Tiểu luận Khảo sát việc thay thế hàm lượng NaHCO3 bằng NaCl trong môi trường nuôi trồng tảo Spirulina platensis

i


ii

MỤC LỤC
MỤC LỤC................................................................................................................ii
CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT............................................................................v
DANH MỤC BẢNG................................................................................................vi
DANH MỤC SƠ ĐỒ............................................................................................viii
DANH MỤC HÌNH...............................................................................................viii
CHƯƠNG 1.MỞ ĐẦU..............................................................................................1
1.1.ĐẶT VẤN ĐỀ....................................................................................1
1.2.MỤC TIÊU.........................................................................................2
1.3.NỘI DUNG........................................................................................2

CHƯƠNG 2.TỔNG QUAN TÀI LIỆU.....................................................................4
2.1.GIỚI THIỆU VỀ TẢO SPIRULINA PLATENSIS......................................4
2.1.1.Phân loại...................................................................................5
2.1.2.Đặc điểm sinh học của Spirulina platensis................................6
2.1.2.1.Hình thái [8]........................................................................6
2.1.2.2.Kích thước...........................................................................6
2.1.2.3.Cấu tạo sợi..........................................................................7
2.1.2.4.Đặc điểm vận động và trú quán..........................................8
2.1.2.5.Phân bố...............................................................................8
2.1.2.6.Nguồn dinh dưỡng của Spirulina platensis..........................9
2.1.2.7.Đặc điểm sinh sản............................................................14
2.1.3.Thành phần hóa học của Spirulina platensis...........................15
2.1.3.1.Protein và acid amin [12] [35]..........................................16
2.1.3.2.Glucid................................................................................18

2.1.3.3.Lipid [35]...........................................................................18
2.1.3.4.Sắc tố................................................................................19
2.1.3.5.Vitamin.............................................................................21
2.1.3.6.Khoáng chất......................................................................22
2.1.3.7.Enzyme trong Spirulina.....................................................24
2.2.ỨNG DỤNG SPIRULINA VÀO ĐỜI SỐNG.........................................24
2.2.1.Ứng dụng trong công nghệ thực phẩm [10]...........................24
2.2.2.Chiết xuất các chất có giá trị dinh dưỡng hoặc các chất có hoạt
tính sinh học [20].............................................................................25
2.2.3.Chế biến thức ăn cho gia súc, gia cầm và thủy hải sản..........27


iii

2.2.4.Sản xuất phân bón sinh học....................................................28
2.2.5.Xử lý môi trường.....................................................................28
2.3.CÔNG NGHỆ NUÔI TRỒNG HIỆN NAY [12] [11] [35]......................29
2.3.1.Công nghệ sản xuất Spirulina.................................................29
2.3.1.1.Cơ sở công nghệ nuôi trồng..............................................29
2.3.1.2.Công nghệ nuôi trồng theo hệ thống hở (O.E.S)...............29
2.3.1.3.Công nghệ nuôi trồng theo hệ thống kín (C.E.S)...............31
2.3.2.Công nghệ nuôi trồng và thu hoạch Spirulina ở Việt Nam [12]
32

CHƯƠNG 3.VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU.............................35
3.1.Nguyên liệu và hóa chất...............................................................35
3.1.1.Nguyên liệu.............................................................................35
3.1.2.Hóa chất dùng trong thí nghiệm.............................................35
Hóa chất pha môi trường Zarrouk dùng nuôi Spirulina platensis, xuất
xứ từ Trung Quốc..............................................................................35

3.2.Dụng cụ và thiết bị........................................................................35
3.2.1.Dụng cụ...................................................................................35
3.2.2.Thiết bị sử dụng......................................................................35
3.3.Phương pháp nghiên cứu...............................................................36
3.3.1.Sơ đồ khối quá trình nghiên cứu.............................................36
3.3.2.Tạo giống Spirulina chịu mặn..................................................37
Để tạo được chủng Spirulina chịu mặn cần bắt đầu từ môi trường
chuẩn Zarrouk.....................................................................................37
3.3.3.Khảo sát ảnh hưởng của muối NaHCO3, NaCl đến sự sinh
trưởng của Spirulina platensis..........................................................39
3.3.3.1.Bố trí thí nghiệm..................................................................39
3.3.3.2.Phương pháp phân tích........................................................40
3.3.4.Thu và xử lý sinh khối.............................................................41
3.3.5.Khảo sát hàm lượng protein và lipid tổng...............................41

CHƯƠNG 4.KẾT QUẢ VÀ BIỆN LUẬN..............................................................44
4.1.Nuôi trồng Spirulina platensis chịu mặn........................................44
4.2.Khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng NaHCO3 và NaCl đến sự sinh
trưởng của Spirulina platensis.............................................................46
4.2.1.Khảo sát sự thay đổi hình thái của tế bào Spirulina platensis
trong các môi trường có hàm lượng NaHCO3 và NaCl khác nhau....46


iv

4.2.2.Khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng NaHCO3 và NaCl khác
nhau đến sự tăng trưởng của Spirulina platensis.............................48
4.2.2.1.Kết quả phân tích mật độ quang..........................................49
4.2.2.2.Tốc độ tăng trưởng của Spirulina platensis:.........................51
4.2.2.3.Kết quả phân tích sinh khối khô...........................................52

4.2.3.Khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng NaHCO3, NaCl khác nhau
đến hàm lượng dinh dưỡng của Spirulina platensis.........................55

CHƯƠNG 5.KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ............................................................58
5.1.KẾT LUẬN......................................................................................58
5.2.KIẾN NGHỊ.....................................................................................59

CHƯƠNG 7. PHỤ LỤC..........................................................................................63


v

CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT
MGDG: monogalactosyldiacylglycerol
DGDG: digalactosyldiacylglycerol
SQDG: sulphoquinovosyldiacylglycerol
PG: phosphatidylglycerol
PUFA: polyunsatured fatty acid (acid béo không no đa nối đôi)
MeOH: methanol
SFE: Supercritical fluid extraction (trích ly dùng lưu chất siêu tới hạn)
C9:0: acid perlagonic
C10:0: acid capric
C12:0: acid lauric
C14:0: acid myristic
C16:0: acid palmitic acid
C16:1: hexadecenoic acid
C18:0: stearic acid
C18:1: oleic acid
C18:2: linoleic acid
C18:3: γ - linolenic acid

vi

DANH MỤC BẢNG
Bảng 2-1: Thành phần hóa học cơ bản của Spirulina (theo chất khô)......................15
Bảng 2-2: Thành phần acid amin của Spirulina.......................................................17
Bảng 2-3: Nhu cầu acid amin thiết yếu của người trưởng thành (EAA) và khả năng
cung cấp của 10g Spirulina......................................................................................18
Bảng 2-4: Thành phần một số acid béo đặc biệt trong Spirulina.............................19
Bảng 2-5: Thành phầncác sắc tố tự nhiên trong Spirulina.......................................19
Bảng 2-6: Hàm lượng vitamin trong 10g sinh khối khô Spirulina platensis so sánh
với nhu cầu hàng ngày của một người trưởng thành (theo US Daily Value)............21
Bảng 2-7: Hàm lượng B12 của một số thức ăn so sánh với Spirulina......................22
Bảng 2-8: Hàm lượng khoáng trong 10g sinh khối khô Spirulina so sánh với tiêu
chuẩn hàng ngày của một người (theo US DV).......................................................23
Bảng 3-11: Thành phần môi trường NaHCO3 thay thế dần bằng NaCl...................38
Bảng 3-12: Bố trí thí nghiệm...................................................................................40
Bảng 4-13: Các điều kiện khí hậu trong quá trình khảo sát.....................................49
Bảng 4-14: Sự tăng trưởng của Spirulina trong các môi trường có hàm lượng
NaHCO3 và NaCl khác nhau...................................................................................49
Bảng 4-15: Tốc độ tăng trưởng và thời gian thế hệ của Spirulina platensis nuôi trong
hũ nhựa.................................................................................................................... 51
Qua số liệu bảng 4-15 và xử lý số liệu theo ANOVA cho thấy: tốc độ tăng trưởng
giữa các môi trường có hàm lượng NaHCO3 và NaCl trong điều kiện nuôi hũ có sự
khác biệt có ý nghĩa (p < 0.05). Trong đó, tốc độ tăng trưởng của 2 môi trường Z và
R1 là giống nhau, còn 3 môi trường còn lại R1, R2, R3 lại có tốc độ tăng trưởng
tương đương nhau....................................................................................................52

vii

Bảng 4-16: Sinh khối Spirulina platensis khô ở các môi trường có hàm lượng dinh
dưỡng khác nhau (g/l)..............................................................................................52
Bảng 4-17: Ảnh hưởng của môi trường đến hàm lượng sinh khối khô của Spirulina
platensis................................................................................................................... 53
Môi trường..............................................................................................................53
Hàm lượng sinh khối khô (g/l)................................................................................53
Z.............................................................................................................................. 53
1.343a...................................................................................................................... 53
R1............................................................................................................................ 53
1.303a...................................................................................................................... 53
R2............................................................................................................................ 53
1.230b...................................................................................................................... 53
R3............................................................................................................................ 53
1.150b...................................................................................................................... 53
R4............................................................................................................................ 53
1.143c...................................................................................................................... 53
Tỉ số F = 11.47 ; Giá trị P = 0.0000.........................................................................53
Nhận xét:.................................................................................................................54
Bảng 4-20: Kết quả khảo sát tỉ lệ giữa acid béo bão hòa : acid béo không bão hòa
trong sinh khối Spirulina platensis thu nhận từ các môi trường có chứa hàm lượng
NaHCO3, NaCl khác nhau......................................................................................56
Bảng 4-21: Kết quả phân tích thành phần acid béo của sinh khối Spirulina............57


viii

DANH MỤC SƠ ĐỒ
Sơ đồ 2-1: Mô hình công nghệ nuôi trồng sản xuất Spirulina tại Vĩnh Hảo............34

Sơ đồ 3-2: Sơ đồ khối của quá trình nghiên cứu......................................................37
Sơ đồ 3-3: Sơ đồ cầy chuyền từ môi trường Zarrouk sang các môi trường thay thế 38
Sơ đồ 3-4: Quy trình trích ly lipid...........................................................................42

DANH MỤC HÌNH

Hình 2.1: Một số hình dạng sợi Spirulina platensis nhìn dưới kính hiển vi...............6
Hình 2.2: Hồng hạc ở một hồ Châu Phi ăn Spirulina.................................................9
Hình 2.3: Cơ chế quang hợp ở Spirulina.................................................................12


ix

Hình 2.4: Khuấy trộn bằng cánh khuấy...................................................................13
Hình 2.5: Vòng đời của Spirulina [26]....................................................................14
Hình 2.6: Sản phẩm nước giải khát đóng hộp của công ty Vĩnh Hảo......................25
Hình 2.7: Một số dược phẩm từ Spirulina...............................................................25
Hình 2.8: Nước chiết xuất từ Spirulina platensis Spirulina......................................26
................................................................................................................................. 26
Hình 2.9: Mỹ phẩm và kem dưỡng da từ Spirulina..................................................26
Hình 2.10: Một số dạng sản phẩm cho chăn nuôi gia súc và nuôi trồng thủy hải sản
................................................................................................................................. 27
Hình 2.11: Xử lý nước thải ở hồ nuôi Spirulina.......................................................29
................................................................................................................................. 30
Hình 2.12: Earthrise Farms – Nhà nuôi Spirulina lớn nhất [35]..............................30
Hình 2.13: Bể nuôi trồng Spirulina ở Sosa Texcoco – Mexico [10]........................30
Hình 2.14: Bể nuôi trồng Spirulina ở Earthrise Farms [35].....................................30
Hình 2.75: Nuôi Spirulina trong nhà kính ở miền Nam nước Pháp [10]..................32
Hình 2.16: Bể nuôi trồng Spirulina tại Công Ty Cổ phần Nước Khoáng Vĩnh Hảo
[38].......................................................................................................................... 33

Hình 4.17: Quá trình nuôi trồng Spirulina platensis................................................46
A: Giống Spirulina platensis....................................................................................46
Hình 4.18: Hình dạng sợi Spirulina platensis trong các môi trường khác nhau.......47
Hình 4.19: Đồ thị ảnh hưởng của môi trường đến hàm lượng sinh khối khô của
Spirulina platensis...................................................................................................54


1

CHƯƠNG 1.

MỞ ĐẦU

1.1. ĐẶT VẤN ĐỀ
Spirulina platensis là những vi sinh vật có khả năng sản xuất các chất có giá trị,
chẳng hạn như sắc tố, protein, vitamin cung cấp cho ngành công nghiệp thực phẩm,
dược phẩm, chăn nuôi…Trong tất cả các vi Spirulina platensis thì Spirulina
platensis phổ biến nhất vì dễ nuôi trồng, quá trình thu hoạch đơn giản. Spirulina
platensis được sản xuất thương mại trên toàn thế giới do hàm lượng dinh dưỡng
trong Spirulina platensis rất phong phú: protein cao (lên đến 70%), các hợp chất
màu (đặc biệt là các sắc tố phytocyanin), acid béo thiết yếu (γ - linoleic acid),
vitamin B12 và các khoáng chất, mang hoạt chất chống ung thư, giảm cholesterol,
chống oxy hóa, hỗ trợ điều trị bệnh tiểu đường, tăng cường hệ miễn dịch [27]
Ngoài việc nuôi trồng Spirulina trong những môi trường truyền thống đã được
nghiên cứu kỹ trong phòng thí nghiệm, xu hướng nghiên cứu và nuôi trồng
Spirulina trong một số nguồn nước khác nhau như trong nước lợ, nước biển và nước
thải có kèm theo việc điều chỉnh và bổ sung một số chất dinh dưỡng thích hợp cũng
đang được phát triển rộng rãi [16].
Biển bao phủ 72% bề mặt trái đất chiếm 98% tổng lượng nước của toàn thế giới.
Nước biển có tính kiềm, giá trị pH = 8, hàm lượng muối trung bình là 33,3 ‰. Độ

mặn của nước biển có thể dao động trong khoảng từ 29‰ (nước biển ở các cực của
trái đất) đến 35‰ (ở những nơi gần xích đạo), trung bình là khoảng 34‰, tức là
chứa khoảng 34g muối/lít, ngoài ra nước biển còn chứa rất nhiều các nguyên tố
khoáng vi lượng. Trong nước biển, hàm lượng muối chiếm nhiều nhất, giữ vai trò
chủ đạo là NaCl (26,5g/l chiếm khoảng 77,8%), ngoài ra không có chứa NaHCO 3.
Nuôi trồng Spirulina yêu cầu độ pH tương đối cao, do đó hàm lượng NaHCO 3 cao
phải luôn luôn có mặt trong môi trường để duy trì pH và ngăn ngừa biến động. Môi
trường Zarrouk giàu hàm lượng NaHCO3 (16,8g/l) đã được sử dụng để nuôi trồng
Spirulina trong nhiều năm nay [30].


2

Môi trường nước biển và môi trường Zarrouk có hàm lượng khoáng tương đối
giống nhau. Tuy nhiên, trong môi trường nước biển thì NaCl là thành phần có hàm
lượng cao nhất, còn trong môi trường Zarrouk thì NaHCO 3 lại chiếm vai trò chủ
đạo. Spirulina muốn nuôi được trong môi trường nước biển, trước hết Spirulina
phải sống và phát triển được trong môi trường không có chứa hàm lượng NaHCO 3.
Tuy nhiên nếu thay hoàn toàn lượng NaHCO 3 trong môi trường Zarrouk bằng NaCl
thì Spirulina platensis có thích ứng và phát triển được hay không?
Việc nuôi trong môi trường mà thành phần NaHCO 3 được thay thế một phần hoặc
hoàn toàn bằng NaCl sẽ ảnh hưởng đến sự sinh trưởng và hàm lượng lipid ở
Spirulina như thế nào?
Để tìm hiểu xem Spirulina có thể nuôi trong môi trường hoàn toàn không có
NaHCO3 hay không và thành phần dinh dưỡng có bị biến đổi như thế nào trong môi
trường này, chúng tôi tiến hành thực hiện đề tài nghiên cứu:
“KHẢO SÁT VIỆC THAY THẾ HÀM LƯỢNG NaHCO 3 BẰNG NaCl TRONG
MÔI TRƯỜNG NUÔI TRỒNG TẢO SPIRULINA PLATENSIS”
1.2. MỤC TIÊU
- Nuôi Spirulina trong môi trường mà hàm lượng NaHCO3 được thay thế bằng NaCl

nhằm hướng đến việc sử dụng nước biển để thay thế môi trường truyền thống.
- Đánh giá sự tăng trưởng và thành phần lipid của Spirulina platensis trong môi
trường có thành phần NaHCO 3 được thay thế dần bằng NaCl trong 2 điều kiện nuôi
khác nhau.
1.3. NỘI DUNG
- Nuôi trồng Spirulina platensis trong môi trường Zarrouk ở điều kiện tự nhiên.
- Nuôi trồng Spirulina trong các môi trường có thành phần NaHCO 3 được thay
thế dần bằng NaCl ở điều kiện tự nhiên.


3

- Khảo sát sự sinh trưởng của Spirulina platensis trong môi trường có thành
phần NaHCO3 được thay thế dần bằng NaCl ở hai điều kiện nuôi khác nhau (nuôi
trong hũ nhựa và nuôi trong ống nhựa).
- Khảo sát hàm lượng protein tổng và lipid tổng trong các môi trường có hàm
lượng NaHCO3 và NaCl khác nhau.
- Phân tích các thành phần lipid qua sắc ký khí


4

CHƯƠNG 2.

TỔNG QUAN TÀI LIỆU

2.1. GIỚI THIỆU VỀ TẢO SPIRULINA PLATENSIS
Spirulina platensis lam hay còn gọi là vi khuẩn lam (Cyanobacteria) là một ngành
vi khuẩn có khả năng hấp thu năng lượng qua quá trình quang hợp.
Trong số các cơ thể tự dưỡng được thì vi khuẩn lam được xem là nhóm nguyên thủy

nhất. Di tích hóa thạch của chúng được phát hiện cách đây khoảng 3,8 tỷ năm.
Chúng được xếp liền sau các vi khuẩn và riêng với các nhóm khác vì ngoài những
đặc điểm như chưa có nhân thật, chưa có lục lạp, chỉ có chlorophyll a thì chúng
cũng chưa có sự sinh dục hữu tính, cấu tạo đơn giản (đơn bào hay đa bào hình sợi).
Vi khuẩn lam Spirulina platensis không có tiêm mao, chúng di chuyển bằng cách
trượt lên bề mặt.
Spirulina còn có tên là Arthrospira, là loại vi khuẩn lam không cố định nitơ và ăn
được. Spriulina có dạng xoắn lò xo, kích thước nhỏ, chúng sống trong môi trường
có độ kiềm cao, giàu ion bicacbonate (HCO 3-). Spirulina sinh trưởng rất nhanh,
nhiệt độ tối thích cho sự phát triển là 35 – 36oC [20].
Đã từ lâu, Spirulina đã được con người sử dụng làm thức ăn. Một số tài liệu sử học
ghi nhận ở thế kỷ XVI, thổ dân Aztecs sống quanh vùng hồ Texcoco vẫn thường thu
vớt một loại thức ăn từ hồ này, họ gọi món ăn đó là “Techuilatl”. “Techuilatl” được
bán tại các chợ của Mexico và được ăn cùng với ngô và các ngũ cốc khác hoặc cùng
với nước chấm gọi là “Chilmolli”. Về sau “Techuilatl” được xác định là làm từ
Spriulina maxima, một loại thức ăn rẻ tiền và giàu dinh dưỡng. Dân địa phương
quanh thị trấn Fort Lamy, nay thuộc nước cộng hòa Công Gô (châu Phi), vẫn ăn một
thứ thức ăn gọi là “Dihé”. Họ làm “Dihé” từ những váng màu xanh nổi trên mặt
nước hồ Chad. Họ thu vớt và phơi khô chứng trên cát dưới ánh sáng mặt trời rồi
đập nhỏ đem bán [23]. Dangeard – một nhà nghiên cứu người Pháp đã xác định
thành phần chính của “Dihé” là loại Spirulina platensis xoắn Arthrospira (Spirulina
platensis).


5

Năm 1970, qui trình sản xuất sinh khối Spirulina platensis quy mô lớn đầu tiên
được tiến hành trên diện tích 12 hecta tại Pháp đã cho sản lượng trên 1 tấn khô mỗi
ngày [10]. Ngày nay, có rất nhiều nước nuôi trồng sản xuất Spirulina platensis với
quy mô lớn như Nhật Bản, Đài Loan, Mỹ, các nước châu Phi…

2.1.1.

Phân loại

Chi Spirulina là tên gọi đầu tiên được mô tả bởi Turpin vào năm 1827.[30]
Theo phân loại mới nhất Spirulina platensis thuộc: [33]
-

Chi

Arthrospira

-

Họ

Phomidiaceae

-

Bộ

Oscillatoriales ( phân loại theo hệ thống Bergey, 1994)

-

Lớp

Chroobacteria

-

Ngành

Cyanobacteria

Có 2 loại phổ biến là Arthrospira maxima và Arthrospira platensis.
Do hình dạng “lò xo xoắn” dưới kính hiển vi nên được gọi là Spirulina với tên khoa
học là Spirulina platensis, Spirulina platensis Spirulina maxima (bắt nguồn từ gốc
spire, spiral có nghĩa là “xoắn ốc”) và trước đây được coi là thuộc chi Spirulina.
Thực ra, đây không phải là sinh vật thuộc Spirulina platensis (algae) vì Spirulina
platensis thuộc sinh vật nhân thật (Eukaryota) còn Spirulina (Cyanobacteria) thuộc
sinh vật nhân sơ hay nhân nguyên thủy (Prokaryota). [5]
Đã có rất nhiều loài Spirulina được tìm thấy, đặc biệt trong đó có 2 loài có nguồn
gốc từ Châu Phi và Nam Mỹ là S. Geileri (S. maxima) và S. platensis là được
nghiên cứu nhiều nhất. Mặc dù, có rất nhiều loài sống tự nhiên trong ao, hồ, ruộng
lúa, sông ngòi, ở dạng đơn độc hoặc kết thành những cụm nổi trên mặt nước, nhưng
khi phân loại đều phải dựa vào đặc điểm xoắn và các tính chất đặc trưng khác của
Spirulina platensis.


6

2.1.2. Đặc điểm sinh học của Spirulina platensis
2.1.2.1. Hình thái [8]
Spirulina tồn tại dưới dạng thể đa bào, dạng sợi. Dưới kính hiển vi Spirulina là
những sợi màu xanh lục hay xanh lam, tế bào dạng trụ tròn không phân nhánh,
không dị bào, xoắn kiểu lò xo và đều nhau, ở 2 đầu xoắn thường hẹp, di động bằng
cách trượt dài dọc theo trục.
Mức độ xoắn của vòng xoắn cuối cùng hẹp hơn từ 30 – 50% so với vòng xoắn bình

thường, điều này không xảy ra với những sợi duỗi thẳng [30]. Ngoài dạng xoắn lò
xo còn có các dạng khác như dạng thẳng, hình S, hình C…Phụ thuộc vào điều kiện
ánh sáng, nhiệt độ môi trường và điều kiện dinh dưỡng.
Các vòng xoắn của Spirulina platensis dễ thay đổi. Ngay trong một dạng bình
thường có thể có đến 5 – 7 vòng xoắn, đặc biệt có thể đạt đến 27 vòng. Hình dạng
xoắn của Spirulina platensis là đặc điểm phân biệt với những dạng khác, tuy nhiên
trong cùng một loài vẫn thấy có những dạng xoắn khác nhau. Nguyên nhân có thể là
do có sự thay đổi về điều kiện môi trường hoặc có thể do thay đổi nhiệt độ. Dạng
xoắn thường dễ phát triển.

Hình 2.1: Một số hình dạng sợi Spirulina platensis nhìn dưới kính hiển vi
2.1.2.2. Kích thước
Spirulina platensis ở hồ Chad thì kích thước sợi là 60 µm/1 vòng xoắn, chiều rộng
của sợi là 6 – 8 µm.


7

Trong điều kiện nuôi cấy tối ưu có khi Spirulina platensis dài đến 20 mm. Nhờ kích
thước tế bào lớn nên dễ dàng quan sát vách tế bào và những túi không bào khí…
2.1.2.3. Cấu tạo sợi
Bằng lát cắt cực mỏng khi quan sát dưới kính hiển vi, thành tế bào của S.platensis
có 4 lớp.
− Lớp ngoài cùng hay là lớp thứ IV được sắp xếp đều nhau, song song với trục
chính. Lớp này được xem như là thành tế bào của vi khuẩn gram âm.
− Lớp thứ III được tạo thành từ những sợi protein bao quanh cơ thể.
− Lớp thứ II chứa peptidolycan, được xếp gấp lại hướng vào trong của sợi
Spirulina.
− Lớp thứ I nằm sát vào lớp thứ II.
Vách tế bào được ví như cái đĩa mỏng, bao lấy phần bên trong cơ thể và được cấu

tạo chủ yếu bằng peptidoglycan nên nhạy cảm với lysozyme và dễ dàng được tiêu
hóa trong ống tiêu hóa của người và động vật. Nhưng khi phân tích các hoạt chất
muốn chiết xuất thì nhất thiết phải phá vỡ màng tế bào.
Tế bào có dạng hình trụ, liên kết lại thành chuỗi, Giữa các tế bào có vách ngăn,
nhưng vách ở đầu sợi thường hơi dày hơn. Vì vậy, đây là cơ thể đa bào, mỗi sợi có
khoảng hơn 100 tế bào.
Các tế bào riêng rẽ thường có kích thước khoảng 5 µm, rộng khoảng 2 µm. Tế bào
chưa có nhân điển hình, vùng nhân không rõ ràng .
Hầu hết cấu trúc nhô lên trên màng tế bào chất là hệ thống màng thylacoid có nguồn
gốc từ màng sinh chất, không có lục lạp. Màng thylacoid được sắp xếp theo hướng
đồng tâm của vòng xoắn (thường thấy ở những sợi trưởng thành), đối với những tế
bào bước vào thời kỳ sinh sản thì màng thylacoid bị gãy và cuối cùng trở thành 2 tế
bào con.
Các sắc tố chính thực hiện quá trình quang hợp là chlorophyl, phycocyanin và các
carotenoid. Trong đó, phycocyanin kết tụ lại với nhau và gắn kết với màng


8

thylacoid. Hạt cyanophycin được dự trữ dưới dạng copolymer của các aminoacid
trong chuỗi poly – L – aspartic acid và arginin kết hợp với nhóm β-cacboxyl.[30]
Trong tế bào chất có chứa các túi không bào khí, có đường kính khoảng 0.065 µm.
Nhờ các túi này mà tế bào nổi được trên mặt nước, tạo điều kiện thuận lợi cho thu
với sinh khối.
2.1.2.4. Đặc điểm vận động và trú quán
Spirulina có khả năng vận động theo 2 kiểu:
− Kiểu tự xoắn với đường kính vòng xoắn có thể thay đổi đến 80 µm, và các
vòng xoắn có thể thưa hay dày. Mặt khác từ kiểu xoắn, tế bào sợi có thể tự
vận động chuyển sang các dạng sóng, dạng thẳng hoặc dạng hỗn hợp, mà
trong đặc điểm hình dạng đã nêu.

− Kiểu vận động kiểu tịnh tiến, trượt trôi trong môi trường nước, tốc độ di
chuyển theo cơ chế trượt, đạt khoảng 5 µm/s. Đặc điểm này chứng tỏ sự gần
gũi với sự vận động bơi lội chủ động của các phiêu sinh động vật, một trong
bảy đặc tính cơ bản phân biệt giữa động vật và thực vật.
Chính đặc điểm vận động, kết hợp với đặc tính nổi trên mặt nước do chức năng của
không bào khí tạo ra, quyết định vị trí cư trú – trú quán của loài vi khuẩn này.
Spirulina là sinh vật phiêu sinh sống tự do trong nước kiềm ở khoảng pH từ 8,5 –
11,0 giàu khoáng chất. Các vi phiêu sinh này lơ lửng ở độ sâu có thể lên tới 50 cm,
và trong môi trường nhân tạo thường nuôi ở mức nước 10 – 30 cm (nuôi hồ hở),
hoặc có thể trong hồ đáy sâu 1 -1,5 m (sục khí) để đảm bảo tiếp nhận ánh sáng. Trôi
nổi trong nước và nhu cầu ánh sáng là 2 đặc điểm ràng buột lẫn nhau, hỗ trợ nhau,
rất quan trọng trong công nghệ nuôi trồng Spirulina.
2.1.2.5. Phân bố
Ở các vùng nước kiềm (pH = 8.5 -11.0) có thể có Spirulina sống tự nhiên, nhất là
các hồ, suối khoáng ấm áp. Về địa lý, sinh vật này tìm thấy ở phạm vi rất rộng:
Châu Phi (Tchad, Congo, Ethiopia, Kenya, Nam Phi, Ai Cập, Tanzania, Zambia),


9

Châu Mỹ (Hoa Kỳ, Peru, Uruguay, Mexico), Châu Á (Ấn Độ, Pakistan, Srilanka,
Việt Nam), Châu Âu (Nga, Ukraina, Hungary...).
Từng vùng có thể có những loài, giống Spirulina khác nhau, hoặc một loài như
S.platensis lại tìm thấy ở nhiều nước, có khi rất xa nhau tới nửa vòng trái đất. Sự
phân bố này có thể do chọn lọc tự nhiên, không kể do con người chủ động di thực
nuôi trồng. Cũng có thể đuợc di thực theo một số loài chim di trú, mà loài hồng hạc
(Phoeniconaias minor ở Đông bán cầu, hay Phoenicoparrus jamesi ở Tây bán cầu)
thường ăn Spirulina là một ví dụ. Spirulina thường bám vào lông vũ và theo chim
phân bố tới những nơi mà hồng hạc cư trú theo mùa.

Hình 2.2: Hồng hạc ở một hồ Châu Phi ăn Spirulina
2.1.2.6. Nguồn dinh dưỡng của Spirulina platensis
Spirulina là vi sinh vật quang tự dưỡng bắt buộc, không thể sống hoàn toàn trong
tối, quang hợp nhờ ánh sáng mặt trời và có khả năng tích lũy đạm rất cao. Đây là
một trong khoảng 2500 loài Cyanophyta cổ nhất, tự dưỡng đơn giản, có khả năng
tổng hợp được các chất cần thiết cho cơ thể, kể cà các đại phân tử phức tạp.
Môi trường dinh dưỡng của Spirulina gồm:
− Các dưỡng chất: Trong môi trường nước, Spirulina cần đủ nguồn dinh
dưỡng: cacbon, nitơ, các chất khoáng đa lượng và vi lượng... Ngoài ra, chúng
còn cảm ứng với một số chất như: ức chế hoặc chất kích thích sinh trưởng.
− Các điều kiện lý hóa thích hợp: pH, áp suất thẩm thấu, ánh sáng, nhiệt độ,
điều kiện khuấy trộn...


10



Dinh dưỡng cacbon

Nguồn carbon để nuôi cấy thường là nguồn carbon vô cơ CO2 hay NaHCO3 [14].
Natri bicacbonat (NaHCO3) được sử dụng vì tạo được môi trường kiềm, thuận lợi
cho sự phát triển của Spirulina platensis, trong khi đó, CO 2 làm giảm pH môi.
Trong thực tế, người ta sử dụng NaHCO3 với nồng độ 16,8g/l kết hợp với thổi
không khí (hàm lượng CO2 dưới 1%) đem nuôi trồng ở nhiệt độ 33 – 35 oC và cường
độ ánh sáng khoảng 5.000 lux thì năng suất thu được khá cao. Như vậy nguồn
carbon chính là NaHCO3, còn CO2 chỉ là nguồn carbon bổ sung [12].


Dinh dưỡng Nitơ [12]

Trong quá trình phát triển của Spirulina, nitơ đóng vai trò rất quan trọng. Nếu thiếu
nitơ, sinh khối sẽ giảm rất nhanh. Khả năng tích lũy đạm của Spirulina rất cao. Hàm
lượng nitơ trong sinh khối khô có thể đạt tới ~10% trọng lượng khô, hay thường
trên 50% protein. Nhưng Spirulina không có khả năng sử dụng nitơ dạng khí N 2 mà
sử dụng dưới dạng NO3-, ngưỡng 30 -710 mg N/l, trung bình ở 412 mgN/l (theo môi
trường của Zarrouk C).


Các dưỡng chất khoáng [12]

Photpho: photpho được Spirulina sử dụng để tổng hợp ATP, acid nucleic và các
hợp chất cấu tạo khác. Photpho vô cơ dưới dạng muối nitrat, kali photphat hòa tan
khoảng 90 – 180mg/l.
Kali K+ và Natri Na+: dưới dạng muối clorid, hoặc vài dạng khác kết hợp với
nguồn nitơ, photpho.
Spirulina rất ưa muối, có thể tồn tại trong môi trường ưu trương chứa kali tới 5 g/l
và natri tới 18 g/l. Trong thực nghiệm, tỷ lệ K+/Na+ nên nhỏ hơn 5, lớn hơn sẽ chậm
phát triển, hoặc hơn nữa gây rối loạn, phá vỡ cấu trúc tế bào, Ion K + có thể coi như
một nguyên tố vi lượng, dùng nuôi đại trà với hàm lượng khoảng 2,5 – 4,0 mEq/l,
và rất nhỏ so với Ion Na+, tỷ lệ Na+/K+ từ 15 – 20.


11

Magie (Mg2+): đóng vai trò tương tự như photpho trong tổng hợp các hạt
polyphotphat.
Canci (Ca2+): không ảnh hưởng rõ đến sinh trưởng của Spiriulina.
Sắt: là dưỡng chất thiết yếu, ảnh hưởng trực tiếp đến sinh trưởng và hàm lượng
protein. Sắt thường dung là muối FeSO4 (0,01g/l). Có thể dùng sắt dạng phức EDTA

(etylen diamin tetracetic acid), phức này hòa tan bền hơn trong kiềm so với dạng vô
cơ. Nồng độ Fe2+ trong môi trường rất rộng từ 0,56 – 56 mg/l môi trường.
Clo (Cl-): Spirulina platensis này rất ưa Clo vô cơ, nồng độ dùng với muối NaCl,
khoáng 1 -1,5 g/l.
Các khoáng vi lượng khác: Bo (B3+), kẽm (Zn2+), mangan (Mn2+), đồng (Cu2+),
coban (Co2+)… là các vi lượng được dùng, nhưng ảnh hưởng không rõ đến sinh
khối protein, nhưng tới một số thành phần khác như vitamin…
Ngoài các dưỡng chất chính cần thiết, nếu trong môi trường có sự hiện diện của
những vi lượng khoáng khác, Spirulina có thể hấp thu chủ động hay thụ động.


Các yếu tố ảnh hưởng đến sự tăng trưởng của Spirulina

Ánh sáng [14] [20] [10]
Ánh sáng mang các lượng tử (photon), được các sắc tố của những cơ thể tự dưỡng
hấp thu và sử dụng dần trong phản ứng sinh tổng hợp. Sự hấp thu năng lượng ánh
sáng được thực hiện bằng con đường quang hợp.
Công thức tổng quát của quá trình quang hợp là:


12

Hình 2.3: Cơ chế quang hợp ở Spirulina
Ở Spirulina, nguồn carbon chủ ỵếu sử dụng là bicarbonate ở pH kiềm, nên phản
ứng quang tổng hợp có thể viết:
HCO3- + 2 H2O  (CH2O) + O2 + H2O + OHSpirulina có tới 15 sắc tố có thể tham gia vào quá trình quang hợp gồm:
Chlorophyll (a), phycocyanin, betacaroten và 11 carotenoid khác, ngoài ra còn có
phycoerythrin.
Nhiệt độ [14] [17] [20]
Spirulina có thể phát triển ở nhiệt độ khá cao. Chúng có khả năng phát triển ở

khoảng nhiệt độ 32 – 400C. Nhiệt độ phát triển tốt nhất của chúng khoảng 30 – 35 0C
[17]. Ở nhiệt độ thấp, ví dụ xuống 25 0C, Spirulina sinh trưởng rất chậm, và đến
120C không có khả năng phát triển. Ở nhiệt độ cao đến 40 0C, Spirulina tồn tại được
4 ngày, và ở 500C chỉ tồn tại được ít phút. Các tổn thương ở tế bào gây bởi nhiệt độ
cao không thể hồi phục dù đưa trở lại nhiệt độ thích hợp [14].
pH [14]
Trong môi trường nuôi Spirulina, thông số pH là kết quả của sự cân bằng.
CO2  H2CO3  H+ + HCO3-  2H+ + CO32-+
Vì vậy, pH được coi là yếu tố chỉ thị, phản ánh các thành phần nuôi dưỡng cung cấp
cho môi trường nuôi dưỡng Spirulina, chủ yếu là nguồn bicarbonate và khí CO 2 hòa
tan. Phản ứng quang tổng hợp là quá trình sử dụng carbon và giải phóng khí Oxy.


13

pH thích hợp với Spirulina = 8.5 – 9.5. Ở pH này, Spirulina sử dụng nguồn carbon
hòa tan là dạng bicarbonate (ion HCO3-) rất ít hấp thu khí CO2 [13]
Ở pH thấp (<5), phản ứng quang tổng hợp rất thấp, và cũng tương tự như vậy ở pH
cao (>11).
Điều kiện sấy sục khí
Khuấy trộn là một trong nhiều yếu tố tác động đến sự đồng hóa nguồn nitơ dinh
dưỡng thành sinh khối Spirulina, như vậy có ảnh hưởng đến quá trình trao đổi chất
của tế bào Spirulina. Khuấy trộn tác động vào môi trường tạo dòng chảy, đẩy tế bào
chuyển động theo chiều lên xuống và tịnh tiến, như một sự chuyển động hỗn loạn
tương đối có kiểm soát. Điều này trước hết không để tạo tụ thành đám nổi dày trên
mặt nước, che ánh sáng. Sau đó giúp trộn đều chất dinh dưỡng, hòa tan CO 2 vào
môi trường giúp điều chình pH, tạo điều kiện thoát khí O 2 khỏi môi trường, và đặc
biệt giúp các tế bào Spirulina tiếp xúc đủ với ánh sáng để cho quang hợp, tăng
cường quá trình tiếp xúc thẩm thấu hấp thu dưỡng chất và sinh tổng hợp ở mức độ
cao.

Có thể tạo dòng chảy trộn đều như chủ đích trên bằng cách: (a) sục khí trời (có hoặc
không trộn thêm CO2), và (b) khuấy trộn bằng cánh khuấy.

Hình 2.4: Khuấy trộn bằng cánh khuấy


14

2.1.2.7. Đặc điểm sinh sản
Spirulina có phương thức sinh sản vô tính, phân mảnh, từ một cơ thể mẹ trưởng
thành (sợi Spirulina platensis = Trichome), tự phân chia thành nhiều mảnh (đoạn),
mỗi phần gồm một số vòng xoắn (gồm 2- 4 tế bào = Hormogonia). Để đạt tới các
Hormogonia, phải thông qua sự thành lập các tế bào chuyên biệt cho sự sinh sản
(đoạn Necridia) từ cơ thể mẹ. Trong các Necridia hình thành các đĩa lõm ở 2 mặt và
sự tách rời tạo các Hormogonia bởi sự chia cắt tại vị trí các đĩa này. Trong sự phát
triển, dần dần phần đầu gắn tiêu giảm, 2 đầu Hormogonia phát triển, trưởng thành
và chu kỳ sinh sản lại lặp lại một cách ngẫu nhiên, đảm bảo vòng đời khép kín.
Trong giai đoạn sinh sản đoạn homogonia dường như nhạt màu, ít sắc tố xanh hơn
bình thường [12]

Hình 2.5: Vòng đời của Spirulina [26]
Phương thức sinh sản của Spirulina với vòng đời đơn giản và tương đối ngắn. Trong
điều kiện tối ưu (nuôi trồng thí nghiệm), vòng đời của Spirulina rất ngắn trong
khoảng 1 ngày. Ở điều kiện ít thuận lợi hơn (nuôi trồng tự nhiên, phụ thuộc vào thời
tiết), vòng đời sẽ là 3 - 5 ngày.
Do cách sinh sản nêu trên, tế bào con có độ dài kém hơn độ dài của tế bào mẹ nhiều
lần, nên khi nuôi liên tục, người ta có thể sử dụng các màng lọc để vớt được sợi
trưởng thành (dài 0,25 – 0,5 mm), còn đoạn chưa trưởng thành lọt qua màng lọc,
vào môi trường, tiếp tục được chăm sóc và trưởng thành. Cách thu hoạch này giản
đơn và đó là lợi thế của công nghệ nuôi trồng sản xuất sinh khối Spirulina

15

2.1.3. Thành phần hóa học của Spirulina platensis
Thành phần một số chất dinh dưỡng chính của Spirulina platensis này được ghi
nhận trong bảng 2-1
Bảng 2-1: Thành phần hóa học cơ bản của Spirulina (theo chất khô)
Thành phần

Tỷ lệ

Tác giả

65,00

Cifferi, 1985

65,94

N.H.Thước, 1996

18

Cifferi, 1985

Glucid (%)

12,5

N.H.Thước, 1996

Lipid (%)

5

Cifferi, 1985

1,12

N.H.Thước, 1996

Khoáng (%)

7

Cifferi, 1985

Ẩm độ (%)

5

Cifferi, 1985

Acid nucleic tổng số (mg/g)

4,29

N.H.Thước, 1996

Chlorophyll a (mg/g)

1,70

N.H.Thước, 1996

Protein và aminoacid (%)
Carbonhydrates (%)

Nguồn: Earthfood Spirulina; Nguyễn Hữu Thước (1996)
Spirulina được coi là loại thực phẩm đặc biệt vì giá trị dinh dưỡng của nó cao hơn
bất kỳ một loại thức ăn nào khác. Trong Spirulina hàm lượng protein trung bình gần
65% trọng lượng khô, giàu carotene và nhiều sắc tố (phycocyanin, chlorophyll,...)
và có chứa nhiều chất có hoạt tính sinh học cao. Cơ quan FDA Hoa Kỳ (the United
States Food and Drug Administration) đuợc thành lập năm 1981 đã xác nhận rằng
sinh khối Spirulina là nguồn protein, khoáng chất, các chất kích thích sinh học tuyệt
vời và là một thức ăn bổ sung có giá trị dinh dưỡng cao, không độc hại và có nhiều
đặc điểm ưu việt mà các nguồn thức ăn khác không có, được dùng làm thuốc, làm
thức ăn bổ dưỡng và sản xuất một số chất có hoạt tính sinh học cao dùng trong điều
trị một số bệnh hiểm nghèo [20]