Nghiên cứu thu nhận và đánh giá khả năng chống oxy hóa của sinh khối vi tảo (thalassiosira pseudonana)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG

NGUYỄN THỊ KHÁNH HUYỀN

Nghiên cứu thu nhận và đánh giá khả năng
chống oxy hóa của sinh khối vi tảo
(Thalassiosira pseudonana)

LUẬN VĂN THẠC SĨ

KHÁNH HÒA – 2015


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG

NGUYỄN THỊ KHÁNH HUYỀN

Nghiên cứu thu nhận và đánh giá khả năng chống oxy hóa
của sinh khối vi tảo (Thalassiosira pseudonana)
LUẬN VĂN THẠC SĨ
Ngành:

Công nghệ thực phẩm

Mã số:

60 54 01 04

Quyết định giao đề tài:

140/QĐ-ĐHNT ngày
13/2/2015

Quyết định thành lập hội
đồng:

1037/QĐ-ĐHNT ngày
6/11/2015

Ngày bảo vệ:
Người hướng dẫn khoa học:

14/12/2015

1. PGS.TS Trang Sĩ Trung
2. TS. Nguyễn Thế Hân

KHÁNH HÒA - 2015


LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan mọi kết quả của đề tài: “Nghiên cứu thu nhận và đánh giá
khả năng chống oxy hóa của sinh khối vi tảo (Thalassiosira pseudonana)” là công
trình nghiên cứu của cá nhân tôi và chưa từng được công bố trong bất cứ công trình
khoa học nào khác cho tới thời điểm này.
Nha Trang, ngày 9 tháng 12 năm2015
Tác giả luận văn

Nguyễn Thị Khánh Huyền

i


LỜI CẢM ƠN

Sau thời gian nghiên cứu tại phòng thí nghiệm trường Đại học Nha Trang, đến
nay em đã hoàn thành công việc nghiên cứu của mình.
Lòng biết ơn sâu sắc nhất em xin gửi đến PGS.TS. Trang Sĩ Trung và TS.
Nguyễn Thế Hân người đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ em trong suốt quá trình nghiên
cứu.
Em cũng xin chân thành cảm ơn tới các thầy cô trong khoa Công nghệ Thực
phẩm, các thầy cô quản lí phòng thí nghiệm và anh/chị phòng kỹ thuật công ty Uni
President (Ninh Hải, Ninh Thuận) đã giúp đỡ, tạo điều kiện cho em trong suốt quá
trình thực hiện đề tài tốt nghiệp. Lời cảm ơn chân thành xin gửi đến thầy Nguyễn
Công Minh (Viện Công nghệ Sinh học và Môi Trường), cô Trần Thị Lê Trang (Viện
Nuôi trồng Thủy sản) và anh Nguyễn Đức Cảnh (Công ty Uni President) đã cung cấp
mẫu nghiên cứu và hướng dẫn các kỹ thuật liên quan đến nuôi sinh khối.
Và cuối cùng em bày tỏ lòng biết ơn đến gia đình đã nuôi dưỡng, dạy dỗ và
luôn động viên, ủng hộ em trong suốt quá trình học tập. Xin gửi đến bạn bè lời cảm ơn
vì đã chia sẻ, động viên và đã cùng đồng hành với tôi trong suốt thời gian học tập cũng
như trong cuộc sống thường ngày.
Em xin chân thành cảm ơn!
Nha Trang, ngày 23 tháng 12 năm 2015
Học viên thực hiện

Nguyễn Thị Khánh Huyền

ii

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

FE

: Flocculation efficiency (Hiệu suất lắng)

CF

: Concentration factor (Hệ số lắng)

SSVF : Settleable solid volume fraction (Tỉ lệ thể tích phần chất rắn lắng)
EC50 : Nồng độ có khả năng bắt gốc tự do DPPH là 50% và tổng năng lực khử là 0,5
PAC : Poly aluminum clorua
PUFA : Các acid béo chưa no
EPA : Acid eicosapentaenoic
ARA : Acid arachidonic
DHA : Acid docosahexaenoic
DPPH : 1,1-Diphenyl-2-picrylhydrazyl
DD

: Độ deacetyl

iii


MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN......................................................................................................... I

LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................ II
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT ......................................................................... III
LỜI MỞ ĐẦU ............................................................................................................. 1
1. Tính cấp thiết của đề tài......................................................................................... 1
2. Mục tiêu của đề tài ................................................................................................ 3
3. Nội dung nghiên cứu ............................................................................................. 4
4. Những đóng góp của đề tài .................................................................................... 4
4.1.

Ý nghĩa khoa học ........................................................................................ 4

4.2.

Ý nghĩa thực tiễn ......................................................................................... 4

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN ........................................................................................ 5
1.1. Tổng quan về vi tảo Thalassiosira pseudonana ..................................................... 5
1.1.1.

Phân loại ..................................................................................................... 5

1.1.2.

Đặc điểm hình thái cấu tạo của Thalassiosira pseudonana .......................... 5

1.1.3.

Phân bố ....................................................................................................... 6

1.1.4.

Thành phần dinh dưỡng của Thalassiosira pseudonana ............................... 6

1.1.5.

Ứng dụng của Thalassiosira pseudonana .................................................... 8

1.2. Tổng quan về chitosan. .......................................................................................... 9
1.2.1.

Cấu trúc hóa học và tính chất của chitosan .................................................. 9

1.2.2.

Ứng dụng của chitosan .............................................................................. 12

1.2.3.

Cơ sở khoa học và giả thuyết khoa học sử dụng chitosan để thu sinh khối vi

tảo

.................................................................................................................. 17

1.3. Một số phương pháp thu sinh khối vi tảo ............................................................. 19
1.3.1.

Phương pháp lắng ...................................................................................... 19

1.3.2.

Phương pháp ly tâm................................................................................... 19

1.3.3.

Phương pháp lọc ........................................................................................ 19

1.3.4.

Phương pháp keo tụ ................................................................................... 20

1.4. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước về phương pháp thu nhận và các chất có
hoạt tính sinh học của sinh khối vi tảo ....................................................................... 21
iv


1.4.1.

Tình hình nghiên cứu trong nước ............................................................... 21

1.4.2.

Tình hình nghiên cứu ngoài nước .............................................................. 23

CHƯƠNG 2. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ........................... 25
2.1. Đối tượng nghiên cứu .......................................................................................... 25
2.2. Vật liệu nghiên cứu ............................................................................................. 25
2.2.1.

Vi tảo Thalassiosira pseudonana ............................................................... 25

2.2.2.

Chitosan .................................................................................................... 25

2.3. Hóa chất .............................................................................................................. 26
2.4. Dụng cụ và thiết bị .............................................................................................. 26
2.5. Phương pháp bố trí thí nghiệm ............................................................................ 26
2.5.1.

Sơ đồ thí nghiệm tổng quát ........................................................................ 26

2.5.2.

Xác định loại chitosan ............................................................................... 27

2.5.3.

Thí nghiệm xác định pH ............................................................................ 28

2.5.4.

Xác định nồng độ chitosan dùng để thu sinh khối vi tảo ............................ 29

2.5.5.

Thí nghiệm xác định thời gian thu sinh khối vi tảo .................................... 30

2.5.6 Thí nghiệm ảnh hưởng của thời gian bảo quản đến sinh khối vi tảo sau khi thu
hoạch bằng chitosan ............................................................................................... 31

2.5.7 Thí nghiệm ảnh hưởng của nhiệt độ bảo quản đến chất lượng sinh khối vi tảo
sau khi thu hoạch bằng chitosan ............................................................................. 32
2.5.8. So sánh hiệu quả thu sinh khối vi tảo bằng chitosan với phương pháp ly tâm
và một số muối kim loại nặng ................................................................................. 33
2.6. Phương pháp phân tích ........................................................................................ 34
2.6.1.

Xác định hàm lượng ẩm ............................................................................ 34

2.6.2.

Xác định điều kiện thu sinh khối vi tảo ...................................................... 34

Vận tốc lắng được xác định tại mốc thời gian 2 phút 30s. Vận tốc lắng được xác định
theo phương pháp của Sirin (2013) bằng công thức: .................................................. 35
2.6.3.

Xác định hàm lượng các chất có hoạt tính sinh học ................................... 35

2.6.4.

Xác định khả năng chống oxy hóa ............................................................. 36

2.7. Phương pháp xử lí số liệu .................................................................................... 37
CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN ..................................... 38
3.1. Xác định điều kiện thích hợp thu sinh khối vi tảo Thalassiosira pseudonana ...... 38
3.1.1.

Ảnh hưởng của loại chitosan đến hiệu suất thu hồi sinh khối vi tảo ........... 38
v

3.1.2.

Ảnh hưởng của pH đến hiệu suất thu hồi sinh khối vi tảo .......................... 40

3.1.3 Ảnh hưởng của nồng độ chitosan đến hiệu suất thu hồi sinh khối vi tảo ......... 45
3.1.3.

Ảnh hưởng của thời gian lắng đến hiệu suất thu hồi sinh khối vi tảo ......... 48

3.1.5 Kết quả hiệu quả thu hồi sinh khối vi tảo khi thu bằng chitosan với một số
muối kim loại ......................................................................................................... 50
3.2. Đánh giá tính chất/ chất lượng của sinh khối vi tảo. ............................................. 54
3.2.1.

Hàm lượng chlorophyll a, chlorophyll b, polyphenol và carotenoid tổng số ..... 54

3.2.2.

Khả năng chống oxy hóa của sinh khối vi tảo thu được bằng chitosan và ly

tâm

.................................................................................................................. 56

3.3 Ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gan bảo quản đến sinh khối vi tảo Thalassiosira
pseudonana ............................................................................................................... 58
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ.................................................................................... 63
Kết luận:

............................................................................................................... 63

Kiến nghị: ............................................................................................................... 63
TÀI LIỆU THAM KHẢO.......................................................................................... 64

vi


DANH MỤC BẢNG
Bảng 2.1. Tính chất của 2 loại chitosan (DD70, DD85) ................................................ 25
Vận tốc lắng được xác định tại mốc thời gian 2 phút 30s. Vận tốc lắng được xác định
theo phương pháp của Sirin (2013) bằng công thức: .................................................. 35
Bảng 3.1. So sánh hiệu suất thu hồi sinh khối vi tảo của chitosan, FeCl3, Al2(SO4)3 và
PAC ở các pH khác nhau ........................................................................................... 52
Bảng 3.2. So sánh mức độ tập trung sinh khối vi tảo thu bằng chitosan, FeCl3,
Al2(SO4)3 và PAC ở các pH khác nhau ...................................................................... 53
Bảng 3.3. So sánh tốc độ lắng sinh khối vi tảo khi thu bằng chitosan, FeCl3, Al2(SO4)3
và PAC ở các pH khác nhau....................................................................................... 53
Bảng 3.4. Hàm lượng chlorophyll a và b, polyphenol và carotenoid tổng số của sinh
khối vi tảo tảo Thalassiosira pseudonana thu bằng chitosan và phương pháp ly tâm .. 56
Bảng 3.5. So sánh khả năng chống oxy hóa của sinh khối vi tảo thu bằng chitosan với
phương pháp ly tâm ................................................................................................... 57
Bảng 3.6.Khả năng chống oxy hóa của sinh khối vi tảo Thalassiosira pseudonana theo
thời gian bảo quản ở các nhiệt độ khác nhau .............................................................. 59
Bảng 3.7. Khả năng phục hồi của tế bào vi tảo ........................................................... 62

vii

DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1.Vi tảo Thalassiosira pseudonana.................................................................... 6
Hình 1.2. Cấu trúc của chitosan ................................................................................. 10
Hình 1.3. Sơ đồ tổng quát quá trình sản xuất chitin, chitosan từ phế liệu thủy sản...... 11
Hình 1.4 Tổng quan về cơ chế keo tụ khác nhau (a) trung hòa điện tích (b) cơ chế lắng
tĩnh điện (c) tạo cầu nối (d) kết bông quét (Vandamme, 2013) ................................... 18
Hình 2.1.Sơ đồ bố trí thí nghiệm tổng quát ................................................................ 26
Hình 2.2.Sơ đồ bố trí thí nghiệm xác định loại chitosan ............................................. 27
Hình 2.3.Sơ đồ bố trí thí nghiệm xác định pH ............................................................ 28
Hình 2.4.Sơ đồ bố trí thí nghiệm xác định nồng độ chitosan ...................................... 29
Hình 2.5. Sơ đồ bố trí thí nghiệm xác định thời gian thu sinh khối vi tảo ................... 30
Hình 2.6. Sơ đồ bố trí thí nghiệm ảnh hưởng thời gian bảo quản sinh khối vi tảo ....... 31
Hình 2.7. Sơ đồ bố trí thí nghiệm ảnh hưởng của nhiệt độ bảo quản đến chất lượng
sinh khối vi tảo thu bằng chitosan .............................................................................. 32
Hình 2.8. Sơ đồ bố trí thí nghiệm so sánh hiệu quả thu sinh khối vi tảo bằng chitosan
với phương pháp ly tâm ............................................................................................. 33
Hình 2.8. Sơ đồ bố trí thí nghiệm so sánh hiệu quả thu sinh khối vi tảo bằng chitosan
với muối kim loại và PAC ......................................................................................... 34
Vận tốc lắng được xác định tại mốc thời gian 2 phút 30s. Vận tốc lắng được xác định
theo phương pháp của Sirin (2013) bằng công thức: .................................................. 35
Hình 2.7. Cách xác định chiều cao cột lắng................................................................ 35
Hình 3.1. Sinh khối vi tảo Thalassiosira pseudonana thu bằng chitosan DD70 và DD85
.................................................................................................................................. 39
Hình 3.2. Ảnh hưởng của loại chitosan đến hiệu suất lắng, hệ số lắng (A) và tỉ lệ phần
thể tích lắng (B) ......................................................................................................... 40
Hình 3.3. Sinh khối vi tảo Thalassiosira pseudonana thu bằng chitosan ở các pH khác
nhau ........................................................................................................................... 43
Hình 3.4. Ảnh hưởng của pH đến hiệu suất lắng, hệ số lắng (A) và tỉ lệ phần thể tích
lắng (B) (Chữ cái trên cột khác nhau chỉ ra sự khác nhau có ý nghĩa thống kê p < 0,05)
.................................................................................................................................. 44

Hình 3.5. Sinh khối vi tảo Thalassiosira pseudonana thu bằng chitosan ở các nồng độ
khác nhau .................................................................................................................. 47
viii


Hình 3.6. Ảnh hưởng của nồng độ chitosan đến hiệu suất lắng, hệ số lắng (A) vàtỉ lệ
phần thể tích lắng (B) (Chữ cái trên cột khác nhau chỉ ra sự khác nhau có ý nghĩa
thống kê p < 0,05) ...................................................................................................... 48
Hình 3.7. Sinh khối vi tảo Thalassiosira pseudonana thu bằng chitosan ở các khoảng
thời gian khác nhau .................................................................................................... 50
Hình 3.8. Ảnh hưởng của thời gian lắng đến hiệu suất lắng, hệ số lắng (A) và tỉ lệ phần
thể tích lắng (B) (Chữ cái trên cột khác nhau chỉ ra sự khác nhau có ý nghĩa thống kê p
< 0,05) ....................................................................................................................... 50
Hình 3.9. Hình ảnh sinh khối vi tảo thu bằng chitosan (A) và thu bằng ly tâm (B) chụp
bằng kính hiển vi quang học ...................................................................................... 55
Hình 3.10.Sự thay đổi hàm lượng chlorophyl a (A), chlorophyl b (B), carotenoid (C)
và polyphenol tổng số (D) trong sinh khối vi tảo Thalassiosira pseudonana theo thời
gian bảo quản ở các nhiệt độ khác nhau ..................................................................... 61
Hình 3.11. Hình ảnh khả năng phục hồi của vi tảo thu bằng chitosan sau thời gian bảo
quản 1 tuần ở các mức nhiệt độ -20C, 4C và nhiệt độ phòng. (A), 4°C; (B), nhiệt độ
phòng; (C), -20°C ...................................................................................................... 62

ix


TRÍCH YẾU LUẬN VĂN
Nghiên cứu thu nhận và đánh giá khả năng chống oxy hóa của sinh
khối vi tảo (Thalassiosira pseudonana)
Nguyễn Thị Khánh Huyền, Nguyễn Thế Hân và Trang Sĩ Trung
Khoa Công nghệ Thực phẩm, Trường Đại học Nha Trang

Giới thiệu về đề tài và mục tiêu nghiên cứu:
Vi tảo có khả năng nuôi sinh khối lớn, có hàm lượng dinh dưỡng cao và dễ tiêu hóa.
Nhờ những tính chất này mà vi tảo được sử dụng rộng rãi trong ngành nuôi trồng thủy sản. Để
sử dụng làm thức ăn cho động vật thủy sản, sinh khối vi tảo cùng với môi trường nuôi cấy
được cung cấp trực tiếp vào bể nuôi. Như vậy, sinh khối cùng môi trường phải vận chuyển
đến cơ sở nuôi, việc này làm tăng chi phí sản xuất và hiệu quả sử dụng sinh khối thấp. Ngoài
ra, trong môi trường nuôi, có thể chứa một số thành phần không có lợi cho sức khỏe của động
vật thủy sản, đặc biệt là ở giai đoạn ấu trùng.
Việc tách sinh khối vi tảo ra khỏi môi trường nuôi là một thách thức lớn về công nghệ
và kinh tế. Phần lớn các loài vi tảo có kích thước tế bào rất nhỏ chỉ từ 1-30 μm và nồng độ
sinh khối trong môi trường nước nuôi thấp chỉ từ 0,5-2,0 g/l tùy thuộc vào phương pháp nuôi
cấy. Hiện nay, một số phương pháp đã được sử dụng để thu nhận sinh khối vi tảo bao gồm:
lắng, lọc, ly tâm và sử dụng chất keo tụ. Các phương pháp này tương đối hiệu quả tuy nhiên
chi phí sử dụng cao và một số phương pháp làm giảm chất lượng sinh khối vi tảo sau khi thu
cũng như ảnh hưởng xấu đến sức khỏe của đối tượng sử dụng sinh khối này. Chitosan là một
polyme sinh học, đã được chứng minh là thân thiện với môi trường và an toàn cho người sử
dụng. Chitosan có các nhóm mang điện tích dương có khả năng hấp thu những vi sinh vật tích
điện âm, trong đó có vi tảo. Với những đặc điểm này, chitosan được xem là chất trợ lắng tiềm
năng để thu sinh khối vi tảo, giúp giảm chi phí và nâng cao chất lượng của sinh khối thu
được.
Ở Việt Nam, vi tảo vi tảo Thalassiosira pseudonana được sử dụng rất phổ biến để làm
thức ăn cho tôm ở giai đoạn Zoea. Những nghiên cứu trước đây chủ yếu tập trung vào việc
nuôi sinh khối. Dữ liệu khoa học về phương pháp thu cũng như hàm lượng một số chất có
hoạt tính sinh học của sinh khối loài vi tảo này còn rất hạn chế. Mục đích của nghiên cứu
hiện tại đánh giá tiềm năng sử dụng chitosan để thu sinh khôi vi tảo Thalassiosira
peseudonana và xác định một số chất có hoạt tính sinh học của sinh khối thu được. Mục tiêu
cụ thể của đề tài: (1) tìm được điều kiện thích hợp để thu nhận sinh khối vi tảo Thalassiosira
pseudonana bằng chitosan và (2) xác định hàm lượng một số chất có hoạt tính sinh học và
hoạt tính chống oxy hóa của sinh khối vi tảo Thalassiosira pseudonana thu bằng chitosan.

Phương pháp nghiên cứu:
Thí nghiệm sử dụng vi tảo Thalassiosira pseudonana ở cuối pha tăng trưởng của chu
kì sinh trưởng, cung cấp bởi công ty UNI-President (Ninh Phước, Ninh Thuận). Thí nghiệm
thứ nhất xác định điều kiện thích hợp (loại chitosan, pH, nồng độ chitosan và thời gian) để thu
nhận sinh khối vi tảo. Hiệu quả thu sinh khối vi tảo của chitosan và chất lượng sinh khối thu
được, được so sánh với phương pháp ly tâm và sử dụng một số muối vô cơ. Hiệu quả thu
nhận sinh khối vi tảo được đánh giá thông qua các chỉ số: hiệu quả kết bông tế bào vi tảo
(flocculation efficiency, FE), hệ số tập trung nồng độ (concentration factor, CF) và tỉ lệ theo
thể tích phần chất rắn lắng được (Settleable solid volume fraction, SSVF). Chất lượng của
sinh khối vi tảo được xác định dựa vào hàm lượng các chất có hoạt tính sinh học và khả năng
chống oxy hóa.
Để đánh giá sự thay đổi chất lượng của sinh khối vi tảo thu bằng chitosan trong quá
trình bảo quản, sinh khối được bảo quản ở 3 mức nhiệt độ khác nhau: -20C, 4C và nhiệt độ
phòng trong khoảng thời gian từ 0 - 2 tuần. Sau các khoảng thời gian bảo quản, mẫu sinh khối
vi tảo được xác định chất lượng dựa trên khả năng phục hồi, hàm lượng một số chất có hoạt
tính sinh học và khả năng chống oxy hóa.
Hiệu quả kết bông tế bào vi tảo, hệ số tập trung nồng độ và tỉ lệ theo thể tích phần chất
rắn lắng được được xác định bằng phương pháp của Sirin (2013). Hàm lượng polyphenol tổng
số xác định bằng phương pháp so màu dùng thuốc thử Folin-Ciocalteau, theo theo phương
pháp của Singleton và cộng sự (1999). Hàm lượng carotenoid tổng số và chlorophyll a, b
được xác định bằng phương pháp so màu, kế thừa phương pháp của Sumanta và cộng sự
(2014). Khả năng chống oxy hóa được đánh giá bằng 2 phép thử là khả năng khử gốc tự do
DPPH và tổng năng lực khử, sử dụng phương pháp so màu, kế thừa những nghiên cứu trước
đây (Fu và cộng sự, 2002; Yen và Duh, 1993). Khả năng phục hồi của tế bào vi tảo được thực
hiện bằng cách đếm lượng tế bào trên kính hiển vi.
Kết quả nghiên cứu chính và kết luận:
Kết quả nghiên cứu đã xác định được điều kiện thích hợp để thu sinh khối vi tảo:
chitosan có độ deacetyl 85%, pH 6, nồng độ chitosan là 4 mg/L và thời gian kết lắng là 10
phút. So sánh với một số chất vô cơ bao gồm sắt clorua (FeCl3), nhôm sunfat (Al2 (SO4)3) và

Polyaluminium chloride (PAC), cho thấy hiệu quả kết lắng của chitosan cao hơn những chất
này tới 50. Sinh khối vi tảo thu bằng chitosan có hàm lượng các chất có hoạt tính sinh học cao
hơn đáng kể so với phương pháp ly tâm. Hàm lượng chlorophyl a, chlorophyl b, carotenoid và
polyphenol tổng số của sinh khối thu bằng chitosan lần lượt là 8,10; 39,63; 133,29; 7530
µg/g nguyên liệu khô, trong khi đó hàm lượng các chất này thu bằng phương pháp ly tâm lần
lượt là 7,29; 31,68; 114,31; 4730 µg/g nguyên liệu khô. Tỷ lệ sống của tế bào vi tảo


Thalassiosira peseudonana sau khi thu bằng chitosan đạt trên 90%. Khoảng 50% tế bào vi tảo
thu bằng chitosan có thể phát triển trở lại khi được bảo quản ở nhiệt độ -20°C sau 2 tuần.
Nghiên cứu cũng chỉ ra rằng hàm lượng của các chất có hoạt tính sinh học trong sinh
khối giảm đáng kể sau 2 tuần bảo quản ở các nhiệt độ khác nhau, bảo quản ở nhiệt độ càng
thấp thì mức độ ổn định hàm lượng và hoạt tính chống oxy hóa của sinh khối vi tảo càng cao.
Kết quả của nghiên cứu này bước đầu cho phép kết luận sử dụng chitosan để thu sinh khối vi
tảo cho hiệu quả thu hồi sinh khối cao ở giá thành phù hợp.
Tuy nhiên, những nghiên cứu tiếp theo cần: (1) đánh giá ảnh hưởng của các yếu tố
khác như tính chất của chitosan (độ nhớt, khối lượng phân tử, độ tinh sạch,…), nồng độ sinh
khối và tốc độ khuấy đảo đến hiệu quả thu sinh khối và (2) thử nghiệm sử dụng chitosan để
thu các loài vi tảo khác nhau (nước mặn và nước ngọt). Đồng thời đánh giá khả năng sử dụng
sinh khối vi tảo sau khi thu bằng chitosan của động vật thủy sản.
Từ khóa: Chitosan, thu sinh khối, vi tảo Thalassiosira peseudonana, khả năng chống oxy hóa


LỜI MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Vi tảo là loài sinh vật đơn bào, được tìm thấy ở cả vùng biển nước mặn và nước
ngọt với các kích thước khác nhau, từ vài đến vài trăm micromet. Vi tảo có khả năng
nuôi sinh khối lớn, có hàm lượng dinh dưỡng cao và dễ tiêu hóa. Sinh khối vi tảo
Thalassiosira pseudonana tại Việt Nam cũng như trên thế giới có vai trò quan trọng
đối với nghề nuôi trồng thuỷ sản. Theo Brown (2002) vi tảo Thalassiosira pseudonana

được sử dụng phổ biến cho nuôi động vật thân mềm hai mảnh vỏ và ấu trùng tôm.
Thalassiosira pseudonana là loại tảo giàu dinh dưỡng, đặc biệt là các acid béo không
no, cacbohydrat, protei, khoáng. Với kích thước 4- 6 μm rất phù hợp với các trại sản
xuất giống động vật thân mềm (trong giai đoạn động vật thân mềm có kích thước 200
μm trở lên) có nhu cầu cao về thành phần silic để hình thành vỏ và các trại sản xuất
tôm giống từ giai đoạn Mysis đến giai đoạn Post larvae. Nó làm tăng tỷ lệ sống và khả
năng tăng trưởng của các đối tượng trên. Trong chuỗi thức ăn của tôm he, vi tảo là mắt
xích đầu tiên cho giai đoạn ấu trùng chính vì thế ngay từ cuối giai đoạn Nauplius vi tảo
đã được thêm vào bể nuôi. Các loài vi tảo có kích thước từ 4-20 μm thường được dùng
trong nuôi tôm he đó là Chaetoceros calcitrans, Chaetoceros gracilis, Thalassiosira
pseudonana, Skeletonema costatum, Tetraselmis chui. Do thức ăn của ấu trùng tôm
chuyển từ thực vật sang động vật ở giai đoạn Mysis nên lượng tảo cho ăn giảm dần,
tuy nhiên một lượng tảo cần thiết vẫn được thêm vào bể nuôi ấu trùng để nhằm mục
đích ổn định môi trường nuôi. Đến nay, trên thế giới có khoảng trên 40 vi loài tảo đã
được phân lập, nuôi cấy và sử dụng làm thức ăn cho ấu trùng các loài thủy sản. Một số
loài tảo được nuôi và sử dụng phổ biến là: Thalasiossira pseudonana, Skeletonema,
Chaaaetoceros calcitrans, Chaetoceros mulleri, Nannochloropsis ocula, Chlorella
minutissima,... Tại Việt Nam, loài vi tảo Thalasiossira pseudonana được nuôi để làm
nguồn thức ăn cho tôm thẻ chân trắng. Bên cạnh làm thức ăn cho động vật thủy sản, vi
tảo còn được xem là nguồn nguyên liệu tiềm năng để chiết xuất các chất có hoạt tính
sinh học cần thiết cho sức khỏe con người. Một số hợp chất có hoạt tính sinh học từ vi
tảo đã được chiết rút bao gồm: các acid béo không no (như EPA và DHA), chất màu
(chlorophyll và carotenoid), các chất có khả năng chống oxy hóa, các chất có khả năng
kháng virus và các chất có khả năng kháng viêm (Raposo và cộng sự, 2013). Nhiều
sản phẩm thực phẩm chức năng từ vi tảo đã được thương mại hóa. Vi tảo còn được coi
1


là nguồn nguyên liệu tiềm năng để sản xuất dầu diesel sinh học, có thể hoàn toàn thay
thế diesel hóa thạch trong tương lai, với sản lượng dầu cao hơn 10-20 lần so với các

loài thực vật trên cạn (Kaewkannetra và cộng sự, 2011).
Để sử dụng làm thức ăn cho động vật thủy sản, sinh khối vi tảo cùng với môi
trường nuôi cấy được cung cấp trực tiếp vào ao nuôi. Điều này dẫn đến phải vận
chuyển hoặc bơm trực tiếp môi trường nuôi chứa sinh khối vi tảo đến ao nuôi và làm
tăng chi phí sản xuất, hiệu quả sử dụng thấp. Ngoài ra, trong môi trường nuôi, có thể
chứa một số thành phần không có lợi cho sức khỏe của động vật thủy sản, đặc biệt là ở
giai đoạn ấu trùng. Để sản xuất nhiên liệu sinh học từ vi tảo, hầu hết các phương pháp
đòi hỏi phải thu sinh khối, sau đó sấy khô và ép/chiết. Trước khi sản xuất các sản
phẩm thực phẩm hoặc chiết xuất các chế phẩm có hoạt tính sinh học, sinh khối cần
được thu nhận từ môi trường nuôi. Như vậy, để đạt hiệu khi sử dụng sinh khôi vi tảo
cho các mục đích khác nhau, chúng cần được thu nhận từ môi trường nuôi.
Việc tách sinh khối vi tảo ra khỏi môi trường nuôi là một thách thức lớn về
công nghệ và kinh tế. Phần lớn các loài vi tảo có kích thước tế bào rất nhỏ chỉ từ 1-30
μm và nồng độ sinh khối trong môi trường nước nuôi thấp từ 0,5-2,0 g/L tùy thuộc vào
phương pháp nuôi cấy. Hiện nay, một số phương pháp đã được sử dụng để thu nhận
sinh khối vi tảo bao gồm: lắng, lọc, ly tâm và keo tụ. Phương pháp ly tâm đã được sử
dụng để thu sinh khối của nhiều loài vi tảo khác nhau. Tuy nhiên, phương pháp này có
chi phí năng lượng cao, làm tăng chi phí sản xuất. Norsker và cộng sự (2011) đã ước
tính phương pháp ly tâm có chi phí năng lượng đầu vào tương đương với khoảng 50%
chi phí năng lượng trong quá trình sản xuất nhiên liệu sinh học từ vi tảo. Chisti (2007)
đã ước tính rằng chi phí của quá trình thu sinh khối vi tảo để sản xuất dầu diesel chiếm
khoảng 50% chi phí sản xuất. Ngoài ra, một nhược điểm khác của phương pháp ly tâm
là làm vỡ cấu trúc của tế bào từ đó dẫn đến làm giảm hàm lượng dinh dưỡng của sinh
khối vi tảo (Grima và cộng sự, 2003). Lắng, lọc cũng là phương pháp đã được sử dụng
để thu sinh khối vi tảo. Tuy nhiên, phương pháp này cũng có chi phí cao. Ngoài ra,
nhược điểm lớn nhất của phương pháp lắng lọc đó là nó chỉ thích hợp để thu các loài
vi tảo có kích thước lớn như Spirulina (Godos và cộng sự, 2011).
Sử dụng các chất trợ lắng được cho là phương pháp có hiệu quả cao trong thu vi
tảo với chi phí vừa phải (Godos và cộng sự, 2011). Người ta chia các chất trợ lắng
thành hai loại: chất trợ lắng vô cơ và chất trợ lắng hữu cơ/đa điện phân

2


(polyelectrolyte). Các muối kim loại như ferric chloride (FeCl3), aluminum sulfate
(Al2(SO4)3) và ferric sulfate (Fe2(SO4)3) là những chất trợ lắng vô cơ đã được sử dụng
phổ biến trong thu sinh khối vi tảo. Khi sử dụng để thu sinh khối vi tảo chúng tạo
thành một lớp cặn trong môi trường nuôi cấy và làm thay đổi pH của môi trường nuôi.
Điều này làm ảnh hưởng xấu đến quá trình sinh trưởng của sinh khối vi tảo sau khi
thu. Môi trường nuôi muốn tái sử dụng phải loại bỏ những kim loại này. Ngoài ra, các
muối ion kim loại khi tồn tại trong sinh khối vi tảo còn ảnh hưởng xấu đến sức khỏe
của người và động vật sử dụng (Huang và cộng sự, 2000).
Chitosan là một polyme sinh học, đã được chứng minh là thân thiện với môi
trường và an toàn cho người sử dụng. Gần đây, chitosan cũng được sử dụng để làm
chất trợ lắng trong xử lý nước thải do có khối lượng phân tử lớn và mật độ điện tích
cao. Chitosan có nhóm mang điện tích dương NH3+, có khả năng hấp thu những vi sinh
vật trong đó có vi tảo tích điện âm. Với những đặc điểm này, chitosan được xem là
chất trợ lắng tiềm năng có thể sử dụng để thu sinh khối vi tảo, giúp giảm chi phí và
nâng cao chất lượng của sinh khối thu được. Thalasiossira pseudonana là loài vi tảo
được nuôi nhiều tại Việt Nam để dùng làm thức ăn cho tôm ở giai đoạn ấu trùng. Hiện
nay, trước khi sử dụng để làm thức ăn cho tôm sinh khối vi tảo cùng với môi trường
nuôi được bơm trực tiếp vào bể nuôi. Điều này dẫn đến nhiều bất cập như đã trình bày
ở trên. Hàm lượng một số chất dinh dưỡng cơ bản như protein và lipid trong loài vi tảo
này đã được công bố, tuy nhiên dữ liệu về các chất có hoạt tính sinh học như
polyphenol, chlorophyll, carotenoid và khả năng chống oxy hóa của sinh khối vi tảo
này còn rất hạn chế. Những dữ liệu khoa học là cơ sở quan trọng để hiểu thêm về tính
năng của sinh khối đối với sự sinh trưởng và phát triển của động vật nuôi, cũng như
sản xuất các sản phẩm nâng cao cho sức khỏe của con người. Để nâng cao hiệu quả sử
dụng sinh khối, thì việc tìm ra phương pháp thu nhận sinh khối vi tảo Thalasiossira
pseudonana chi phí thấp, giữ được chất lượng sinh khối sau khi thu là cần thiết.
Xuất phát từ những vấn đề trên đây, đề tài “Nghiên cứu thu nhận và đánh giá

khả năng chống oxy hóa của sinh khối vi tảo (Thalassiosira pseudonana)” được
thực hiện.
2.

Mục tiêu của đề tài

Đề tài được thực hiện nhằm đạt được những mục tiêu chính sau đây:

3


1)

Xác định điều kiện thích hợp để thu nhậnsinh khối vi tảo Thalassiosira
pseudonana bằng chitosan;

2)

Xác định hàm lượng một số chất có hoạt tính sinh học và hoạt tính chống oxy
hóa của sinh khối vi tảo Thalassiosira pseudonana thu bằng chitosan.

3. Nội dung nghiên cứu
Ðể thực hiện các mục tiêu nghiên cứu trên, đề tài thực hiện những nội dung sau đây:
1)

Nghiên cứu ảnh hưởng của loại chitosan (DD khác nhau), pH, nồng độ
chitosan và thời gian đến hiệu quả thu hồi sinh khối vi tảo;

2)

So sánh hiệu quả thu thu hồi sinh khối vi tảo bằng chitosan với phương pháp
li tâm và sử dụng một số chất tổng hợp;

3)

Xác định hàm lượng một số chất có hoạt tính sinh học (polyphenol,
chlorophyll và carotenoid) và khả năng chống oxy hóa của sinh khối vi tảo
thu bằng chitosan và phương pháp li tâm;

4)

Đánh giá sự thay đổi hàm lượng một số chất có hoạt tính sinh học và khả
năng chống oxy hóa của sinh khối vi tảo bảo quản ở các điều kiện khác nhau.

4. Những đóng góp của đề tài
4.1. Ý nghĩa khoa học
Kết quả nghiên cứu của đềtài cung cấp dữ liệu khoa học về tiềm năng sử dụng
chitosan để thu sinh khối vi tảo. Kết quả cũng cung cấp dữ liệu khoa học về thành
phần, hàm lượng một số chất có hoạt tính sinh học quan trọng và khả năng chống oxy
hóa của sinh khối vi tảo Thalassiosira pseudonana thu bằng chitosan.
4.2. Ý nghĩa thực tiễn
Kết quả nghiên cứu của đề tài cho thấy chitosan có thể sử dụng để thu sinh khối
vi tảo Thalassiosira pseudonana ở nồng độ rất thấp. Kết quả này mở ra một hướng
mới trong thu sinh khối vi tảo có chất lượng tốt và giá thành phù hợp sử dụng trong
nuôi trồng thủy sản và các mục đích khác nhau.
Kết quả của đề tài cũng là cơ sở để sản xuất một số sản phẩm thực phẩm chức
năng từ sinh khối vi tảo Thalassiosira pseudonana.

4

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
Vi tảo (microalgae) là tất cả các tảo có kích thước hiển vi, là thành phần chủ
yếu tạo nên năng suất sơ cấp của thủy vực và giữ vai trò quan trọng trong việc duy trì
sự phát triển của hệ sinh thái nước (Dương Đức Tiến và cộng sự, 1978). Muốn quan
sát chúng phải sử dụng tới kính hiển vi. Trong số khoảng 50.000 loài tảo trên thế giới
thì vi tảo chiếm đến khoảng 2/3 (Ngô Kế Sương và cộng sự, 1994).
1.1. Tổng quan về vi tảo Thalassiosira pseudonana
1.1.1. Phân loại
Vi tảo Thalassiosira pseudonana thuộc:
Ngành: Bacillariophyta
Lớp: Bacillariophyceae
Bộ: Centrales
Bộ phụ: Discineae
Họ: Thalassiosiraceae
Giống: Thalasssiosira
Loài: Thalassiosira pseudonana
(Trương Ngọc An, 1993)
1.1.2. Đặc điểm hình thái cấu tạo của Thalassiosira pseudonana
Thalassiosira pseudonana là một loại tảo khuê có dạng hình hộp, rất mỏng, có
kích thước trung bình từ 6-20 x 8-15 µm (vào mùa đông kích thước lớn hơn vào mùa
hè). Mặt vỏ hình chữ nhật và đường kính dài hơn trục vỏ tế bào. Đai vỏ không đều,
mép đai có 2-28 mấu nhỏ, một mấu có dạng hình môi để liên kết với tế bào bên cạnh.
Thường thì chỉ có duy nhất một gai ở mép và ở trung tâm. Gai ở mép có thể dễ dàng
nhìn thấy được khi quan sát trên kính hiển vi. Bề mặt của màng tế bào tảo tròn nhiều
vằn, sọc. Các vằn, sọc này có thể thẳng hoặc ngoằn ngoèo, mật độ vằn sọc khoảng 1020 vằn sọc/10 µm. Tế bào Thalassiosira pseudonana chỉ có một nhân, hình cầu.
Thalassiosira pseudonana thường sống đơn độc, đôi khi liên kết với nhau thành tập
đoàn (dạng bản). Có hai hình thức: các tế bào tập hợp với nhau thành từng nhóm hoặc
mắt xích giữa các tế bào (dạng chuỗi). Nếu nó kết hợp với nhau thành từng nhóm
thì được liên kết với nhau bằng sợi kitin nhỏ, còn ở dạng chuỗi các tế bào xoắn

chuỗi với nhau qua bề mặt màng tế bào. Màu của tảo Thalassiosira pseudonana
thay đổi từ màu nâu đến màu xanh hoặc màu vàng tùy thuộc vào số lượng của diệp
5


lục. Tuy nhiên, màu sắc này thay đổi không ảnh hưởng đến chất lượng của tảo. Thể
sắc tố của tảo Thalassiosira pseudonana nhỏ, nhiều và có hình hạt (Hình 1.1).
Thalassiosira pseudonana là loại tảo giàu dinh dưỡng, đặc biệt là các acid béo
không no, carbohydrate, protein… cộng với kích thước siêu vi của nó nên rất phù hợp
với các trại sản xuất cá biển (làm thức ăn cho copepoda), các trại sản xuất nhuyễn thể
(trong giai đoạn nhuyễn thể có kích thước 200 µm trở lên) và các trại sản xuất tôm
giống từ giai đoạn mysis đến giai đoạn postlarvae. Nó làm tăng tỷ lệ sống và khả năng
tăng trưởng của các đối tượng trên (Trương Ngọc An, 1993).

Hình 1.1.Vi tảo Thalassiosira pseudonana
1.1.3. Phân bố
Tảo silic phân bố rất rộng trong môi trường nước mặn, lợ, ngọt. Cũng gặp trên
đất đá, trong các thủy vực chúng có thể sống trôi nổi hoặc ở đáy. Số lượng loài ở đáy
nhiều hơn nhưng số lượng cá thể và sinh khối lại ít hơn so với các loài sống trôi nổi. Ở
các biển lạnh tảo silic phân bố nhiều hơn biển ấm. Trong những hồ nước ngọt trong
suốt chúng có thể phân bố ở độ sâu 50-60m còn trong nước biển khoảng 100-350m.
Riêng tảo Thalassiosira pseudonana thường sống trong môi trường nước mặn. Chúng
được nuôi để làm thức ăn cho nhiều ấu trùng động vật hải sản sống đáy như bào ngư,
ốc hương...
1.1.4. Thành phần dinh dưỡng của Thalassiosira pseudonana
Protein, lipid, carbohydrate là những thành phần chủ yếu cấu tạo nên tế bào vi
tảo. Những chất này chiếm 90-95% khối lượng khô tế bào, 5-10% khối lượng chất khô
còn lại bao gồm các vitamin, sắc tố, các chất chống oxy hóa… Thành phần dinh dưỡng
của vi tảo Thalassiosira pseudonana biến đổi theo thời gian sinh trưởng và điều kiện
nuôi trồng (Phan Văn Xuân, 2010).

6


1.1.4.1. Protein
Hàm lượng protein trong mỗi tế bào vi tảo được coi là một trong những yếu tố
quyết định giá trị dinh dưỡng của vi tảo. Theo một nghiên cứu của Brown và cộng sự
(1997), trong tảo đơn bào hàm lượng protein dao động từ 6-52%; carbohydrate từ 5-23%
và lipid từ 7-23% khối lượng chất khô. Cũng theo Volkman và cộng sự (1989), hàm
lượng protein tổng số ở vi tảo Thalassiosira pseudonana là 17,8%.
1.1.4.2. Lipid
Trong lipid thì thành phần và hàm lượng các acid béo đóng vai trò quyết định
giá trị dinh dưỡng của vi tảo.
Các acid béo chưa no (PUFA), đặc biệt là acid Eicosapentaenoic (EPA), acid
Arachidonic (ARA) và acid Docosahexaenoic (DHA) giữ vai trò quan trọng trong việc
đánh giá chất lượng của vi tảo trong việc ứng dụng làm thức ăn cho người và động vật.
Các acid béo chưa no là thành phần cần thiết cho sự phát triển bình thường, khỏe mạnh
của hệ thần kinh, tim mạch. Acid Docosahecxaenoic (DHA), Acid Eicosapentaenoic
(EPA), acid Arachidonic (ARA) rất cần thiết đối với động vật nuôi thủy sản (Brown và
cộng sự, 1996).
Vi tảo được coi là có giá trị dinh dưỡng tốt cho các đối tượng nuôi nếu hàm
lượng PUFA (DHA, EPA) dao động từ 1-20 mg/ml tế bào. Theo một nghiên cứu của
Brown và cộng sự (1989), hàm lượng acid béo không no (EPA + DHA) của
Thalassiosira pseudonana là 7,2 mg/ml tế bào. Tuy hàm lượng này thấp hơn so với
Chaetoceros calcitrans (17,8 mg/ml tế bào) và Pavlova lutheri (10,1 mg/ml tế bào),
nhưng Thalasiossira pseudonana vẫn là nguồn thức ăn tự nhiên giàu dinh dưỡng cho
ngành nuôi trồng thủy sản.
1.1.4.3. Carbohydrate
Theo Brown và cộng sự (1996), hàm lượng hydrocarbon của các loài tảo khá
cao, dao động 5-23% khối lượng khô tế bào. Ở tảo Thalasiossira pseudonana hàm
lượng hydrocarbon chiếm 7,8% khối lượng chất khô. Hydrocarbon ở tảo tồn tại chủ

yếu ở các dạng đường glucose, galactose, mantose, ribose và các polysaccharide khác.
Trong đó, glucose chiếm hàm lượng cao nhất, dao động 21-87%, tiếp theo là
galactose, mantose và ribose.

7


1.1.4.4. Vitamin
Vi tảo là nguồn cung cấp vitamin quan trọng cho các đối tượng thủy sản nuôi. Vi tảo
giàu nguồn vitamin và khoáng chất, điều này giúp chúng được ứng dụng như một chất
dinh dưỡng bổ sung vào thực phẩm. Một số loài Chlorella chứa nhiều vitamin hơn hầu
hết các loài thực vật trên cạn (Blazencic, 2007). Những loại vitamin chính thường gặp
trong tảo nuôi gồm: Thiamin (B1), Riboflavin (B2), Pyridoxin (B6), Cyanocobalamin
(B12), acid Ascorbic (C), acid Nicotinic (B3), acid Pantothenic (B5), Tocopherol (E),
Caroten (Provitamin A), Choline.
1.1.4.5. Sắc tố
Chlorophyll xanh lục và carotenoid vàng, đỏ, cam là những chất màu chủ yếu
trong các loài tảo. Mỗi loài tảo có chứa từ 5-10 loại carotenoid khác nhau. Chlorophyll
a là thành phần sắc tố quang hợp chính trong các loài tảo, ngoài ra còn có chlorophyll
b và chlorophyll c. Trong tế bào tảo, carotenoid đóng vai trò như sắc tố bổ trợ quang
hợp và là tác nhân bảo vệ tế bào tảo tránh khỏi tác hại của cường độ ánh sáng quá cao.
1.1.4.6. Chất chống oxy hóa
Nhiều hợp chất chống oxy hóa được tìm thấy trong các loài vi tảo như các hợp
chất polyphenol, các phycobiliprotein và các vitamin (Plaza và cộng sự, 2008).
Phenolics, flavonoids, astaxanthin, anthocyanins, carotenoids, chlorophyll, vitamin E,
vitamin C… là những hợp chất chống oxy hóa được tìm thấy trong vi tảo. Với thành
phần chất chống oxy hóa đa dạng, nhiều loại vi tảo đã được ứng dụng trong thực phẩm
chức năng, mỹ phẩm để ngăn ngừa sự lão hóa.
1.1.5. Ứng dụng của Thalassiosira pseudonana
1.1.5.1. Làm thức ăn cho động vật thủy sản

Vi tảo đã được ứng dụng rộng rãi trong ngành nuôi trồng thủy sản để làm thức ăn
cho nhiều loài thủy sản như nhuyễn thể 2 mảnh vỏ, các loài cá, tôm, mực ở giai đoạn ấu
trùng. Mặc dù có hàng trăm loài tảo được nghiên cứu để ứng dụng làm thức ăn nhưng chỉ
có rất ít loài được sử dụng cho ngành nuôi trồng, trong đó có loài Thalassiosira (Brown và
cộng sự, 1996).
Với những đặc tính ưu việt không gây ô nhiễm môi trường, cung cấp đầy đủ các
vitamin, chất khoáng, vi lượng, đặc biệt chứa rất nhiều loại acid béo không no, tảo
Thalassiosira pseudonana nói riêng và tảo đơn đơn bào nói chung ngày càng được ứng
dụng rộng rãi để làm thức ăn trong ngành nuôi trồng thủy sản.
8


1.1.5.2. Dùng làm nhiên liệu sinh học
Nhiên liệu sinh học là một nguồn năng lượng sạch và thân thiện với môi trường.
Việc sử dụng nhiên liệu sinh học sẽ hạn chế được hiện tượng hiệu ứng nhà kính và sự
nóng lên của Trái đất. Hiện nay, sử dụng nhiên liệu sinh học thay thế cho các loại
nhiên liệu hóa thạch đang ngày càng được quan tâm và ứng dụng, đặc biệt là ở những
nước có nền kinh tế phát triển.
Nhiên liệu sinh học được sản xuất bằng phản ứng chuyển hóa este từ dầu của
nhiều loại cây trồng như hướng dương, đậu nành, cọ và tảo. Vi tảo đã được ứng dụng
rộng rãi trong việc sản xuất nhiên liệu nhờ vào khả năng quang hợp cao, sinh khối lớn,
khả năng phát triển nhanh và đặc biệt vi tảo cho sản lượng dầu cao hơn 10-20 lần so
với các loài thực vật trên cạn (Kaewkannetra và cộng sự, 2012). Lipid trong vi tảo có
khả năng được chuyển đổi thành dầu diesel sinh học, carbohydrate được chuyển thành
ethanol và H2, protein được biến đổi thành dạng nguyên liệu thô cho ngành công
nghiệp sản xuất phân bón sinh học (Raja và cộng sự, 2012).
1.1.5.3. Làm dược phẩm
Vi tảo giàu các hợp chất có hoạt tính sinh học nên có thể được dùng để phát
triển dược phẩm và thực phẩm chức năng. Tảo silic đã được ứng dụng trong thuốc
kháng viêm (Gordon và cộng sự, 2009).

1.2. Tổng quan về chitosan.
Chitin/chitosan là một polyme sinh học được chiết rút từ nhiều nguồn nguyên
liệu khác nhau: phế liệu thủy sản, vi nấm, vi khuẩn. Tuy nhiên, nguồn nguyên liệu
chính để sản xuất chitin/chitosan là từ phế liệu thủy sản: tôm cua, nang mực… mỗi
nguồn nguyên liệu khác nhau sẽ cho hàm lượng chitin cũng như tính chất của chitosan
khác nhau. Hình 1.3 mô tả quy trình tổng quát quá trình sản xuất chitosan từ phế liệu
thủy sản.
1.2.1. Cấu trúc hóa học và tính chất của chitosan
Chitosan một polysaccharide mạch thẳng, là dẫn xuất đề acetyl hoá của chitin,
trong đó nhóm (–NH2) thay thế nhóm (–COCH3) ở vị trí C(2). Chitosan được cấu tạo
từ các mắt xích D-glucozamin liên kết với nhau bởi các liên kết b-(1-4)-glicozit, do
vậy chitosan có thể gọi là poly b-(1-4)-2-amino-2-deoxi-D-glucozơ hoặc là poly b-(14)-D- glucozamin (cấu trúc III) (Hình 1.2).

9


Hình 1.2. Cấu trúc của chitosan
Công thức phân tử: (C6H11O4N)n
Trong đó: n nằm trong khoảng 700 ÷ 4.500 (đôi khi đến 6.000).
Phân tử lượng: Mchitosan = (161,07)n
Do chitosan được điều chế từ quá trình khử acetyl hóa chitin nên khối lượng
biểu kiến của nó tùy thuộc vào giá trị của n, phần trăm nhóm acetyl và cả điều kiện
điều chế của nó. Cấu trúc của chitosan là một tập hợp các phân tử liên kết với nhau bởi
các cầu nối glucozit và hình thành một mạng các sợi có tổ chức. Chitin, chitosan là
polysaccharide có đạm, không độc hại, có khối lượng phân tử lớn. Các tính chất của
chitosan như khả năng kết dính, khả năng tạo màng, tạo gel, hấp phụ chất màu, kim
loại, khả năng kháng vi sinh vật được quyết định bởi cấu trúc hóa học của chitosan
như phân tử lượng, độ deacetyl.
Phân tử lượng của chitosan là một thông số cấu trúc quan trọng, nó quyết định
tính chất của chitosan như khả năng kết dính, tạo màng, tạo gel, khả năng hấp phụ chất

màu, đặc biệt là khả năng ức chế vi sinh vật. Chitosan có phân tử lượng càng lớn thì có
độ nhớt càng cao. Thông thường, phân tử lượng của chitosan nằm trong khoảng từ
100.000 dalton đến 1.200.000 dalton. Phân tử lượng của chitosan phụ thuộc vào nguồn
chitin và điều kiện deacetyl và thường thì rất khó kiểm soát. Tuy nhiên, chitosan có
phân tử lượng thấp thì thường có hoạt tính sinh học cao hơn, thường có nhiều ứng
dụng trong nông nghiệp, y học và công nghệ sinh học. Chitosan có phân tử lượng lớn
có khả năng tạo màng tốt và màng chitosan tạo thành có sức căng tốt. Độ nhớt của
chitosan phụ thuộc vào phân tử lượng. Chitosan có phân tử lượng thấp có độ nhớt từ
30-200 cps và chitosan có phân tử lượng lớn hơn 1 triệu dalton có độ nhớt lên đến
3000-4000 cps. Ngoài ra, độ nhớt của chitosan còn phụ thuộc vào độ deacetyl, cường
độ ion, pH, nhiệt độ.

10


Phế liệu thủy sản
Khử khoáng

Khử protein

Tẩy màu

Chitin

Deacetyl

Chitosan

Hình 1.3. Sơ đồ tổng quát quá trình sản xuất chitin, chitosan từ phế liệu thủy sản
Chitosan là một polymer hữu cơ, có nhiều trong vỏ các loại giáp xác. Ðây là

polyme hữu cơ phổ biến trong tự nhiên sau cellulose, được ước tính 100 tỉ tấn/năm.
Chitosan đã được nghiên cứu và ứng dụng khá nhiều, nhất là vào khoảng thời gian từ
1975-1985. Nó có những đặc tính ưu việt mà các polyme tổng hợp khác không có như:
khả năng phân huỷ, dễ tương thích, không độc hại và các đặc tính lý học, sinh học
như: khả năng tạo gel, liên kết với các chất màu, lipid, protein và khả năng kháng
khuẩn (Knorr, 1983; Hirano,1996; Ng 2000).
Không giống như chitin chỉ tan trong một số ít hệ dung môi, chitosan tan tốt
trong các acid hữu cơ thông thường như acid formic, acid acetic, acid citric, acid lacic.
Khi hòa tan chitosan trong môi trường acid loãng chitosan tồn tại ở dạng điện tích
dương (+) nên có những đặc tính khác biệt với các polysaccharide khác thường vốn ở
dạng trung tính hoặc ở điện tích âm (-). Chitosan dương tính có khả năng kết hợp với
các chất rắn hữu cơ hay bề mặt tế bào, là những chất có ion âm. Ðây là cơ sở để ứng
dụng chitosan trong việc kết hợp với các chất béo để chế tạo sản phẩm làm giảm cân,
băng dán mỹ phẩm vào da hay tóc và kết hợp với kim loại nặng và hoá chất màu.
11