài Dunaliella đồng tản, trong khi đó D.salina dị tản.
Hợp tử thường có màu xanh hay màu đỏ và được bao bọc bởi một thành
nhẵn và dày. Sau giai đoạn nghỉ, nhân của nó bắt đầu phân chia tạo thành
nhiều hơn 32 tế bào, chúng sẽ được giải phóng khi thành của tế bào mẹ bị

vỡ. Giảm phân xảy ra trong suốt quá trình nảy mầm của hợp tử.
Hình dạng tế bào có thể bị ảnh hưởng bởi mức độ thay đổi của điều
kiện sinh trưởng. Những thay đổi rõ rệt có thể xảy ra giữa pha logarit và
pha cân bằng. Nồng độ muối, cường độ ánh sáng và nhiệt độ sẽ có ảnh
hưởng lên cấu trúc của thylacoid, pyrenoid và mạng lưới nội chất. Trước
đây, Dunaliella và một số loài có roi không có thành tế bào được phân loại
vào họ Polyblepharidaceae trong bộ Volvocales. Tuy nhiên sau này những

15

nghiên cứu chi tiết hơn trên nhiều loài có roi màu xanh đã dẫn đến việc
phân loại lại các chi này vào taxon khác. Dunaliella được phân thành một
chi riêng của họ Chlorophyceae. Mặc dù thiếu thành cứng, Dunaliella cũng
mang nhiều đặc điểm chung với họ Chlamydomonadales [12].


Hình 1.7 : Tế bào Dunaliella maritime



Hình 1.8 : Tế bào Dunaliella salina
Tên loài : Dunaliella maritime
Masjuk 1973[41].
Chiều dài : 7 - 12µm
Roi : 2 roi, dài từ 1,5 - 2 lần chiều dài
tế bào
Lục lạp : vàng xanh
Tên loài : Dunaliella salina
Teodoresco 1905[41].
Chiều dài : 16 – 24 µm

Roi : 2 roi, dài từ 1,5 - 2 lần chiều dài
tế bào
Lục lạp : xanh

16



Hình 1.9 : Tế bào Dunaliella primolecta



Hình 1.10: Tế bào Dunaliella tertiolecta

c. Thành phần hóa học
Tế bào Dunaliella được biết đến là những nguồn giàu β-caroten nhất,
bao gồm 8-10% trọng lượng khô (đôi khi nhiều hơn). Dunaliella giàu dinh
dưỡng, bao gồm những vitamin, khoáng chất, chất đạm và các acid amin,
chất béo, carbohydrate, chlorophyll …[40].
Khoáng chất
Dunaliella đặc biệt giàu chất dinh dưỡng và khoáng chất chống oxi
hóa, đặc biệt là Selen (Se) và Magie. Se là một chất chống oxy hoá mạnh
nhằm hỗ trợ trong cai nghiện và tăng cường miễn dịch. Magie rất quan
trọng trong chuyển hóa tế bào, sản xuất năng lượng và chức năng của cơ
bắp và dây thần kinh [40].
Tên loài : Dunaliella primolecta
Butcher 1959[41].
Chiều dài : 5 – 7 µm
Roi : 2 roi, dài từ 1,5 - 2 lần chiều dài
tế bào

Lục lạp : vàng xanh
Tên loài : Dunaliella tertiolecta
Butcher 1959[41].
Chiều dài : 9 – 11µm
Roi : 2 roi, dài từ 1,5 - 2 lần chiều dài
tế bào
Lục lạp : vàng xanh

17

Vitamin
Dunaliella chứa một loạt các chất dinh dưỡng bao gồm cả vitamin
E, cobalamin (vitamin B12) và provitamin A.Vitamin A đóng vai trò thiết
yếu cho thị lực, sự tăng trưởng, sinh sản và sự điều khiển hệ thống miễn
dịch. Nó cũng giúp duy trì sức khỏe của da và niêm mạc. Cobalamin là cần
thiết cho sự chuyển hóa năng lượng, chức năng miễn dịch và chức năng
thần kinh.[40]
Các axit béo thiết yếu (EFAs)
Dunaliella chứa EFAs với hàm lượng cao giúp làm giảm mức
cholesterol và chất béo trong máu, ngăn ngừa bệnh tim, giảm viêm trong
viêm khớp, cải thiện chức năng miễn dịch và não, hỗ trợ sức khỏe sinh sản
và kinh nguyệt. Những chất béo, bao gồm cả Omega 3, Omega 6, axit
linoleic và alpha linoleic axit là rất cần thiết cho việc hấp thu các caroten,
vitamin E và chất béo, chất dinh dưỡng hòa tan khác [40].
Amino axit
Dunaliella có chứa hàm lượng axit amin cao. Axit amin là những vật
liệu xây dựng cơ bản của chất sống, cần thiết cho sự tổng hợp của cơ bắp,
da và mô liên kết, hormon, các enzyme và chất dẫn truyền thần kinh
(neurotransmitter) [40].