Nghiên cứu phương pháp thu hồi và làm khô sinh khối vi tảo nannochloropsis oculata làm nguyên liệu sản xuất thực phẩm chức năng

Khoa Công Nghệ Sinh Học

Viện Đại Học Mở Hà Nội

VIỆN ĐẠI HỌC MỞ HÀ NỘI
KHOA CÔNG NGHỆ SINH HỌC

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
Đề tài:
Nghiên cứu phương pháp thu hồi và làm khô
sinh khối vi tảo Nannochloropsis oculata
làm nguyên liệu sản xuất thực phẩmchức năng
Người hướng dẫn

: ThS. BÙI KIM THÚY

Sinh viên thực hiện : NGUYỄN KIỀU TRINH
Lớp

: ĐH 12-03

Hà Nội – 2016
Nguyễn Kiều Trinh - 1203

i


Khoa Công Nghệ Sinh Học

Viện Đại Học Mở Hà Nội

Lời cảm ơn
Trước tiên tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành và sâu sắc tới Th.S. Bùi Kim
Thúy -người đã tận tình chỉ bảo và hướng dẫn tôi trong suốt quá trình hoàn
thành bài khóa luận này.
Tôi xin chân thành cảm ơn các cán bộ công nhân viên Trung tâm Nghiên cứu và
kiểm tra chất lượng nông sản, thực phẩm –Viện Cơ điện Nông nghiệp và Công
nghệ sau thu hoạch đã giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi để tôi có thể hoàn thành
kỳ thục tập của mình tại đây.
Cũng nhận dịp này tôi xin bày tỏ lòng biết ơn tới các thầy cô giáo Khoa Công
nghệ sinh học – Viện đại học Mở Hà Nội- những người đã truyền thụ cho tôi
những kiến thức căn bản nhất để tôi có thể vận dụng hoàn thành bài khóa luận
này, đồng thời tự tin với những kiến thức đó vững bước trên con đường sự
nghiệp sau này.
Tôi xin cảm ơn các bạn bè đã nhiệt tình giúp đỡ và góp ý kiến để tôi hoàn thiện
bì khóa luận.
Cuối cùng tôi xin được gửi lời cảm ơn chân thành đến gia đình tôi- nơi tôi luôn
nhận được những sự động viên âm thầm trong suốt quá trình học tập của mình.

Hà Nội, ngày 20 tháng 5 năm 2016
Sinh viên

Nguyễn Kiều Trinh

Nguyễn Kiều Trinh - 1203

ii


Khoa Công Nghệ Sinh Học

Viện Đại Học Mở Hà Nội

Mục Lục
Lời cảm ơn .............................................i
Mục Lục .............................................iii
Danh mục chữ viết tắt .....................................vi
Danh mục bảng biểu và hình ảnh ............................viii
PHẦN I.MỞ ĐẦU ........................................1
PHẦN II. TỔNG QUAN TÀI LIỆU.............................4
2.1.

Vi tảo Nanochloropsis oculata ..........................4

2.1.1.

Lịch sử phát hiện ................................4

2.1.2.

Phân loại và đặc điểm hình thái ......................4

2.1.2.1. Phân loại .....................................4
2.1.2.2. Đặc điểm hình thái. ...............................5
2.1.3. Thành phần dinh dưỡng, vai trò và ứng dụng của tảo N. Oculata ..6
2.1.3.1. Giá trị dinh dưỡng của vi tảo ........................6
2.1.3.2. Thành phần dinh dưỡng và vai trò của vi tảo N. oculata .......7
2.1.3.3. Ứng dụng của vi tảo N.oculata .......................9
2.2. Tình hình nghiên cứu và ứng dụng vi tảo Nanochloropsis oculata trên thế
giới và Việt Nam ......................................10
2.2.1. Thế giới .......................................10

2.2.2. Việt Nam ......................................11
2.3. Kỹ thuật thu hồi và làm khô sinh khối vi tảo Nanochloropsis oculata .15
2.3.1. Kỹ thuật thu hồi .................................15
2.3.1.1. Khái niệm điện phân .............................15
2.3.1.2. Những ứng dụng điện phân trong sản xuất ...............15
2.3.1.3. Ứng dụng điện phân trong nuôi trồng và thu hoạch tảo ......17
2.3.2. Các phương pháp làm khô ..........................19
2.3.2.1. Giới thiệu về công nghệ sấy phun .....................19
2.3.2.2. Phân loại thiết bị sấy phun .........................23
Nguyễn Kiều Trinh - 1203

iii


Khoa Công Nghệ Sinh Học

Viện Đại Học Mở Hà Nội

2.3.2.3. Ưu và nhược điểm của công nghệ sấy phun ..............23
PHẦN III. VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ...........25
3.1. Vật liệu nghiên cứu ..................................25
3.1.1. Đối tượng .....................................25
3.1.2. Hóa chất và thiết bị ...............................25
3.2. Phương pháp nghiên cứu ..............................25
3.2.1. Phương pháp xác định trọng lượng khô của vi tảo ...........25
3.2.2. Ảnh hưởng của mật độ dòng điện và thời gian điện phân đến hiệu
suất kết bông tảo .....................................26
3.2.3. Ảnh hưởng của pH ban đầu đến hiệu suất kết bông tảo ........26
3.2.4. Ảnh hưởngcủa tốc độ khuấy đến hiệu suất kết bông tảo........26
3.2.5. Phương pháp xác định năng lượng tiêu hao của quá trình điện phân

................................................27
3.2.6. Ảnh hưởng của nhiệt độ sấy đến hiệu suất thu hồi sản phẩm ....27
3.2.7. Ảnh hưởng của tốc độ bơm nhập liệu đến hiệu suất thu hồi sản phẩm
................................................27
3.2.8. Ảnh hưởng của tốc độ quay đầu phun đến hiệu suất thu hồi sản phẩm
................................................27
3.2.9. Phương pháp xác định độ ẩm sản phẩm ..................28
3.2.10. Phương pháp tính hiệu suất thu hồi sản phẩm .............28
3.2.11. Phương pháp xác định hàm lượng chất béo tổng số .........28
3.2.12. Phương pháp xử lý số liệu ..........................29
PHẦN IV. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ........................30
4.1. Ảnh hưởng của mật độ dòng điện và thời gian điện phân đến hiệu suất kết
bông tảo ............................................30
4.2. Ảnh hưởng của pH ban đầu đến hiệu suất kết bông tảo ...........32
4.3. Ảnh hưởng của tốc độ khuấy đến hiệu suất kết bông tảo ..........33
4.4. Năng lượng tiêu hao của quá trình điện phân .................34
4.5. Ảnh hưởng của nhiệt độ sấy đến hiệu suất thu hồi sản phẩm .......35
4.6. Ảnh hưởng của tốc độ bơm nhập liệu đến hiệu suất thu hồi sản phẩm .36
Nguyễn Kiều Trinh - 1203

iv


Khoa Công Nghệ Sinh Học

Viện Đại Học Mở Hà Nội

4.7. Ảnh hưởng của tốc độ quay đầu phun sương đến hiệu suất thu hồi sản
phẩm ..............................................38
4.8. Đánh giá chất lượng sản phẩm ...........................39

PHẦN V. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .........................40
KẾT LUẬN ..........................................40
KIẾN NGHỊ .........................................41
TÀI LIỆU THAM KHẢO ..................................42
TÀI LIỆU TIẾNG VIỆT .................................42
TÀI LIỆU TIẾNG ANH ..................................42

Nguyễn Kiều Trinh - 1203

v


Khoa Công Nghệ Sinh Học

Viện Đại Học Mở Hà Nội

Danh mục chữ viết tắt

N.oculata: Nannochloropsis Oculata
EPA: Eicosapentaenoic acid
PE: Polyethylene
rDNA: Ribosomal DNA
Nguyễn Kiều Trinh - 1203

vi


Khoa Công Nghệ Sinh Học

Viện Đại Học Mở Hà Nội

Danh mục bảng biểu và hình ảnh
Bảng 2.1: Thành phần và tỷ lệ % các axit béo(so với axit béo tổng số) trong vi
tảo N.oculata ( trích Renaud, 1991) ..................... Error! Bookmark not defined.
Bảng 4.1. Ảnh hưởng của mật độ dòng điện và thời gian đến hiệu suaatskeets
bông tảo ................................................................................................................ 30

Nguyễn Kiều Trinh - 1203

vii


Khoa Công Nghệ Sinh Học

Viện Đại Học Mở Hà Nội

Bảng 4.2. Năng lượng tiêu thụ ở mật độ dòng điện khác nhau. Error! Bookmark
not defined.
Bảng 4.3. Ảnh hưởng của nhiệt độ không khí đầu vào .......Error! Bookmark not
defined.
Bảng 4.4. Ảnh hưởng của tốc độ quay đầu phun sương .....Error! Bookmark not
defined.
Bảng 4.5. Chất lượng sản phẩm PLA sau sấý ...... Error! Bookmark not defined.
Hình 2.1: Vi tảo N. Oculata dưới kính hiển vi .... Error! Bookmark not defined.
Hình 2.3.Thiết bị sấy phun ................................... Error! Bookmark not defined.
Hình 4.1. Dung dịch tảo N.oculata trước khi điện phân .....Error! Bookmark not
defined.
Hình 4.2. Dung dịch tảo điện phân ở mật độ dòng diện 6 mA/cm2 trong 30 phút
.............................................................................. Error! Bookmark not defined.
Hình 4.3. Dung dịch tảo điện phân ở mật độ dòng điện 9mA/cm2 trong 10 phút

.............................................................................. Error! Bookmark not defined.
Hình 4.4. Hiệu suất kết bông ở pH khác nhau ..... Error! Bookmark not defined.
Hình 4.5. Hiệu suất kết bông ở tốc độ khuấy khác nhau ....Error! Bookmark not
defined.
Hình 4.6. Ảnh hưởng của tốc độ bơm nhập liệu đến hiệu suất thu hồi và độ ẩm
sản phẩm ............................................................... Error! Bookmark not defined.
Hình 4.7. Sản phẩm bột tảo sau sấy ..................................................................... 39

Nguyễn Kiều Trinh - 1203

viii


PHẦN I.MỞ ĐẦU
Sinh khối vi tảo là một nguồn nguyên liệu hấp dẫn cung cấp cho sản xuất
nhiên liệu sinh học nhờ vào khả năng nuôi trồng lớn và trữ lượng chất béo cao.
Trong thời gian gần đây, một số loại sinh khối vi tảo bắt đầu được quan tâm với
mục đích sản xuất ra những sản phẩm có giá trị cao như thực phẩm bổ sung, chất
màu tự nhiên và chất béo không no đa mạch (Cardozo, 2007). Vi tảo chứa một
lượng rất dồi dào các chất dinh dưỡng cần thiết cho cơ thể sống. Ngoài những
chất dinh dưỡng phổ biến, mỗi loài tảo có một thế mạnh về hàm lượng các chất
dinh dưỡng. Trong khi tảo Spirullina (tảo được dùng làm thực phẩm chức năng
rộng rãi hiện nay) có thành phần protein khá cao thì vi tảo Nannochloropsis
oculata lại nổi bật là nhóm vi tảo giàu hàm lượng chất béo (chiếm 18-30% trọng
lượng khô) cùng một lượng đáng kể các vitamin, các sắc tố carotenoid và các
khoáng chất như Ca, Mg, K, Zn, Fe,… N.oculata chứa rất nhiều loại axit béo đa
nối đôi không bão hòa. Đáng lưu ý nhất là các axit béo thuộc nhóm
eicosapentaenoic (EPA) với hàm lượng chiếm đến 24,5 - 40% tổng axit béo
(Renaud, 1991). EPA là chất đã được chứng minh có vai trò quan trọng trong
việc tăng cường sức đề kháng, chống các bệnh về tim mạch, xơ vữa động mạch,

giảm viêm nhiễm, kháng ung bướu (Senzaki, 1998). EPA còn là thành phần quan
trọng trong nhiều loại thực phẩm và thuốc hỗ trợ phát triển trí não ở trẻ em và
chống bệnh suy giảm trí nhớ ở người già.
Do kích thước của loài vi tảo này nhỏ (2-4µm) và mật độ sinh khối thấp
(0,5-2 g/l) nên việc thu hồi sinh khối tương đối khó khăn. Hầu hết những quy
trình sản xuất vi tảo hiện nay sử dụng phương pháp ly tâm để thu hồi sinh khối vi
tảo. Tuy nhiên, việc tiêu tốn nhiều năng lượng cho phương pháp thu hồi này là
một vấn đề đáng quan tâm (Heasman, 2000). Nếu vi tảo được cô đặc từ 30 đến
50 lần bằng phương pháp kết tụ và kết lắng bằng trọng lực trước khi ly tâm thì
Nguyễn Kiều Trinh - 1203

Page 1


yêu cầu về năng lượng cho thu hồi có thể giảm đi rất nhiều (Harun, 2010). Do
vậy, để sử dụng sinh khối vi tảo làm nguyên liệu cho sản xuất nhiên liệu sinh học
hay các sản phẩm có giá trị cao thì giá thành và hiệu quả năng lượng của quá
trình cần phải được cải thiện đáng kể (Green, 2010).
Nhiều nghiên cứu đã đưa ra những giải pháp thu hồi vi tảo như là biện
pháp thay thế cho kết bông và li tâm là hai biện pháp thu hồi thường dùng nhưng
khá tốn năng lượng. Cụ thể, Xu và cộng sự (2011) đã mô tả quy trình thu hồi
nhanh hai loài vi tảo có sử dụng phân tử nano FeO và những phân tử nano này có
thể cải tạo và tái sử dụng mà không làm thay đổi về hiệu suất. Vandamme cùng
cộng sự (2012) đã công bố phương pháp cô đặc giá thành thấp được gọi là tự kết
bông trong đó kết bông xảy ra do sự kết tủa magie ở pH 11. Một số nghiên cứu
sử dụng chế phẩm kết bông vi sinh như là giải pháp thay thế cho hóa chất thường
dùng (Lee và cộng sự, 2009). Một kỹ thuật thu hoạch vi tảo biển khác sử dụng
phương pháp kết bông và đông tụ bằng điện phân giảm tiêu thụ điện năng
(Uduman và cộng sự, 2011).
Một số nghiên cứu gần đây đã chỉ ra rằng kết tụ vi tảo bằng điện phân có

thể là một phương pháp thay thế những phương pháp thu hồi vi tảo truyền thống
khác vì nó được đánh giá là khá hiệu quả với mức tiêu thụ năng lượng thấp và
không cần thiết phải bổ sung thêm bất kì một hóa chất nào nên đảm bảo chất
lượng sinh khối thu được. Kết tụ bằng điện phân cho phép thu hồi được trên 97%
sinh khối vi tảo biển Nannochloropsis sp. và hơn 80% sinh khối vi tảo nước ngọt
Chlorella vulgaris với mức tiêu thụ năng lượng thấp hơn 0,06 và 1 kWh/m3
tương ứng (Matos, 2013). Hay trong một nghiên cứu khác, hiệu suất thu hồi sinh
khối Chlorella vulgaris đạt 95% sau điện phân 10 phút ở mật độ dòng điện 12
mA/cm2 và mức tiêu thụ năng lượng khoảng 2 kWh/kg, trong khi đó đối với vi
tảo biển Phaeodactylum tricornutum hiệu suất đạt 80% sau 10 phút điện phân
với mật độ dòng điện là 3 mA/cm2 và mức tiêu thụ năng lượng khoảng 0,3
Nguyễn Kiều Trinh - 1203

Page 2


kWh/kg (Vandamme, 2011). Bởi vậy, điện phân có thể là công nghệ mới có
nhiều triển vọng trong thu hồi sinh khối vi tảo.
Xuất phát từ nhu cầu thực tiễn, chúng tôi tiến hành khóa luận: “Nghiên
cứu phương pháp thu hồi và làm khô sinh khối vi tảo Nanochloropsis oculata
làm nguyên liệu sản xuất thực phẩm chức năng”.

Mục tiêu nghiên cứu:
Nghiên cứu đánh giá được khả năng thu hồi sinh khối vi tảo N.oculata
bằng phương pháp điện phân và làm khô tạo chế phẩm bằng thiết bị sấy phun

Nội dung nghiên cứu:
1. Nghiên cứu ảnh hưởng của mật độ dòng điện và thời gian điện phân đến
hiệu suất kết bông tảo
2. Nghiên cứu ảnh hưởng của pH ban đầu đến hiệu suất kết bông tảo

3. Nghiên cứu ảnh hưởng của tốc độ khuấy đến hiệu suất kết bông tảo
4. Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ không khí sấy đến hiệu suất thu hồi
sản phẩm
5. Nghiên cứu ảnh hưởng của tốc độ bơm nhập liệu đến hiệu suất thu hồi sản
phẩm
6. Nghiên cứu ảnh hưởng của tốc độ quay đầu phun sương đến hiệu suất thu
hồi sản phẩm

Nguyễn Kiều Trinh - 1203

Page 3


PHẦN II. TỔNG QUAN TÀI LIỆU
2.1.

Vi tảo Nanochloropsis oculata

2.1.1. Lịch sử phát hiện
Loài tảo Nannochloropsis oculata được mô tả lần đầu bởi Droop (1955).
Dựa trên những căn cứ khá đơn giản về hình thái, tác giả này đặt chúng vào chi
Nannochloris, là một chi thuộc lớp tảo lục Chlorophyceae. Sau đó, Antia và cộng
sự, (1975) dựa trên những nghiên cứu sâu về vi cấu trúc tế bào nhận thấy chúng
có nhiều nét tương thích với lớp Eustigmatophyceae hơn là lớp Chlorophyceae.
Đến năm 1981, Hibberd chính thức chuyển loài này sang chi mới là
Nannochloropsis (thuộc lớp Eustigmatophyceae ) và vị trí phân loại này vẫn tồn
tại đến ngày nay.
2.1.2. Phân loại và đặc điểm hình thái
2.1.2.1. Phân loại
Dựa trên hệ thống phân loại quen thuộc hiện nay, vị trí của Nannochloropsis

oculata được sắp xếp ( theo Hoek và cộng sự ., 1995) như sau:
Giới: Chromisa T.Cavalier-Smith
Ngành: Heterokontophyta Moestrup
Lớp: Eustigmatophyceae D.J.Hibberd & Leedale
Bộ: Eustigmatales D.J.Hibberd
Họ: Monodopsidaceae D.J.Hibberd
Chi:Nannochloropsis D.J.Hibberd
Loài:Nannochloropsis oculata ( Droop) D.J.Hibberd

Nguyễn Kiều Trinh - 1203

Page 4


2.1.2.2. Đặc điểm hình thái.
N. oculata tồn tại ở dạng đơn bào, hình cầu hoặc hơi có dạng hình trứng,
đường kính dao động trong khoảng 2-4µm (Hibberd, 1981). N. oculata có thể sắc
tố quang hợp khá lớn hình trứng, chiếm một dung lượng đáng kể của tế bào
(Murakami & Hashimoto, 2009). Sắc tố quang hợp duy nhất ở N. oculata là
chlorophyll a, không có sắc tố chlorophyll b hay c (Murakami & Hashimoto,
2009). Các carotenoid bao gồm carotene (11%), violaxathin (51%),
vaucheriaxanthin (26%) và các carotenoid khác (12%)

Hình 2.1: Vi tảo N. Oculata dưới kính hiển vi
Tuy không có roi và không có khả năng di động (Hoff & Snell, 1999) nhưng do
trọng lượng tế bào rất nhỏ, chỉ nặng 6,1 pg/tb (Lavens & Sorgeloos, 1996), nên
trong môi trường nước, tế bào luôn lơ lửng, không bị chìm, kể cả khi không
được sục khí hay khuấy đảo.
Cũng do kích thước nhỏ nên việc phân biệt N. oculata nói riêng và chi
Nannochloropsis nói chung bằng phương pháp hình thái học gặp rất nhiều khó

khăn, ngay cả khi sử dụng kính hiển vi điện tử nên hiện nay, việc phân loại
Nguyễn Kiều Trinh - 1203

Page 5


thường dựa chủ yếu vào kỹ thuật di truyền, nhất là trình tự gen rbcL và gen 18S
rDNA (Fawley & Fawley, 2007).
2.1.3. Thành phần dinh dưỡng, vai trò và ứng dụng của tảo N. Oculata
2.1.3.1. Giá trị dinh dưỡng của vi tảo
Như đã nói ở trên, vi tảo nói chung vốn chứa một lượng rất dồi dào các
chất dinh dưỡng cần thiết cho cơ thể sống. Ngoài những thành phần dinh dưỡng
cơ bản như protein, lipid, carbonhydrate là những chất chiếm tỷ trọng cao trong
tổng trọng lượng khô của tảo (protein chiếm 6-52%, lipid 7-23%, carbohydrat 523 %), tảo cũng chứa rất nhiều loại vitamin, đáng lưu ý là vitamin C (chiếm từ 116 mg/g trọng lượng khô), vitamin B2 (20-40 µg/g trọng lượng khô) (Brown et
al., 1997). Vi tảo cũng chứa một hàm lượng lớn các axit amin và các chất có tác
dụng thiết yếu cho cơ thể sống như các các axít béo không no thuộc nhóm
omega 3 (n-3HUFA), nhất là nhóm eicosahexaenoic (22:5n-3, EPA), arachidonic
(20:4n-6, AA), docosapentaenoic (22:6n-3, DHA) và docopentaenoic (DPA C22:
5n-6) (Brown et al., 1997). Thành phần axit amin khá tương đồng giữa các loài
tảo nên sự khác biệt về hàm lượng protein tạo nên sự khác nhau về giá trị dinh
dưỡng của vi tảo (Brown 1991). Tất cả các loài vi tảo đều có hàm lượng axit
ascobic và axit riboflavin cao, lần lượt là 1-16mg/g và 20-40mg/g trọng lượng
khô. Đây đều là những chất hoặc là thiết yếu cho cơ thể động vật hoặc là có vai
trò đặc biệt quan trọng trong việc tăng cường sức đề kháng của cơ thể. Do có
thành phần dinh dưỡng toàn diện và hàm lượng dinh dưỡng cao nên các loài vi
tảo thường được sử dụng làm thức ăn cho động vật thủy sản, một số được làm
thực phẩm chức năng, bổ sung các chất thiết yếu cho cơ thể sống.

Nguyễn Kiều Trinh - 1203

Page 6


2.1.3.2. Thành phần dinh dưỡng và vai trò của vi tảo N. oculata
Ngoài những chất dinh dưỡng phổ biến, mỗi loài tảo có một thế mạnh về
hàm lượng các chất dinh dưỡng. Trong khi tảo Spirullina (tảo được dùng làm
thực phẩm chức năng rộng rãi hiện nay) có thành phần protein khá cao (khoảng
35% so với 50-60% ở) thì N. oculata lại nổi bật là nhóm tảo giàu hàm lượng chất
béo (chiếm 18-30% trọng lượng khô), cùng một lượng đáng kể các vitamin, các
sắc tố carotenoid và các khoáng chất như Ca, Mg, K, Zn, Fe...
Đặc biệt N. oculata chứa rất nhiều loại axít béo đa nối đôi không bão hòa
(PUFA) (xem bảng 2). Đáng lưu ý nhất là các axít béo thuộc nhóm
eicosapentaenoic - EPA (20:5n-3, EPA), với hàm lượng chiếm đến 24,5 - 40 %
tổng axít béo. EPA là chất đã được chứng minh có vai trò quan trọng trong việc
tăng cường sức đề khángvà phòng tránh bệnh cho người và động vật. EPA giúp
chống suy nhược cơ thể (Babcock et al., 2000), ngăn chặn tình trạng máu nhiễm
mỡ, chống các bệnh về tim mạch, xơ vữa động mạch, làm giảm viêm nhiễm (Gill
& Valivety, 1997), giảm chứng khối huyết (Hostmark et al., 1988). EPA là thành
phần quan trọng trong nhiều loại thực phẩm và thuốc hỗ trợ phát triển trí não ở
trẻ em và chống bệnh suy giảm trí nhớ ở người già. Và đặc biệt, theo nhiều tác
giả, chẳng hạn Senzaki et al. (1998), Bonaa et al. (1992), EPA giúp kháng
ungbướuvà được quan tâm như là yếu tố hỗ trợ phòng ngừa và điều trị ung thư.
Chi tảo Nanochloropsis còn được biết đến có chứa một hàm lượng lớn các sắc tố
carotenoid(β-carotene) (Liau et al., 2010). Carotenoids đã được chứng minh có
vai trò rất quan trọng đối với sức khỏe con người. Ngoài tác dụng chống oxy
hóa, chống viêm, chúngcòn giúp ngăn ngừa, trì hoãn sự phát triển của ung thư.
Theo Vílchez et al. (2011), việc bổ sung carotenoid vào chế độ ăn có thể giảm
nguy cơ ung thư ruột kết và làm giảm số lượng khối u trong gan người. Gần đây
loài tảo này được quan tâm nhiều hơn với giá trịlàm thực phẩm chức năng
Nguyễn Kiều Trinh - 1203

Page 7


Bảng 2.1: Thành phần và tỷ lệ % các axit béo (so với axit béo tổng số) trong
vi tảo N. oculata ( trích Renaud, 1991)
Nuôi trong phòng thí nghiệm

Nuôi ngoài trời

Các axit béo

Hàm lượng
Hàm lượng
Hàm lượng
Hàm lượng
min (%)
max (%)
min (%)
max (%)
12:0
0,5
0,8
v
1
14:0
5,2
8,2
4,3
5,7

14:1
0,1
0,6
v
0,6
15:0
v
0,7
v
1,4
16:0
16
23,9
14
18,4
16:1(n-9)
23
29,8
1,3
22,5
16:2(n-4)
0,7
2,1
3,8
7,6
18:
0,3
0,8
0,69
1,1

18:1(n-9)
2,2
4,2
3,1
5
18:2(n-6)
1,9
3,3
2,5
0,3
18:3(n-6)
0,4
1,1
v
1,2
18:3(n-4)
v
0,9
0,1
0,8
18:4(n-3)
v
2
v
1
20:0
v
0,4
v
0,58

20:1(n-9)
4,1
5,9
5,1
6,6
20:5(n-3)
24,5
35,5
33,8
40
22:6(n-3)
kph
0,6
kph
0,2
∑16kbh/16:0
1,22
1,74
1,28
1,89
∑18kbh/18:0
9,68
26,9
6,79
11,48
∑kbh/∑bh
2,15
2,93
2,81
4,05

Chú thích: v: dạng vết, kph: không phát hiện, kbh: không no, bh: no

Theo Antia et al., (1975), thành phần carotenoid của tảo N. oculata gồm
55-58%violaxanthin,

25-32%

vaucheriaxanthin,

3-10%

carotene,

0-1%

neoxanthin, 4-5% keto- carotenoids,còn lại là 3-4% các carotenoid khác.
N. oculata có hàm lượng Vitamin E(α-tocopherol) cao hơn nhiều lần so
với các loài tảo vốn được sử dụng làm nguồn cung vitamin E như Euglena
gracilis, Dunaliella salina và Tetraselmis suecica (Vismara et al., 2003).
Tocopherols là hỗn hợp có khả năng hòa tan trong chất béo, có khảnăng chống ô
xy hóa, có vai trò quan trọng trong các phản ứng vận chuyển điện tử và ổn định
Nguyễn Kiều Trinh - 1203

Page 8


màngtế bào liên quan đến thẩm thấu màng tế bào và các chất lỏng (CarballoCárdenas et al., 2003). Trong cơ thể, α-tocopherol giúp ngăn chặn các bệnh lý
gây ra do ánh sáng đối với mắt và da (Chiu & Kimball, 2003), ngăn chặn rối loạn
thoái hóa, các bệnh tim mạch và ung thư (Gómez-Coronadoet al., 2004). Do tế
bào động vật không thể tự tổng hợp được các chất này (Carballo-Cárdenas et

al.,2003) nên phải thu nhận từ các nguồn sinh vật quang sinh.
Ngoài những chất được xem là nguồn dinh dưỡng thiết yếu,
Nannochloropsis còn có thành phần đa dạng các chất khoáng, các muối thiết yếu
cho cơ thể con người. Nghiên cứu của Rebolloso-Fuentes et al (2001) cho thấy
hàm lượng chất khoáng có trong 100 g tảo khô là Ca (972mg), K (533 mg), Na
(659 mg), Mg (316 mg), Zn (103 mg), Fe (136 mg), Mn (3.4 mg), Cu (35.0mg),
Ni (0.22 mg), and Co (<0.1 mg).
Các nghiên cứu thử nghiệm trên chuột cho thấy, thức ăn bổ sung vi tảo
Nannochloropsis không có độc tính và không ảnh hưởng đến sinh trưởng, trọng
lượng các cơ quan hay các thông số huyết học (Andres, 1992).
Với tất cả những ưu điểm nổi bật trên, vi tảo Nannochloropsis đãđược đề
xuất sử dụng làm thực phẩm dinh dưỡng bổ sung cho người như một loại thực
phẩm có lợi cho sức khỏe (Vismara et al., 2003).
2.1.3.3. Ứng dụng của vi tảo N.oculata
Cho đến nay trên thế giới đã có nhiều ứng dụng của vi tảo N.oculata như:
- Làm thực phẩm chức năng giàu Omega-3
- Dùng trong xử lý vết dầu loang
- Dùng trong sản xuất nhiên liệu sinh học bảo vệ môi trường
-

Làm chất phòng và hỗ trợ điều trị ung thư

- Làm chất giải độc, hỗ trợ tuần hoàn máu
- Làm chất tăng cường sinh lực, đẹp da, chống lão hóa
Nguyễn Kiều Trinh - 1203

Page 9


2.2. Tình hình nghiên cứu và ứng dụng vi tảo Nanochloropsis oculata trên

thế giới và Việt Nam
2.2.1. Thế giới
Khoảng 1/3 sinh khối thực vật trên thế giới là sinh khối tảo. Trong tổng số
khoảng 25.000 loài vi tảo hiên nay có khoảng 50 loài được nghiên cứu tỉ mỉ về
mặt sinh hoá, sinh lý và sinh thái học (Đặng Đình Kim, 2002). Hiện nay, có trên
40 loài tảo khác nhau được phân lập ở các nước trên thế giới, đang được nuôi để
làm các chủng tảo thuần khiết trong các hệ thống thâm canh (Lavens & Sorgeloo
.S, 1996).
Ở Nhật bản, nuôi N. oculata làm thức ăn cho trùng bánh xe rất phổ biến.
Ở Úc các loài tảo đơn bào như Tetraselmis sp, Palova lutheri… được nuôi
phổ biến làm thức ăn cho động vật thân mềm.
Ban đầu Nanochloropis oculata được sử dụng rộng rãi để nuôi luân trùng
ở nhiều nước trên thế giới và đã được đề xuất như một nguồn sản xuất thương
mại cho các sản phẩm dùng trong chế độ ăn uống bổ sung axit béo omega-3 (
theo nghiên cứu của Sukenik và cộng sự năm 1989). Vi tảo biển
Nannochloropsis oculata cũng được biết đến với khả năng tích lũy chất béo, chủ
yếu ở dạng chất béo trung tính làm cho chúng trở thành một loài hấp dẫn trong
lĩnh vực sản xuất dầu diesel sinh học tái tạo. Năng suất lipid có thể được tăng lên
bằng các giảm hàm lượng nitơ của các tế bào khiến chúng dần dần giảm tốc độ
sao chép của tế bào nhờ đó giúp tích lũy chất béo (lên đến 70% trọng lượng
khô). Thông qua những giá trị dinh dưỡng ưu việt như đã nêu ở trên, những năm
gần đây loại tảo này lại trở thành đối tượng nghiên cứu cho các đề tài liên quan
đến thực phẩm chức năng, dược phẩm và đặc biệt với ưu thế về hàm lượng lipid
có thể lên đến 70% (chất khô) thông qua việc điều chỉnh thành phần Nitơ trong
Nguyễn Kiều Trinh - 1203

Page 10


tảo mà N.oculata đã trở thành một trong những lựa chọn hàng đầu trong việc sản

xuất năng lượng sinh học có khả năng tái tạo được. Đây là một trong những
nghiên cứu vô cùng có ý nghĩa đối với loài người.
2.2.2. Việt Nam
Vi tảo biển được nghiên cứu ở Việt Nam từ khá lâu. Tuy nhiên, lĩnh vực
nuôi sinh khối mới chỉ tập trung vào mục đích làm thức ăn nuôi ấu trùng của
động vật thủy sản. Từ năm 1991, Đỗ Văn Khương và Lê Viễn Chí đã phân lập
và nuôi giữ được hai loài tảo Skeletonema costatum và Chaetoceros sp. Các
nghiên cứu này đã tập trung đánh giá ảnh hưởng một số yếu tố sinh thái như
nhiệt độ, cường độ ánh sáng, độ mặn và dinh dưỡng lên sinh trưởng và phát triển
quần thể của hai loài tảo này (Lê Viễn Chí 1998). Trong khi đó, một số nhóm tảo
khác như Chaetoceros, Chlorella sp., Platymonas sp., N. oculata, Chaetoceros
muelleri, Isochrysis galbana, Pavlova… cũng được sử dụng nhiều trong nuôi
trồng thủy sản. Chúng là những loài thường được sử dụng làm thức ăn cho ấu
trùng và động vật hai mảnh vỏ. Những năm gần đây, do N. oculata được sử dụng
rộng rãi trong nuôi trồng thủy sản, chúng đã lôi kéo được sự chú ý của các nhà
nghiên cứu trong nước.
Phạm Thị Lam Hồng (1999) nghiên cứu một số thông số của quá trình
nuôi như độ mặn, ánh sáng và tỷ lệ thu hoạch lên một số đặc điểm sinh học,
thành phần sinh hóa của loài vi tảo N. oculata trong điều kiện phòng thí nghiệm.
Tác giả này đã chỉ ra rằng N. oculata có thể phát triển ở độ mặn10 – 35 ppt
nhưng phát triển tốt nhất ở 30 – 32 ppt. Nghiên cứu cũng đã ứng dụng các kỹ
thuật đểnuôi bán liên tục loài tảo này, cung cấp tảo cho sản xuất động vật phù du
phục vụ quy trình ươngcác loại ấu trùng động vật biển.
Trần Văn Tựa (2002) nghiên cứu điều kiện thích hợp cho sinh trưởng của
N. oculata để nhân nhanh trong điều kiện phòng thí nghiệm. Theo đó, tác giả đã
Nguyễn Kiều Trinh - 1203

Page 11

nhân nhanh vi tảo này trong điều kiện phòng thí nghiệm và đạt mật độ từ 50-150
triệu/ml.
Đặng Diễm Hồng (2008) đã thử nghiệm thành công các mô hình nuôi
N.oculata ở các điều kiện khác nhau, từ điều kiện nuôi trong nhà với thể tích 1-5
lít đến túi nilon với thể tích 50-60 lít và nuôi bể composit 1-2m2 để phục vụ sinh
sản nhân tạo ngao Bến Tre Meretrix lyrata. Tất cả các lô thí nghiệm đều sử dụng
môi trường nuôi Walne 30%. Kết quả cho thấy, ở môi hình nuôi 1-5 lít trong
nhà, mật độ cực đại đạt được của N. oculata là 30 triệu tế bào/ml và thời gian đạt
mật độ cực đại là 4 ngày. Ở mô hình nuôi túi nilon 50-60 lít mật độ cực đại đạt
được là 24,8 triệu tế bào/ml với thời gian mật độ đạt cực đại là 3 ngày. Ở mô
hình bể composite, mật độ cực đại đạt được là 20 triệu tế bào/ml với thời gian
mật độ đạt cực đại là 2 ngày.
Chu Chí Thiết và Martins Kumar (2008) đã sử dụng vi tảo N. oculata kết
hợp với hai loài tảokhác là Isochrysis galbana, Chaetoceros sp. để làm thức ăn
cho ấu trùng ngao (Meretrix lyrata Sowerby, 1851) trong quá trình sản xuất
giống. Tỷ lệ cho ấu trùng ngao ăn được duy trì với mật độ 100.000 tế bào/ml hỗn
hợp của cả ba loài tảo trên. Sau 8 đến 10 ngày cho ăn tảo, ấu trùng sẽ chuyển
sang giai đoạn sống đáy đạt hiệu suất cao.
Bùi Bá Trung và cs. (2009), đã tiến hành một nghiên cứu khá bài bản tìm
hiểu ảnh hưởng của mật độ nuôi ban đầu và tỷ lệ thu hoạch lên sinh trưởng của
tảo N. oculata. Theo đó, tảo được nuôi trong hệ thống ống dẫn trong suốt, nước
chảy liên tục. Hệ thống nuôi bao gồm 10 ống thủy tinh được lắp đặt ngoài trời và
có một hệ thống làm mát đi kèm để đảm bảo nhiệt độ trong suốt quá trình nuôi
luôn ở mức độ thích hợp. Nghiên cứu đã xác định được mật độ ban đầu thích hợp
nhất cho nuôi sinh khối N. oculata là 8x106 tb/mL. Tác giả đã nuôi tảo N.
oculata đạt mật độ cực đại là 61,07x106 tb/mL - mật cao kỷ lục so với các hệ
thống nuôi N. oculata khác ở Việt Nam hiện nay, như túi nilon và bể compozít.
Nguyễn Kiều Trinh - 1203

Page 12

Kết quả nghiên cứu cũng chỉ ra rằng tỉ lệ thu hoạch 10% thể tích nuôi là phù hợp
nhất.
Cái Ngọc Bảo Anh và cộng sự. (2009), đã nghiên cứu điều chỉnh nồng độ
và thay đổi một số muối nitơ trong môi trường f/2 để đánh giá sinh trưởng quần
thể tảo N. oculata. Kết quả cho thấy, hàm lượng nitơ giảm (1/2 lần) kéo theo mật
độ tảo ở đầu pha cân bằng giảm đáng kể. Tuy nhiên, khi tăng hàm lượng nitơ
(1,5-2 lần) hầu như không làm thay đổi mật độ tảo khi thu hoạch. Hơn nữa, trong
điều kiện nuôi cấy ở Việt Nam, hoàn toàn có thể sử dụng (NH4)2SO4 để thay thế
NaNO3 trong môi trường f/2 mà không làm sai khác mật độ tảo so với điều kiện
tiêu chuẩn ban đầu.
Viện Nghiên cứu nuôi trồng Thủy sản II ( năm 2010) đã triển khai đề tài
“Nghiên cứu công nghệ nuôi thâm canh và thu sinh khối tảo Isochrysis galbana
và Nannochloropsis oculata” với mục tiêu sản xuất vi tảo N. oculata mật độ cao
làm thức ăn trong nuôi trồng thủy sản. Tuy nhiên, cho đến nay, vẫn chưa có một
công bố nào về kết quả đạt được của đề tài.
Viện Nghiên cứu Hải sản là cơ quan đầu tiên ở Việt Nam thử nghiệm nuôi
tảo N.oculata theo định hướng làm thực phẩm chức năng. Nhận được đề nghị
của Viện Thực phẩm chức năng và Công ty TNHH Dược Quốc tế IMC về việc
phối hợp nghiên cứu quy trình nuôi tảo N.oculata theo định hướng làm thực
phẩm chức năng, đầu năm 2011, bằng nguồn kinh phí tự có, Viện Nghiên cứu
Hải sản đã tiến hành thử nghiệm nghiên cứu quy trình nuôi sinh khối tảo N.
Oculata mật độ cao, giá thành thấp, theo định hướng làm thực phẩm chức năng.
Nhóm nghiên cứu đã thử nghiệm 5 mô hình nuôi khác nhau là (1) bể hở bằng xi
măng sục khí, (2) bể hở bằng compozít sục khí, (3) túi PE kín đường kính 40cm,
dung tích 50-60 lít sục khí, (4) hệ thống ống nhựa làm bằng túi PE đường kính
20 cm, nước chảy liên hoàn và (5) bể kín hình trụ trong suốt sục khí, đường kính
60cm, cao 1,6m. Kết quả đã cho thấy mô hình tốt nhất là mô hình bể kín hình trụ
Nguyễn Kiều Trinh - 1203

Page 13


trong suốt, với mật độ tối đa đạt tới 42 triệu tb/ml. Đây là mật độ cao nhất từng
đạt được ở Việt Nam bằng cách nuôi bằng hoàn toàn tự nhiên, tức là không sử
dụng ánh sáng nhân tạo, không sử dụng biện pháp ổn nhiệt. Điều quan trọng là
về mặt quy mô thì mô hình này đã tiến rất gần đến quy mô có thể sản xuất được
thực phẩm chức năng. Với dung tích 200 lít/bể, vốn được cấu tạo rất đơn giản,
rất dễ nâng lên thành quy mô hàng trăm bể, với tổng dung tích khoảng vài chục
m3, cho phép sản xuất ở quy mô vài kg tảo khô/mẻ, với giá thành vừa phải. Kết
quả này mở ra triển vọng rất lớn nuôi tảo N. oculata mật độ cao làm thực phẩm
chức năng với giá thành thấp. Tuy nhiên, mô hình chưa được khẳng định khả
năng ổn định quanh năm, nhất là khi đối diện với nhiệt độ quá thấp về mùa đông
và quá cao về mùa hè. Mô hình này cần tiếp tục nghiên cứu, phát triển để đạt sự
hoàn thiện và ổn định về mật độ tảo. Mặt khác, tuy đã có chủ ý đảm bảo các yếu
tố về an toàn vệ sinh thực phẩm nhưng sản phẩm chưa trải qua các sát hạch
nghiêm ngặt về hàm lượng dinh dưỡng, hàm lượng các hoạt chất sinh học và
đảm bảo các tiêu chí về an toàn vệ sinh thực phẩm và các tiêu chuẩn đối với thực
phẩm chức năng.
Tóm lại, hiện nay ở Việt Nam các nghiên cứu mới chỉ khai thác sinh khối
tảo N. oculata trong lĩnh vực sản xuất giống hải sản. Những nghiên cứu mang
tính ứng dụng tảo này làm thực phẩm chức năng cho người còn rất mới mẻ, dù
đã chứng minh được tiềm năng hiện hữu của hướng phát triển sản phẩm này
nhưng hầu chưa cho ra kết quả cụ thể. Với những ưu điểm về thành phần và hàm
lượng các chất dinh dưỡng, tảo N. oculata hứa hẹn sẽ là đối tượng tiềm năng
trong lĩnh vực sản xuất thực phẩm chức năng cho người.

Nguyễn Kiều Trinh - 1203

Page 14


2.3. Kỹ thuật thu hồi và làm khô sinh khối vi tảo Nanochloropsis oculata
2.3.1. Kỹ thuật thu hồi
2.3.1.1. Khái niệm điện phân
Điện phân là quá trình thực hiện phản ứng oxi hóa khử dưới tác dụng năng
lượng của dòng điện một chiều chạy qua dung dịch điện ly hay chất điện ly ở
trạng thái nóng chảy. Điện cực dương (anot) là điện cực nối với cực dương của
nguồn điện một chiều, là nơi hút các điện tử về. Điện cực âm (catot) là điện cực
nối với cực âm của nguồn điện một chiều, là nơi phát ra các điện tử.
2.3.1.2. Những ứng dụng điện phân trong sản xuất
Điện phân đã được ứng dụng nhiều trong sản xuất từ lâu như xử lý nước
thải, sản xuất các hợp chất vô cơ, hữu cơ, tinh kuyện kim loại,…..
•

Xử lý nước thải
Sử dụng các quá trình ôxi hóa anot và khử của catot để làm nước thải khỏi

các tạp chất hòa tan và phân tán. Tất cả các quá trình này đều xảy ra trên điện
cực khi cho dòng điện một chiều đi qua nước thải. Phương pháp này có sơ đồ
công nghệ tương đối đơn giản, tự động hóa mà không cần sử dụng các tác nhân
hóa học nhưng lại tiêu hao năng lượng tương đối lớn. Phương pháp này có thể
được tiến hành gián đoạn hay liên tục. Các quá trình đã được nghiên cứu để làm
sạch nước thải khỏi các tạp chất xyanua, ancolsulfoxyanua, các amin, aldehyde,
hợp chất nitơ, thuốc nhuộm azo, sulfit,… Trong quá trình ôxy hóa, các chất trong
nước bị phân rã hoàn toàn tạo thành CO2, NH3 và H2O tạo thành các chất không
độc và đơn giản hơn để có thể tách ra bằng phương pháp khác. Anot thường
được làm từ các vật liệu không hòa tan khác nhau có tính chất điện phân như
graphit, macnetit (Fe3O4), PbO2,… Catot được làm bằng molipden, hợp kim của

Nguyễn Kiều Trinh - 1203

Page 15


vonfram với sắt hoặc niken; từ than chì, thép không gỉ và các kim loại khác được
phủ lớp molipden, vonfram hay hợp chất của chúng.
•

Sản xuất các chất vô cơ, hữu cơ
Sử dụng phương pháp điện phân nóng chảy để điều chế các kim loại mạnh

như Na, K, Mg, Ca, Ba, Al,… Hay sử dụng phương pháp điện phân dung dịch để
điều chế các kim loại hoạt động trung bình và yếu như Fe, Cu, Ag,…
Ngoài ra, tổng hợp các chất hữu cơ cũng là lĩnh vực được nhiều nhà khoa
học quan tâm và đã có rất nhiều công trình công bố.
•

Tinh luyện kim loại
Sử dụng phương pháp điện phân để tinh luyện một số kim loại như Cu,

Pb, Zn, Fe, Ag, Au,…
•

Tách và phân tích các chất trong hỗn hợp
Phương pháp điện phân là một trong những phương pháp được dùng trong

phân tích và có tầm quan trọng nhất định bởi cho kết quả chính xác, thời gian
phân tích không quá dài và có khả năng khống chế cho phép tách đơn giản nhiều

ion cùng có mặt.
•

Đúc điện
Đúc điện thực chất là kết tủa điện phân kim loại để chế tạo những sản

phẩm có hình dạng phức tạp và thành mỏng như khuôn ép tinh vi, bản kẽm in,
mạch điện tử,…
•

Gia công điện phân qua ống hình
Gia công điện phân qua ống hình là phương pháp gia công điện phân trong

đó sử dụng dung dịch điện phân axít. Phương pháp này được phát triển và hoàn
thiện bởi General Electric Aircraft Engine Group để gia công lỗ có tỷ lệ giữa
chiều sâu và đường kính lớn. Loại lỗ này khó hoặc không thể gia công bằng
khoan thông thường cũng không gia công điện hóa thông thường vì phương pháp
điện hóa thông thường tạo ra chất kết tủa không tan làm ngăn cản quá trình gia
Nguyễn Kiều Trinh - 1203

Page 16


công. Để giải quyết khó khăn đó, phương pháp gia công điện phân qua ống hình
sử dụng chất điện phân axít do đó hòa tan kim loại thành dung dịch thay cho việc
tạo ra chất kết tủa.
•

Mạ điện
Mạ điện dùng phương pháp điện phân để kết tủa trên lớp kim loại hoặc

hợp kim mỏng, để chống sự ăn mòn, để trang trí bề mặt, tăng tính dẫn điện, tăng
kích thước, tăng độ cứng bề mặt.
•

Khoan điện hóa
Khoan điện hóa có khả năng khoan các lỗ rất nhỏ bằng cách sử dụng các

dòng điện có áp kế cao và dung dịch điện phân axít. Dụng cụ như là một đầu
thủy tinh có điện cực bên trong. Người ta có thể sử dụng một ống thủy tinh có
nhiều nhánh để gia công cùng một lúc 50 lỗ. Công nghệ này được phát triển để
khoan các lỗ làm mát trong các tua bin của động cơ phản lực.
2.3.1.3. Ứng dụng điện phân trong nuôi trồng và thu hoạch tảo
Vi tảo đang ngày càng được sử dụng nhiều trong sản xuất nguồn nhiên
liệu sinh học thế hệ thứ ba bởi nó không gây nên những tác động xấu như những
nguồn nhiên liệu sinh học thứ nhất và thứ hai (Brennan và Owende, 2010). Tuy
nhiên, hiện nay việc sản xuất những sản phẩm vi tảo (diesel sinh học) lại quá đắt
đỏ và nhiên liệu sinh học vi tảo chỉ có thể cạnh tranh về mặt kinh tế với những
sản phẩm có giá trị cao như những sản phẩm bổ sung vào thực phẩm chẳng hạn
như chất màu tự nhiên và chất béo không no đa mạch (Greenwell và cộng sự,
2010). Bởi vậy, việc giảm giá thành cho quá trình sản xuất nhiên liệu sinh học từ
vi tảo là rất cần thiết đặc biệt là khâu thu hoạch hay tách nước, đây là khâu tiêu
tốn nhiều năng lượng nhất. Việc giảm giá thành này sẽ cho phép sử dụng kinh tế
nhiên liệu sinh học từ vi tảo cho nhiều ứng dụng khác nhau như sản xuất nhiên
liệu và xử lý nước thải (Greenwell và cộng sự, 2010).
Nguyễn Kiều Trinh - 1203

Page 17