Ảnh hưởng của điều kiện môi trường tới quá trình lên men lactic tạo đồ uống từ dịch tảo xoắn arthrospira platensis (spirulina)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI 2
--------------------

LƯƠNG THỊ HỒNG NHUNG

ẢNH HƯỞNG CỦA ĐIỀU KIỆN MÔI TRƯỜNG TỚI
QUÁ TRÌNH LÊN MEN LACTIC TẠO ĐỒ UỐNG
TỪ DỊCH TẢO XOẮN ARTHROSPIRA PLATENSIS (SPIRULINA)

LUẬN VĂN THẠC SĨ SINH THÁI HỌC

HÀ NỘI, 2017


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI 2
--------------------

LƯƠNG THỊ HỒNG NHUNG

ẢNH HƯỞNG CỦA ĐIỀU KIỆN MÔI TRƯỜNG TỚI
QUÁ TRÌNH LÊN MEN LACTIC TẠO ĐỒ UỐNG
TỪ DỊCH TẢO XOẮN ARTHROSPIRA PLATENSIS (SPIRULINA)

Chuyên ngành: Sinh thái học
Mã số: 60 42 01 20

LUẬN VĂN THẠC SĨ SINH THÁI HỌC

Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS. Đinh Thị Kim Nhung

HÀ NỘI, 2017


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan rằng số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn này là
trung thực và không trùng lặp với các đề tài khác. Tôi cũng xin cam đoan rằng mọi
sự gi p đ cho việc thực hiện luận văn này đã được cảm ơn và các thông tin trích
dẫn trong luận văn đã được chỉ rõ nguồn gốc.
Tác giả

Lương Thị Hồng Nhung


LỜI CẢM ƠN
Trong thời gian thực hiện đề tài, tôi đã nhận được nhiều sự gi p đ , chỉ bảo
và đóng góp ý kiến quý báu từ các thầy cô giáo, gia đình, bạn bè. Đặc biệt, tôi xin
bày tỏ lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc tới PGS.TS. Đinh Thị Kim Nhung,
người trực tiếp hướng dẫn, chỉ bảo tận tình và đồng hành gi p đ tôi trong suốt
quá trình học tập và nghiên cứu đề tài.
Tôi xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu trường Đại học Sư phạm Hà Nội
2. Tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới các thầy, cô giáo trong Bộ môn Vi sinh, khoa
Sinh học - Kĩ thuật nông nghiệp, trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2 đã quan tâm,
tạo điều kiện và gi p đ tôi trong suốt thời gian học tập, nghiên cứu và hoàn thành
đề tài này.
Tôi xin cảm ơn tất cả các anh, chị và các bạn đang nghiên cứu, học tập tại
phòng thí nghiệm Bộ môn Vi sinh, khoa Sinh học - Kĩ thuật nông nghiệp, trường
Đại học Sư phạm Hà Nội 2 đã gi p đ và có ý kiến đóng góp cho tôi trong thời gian
qua.
Tôi xin được bày tỏ lòng biết ơn và yêu thương tới gia đình, bạn bè đã luôn

động viên, khích lệ và tạo mọi điều kiện cho tôi trong quá trình thực hiện đề tài.
Trong quá trình thực hiện không thể tránh khỏi những thiếu sót, tôi kính
mong thầy cô giáo và các bạn đóng góp ý kiến để đề tài được hoàn thiện hơn.
Tôi xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, ngày 15 tháng 11 năm 2017
Học viên

Lương Thị Hồng Nhung


MỤC LỤC
MỞ ĐẦU................................................................................................................................................ 1
1. Lý do đề tài ............................................................................................................1
2. Mục đích nghiên cứu.............................................................................................2
3. Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn ................................................................2
3.1. Ý nghĩa khoa học ..................................................................................................2
3.2. Ý nghĩa thực tiễn ..................................................................................................2
4. Điểm mới của đề tài...............................................................................................3
5. Bố cục luận văn......................................................................................................3
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU .......................................................................................
4
1.1. Tổng quan về tảo xoắn Spirulina ......................................................................4
1.1.1. Lịch sử nghiên cứu tảo xoắn Spirulina.......................................................4
1.1.2. Đặc điểm phân loại của tảo xoắn Spirulina ................................................4
1.1.3. Đặc điểm hình thái, cấu tạo của tảo Spirulina ............................................5
1.1.4. Chu kỳ sinh trưởng và sinh sản của tảo xoắn Spirulina .............................6
1.1.5. Đặc điểm dinh dư ng của tảo xoắn Spirulina ............................................7
1.2. Tổng quan nghiên cứu và ứng dụng tảo Spirulina .........................................7
1.2.1. Tình hình nghiên cứu và ứng dụng tảo Spirulina trên thế giới ..................7
1.2.2. Tình hình nghiên cứu và ứng dụng tảo Spirulina ở trong nước .................9

1.3. Tổng quan về nước đồ uống giải khát ..............................................................9
1.3.1. Sơ lược về vi khuẩn lactic trong đồ uống giải khát....................................9
1.3.2. Sơ lược về sản phẩm đồ uống giải khát ...................................................11
CHƯƠNG 2. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN
CỨU..................................15
2.1. Đối tượng nghiên cứu.......................................................................................15
2.1.1. Vật liệu chính ...........................................................................................15
2.1.2. Hoá chất và thiết bị...................................................................................15
2.1.3. Môi trường................................................................................................15
2.2. Phạm vi nghiên nghiên cứu .............................................................................16
2.3. Thời gian nghiên cứu .......................................................................................16


2.4. Nội dung nghiên cứu ........................................................................................16
2.5. Phương pháp nghiên cứu.................................................................................16
2.5.1. Phương pháp vi sinh .................................................................................16
2.5.2. Phương pháp hóa sinh ..............................................................................19
2.5.3. Phương pháp nghiên cứu ảnh hưởng của điều kiện môi trường đến quá
trình lên men.......................................................................................................20
2.5.4. Phương pháp cảm quan ............................................................................21
2.5.5. Phương pháp toán học ..............................................................................22
CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN
..............................................23
3.1. Phân lập và tuyển chọn các chủng vi sinh vật tiềm năng có khả năng lên
men lactic tạo đồ uống từ dịch tảo xoắn Spirulina...............................................23
3.1.1. Phân lập chủng vi khuẩn lactic có khả năng lên men lactic trong môi
trường bổ sung tảo xoắn Spirulina .....................................................................23
3.1.2. Tuyển chọn chủng vi khuẩn lactic có khả năng lên men lactic trong môi
trường bổ sung tảo xoắn Spirulina .....................................................................31
3.2. Động thái sinh trưởng của chủng vi khuẩn Lactobacillus Q18.....................33

3.3. Ảnh hưởng của điều kiện môi trường tới quá trình lên men lactic tạo đồ
uống từ dịch tảo xoắn Spirulina.............................................................................35
3.3.1. Ảnh hưởng của thời gian lên men ............................................................36
3.3.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ ...........................................................................40
3.3.3. Ảnh hưởng của độ pH ..............................................................................43
3.3.4. Ảnh hưởng của hàm lượng giống Lactobacillus Q18 bổ sung ..................45
KẾT LUẬN VÀ KIẾN
NGHỊ........................................................................................................49
TÀI LIỆU THAM KHẢO
..............................................................................................................49


DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
ATP

: Adenozin triphotphat

GLA

: Axit Gamma-Linolenic

MT

: Môi trường

TB

: Tế bào

TCVN

: Tiêu chuẩn Việt Nam

cs

: Cộng sự

CFU

: Colony Forming Unit (đơn vị hình thành khuẩn lạc )

g/l

: gam trên lít

UV

: Ultraviolet

OD

: Optical density

Spirulina

: Arthrospira platensis

VSV

: Vi sinh vật.

DANH MỤC BẢNG
Bảng 3.1. Đặc điểm đặc trưng của chủng vi khuẩn chi
Lactobacillus..........................................24
Bảng 3.2. Đặc điểm hình thái và kích thước của vi khuẩn lactic trong các mẫu phân
lập.........25
Bảng 3.3. Kiểm tra hoạt tính catalase của các chủng vi khuẩn
lactic............................................27
Bảng 3.4. Khả năng sinh acid lactic của các chủng vi khuẩn lactic
..............................................28
Bảng 3.5. Kết quả nhuộm bào tử của các chủng vi khuẩn lactic
...................................................29
Bảng 3.6. Kết quả nhuộn kháng acid các chủng vi khuẩn lactic
...................................................29
Bảng 3.7. Kết quả nghiên cứu một số đặc điểm sinh lý, hóa sinh của vi khuẩn lactic
thuộc
Lactobacillus.................................................................................................................30
Bảng 3.8. Kích thước vòng phân giải của các chủng Lactobacillus có đường kính lớn
hơn
1cm.................................................................................................................................32
Bảng 3.9. Quá trình sinh trưởng của chủng Lactobacillus Q18 (x10
TB/ml)..............................34

6

Bảng 3.10. Khảo sát nồng độ pH theo thời gian lên men
...............................................................37
Bảng 3.11. Khảo sát hàm lượng đường sót theo thời gian lên
men(g/l).......................................37

Bảng 3.12. Khảo sát hàm lượng acid sinh ra theo thời gian lên men (g/l)
...................................37
Bảng 3.13. Khảo sát hàm lượng ethanol theo thời gian lên men
(%V)........................................38


DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1. Tảo xoắn Spirulina dưới kính hiển vi.................................................................................
5
Hình 3.1. Dịch lên men từ bột tảo xoắn
............................................................................................23
Hình 3.2. Chủng vi khuẩn có catalase dương tính
...........................................................................27
Hình 3.3. Chủng vi khuẩn có catalase âm tính
.................................................................................27
Hình 3.4. Chủng vi khuẩn không sinh acid lactic
............................................................................28
Hình 3.5. Chủng vi khuẩn sinh acid lactic
.......................................................................................28
Hình 3.6. Chủng vi khuẩn sinh bào
tử..............................................................................................29
Hình 3.7. Chủng vi khuẩn không sinh bào
tử...................................................................................29
Hình 3.8. Chủng vi khuẩn không kháng
acid...................................................................................30
Hình 3.9. Chủng vi khuẩn kháng acid
...............................................................................................30
Hình 3.10. Vòng phân giải CaCO3 của chủng Lactobacillus Q18
.................................................32

DANH MỤC BIỂU ĐỒ, ĐỒ THỊ
Đồ thị 3.1: Đồ thị biểu diễn sự biến thiên số lượng tế bào vi khuẩn Lactobacillus Q18
theo thời gian lên
men..................................................................................................36
Đồ thị 3.2. Đồ thị biểu diễn sự biến thiên pH trung bình ở các ngư ng nhiệt độ khác
nhau.....40
Đồ thị 3.4. Đồ thị biểu diễn sự biến thiên trung bình acid tổng số ở các ngư ng nhiệt độ
khác nhau.......................................................................................................................41
Đồ thị 3.5. Đồ thị biểu diễn sự biến thiên số lượng tế bào trung bình ở các mức nhiệt độ
khác nhau.......................................................................................................................42
Đồ thị 3.6. Đồ thị biểu diễn sự biến thiên acid tổng số ở các độ pH khác nhau
..........................43
Đồ thị 3.7. Đồ thị biểu diễn sự biến thiên hàm lượng đường sót ở các độ pH khác
nhau..........43
Đồ thị 3.8. Đồ thị biểu diễn sự biến thiên số lượng tế bào ở các độ pH khác
nhau.....................44
Đồ thị 3.9. Đồ thị biểu diễn sự biến thiên pH ở các hàm lượng giống bổ sung khác
nhau........45
Đồ thị 3.10. Đồ thị biểu diễn sự biến thiên acid tổng số ở các hàm lượng giống bổ sung
khác nhau.......................................................................................................................46
Đồ thị 3.11. Đồ thị biểu diễn sự biến thiên hàm lượng ethanol ở các hàm lượng giống
bổ
sung khác nhau
.............................................................................................................46
Đồ thị 3.12. Sự biến thiên của hàm lượng đường sót ở các hàm lượng giống bổ sung
khác
nhau ................................................................................................................................4
6

MỞ ĐẦU
1. Lý do đề
tài
Ngày nay, cùng với sự phát triển của khoa học và công nghệ, con người
không ngừng nâng cao chất lượng, đa dạng hóa các sản phẩm thực phẩm theo
hướng phát triển bền vững, thân thiện với môi trường bằng việc tạo ra những sản
phẩm thiên nhiên có giá trị dinh dư ng và giá trị sinh học cao, đáp ứng yêu cầu vừa
là thức ăn, vừa là dược phẩm chữa bệnh. Tảo xoắn Arthrospira platensis (Spirulina)
chính là một trong những lựa chọn hàng đầu để từng bước giải quyết những mong
mỏi đó. Tảo xoắn Arthrospira platensis (Spirulina) một loài vi khuẩn lam có dạng
sợi xoắn, là một loại thực phẩm dinh dư ng đặc biệt chứa nhiều hoạt chất sinh học
có tác dụng tốt cho sức khỏe con người. Với hàm lượng protein trong thành phần
chiếm tới 60 - 70% trọng lượng khô, có nhiều axit amin đặc biệt là các axit amin
không thay thế, giàu các vitamin như vitamin A, E, B complex,... giàu các chất
khoáng, các sắc tố, giàu axit gamma - linolenic thiết yếu và chất xơ, chứa nhiều chất
chống lão hóa (để bảo vệ tế bào) quan trọng như phycocyanin, chlorophyll và
carotenoid... và nhiều chất có hoạt tính sinh học khác đã cho thấy tảo Spirulina đang
trở thành nguồn dinh dư ng quý giá cần được nghiên cứu và ứng dụng [32,39].
Tảo Spirulina đã được nghiên cứu từ nhiều năm nay. Các sản phẩm làm từ
tảo Spirulina đang góp phần to lớn vào việc giảm tỉ lệ suy dinh dư ng trẻ em các
nước nghèo và đang phát triển. Bên cạnh đó, tảo Spirulina cũng là nguồn nguyên
liệu để sản xuất các loại thuốc và thực phẩm chức năng cho con người.
Ở Việt Nam, sản phẩm từ tảo xoắn chủ yếu được biết đến dưới dạng dược
phẩm. Trong những năm 1985 -1995 đã có những nghiên cứu thuộc lĩnh vực công
nghệ sinh học cấp nhà nước như nghiên cứu của Nguyễn Hữu Thước và cộng sự Viện Công nghệ Sinh học thuộc Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam với đề tài
“Công nghiệp nuôi trồng và sử dụng Tảo Spirulina”. Hay đề tài cấp thành phố của
Bác sĩ Nguyễn Thị Kim Hưng - TP Hồ Chí Minh và cộng sự với đề tài “ Nghiên cứu
sản xuất và sử dụng thức ăn có tảo Spirulina trong dinh dưỡng điều trị ” [17,20].

1


Nhận thấy, việc nghiên cứu và tạo nên các sản phẩm từ tảo Spirulina đã được
tiến hành ở trong nước khá nhiều nhưng chủ yếu về các chế phẩm dược phẩm, thức
ăn dinh dư ng bổ sung tảo là chính còn nghiên cứu tạo đồ uống giải khát từ dịch tảo
Spirulina thì có rất ít công trình nghiên cứu. Đặc biệt là nghiên cứu về môi trường
lên men bước đầu tạo sản phẩm giải khát từ tảo xoắn Spirulina mới có của Hà Ánh
Ngọc (2016) ở đề tài “Nghiên cứu phân lập và khả năng lên men của một số chủng
vi sinh vật trong môi trường có bổ sung tảo xoắn Spirulina” với kết quả thu được
15 chủng vi khuẩn lactic, trong đó có 9 chủng thuộc Lactobacillus, 3 chủng nấm
men Saccharomyces cerevisiae, 6 chủng thuộc Acetobacter và điều kiện môi trường
đường saccharose 100(g/l); tảo xoắn Spirulina 9(g/l); KH2PO4 0,1% ; MgSO4.7H2O
o
0,06%; pH = 4 và nhiệt độ 30 C [5]. Kết quả của Hà Ánh Ngọc đã khá cụ thể nhưng
mới là bước đầu nghiên cứu về phân lập các chủng vi khuẩn, môi trường dinh
dư ng nên để tiếp nối, đi sâu và nâng cao chất lượng đồ uống giải khát từ dịch tảo
xoắn tôi sử dụng các nghiên cứu về môi trường dinh dư ng làm môi trường cơ bản
để đi sâu nghiên cứu về ảnh hưởng của điều kiện môi trường tới quá trình lên men
lactic từ dịch tảo xoắn để góp phần đưa nguồn dược liệu này tới người tiêu dùng
một cách giá trị nhất, tôi tiến hành thực hiện đề tài:“Ảnh hưởng của điều kiện môi
trường tới quá trình lên men lactic tạo đồ uống từ dịch tảo xoắn Arthrospira
platensis (Spirulina)”.
2. Mục đích nghiên
cứu
Khảo sát ảnh hưởng của điều kiện môi trường tới quá trình lên men lactic tạo
chế phẩm đồ uống giải khát từ dịch tảo xoắn Spirulina.
3. Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực
tiễn

3.1. Ý nghĩa khoa
học
Đóng góp chủng vi sinh vật tối ưu có khả năng lên men lactic tạo đồ uống từ
dịch tảo xoắn Spirulina và xác định thêm những điều kiện môi trường thích hợp cho
quá trình lên men lactic tạo đồ uống từ tảo xoắn Spirulina.
3.2. Ý nghĩa thực
tiễn
Kết quả nghiên cứu của đề tài làm cơ sở khoa học cho nghiên cứu và phát
triển đồ uống từ dịch tảo Spirulina tạo ra mặt hàng mới từ nguồn nhiên liệu tảo xoắn


Spirulina, làm phong ph đa dạng các mặt hàng nước giải khát có nguồn gốc thiên
nhiên trên thị trường, đáp ứng được nhu cầu ngày càng cao của con người.


4. Điểm mới của đề tài
Phân lập, tuyển chọn được chủng vi khuẩn Lactobacillus Q18 thích hợp cho
lên men lactic tạo đồ uống từ dịch tảo xoắn.
Xác định điều kiện môi trường thích hợp cho chủng vi khuẩn Lactobacillus
o

Q18 lên men lactic tạo đồ uống từ dịch tảo xoắn Spirulina: nhiệt độ 34 ± 1 C, hàm
lượng giống bổ sung 10% tính theo V, pH = 4,5 - 5, thời gian lên men 4 ngày
5. Bố cục luận văn
Luận văn gồm 49 trang nội dung, Bảng 13, Hình 10, Đồ thị, biểu đồ 12 (chưa
kể phần tài liệu tham khảo và phụ lục) chia thành các phần chính như sau: Mở đầu
(3 trang), Tổng quan tài liệu (11 trang), Vật liệu và Phương pháp nghiên cứu (8
trang), Kết quả và thảo luận (26 trang), Kết luận và Kiến nghị (1 trang). Tài liệu
tham khảo: 54 tài liệu.

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU
1.1. Tổng quan về tảo xoắn Spirulina
1.1.1. Lịch sử nghiên cứu tảo xoắn Spirulina
Tảo Spirulina do nhà tảo học Turpin ex Gomont phân lập được từ nguồn
nước tự nhiên vào năm 1892. Và sau này, tiến sĩ Clement người Pháp tình cờ phát
hiện vào những năm 1960 khi đến hồ Tchad ở Trung Phi. Nhà khoa học này không
khỏi kinh ngạc khi vùng đất cằn cỗi, đói kém quanh năm nhưng những thổ dân ở
đây rất cường tráng và khỏe. Khi Clement tìm hiểu về thức ăn của họ, bà phát hiện
trong mùa không săn bắn, họ chỉ dùng một loại bánh màu xanh mà nguyên liệu
chính là thứ họ vớt lên từ hồ. Qua phân tích, bà phát hiện ra loại bánh có tên Dihe
này chính là tảo Spirulina và 1963, đã thành công việc nuôi Spirulina ở quy mô
công nghiệp. Đến năm 1973, Tổ chức Lương nông quốc tế (FAO) và Tổ chức Y tế
thế giới (FAO) đã chính thức công nhận tảo Spirulina là nguồn dinh dư ng và dược
liệu quý, đặc biệt trong chống suy dinh dư ng và chống lão hóa [10,11,33].
Tảo xoắn Spirulina hay tảo lam, còn gọi là vi khuẩn lam theo tiếng Hi Lạp
thì cyanos-blue là một ngành vi khuẩn mà có khả năng hấp thu năng lượng qua quá
trình quang hợp. Tảo xoắn Spirulina là vi khuẩn lam dạng sợi thuộc ngành vi khuẩn
lam hay tảo lam [18,19].
Do hình thái “lò so xoắn” dễ nhận biết qua kính hiển vi, người ta cũng
thường gọi tảo này là “tảo xoắn”. Tảo Spirulina vẫn tiếp tục được nghiên cứu sử
dụng như thức ăn - vị thuốc nhân loại trong tương lai do khả năng phát triển cực kỳ
nhanh của một vi sinh vật đơn bào [18,19].
1.1.2. Đặc điểm phân loại của tảo xoắn Spirulina
Đây là một loại vi sinh vật có hình xoắn sống trong nước mà người ta quen
gọi là Tảo xoắn với tên khoa học là Spirulina platensis. Thực ra đây không phải là
một sinh vật thuộc Tảo (Algae) vì Tảo thuộc nhóm Sinh vật có nhân thật
(Eukaryotes). Spirulina thuộc Vi khuẩn lam (Cyanobacteria), chúng thuộc nhóm
sinh vật có nhân sơ hay nhân nguyên thủy (Prokaryotes). Những nghiên cứu mới
nhất lại cho biết ch ng 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 [18,19,32].
1.1.3. Đặc điểm hình thái, cấu tạo của tảo Spirulina

Hình 1.1. Tảo xoắn Spirulina dưới kính hiển vi
(Nguồn: www.spirulinasource.com)
Tảo Spirulina là một loài vi tảo có dạng xoắn hình lò so, màu xanh lam với
kích thước khoảng 0,25mm. Sống trong môi trường nước giàu bicarbonat (HCO3)
độ kiềm cao (pH từ 8,5-11). Quan sát dưới kính hiển vi điện tử cho thấy Spirulina
có dạng lông, cấu tạo đơn bào, có lớp vỏ capsule, thành tế bào có nhiều lớp, có cơ
quan quang hợp hoặc hệ phiến thylakoid, riboxom và những sợi ADN nhỏ. Capsule
có cấu trúc sợi nhỏ và bao quanh là một lớp sợi khác bảo vệ cho chúng [18,19].
Thành tế bào của Spirulina có cấu tạo gồm 4 lớp, xếp theo thứ tự từ bên
trong ra ngoài là: LI, LII, LIII và LIV. Các lớp này đều rất mỏng, ngoại trừ lớp 2
được cấu tạo từ peptidoglycan, chất này giữ cho thành tế bào cứng chắc. Lớp 1 chứa
β- 1,2-glucan, một chất khó tiêu hoá đối với con người. Tuy nhiên, lớp này chiếm tỉ
lệ thấp (<1%), độ dày nhất của nó là 12nm, còn các protein và các lipo-polysaccarit
tự nhiên của lớp thứ hai là lý do cho sự tiêu hóa tảo Spirulina rất dễ dàng của con
người [18,19]. Phycobilisome là nơi chứa phycocyanin (có sắc tố xanh). Riboxom
và các sợi ADN nằm ở vùng trung tâm.
Spirulina chứa nhiều tổ chức ngoại vi kết hợp với thylakoid, chúng là các hạt
cyanophycin, thể polyhedral, các hạt poliglucan, hạt lipid, các hạt poliphotphat. Các
hạt cyanophycin, hay còn gọi là các hạt dự trữ, có vai trò quan trọng do các hợp chất
hoá học tự nhiên của chúng và các nhóm sắc tố của chúng. Thể polyhedral hay
carboxysome cho


phép cố định CO2 trong hệ thống quang hợp và có thể mang ra một cơ quan dự trữ.

Các hạt polyglucan hoặc glycogen hoặc hạt α là những polyme glucose, nhỏ, tròn và
khuếch tán rộng trong thylacoidal. Các hạt lipid, hạt β hoặc hạt osmophile từ cơ
quan dự trữ, được cấu tạo bởi poly-β hydroxybutyrate, chỉ tìm thấy ở trong các tế
bào prokaryote, ch ng được coi như là những chất dự trữ năng lượng [7,10,11].
1.1.4. Chu kỳ sinh trưởng và sinh sản của tảo xoắn Spirulina
* Chu kỳ sinh trưởng của tảo xoắn Spirulina
Sự sinh trưởng của tảo được diễn tả bằng sự phân chia tế bào. Khi có chế độ
dinh dư ng và điều kiện môi trường thích hợp thì tảo trải qua ít nhất các pha sau:
+ Pha chậm: sự vô hiệu hóa các enzyme và giảm tốc độ trao đổi chất của tảo
giống, tế bào gia tăng kích thước mà không có sự phân chia; một số yếu tố khuếch
tán được 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 trường, hay do cấy tảo vào môi trường có chứa một vài chất có nồng độ
quá cao.
+ Pha tăng trưởng: là giai đoạn mà tế bào phân chia rất nhanh và liên tục.
Tốc độ tăng trưởng trong giai đoạn này tùy thuộc vào kích thước tế bào, cường độ
ánh sáng, nhiệt độ.
+ Pha tăng trưởng chậm: khi có vài nhân tố xuất hiện nhờ sự giảm sút của
yếu tố dinh dư ng 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 trưởng của tảo bị ức chế, đây là giai đoạn đầu của pha
tăng trưởng chậm. Tuy nhiên, pha này diễn ra rất nhanh với sự cân bằng được tạo ra
giữa tốc độ tăng trưởng và các nhân tố giới hạn, nó được xem là pha quân bình.
+ Pha suy tàn : Khi các chất dinh dư ng trở nên cạn kiệt không đủ cung cấp
cho sự sinh trưởng và trao đổi chất đến mức trở nên độc hại, tảo sẽ bị suy tàn gọi là
pha chết [10,11].
* Chu kỳ sinh sản của tảo xoắn Spirulina
Trong chu kỳ sống, khi đến giai đoạn sinh sản chuỗi xoắn bị v ra tạo thành
nhiều đoạn tảo nhờ sự hình thành của những tế bào đặc biệt gọi là tế bào mắt xích.

Các đoạn xoắn nhỏ ở mắt xích sẽ hình thành chuỗi ngắn có khả năng trượt 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 lượng 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 được dài hơn và có dạng xoắn đặc thù [10,11].
1.1.5. Đặc điểm dinh dưỡng của tảo xoắn Spirulina
Spirulina hay tên khoa học là Arthrospira platensis mà được nuôi trồng trên
thế giới như một nguồn thực phẩm, chúng rất giàu chất dinh dư ng. Hiện nay được
phổ biến như là thực phẩm bổ dư ng 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 ,xanthophyll và các
sắc tố khác.
Các hơp chất hữu cơ: Axit gama linoleic, glycolipid, các pholysaccharide.
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 được [10,11,39].
1.2. Tổng quan nghiên cứu và ứng dụng tảo
Spirulina
1.2.1. Tình hình nghiên cứu và ứng dụng tảo Spirulina trên thế giới
Năm 1973, Tổ chức Nông Lương quốc tế và Tổ chức Y tế thế giới đã chính
thức công nhận Spirulina là nguồn dinh dư ng và dược liệu quý, đặc biệt trong
chống suy dinh dư ng và chống lão hóa. Đáng lưu ý trước hết là công trình nghiên
cứu phòng chống ung thư gây ra bởi tia phóng xạ hạt nhân cho các nạn nhân của sự
cố Nhà máy Điện hạt nhân Chernobul đã thu được kết quả rất tốt khi điều trị bằng

Spirulina nguyên chất. Kết quả này đã được biểu dương tại hội nghị quốc tế về tảo


năm 1998 ở cộng hòa Czech [10,32]. Tại Ấn Độ, một nghiên cứu năm 1995 đã
chứng tỏ với liều dùng 1g Spirulina/ngày, có tác dụng trị ung thư ở những bệnh
nhân ung thư do thói quen nhai trầu thuốc. Ở Nhật, Hiroshi Nakamura cùng
Christopher Hill thuộc Liên đoàn vi tảo quốc tế cùng một số nhà khoa học bắt đầu
nghiên cứu Spirulina từ năm 1968 [10,32]. Cũng ở Nhật, đã có một số đề tài nghiên
cứu chống HIV/AIDS sử dụng Spirulina. Gần đây, việc phát hiện và đưa vào sử
dụng một số chất có hoạt tính sinh học ở Spirulina đã góp phần không nhỏ th c đẩy
quá trình nghiên cứu, sản xuất cũng như ứng dụng có hiệu quả sinh khối tảo này.
Năm 1994, người Nga đã cấp bằng sáng chế cho Spirulina như một loại thực
dược giúp làm giảm các phản ứng do các bệnh nhiễm xạ gây ra [32].
Đến nay, tảo Spirulina đã và đang được ứng dụng trong rất nhiều lĩnh vực
nghiên cứu cũng như trong cuộc sống.
+ Nghiên cứu ứng dụng tảo Spirulina trong mỹ phẩm: Dịch chiết từ tảo còn
được sử dụng trong một số sản phẩm như thuốc đắp, thuốc làm mặt nạ, kem hoặc để
dùng tắm trong liệu pháp biển [51].
+ Nghiên cứu ứng dụng Spirulina trong thực phẩm [39]: Từ những năm
1970, ở Nhật Bản và ở Mỹ, tảo Spirulina đã được xem là một loại siêu thực phẩm.
Hiện tại, có 2 loại thực phẩm Spirulina: Loại thứ nhất là các viên và dạng con nhộng
được làm từ bột Spirulina, loại thứ 2 là thực phẩm chứa Spirulina và các thành phần
khác. Ví dụ như mì sợi bổ sung Spirulina, trà xanh bổ sung Spirulina
+ Nghiên cứu ứng dụng tảo trong y học: Các yếu tố cấu tạo nên Spirulina
gồm 75% là chất hữu cơ và 25% là khoáng chất [11]. Vì thế tảo chứa các chất căn
bản trong việc trị liệu. Các đặc tính trị bệnh của tảo rất nhiều như tái bổ sung nước,
muối khoáng và dinh dư ng cho cơ thể. Ngoài ra, tảo được sử dụng làm thuốc cầm
máu và sát trùng. Sau phát hiện này, hàng loạt tập đoàn dược phẩm thế giới đã đầu
tư phát triển tảo thành thuốc. Các nghiên cứu cũng cho thấy chiết xuất tảo Spirulina
có khả năng ngăn ngừa ung thư miệng: chiết xuất này cho thấy là ngăn ngừa được

sự phát triển của khối u trong miệng chuột túi. Trên thế giới đã có rất nhiều sản


phẩm Spirulina được bán dưới dạng thuốc với nhiều tên gọi khác nhau như
Linagreen, Heilina, Spirulinakayaky, Spirulian C, Light Force Spirulina [56].
+ Nghiên cứu ứng dụng tảo làm thức ăn cho vật nuôi [7,32]: Spirulina có thể
được sử dụng làm thức ăn thay thế quan trọng cho tôm. Vào năm 1985, công ty
Weihai Aquatic Produce bắt đầu sản xuất sản phẩm chứa Spirulina CH-881 1981
cho bào ngư.
1.2.2. Tình hình nghiên cứu và ứng dụng tảo Spirulina ở trong nước
Trong những năm 1985-1995, đã có những nghiên cứu cấp Nhà nước
thuộc lĩnh vực công nghệ sinh học như nghiên cứu của GS.TS. Nguyễn Hữu
Thước và cộng sự (Viện Công nghệ Sinh học thuộc Viện Khoa học và Công
nghệ Việt Nam) với đề tài "Công nghiệp nuôi trồng và sử dụng tảo Spirulina";
hay đề tài cấp thành phố của Bác sĩ Nguyễn Thị Kim Hưng (TP Hồ Chí Minh) và
cộng sự với tiêu đề "Nghiên cứu sản xuất và sử dụng thức ăn có tảo Spirulina
trong dinh dưỡng điều trị" v.v…[17,20].
Theo báo cáo khoa học tháng 05 năm 1997 của Trung Tâm Dinh Dư ng Trẻ
Em thì từ năm 1989, Trung Tâm Dinh Dư ng được thành phố giao cho chức năng
nghiên cứu và phát triển Spirulina.
Tại Viện Nghiên cứu Ứng dụng công nghệ (Bộ Khoa Học Công Nghệ và
Môi Trường) các cán bộ nghiên cứu đã chiết xuất được một số chất có hoạt tính
sinh học cao như Phycocyanin. Việc kết hợp Phycocyanin và tia xạ Cobalt 60 trong
điều trị bệnh ung thư vòm họng [27].
Các sản phẩm được chế biến từ tảo Spirulina tại Việt Nam cũng đã xuất hiện
ngày càng nhiều và đa dạng. Những chế phẩm đó là sản phẩm giao thoa giữa thực
phẩm và thuốc - còn gọi là thực dược, dư ng dược hay thực phẩm chức năng.
1.3. Tổng quan về nước đồ uống giải khát
1.3.1. Sơ lược về vi khuẩn lactic trong đồ uống giải khát
* Ph n lo i vi khu n lactic

Phân loại khoa học


Giới

Vi khuẩn

Ngành

Firmicutes

Lớp

Bacilli

Loài

Lactobacillales

Họ

Lactobacillaceae

Giống

Lactobacillus

Nhóm vi khuẩn lactic rất đa dạng gồm nhiều giống khác nhau. Để phân loại
người ta dựa vào đặc điểm hình thái, phương thức lên men, khả năng phát triển ở các
nhiệt độ khác nhau, khả năng chịu muối, chịu acid hay kiềm. Hiện nay nguyên tắc

phân loại vi khuẩn lactic dựa trên sự phân tích trình tự 16S rADN, nó cung cấp thông
tin cơ bản nhất về trình tự các nucleotit, gi p ta so sánh một số đặc tính phát sinh
trên cơ sở kiểu hình không tương ứng với những quan hệ phát sinh chủng loại. Kĩ
thuật phân tử, đặc biệt là phản ứng PCR là một trong những phương pháp cơ bản
nhất để phân loại các chủng vi khuẩn lactic [41].
Theo bản phân loại được sửa đổi hiện nay, vi khuẩn lactic gồm khoảng hơn
20 giống thuộc họ Lactobacillaceae, ch ng thường có dạng hình cầu (hoặc oval) và
hình que, trong đó các giống sau đây là chủ yếu nhất: Aerococcus, Carnobacterium,
Enterococcus, Lactobacillus, Lactococcus, Leucnostoc, Oenococcus, Pediococcus,
Streptococcus, Tetragenococcus, Vagococcus và Weissella. Trước đây giống
Bifidobacterium thuộc h n về một nhánh phát sinh chủng loại khác (ngành
Actinobacteria) nhưng do đặc điểm sinh thái và khả năng lên men lactic nên cũng
được xếp vào nhóm vi khuẩn lactic trong khóa phân loại của Bergey 1957 [36].
Dựa trên những đặc điểm hình dạng tế bào các nhà khoa học đã phân chia vi
khuẩn lactic thành các loại sau [21,49]:
+ Hình que: Lactobacillus, Carnobacerium.
+ Hình cầu: Streptococcus, Leuconotoc, Pedicoccus.
+ Ngoại lệ: Weissella (có cả hình cầu và que), Bifidobacterium. Phân chia
vuông góc nhau trên một mặt ph ng tạo hình
Tetragenococcus, Pediococcus).

tứ

cầu(Aerococcus,


*

c điêm sinh l , sinh hóa

Vi khuẩn lactic là vi khuẩn Gram dương, không sinh bào tử, không di động,
chịu được acid, chuyển hóa đường thành acid lactic. Ch ng thu được năng lượng
nhờ phân giải hydratcacbon và sinh acid lactic. Acid lactic sinh ra có thể ở dạng
D(-), L(+) hay DL. Vi khuẩn lactic có khả năng sinh trưởng tốt trong môi trường kị
khí và vi hiếu khí. Quá trình lên men các carbonhydrate tạo ra năng lượng để trao
đổi chất. Acid lactic luôn là sản phẩm cuối cùng của quá trình lên men. Ngoài ra
một số loài của Lactobacillus, Leuconostoc hoặc Streptoccus có khả năng tạo
hương, sinh ra diaxetyl hoặc axeton. Vi khuẩn lactic có thể phát triển được trên môi
trường hiếu khí nhưng không thu nhận năng lượng nhờ quá trình hô hấp nên vi
khuẩn lactic không tổng hợp được nhân hem, không có cytocrom hay những
enzyme chứa nhân hem khác. Ch ng có thể tiến hành một số phản ứng oxy hoá một
số ít các hợp chất hữu cơ khác nhờ flavoprotein. Các phản ứng này không kèm theo
việc tổng hợp ATP [45,49].
Riêng ở vi khuẩn lactic tuy catalaza âm tính song lại có một enzyme khác là
peroxidaza bản chất là flavoprotein. Enzyme này là trung gian xúc tác quá trình oxy
hoá các cơ chất hữu cơ dưới tác dụng của H2O2. Nhờ đó vi khuẩn lactic vẫn có khả
năng sinh trưởng trong môi trường hiếu khí. Đây cũng là đặc điểm quý báu để nhận
dạng vi khuẩn lactic vì ch ng gần như là những vi khuẩn catalaza âm tính duy nhất
có khả năng sinh trưởng khi có mặt oxy. [45,49]
Tuỳ thuộc phạm vi nhiệt độ sinh trưởng của vi khuẩn lactic, người ta chia
ch ng thành hai loại [45,49]:
Vi khuẩn lactic ưa ấm (mesophile): có thể sinh trưởng trong khoảng nhiệt độ
o

10 - 35 C.
o

Vi khuẩn lactic ưa nhiệt (thermophile): có thể chịu nhiệt độ 45 C.
1.3.2. Sơ lược về sản phẩm đồ uống giải khát
Nước giải khát là loại đồ uống đóng vai trò rất quan trọng đối với đời sống

con người, ngoài việc cung cấp cho con người một lượng nước đáng kể nó còn bổ
sung cho cơ thể một lượng lớn các chất dinh dư ng, các loại muối khoáng, cung cấp


nguồn năng lượng lớn cho cơ thể. Vì vậy nước giải khát trở thành nhu cầu tất yếu
không thể thiếu được đối với cuộc sống của con người.
1.3.2.1. Tình hình sản xuất đồ uống giải khát trên thế giới
Ngành sản xuất nước giải khát đang phát triển với tốc độ rất nhanh cả về
chủng loại và số lượng, nhanh chóng chiếm lĩnh và được thị trường chấp nhận trong
suốt thế kỷ XX. Trong số đó phải kể đến các hãng sản xuất nước giải khát nổi tiếng
như: Cocacola, Pepsicola, Nestle… với mặt hàng truyền thống là loại nước giải khát
pha chế từ: Đường, hương liệu, màu, CO2 và một số loại hoá chất khác. Ngày nay,
khi điều kiện sống của con người ngày càng được nâng cao thì nhu cầu sử dụng
nước giải khát ngày càng tăng và đang từng bước chuyển dần từ loại nước giải khát
pha chế truyền thống sang sử dụng loại nước giải khát có chứa các chất dinh dư ng
như các loại: axit amin, vitamin, muối khoáng… được sản xuất từ các loại nguyên
liệu tự nhiên, dinh dư ng cao [53].
Loại nước giải khát không gas (không CO2) đầu tiên xuất hiện vào thế kỷ 17
với thành phần pha chế gồm nước lọc, chanh và một chút mật ong. Năm 1676, Công
ty Compagnie de Limonadiers tại Paris (Pháp) độc quyền bán các loại nước chanh
giải khát [54].
Đến năm 1767, tiến sĩ Joseph Priestley - một nhà hóa học người Anh - đã
pha chế thành công loại nước giải khát có gas.[34]
Năm 1810, bằng sáng chế Mỹ đầu tiên cho các loại máy sản xuất nước
khoáng nhân tạo đã được trao cho Simons và Rundell ở Charleston thuộc Nam
Carolina (Mỹ). Tuy nhiên, mãi đến năm 1832 loại nước khoáng có gas mới trở nên
phổ biến nhờ sự ra đời hàng loạt của loại máy sản xuất nước có gas trên thị trường
[34].
Theo các chuyên gia y tế, thức uống bằng nước khoáng tự nhiên hay nhân
tạo đều tốt cho sức khỏe. Các dược sĩ Mỹ bắt đầu bào chế thêm một số loại dược

thảo với hương vị khác nhau cho vào thức uống này. Xa xưa, tại các tiệm thuốc ở
Mỹ đều có quầy bán nước giải khát và đây là nét đặc trưng trong văn hóa của Mỹ.
Do khách hàng thích đem thức uống về nhà nên ngành công nghiệp sản xuất nước
đóng chai cũng phát triển theo để đáp ứng nhu cầu của họ [53].


Những thập niên sau đó - kể từ 1852, với việc nước gừng được tung ra thị
trường, các sản phẩm có thương hiệu đã xuất hiện và được cấp quyền kinh doanh.
Bắt đầu từ những năm 1880, thị trường nước uống ngày càng phát triển [53].
1.3.2.2. Tình hình sản xuất đồ uống giải khát trong nước
* Tình hình tiêu thụ trong nước
Nhu cầu của người tiêu dùng về thực phẩm, thức uống cũng tăng cao về chất
và lượng. Thị trường đồ uống ngày càng trở nên phong ph và sôi động. Con người
càng ngày càng sử dụng nhiều hơn thực phẩm chế biến sẵn, trong đó có đồ uống
giải khát. Vì vậy, việc sản xuất và tiêu thụ các loại sản phẩm này càng ngày càng
tăng về số lượng, chủng loại và chất lượng sản phẩm.
Đồ uống còn được bổ sung các chất dinh dư ng, vitamin, muối khoáng,…
cũng như được sản xuất từ trái cây tươi. Các sản phẩm nước quả, nước tăng lực
thường không có CO2. Ngoài ra, các sản phẩm nước khoáng, nước uống đóng chai
cũng phát triển mạnh.
Người tiêu dùng có xu hướng lựa chọn nước giải khát mới. Nhận thấy rõ,
trong những năm gần đây, thị trường nước giải khát trong nước đã có sự chuyển
biến mạnh sang sản xuất các sản phẩm đồ uống chiết xuất từ thiên nhiên như các
loại nước ép trái cây, các loại trà xanh, trà thảo mộc...
* Tình hình nghiên cứu và sản xuất trong nước
Các công ty nước giải khát trong nước đang chuyển dịch mạnh sang sản xuất
các sản phẩm nước trái cây thiên nhiên và nước uống bổ dư ng, giảm tỷ trọng nước
uống có gas. Xu hướng trên bắt nguồn từ nguồn nguyên liệu trái cây dồi dào, phong
ph quanh năm của Việt Nam và thị hiếu của người tiêu dùng.
Đồng hành cùng sự phát triển về sản xuất nước uống giải khát là các công

trình nghiên cứu tạo các sản phẩm đồ uống từ nguồn nguyên liệu tự nhiên. Bắt đầu
khá sớm có công trình nghiên cứu của tác giả Nguyễn Lân Dũng và cộng sự (1984),
“ Lựa chọn chủng nấm men và xây dựng một quy trình mới sản xuất nước quả lên
men BIEST1”[24], sau đó là các nghiên cứu của các tác giả Trần Thanh Thủy
(2003), “Nghiên cứu sử dụng vi sinh vật đ lên men lactic đồ uống t
Lê

sắn”[29],


Cảnh Tuấn (2009) “ Nghiên cứu quy trình sản xuất thử nghiệm nước giải khát
chanh d y lên men” [9], Phạm Ngọc Tuấn (2009), “ Quy trình sản xuất nước giải
khát lên men t ổi” [26].
Những năm gần đây nhiều công trình nghiên cứu về đồ uống từ trà được phát
triển như năm 2012, Lê Nguyễn Thị Hồng Ngọc và cộng sự đã có công trình
“Nghiên cứu hệ vi sinh vật của trà kombucha và hiệu quả tác dụng trên một số chỉ
tiêu sinh lý chuột” đã chỉ ra hệ vi sinh vật trong kombucha bao gồm: vi khuẩn
acetic, vi khuẩn lactic và nấm men và sản phẩm kombucha có tác dụng tăng cường
sức khỏe, không gây ảnh hưởng xấu tới các chỉ tiêu sinh lý của chuột. Đến năm
2013, Tôn Nữ Liên Hương thuộc khoa Khoa học Tự nhiên, Đại học Cần Thơ đã có
nghiên cứu về: ảnh hưởng của thời gian chế biến tới một số tính chất và hoạt tính
sinh học của trà giấm kombucha. Tháng 3/2013 nhóm tác giả Ngô Xuân Quyền &
cs đã bước đầu phân tích thành phần dịch trà, hàm lượng trà/nước/đường và lên men
o

ở nhiệt độ 25-27 C trong 3-6 ngày cho sản phẩm nước giả khát lên men từ trà xanh.
Tác giả Lâm Thị Hồng Liên (2013) đã phân lập và tuyển chọn được hai chủng nấm
men M1 và M2 có khả năng lên men kombucha từ trà xanh Thái Nguyên…[14].
Còn rất nhiều các công trình khác đã góp phần làm phong phú sản phẩm đồ uống từ
thiên nhiên nhưng tôi đặc biệt quan tâm các nghiên cứu tạo đồ uống từ dịch tảo

xoắn Spirulina thì hiện tại có rất ít công trình nghiên cứu về đồ uống từ nguồn
nguyên liệu giàu chất dinh dư ng này. Hiện nay, nghiên cứu mới nhất là của tác giả
Hà Ánh Ngọc (2016) “Nghiên cứu phân lập và khả năng lên men của một số chủng
vi sinh trong môi trường có bổ sung tảo xoắn (Spirulina spp.)[5]. Nhận thấy cần có
nhiều công trình nghiên cứu hơn nữa để đưa được sản phẩm đồ uống có giá trị dinh
dư ng này đến với người tiêu dùng và cần có các nghiên cứu tiến tới quy trình công
nghệ lên men với quy mô pilot để có thể kết hợp Công ty cổ phần Dược Hậu Giang
đưa vào sản xuất nước giải khát.