Nghiên cứu đặc điểm sinh học và tạo sinh khối giàu astaxanthin của loài vi tảo lục Haematococcus pluvialis Flotow nhằm ứng dụng trong nuôi trồng thủy sản

VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM

VIỆN CÔNG NGHỆ SINH HỌC

LƯU THỊ TÂM

NGHIÊN CỨU ĐẶC ĐIỂM SINH HỌC VÀ TẠO
SINH KHỐI GIÀU ASTAXANTHIN CỦA LOÀI
VI TẢO LỤC Haematococcus pluvialis FLOTOW
NHẰM ỨNG DỤNG TRONG NUÔI TRỒNG THỦY
SẢN

LUẬN ÁN TIẾN SĨ SINH HỌC

HÀ NỘI - 2017


MỤC LỤC
MỞ ĐẦU…………………………………………………………….

1

CHƢƠNG I. TỔNG QUAN TÀI LIỆU…………………………...

4

1.1

Giới thiệu chung về astaxanthin…………………………………...

5

1.1.1

Đặc điểm chung……………………………………………………...

5

1.1.2

Cấu trúc của astaxanthin……………………………………………..

6

1.1.3

Sinh tổng hợp astaxanthin…………………………………………...

6

1.1.4

Các nguồn cung cấp astaxanthin……………………………………..

7

1.1.5

Sinh hóa học của astaxanthin………………………………………...

12

1.1.6

Đặc tính chống ôxy hóa của astaxanthin…………………………….

12

1.1.7

Ứng dụng của astaxanthin…………………………………………...

13

1.2

Giới thiệu chung về chi vi tảo lục Haematococcus………………..

16

1.2.1

Vị trí phân loại và phân bố…………………………………………..

16

1.2.2

Các loài Haematococcus…………………………………………………..

16

1.2.3

Đặc điểm sinh học và đặc điểm hình thái……………………………

17

1.2.4

Thành phần sinh hóa học của tảo H. pluvialis………………………….

19

1.2.5

Quy trình sản xuất astaxanthin ở H. pluvialis………………………….

21

1.2.6

Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình sản xuất astaxanthin từ H. pluvialis

21

1.3

Tình hình nghiên cứu và công nghệ nuôi trồng tảo H. pluvialis cho
sản xuất astaxanthin………………………………………………….

22

1.3.1

Nuôi cấy quang tự dưỡng……………………………………………

23

1.3.2

Nuôi cấy dị dưỡng và tạp dưỡng…………………………………….

28

1.3.3

Nâng cao hiệu quả sản xuất astaxanthin từ H. pluvialis……………….

30

1.4

Thách thức sản xuất astaxanthin thƣơng mại từ tảo H. pluvialis

35

1.5

Ứng dụng sinh khối tảo H. pluvialis trong nuôi trồng thủy sản…

36

1.6

Tình hình nghiên cứu và nuôi trồng tảo H. pluvialis ở Việt Nam

38

CHƢƠNG II. VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

40

2.1

Vật liệu………………………………………………………………

40

2.1.1

Vật liệu………………………………………………………………

40

2.1.2

Các bộ kít sinh phẩm………………………………………………...

40

iii


2.1.3

Động vật thí nghiệm…………………………………………………

40

2.1.4

Hóa chất……………………………………………………………..

40

2.1.5

Máy móc và thiết bị………………………………………………...

41

2.1.6

Môi trường nuôi cấy………………………………………………..

42

2.1.7

Địa điểm nghiên cứu………………………………………………..

42

2.2

Phƣơng pháp nghiên cứu…………………………………………..

42

2.2.1

Các phương pháp liên quan đến sàng lọc, định tên khoa học của
chủng vi tảo lục Haematococcus sp. HB.……………………………

2.2.2

Các phương pháp liên quan đến sinh trưởng, đặc điểm sinh học của
chủng vi tảo lục Haematococcus sp. HB…………………………….

2.2.3

42
45

Các phương pháp liên quan đến sử dụng sinh khối chủng HB giàu
astaxanthin cho cá hồi Vân và cá Koi Nhật………………………….

48

2.3

Bố trí thí nghiệm……………………………………………………

49

2.3.1

Nghiên cứu sự thay đổi hình thái, kích thước của tế bào trong vòng đời
của chủng Haematococcus pluvialis HB ở cấp độ bình tam giác 250 –
1000 mL và bình nhựa 1,5 và 10 L……………………………….……

2.3.2

Nghiên cứu điều kiện nuôi cấy tối ưu cho sinh trưởng của chủng
Haematococcus

pluvialis

HB

trong

điều

kiện

phòng

thí

nghiệm………………………………………………………………….
2.3.3

50

Nghiên cứu điều kiện nuôi thích hợp cho sinh trưởng của tảo
Haematococcus pluvialis HB đạt MĐTB cao.................................

2.3.4

49

51

Nghiên cứu điều kiện nuôi cấy tối ưu cho tích lũy astaxanthin ở tảo
Haematococcus pluvialis HB trong pha 2...........................................

53

2.3.5

Thu hoạch sinh khối tảo……………………………………………...

55

2.3.6

Sử dụng sinh khối chủng vi tảo lục Haematococcus pluvialis HB

2.4

3.1

làm thức ăn cho cá Koi Nhật và cá hồi Vân………………………

56

Xử lý số liệu…………………………………………………………

57

CHƢƠNG III. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU………………………..

58

Sàng lọc và đặc điểm sinh học của chủng vi tảo tiềm năng cho
sản xuất astaxanthin…………………………………......................

58

iv


3.1.1

Sàng lọc chủng vi tảo tiềm năng cho sản xuất astaxanthin………

3.1.2

Định tên khoa học ở mức độ phân tử dựa vào đọc và so sánh
trình tự gen 18S rRNA……………………………………………..

3.1.3

64

Sự thay đổi hình thái và kích thƣớc tế bào trong vòng đời của H.
pluvialis HB……………………………………………………...

3.2

60

Tách dòng và phân tích trình tự gen mã hóa cho enzyme
carotenoid hydroxylase (CHY)……………………………………

3.1.4

58

67

Nuôi trồng vi tảo lục H. pluvialis HB giàu astaxanthin trong các hệ
thống khác nhau…………………………………………………...

75

3.2.1

Nuôi cấy vi tảo lục H. pluvialis HB trong pha 1......................................

75

3.2.2

Điều kiện tối ưu cho tích lũy astaxanthin của chủng HB trong pha 2

91

3.3

Thử nghiệm bổ sung sinh khối tảo H. pluvialis HB giàu
astaxanthin cho cá Koi Nhật và cá hồi Vân………………………

107

3.3.1

Đánh giá chất lượng sinh khối tảo H. pluvialis HB………………….

107

3.3.2

Thử nghiệm thức ăn có phối trộn astaxanthin từ sinh khối tảo H.

4.1

pluvialis HB lên màu sắc của cá Koi Nhật và cá hồi Vân…………...

108

CHƢƠNG IV. BÀN LUẬN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU………...

117

Đặc điểm sinh học của chủng Haematococcus sp. HB lựa chọn
đƣợc……………………………………………………………

4.2

Nuôi trồng vi tảo lục H. pluvialis HB giàu astaxanthin trong các hệ
thống khác nhau..............................................................................................

4.3

117
120

Sử dụng sinh khối tảo H. pluvialis HB giàu astaxanthin trong
nuôi trồng thủy sản………………………………………………..

129

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ……………………………………...

132

DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ

134

TÓM TẮT LUẬN ÁN BẰNG TIẾNG ANH……………………...

135

TÀI LIỆU THAM KHẢO……………………………………….....

140

PHỤ LỤC……………………………………………………………

v


DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT
Từ viết

Tên đầy đủ

Tên Tiếng Việt

tắt
AAPH

2,2'-Azobis

(2-amidinopropane) 2,2'-Azobis (2-amidinopropane)

dihydrochloride
ACC

dihydrochloride

1-aminocyclopropane-1-cacboxylic acid Axit 1-aminocyclopropane-1cacboxylic

APXs

Ascorbate peroxidase

Ascorbate peroxidase

ARA

Arachidonic acid

Axít arachidonic

BHA

Hydroxyanisole butylated

Hydroxyanisole butylated

BKT

β - carotene oxygenase

β - carotene oxygenase

CHY

β -carotene hydroxylase

β -carotene hydroxylase

C/N

Carbon/nitrogen

Các bon/nitơ

DHA

Docohexanenoic acid

Axít docohexanenoic

DNA

Deoxyribonucleic acid

Axít deoxyribonucleic

DPA

Docosanpentaenoic acid

Axít docosanpentaenoic

E. coli

Escherichia coli

Vi khuẩn Escherichia coli

EMS

Etyl methanesulphonate

Etyl methanesulphonate

EPA

Eicosapentaenoic acid

Axít eicosapentaenoic

EPR

2, 4-epibrassinolide

2, 4-epibrassinolide

GA3

Gibberellic acid

Axít gibberellic

HB

Hòa Bình

Hòa Bình

HTNK

Hệ thống nuôi kín

Hệ thống nuôi kín

HTNH

Hệ thống nuôi hở

Hệ thống nuôi hở

JA

Jasmonic acid

Axít jasmonic

LB

Lauria Betani

Môi trường LB

MB

Methylene Blue

Xanh methylene

MĐTB

Mật độ tế bào

Mật độ tế bào
vi


MJ

Methyl jasmonate

Methyl jasmonate

MNNG

Methylnitronitrosoguanidine

Methylnitronitrosoguanidine

MV

Methyl viologen

Methyl viologen

NTTS

Nuôi trồng thủy sản

Nuôi trồng thủy sản

ORAC

Oxygen radical absorbance capacity

Chỉ số đánh giá khả năng
chống ôxy hóa của một chất

PCR

Polymerase chain reaction

Phản ứng chuỗi trùng hợp

ROS

Reactive oxygen species

phân tử ô xy có hoạt tính

rRNA

Ribosomal ribonucleic acid

ARN riboxom

SOD

Superoxide dismutase

Super oxide dismutase

SEM

Scanning electron microscope

Kính hiển vi điện tử quét

SKK

Sinh khối khô

Sinh khối khô

TLC

Thin Layer Chromatography

Sắc ký lớp mỏng

TB

Tế bào

Tế bào

vii


DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1
Bảng 1.2
Bảng 1.3
Bảng 1.4
Bảng 1.5
Bảng 1.6
Bảng 3.1

Bảng 3.2

Bảng 3.3
Bảng 3.4
Bảng 3.5
Bảng 3.6
Bảng 3.7
Bảng 3.8

Bảng 3.9
Bảng 3.10
Bảng 3.11
Bảng 3.12

Trang
Nguồn cung cấp astaxanthin khác nhau………………………..

10
So sánh hiệu quả của các phương pháp sản xuất astaxanthin khác
nhau………………………………………………………………
11
Thành phần dinh dưỡng của tảo H. pluvialis ở 2 giai đoạn sinh
trưởng khác nhau………………………………………………... 20
Các yếu tố ảnh hưởng đến sinh trưởng và tích lũy astaxanthin ở
vi tảo lục H. pluvialis………………………………………………….
So sánh một số thông số ở các kiểu nuôi trồng tảo khác nhau…..
Nuôi trồng vi tảo lục H. pluvialis trong các hệ thống nuôi khác
nhau……………………………………………………………...
Bảng thống kê tỷ lệ phần trăm tương đồng (ma trận tam giác
trên) và khoảng cách di truyền (ma trận tam giác dưới) của đoạn
gen 18S rRNA giữa các loài thuộc chi Haematococcus…………..
Bảng hệ số tương đồng về trình tự nucleotide giữa gen chy của
loài H. pluvialis HB và các loài Haematococus trên ngân hàng
gen Quốc tế………………………………………………………
Tỷ lệ astaxanthin/chlorophyll a của vi tảo H. pluvialis HB ở các
giai đoạn sinh trưởng khác nhau…………………………............
Bảng so sánh thông số sinh trưởng của tảo H. pluvialis HB trong
các môi trường nuôi và các cấp độ nuôi khác nhau……...............
Sự thay đổi pH và nhiệt độ ở các hệ thống bể hở và kín……….
Sinh trưởng của chủng HB ở HTNK 26 L……………………..
Sinh trưởng của chủng HB trong các HTNK 50 và 100 L…….
Thành phần dinh dưỡng, kim loại nặng, vi sinh vật tổng số và
hàm lượng astaxanthin của sinh khối tảo H. pluvialis HB nuôi
trồng được dùng để phối trộn với thức ăn nuôi cá hồi Vân ……
Đánh giá của 7 người có lứa tuổi và giới tính khác nhau về màu
sắc của cá ở các giai thí nghiệm và giai đối chứng………………
Sinh trưởng của cá hồi Vân ở các lô đối chứng và thí nghiệm khác nhau

Thành phần dinh dưỡng, hàm lượng kim loại nặng của thịt cá
hồi Vân ở các lô thức ăn khác nhau…………………………….
Hàm lượng lipít và thành phần axít béo của thịt cá hồi Vân ở các
lô thí nghiệm và đối chứng………………………………………

22
23
29

63

66
70
77
85
87
90

107
109
111
114
115
viii


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ

Trang
Hình 1.1

Cấu trúc của astaxanthin…………………………………….

6

Hình 1.2

Con đường sinh tổng hợp astaxanthin ở H. pluvialis………...

7

Hình 1.3

Phản ứng tổng hợp astaxanthin……………………………...

8

Hình 1.4

Vị trí hoạt động của astaxanthin trên màng tế bào………….

12

Hình 1.5

Hình thái tế bào tảo H. pluvialis………………………………….

17

Hình 1.6

Sự thay đổi hình thái tế bào (A) và sự phân bào (B) trong
vòng đời của tảo H. pluvialis……………………………………

18

Hình 1.7

Nuôi tảo H. pluvialis trong bể hở……………………………

24

Hình 1.8

Các dạng HTNK nuôi tảo H. pluvialis…………………………

25

Hình 1.9

Phương pháp nuôi tảo H. pluvialis theo kiểu “Perfusion”….

27

Hình 1.10 Mô hình nuôi cấy tảo H. pluvialis theo phương pháp nuôi
gắn màng - Attached cultivation…………………………….
Hình 2.1

Thanh màu sắc để so sánh màu sắc của cá ở các thí nghiệm
khác nhau……………………………………………………

Hình 3.1

59

Sàng lọc các chủng vi tảo Haematococcus sp. tiềm năng
trên môi trường thạch đĩa có chiếu ánh sáng cao……………

Hình 3.3

49

Thay đổi MĐTB của 9 chủng Haematococcus sp. sàng lọc
trong môi trường RM lỏng…………………………………..

Hình 3.2

31

59

Ảnh hình thái tế bào ở các giai đoạn sinh trưởng của chủng
HB chụp dưới kính hiển vi quang học (hàng trên) và điện tử
quét (SEM) (hàng dưới)…………………………………….

Hình 3.4

Lưu giữ thành công vi tảo lục Haematococcus sp. HB trên
môi trường C thạch và trong môi trường RM và C lỏng

Hình 3.5
Hình 3.6

60
60

Kết quả tách chiết ADN tổng số (A) và sản phẩm PCR nhân
một phần gen 18S rRNA (B) của mẫu HB………………….

61

Sản phẩm PCR tinh sạch 1 phần gen 18S rRNA (A); PCR-

62
ix


checking các dòng tế bào mang vectơ tái tổ hợp có một phần
gen 18S rRNA (B) và tinh sạch DNA plasmid chứa vector
tái tổ hợp (C) của mẫu vi tảo Haematococcus sp. HB………
Hình 3.7

Cây phát sinh chủng loại của mẫu Haematococcus sp. HB…

63

Hình 3.8

Tách dòng gen chy của loài H. pluvialis HB........................

65

Hình 3.9

Cây phát sinh chủng loại của gen CHY từ vi tảo H. pluvialis
HB với một số gen CHY của các loài thuộc chi
Haematococcus đã được công bố trên ngân hàng GenBank

Hình 3.10 Thay đổi MĐTB trong vòng đời của chủng HB nuôi ở các
thể tích khác nhau (250, 500, 1000 mL; 1,5 và 10 L)......

66
71

Hình 3.11 Sự thay đổi của hàm lượng chlorophyll a, astaxanthin và
protein nội bào của chủng HB nuôi ở các cấp độ khác nhau
trong môi trường RM (250, 500, 1000 mL; 1,5 và 10 L).......

72

Hình 3.12 Ảnh chạy TLC dạng sắc tố của tế bào H. pluvialis HB ở các
giai đoạn sinh trưởng khác nhau ……………………………

73

Hình 3.13 Sự thay đổi hình thái và kích thước tế bào trong vòng đời
của chủng HB quan sát dưới kính hiển vi quang học……….

74

Hình 3.14 Sự thay đổi của MĐTB của chủng HB ở nhiệt độ (A) và
cường độ ánh sáng (B) khác nhau…………………………...

79

Hình 3.15 Sự thay đổi của MĐTB của chủng HB ở pH (A) và nguồn
nitơ (B) khác nhau…………………………………………...

79

Hình 3.16 Thay đổi MĐTB tảo H. pluvialis HB ở các nồng độ NO3trong bình tam giác 250 mL…………………………………

81

Hình 3.17 Thay đổi MĐTB (A) và hàm lượng astaxanthin (B) của
chủng HB khi được nuôi cấy ở các chế độ chiếu sáng khác
nhau………………………………………………………….

82

Hình 3.18 Ảnh minh họa hình thái tế bào chủng HB ở chế độ chiếu
sáng khác nhau kết hợp với nồng độ nitrate cao…………….

83

Hình 3.19 Thay đổi MĐTB của chủng HB khi nuôi cấy trong môi
trường RM-4X có chiếu ánh sáng cao và UV, chu kì sáng:

84
x

tối là 16:8 giờ kết hợp với kỹ thuật làm mới môi trường
nuôi………………………………………………………….
Hình 3.20 Đồ thị tối ưu sinh trưởng của chủng HB trong HTNK 26 L...

87

Hình 3.21 Hình thái tế bào của chủng HB trong HTNK 26 L chụp dưới
kính hiển vi quang học (A, x 400 lần) và huỳnh quang sau
khi nhuộm Nile Red (B, x 12000 lần)……………………….
Hình 3.22 Hình thái tế bào chủng HB dưới kính hiển vi quang học (A)

89

và nhuộm bằng Nile Red (B) ở HTNK 100 L……………….

90

Hình 3.23 Sự thay đổi MĐTB (A) và hàm lượng chlorophyll a (B) của
chủng HB trong thí nghiệm nuôi cấy 2 pha (pha 2 - thiếu hụt
nitơ)………………………………………………………….

92

Hình 3.24 Sự thay đổi hàm lượng astaxanthin (A) và protein (B) của
chủng HB trong thí nghiệm nuôi cấy 2 pha (pha 2 - thiếu hụt
nitơ)………………………………………………………….

92

Hình 3.25 Ảnh bình thí nghiệm ở pha thiếu hụt nitơ (đối chứng và thí
nghiệm) và ở giai đoạn nảy mầm của chủng HB……………

93

Hình 3.26 Một số ảnh hình thái tế bào của chủng HB ở thí nghiệm nuôi
cấy 2 pha (pha 2 - thiếu hụt nitơ)……………………………

93

Hình 3.27 Sự thay đổi MĐTB (A) và hàm lượng chlorophyll a (B) của
H. pluvialis HB ở thí nghiệm nuôi cấy 2 pha (pha 2 - chiếu
ánh sáng cao)………………………………………………...

94

Hình 3.28 Sự thay đổi hàm lượng astaxanthin (A) và protein (B) của
chủng HB ở thí nghiệm nuôi cấy 2 pha (pha 2- chiếu ánh
sáng cao)…………………………………………………….

94

Hình 3.29 Một số ảnh hình thái tế bào chủng HB ở các giai đoạn trong
quá trình nuôi cấy 2 pha (pha 2 - chiếu ánh sáng cao)……

95

Hình 3.30 Sự thay đổi MĐTB (A) và tỷ lệ astaxanthin/chlorophyll a
(B) chủng HB ở các nồng độ muối khác nhau………………

96

Hình 3.31 Ảnh minh họa hình thái tế bào của chủng HB ở nồng độ
NaCl khác nhau sau 35 ngày nuôi ở cấp độ bình tam giác

97
xi


500 mL được chụp bằng kính hiển vi quang học (độ phóng
đại ảnh 2000 X)……………………………………………...
Hình 3.32 Sự thay đổi hàm lượng chlorophyll (A) và astaxanthin (B)
của chủng HB trong thí nghiệm nuôi cấy 2 pha với pha 2
sốc muối NaCl 0,8, 1,5 và 2,5%..............................................

98

Hình 3.33 Sự thay đổi hàm lượng chlorophyll (A) và astaxanthin (B)
của chủng HB trong thí nghiệm nuôi cấy 2 pha với pha 2
sốc muối NaCl 0,8, 1,5 và 2,5%..............................................
Hình 3.34 Sự thay đổi hàm lượng lipit tổng số của chủng HB ở nồng

98

độ sốc muối khác nhau………………………………………

99

Hình 3.35 Hình thái tế bào chủng HB chụp dưới kính hiển vi quang học

(A) và huỳnh quang sau khi nhuộm Nile Red (B) (x 1000 lần)
ở công thức đối chứng, công thức 1,5 và 2,5% NaCl trong

100

bình tam giác 250 mL. Thanh thước kích thước 10 µm………
Hình 3.36 Sự thay đổi MĐTB của chủng HB ở các tỷ lệ C/N khác
nhau………………………………………………………….

101

Hình 3.37 Thay đổi hàm lượng astaxanthin (A) và tỷ lệ astaxanthin/
chlorophyll a (B) của chủng HB ở các tỷ lệ C/N khác
nhau…………………………………………………………

102

Hình 3.38 Thay đổi MĐTB (A) và hàm lượng astaxanthin (B) của
chủng HB ở các nồng độ bicarbonate khác nhau……………

103

Hình 3.39 Hình thái tế bào của chủng HB ở pha 2 được cảm ứng tích lũy
astaxanthin ở các nồng độ bicarbonate khác nhau. Thanh
thước có kích thước 10 µm………………………………….

104

Hình 3.40 Bình nuôi và tế bào chủng HB chuyển màu đỏ ở pha 2 - cảm
ứng tích lũy astaxanthin ở nồng độ 100 mM HC03-………..

104

Hình 3.41 Ảnh minh họa bình nuôi tảo H. pluvialis HB ở pha 2 - cảm
ứng tích lũy astaxanthin bằng nồng độ bicarbonate khác
nhau…………………………………………………………

104

Hình 4.42 Ảnh minh họa bước lắng trọng lực của sinh khối chủng HB

106
xii


Hình 3.43 Hiệu quả lắng tương đối của sinh khối chủng HB…………

106

Hình 3.44 Sắc ký đồ astaxanthin chuẩn 50 ppm (A) và astaxanthin
được tách từ tảo H. pluvialis HB (B)………………………..

107

Hình 3.45 Cá Koi thí nghiệm (trên) và cá ĐC (dưới) có màu sắc khác
nhau………………………………………………………….

110

Hình 3.46 So sánh màu sắc của cá Koi ở các giai thí nghiệm khác nhau

(Đối chứng (A); Thí nghiệm bổ sung astaxanthin: (B) 100
mg/kg thức ăn, (C) 150 mg/kg thức ăn và (D) 200 mg/kg
thức ăn……………………………………………………….

110

Hình 3.47 Tăng trưởng khối lượng và chiều dài cá Koi của các giai thí
nghiệm khác nhau theo thời gian……………………………

111

Hình 3.48 Ảnh chụp minh họa kích thước của cá hồi Vân ở các lô đối
chứng (ăn cám Pháp), lô thí nghiệm ăn cám Việt Nam và ăn
cám Việt Nam có bổ sung thêm 61 mg astaxanthin từ sinh
khối vi tảo H. pluvialis HB/ 1kg thức ăn……………………

113

Hình 3.49 Ảnh minh họa về màu sắc thịt cá hồi ở 3 công thức được
nuôi bằng thức ăn khác nhau………………………………..

113

xiii


1

 

MỞ ĐẦU
Vi tảo là mắt xích đầu tiên và then chốt trong chuỗi thức ăn của thủy vực;
chúng sử dụng nguồn CO2 cho quang hợp, góp phần giảm thiểu phát thải khí nhà
kính nhằm duy trì hệ sinh thái trái đất. Ngoài lợi ích sinh thái, vi tảo là một nguồn
thức ăn có giá trị dinh dưỡng đồng thời chúng còn tạo ra nhiều sản phẩm có giá trị
sinh học cao. Với sự phát triển rất mạnh của ngành công nghệ sinh học vi tảo, nhiều
hướng nghiên cứu và ứng dụng mới đã được mở ra. Trong đó, việc sử dụng vi tảo
nhằm nâng cao giá trị dinh dưỡng thức ăn cho các đối tượng nuôi trồng thủy sản
(NTTS) và khai thác các chất có hoạt tính sinh học cao vẫn là lĩnh vực chiếm ưu
thế, mang lại lợi nhuận cao và có tiềm năng phát triển trong tương lai.
NTTS xuất khẩu là một trong những thế mạnh của Việt Nam. Trong ngành
NTTS Việt Nam, nuôi cá hồi đang là một hướng đi mới, với nhiều tiềm năng về giá
trị kinh tế và dinh dưỡng. Tuy nhiên, ngành nuôi cá hồi ở Việt Nam hiện nay đang
gặp nhiều khó khăn, chủ yếu là do nguồn thức ăn kém chất lượng. Astaxanthin là
thành phần carotenoid chính để tạo màu sắc cho cá hồi và một số cơ thể thủy hải sản
khác. Cá hồi không tự tổng hợp được astaxanthin trong cơ thể mà phải được cung
cấp từ thức ăn nhân tạo. Hiện nay, toàn bộ thức ăn cho cá hồi đều nhập ngoại vì
trong nước chưa sản xuất được astaxanthin. Astaxanthin có thể được tổng hợp nhân
tạo. Tuy nhiên, với astaxanthin nhân tạo, cá hồi khó hấp thu. Do vậy, việc tìm kiếm
nguồn sinh vật có khả năng sinh tổng hợp astaxanthin tự nhiên cao đang được tập
trung nghiên cứu cả trong nước và quốc tế.
Trong tự nhiên, mặc dù một số loại thực vật, vi khuẩn và nấm men có khả
năng tổng hợp astaxanthin nhưng hàm lượng astaxanthin nội bào của chúng rất
thấp. Trong khi đó, vi tảo lục Haematococcus pluvialis (H. pluvialis) có khả năng
tích lũy astaxanthin từ 3-7% sinh khối khô (SKK). Đây là một ứng cử viên tiềm
năng cao để khai thác nguồn astaxanthin tự nhiên. Trước đây, giá thành sản xuất vi
tảo lục H. pluvialis rất cao (khoảng 200÷250 đô la/kg SKK) nên không thể sử dụng


2

 

loài này như một nguồn cung cấp astaxanthin tự nhiên cho mục đích thương mại.
Hiện nay, do sự phát triển của công nghệ sinh học tảo nói chung và công nghệ nuôi
trồng vi tảo nói riêng đã đem lại những kết quả quan trọng trong nuôi trồng một số
loại tảo, trong đó có H. pluvialis. Trên thế giới, việc nghiên cứu đặc điểm sinh học,
công nghệ nuôi trồng và ứng dụng loài vi tảo lục này với mục đích tạo màu sắc cho
các đối tượng NTTS đã được quan tâm và triển khai rộng rãi. Tuy nhiên, ở Việt
Nam, những nghiên cứu nhằm khai thác và ứng dụng sinh khối tảo Haematococcus
giàu astaxanthin làm tăng màu sắc và chất lượng thịt của các đối tượng NTTS tiềm
năng vẫn còn mới mẻ, hứa hẹn sẽ mang lại nhiều lợi ích thực tiễn cho đời sống con
người. Hơn nữa, loài tảo này có tốc độ sinh trưởng chậm, có chu trình sống phức
tạp và nhạy cảm với sự thay đổi của điều kiện nuôi cấy nên cần có những nghiên
cứu sâu về đặc điểm sinh học, thiết lập được qui trình công nghệ nuôi trồng phù hợp
đối với tảo này ở các cấp độ nuôi khác nhau. Chính vì vậy, nhằm tháo gỡ những khó
khăn hiện nay trong nuôi trồng loài vi tảo lục nêu trên, chúng tôi đã thực hiện đề tài
nghiên cứu “Nghiên cứu đặc điểm sinh học và tạo sinh khối giàu astaxanthin của
loài vi tảo lục Haematococcus pluvialis Flotow nhằm ứng dụng trong nuôi trồng
thủy sản” với mục đích: Có được điều kiện nuôi cấy tối ưu một chủng/loài vi tảo
lục Haematococcus pluvialis tiềm năng cho sản xuất astaxanthin để làm thức ăn bổ
sung cho một số đối tượng nuôi trồng thủy sản.
Để thực hiện được mục tiêu nêu trên, một số nội dung nghiên cứu cần được
thực hiện như sau:
ü Sàng lọc, định tên khoa học dựa trên các đặc điểm hình thái và trình tự gen
18S rRNA và nghiên cứu một số đặc điểm sinh học của chủng vi tảo lục
Haematococcus sp. HB tiềm năng lựa chọn được;
ü Tối ưu điều kiện nuôi cấy chủng Haematococcus pluvialis HB trong các hệ
thống nuôi khác nhau (bình tam giác, bình nhựa 1,5 và 10 Lít (L); Hệ thống
nuôi kín 20, 50 và 100 L) ở điều kiện phòng thí nghiệm;

ü Tối ưu điều kiện tích lũy astaxanthin của chủng Haematococcus pluvialis HB
ở qui mô phòng thí nghiệm;


3

 

ü Sử dụng sinh khối chủng tảo Haematococcus pluvialis HB giàu astaxanthin
làm thức ăn bổ sung cho cá Koi Nhật (Cyprinus carpio) và cá hồi Vân
(Oncorhynchus mykiss) nhằm tăng màu sắc và chất lượng thịt của cá.
Những đóng góp mới của luận án
1. Lần đầu tiên nghiên cứu có hệ thống về đặc điểm sinh học và tạo sinh khối
giàu astaxanthin của vi tảo lục Haematococcus pluvialis Flotow HB nguồn
gốc Việt Nam đạt mật độ 4,02 x 106 TB/mL và 48,8 mg astaxanthin/g sinh
khối khô.
2. Bước đầu thử nghiệm hiệu quả việc sử dụng sinh khối của chủng H. pluvialis
HB giàu astaxanthin bổ sung vào thức ăn cho cá hồi Vân và cá Koi Nhật ở
Việt Nam.
Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án
1. Có được những dẫn liệu khoa học về đặc điểm hình thái, sinh lý, sinh hóa
của chủng Haematococcus pluvialis HB sàng lọc được có tiềm năng sản xuất
astaxanthin;
2. Chứng minh được khả năng ứng dụng sinh khối chủng HB giàu astaxanthin
trong lĩnh vực nuôi trồng thủy sản, giúp chủ động nguồn thức ăn giàu
astaxanthin cho các trại nuôi cá hồi và cá cảnh.


4

 

CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN TÀI LIỆU
Vi tảo 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. Hàng năm,
trong số 200 tỉ tấn chất hữu cơ được tạo thành trên trái đất, có 170 - 180 tỉ tấn do
tảo tạo ra, còn lại 20 - 30 tỉ tấn là do các loài thực vật khác. Ý nghĩa lớn lao của các
loài tảo là giải phóng ôxy thông qua hoạt động quang hợp cung cấp cho các sinh vật
sống dưới nước, khép kín chu trình vật chất trong các thuỷ vực và tăng tốc độ quay
vòng của các chu trình đó (Đặng Đình Kim, Đặng Hoàng Phước Hiền (1994)).
Trong tự nhiên, vi tảo là thành phần cơ bản của chuỗi thức ăn của thuỷ vực.
Với kích thước cơ thể phù hợp, giàu dinh dưỡng, dễ tiêu hoá ít gây ô nhiễm môi
trường, nhiều loại không có độc tố và có khả năng nuôi sinh khối lớn nên vi tảo đã
trở thành nguồn thức ăn không thể thiếu trong các giai đoạn sinh trưởng của nhuyễn
thể hai mảnh vỏ, giai đoạn ấu trùng của một số loài giáp xác, các giai đoạn sinh
trưởng sớm của một số loài cá hoặc để sản xuất khối lượng lớn các động vật phù du
như Artemia, Luân trùng (Rotifer)….Ngoài nguồn thức ăn truyền thống như thịt, cá,
trứng, sữa, rau, quả, củ có nguồn gốc từ động vật và thực vật, tảo là một nguồn thức
ăn dinh dưỡng cho người và vật nuôi. Nhiều loài vi tảo không chỉ có hàm lượng
protein cao mà còn giàu gluxit, lipít, vitamin và các axít béo mạch dài không bão
hòa đa nối đôi (PUFAs) có mạch carbon trên 20 như axít arachidonic (ARA;
C20:4n-6), axít eicosapentaenoic (EPA; C20:5n-3), axít docohexanenoic (DHA;
C22:6n-3) và axít docosanpentaenoic (DPA; C22:5n-6) - các chất có vai trò quan
trọng trong dinh dưỡng của người và đặc biệt trong hoạt động của não và mắt.
Ngoài ra, vi tảo có khả năng sử dụng nguồn CO2 trong khí quyển cũng như hấp thụ
nguồn CO2 được thải ra từ các nhà máy thông qua quá trình quang hợp, góp phần
làm giảm thiểu phát thải khí nhà kính gây ra hiện tượng ấm lên của trái đất và dẫn
đến biến đối khí hậu toàn cầu.

5

 

Tuy nhiên, ứng dụng phổ biến nhất hiện này của vi tảo vẫn là làm thức ăn
trong NTTS và tách chiết các chất có hoạt tính sinh học có tiềm năng thương mại
lớn (Spolaore và cs, 2006). Trong các sản phẩm từ tảo thì astaxanthin có giá trị
thương mại lớn do các ứng dụng đa dạng với giá thành cao (khoảng 2.500 – 3000
$/kg) (Lorenz & Cysewski, 2000). Astaxanthin có nhiều chức năng sinh học như có
hoạt tính chống ôxy hoá, là tiền chất của một số hormone nhất định, tăng cường khả
năng miễn dịch của cơ thể. Chúng có tác dụng cải thiện khả năng sinh sản, thúc đẩy
sự phát triển và chức năng bảo vệ cơ thể khỏi tác dụng của ánh sáng cao. Chính
những đặc điểm trên mà astaxanthin ngày càng được ứng dụng rộng rãi trong các
lĩnh vực của đời sống con người như trong y học, dược phẩm, mỹ phẩm và trong
ngành NTTS. Sau đây, chúng tôi xin trình bày khái quát những đặc điểm chính về
astaxanthin.
1.1. Giới thiệu chung về astaxanthin
1.1.1. Đặc điểm chung
Astaxanthin (3,3`-dihydroxy-β,β`-carotene-4,4`-dione ) là một carotenoid có
màu đỏ cam, là dẫn xuất của các hợp chất isoprenoid, chúng tạo thành các chất có
màu sắc khác nhau trong tự nhiên và có chức năng sinh học thiết yếu đối với động
vật. Astaxanthin có thể được tìm thấy trong nhiều loại thuỷ hải sản như cá hồi, cá
vền, tôm, cua, trứng cá, đôi khi astaxanthin cũng được phát hiện ở một số loài chim.
Động vật có vú không có khả năng tổng hợp astaxanthin và phải được cung cấp từ
khẩu phần ăn (Higuera-Ciapara và cs, 2006).
Astaxanthin có công thức phân tử là C40H52O4, điểm nóng chảy xấp xỉ
224oC. Chúng không hoà tan trong các dung dịch lỏng và hầu hết các dung môi hữu
cơ, tuy nhiên, chúng có thể hoà tan trong các dung môi không phân cực như
acetone, dimethyl-sulfoxide ngay ở nhiệt độ phòng. So với các loại carotenoid khác,

astaxanthin dễ dàng được hấp thụ và tích luỹ.
1.1.2. Cấu trúc của astaxanthin
Phân tử astaxanthin có hai carbon không đối xứng ở vị trí 3 và 3’ của vòng βionone. Astaxanthin có ba dạng cấu hình là astaxanthin tự do, monoester và diester


6

 

tùy thuộc vào sự kết hợp của 1 hoặc 2 gốc hydroxyl với các axít béo. Nhóm ester
tạo ra mối liên kết giữa astaxanthin và protein. Vì vậy, astaxanthin không thể gắn
kết với protein nếu liên kết ester không tồn tại. Do cấu trúc của astaxanthin có 2 vị
trí 3 và 3’ở dạng chiral, cho nên chúng có 3 dạng đồng phân hình học: 3R-3’R; 3R3’S và 3S-3’S (Hình 1.1). Trong đó, 3S-3’S là dạng astaxanthin có hoạt tính chống
ôxy hóa mạnh nhất, dạng 3R-3’S không có hoạt tính sinh học, dạng 3R-3’R có hoạt
tính yếu (Ambati và cs, 2014).

Hình 1.1. Cấu trúc của astaxanthin
(Dạng tự do (A), dạng monoester (B), dạng diester (C) và các đồng phân hình học
(D). R là các chuỗi axít béo bão hòa hoặc không bão hòa)
(Nguồn: Miao và cs, 2006)

1.1.3. Sinh tổng hợp astaxanthin
Có hai con đường sinh tổng hợp astaxanthin ở tảo H. pluvialis: con đường
thứ nhất bắt đầu với quá trình ôxy hoá β- carotene tạo thành các chất trung gian là
echinenone, canthaxanthin và adonirubin; con đường thứ hai bắt đầu bằng quá trình
hydroxyl hoá β-carotene tạo thành các chất trung gian là β-cryptoxanthin,
zeaxanthin và adonixanthin (Hình 1.2).
Mặc dù các bước đặc thù của quá trình sinh tổng hợp astaxanthin diễn ra ở tế
bào chất nhưng các enzyme chính của con đường tổng hợp carotenoid chung lại
được phân bố ở lục lạp (Jin và cs, 2006). Sinh tổng hợp astaxanthin của H. pluvialis

cũng theo con đường tổng hợp carotenoid chung đến β - carotene. Từ β - carotene,
astaxanthin được hình thành bởi hoạt động của 2 enzyme β - carotene oxygenase


7

 

(BKT) và β -carotene hydroxylase (CHY). Các nghiên cứu sử dụng chất ức chế quá
trình carotenoid hóa đã chứng minh rằng astaxanthin được tạo ra từ tiền chất
canthaxanthin. BKT chuyển hóa β - carotene thành canthaxanthin thông qua dạng
trung gian là echinenone, tiếp đó dưới tác dụng của enzyme CHY sẽ chuyển
canthaxanthin thành astaxanthin (Schoefs và cs, 2001). Do đó, BKT và CHY là 2
emzyme chìa khóa quan trọng trong quá trình sinh tổng hợp astaxanthin ở tảo H.
pluvialis.

Hình 1.2. Con đường sinh tổng hợp astaxanthin ở H. pluvialis
(Nguồn: Vidhyavathi, 2008)

1.1.4. Các nguồn cung cấp astaxanthin
Có hai nguồn astaxanthin chính là nguồn astaxanthin tổng hợp hóa học và tự nhiên.
1.1.4.1. Nguồn tổng hợp hoá học
Hiện nay, astaxanthin tổng hợp là nguồn cung cấp chủ yếu cho nuôi trồng
thuỷ sản. Hơn 95% astaxanthin tổng hợp trên thị trường được sử dụng làm thức ăn
bổ sung nhằm tạo ra các mầu sắc của đối tượng nuôi khác nhau.


8

 

Quá trình tổng hợp hóa học astaxanthin được sử dụng lâu đời và rộng rãi
nhất liên quan đến phản ứng Wittig của muối photphat ở vị trí C15 với dialdehyde ở
vị trí carbon C10 (Hình 1.3A). Các phương pháp khác bao gồm hydroxyl hóa
canthaxanthin (Hình 1.3B) (Berhard và cs, 1984), một quá trình trùng hợp 3 mạch
carbon có chiều dài 10, 20 và 30 nguyên tử carbon thông qua ngưng tụ dienolether
(Rüttimann, 1999) và các đồng phân của lutein được chiết xuất từ hoa cúc vạn thọ
để tạo thành zeaxanthin và sau đó chất này bị ôxy hóa để hình thành astaxanthin
(Hình 1.3C) (Schloemer và Davis, 2001).

Hình 1.3. Phản ứng tổng hợp astaxanthin
(Phản ứng Wittig (A); Hydroxyl hóa canthaxanthin (B); Ô xy hóa zeaxanthin (C)
( />
1.1.4.2. Nguồn tự nhiên
a. Từ các loại giáp xác
Trong các loài giáp xác thủy sản, astaxanthin chủ yếu được tập trung ở phần
vỏ ngoài, chiếm từ 58 đến 87% carotenoid tổng số. Hàm lượng astaxanthin có trong
vỏ tôm, cua thay đổi đáng kể tùy thuộc vào loài, từ 10 đến 140 mg/kg khối lượng
tươi và tồn tại ở dạng 3S - 3’S. Chính vì vậy, vỏ tôm, cua chính là một nguồn
astaxanthin đáng kể trong tự nhiên. Tuy vậy, hàm lượng astaxanthin trong các
nguyên liệu này tương đối thấp. Trong khi đó, độ ẩm, hàm lượng tro và các chất
dinh dưỡng khác trong vỏ tôm, cua lại rất cao đã gây ra một số khó khăn nhất định
trong việc sản xuất đảm bảo ổn định chất lượng thức ăn cho động vật nuôi trồng
(Higuera-Ciapara và cs, 2006).
b. Nấm men


9

 

Phaffia rhodozyma là một loài nấm men duy nhất được biết đến hiện nay có
khả năng tổng hợp astaxanthin lên tới 0,5% SKK (nhưng 100% astaxanthin tích lũy
ở dạng đồng phân 3R - 3’R). Một lợi thế của chủng này là có khả năng sinh trưởng
nhanh và đạt mật độ tế bào (MĐTB) cao trong quá trình lên men. Tích lũy
astaxanthin ở nấm men thông qua con đường mevalonate (Schmidt và cs, 2011).
Tuy nhiên, hàm lượng astaxanthin tổng hợp được phụ thuộc rất nhiều vào đặc điểm
sinh học của chủng, phương pháp và điều kiện nuôi cấy (Johnson & An, 1991).
Ngoài ra, do Ph. rhodozyma có cấu tạo vách tế bào cứng, khó tiêu hóa đối với các
động vật nên trong quá trình sản xuất các chế phẩm sinh học chứa astaxanthin từ
loài nấm men này cần phải phá hủy thành tế bào bằng các phương pháp cơ học hay
xử lý bằng enzyme khác nhau, nhằm tăng hiệu quả hấp thụ của chất này đối với
động vật.
c. Tảo
Astaxanthin có thể được sản xuất từ các loại tảo khác nhau như
Ankistrodesmus branuii, Chlorella zofingiensis, Dunaliella salina, Euglena rubida,
Chlorococcum. Tuy nhiên, hàm lượng astaxanthin ở các chủng tảo nêu trên tương
đối thấp và không thích hợp để sản xuất ở quy mô lớn. Trong khi đó, vi tảo lục H.
pluvialis đã thu hút nhiều sự quan tâm nghiên cứu của các nhà khoa học và sản xuất
ứng dụng vì chúng có khả năng tích luỹ một lượng lớn astaxanthin (7000 - 55000
µg/g tế bào, tương ứng 0,7 - 5,5% SKK). Astaxanthin từ tảo Haematococcus chứa
5% dạng tự do và 95% dạng được ester hóa (75% monoester và 20% diester). 100%
astaxanthin được chiết xuất từ H. pluvialis có dạng 3S-3’S - đây là dạng đồng phân
có hoạt tính chống ôxy hóa cao nhất (Olaizola 2000). Thực tế cho thấy astaxanthin
ở da, cơ và trứng của thủy sản chủ yếu ở dạng 3S-3’S.
d. Các vi sinh vật khác
Một số loại vi khuẩn như Mycobacterium lacticola, Brevibacterium sp. và
một số chủng nấm thuộc chi Peniophora cũng có khả năng tích luỹ astaxanthin.
Hàm lượng carotenoid của những vi sinh vật này rất thấp đồng thời chúng cũng sinh
trưởng rất chậm.

10

 

Cá hồi cũng là một nguồn cung cấp astaxanthin tự nhiên. Hàm lượng
astaxanthin trong cá hồi hoang dã Oncorhynchus dao động trong khoảng 26 - 38
mg/kg thịt cá. Hàm lượng astaxanthin trong cá hồi Đại Tây Dương nuôi là 6 - 8
mg/kg thịt cá. Với 165 g thịt cá hồi có thể cung cấp đến 3,6 mg astaxanthin cho
khẩu phần ăn hàng ngày (Ambati và cs, 2014).
Các nguồn cung cấp astaxanthin và hàm lượng astaxanthin ở các cơ thể khác
nhau được trình bày ở Bảng 1.1.
Bảng 1.1. Nguồn cung cấp astaxanthin khác nhau
Nguồn cung cấp

Hàm lượng astaxanthin
(% SKK)

Chlorophyceae
Haematococcus pluvialis NIES – 144

7,7

Haematococcus pluvialis (K-0084)

3,8

Haematococcus pluvialis (Local isolation)

3,6

Haematococcus pluvialis (AQSE002)

3,4

Haematococcus pluvialis (K-0084)

3,7

Chlorococcum

0,2

Chlorella zofingiensis

0,001

Neochloris wimmeri

0,6

Ulvophyceae
Enteromorpha intestinalis

0,02

Ulva lactuca

0,01

Florideophyceae
Catenella repens

0,02

Alphaproteobacteria
Agrobacterium aurantiacum

0,01

Paracoccus carotinifaciens (NITE SD 00017)

2,2

Tremellomycetes
Xanthophyllomyces dendrorhous (JH) (Phaffia rhodozyma)

0,02-0,5

Labyrinthulomycetes
Thraustochytrium sp, CHN-3 (FERM P-18556)

0,2

Malacostraca
Pandalus borealis

0,12

(Nguồn: Ambati và cs, 2014)


11

 

Tiềm năng sản xuất astaxanthin từ các nguồn khác nhau dựa trên lợi ích về
kinh tế, môi trường và tác động xã hội được chỉ ra trên Bảng 1.2.
Kết quả trên Bảng 1.2 đã cho thấy astaxanthin có nguồn gốc tổng hợp hóa
học tốt hơn sản xuất astaxanthin từ nấm men và tảo ở hầu hết các tiêu chí thử
nghiệm (kinh tế, môi trường và xã hội). So với astaxanthin tự nhiên từ nấm men
hoặc vi tảo lục H. pluvialis, astaxanthin tổng hợp hóa học có chi phí nguyên vật
liệu; năng lượng rẻ nhất (40 và 26 $/kg astaxanthin), không tốn diện tích đất sử
dụng và không có nước thải. Chính vì vậy, giá thành sản xuất astaxanthin là thấp
nhất so với 2 nguồn còn lại. Tuy nhiên, astaxanthin tổng hợp nhân tạo chứa hỗn hợp
của 3 dạng đồng phân 3S-3’S; 3R- 3’S và 3R-3’R tương ứng với tỉ lệ là 1:2:1. Như
vậy, chỉ có 25% astaxanthin tổng hợp nhân tạo có hoạt tính và hữu dụng. Với sự
hiện diện của các dạng đồng phân hình học khác trong khẩu phần thức ăn sẽ dẫn
đến sự cạnh tranh cơ chất trong quá trình chuyển hóa astaxanthin trong cơ thể động
vật nuôi. Như vậy, khả năng hấp thụ astaxanthin tổng hợp thấp hơn rất nhiều so với
astaxanthin có nguồn gốc tự nhiên.
Bảng 1.2. So sánh hiệu quả của các phương pháp sản xuất astaxanthin khác nhau
Kinh tế
Phương
pháp sản
xuất/kg
astaxanthin

Tổng hợp

hóa học
Ph.
rhodozyma
H. pluvialis

Môi trường

Xã hội

Sử

Chi

dụng

phí

năng

năng

lượng

lượng

(kwh)

($)

10

170

26

0

2

2000

140

20

1062

160

9

5

2500

164

25

796

120

2

9

>7000

Chi phí

Sử

nguyên

dụng

vật liệu

đất

thô ($)

2

(km )

40

Sự thải

Nước

ra

thải

(không
khí)

Giá thị
trường
($)

Tiêu
thụ cho

Giá trị

con

ORAC

người
Không
Hầu
hết
Có

33%
66%

100%

(Nguồn: />Ngoài ra, giá trị ORAC (oxygen radical absorbance capacity - chỉ số đánh
giá khả năng chống ôxy hóa của một chất) đối với astaxanthin từ tảo tạo ra lại cao
hơn gấp 3 lần so với sản phẩm tổng hợp và 1,5 lần so với lên men nấm men. Sự
khác biệt này là do cấu hình tồn tại của astaxanthin ở các phương pháp khác nhau là


12

 

khác nhau. Astaxanthin trong các sản phẩm tự nhiên ở dạng ester hóa nên nó ổn
định hơn trong việc ngăn ngừa quá trình ôxy hóa (Schmidt và cs, 2011). Chỉ có
astaxanthin được tổng hợp từ tảo và nấm men mới được sử dụng cho con người,
trong khi đó dạng tổng hợp nhân tạo được sử dụng chủ yếu cho thức ăn gia súc (do
quá trình tổng hợp astaxanthin có sử dụng hóa dầu gây ung thư đã được tác giả
Newsome năm 1986 thông báo). Do vậy, khai thác astaxanthin từ nguồn tự nhiên,
đặc biệt là từ tảo H. pluvialis vẫn đang được quan tâm và có nhiều cơ hội để phát
triển ngày càng mạnh.
1.1.5. Sinh hóa học của astaxanthin
Astaxanthin có chứa liên kết đôi xen kẽ, nhóm hydroxyl và nhóm keto. Nó
có hai tính chất ưa mỡ và ưa nước. Màu đỏ được tạo ra do sự liên kết đôi liên tiếp
tại trung tâm của hợp chất. Hoạt động sinh học của astaxanthin tốt hơn so với các
chất chống ôxy hóa khác (β - carotene, vitamin C) bởi vì nó có thể liên kết với
màng lipít kép của tế bào từ bên trong đến bên ngoài (Hình 1.4). Vì vậy, tế bào
được bảo vệ toàn diện hơn (Ambati và cs, 2014).

Hình 1.4. Vị trí hoạt động của astaxanthin trên màng tế bào
(Nguồn: Ambati và cs, 2014)

Mũi chống
tên: Chỉ
vị hóa
trí hoạt
của các chất trên màng tế bào.
1.1.6. Đặc tính
ôxy
củađộng
astaxanthin
Astaxanthin có vai trò là chất chống ôxy hoá mạnh. Sự trao đổi chất bình
thường ở sinh vật hiếu khí tạo ra các gốc tự do như hydroxyl, peroxide và phân tử


13

 

ôxy có hoạt tính (reactive oxygen species - ROS) cần thiết để duy trì sự sống. Tuy
nhiên, khi hàm lượng các chất này quá cao sẽ gây nguy hiểm bởi chúng có thể ôxy
hoá với các thành phần của tế bào như protein, lipít, carbohydrate và ADN in vivo.
Để kiểm soát và làm giảm quá trình này, cơ thể con người sản sinh ra các chất
chống ôxy hoá như super oxide dismutase (SOD), catalase, peroxidase…Tuy nhiên,
trong nhiều trường hợp, những hợp chất này lại không đủ để bảo vệ cơ thể chống lại
stress ôxy hoá.
Các nghiên cứu cho thấy, astaxanthin có hoạt tính chống ôxy hoá cao gấp 10
lần so với các carotenoid khác như zeaxanthin, lutein, canthaxanthin, β - carotene và
cao hơn 100 lần so với α - tocopherol. Vì vậy, astaxanthin được gọi là một “supper
vitamin E”. Astaxanthin thực hiện các hoạt động chống ôxy hóa bằng cách loại bỏ
các gốc tự do (chúng phản ứng với các gốc này để tạo ra các hợp chất không độc
khác) hoặc dập tắt các phản ứng ôxy hoá. Đặc tính này của astaxanthin có thể do sự

tương tác vật lý và hóa học của astaxanthin với các màng tế bào (Ambati và cs,
2014).
1.1.7. Ứng dụng của astaxanthin
Chất màu tự nhiên astaxanthin với hoạt tính chống ôxy hóa cao đã được ứng
dụng trong nhiều lĩnh vực như làm thức ăn bổ sung cho người, thuốc điều trị trong y
học, thức ăn bổ sung cho cá hồi và cá cảnh .….
1.1.8.1. Astaxanthin trong nuôi trồng thuỷ sản
*/ Trong nuôi cá hồi
Mầu sắc của cá hồi và các loại giáp xác được xem là một chỉ tiêu về chất
lượng. Màu đỏ của những sinh vật này bắt nguồn từ màu sắc của các carotenoid
được chúng thu nhận từ thức ăn. Loại carotenoid chiếm ưu thế trong hầu hết các
loài giáp xác và cá hồi là astaxanthin. Mặc dù trên thực tế, astaxanthin được sử
dụng rộng rãi với mục đích duy nhất là tạo màu cho các động vật trong NTTS, tuy
nhiên astaxanthin còn có nhiều vai trò quan trọng khác như thúc đẩy sự thành thục,
tăng tỷ lệ thụ tinh và tỷ lệ sống sót của trứng, cải thiện sự phát triển của phôi.