DSpace at VNU: NGHIÊN CỨU SỰ SINH TRƯỞNG - PHÁT TRIỂN CỦA SPIRULINA PLATENSIS TRÊN GIÁ THỂ BACTERRIAL CELLULOSE

NGHIÊN CỨU SỰ SINH TRƯỞNG - PHÁT TRIỂN CỦA SPIRULINA PLATENSIS
TRÊN GIÁ THỂ BACTERRIAL CELLULOSE

Nguyễn Thế Hưng - Lê Thi ̣Thanh Nhàn
Ở Việt Nam, việc thu sinh khối S. platensis chủ yếu mới chỉ dừng lại ở việc sản xuất thức sinh chăn nuôi
thủy sản.
Bài viết này đưa ra những dẫn liệu về sự sinh trưởng và phát triển của S. platensis trên giá thể
Bacterial cellulose (BC)
Pha tăng trưởng của Spirulina platensis từ ngày nuôi cấy thứ sáu đế n ngày thứ 15. Thời điểm để thu
sinh khố i đạt hiê ̣u quả kinh tế là vào ngày nuôi cấ y thứ 12.
Nhiê ̣t độ tố i ưu cho sự tăng trưởng của tảo là

350C. Sử dụng NaHCO3 (16 g/l – 20 g/l) để tạo môi

trường Zarrouk là thích hợp nhấ t cho S. platensis
Lượng sinh khố i S. platensis thu được trên giá thể BC cao hơn trên môi trường lỏng , trên giá thể có bổ
sung NaHCO3 cao hơn trên giá thể BC không bổ sung NaHCO3.
Không tìm thấ y độc tính trong sinh khố i S. platensis ở hàm lượng 250 mg/kg và 500 mg/kg thể trọng.
Trong sinh khố i S.platensis có N (%) = 9,31 %; Fe = 92,42 mg/100g ; Ca = 21,88 mg/100g, Na =
510,99 mg/100g, K = 871,97 mg/100g, Mg = 9,75 mg/100g

Trên thế giới, Spirulina platensis được biết đến như một loại thực phẩm giàu
dinh dưỡng và là loại dược liệu quí giá[4]. Việc sản xuất các sản phẩm từ sinh khối S.
platensis đã được nhiều quốc gia thực hiện và cung cấp các sản phẩm đa dạng ra thị
trường. Tuy nhiên, ở Việt Nam, việc thu sinh khối S. platensis chủ yếu mới chỉ dừng
lại ở việc sản xuất thức sinh chăn nuôi thủy sản.
Vì vậy, việc nghiên cứu sự sinh trưởng của S. platensis trên một loại giá thể
sạch, sinh khối đảm bào tính an toàn, tinh khiết, nhằm tạo nền tảng cho việc sản xuất
các chế phẩm phục vụ cho con người là một nhu cầu cấp bách.
Bài viết dưới đây đưa ra những dẫn liệu bước đầu về sự sinh trưởng và phát
triển của S. platensis trên giá thể Bacterial cellulose (BC) nhằm tăng hiệu quả kinh tế

của việc nuôi cấy và tạo được sinh khối sạch.


Ths - Trường THPT Tây Sơn, thành phố Đà La ̣t - tỉnh Lâm Đồ ng
1


1. Đối tượng và vật liệu nghiên cứu
Spirulina platensis thuộc Vi khuẩn lam (Cyanobacteria). Theo khóa phân loại
Bergeig (1974), Spirulina platensis thuộc: Chi Spirulina, họ Oscillatoriaceae, bộ
Oscillaloriales (Nostocales), lớp Cyanophytacea (Cyanobacteria), ngành Cyanophyta
(Cyanocholophyta ). Tuy nhiên, theo một số nghiên cứu gần đây, có người lại xếp
chúng vào chi Arthrospira, với tên khoa học là Arthrospira platensis.
Trong công trình nghiên cứu này, chúng tôi sử dụng chủng giống S. platensis do
viện Công nghệ sinh học Hà Nội cung cấp, còn chủng giống Acetobacter xylinum được
cung cáp bởi phòng thí nghiệm Công nghệ sinh học trường Đại học Khoa học tự nhiên
thành phố Hồ Chí Minh.
2. Phương pháp nghiên cứu
2.1. Phương pháp nuôi cấy Spirulina platensis
Pha môi trường Zarrouk được bổ sung agar và không bổ sung agar, phân vào các
ống nghiệm có đường kính 18 mm. Hấp khử trùng ở điều kiện 1210C, 1 atm, trong 30
phút. Dùng que cấy vòng vô trùng lấy một ít dịch nuối cấy, dàn đều trên lớp thạch
Sau 2 ngày lấy phiến kính ra khỏi đĩa petri. Dùng giấy thầm lau mặt đáy phiến
kính. Dùng một lá kính đậy lên mặt thạch. Quan sát hình thái của S.platensis ở độ
phóng đại x10 và x40.
2.2. Nghiên cứu ảnh hưởng của một số yếu tố lên sự sinh trưởng của
Spirulina platensis
Nuôi cấy S. platensis trong môi trường nuôi cấy Zarrouk có thay thế thành phần
muối NaHCO3 bằng muối Na2CO3 và K2CO3.
Cấy 1ml giống S. platensis vào mỗi ống nghiệm có chứa 10ml Zarrouk. Nuôi

cấy S. platensis ở điều kiện nhiệt độ khác nhau
Nuôi cấy S. platensis ở nhiệt độ 350C, với các thời điểm nuôi cấy khác nhau
Nuôi cấy S. platensis ở các môi trường khác nhau về nồng độ NaHCO3 và được
so sánh với đối chứng (nồng độ 16.8g/l) .

2


2.3. Khảo sát sự tạo sinh khối Spirulina platensis trên môi trường lỏng và trên
giá thể Bacterial cellulose trong điều kiện có bổ sung và không bổ sung NaHCO3
Cấy 5ml giống S. platensis trong bình erlen có chứa 50ml môi trường Zarrouk.
Nuôi cấy ở nhiệt độ 35 oC trong 12 ngày
Bổ sung 10ml chủng giống trên mỗi hộp nhựa có đựng BC đã thêm môi trường
Zarrouk trong tủ cấy vô trùng. Nuôi cấy tĩnh ở 32oC trong 12 ngày, chiếu sáng 10
giờ/ngày. Đo pH ban đầu và pH khi thu sinh khối S. platensis.
2.4. Phương pháp tạo giá thể Bacterial cellulose (BC)
Hoạt hoá chủng giống Acetobacteria xylinum bằng cách dùng que cấy vô trùng
lấy một khuẩn lạc từ ống thạch nghiêng sang các ống nghiệm có chứa 5ml môi trường
nhân chủng Acetobacter xylinum. Nuôi cấy lắc ở nhiệt độ 32 oC trong 24 giờ.
Chuyển giống từ môi trường nhân giống cấp II sang các hộp nhựa kích thước
17.5 x 12 x 7 cm để sản xuất BC. Nuôi cấy tĩnh ở nhiệt độ 32 oC
Cấy 5ml giống Acetobacter xylinum lên miếng BC. Nuôi cấy ở nhiệt độ 32 oC
trong 12 ngày. Cân lượng sinh khối khô thu được.
2.5. Thu sinh khối S. platensis trên môi trường nuôi cấy lỏng
Cấy 5ml giống S. platensis trong bình erlen có chứa 50ml môi trường Zarrouk.
Nuôi cấy ở nhiệt độ 35 oC trong 12 ngày
2.6. Nghiên cứu ảnh hưởng của việc bổ sung NaHCO3 vào môi trường nuôi cấy
Bổ sung thường xuyên NaHCO3 vào môi trường nuôi cấy.
Nuôi cấy lắc S. platensis trong bình erlen chứa 50ml môi trường Zarrouk ở nhiệt
độ 35oC trong 24 giờ. Bổ sung 10ml chủng giống trên mỗi hộp nhựa có đựng BC đã

thêm môi trường Zarrouk trong tủ cấy vô trùng.
Nuôi cấy tĩnh ở 32oC trong 12 ngày, chiếu sáng 10 giờ/ngày.
Đo pH ban đầu và pH khi thu sinh khối S. platensis
Xác định hàm lượng các chất trong sinh khối S. platensis: Hàm lượng đạm tổng số
(phương pháp Keljdan), hàm lượng Fe (phương pháp lên màu với sunfo xyanua), hàm
lượng Kali, Natri, Magie, Canxi (phương pháp sắc kí ion).
3


2.7. Kiểm tra độc tính cấp diễn của sinh khối Spirulina platensis
Chọn 5 con chuột nhắt trắng (khoẻ mạnh, không bệnh, lông mượt, nhanh nhẹn),
mỗi con có khối lượng từ 16 - 18g. Cho chuột nhịn ăn từ chiều hôm trước. Bơm thẳng
vào dạ dày chuột 1ml sinh khối S. platensis. Theo dõi chuột sau 24h.
2.8. Phương pháp xử lí kết quả
Các bố trí thí nghiệm được lặp lại 3 lần và sử dụng các phép thử:
Phân tích thống kê ANOVA – 1 yếu tố
3. Kết quả nghiên cứu và thảo luận
3.1. Sự tạo thành giá thể BC sau 7 ngày nuôi cấy
BC tươi khi thu được có độ ngậm nước khá cao. Trong BC có lượng lớn môi
trường lên men và các sản phẩm của quá trình trao đổi chất. Do đó, cần phải tiến hành
xử lí mẫu sau khi thu hoạch, nhằm giữ sạch và loại bỏ hoàn toàn các tạp chất.
3.2. Hình thái tế bào và sự sinh sản của Spirulina platensis
Hình thái của S. platensis trên môi trường Zarrouk có bổ sung agar sau 7 ngày
nuôi cấy: Sợi có kích thước lớn, phân nhánh li ti như rễ cây, có màu xanh lá cây đậm.
Trong môi trường lỏng, dưới kính hiển vi ở độ phóng đại 10x và 40x có thể
quan sát thấy các sợi mọc lơ lửng, đồng nhất, có màu xanh lá cây nhạt. Ở độ phóng đại
10x, S. platensis có dạng xoắn, ngắn, kích thước khoảng 10-20mm. Còn ở độ phóng
đại 40x, tế bào chất có màu đậm hơn, phân biệt rõ các tế bào trong trichome.
Trên tiêu bản buồng ấm, sau 2 ngày nuôi cấy, ở độ phóng đại 40x, có thể thấy
trên trichome có những tế bào necridium chuyên biệt (giữ vai trò khởi đầu cho sự phân

đôi của các trichome) có màu nhạt hơn so với các tế bào khác.
3.3. Ảnh hưởng của môi trường nuôi cấy và các điều kiện khác lên sự sinh
trưởng của S.platensis
 Ảnh hưởng của môi trường nuôi cấy lên sự sinh trưởng của S.platensis
Khi pha môi trường Zarrouk có thay thế thành phần muối NaHCO 3 bằng muối
Na2CO3 và K2CO3, mật độ sinh khối S. platensis có sự biến động.
Sau 12 ngày nuôi cấy, trong môi trường sử dụng dung dịch muối NaHCO 3, S.
4


platensis có mật độ sinh khối cao nhất (2,87mg/l). Ở môi trường dùng muối Na2CO3,
mật độ sinh khối S. platensis giảm (2,374 mg/l). Trong môi trường thay thế muối
NaHCO3 bằng K2CO3, S. platensis có sinh khối giảm mạnh (1,450 mg/l) (Bảng 1)
Bảng 1: Mật độ sinh khối S. platensis trong môi trường Zarrouk, với các loại muối
khác nhau
Mật độ sinh khối Spirulina (mg/l)
Muối

Lần 1

Lần 2

Lần 3

Trung bình

Na2CO3
1,215
2.525
3.382

2,374
K2CO3
1150
1,375
1,820
1,450
NaHCO3
2,725
2,5
2,875
2,7
 Ảnh hưởng của nhiê ̣t độ nuôi cấy lên sự sinh trưởng của S. platensis
Khi nuôi cấy S. platensis trong điều kiện nhiệt độ biến thiên từ nhiệt độ trong
phòng (23 – 25oC) đến 37OC, đã xác định được nhiệt độ thích hợp nhất cho sự phát
triển S. platensis là 35oC - 37oC (Bảng 2).
Bảng 2 Sự phát triển của Spirulina platensis ở các điều kiện nhiệt độ khác nhau
Mật độ sinh khối Spirulina platensis (mg/l)
Nhiệt độ

Lần 1

Lần 2

Lần 3

Trung bình

Nhiệt độ phòng (23 – 250C)

1,365

1,412

1,39

0,389

28 0C

1,745

2,016

2,275

2,012

32 0C

2,32

2,413

2,392

2,375

35 0C

2,706

2,914

2,81

2,810

37 0C

2,512

2,49

2,606

2,536

 Ảnh hưởng của thời gian nuôi cấy lên sự sinh trưởng của S. platensis
Tính từ khi nuôi cấy, S. platensis tăng trưởng từ ngày thứ nhất đến ngày thứ 3.
Từ ngày thứ 6 đến ngày thứ 12, S. platensis tăng trưởng nhanh. Ở ngày, thứ 12, mật
độ sinh khối S. platensis đạt cao nhất (2.524 mg/l). Pha tăng trưởng của S. platensis
được xác định từ ngày nuôi cấy thứ 9 đến ngày 15. Tuy nhiên, để đạt hiệu quả kinh tế,
nên bắt đầu thu sinh khối S. platensis vào ngày thứ 12 (Bảng 3).
5


Bảng 3: Sự sinh trưởng của Spirulina platensis theo thời gian nuôi cấy
Thời gian
(Ngày)
01

03
06
09
12
15


Mật độ sinh khối Spirulina platensis (mg/l)
Lần 1
Lần 2
Lần 3
Trung bình
0,846
1,120
1,055
1,007
1,324
1,432
1,411
1,389
1,817
1,905
1,771
1,831
2,074
1,931
2,040
2,015
2,476
2,605

2,491
2,524
2,514
2,528
2,518
2,520

Ảnh hưởng của nồng độ NaHCO3 lên sự sinh trưởng của S. platensis

Sau 12 ngày nuôi cấy, S. platensis phát triển tốt ở môi trường có nồng độ
NaHCO3 từ 16g/l đến 32g/l. Ở môi trường có nồng độ NaHCO3 dưới 12g/l, S. platensis
phát triển yếu (Mật độ sinh khối 0,982 - 1,872 mg/l).
Mặc dù các nồng độ muối NaHCO3 trong môi trường có độ biến thiên lớn,
nhưng giá trị pH đo được không thay đổi nhiều (pH: 8,0 – 8,6). Điều đó có nghĩa là,
mật độ sinh khối S. platensis thu được là phụ thuộc vào nồng độ NaHCO3. Giá trị pH
của môi trường là do tỉ lệ hai muối HCO3- và CO32- quyết định.
Bảng 4: Ảnh hưởng của nồng độ NaHCO3 đến sự sinh trưởng của S. platensis.
Mật độ sinh khối Spirulina platensis (mg/l)
Trung
Lần 1
Lần 2
Lần 3
pH
bình
0
0,977
0,992
0,977
0,982
8,0

4
1,312
1,246
1,309
1,289
8,0
8
1,831
1,344
1,246
1,507
8,1
12
1,989
1,785
1,842
1,872
8,2
16
2,206
2,403
2,387
2,332
8,3
16,8
2,376
2,42
2,446
2,414
8,3

20
2,238
2,49
2,474
2,326
8,3
24
2,211
2,198
2,191
2,200
8,5
28
2,175
2,065
2,102
2,114
8,6
32
2,088
2,104
2,814
2,002
8,6
 Sự tạo thành số lượng khối của S. platensis trên giá thể Bactenial cellulose
Nồng độ
NaHCO3 (g/l)

6

Hình 1: Sinh khối Spirulina platensis tạo ra trên giá thể BC
Bảng 5 : Kết quả tạo sinh khối Spirulina platensis trên giá thể BC
Nghiệm
thức
I
II
III

Lượng sinh khối Spirulina platensis (mg/l )
Trung
Lần 1
Lần 2
Lần 3
bình
107,36
111,41
119,33
112,7
131,1
126,4
127,7
128,4
88,73
90,7
91,17
90,2

pH môi trường
Khi thu

Ban đầu
sinh khối
8,5
8,6
8,5
9,1
8,5
8,7

Lượng sinh khối S. platensis thu được trên giá thể BC cao hơn trên môi trường
lỏng. Trong 3 nghiệm thức, thì môi trường BC có bổ sung NaHCO3, lượng sinh khối S.
platensis cao nhất (128,4mg/l). Trong môi trường nuôi cấy lỏng, do bề mặt tiếp xúc
với ánh sáng hẹp, nên chỉ có S. platensis nằm gần bề mặt mới có điều kiện tiếp xúc với
ánh sáng để quang hợp. Trên giá thể BC, do có bề mặt rộng, S.platensis có điều kiện
nhận được nhiều ánh sáng hơn để phát triển mạnh. Ngoài ra, giá thể BC có khả năng
giữ nước tốt và thành phần các khoáng chất dinh dưỡng được thấm trong BC đảm bảo
cung cấp các chất dinh dưỡng, cho S. platensis.

7


Hình 2: Sinh khối Spirulina platensis được tạo ra trong môi trường nuôi cấy lỏng
(phải) và đối chứng (trái)
 Hàm lượng Nitơ tổng số có trong sinh khối Spirulina platensis
Sau khi thực hiện phân tích mẫu S.platensis thu được bằng phương pháp Kjedahl.
Ta có: Nitơ toàn phần (g/100g) = (0.0014.n.100) / P
Trong đó, n: Số mol H2SO4 0.1N

P: Trọng lượng mẫu thử (g).

Trọng lượng mẫu thử là 0,1503 g → Nitơ toàn phần (g/100g) = (0.0014.n.100) / P
= (0.0014.0,1.100 )/ 0,1503 = 9,31 %
 Hàm lượng Fe tổng số có trong sinh khối Spirulina platensis:

Hình 3: Biểu đồ hàm lượng Fe trong sinh khối S. platensis
 Hàm lượng Ca, Na, K, Mg tổng số trong sinh khối Spirulina platensis được thống
kê ở Bảng 6
Bảng 6: Hàm lượng Ca, Na, K, Mg tổng số trong sinh khối Spirulina platensis
TT
Chỉ tiêu
Hàm lượng mg/100g
PP thử
1
Natri (Na)
510,99
Sắ c kí ion
2
Kali (K)
871,97
Sắ c kí ion
3
Magie (Mg)
9,75
Sắ c kí ion
4
Calci(Ca)
21,88
Sắ c kí ion
 Kết quả kiểm tra độc tính cấp diễn có trong sinh khối S. platensis.
8

Kiểm tra độc tính cấp diễn có trong sinh khối S. platensis bằng cách bơm
thẳng vào dạ dày chuột 1ml sinh khối S. platensis, theo dõi chuột sau 24h. Kết quả
cho thấy, không tim
̀ thấ y đô ̣c tiń h ở hàm lươ ̣ng 250 mg/kg và 500 mg/kg thể tro ̣ng
trong sinh khố i S. platensis thu đươ ̣c (Bảng 7).
Bảng 7: Kết quả kiểm tra độc tính cấp diễn có trong sinh khối S. platensis.
Liều lượng (mg/kg)

Số chuột sống

Số chuột chết

250

5

0

500

5

0

Kết luận
1) Khoảng thời gian Spirulina platensis đa ̣t pha tăng trưởng từ ngày thứ sáu đế n
ngày thứ 15. Thời điể m để thu sinh khố i đa ̣t hiê ̣u quả kinh tế là vào ngày nuôi cấy thứ
12. Nhiê ̣t đô ̣ tố i ưu cho sự tăng trưởng của tảo là 350C.

NaHCO3 dùng pha môi trường Zarrouk là thić h hơ ̣p nhấ t cho sự sinh trưởng của
S. platensis, với nồ ng đô ̣ từ 16 g/l – 20 g/l.
Lươ ̣ng sinh khố i S. platensis thu đươ ̣c trên giá thể BC cao hơn trên môi trường
lỏng, trên giá thể có bổ sung NaHCO

3

cao hơn trên giá thể BC không bổ sung

NaHCO3.
2) Không tìm thấ y đô ̣c tính ở hàm lươ ̣ng 250 mg/kg và 500 mg/kg thể tro ̣ng trong
sinh khố i S. platensis thu đươ ̣c.
- Hàm lượng đạm tổng số có trong sinh khố i S.platensis là 9,31 %
- Hàm lượng các chất khoáng Fe; Ca; Na; K; Mg tương ứng có trong sinh khối S.
platensis là 92,42; 21,88; 510,99; 871,97; 9,75 (mg/100g)
Tài liệu tham khảo
1. Nguyễn Hữu Thước (1988), Tảo Spirulina nguồn dinh dưỡng và dược liệu quý,
NXB Khoa học và Kỹ thuật, H.
2. Nguyễn Thúy Hương, Phạm Thành Hổ (2003), ―Chọn lọc dòng Acetorbacter
xylinum thich hợp cho các loại môi trường dùng trong sản xuất cellulose vi khuẩn”,
Tạp chí di truyền và ứng dụng, số 3,Tr. 49.
9


3. Bonnin G., 1991. — The development of Micro-Algae (Spirulina) Production in
Bangladesh. — Terminal statement prepared for the Ministry of Edu­cation.
Sciences and Technology of the People's Republic of Bangladesh.
4. US6698134 : Method of cultivating fresh spirulina at home and device thereof –
Phương pháp nuôi cấy tảo Spirulina tại nhà và dụng cụ.
Summary

RESEARCH ON THE GROWTH AND DEVELOPMENT OF SPIRULINA PLATENNIS ON
THE BACTERIAL CELLULOSE
In Vietnam, collecting the biomass of S. platennis mainly stop at producing food used for
marine animals.
This paper offers some details about the growth and developmant of S. platennis on Bacterial
Cellulose (BC).
Growth phase of S. platennis is between the sixth and fifteenth day of feeding. The time for
effective collection of biomass is the twelfth day.
The ideal temperature for the growth of Algae is 35oC. Using NaHCO3 (16g/l – 20g/l) for
creating the Zarrouk environment is most suitable for S. platennis.
The biomass of S. platennis collected on BC is higher than that on liquid environment, on
NaHCO3-complemented host higher than on non-NaHCO3 environment.
No toxication was found in case of 250mg and 500mg of S. platennis collected per 1kg of host.
In the biomass of S.platennis we found the percentage of N is 9,31 %; Fe = 92,42 mg/100g ;
Ca = 21,88 mg/100g, Na = 510,99 mg/100g, K = 871,97 mg/100g, Mg = 9,75 mg/100g

Keywords: Cyanobacteria, Spirulina platensis, biomass, Bacterial Cellulose

10