PHÁT TRIỂN VÀ THƯƠNG MẠI HÓA VI TẢO DỰA TRÊN LIPIT CHỨC NĂNG

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
VIỆN CÔNG NGHỆ SINH HỌC VÀ THỰC PHẨM
PHÁT TRIỂN SẢN PHẨM MỚI
CHUYÊN ĐỀ:
PHÁT TRIỂN VÀ THƯƠNG MẠI HÓA VI TẢO
DỰA TRÊN LIPIT CHỨC NĂNG

NỘI DUNG
I. Mở Đầu
II. Nội Dung
1. Công nghệ sản xuất Lipid vi tảo
2. Thành phần sinh khối của vi tảo
3. Các đặc tính của Lipid vi tảo
4. Tính an toàn của phương pháp nghiên cứu vi tảo
5. Ứng dụng
III. Kết Luận
IV. Tài liệu tham khảo
I. MỞ ĐẦU

Việt Nam có trên 3200 km bờ biển với một nguồn sinh vật biển
nhiệt đới rất đa dạng và phong phú về thành phần loài và giàu các
hợp chất tự nhiên có thể ứng dụng trong công nghiệp thực phẩm,
nông nghiệp, y dược Trong đó các loài vi tảo biển là nguồn
sinh khối sơ cấp quan trọng trong chuỗi thức ăn biển đồng thời
chúng cũng chứa nhiều hợp chất quan trọng cho con người và
động vật nuôi như: các loại sắc tố, vitamin, khoáng chất, protein,
các loại axit béo không bão hoà

Việc sản xuất giống các đối tượng thuỷ hải sản có giá trị kinh tế
phát triển mạnh mẽ, vấn đề được đặt ra là tìm kiếm những loài vi
tảo biển mới có giá trị dinh dưỡng cao đồng thời có thể sản xuất

thương mại ổn định phục vụ nhu cầu sản xuất giống thuỷ hải sản
cũng như các ứng dụng khác trong đời sống của con người là hết
sức cần thiết.
II. NỘI DUNG
1. Công nghệ sản xuất Lipid vi tảo
Industrial production
of microalgal lipids
Fermentation
Harvesting
The integrated
process
Extraction and
refining
Cell disruption

FERMENTATION

Labyrinthula, Schizochytrium – loại vi tảo biển dị dưỡng
mới, giàu hàm lượng PUFA (Polyunsaturated Fatty Acid )
chủ yếu là EPA, DHA và DPA, cao hơn chục lần so với bất
cứ một loài vi sinh vật và tảo biển khác hiện đã và đang
được biết đến ở Việt Nam (Hoàng Lan Anh và CS, 2005,
Nguyễn Đình Hưng và cs, 2007) cũng mới chỉ được tiến
hành nghiên cứu tại phòng Công nghệ Tảo, Viện Công nghệ
sinh học, Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam từ năm
2005.

C. cohnii và Schizochytrium sp. được trồng bằng cách lên
men dị dưỡng. Sự lên men dị dưỡng là độc lập của ánh sáng
và xảy ra phản ứng sinh học. Hơn nữa lợi ích của quá trình

lên men dị dưỡng bao gồm nồng độ sinh khối cao hơn, khả
năng tái gia tăng và đơn giản quy mô của các quá trình lên
men.

FERMENTATION

Các DHA tiềm năng sản xuất công nghiệp của các vi tảo chủ
yếu phụ thuộc vào việc lựa chọn dòng chính cho sản lượng
axit béo, thành phần, khả năng thích ứng với các nồi lên men.

Khi vi tảo được đánh giá cao môi trường phụ thuộc và tổng
hợp các acid béo, đặc biệt là PUFA, chịu ảnh hưởng bởi nhiều
thông số, như tuổi của vùng, độ mặn, thành phần trung bình,
nhiệt độ và thông khí, một quá trình lên men hiệu quả nên
được thành lập thông qua điều tra có hệ thống về ảnh hưởng
của điều kiện dinh dưỡng và môi trường khác nhau và sử
dụng các tế bào khác nhau cao mật độ chiến lược cho sự phát
triển và sản xuất DHA của vi tảo được lựa chọn. Các chủng
sản xuất có thể được chọn cho sự tăng trưởng nhanh và mức
độ cao của sản xuất của các loại dầu cụ thể

FERMENTATION

Ngay khi khởi đầu của một quá trình sản xuất, các ống chứa
riêng lẻ từ một nguồn giống sẽ được sử dụng để cấy lắc vào
các bình định mức. Các phương tiện được sử dụng để phát
triển C. cohnii và Schizochytrium sp. từ bình lắc được đem
nuôi cấy với quy mô sản xuất có chứa một nguồn carbon,
nguồn nitơ, muối và một số vi chất dinh dưỡng khác.


Trong suốt quá trình này, nồng độ của các chất chứa carbon,
pH, nhiệt độ áp lực, luồng không khí, chế độ rung lắc và oxy
hòa tan thường xuyên theo dõi và kiểm soát.

Trong giai đoạn cuối của quá trình lên men, các sản phẩm sẽ
được chuyển qua bồn dự trữ và được chuẩn bị cho việc thu
hoạch tiếp theo.

HARVESTING

Khâu cuối của xử lý vi tảo giàu DHA liên quan đến một hoặc
nhiều kỹ thuật tách rắn lỏng. Khi kết thúc quá trình lên men,
sinh khối có thể cần phải được ngăn cách với môi trường nuôi
cấy qua ly tâm, lắng, lọc hoặc keo tụ.

Ly tâm:
Ly tâm thường được coi là phương pháp thu hoạch ưa thích
của vi tảo. Một máy ly tâm là một phần của thiết bị, nói chung
thúc đẩy bởi một động cơ, trong đó đặt một đối tượng trong
xoay quanh một trục cố định, áp dụng vũ lực để vuông góc
trục. Ly tâm là một quá trình có liên quan đến việc sử dụng lực
lượng hướng tâm cho việc tách các hỗn hợp, được sử dụng
trong công nghiệp và trong các thiết lập phòng thí nghiệm

HARVESTING

Lọc :
Lọc là một hoạt động cơ học, được sử dụng cho việc tách chất
rắn ra khỏi chất lỏng trong một dung môi, một phương tiện
trong dòng chảy thông qua đó các chất lỏng có thể vượt qua,

nhưng trong đó các chất rắn trong chất lỏng được giữ lại. Mức
độ chia sẽ phụ thuộc vào kích thước lỗ chân lọc và nồng độ
của môi trường, cũng như các cơ chế xảy ra trong quá trình
lọc.
Màng vi lọc và siêu lọc được lựa chọn thay thế có thể lọc
thông thường cho việc phục hồi sinh khối microalgal(vi tảo).
Vi lọc có thể thích hợp cho việc phục hồi của các tế bào mỏng
manh. Tuy nhiên, để sản xuất quy mô lớn của sinh khối tảo,
công nghệ màng lọc có thể không là một quá trình khả thi.

HARVESTING

Sấy phun khô:
Đây là phương pháp phổ biến được dùng trong công nghệ thực
phẩm, hơi nước trong sản phẩm được thông qua quá trình sấy được
tách ra khỏi sản phẩm và quá trình sấy khô đạt đến được độ ẩm
mong muốn.
Máy sấy phun có thể làm khô một sản phẩm rất nhanh chóng so với
các phương pháp khác sấy khô thông thường khác. Nhiệt độ tương
đối cao là cần thiết cho hoạt động sấy phun. Tuy nhiên, nhiệt thiệt
hại cho các sản phẩm thông thường chỉ nhẹ, do tác dụng làm mát
bay hơi trong thời gian làm khô rất quan trọng, và bởi vì thời gian
tiếp theo của việc tiếp xúc với nhiệt độ cao của vật liệu khô có thể
là rất ngắn. Nhiệt độ bề mặt điển hình của một hạt trong giai đoạn
làm khô không đổi là tương đối thấp (45-50 ◦ C). Vì lý do này, nó
có thể phun khô ứng dụng một số tảo mà không phá hủy các sinh
vật.

HARVESTING


Sấy đông khô:
Máy này được xây dựng trên nguyên lý ướp lạnh và làm khô
chân không. Một chu kỳ sấy gồm ba giai đoạn: làm lạnh, làm
khô và giai đoạn chính sấy khô. Điều kiện vào máy sấy rất đa
dạng thông qua các chu kỳ để đảm bảo rằng các kết quả mong
muốn sản phẩm có tính chất vật lý và hóa học, và sự ổn định
cần đạt được.

CELL DISRUPTION

Mục tiêu của sự phá vỡ tế bào là (a) hòa tan số chất tối đa của
sản phẩm hiện diện trong tế bào trong khi duy trì tối ưu hoạt
động sinh học, (b) tránh sự thay đổi thứ cấp của sản phẩm và
(c) hạn chế các tác động có hại của sự gián đoạn về việc xử lý
các bước tiếp theo.

Phương pháp lựa chọn cho sự phá vỡ tế bào quy mô lớn sẽ
khác nhau trong mọi trường hợp, nhưng sẽ phụ thuộc vào (a)
tính nhạy cảm của các tế bào để gián đoạn, (b)ổn định sản
phẩm, (c)dễ dàng khai thác từ các mảnh vụn tế bào, (d)tốc độ
của phương pháp và(e)chi phí của phương pháp. Bất chấp
phương pháp khác, quá trình thực hiện phải được hiệu quả và
các sản phẩm phải ở lại trong một hình thức hoạt động.

EXTRACTION AND REFINING

Các phương pháp khai thác phải được tiến hành nhanh chóng,
hiệu quả và nhẹ nhàng để giảm sự xuống cấp của chất béo
microalgal(vi tảo). Các dung môi chiết xuất nên không tốn
kém, dễ bay hơi, không có hợp chất độc hại, có thể hình thành

một hệ thống hai pha với nước, và dễ tách các thành phần
không mong muốn.

Dầu tinh chế sau đó được tẩy trắng, một quá trình mà trong đó
acid citric, silic hoạt tính và đất sét tẩy trắng được thêm vào
để hấp thụ bất kỳ còn lại vật liệu cực và kim loại nặng, và để
chống quá trình oxy hóa lipid. Tiếp theo, dầu đã được khử
mùi. Các dầu đã khử mùi là pha loãng với dầu hướng dương
cao oleic để mang lại mức độ DHA để một chuẩn công nghiệp
là 40%. Dầu sau đó được ổn định bằng cách thêm chất chống
oxy hóa, chủ yếu là ascorbyl palmitate và tocopherols. Dầu
cuối cùng là đóng gói trong các thùng chứa nitơ thanh lọc và
lưu trữ đông lạnh cho đến khi xuất hàng.

THE INTEGRATED PROCESS

Thành công phát triển và thương mại hóa các vi tảo dựa trên
lipid chức năng dựa vào hoạt động đáp ứng cả hai và cần đổi
mới. Thách thức thông thường là làm thế nào để hoạt động
hiệu quả trong hiện tại trong khi cũng có hiệu quả đổi mới cho
tương lai.

Một ví dụ của một quá trình tích hợp được đưa ra trong Hình
10.2, trong đó cho thấy hoạt động của đơn vị chính để sản
xuất dầu tảo. Biến thể khác nhau cho quá trình này có thể hiện
được khả thi và sự lựa chọn thường là dựa trên chi phí (cả vốn
và điều hành), an toàn, chất lượng và tốc độ.
2. THÀNH PHẦN SINH KHỐI CỦA VI TẢO

Kết quả phân tích gần đúng thực hiện trên vi tảo khô từ cohnii

và Schizochytrium sp. được báo cáo trong Bảng 10.3. Dầu thô
chất béo (40-66%) và protein (20-23%) là những thành phần
chủ yếu của vi tảo khô, với số lượng nhỏ của tro (~ 4,0%),
chất xơ thô (2,0-5,8%) và độ ẩm (~ 3,0%). DHA nội phân tử,
tính theo trọng lượng khô, trong toàn bộ tế bào vi tảo từ C.
cohnii và Schizochytrium sp. bao gồm 20,4-21,0% của các tế
bào. Lipid lớp thành phần của vi tảo khô từ Schizochytrium sp.
được xác định bằng chiết xuất lipid thô từ các tế bào và cất
phân đoạn thành các thành phần lớp lipid khác nhau. TAG đại
diện cho lớp lipid phần chính trong chất béo thô, chiếm 90-
92% của tổng số lipid thô. Số lượng nhỏ của este sterol acid
béo (0,4%), diacylglycerols (1%), sterol tự do (1%) và các axit
béo tự do (0,1%) đã được hiện diện trong phần lipid thô phân
lập từ Schizochytrium sp. Carotene- được xác định là hiện tại
carotenoid chính trong lipid thô.
Table 10.3 Proximate compositions of Schizochytrium sp. and C. cohnii whole cell
microalgae produced via fermentation process
Parameter (%) Schizochytrium sp.
C. cohnii
Moisture 3.0 2.7
Ash 4.0 3.9
Crude protein 20.0 23.1
Total lipids 66.0 40.0
Crude fiber content 2.0 5.8
DHA (dry weight basis) 21.0 20.4
3. CÁC ĐẶC TÍNH CỦA LIPIT VI TẢO

DHASCO oil, sản xuất bởi Công ty Cổ phần Sinh học Martek,
được chiết xuất từ biển các microalgal loài C. cohnii. Sản
phẩm cuối cùng chứa khoảng 40% (w / w) DHA. Đó là một

sản phẩm lỏng dầu, đó là màu vàng cam trong màu do sự khai
thác hợp tác của các sắc tố carotene. Sản phẩm cuối cùng chứa
khoảng TAG 95%, với một số diacylglycerols và vật chất
không xà phòng hóa, như là điển hình cho tất cả các loại dầu
thực vật thực phẩm cấp.

Khoảng 45% của DHA có trong dầu tảo được đặt ở vị trí sn-2
của các phân tử TAG (Myher et al. 1996). Cơ cấu TAG dầu
tảo gần giống với sữa mẹ, đối với sự phân bố vị trí của DHA
trong TAG. Martin et al. (1993) báo cáo rằng trong sữa mẹ
khoảng 50-60% của DHA là ưu tiên este hóa ở vị trí sn-2 của
các TAG. Như vậy, tiêu hóa và hấp thụ DHA trong dầu tảo dự
kiến sẽ được tương tự như của chất béo DHA trong sữa mẹ.
3. CÁC ĐẶC TÍNH CỦA LIPIT VI TẢO

DHASCO-S oil là TAG dầu, chiết xuất từ các Schizochytrium
sp., mà là để làm giàu. Khoảng 40% (w / w) trong DHA. Nó
được mô tả như là một màu vàng với ánh sáng màu da cam có
chứa dầu và lớn hơn 90% (w / w) của các TAG, với một số
diacylglycerols, axit béo tự do, carotenoids, squalene và
phytosterol. Carotene-được xác định là thành phần carotenoid
chính của phần lipid. Dầu chứa nhiều axit béo, bao gồm cả
EPA (eicosapentaenoic acid) và DPA, cũng như DHA. Tuy
nhiên, DHA là PUFA có nhiều nhất thành phần của dầu. Phân
tích thành phần của các thành phần khác của dầu so sánh thuận
lợi với các điển hình thương mại dầu ăn được. Nhìn chung,
việc khai thác còn lại là dung môi không thể phát hiện, và
không có phát hiện acid béo transt, dư lượng thuốc trừ sâu,
hoặc kim loại nặng như thủy ngân, thạch tín hoặc chì.
4. TÍNH AN TOÀN KHI NGHIÊN CỨU

VỀ LIPIT VI TẢO

Nhiều nghiên cứu an toàn đã được thực hiện với các loại dầu
giàu DHA từ tảo và C. cohnii và Schizochytrium sp. Những
nghiên cứu này được thực hiện theo hướng dẫn an toàn của
FDA và thường được đưa ra phù hợp với quy định của FDA
thực hành tốt phòng thí nghiệm. DHASCO oil từ C. cohnii đã
trải qua các nghiên cứu an toàn rộng lớn ở động vật và đã
được chứng minh là không có độc tính cấp tính khi được dùng
ở liều tối đa có thể (20 g / kg trọng lượng cơ thể) để chuột
(Boswell và cộng sự năm 1996.).

Sự an toàn của DHATM-S từ Schizochytrium sp. được dựa
trên sự an toàn của các sinh vật nguồn, sự an toàn của các
thành phần dầu hòa tan trong các nguồn sinh vật, tức là các
axit béo và các thành phần sterol, và một pic của các nghiên
cứu độc tính cổ điển thực hiện trên tảo.
5. Ứng dụng

Công thức cho trẻ sơ sinh:
Martek’s oil đã được sử dụng trong công thức trẻ sơ sinh từ
năm 1994 và đến nay nó đã được ước tính trên 24 triệu trẻ em,
trong đó có hơn 500 000 trẻ sinh non, đã được công thức ăn
cho trẻ sơ sinh có chứa life'sDHATM. Hiện nay, dầu
life'sDHA được cấp phép và bán cho 24 nhà sản xuất sữa bột
trẻ em, mà đại diện cho hơn 70% thị trường bán buôn trên
toàn thế giới công thức trẻ sơ sinh.
Nhiều nghiên cứu đã xem xét tác dụng của DHA bổ sung về
chức năng thị giác ở trẻ đủ tháng và thiếu tháng. Birch et al.
(2002) phát hiện ra rằng trẻ sơ sinh được bú mẹ và sau đó cai

sữa công thức có bổ sung DHA và ARA (arachidonic acid)
cho thấy thị lực trưởng thành hơn so với những trẻ bú sữa mẹ
cai sữa công thức không bổ sung.
5. Ứng dụng

Trong một nghiên cứu khác, Uauy et al. (1990) ghi nhận tác dụng tích
cực của DHA về chức năng võng mạc và thị lực ở trẻ sinh non. Do sự
phát triển nhanh chóng của bộ não và mắt của họ, và tỷ lệ tăng trưởng
nhanh chóng về thể chất, trẻ thiếu tháng có nhu cầu cao cho DHA và
ARA.

Ngoài ra, trẻ sinh non đã được chứng minh là có nguy cơ lớn hơn cho
thâm hụt thần kinh, chẳng hạn như khuyết tật học tập, các vấn đề xã
hội / hành vi và chỉ số thông minh thấp hơn. Và bởi vì họ có hệ thống
enzyme kém phát triển, khả năng sản xuất hiệu quả DHA và ARA từ
các axit béo tiền thân là có hạn.

Cũng có một số nghiên cứu đã so sánh công thức trẻ sơ sinh thường
xuyên để công thức có bổ sung DHA và ARA là để có hiệu lực của họ
phát triển tâm thần. Một nghiên cứu cho thấy trẻ sơ sinh non được cho
ăn-DHA và ARA-bổ sung chứng minh công thức cải tiến phát triển
thị giác và tinh thần khi so sánh với trẻ sơ sinh ăn không bổ sung công
thức (O'Connor et al. 2001).
5. Ứng dụng

Bổ sung dinh dưỡng và thực phẩm chức năng:

Khi người tiêu dùng nhận thức về DHA phát triển, do đó, hiện
năng tiếp thị của nó. Người tiêu dùng có một sở thích mạnh
mẽ đối với thực phẩm có nguồn gốc tự nhiên hơn. Sở thích

này chuyển thành nhu cầu gia tăng đối với thực phẩm có chứa
thành phần tự nhiên. Trong thực tế, 93% người tiêu dùng Mỹ
được khảo sát tin rằng một số thực phẩm có lợi cho sức khỏe
mà đi vượt ra ngoài dinh dưỡng tốt vì chúng chứa các thành
phần có thể trợ giúp có thể ngăn ngừa hoặc chữa bệnh (Hội
đồng Thông tin Lương thực Quốc tế 2002). Như vậy, omega-
3 DHA tiếp tục được công nhận là một thành phần tự nhiên.
5. Ứng dụng

Một trong những ứng dụng của DHA giàu dầu trong sản phẩm
thực phẩm có thể sử dụng dầu microencapsulated.
Microencapsulation cung cấp bảo vệ chống lại quá trình oxy
hóa dầu và truyền đạt sự ổn định oxy hóa. Do đó, dầu tảo làm
giàu DHA có thể được microencapsulated thành một sản
phẩm bột đó là tương đối ổn định cho việc lưu trữ ở nhiệt độ
môi trường xung quanh. Dầu tảo có thể được tập trung trong
các hình thức của các TAG, như các axit béo tự do, hoặc là
este alkyl đơn giản. Hầu hết các sản phẩm dầu tảo được bán ở
dạng TAG. Thực phẩm tiềm năng ứng cử viên để tổng hợp
DHA giàu dầu tảo bao gồm sữa chua, phô mai, thanh dinh
dưỡng, bánh nướng và một số ứng dụng khác.
5. Ứng dụng

Thức ăn chăn nuôi:

Vi tảo có thể được đưa vào thức ăn của nhiều loại động vật
khác nhau, từ cá cho vật nuôi và động vật trang trại. Trong
thực tế, 30% việc sản xuất tảo hiện nay trên thế giới được bán
cho các ứng dụng thức ăn động vật. Nhiều nghiên cứu an toàn
đã chứng minh sự phù hợp của sinh khối tảo là một thức ăn bổ

sung. Vi tảo cũng được sử dụng trong thức ăn động vật khác.
Ví dụ, vi tảo như Spirulina, Chlorella, Haematococcus và
Phaeodactylum không chỉ cung cấp dinh dưỡng cho động vật
như gà, nhưng carotenoid của họ là những nguồn cung của
các sắc tố cho lòng đỏ trứng
5. Ứng dụng

Thức ăn nuôi trồng thủy sản:

Vi tảo đóng vai trò quan trọng trong chăn nuôi động vật dưới
nước như cá, tôm và động vật thân mềm (ví dụ như hàu, sò
điệp, con trai…) và là mối quan tâm lớn cho nuôi trồng thủy
sản. Chúng có thể được sử dụng trong thức ăn nuôi trồng
thủy sản như sống cho tất cả các giai đoạn sinh trưởng của
động vật thân mềm hai mảnh vỏ, cho ấu trùng / đầu giai đoạn
phát triển của bào ngư, giáp xác và một số loài cá, và cho
động vật phù du sử dụng trong chuỗi thức ăn nuôi trồng thủy
sản.
5. Ứng dụng

Thức ăn nuôi trồng thủy sản:

Vi tảo là một nguồn thực phẩm quan trọng và phụ gia thức ăn
trong nuôi thương mại của nhiều loài động vật thủy sản, đặc
biệt là ấu trùng và động vật thân mềm hai mảnh vỏ của nhổ,
ấu trùng tôm penaeid và các sinh vật thức ăn tươi sống như
luân trùng. Tầm quan trọng của tảo trong nuôi trồng thủy sản
là không đáng ngạc nhiên như tảo là nguồn thức ăn tự nhiên
của những con vật này. Mặc dù một số lựa chọn thay thế cho
tảo tồn tại, chẳng hạn như nấm men và thức ăn

microencapsulated, tảo sống vẫn là tốt nhất và là nguồn thực
phẩm ưa thích.