Nghiên cứu ảnh hưởng của nguồn dinh dưỡng đến quá trình lên men lactic tạo nước giải khát từ tảo xoắn Spirulina

TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM HÀ NỘI 2
KHOA SINH-KTNN


LÊ THU TRANG

NGHIÊN CỨU ẢNH HƢỞNG CỦA NGUỒN DINH DƢỠNG ĐẾN
QUÁ TRÌNH LÊN MEN LACTIC TẠO NƢỚC GIẢI KHÁT
TỪ TẢO XOẮN SPIRULINA

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Chuyên ngành: Vi sinh học

Hà Nội, 2017


LỜI CẢM ƠN
Em xin gửi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc nhất tới cô giáo, PGS. TS
Đinh Thị Kim Nhung, ngƣời đã tận tình chỉ bảo và giúp đỡ em trong thời gian
học tập và nghiên cứu đề tài này.
Em cũng xin bày tỏ lòng biết ơn tới các thầy giáo, cô giáo trong tổ bộ
môn Thực vật - Vi sinh, Khoa Sinh - KTNN, Trƣờng Đại học Sƣ phạm Hà
Nội 2 đã nhiệt tình giảng dạy và truyền đạt kinh nghiệm trong suốt thời gian
em thực hiện đề tài.
Em xin chân thành cảm ơnBan Giám hiệu nhà trƣờng, Ban Chủ nhiệm
khoa Sinh - KTNN, Trung tâm thông tin thƣ viện, Phòng thí nghiệm Vi sinh
vật Trƣờng Đại học Sƣ phạm Hà Nội 2 đã tạo điều kiện thuận lợi cho em
hoàn thành khóa luận này.
Cuối cùng, em xin gửi lời cảm ơn tới gia đình, bạn bè và ngƣời thân,
những ngƣời luôn quan tâm, động viên, khích lệ, giúp đỡ em trong suốt quá

trình học tập, tiến hành và hoàn thiện đề tài.
Hà Nội, Ngày 03 Tháng 05 Năm 2017
Sinh viên thực hiện

Lê Thu Trang


LỜI CAM ĐOAN
Em xin cam đoan đây là kết quả nghiên cứu của riêng cá nhân em, tất cả
những số liệu đều đƣợc thu thập từ thực nghiệm và qua xử lý thống kê, hoàn
toàn không có số liệu sao chép, bịa đặt. Đề tài nghiên cứu này không trùng
với công trình nghiên cứu của các tác giả khác.
Trong đề tài, em có sử dụng một số dữ liệu của một số tác giả khác, em
xin phép các tác giả đƣợc trích dẫn để bổ sung cho khóa luận của mình.
Nếu sai em xin chịu hoàn toàn trách nhiệm.
Hà Nội, Ngày 03 Tháng 05 Năm 2017
Sinh viên thực hiện

Lê Thu Trang


MỤC LỤC
MỞ ĐẦU ........................................................................................................... 1
1. Lý do chọn đề tài ........................................................................................... 1
2. Mục đích nghiên cứu ..................................................................................... 2
3. Nhiệm vụ nghiên cứu .................................................................................... 2
4. Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tế ............................................................. 2
5. Đóng góp của đề tài....................................................................................... 3
NỘI DUNG ....................................................................................................... 4
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU ........................................................... 4

1.1. Giới thiệu về tảo xoắn Spirulina ................................................................ 4
1.1.1. Lịch sử phát hiện và sử dụng tảo xoắn Spirulina.................................... 4
1.1.2. Phân loại tảo xoắn Spirulina ................................................................... 5
1.1.3. Đặc điểm sinh học của tảo xoắn Spirulina.............................................. 5
1.1.3.1. Hình dạng và cấu tạo của tảo xoắn Spirulina ...................................... 5
1.1.3.2. Chu kỳ sinh sản của tảo xoắn Spirulina ............................................... 6
1.1.3.3. Chu kỳ sinh trƣởng của tảo xoắn Spirulina ......................................... 6
1.1.3.4. Thành phần hóa học của tảo xoắn Spirulina ........................................ 7
1.1.4. Giá trị dinh dƣỡng và công dụng của tảo xoắn Spirulina ..................... 10
1.1.4.1. Giá trị dinh dƣỡng của tảo xoắn Spirulina ......................................... 10
1.1.4.2. Công dụng của tảo xoắn Spirulina ..................................................... 11
1.2. Hệ vi sinh vật tham gia vào quá trình lên men ........................................ 13
1.2.1. Vi khuẩn lactic ...................................................................................... 13
1.2.1.1. Phân loại khoa học ............................................................................. 13
1.2.1.2. Nhu cầu dinh dƣỡng của vi khuẩn lactic............................................ 14
1.2.1.3. Quá trình trao đổi chất của vi khuẩn lactic ........................................ 16
1.2.1.4. Cơ chế của quá trình lên men lactic ................................................... 18


1.2.2. Vi khuẩn Giấm ...................................................................................... 19
1.2.3. Nấm men ............................................................................................... 20
1.3. Tổng quan tình hình nghiên cứu trong và ngoài nƣớc ............................. 21
1.3.1. Tình hình nghiên cứu trên thế giới ........................................................ 21
1.3.2. Tình hình nghiên cứu trong nƣớc.......................................................... 21
CHƢƠNG 2. ĐỐI TƢỢNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .............. 24
2.1.Đối tƣợng và thiết bị nghiên cứu .............................................................. 24
2.1.1. Mẫu vi sinh vật ...................................................................................... 24
2.1.2. Hóa chất,dụng cụ thí nghiệm ................................................................ 24
2.1.2.1. Hóa chất.............................................................................................. 24
2.1.2.2. Dụng cụ thí nghiệm ............................................................................ 24

2.2. Các loại môi trƣờng.................................................................................. 25
2.3. Phƣơng pháp nghiên cứu.......................................................................... 26
2.3.1. Phƣơng pháp vi sinh .............................................................................. 26
2.3.1.1. Phƣơng pháp phân lập vi khuẩn lactic và quá trình quan sát
hình thái trên tiêu bản nhuộm gram ................................................................ 26
2.3.1.2. Phƣơng pháp xác định số lƣợng tế bào vi sinh vật ............................ 27
2.3.1.3. Phƣơng pháp bảo quản chủng giống .................................................. 28
2.3.1.4. Phƣơng pháp hoạt hóa giống.............................................................. 28
2.3.1.5. Phƣơng pháp xác định hoạt lực lên men ............................................ 28
2.3.1.6. Xác định khả năng kết lắng ................................................................ 28
2.3.1.7. Phƣơng pháp lên men ......................................................................... 29
2.3.2. Phƣơng pháp hóa sinh ........................................................................... 29
2.3.2.1. Phát hiện hoạt tính catalase ................................................................ 29
2.3.2.2. Thử nghiệm khả năng sinh acid lactic b ng thuốc thử
Uffelmann........................................................................................................ 29
2.3.2.3. Phát hiện khả năng tổng hợp cellulose............................................... 29


2.3.2.4. Phƣơng pháp xác định khả năng tổng hợp acid b ng chuẩn
độ với NaOH 0,1N có phenolphtalain 0.1 % làm chỉ thị ................................ 30
2.3.3. Phƣơng pháp nghiên cứu ảnh hƣởng của nguồn dinh dƣỡng
đến quá trình lên men ...................................................................................... 30
2.3.3.1. Phƣơng pháp nghiên cứu ảnh hƣởng của nguồn đƣờng .................... 30
2.3.3.2. Phƣơng pháp nghiên cứu ảnh hƣởng của nguồn nitơ ........................ 31
2.3.3.3. Phƣơng pháp nghiên cứu ảnh hƣởng của nguồn dinh dƣỡng
khoáng ............................................................................................................. 31
2.3.4. Phƣơng pháp cảm quan ......................................................................... 31
2.4. Phạm vi nghiên cứu .................................................................................. 32
2.5. Địa điểm thực hiện đề tài ......................................................................... 32
2.6. Thời gian thực hiện đề tài ........................................................................ 32

CHƢƠNG 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN ........................ 33
3.1. Phân lập và tuyển chọn một số chủng lactic có khả năng lên men
tạo nƣớc giải khát từ tảo xoắn Spirulina ......................................................... 33
3.1.1. Phân lập một số chủng vi khuẩn lactic có khả năng lên men tạo
nƣớc giải khát từ tảo xoắn Spirulina ............................................................... 33
3.1.2.Tuyến chọn một số chủng vi khuẩn lactic có khả năng lên men
tạo nƣớc giải khát từ dịch tảo xoắn Spirulina ................................................. 35
3.1.2.1. Kiểm tra hoạt tính catalase ................................................................. 35
3.1.2.2. Thử nghiệm tính sinh acid lactic b ng thuốc thử Ufelmann.............. 36
3.1.2.3. Chuẩn độ axit ..................................................................................... 37
3.1.2.4. Kiểm tra độ kết lắng ........................................................................... 38
3.1.2.5. Kết quả nhuộm Gram ......................................................................... 39
3.1.2.6. Kết quả nhuộm bào tử ........................................................................ 39
3.1.2.7. Nhuộm kháng acid ............................................................................. 40


3.1.2.8. Khả năng hình thành màng Biocellulose của các chủng vi
khuẩn lactic khi cộng sinh với chủng vi khuẩn Acetobacter X4 và
chủng nấm men Saccharomyces M1 ............................................................... 41
3.2. Ảnh hƣởng của nguồn dinh dƣỡng đến quá trình lên men lactic
tạo nƣớc giải khát từ tảo xoắn Spirulina ......................................................... 44
3.2.1. Ảnh hƣởng của hàm lƣợng đƣờng đến quá trình lên men lactic
tạo nƣớc giải khát từ tảo xoắn Spirulina ......................................................... 44
3.2.2. Ảnh hƣởng của hàm lƣợng nitơ hữu cơ đến quá trình lên men
lactic tạo nƣớc giải khát từ tảo xoắn Spirulina ............................................... 47
3.2.3. Ảnh hƣởng của hàm lƣợng KH2PO4 đến quá trình lên men
lactic tạo nƣớc giải khát từ tảo xoắn Spirulina ............................................... 49
3.2.4. Ảnh hƣởng của hàm lƣợng MgSO4.7H2O đến quá trình lên
men lactic tạo nƣớc giải khát từ tảo xoắn Spirulina ....................................... 51
KẾT LUẬN ..................................................................................................... 53

1. Kết luận ....................................................................................................... 53
2. Kiến nghị ..................................................................................................... 53
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................... 54


DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

ATP

: Adenozin triphôtphat

NXB

: Nhà xuất bản

KHTN

: Khoa học tự nhiên

MT

: Môi trƣờng

TCVN

: Tiêu chuẩn Việt Nam

CLCQ

: Chất lƣợng cảm quan

DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 3.1. Ảnh chụp vi khuẩn lactic trên môi trƣờng thạch nghiêng .............. 35
Hình 3.2. Chủng vi khuẩn có catalase âm tính ............................................... 36
Hình 3.3. Chủng vi khuẩn có catalase dƣơng tính .......................................... 36
Hình 3.4. Vòng phân giải CaCO3 của chủng lactic H5 ................................... 37
Hình 3.5. Vi khuẩn không sinh bào tử ............................................................ 40
Hình 3.6. Vi khuẩn sinh bào tử ....................................................................... 40
Hình 3.7. Chủng vi khuẩn không kháng acid.................................................. 41
Hình 3.8. Khả năng tạo màng của chủng vi khuẩn lactic H5 cộng sinh
với chủng vi khuẩn Acetobacter X4 và chủng nấm men Saccharomyces
M1 .................................................................................................................... 42
Hình 3.9. Ảnh chụp khuẩn lạc chủng Lactobacillus H5 ................................. 44
Hình 3.10. Đồ thị biểu diễn ảnh hƣởng của hàm lƣợng nitơ hữu cơ đến
tốc độ phát triển của chủng Lactobacillus H5 ................................................ 48
Hình 3.11. Đồ thị biểu diễn sự biến thiên độ axit ở các hàm lƣợng nitơ
hữu cơ khác nhau ............................................................................................ 48


DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1. Thành phần hóa học của Spirulina ................................................... 7
Bảng 1.2. Thành phần vitamin trong Spirulina ................................................ 8
Bảng 1.3. Thành phần khoáng trong Spirulina ................................................ 9
Bảng 1.4. Thành phần acid amin trong Spirulina ............................................. 9
Bảng 1.5. Các chất màu trong Spirulina ......................................................... 10
Bảng 3.1. Đặc điểm hình thái và kích thƣớc của vi khuẩn lactic trong các
mẫu phân lập ................................................................................................... 34
Bảng 3.2. Khả năng sinh acid lactic của các chủng vi khuẩn lactic ............... 36

Bảng 3.3. Kích thƣớc vòng phân giải của các chủng vi khuẩn lactic ............. 38
Bảng 3.4. Chiều cao cặn men của các chủng vi khuẩn lactic ......................... 38
Bảng 3.5. Kết quả nhuộm gram của các chủng vi khuẩn lactic ...................... 39
Bảng 3.6. Đánh giá khả năng tạo màng của các chủng vi khuẩn lactic cộng
sinh với chủng vi khuẩn Acetobacter X4 và chủng nấm men
Saccharomyces M1 .......................................................................................... 41
Bảng 3.7. Kết quả của các thí nghiệm dùng để phân lập vi khuẩn lactic ....... 43
Bảng 3.8. Khả năng lên men các loại đƣờng của vi khuẩn lactic ................... 45
Bảng 3.9. Ảnh hƣởng của hàm lƣợng saccharose đến thành phần lên men ... 46
Bảng 3.10. Ảnh hƣởng của hàm lƣợng KH2PO4 đến quá trình lên men của
chủng vi khuẩn Lactobacillus H5 ................................................................... 50
Bảng 3.11. Ảnh hƣởng của hàm lƣợng MgSO4.7H2O đến quá trình lên
men của chủng vi khuẩn Lactobacillus H5 ..................................................... 51


MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Thế kỉ XXI- cái nôi giao thoa của nền văn hóa và ẩm thực, bên cạnh đó
cũng là thời điểm phát triển nhanh nhƣ vũ bão của khoa học công nghệ. Song
song với sự tân tiến của lĩnh vực công nghệ điện tử, viễn thông, năng lƣợng
hạt nhân…đồng loạt cho ra những hƣớng nghiên cứu mới thì ngành công
nghiệp nƣớc giải khát cũng phát triển rất mạnh.
Đáp ứng nhu cầu của thị trƣờng thì các mẫu mã, chủng loại nƣớc giải
khát ngày càng đa dạng, phong phú. Thị trƣờng nƣớc giải khát không chỉ
dừng lại nguyên liệu có sẵn trong tự nhiên, từ nguồn nguyên liệu xanh mà còn
từ những nguyên liệu có giá trị dinh dƣỡng, dƣợc liệu cao nhƣ tảo Spirulina.
Tảo xoắn (tên khoa học là Spirulina platensis) là một loại vi tảo dạng sợi
xoắn màu xanh lục, chỉ có thể quan sát thấy hình xoắn sợi do nhiều tế bào đơn
cấu tạo thành dƣới kính hiển vi. Những nghiên cứu mới nhất lại cho biết
chúng cũng không phải thuộc chi Spirulina mà lại là thuộc chi Arthrospira.

Tên khoa học hiện nay của loài này là Arthrospira platensis, thuộc bộ
Oscilatoriales, họ Cyanobacteria. Tảo Spirulina đã đƣợc nghiên cứu từ nhiều
năm nay. Chúng có những đặc tính ƣu việt và giá trị dinh dƣỡng cao. Các nhà
khoa học trên thế giới đã coi tảo Spirulina là sinh vật có ích cho loài ngƣời.
Tổ chức Y tế thế giới (WHO/OMS) công nhận tảo Spirulina là thực phẩm bảo
vệ sức khỏe tốt nhất của loài ngƣời trong thế kỉ XXI. Cơ quan quản lí thực
phẩm và dƣợc phẩm Hoa Kì (FDA) công nhận nó là một trong những
nguồn protein tốt nhất [13], [14].
Trên thế giới nói chung và Việt Nam nói riêng, tảo xoắn Spirulia đã
đƣợc ứng dụng rất nhiều trong các lĩnh vực khác nhau: thực phẩm,dƣợc phẩm
và mỹ phẩm. Đặc biệt trong lĩnh vực y học, tảo xoắn Spirulina có tác dụng

1


chống oxy hóa, ngăn ngừa ung thƣ, tăng cƣờng hệ miễn dịch, cải thiện sức
khỏe… Tuy nhiên, ở Việt Nam, hƣớng nghiên cứu về khả năng ứng dụng
khác từ tảo xoắn Spirulina để sản xuất nƣớc giải khát còn khá mới mẻ,chỉ mới
đƣợc quan tâm gần đây.
Nh m tìm ra nguồn dinh dƣỡng phù hợp nhất cho quá trình lên men
lactic tạo nƣớc giải khát từ tảo xoắn Spirulina, tôi quyết định chọn đề tài
“Nghiên cứu ảnh hưởng của nguồn dinh dưỡng đến quá trình lên men lactic
tạo nước giải khát từ tảo xoắn Spirulina”.
2. Mục đích nghiên cứu
Nghiên cứu ảnh hƣởng của các yếu tố dinh dƣỡng đến quá trình lên men
lactic tạo nƣớc giải khát từ tảo xoắn Spirulina. Từ đó tìm ra nguồn dinh
dƣỡng thích hợp cho quá trình lên men nƣớc giải khát từ tảo xoắn Spirulina.
3. Nhiệm vụ nghiên cứu
3.1. Phân lập và tuyển chọn một số chủng lactic có khả năng lên men tạo
nƣớc giải khát từ tảo xoắn Spirulina.

3.2. Nghiên cứu ảnh hƣởng của nguồn dinh dƣỡng đến quá trình lên men
lactic tạo nƣớc giải khát từ tảo xoắn Spirulina.
4. Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tế
4.1. Ý nghĩa khoa học
Ứng dụng cơ sở khoa học của quá trình lên men lactic để nghiên cứu các
đặc tính sinh lý, sinh hóa, các nguồn dinh dƣỡng của vi khuẩn lactic có khả
năng lên men từ dịch tảo xoắn Spirulina, để sản xuất nƣớc giải khát. Kết quả
nghiên cứu là dữ liệu góp phần bổ sung cho các nghiên cứu và ứng dụng của
tảo xoắn Spirulina trong đời sống.
4.2. Ý nghĩa thực tế
Tìm ra các nguồn dinh dƣỡng thích hợp cho quá trình lên men lactic tạo
nƣớc giải khát từ tảo xoắn Spirulina, góp phần làm đa dạng thị trƣờng nƣớc

2


giải khát phục vụ cho đời sống con ngƣời.
5. Đóng góp của đề tài
Phân lập đƣợc 15 mẫu vi khuẩn lacticdựa vào đặc điểm hình thái, kích
thƣớc. Tuyển chọn đƣợc 9 chủng vi khuẩn Lactobacillus là Lactobacillus là H1,
H2, H4, H5, H6, H7, H8, H11, H14, trong đó chủng Lactobacillus H5thích hợp
để lên men lactic tạo nƣớc giải khát từ tảo xoắn Spirulina.Lựa chọn đƣợc nguồn
dinh dƣỡng thích hợp cho quá trìnhlên men lactic tạo nƣớc giải khát từ tảo
xoắn Spirulina là đƣờng saccharose: 100 (g/l); nitơ hữu cơ tảo xoắn: 9 (g/l);
KH2PO4:1 (g/l); MgSO4.7H2O: 0,6 (g/l).

3


NỘI DUNG

CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU

1.1. Giới thiệu về tảo xoắn Spirulina
1.1.1. Lịch sử phát hiện và sử dụng tảo xoắn Spirulina
Tảo Spirulina đƣợc coi nhƣ của trời phú cho 2 sắc dân, Aztec – Mexico
(Châu Mỹ) và Kanembu, một bộ tộc thuộc Tchad (Châu Phi). Từ thời cổ xƣa,
2 bộ tộc trên đã biết thu giống rong sống tự nhiên này sống trong các hồ nƣớc
khoáng giàu kiềm để chế biến thức ăn rất bổ dƣỡng nhƣ: bánh bao, nƣớc
chấm, nấu canh soup. Trong giới khoa học, có lẽ tảo này đƣợc mô tả và đặt
tên là Spirulina do hình dạng xoắn lò so lần đầu tiên năm 1827 do nhà tảo học
Deurben (ngƣời Đức) [26]. Việc phát hiện và phát triển tảo ra khắp thế giới
gắn liền với lịch sử tìm ra Tân Thế Giới - Châu Mỹ của Christophe Colombo,
năm 1492. Tiếp theo sự kiện này, các bài viết về các loại thức ăn từ Spirulina
của ngƣời Aztec, nhƣ món bánh Techuilatl đƣợc truyền bá ở Châu Âu. (Lê
Đình Lăng, 1999).
Năm 1963, giáo sƣ Clement thuộc Viện nghiên cứu dầu hỏa quốc gia
Pháp là ngƣời đầu tiên nghiên cứu thành công việc nuôi tảo Spirulina qui mô
công nghiệp. Theo nghiên cứu này, giống tảo Spirulina từ Tchad đƣợc sử
dụng trong nuôi cấy với ý định dùng CO2 rất dồi dào tại các mỏ khai thác dầu
hoả. Vậy ngƣời Pháp đã đi tiên phong trong việc nuôi nhân tạo Spirulina và
thƣơng mại hoá sản phẩm này. Đặc biệt năm 1967, những ngƣời tiên phong
đó lại có dịp triển khai những nghiên cứu của mình, do báo cáo của Clement
đƣợc trình bày tại Hội nghị quốc tế về dầu hỏa tại Mexico đƣợc công ty Sosa
Texcoco thích thú. Liên doanh sản xuất công nghiệp tảo Spirulina sử dụng
nguồn nƣớc khoáng bicarbonat giữa Viện nghiên cứu dầu hỏa Pháp và công
ty Sosa Texcoco đƣợc thành lập. Từ đó đến nay, liên doanh này luôn dẫn đầu

4

thế giới về lƣợng tảo Spirulina ở quy mô công nghiệp. Kỹ nghệ nuôi trồng
Spirulina và một số vi tảo khác (Chlorella, Klamath,...) hoặc nấm sợi đã trở
thành một lĩnh vực đƣợc đầu tƣ phát triển trong công nghệ sinh học để tạo
sinh khối protein.
1.1.2. Phân loại tảo xoắn Spirulina [20], [25]
Spirulina phân bố rất rộng rãi trong các môi trƣờng khác nhau và có thể
phát triển trong các môi trƣờng mà các loại tảo khác không thể sinh sống.
Tảo là một nhóm vi sinh vật, nhƣng chúng khác với vi khuẩn và nấm
men ở chỗ chúng có diệp lục và có khả năng tổng hợp các chất hữu cơ từ chất
vô cơ dƣới tác dụng của ánh sáng mặt trời.
Tảo chia làm 9 ngành: tảo lam; tảo lục; tảo silic; tảo vàng ánh; tảo giáp;
tảo mắt; tảo roi lệch; tảo đỏ; tảo nâu.
Ngành : Cyanophyta
Lớp : Cyanophyceae
Họ : Oscillatoriaceae
Bộ: Oscillatoriales
Chi : Spirulina
Loài : Spirulina platensis
Vì có cấu tạo và chức năng khác các loài thông thƣờng nên Spirulina còn
có tên là vi khuẩn lam hay phiêu sinh thực vật.
1.1.3.Đặc điểm sinh học của tảo xoắn Spirulina
1.1.3.1. Hình dạng và cấu tạo của tảo xoắn Spirulina
Spirulina là tảo lam đa bào, dạng sợi. Tảo gồm nhiều tế bào hình trụ xếp
không phân nhánh. Đƣờng kính tế bào từ 1 - 12 µm, chiều dài tế bào có thể 10
µm và chiều dài chuỗi có thể đến 110 µm. Các sợi tảo có tính di động trƣợt
dọc trục của chúng. Spirulina có dạng xoắn trong môi trƣờng chất lỏng và có
hình xoắn trôn ốc thật sự trong môi trƣờng đặc. Độ xoắn của tảo là đặc điểm

5

để phân loại của loài.
Chúng sống trong môi trƣờng nƣớc giàu bicarbonat và độ kiềm cao pH
từ 8,5 - 11. Do hình thái “lò xo xoắn” dễ nhận biết qua kính hiển vi, ngƣời ta
cũng thƣờng gọi tảo này là “tảo xoắn” [27].
1.1.3.2. Chu kỳ sinh sản của tảo xoắn Spirulina
Trong chu kỳ sống, khi đến giai đoạn sinh sản chuỗi xoắn bị vỡ ra tạo
thành nhiều đoạn tảo nhờ sự hình thành của những tế bào đặt biệt gọi là tế bào
mắt xích. Các đoạn xoắn nhỏ ở mắt xích sẽ hình thành chuỗi ngắn có khả
năng trƣợt gọi là hormogonia và sau đó sẽ hình thành chuỗi dài mới. Tế bào ở
hormogonia rời khỏi vị trí đính của tế bào mắt xích và trở nên tròn ở đầu cuối.
Số lƣợng tế bào ở hormogonia tăng lên bởi sự phân chia của tế bào với
nguyên sinh chất trở nên có hạt. Với tiến trình này, chuỗi đƣợc dài hơn và có
dạng xoắn đặc thù [11], [14].
1.1.3.3. Chu kỳ sinh trưởng của tảo xoắn Spirulina
Sự sinh trƣởng của tảo đƣợc diễn tả b ng sự phân chia tế bào. Với chế độ
dinh dƣỡng thích hợp và điều kiện sinh lý học thuận lợi, quá trính sinh trƣởng
của tảo trải qua ít nhất các pha sau :
+ Pha chậm: sự vô hiệu hóa các enzyme, sự giảm tốc độ trao đổi chất của
tảo giống, tế bào gia tăng kích thƣớc nhƣng không có sự phân chia; một số
yếu tố khuếch tán đƣợc tạo ra do chính các tế bào thì cần cho quá trình cố
định carbon; hoạt động trao đổi chất của các tế bào đã ức chế sự hoạt động
của các độc tố nào đó có mặt trong môi trƣờng, hay do cấy tảo vào môi
trƣờng có chứa một vài chất có nồng độ quá cao.
+ Pha tăng trƣởng: là giai đoạn mà tế bào phân chia rất nhanh và liên tục.
Tốc độ tăng trƣởng trong giai đoạn này tùy thuộc vào kích thƣớc tế bào,
cƣờng độ ánh sáng, nhiệt độ.
+ Pha tăng trƣởng chậm: khi có một vài nhân tố xuất hiện nhƣ sự giảm

6

sút của yếu tố dinh dƣỡng nào đó, tỷ lệ cung cấp oxy và carbonic, sự thay đổi
pH, sự hạn chế ánh sáng, sự xuất hiện các yếu tố ngăn cản sự phân chia các tế
bào do một chất độc nào đó....thì quá trình sinh trƣởng của tảo bị ức chế, đây
là giai đoạn đầu của pha tăng trƣởng chậm. Tuy nhiên, pha này diễn ra rất
nhanh với sự cân b ng đƣợc tạo ra giữa tốc độ tăng trƣởng và các nhân tố giới
hạn, nó đƣợc xem là pha quân bình.
+ Pha suy tàn : Khi các chất dinh dƣỡng trở nên cạn kiệt không đủ cung
cấp cho sự sinh trƣởng và trao đổi chất đến mức trở nên độc hại, tảo sẽ bị suy
tàn gọi là pha chết [11], [14].
1.1.3.4. Thành phần hóa học của tảo xoắn Spirulina
Spirulina chứa hàm lƣợng protein rất cao và chứa đầy đủ các
vitamin.Spirulina có giá trị dinh dƣỡng cao vì chứa hàm lƣợng protein cao và
các chất có hoạt tính sinh học khác. Giá trị protein trung bình của Spirulina là
65 %, cao hơn so với nhiều loại thực phẩm.
Bảng thành phần hóa học của Spirulina đƣợc liệt kê trong bảng 1.1.
Bảng 1.1. Thành phần hóa học của Spirulina [28]
STT

Thành phần

Số lƣợng (% chất khô)

1

Protein tổng số

60 ÷ 70

2

Glucid

13 ÷ 16

3

Lipit

7÷8

4

Acid nucleic

4,29

5

Diệp lục

0,76

6

Carotene

0,23

7

Tro

4÷5

Spirulina là nguồn giàu vitamin B12 nhất. Ngoài ra, Spirulina còn chứa
các vitamin khác nhƣ A, B1, B2, B6, E và H (Fox, 1986). Spirulina cung cấp
21 % thiamin và riboflavin so với nhu cầu hàng ngày. Thành phần vitamin

7


của Spirulina đƣợc liệt kê trong bảng 1.2.
Bảng 1.2. Thành phần vitamin trong Spirulina [28]
Vitamin

Nhu cầu hàng ngày

% so với nhu cầu

cho phép (µg)

hàng ngày cho phép

23000 IU

5000

460

0,31 µg

1,5

21

0,35 µg

1,7

21

1,46 µg

20

7

80 µg

2,0

4

32 µg

6,0

533

1 IU

30

3

Folacin

1 µg

400

0,04

Panthothenic acid

10 µg

10

1

Biotin

0,50 µg

-

-

Inositol

6,40 µg

-

-

Vitamin A

Trên 10g

(β-carotene)
Vitamin B1
(Thiamine)
Vitamin B2
(Riboflavin)
Vitamin B3
(Niacin)
Vitamin B6
(Pyridoxine)
Vitamin B12
(Cyanocobalamine)
Citamine E
(α-tocoferol)

Spirulina giàu sắt và calcium, hỗ trợ tốt cho máu, cho xƣơng và răng.
Lƣợng calcium của Spirulina cao hơn trong sữa. Lƣợng sắt trong Spirulina
cao hơn 12 lần so với trong các loại thực phẩm khác. Thành phần khoáng của

Spirulina đƣợc liệt kê trong bảng 1.3.

8


Bảng 1.3. Thành phần khoáng trong Spirulina [28]
Khoáng

Trên 10
g (µg)

Nhu cầu
hàng ngày
(µg)

% so với nhu
cầu hàng ngày

Calcium

100

1000

10

Iron

15

18

83

Zinc

300

15

2

Phosphorous

90

1000

9

Magnesium

40

400

10

Copper

120

2

6

Sodium

60

2–5

1

Potassium

160

6

3

Manganese

500

3

17

Selenium

2

100

2

Tảo xoắn Spirulina chứa 18 trong số 20 loại amino acid đƣợc biết (Fox,
1986).Thành phần acid amin của tảo Spirulina đƣợc liệt kê trong bảng 1.4.
Bảng 1.4. Thành phần acid amin trong Spirulina [28]
Hàm lƣợng

Acid amin

Hàm lƣợng

thiết yếu

trong 10 g (µg)

Phenylalanine

280

4,5

Glycine

320

5,2

Threonine

320

5,2

Histidine

100

1,6

Tryptophan

90

1,5

Proline

270

4,3

Valine

400

6,5

Serine

320

5,2

Isoleucine

350

5,6

Tyrosine

300

4,8

Leucine

540

8,7

Alanine

470

7,6

Lysine

290

4,7

Arginine

430

6,9

Methionine

140

2,3

Aspartic Acid

610

9,8

Cystine

60

1,0

Glutamic Acid

910

14,6

% tổng

9

Các Acid
amin khác

trong 10 g
(µg)

%
tổng


Các chất màu trong Spirulina: Spirulina có màu xanh lam-lục là do
Spirulina chứa nhiều sắc tố với hàm lƣợng cao nhƣ chlorophyll, phycocyanin,
β-caroten. Các chất màu trong Spirulina đƣợc thể hiện trong bảng 1.5.
Bảng 1.5. Các chất màu trong Spirulina [28]
Chất màu

Màu sắc

Hàm lƣợng
trong 10 g (µg)

%
Spirulina

Phycocyanin

Xanh da trời

1400

14

Chlorophyll

Xanh lá cây

100

1,0

Carotenoids

Màu vàng

47

0,47

cam

1.1.4. Giá trị dinh dưỡng và công dụng của tảo xoắn Spirulina
1.1.4.1.Giá trị dinh dưỡng của tảo xoắn Spirulina
Spirulina còn có tên thƣơng mại là Arthrospira platensis mà đƣợc nuôi
trồng trên thế giới nhƣ một nguồn thực phẩm,chúng rất giàu chất dinh dƣỡng.
Hiện nay đƣợc phổ biến nhƣ là thực phẩm bổ dƣỡng tại US và Europe.
Protein: 55 % - 70 %.
Giàu các vitamin:vitamin A,B1,B2,B3,B6,B12, vitamin C, vitamin D,
vitamin E, folate ,vitamin K, biotin, axit pantothenic, beta carotene - tiền chất
của vitamin A, inositol.
Giàu các chất khoáng: Canxi, mangan, sắt, chromium, photpho, magie,
selen.
Giàu các sắc tố: phycoxyanin, chlorophyll,carotenoid và xanthophyll và
các sắc tố khác.
Các hợp chất hữu cơ: Axit gama linoleic, glycolipid, các
pholysaccharide.

10


Các axit amin: Isoleucine,phenylalanine, leucine, threonine, lysine,
trytophan, methionine, valine, alanine, glycine, arginine, histidine, axit
aspartic,proline, cystine, serine, axit glutamic, tyrosine.
Đặc biệt chúng chứa nhiều axit amine không thay thế mà động vật không
thể tự tổng hợp đƣợc.
Vì vậy Spirulina đƣợc nuôi trồng rất phổ biến trên thế giới,đƣợc sử dụng
vào nhiều vào mục đích khác nhau: Y - Dƣợc , mỹ phẩm,thực phẩm,nông
nghiệp thủy sản và đƣợc coi là thức ăn của con ngƣời trong tƣơng lai [15],

[18].
1.1.4.2.Công dụng của tảo xoắn Spirulina
+Protein chất lƣợng cao
Spirulina là một loại tảo đơn bào nhỏ dạng xoắn ốc, chứa protein cân
b ng hoàn chỉnh và nhiều chất dinh dƣỡng có giá trị.Spirulina chứa khoảng
70 % protein dễ tiêu,lƣợng protein cao hơn bất kỳ lƣợng thực phẩm nào khác.
Ngoài ra thành phần của tảo Spirulina còn chứa 18/22 axit amin,tất cả
những axit amin cần thiết này tạo thành một nguồn thực vật hoàn chỉnh về
protein.Hơn nữa,protein trong Spirulina dễ tiêu hóa hơn so với các nguồn thịt.
Thực vậy,protein thị bò đƣợc ƣớc lƣợng chỉ dễ tiêu 20 %, trong khi
protein Spirulina là 95 %. Spirulina không những là thực phẩm tuyệt vời giúp
cơ thể dễ dàng hấp thụ protein chất lƣợng cao mà còn chứa các men hỗ trợ
quá trình tiêu hóa [13], [18], [19].
+Chất giàu dinh dƣỡng tự nhiên
Nguồn dinh dƣỡng thực phẩm tự nhiên hoàn chỉnh đƣợc tìm thấy trong
thực phẩm này là Spirulina cho ta những điều lợi ích vô tận về sức
khỏe,Spirulina có lƣợng beta-calotene cao - tiền chất của vitamin A gấp 25
lần cà rốt, đây là chất chống oxy hóa mạnh, bảo vệ cơ thể khỏi những tổn hại
cơ bản không giống vitamin A tổng hợp và giàu gan cá, beta-calotene hoàn

11


toàn không độc hại, thậm chí khi sử dụng với số lƣợng lớn.
Spirulina giàu vitamin A đƣợc chuyển hóa cần thiết cho mắt, làn
da,răng, móng, xƣơng và một hệ thống miễn dịch tốt bảo vệ cơ thể.
Spirulina là một nguồn cung cấp vitamin B tuyệt vời, cụ thể là vitamin
B12, quan trọng với ngƣời ăn chay gấp 2 - 6 lần gan bò sống thực phẩm dinh
dƣỡng này cũng chứa vitamin E là nguồn sắt cao và chứa 14 chất khoáng tự
nhiên và nhiều vi lƣợng [14].

+Siêu thực phẩm cho ngƣời ăn kiêng
Spirulina là một trong những thực phẩm giàu chất dinh dƣỡng nhất và
chứa ít chất béo.Nhiều ngƣời nhận thấy r ng sử dụng Spirulina trƣớc bữa ăn
sẽ làm giảm lƣợng thức ăn của họ sẽ làm giảm nhu cầu thèm ăn của họ, cách
này thích hợp cho ngƣời ăn kiêng.Đối với những ngƣời suy dinh dƣỡng, cần
tăng trọng cách tốt nhất là bổ sung Spirulina sau mỗi bữa ăn.Chất dinh dƣỡng
sẽ đƣợc tích lũy lại, giúp ngƣời suy dinh dƣỡng mau chóng hồi phục.Loại siêu
thực phẩm này có thể là một thành phần giá trị của bất kỳ của chƣơng trình
tăng cân hoặc giảm cân sức khỏe nào. Spirulinacũng là nguồn cung cấp
cacbonhydrate phức hợp tuyệt vời, nó chứa glycogen dễ đƣợc cơ thể hấp thụ
và biến đổi nhanh chóng thành năng lƣợng chúng ta cần mỗi ngày [8], [14].
+Hỗ trợ miễn nhiễm tự nhiên
Spirulina chứa đựng nhiều chất dinh dƣỡng cần thiết cho sự miễn nhiễm
tối ƣu nhƣ GLA,beta-carotene và các carotenoid khác.Lƣợng giàu chứa GLA
gấp 3 lần so với dầu cây anh thảo.Nghiên cứu đã tìm ra GLA giúp làm giảm
bệnh huyết áp cao và giảm lƣợng cholesterol trong máu, làm dễ chịu các
trƣờng hợp viêm khớp,các cơn đau tiền kinh nguyệt và các bệnh khác về da.
Spirulina đƣợc nghiên cứu rộng rãi nh m công bố đặc tính tăng cƣờng
miễn nhiễm, các nghiên cứu cho thấy Spirulina có thể làm tăng mức độ kháng
thể và hoạt động đại thực bào, cả hai đều quan trọng đối với một hệ thống

12


miễn nhiễm mạnh mẽ, nó cũng giúp cân b ng hoạt động hệ thống miễn nhiễm
của bạn [8], [14].
+Lọc và giải độc
Còn một lý do khiến cho Spirulinatrở nên rất quan trọng là chúng chứa
diệp lục gấp nhiều lần so với cỏ linh lăng hoặc lúa mì. Chất diệp lục là sắc tố
giúp thực vật có màu xanh và rất trong sạch, với nhiệm vụ là làm sạch hệ

thống kim loại nặng và các độc tố khác trong cơ thể có hại cho sức khỏe.
Những năm qua, nhiều ngƣời mong muốn làm thanh khiết cơ thể đã ăn kiêng
định kì b ng Spirulina [8], [14].
1.2. Hệ vi sinh vật tham gia vào quá trình lên men
Hệ vi sinh vật lên men dịch tảo xoắn Spirulina là một tập đoàn vi sinh
vật cộng sinh bao gồm các vi khuẩn và nấm men.
1.2.1. Vi khuẩn lactic
1.2.1.1.Phân loại khoa học
Giới

Vi khuẩn

Nghành

Firmicutes

Lớp

Bacilli

Loại

Lactobacillales

Họ

Lactobacillaceae

Giống

Lactobacillus

Những vi khuẩn gây lên men sinh axít lactic đƣợc gọi là vi khuẩn
lactic.Vi khuẩn lactic đƣợc đặc trƣng bởi khả năng sinh axít lactic rất mạnh từ
các loại đƣờngkhác nhau, đặc biệt là đƣờng lactose. Hầu hết các vi sinh vật
sinh axít lactic đều thuộc về họ Lactobacillaceae và đƣợc xếp bốn chi:
Streptococcus, Pediococcus,Lactobacillus và Leuconostoc. Chúng có dạng
hình cầu hoặc hình que, Gram dƣơng, không bào tử, không di động. Tuy

13


nhiên, hiện nay ngƣời ta tìm thấy một sốgiống trong họ vi khuẩn lactic có khả
năng tạo bào tử. Vi khuẩn lactic không khử nitrate, phản ứng catalase âm tính,
kỵ khí tuỳ ý, một vài loài kỵ khí sống trong hệ tiêu hoá của con ngƣời [10].
Vi khuẩn lactic là những vi sinh vật có nhu cầu dinh dƣỡng cao. Để sinh
trƣởng bình thƣờng, ngoài nguồn cacbon, chúng cần nitơ, một phần dƣới dạng
cácaxít amin, một số vitamin, các chất sinh trƣởng, và các chất khoáng…
Vi khuẩn lactic có thể tồn tại trong môi trƣờng khô, có thể chịu đƣợc hàm
lƣợng cồn từ 10 – 15 % và có thể chịu đƣợc nồng độ CO2 cao. Chúng đƣợc
tìm thấykhắp nơi trong tự nhiên, dƣới da, trong hệ tiêu hoá…Lactobacillus có
vai trò quan trọng nhất trong lên men lactic.
Lactobacillus là vi khuẩn kỵ khí tuỳ ý, Gram dƣơng. Chúng là những vi
khuẩn có dạng hình que dài, không sinh bào tử, tế bào thƣờng xếp đôi hoặc
thành chuỗi, không di động. Chúng là nhóm chính của vi khuẩn axít lactic,
hầu hết các chủng của chúng biến đổi đƣờng lactose và những đƣờng khác
thành axít lactic. Chúng là vi khuẩn rất phổ biến và thƣờng là lành tính. Ở
ngƣời, chúng có mặt ở âm đạo và ở ruột. Nhiều loài có ở thực vật đang phân
rã. Sự sản xuất axít lactic làm ngăn cản sự phát triển của một vài loài vi khuẩn
có hại khác [2], [10].

1.2.1.2. Nhu cầu dinh dưỡng của vi khuẩn lactic [17]
Các loại vi khuẩn lactic khác nhau thì có nhu cầu dinh dƣỡng khác
nhau. Chúng không chỉ có nhu cầu về các nguồn cơ chất chứa các nguyên tố
cơ bản nhƣ cacbon, nitơ, photphat và lƣu huỳnh mà còn có nhu cầu về một số
chất cần thiết khác nhƣ vitamin, muối vô cơ…
+ Nhu cầu dinh dƣỡng cacbon
Vi khuẩn lactic có thể sử dụng nhiều loại cacbonhydrat từ các
monosaccarit (glucoza, fructoza), các disaccarit (saccaroza, lactoza) cho đến
các polysaccarit (tinh bột, dextrin).

14


Chúng sử dụng nguồn cacbon này để cung cấp năng lƣợng, xây dựng
cấu trúc tế bào và làm cơ chất cho quá trình lên men tổng hợp các acid hữu
cơ.
+ Nhu cầu dinh dƣỡng nitơ
Phần lớn vi khuẩn lactic không tự tổng hợp đƣợc các hợp chất chứa
nitơ. Vì vậy để đảm bảo cho sự sinh trƣởng và phát triển chúng phải sử dụng
các nguồn nitơ có sẵn trong môi trƣờng.
Các nguồn nitơ vi khuẩn lactic có thể sử dụng nhƣ: cao thịt, cao nấm
men, trypton, dịch thủy phân casein từ sữa, pepton…Hiện nay cao nấm men
là nguồn nitơ đƣợc sử dụng nhiều nhất và có hiệu quả nhất. Tuy nhiên ở quy
mô công nghiệp không thể sử dụng nguồn nitơ này vì rất tốn kém.
+ Nhu cầu về vitamin
Vitamin đóng vai trò là các coenzyme trong quá trình trao đổi chất của
tế bào, nên rất cần thiết cho hoạt động sống. Tuy nhiên, đa số các loài vi
khuẩn lactic không có khả năng sinh tổng hợp vitamin. Vì vậy cần bổ sung
vào môi trƣờng các loại vitamin. Các chất chứa vitamin thƣờng sử dụng nhƣ
nƣớc chiết từ khoai tây, ngô, cà rốt…

+ Nhu cầu các hợp chất hữu cơ khác
Ngoài các acid amin và vitamin, vi khuẩn lactic còn cần các hợp chất
hữu cơ khác cho sự phát triển nhƣ các bazơ nitơ hay các acid hữu cơ.
Một số acid hữu cơ có ảnh hƣởng thuận lợi đến tốc độ sinh trƣởng của
vi khuẩn lactic nhƣ acid xitric, acid oleic. Nên hiện nay ngƣời ta sử dụng các
muối xitrat, dẫn xuất của acid oleic làm thành phần môi trƣờng nuôi cấy, phân
lập và bảo quản các chủng vi khuẩn lactic.
Tƣơng tự nhƣ hai acid hữu cơ trên, acid axetic cũng có những tác động
quan trọng đến sự sinh trƣởng của tế bào. Nên ngƣời ta thƣờng sử dụng acid
axetic dƣới dạng các muối axetat để làm chất đệm cho môi trƣờng khi nuôi

15