Nghiên cứu ảnh hưởng của nguồn dinh dưỡng đến quá trình lên men lactic tạo nước giải khát từ tảo xoắn spirulina (2017)

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI 2
KHOA SINH-KTNN


LÊ THU TRANG

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA NGUỒN DINH DƯỠNG ĐẾN
QUÁ TRÌNH LÊN MEN LACTIC TẠO NƯỚC 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, người 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, Trường Đại học Sư 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 trường, Ban Chủ nhiệm
khoa Sinh - KTNN, Trung tâm thông tin thư viện, Phòng thí nghiệm Vi sinh
vật Trường Đại học Sư 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 người thân,
những người 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 được 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 được 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
CHƯƠNG 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 trưởng của tảo xoắn Spirulina ......................................... 6
1.1.3.4. Thành phần hóa học của tảo xoắn Spirulina........................................ 7
1.1.4. Giá trị dinh dưỡng và công dụng của tảo xoắn Spirulina ..................... 10
1.1.4.1. Giá trị dinh dưỡng 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 dưỡng 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 nước............................. 21
1.3.1. Tình hình nghiên cứu trên thế giới........................................................ 21
1.3.2. Tình hình nghiên cứu trong nước.......................................................... 21
CHƯƠNG 2. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU.............. 24
2.1.Đối tượng 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 trường.................................................................................. 25

2.3. Phương pháp nghiên cứu.......................................................................... 26
2.3.1. Phương pháp vi sinh.............................................................................. 26
2.3.1.1. Phương pháp phân lập vi khuẩn lactic và quá trình quan sát
hình thái trên tiêu bản nhuộm gram ................................................................ 26
2.3.1.2. Phương pháp xác định số lượng tế bào vi sinh vật ............................ 27
2.3.1.3. Phương pháp bảo quản chủng giống.................................................. 28
2.3.1.4. Phương pháp hoạt hóa giống.............................................................. 28
2.3.1.5. Phương pháp xác định hoạt lực lên men ............................................ 28
2.3.1.6. Xác định khả năng kết lắng................................................................ 28
2.3.1.7. Phương pháp lên men......................................................................... 29
2.3.2. Phương 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. Phương 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. Phương pháp nghiên cứu ảnh hưởng của nguồn dinh dưỡng
đến quá trình lên men ...................................................................................... 30
2.3.3.1. Phương pháp nghiên cứu ảnh hưởng của nguồn đường .................... 30
2.3.3.2. Phương pháp nghiên cứu ảnh hưởng của nguồn nitơ ........................ 31
2.3.3.3. Phương pháp nghiên cứu ảnh hưởng của nguồn dinh dưỡng
khoáng ............................................................................................................. 31
2.3.4. Phương 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
CHƯƠNG 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 nước giải khát từ tảo xoắn Spirulina ......................................................... 33
3.1.1. Phân lập một số chủng vi khuẩn lactic có khả năng lên men tạo
nước giải khát từ tảo xoắn Spirulina............................................................... 33
3.1.2.Tuyến chọn một số chủng vi khuẩn lactic có khả năng lên men
tạo nước 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 hưởng của nguồn dinh dưỡng đến quá trình lên men lactic
tạo nước giải khát từ tảo xoắn Spirulina ......................................................... 44
3.2.1. Ảnh hưởng của hàm lượng đường đến quá trình lên men lactic
tạo nước giải khát từ tảo xoắn Spirulina ......................................................... 44
3.2.2. Ảnh hưởng của hàm lượng nitơ hữu cơ đến quá trình lên men
lactic tạo nước giải khát từ tảo xoắn Spirulina ............................................... 47
3.2.3. Ảnh hưởng của hàm lượng KH2PO4 đến quá trình lên men
lactic tạo nước giải khát từ tảo xoắn Spirulina ............................................... 49
3.2.4. Ảnh hưởng của hàm lượng MgSO4.7H2O đến quá trình lên
men lactic tạo nước 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 trường

TCVN

: Tiêu chuẩn Việt Nam

CLCQ

: Chất lượng cảm quan

DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 3.1. Ảnh chụp vi khuẩn lactic trên môi trường thạch nghiêng .............. 35
Hình 3.2. Chủng vi khuẩn có catalase âm tính ............................................... 36
Hình 3.3. Chủng vi khuẩn có catalase dương 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 hưởng của hàm lượng 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 lượng 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 thước 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 thước 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 đường của vi khuẩn lactic ................... 45
Bảng 3.9. Ảnh hưởng của hàm lượng saccharose đến thành phần lên men ... 46
Bảng 3.10. Ảnh hưởng của hàm lượng KH2PO4 đến quá trình lên men của
chủng vi khuẩn Lactobacillus H5 ................................................................... 50
Bảng 3.11. Ảnh hưởng của hàm lượng 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 như vũ bão của khoa học công nghệ. Song
song với sự tân tiến của lĩnh vực công nghệ điện tử, viễn thông, năng lượng
hạt nhân…đồng loạt cho ra những hướng nghiên cứu mới thì ngành công
nghiệp nước giải khát cũng phát triển rất mạnh.
Đáp ứng nhu cầu của thị trường thì các mẫu mã, chủng loại nước giải
khát ngày càng đa dạng, phong phú. Thị trường nước 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 dưỡng, dược liệu cao như 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 dưới 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 được nghiên cứu từ nhiều
năm nay. Chúng có những đặc tính ưu việt và giá trị dinh dưỡng cao. Các nhà

khoa học trên thế giới đã coi tảo Spirulina là sinh vật có ích cho loài người.
Tổ chức Y tế thế giới (WHO/OMS) công nhận tảo Spirulina là thực phẩm bảo
vệ sức khỏe tốt nhất của loài người trong thế kỉ XXI. Cơ quan quản lí thực
phẩm và dược 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
được ứng dụng rất nhiều trong các lĩnh vực khác nhau: thực phẩm,dược phẩm
và mỹ phẩm. Đặc biệt trong lĩnh vực y học, tảo xoắn Spirulina có tác dụng

1


chống oxy hóa, ngăn ngừa ung thư, tăng cường hệ miễn dịch, cải thiện sức
khỏe… Tuy nhiên, ở Việt Nam, hướng nghiên cứu về khả năng ứng dụng
khác từ tảo xoắn Spirulina để sản xuất nước giải khát còn khá mới mẻ,chỉ mới
được quan tâm gần đây.
Nh m tìm ra nguồn dinh dưỡng phù hợp nhất cho quá trình lên men
lactic tạo nước 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 hưởng của các yếu tố dinh dưỡng đến quá trình lên men
lactic tạo nước giải khát từ tảo xoắn Spirulina. Từ đó tìm ra nguồn dinh
dưỡng thích hợp cho quá trình lên men nước 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
nước giải khát từ tảo xoắn Spirulina.
3.2. Nghiên cứu ảnh hưởng của nguồn dinh dưỡng đến quá trình lên men
lactic tạo nước 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 dưỡng của vi khuẩn lactic có khả
năng lên men từ dịch tảo xoắn Spirulina, để sản xuất nước 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 dưỡng thích hợp cho quá trình lên men lactic tạo
nước giải khát từ tảo xoắn Spirulina, góp phần làm đa dạng thị trường nước

2


giải khát phục vụ cho đời sống con người.
5. Đóng góp của đề tài
Phân lập được 15 mẫu vi khuẩn lacticdựa vào đặc điểm hình thái, kích
thước. Tuyển chọn được 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 nước giải khát từ tảo xoắn Spirulina.Lựa chọn được
nguồn dinh dưỡng thích hợp cho quá trìnhlên men lactic tạo nước giải khát
từ tảo xoắn Spirulina là đường 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
CHƯƠNG 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 được coi như của trời phú cho 2 sắc dân, Aztec – Mexico
(Châu Mỹ) và Kanembu, một bộ tộc thuộc Tchad (Châu Phi). Từ thời cổ xưa,
2 bộ tộc trên đã biết thu giống rong sống tự nhiên này sống trong các hồ nước
khoáng giàu kiềm để chế biến thức ăn rất bổ dưỡng như: bánh bao, nước
chấm, nấu canh soup. Trong giới khoa học, có lẽ tảo này được mô tả và đặt
tên là Spirulina do hình dạng xoắn lò so lần đầu tiên năm 1827 do nhà tảo học
Deurben (người 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 người Aztec, như món bánh Techuilatl được truyền bá ở Châu Âu. (Lê
Đình Lăng, 1999).
Năm 1963, giáo sư Clement thuộc Viện nghiên cứu dầu hỏa quốc gia
Pháp là người đầu tiên nghiên cứu thành công việc nuôi tảo Spirulina qui mô
công nghiệp. Theo nghiên cứu này, giống tảo Spirulina từ Tchad được sử
dụng trong nuôi cấy với ý định dùng CO2 rất dồi dào tại các mỏ khai thác dầu
hoả. Vậy người Pháp đã đi tiên phong trong việc nuôi nhân tạo Spirulina và
thương mại hoá sản phẩm này. Đặc biệt năm 1967, những người tiên phong
đó lại có dịp triển khai những nghiên cứu của mình, do báo cáo của Clement
được trình bày tại Hội nghị quốc tế về dầu hỏa tại Mexico được công ty Sosa
Texcoco thích thú. Liên doanh sản xuất công nghiệp tảo Spirulina sử dụng
nguồn nước khoáng bicarbonat giữa Viện nghiên cứu dầu hỏa Pháp và công
ty Sosa Texcoco được thành lập. Từ đó đến nay, liên doanh này luôn dẫn đầu

4


thế giới về lượng 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 được đầu tư 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 trường khác nhau và có thể
phát triển trong các môi trường mà các loại tảo khác không thể sinh sống.
Tảo là một nhóm vi sinh vật, nhưng 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 dưới 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 thường 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. Đường 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 trượt
dọc trục của chúng. Spirulina có dạng xoắn trong môi trường chất lỏng và có
hình xoắn trôn ốc thật sự trong môi trường đặc. Độ xoắn của tảo là đặc điểm

5


để phân loại của loài.
Chúng sống trong môi trường nước giàu bicarbonat và độ kiềm cao pH
từ 8,5 - 11. Do hình thái “lò xo xoắn” dễ nhận biết qua kính hiển vi, người ta

cũng thường 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 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 [11], [14].
1.1.3.3. Chu kỳ sinh trưởng của tảo xoắn Spirulina
Sự sinh trưởng của tảo được diễn tả b ng sự phân chia tế bào. Với chế độ
dinh dưỡng thích hợp và điều kiện sinh lý học thuận lợi, quá trính sinh trưởng
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 thước nhưng 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 một vài nhân tố xuất hiện như sự giảm

6


sút của yếu tố dinh dưỡng 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 b ng 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 dưỡng 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 [11], [14].
1.1.3.4. Thành phần hóa học của tảo xoắn Spirulina
Spirulina chứa hàm lượng protein rất cao và chứa đầy đủ các
vitamin.Spirulina có giá trị dinh dưỡng cao vì chứa hàm lượng 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 được liệt kê trong bảng 1.1.
Bảng 1.1. Thành phần hóa học của Spirulina [28]
STT

Thành phần

Số lượng (% 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 như 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 được 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 xương và răng.
Lượng calcium của Spirulina cao hơn trong sữa. Lượng sắt trong Spirulina
cao hơn 12 lần so với trong các loại thực phẩm khác. Thành phần khoáng của
Spirulina được liệt kê trong bảng 1.3.

8

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

Nhu cầu

Trên 10

hàng ngày

g (µg)

(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 được biết (Fox,
1986).Thành phần acid amin của tảo Spirulina được liệt kê trong bảng 1.4.
Bảng 1.4. Thành phần acid amin trong Spirulina [28]
Hàm lượng

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

Hàm lượng

Acid amin

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 lượng cao như chlorophyll, phycocyanin,
β-caroten. Các chất màu trong Spirulina được thể hiện trong bảng 1.5.
Bảng 1.5. Các chất màu trong Spirulina [28]
Chất màu

Màu sắc

Hàm lượng
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 thương mại là Arthrospira platensis mà được nuôi
trồng trên thế giới như một nguồn thực phẩm,chúng rất giàu chất dinh dưỡng.
Hiện nay được phổ biến như là thực phẩm bổ dưỡng 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 được.

Vì vậy Spirulina được nuôi trồng rất phổ biến trên thế giới,được sử dụng
vào nhiều vào mục đích khác nhau: Y - Dược , mỹ phẩm,thực phẩm,nông
nghiệp thủy sản và được coi là thức ăn của con người trong tương lai [15],
[18].
1.1.4.2.Công dụng của tảo xoắn Spirulina
+Protein chất lượng cao
Spirulina là một loại tảo đơn bào nhỏ dạng xoắn ốc, chứa protein cân
b ng hoàn chỉnh và nhiều chất dinh dưỡng có giá trị.Spirulina chứa khoảng
70 % protein dễ tiêu,lượng protein cao hơn bất kỳ lượng 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 được ước lượng 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 lượng cao mà còn chứa các men hỗ trợ
quá trình tiêu hóa [13], [18], [19].
+Chất giàu dinh dưỡng tự nhiên
Nguồn dinh dưỡng thực phẩm tự nhiên hoàn chỉnh được tìm thấy trong
thực phẩm này là Spirulina cho ta những điều lợi ích vô tận về sức
khỏe,Spirulina có lượng 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 lượng lớn.
Spirulina giàu vitamin A được chuyển hóa cần thiết cho mắt, làn
da,răng, móng, xương 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 người ăn chay gấp 2 - 6 lần gan bò sống thực phẩm dinh
dưỡng này cũng chứa vitamin E là nguồn sắt cao và chứa 14 chất khoáng tự
nhiên và nhiều vi lượng [14].
+Siêu thực phẩm cho người ăn kiêng
Spirulina là một trong những thực phẩm giàu chất dinh dưỡng nhất và
chứa ít chất béo.Nhiều người nhận thấy r ng sử dụng Spirulina trước bữa ăn
sẽ làm giảm lượng thức ăn của họ sẽ làm giảm nhu cầu thèm ăn của họ, cách
này thích hợp cho người ăn kiêng.Đối với những người suy dinh dưỡng, cần
tăng trọng cách tốt nhất là bổ sung Spirulina sau mỗi bữa ăn.Chất dinh dưỡng
sẽ được tích lũy lại, giúp người suy dinh dưỡng mau chóng hồi phục.Loại siêu
thực phẩm này có thể là một thành phần giá trị của bất kỳ của chương trình
tăng cân hoặc giảm cân sức khỏe nào. Spirulinacũng là nguồn cung cấp
cacbonhydrate phức hợp tuyệt vời, nó chứa glycogen dễ được cơ thể hấp thụ
và biến đổi nhanh chóng thành năng lượng chúng ta cần mỗi ngày [8], [14].
+Hỗ trợ miễn nhiễm tự nhiên
Spirulina chứa đựng nhiều chất dinh dưỡng cần thiết cho sự miễn nhiễm
tối ưu như GLA,beta-carotene và các carotenoid khác.Lượng 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 lượng cholesterol trong máu, làm dễ chịu các
trường hợp viêm khớp,các cơn đau tiền kinh nguyệt và các bệnh khác về da.
Spirulina được nghiên cứu rộng rãi nh m công bố đặc tính tăng cường
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 người 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 được gọi là vi khuẩn
lactic.Vi khuẩn lactic được đặc trưng bởi khả năng sinh axít lactic rất mạnh từ
các loại đườngkhác nhau, đặc biệt là đường lactose. Hầu hết các vi sinh vật
sinh axít lactic đều thuộc về họ Lactobacillaceae và được xếp bốn chi:
Streptococcus, Pediococcus,Lactobacillus và Leuconostoc. Chúng có dạng
hình cầu hoặc hình que, Gram dương, không bào tử, không di động. Tuy

13


nhiên, hiện nay người 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 người [10].
Vi khuẩn lactic là những vi sinh vật có nhu cầu dinh dưỡng cao. Để sinh
trưởng bình thường, ngoài nguồn cacbon, chúng cần nitơ, một phần dưới dạng
cácaxít amin, một số vitamin, các chất sinh trưởng, và các chất khoáng…
Vi khuẩn lactic có thể tồn tại trong môi trường khô, có thể chịu được hàm
lượng cồn từ 10 – 15 % và có thể chịu được nồng độ CO2 cao. Chúng được
tìm thấykhắp nơi trong tự nhiên, dưới 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 dương. Chúng là những vi
khuẩn có dạng hình que dài, không sinh bào tử, tế bào thường 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 đường lactose và những đường khác
thành axít lactic. Chúng là vi khuẩn rất phổ biến và thường là lành tính. Ở

người, 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 dưỡng khác
nhau. Chúng không chỉ có nhu cầu về các nguồn cơ chất chứa các nguyên tố
cơ bản như cacbon, nitơ, photphat và lưu huỳnh mà còn có nhu cầu về một số
chất cần thiết khác như vitamin, muối vô cơ…
+ Nhu cầu dinh dưỡng 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 lượng, xây dựng
cấu trúc tế bào và làm cơ chất cho quá trình lên men tổng hợp các acid
hữu
cơ.
+ Nhu cầu dinh dưỡng nitơ
Phần lớn vi khuẩn lactic không tự tổng hợp được các hợp chất
chứa nitơ. Vì vậy để đảm bảo cho sự sinh trưởng và phát triển chúng phải sử
dụng các nguồn nitơ có sẵn trong môi trường.
Các nguồn nitơ vi khuẩn lactic có thể sử dụng như: cao thịt, cao nấm
men, trypton, dịch thủy phân casein từ sữa, pepton…Hiện nay cao nấm
men là nguồn nitơ được 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 trường các loại vitamin. Các chất chứa vitamin thường sử
dụng như nước chiết từ khoai tây, ngô, cà rốt…
+ Nhu cầu các hợp chất hữu cơ khác
Ngoài các acid amin và vitamin, vi khuẩn lactc còn cần các hợp chất
hữu cơ khác cho sự phát triển như các bazơ nitơ hay các acid hữu cơ.
Một số acid hữu cơ có ảnh hưởng thuận lợi đến tốc độ sinh trưởng của
vi khuẩn lactic như acid xitric, acid oleic. Nên hiện nay người ta sử dụng các
muối xitrat, dẫn xuất của acid oleic làm thành phần môi trường nuôi cấy,
phân lập và bảo quản các chủng vi khuẩn lactic.
Tương tự như hai acid hữu cơ trên, acid axetic cũng có những tác động
quan trọng đến sự sinh trưởng của tế bào. Nên người ta thường sử dụng
15