Ảnh hưởng của ánh sáng và nitơ lên sự tăng trưởng, hàm lượng protein tổng, acid amin và khả năng chống oxy hóa của spirulina sp

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NGUYỄN TẤT THÀNH

ẢNH HƯỞNG CỦA ÁNH SÁNG VÀ NITƠ LÊN SỰ TĂNG TRƯỞNG,
HÀM LƯỢNG PROTEIN VÀ KHẢ NĂNG CHỐNG OXY HÓA
CỦA TẢO SPIRULINA SP.

Chuyên ngành: Sản xuất và phát triển thuốc

KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP DƯỢC SĨ ĐẠI HỌC

Hướng dẫn khoa học: TS. Võ Hồng Trung

Tp HCM – 2020


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan bài khóa luận này là của riêng tôi; các kết quả và số liệu
trong báo cáo khóa luận tốt nghiệp không sao chép bất kỳ nguồn nào khác. Tôi hoàn
toàn chịu trách nhiệm trước nhà trường về sự cam đoan này.

TP. Hồ Chí Minh, ngày … tháng … năm 2020
Sinh viên


LỜI CẢM ƠN
Trước tiên, tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến thầy TS. Võ Hồng Trung –
Trưởng Bộ môn Hóa sinh – Độc chất, trường Đại học Nguyễn Tất Thành đã tận tình
hướng dẫn chỉ bảo, tạo mọi điều kiện tốt nhất cho tôi trong suốt quá trình thực hiện
đề tài này.
Tôi xin trân trọng cảm ơn quý Thầy, Cô và Cán bộ trong khoa Dược, trường

Đại học Nguyễn Tất Thành đã tạo điều kiện thuận lợi và giúp đỡ tôi trong quá trình
học tập và hoàn thành khóa luận tốt nghiệp.
Tôi chân thành cảm ơn các bạn moniter trong Bộ môn Độc chất – Hóa sinh:
Trần Huỳnh Phong, Lưu Thi Đan, Vũ Thị Thu Hồng và Đào Thu Hiền đã tận
tình giúp đỡ, động viên để tôi có thể hoàn thành tốt khóa luận này.
Cuối cùng, tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến gia đình, bạn bè và những
người thân đã ở bên tôi, tạo điều kiện cả về vật chất lẫn tinh thần trong suốt quá
trình học tập và nghiên cứu.

………………, ngày …..tháng …..năm 2020


Khóa luận tốt
nghiệp
MỤC LỤC
ĐẶT VẤN ĐỀ.......................................................................................................... 1
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU................................................................. 3
1.1. Giới thiệu về Spirulina sp................................................................................... 3
1.2. Đặc điểm sinh học của Spirulina sp.................................................................... 3
1.2.1. Phân loại...................................................................................................... 3
1.2.2. Đặc điểm hình thái và cấu trúc tế bào Spirulina sp...................................... 4
1.2.3. Đặc điểm sinh lý.......................................................................................... 6
1.2.4. Đặc điểm sinh hóa........................................................................................ 7

1.3. Protein của Spirulina sp...................................................................................... 9
1.4. Khả năng chống oxy hóa của Spirulina sp.......................................................... 9
1.5. Ứng dụng nuôi trồng của Spirulina sp.............................................................. 10
1.6. Tình hình nghiên cứu và ứng dụng tảo Spirulina sp.......................................... 12
1.6.1. Tình hình nghiên cứu ngoài nước............................................................... 12
1.6.2. Tình hình nghiên cứu và ứng dụng trong nước.......................................... 12

CHƯƠNG 2. VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP.................................................. 14
2.1. Chủng Spirulina sp........................................................................................... 14
2.2. Các phương pháp phân tích............................................................................... 14
2.2.1.Quan sát hình thái tế bào Spirulina sp........................................................ 14
2.2.2.Xác định sinh khối tế bào Spirulina sp....................................................... 15
2.2.3.Xác định tốc độ tăng trưởng đặc hiệu......................................................... 15
2.2.4.Xác định hàm lượng protein của Spirulina sp. bằng phương pháp
Bradford15 2.2.5.Xác định hàm lượng phenolic tổng......................................... 16
2.2.6. Xác định hàm lượng chất oxy hóa tổng...................................................... 16
2.2.7. Xác định hàm lượng các acid amin theo hệ thống Pico – Tag....................17

2.3. Phương pháp thiết kế thí nghiệm....................................................................... 17
2.3.1.Thí nghiệm 1: Lựa chọn điều kiện ánh sáng nuôi cấy thích hợp................17
2.3.2.Thí nghiệm 2: Khảo sát ảnh hưởng của yếu tố nitơ lên sự tăng trưởng và
hàm lượng protein ở Spirulina sp........................................................................ 18
2.3.3.

.Thí nghiệm 3: Nuôi cấy, thu sinh khối và phân tích thành phần acid amin 20
i

SVTT: Nguyễn Thị Bích Ngọc

HDKH: TS. Võ Hồng Trung


Khóa luận tốt
nghiệp
2.4. Xử lý số liệu...................................................................................................... 21
CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ BIỆN LUẬN.......................................................... 22

3.1. Kết quả.............................................................................................................. 22
3.1.1. Lựa chọn điều kiện ánh sáng nuôi cấy thích hợp........................................ 22
3.1.2. Ảnh hưởng của yếu tố nitơ lên sự tăng trưởng và hàm lượng protein ở

Spirulina sp......................................................................................................... 27
3.1.3. Nuôi cấy, thu sinh khối và phân tích thành phần acid amin........................ 32

3.2. Biện luận........................................................................................................... 41
3.2.1. Lựa chọn điều kiện ánh sáng nuôi cấy thích hợp........................................ 41
3.2.2. Ảnh hưởng của yếu tố nitơ lên sự tăng trưởng và hàm lượng protein ở

Spirulina sp......................................................................................................... 42
3.2.3. Nuôi cấy, thu sinh khối và phân tích thành phần acid amin........................ 44

CHƯƠNG 4. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ........................................................ 47
4.1. Kết luận............................................................................................................. 47
4.2. Kiến nghị.......................................................................................................... 47
TÀI LIỆU THAM KHẢO

ii
SVTT: Nguyễn Thị Bích Ngọc

HDKH: TS. Võ Hồng Trung


DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT

Kí hiệu

Chú thích

%

Phần trăm

µg

Microgam

µL

Microlít

g/L

Gam/Lít

mcg

Microgam

mg/L

Miligam/Lít

mmol/L

Milimol/Lít

UI

International Unit


DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1 Thành phần hóa học của tảo Spirulina so với % trọng lượng khô.............7
Bảng 1.2 Thành phần vitamin của tảo Spirulina so với % trọng lượng khô.............8
Bảng 1.3 Thành phần chất khoáng của tảo Spirulina so với% trọng lượng khô.......8
Bảng 3.1 Thành phần của môi trường Zarrouk........................................................ 14
Bảng 3.1 Khối lượng sinh khối khô Spirulina theo từng loại ánh sáng...................24
Bảng 3.2 Nồng độ protein tổng (g/L) theo từng loại ánh sáng................................26
Bảng 3.3 Hàm lượng protein (%) tổng theo từng loại ánh sáng..............................26
Bảng 3.4 Khối lượng sinh khối khô Spirulina theo từng nồng độ NaNO3 khác nhau
...................................................................................................................................29
Bảng 3.5 Khả năng tích lũy protein theo từng nồng độ NaNO3 khác nhau..............31
Bảng 3.6 Khối lượng sinh khối khô của 2 chủng.................................................... 34
Bảng 3.7 Hàm lượng protein tổng của các chủng Spirulina sp...............................35
Bảng 3.8 Hàm lượng thành phần acid amin của Spirulina sp.................................. 37
Bảng 3.9 Hàm lượng phenolic tổng của 2 chủng.................................................... 39
Bảng 3.10 Hàm lượng chất chống oxy hóa tổng của 2 chủng Spirulina sp.............40


DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH
Hình 1.1 Hình thái tế bào Spirulina sp......................................................................4
Hình 1.2 Một phần của trichome xoắn ốc của Spirulina platensis; trong đó p là độ
cao và d đường kính ngoài của xoắn ốc.....................................................................5
Hình 1.3 Sơ đồ vòng đời của tảo Spirulina...............................................................7
Hình 2.1 Spirulina sp. nuôi cấy trong môi trường Zarrouk.....................................18
Hình 2.2 Sơ đồ bố trí thí nghiệm nuôi cấy Spirulina trong các điều kiện...............18
Hình 2.3 Sơ đồ bố trí thí nghiệm nuôi cấy Spirulina ở các điều kiện NaNO3 khác

nhau......................................................................................................................... 19
Hình 2.4 Các bình chứa dịch tảo trong hệ thống thí nghiệm...................................20
Hình 2.5 Sơ đồ bố trí thí nghiệm nuôi cấy các chủng Spirulina sp. ở điều kiện
NaNO3 5 g/L............................................................................................................21
Hình 3.1 Hình thái tế bào Spirulina sp. trong các điều kiện nuôi cấy ánh sáng đỏ,
ánh sáng xanh dương và ánh sáng trắng..................................................................22
Hình 3.2 Màu sắc dịch nuôi ngày thứ 10 trong điều kiện nuôi cấy ánh sáng đỏ, ánh
sáng xanh dương và ánh sáng trắng.........................................................................23
Hình 3.3 Sinh khối của Spirulina sp. trong các điều kiện ánh sáng khác nhau.......23
Hình 3.4 Tốc độ tăng trưởng đặc hiệu của Spirulina sp. trong các điều kiện ánh
sáng khác nhau........................................................................................................24
Hình 3.5 Hàm lượng protein tổng của Spirulina trong các điều kiện ánh sáng khác
nhau......................................................................................................................... 25
Hình 3.6 Sinh khối của Spirulina sp. trong các nồng độ NaNO3 khác nhau...........28
Hình 3.7 Tốc độ tăng trưởng đặc hiệu của Spirulina sp. trong các nồng độ NaNO3
khác nhau................................................................................................................28
Hình 3.8 Hàm lượng protein tổng của Spirulina trong các nồng độ NaNO3 khác nhau
...................................................................................................................................30
Hình 3.9 Hình thái của 2 chủng Spirulina sp. Mỹ và Nhật..................................... 32
Hình 3.10 Màu sắc dịch nuôi cấy ngày thứ 5 trong môi trường Zarrouk chứa
NaNO3 5,0 g/L của 2 chủng Spirulina sp. Nhật và Sprulina sp. Mỹ........................33


Hình 3.11 Sinh khối của 2 chủng Spirulina sp. Mỹ và Nhật...................................33
Hình 3.12 Hàm lượng protein tổng (g/L) của 2 chủng Spirulina sp. ở nồng độ
NaNO3 5,0 g/L.........................................................................................................34
Hình 3.13 Hàm lượng phần trăm protein tổng của 2 chủng Spirulina sp. ở nồng độ
NaNO3 5,0 g/L.........................................................................................................35
Hình 3.14 Hàm lượng phenolic tổng của 2 chủng Spirulina sp. ở nồng độ NaNO3
5,0 g/L..................................................................................................................... 38

Hình 3.15 Hàm lượng chất chống oxy hóa tổng của 2 chủng Spirulina sp. ở nồng độ
NaNO3 5,0 g/L.........................................................................................................39


Khóa luận tốt nghiệp dược sĩ đại học - Năm học 2013– 2018

ẢNH HƯỞNG CỦA ÁNH SÁNG VÀ NITƠ LÊN SỰ TĂNG TRƯỞNG,
HÀM LƯỢNG PROTEIN VÀ KHẢ NĂNG CHỐNG OXY HÓA
CỦA TẢO SPIRULINA SP.
Hướng dẫn khoa học: TS. Võ Hồng Trung
Mở đầu: Spirulina sp. là sản phẩm thiên nhiên có giá trị dinh dưỡng và sinh học cao, đáp
ứng nhu cần vừa là thức ăn, vừa là dược phẩm chữa bệnh. Điều kiện nuôi cấy là yếu tố
quan trọng quyết định đến chất lượng sản phẩm từ Spirulina.
Đối tượng: Tảo Spirulina sp. Phương pháp nghiên cứu: phương pháp Bradford, xác định
hàm lượng chất oxy hóa tổng, hệ thống Pico – Tag và một số phương pháp khác.
Kết quả: Sinh khối cực đại ở ánh sáng đỏ (0,84 g/L) cao hơn so với điều kiện ánh sáng
trắng và ánh sáng xanh dương (0,57 g/L và 0,28 g/L) p<0,05. Spirulina tích lũy protein cao
trong điều kiện ánh sáng xanh dương khoảng 40,66% sinh khối khô, cao hơn gấp đôi trong
ánh sáng trắng và đỏ (17,42 và 15,91% ) (p<0,05). Trong môi trường có nồng độ NaNO 3
(5,0 g/L) cho sinh khối đạt (0,60 g/L) và hàm lượng protein (34,41%) cao hơn so với khối
lượng sinh khối và hàm lượng protein được tạo ra khi nuôi cấy trong điều kiện nồng độ
NaNO3 thấp (1,25 g/L và 2,5 g/L).
Kết luận: Chất lượng ánh sáng và nồng độ NaNO 3 trong môi trường nuôi cấy có tác động
mạnh mẽ lên hình thái, sự tăng trưởng và tích lũy protein ở Spirulina sp. Khả năng chống
oxy hóa, tích lũy protein và thành phần acid min đều cao ở cả 2 chủng Spirulina sp. Mỹ và
Nhật trong điều kiện nuôi cấy có nồng độ NaNO 3 5,0 g/L. Ngoài ra, hàm lượng phenolic
tổng và khả năng chống oxy của hai chủng Spirulina sp. này có mối tương quan dương với
nhau.
Từ khóa: Spirulina sp., phương pháp Bradford, nitrate, protein, amino acid, chống oxy hóa.

Final assay for the degree of BS Pharm - Academic year: 2013-2018
EFFECT OF LIGHT QUALITY AND NITROGEN ON GROWTH,
PROTEIN CONTENT AND ANTIOXIDANT CAPACITY OF THE SPIRULINA SP.

Nguyen Thi Bich Ngoc
Supervisor: Dr. Trung Vo Hong
Introduction: Spirulina sp. is natural product known as a natural source of nutraceuticals
and bioactive compounds, responding to the demand of both food and medicinal products.
Cultural conditions are the key point to determine the quality of Spirulina’s products.
Materials: Spirulina sp. Methods: Bradford method, total oxidant quantitation, Pico - Tag
system and other methods.
Results: Maximum biomass under red light (0.84 g/L) was higher than those under white
and blue light conditions (0.57 g/L and 0.28 g/L) p <0.05. Protein contents obtained from
Spirulina sp. under the blue light condition was about 40.66% dry biomass, twice as much
as those under white and red light conditions (17.42 and 15.91%) (p <0.05). Under the high
NaNO3 concentration supplied Zarrouk medium (5.0 g/L), the dry biomass (0.60 g/L) and
protein content (34.41%) were higher than those under low NaNO 3 concentration supplied
medium (1.25 g/L and 2.5 g/L).
Conclusion: The light quality and NaNO3 concentration in the culture medium strongly
influenced morphology, growth and protein content in Spirulina sp. The antioxidant
capacity, protein content and amino acid profiles were obtained high in both strains of
Spirulina sp. from USA and Japan under culture condition in which NaNO 3 concentration
was of 5.0 g/L. In addition, there was a positive correlation between the total phenolic
content and the antioxidant capacity of the two strains of Spirulina sp.
Key words: Spirulina sp., Bradford method, nitrate, protein, amino acid, antioxidant
capacity.


Khóa luận tốt

nghiệp

Đặt vấn
đề
ĐẶT VẤN ĐỀ

Khi đứng trên cao của sự phát triển của khoa học và công nghệ, con người dần
có xu hướng trở về với thiên nhiên. Vì thế mà các nhà khoa học không ngừng cho ra
đời những công trình nghiên cứu các loài thực vật, động vật trong tự nhiên nhằm
tìm ra những hoạt chất quý ứng dụng trong y học, để chữa những căn bệnh nguy
hiểm như ung thư, bệnh truyền nhiễm.
Bên cạnh đó, tiếp nối những thành công trong những thế kỷ trước, chúng ta đã
tìm ra những nguồn thực phẩm giàu dinh dưỡng từ tự nhiên như các loại bánh tảo,
thực phẩm chức năng. Đồng thời dựa vào thiên nhiên chúng ta cũng tìm ra nguồn
chiết xuất ra các hoạt chất trong ngành mỹ phẩm. Spirulina là một trong những loài
tảo được nghiên cứu nhiều nhất và cũng đem lại rất nhiều lợi ích cho con người
trong ngành thực phẩm, dược phẩm và mỹ phẩm.
Các loài Spirulina có hoạt tính sinh học đa dạng và ý nghĩa về dinh dưỡng do
chúng có hàm lượng cao các chất dinh dưỡng tự nhiên, có vai trò điều hòa chức
năng sinh học và miễn dịch. Spirulina là loại vi tảo được tiêu thụ nhiều nhất do hàm
lượng protein cao và các lợi ích dinh dưỡng bổ sung, bao gồm chống tăng huyết áp,
bảo vệ thận, chống tăng lipid máu và chống tăng đường huyết [75]. Nhiều Spirulina
ảnh hưởng lên hệ thống miễn dịch thông qua tăng hoạt tính của đại thực bào, kích
thích tạo ra kháng thể, cytokine, tăng tích lũy tế bào NK (Natural Killer Cell) trong
các mô, tăng sự hoạt động và di chuyển của tế bào T và B [46]. Spirulina là một
nguồn giàu protein, chứa hàm lượng cao acid hypocholesterolemic γ-linoleic
(GLA), vitamin B và các phycobiliprotein tự do [71]. Do đó nó đã được Tổ chức Y
tế Thế giới (WHO) gán danh hiệu là “siêu thực phẩm” [46]. Như một minh chứng
cho điều này, Spirulina có lượng canxi nhiều hơn 180% so với sữa, protein nhiều
hơn 670% so với đậu hũ, hơn 3100% β-carotene so với cà rốt và chất sắt nhiều hơn

5100% rau bina [20].
Nắm bắt được tiềm năng kinh tế cũng như giá trị dinh dưỡng từ Spirulina
nhiều nghiên cứu từ quy mô nhỏ như trong phòng thí nghiệm đến quy mô lớn như
sản xuất trong công nghiệp được thực hiện nhằm tìm ra phương pháp nuôi trồng để
1
SVTT: Nguyễn Thị Bích Ngọc

HDKH: TS. Võ Hồng Trung


Khóa luận tốt
Đặt vấn
nghiệp
đề
đạt được hiệu suất cao nhất. Điển hình như: môi trường MS, Zarrouk… là một
trong những

2
SVTT: Nguyễn Thị Bích Ngọc

HDKH: TS. Võ Hồng Trung


môi trường mang lại hiệu quả cao và tiết kiệm với những điều kiện chuẩn về chế độ
dinh dưỡng, pH, nhiệt độ, ánh sáng [27], [46].
Hiện nay, đã có nhiều công trình trong nghiên cứu về các điều kiện nuôi trồng
Spirulina mang lại hiệu suất tối ưu. Tuy nhiên, ở Việt Nam còn rất nhiều hạn chế về
lĩnh vực này. Dựa vào cơ sở đó, đề tài “Ảnh hưởng của ánh sáng và nitơ lên sự
tăng trưởng, hàm lượng protein tổng, acid amin và khả năng chống oxy hóa của
Spirulina sp.” thực hiện với mục đích:

 Xác định điều kiện ánh sáng, nồng độ nitơ thích hợp cho tăng trưởng và tích
lũy protein ở Spirulina sp.
 Xác định khả năng chống oxy hóa và hàm lượng acid amin ở các chủng
Spirulina sp.


Khóa luận tốt
nghiệp

Tổng
quan
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU

1.1. Giới thiệu về Spirulina sp.
Tảo Spirulina hay tảo xoắn Spirulina là tên gọi do nhà tảo học Deurben (Đức)
đặt vào năm 1827 dựa trên hình thái tảo Spirulina. Do hình dạng “xoắn lò xo” với
khoảng 5-7 vòng đều nhau không phân nhánh dưới kính hiển vi nên được gọi là
Spirulina với tên khoa học là tảo Spirulina platensis (bắt nguồn từ chữ spire, spiral
có nghĩa là “xoắn ốc”) và trước đây được coi là thuộc chi Spirulina. Spirulina thuộc
vi khuẩn lam (Cyanobacteria) nên chúng thuộc sinh vật nhân sơ hay nhân nguyên
thủy (Prokaryote)[22].
Cũng vào năm 1827, Turpin lần đầu tiên phân lập được tảo Spirulina từ nguồn
nước tự nhiên.
Năm 1960, Tiến sĩ Clement người Pháp tình cờ phát hiện loại tảo này 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 mạnh.
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. Năm
1963, bà đã nghiên cứu thành công việc nuôi Spirulina ở qui mô công nghiệp [32].

Năm 1973, Tổ chức Nông lương Quốc tế (FAO) và Tổ chức Y tế Thế giới
(WHO) đã chính thức công nhận tảo xoắn Spirulina là nguồn dinh dưỡng và dược
liệu quý, đặc biệt trong chống suy dinh dưỡng và chống lão hóa [6].
Năm 1977, Viện sinh vật học là nơi tiên phong trong việc nuôi trồng Spirulina
ở Việt Nam theo mô hình ngoài trời, không mái che, có sục khí CO 2 tại xí nghiệp
nước suối Vĩnh Hảo (Bình Thuận).
1.2. Đặc điểm sinh học của Spirulina sp.
1.2.1. Phân loại
Tảo (algae) 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 được các chất hữu cơ từ các
chất vô cơ dưới tác dụng của ánh sáng mặt trời [1].
3
SVTT: Nguyễn Thị Bích Ngọc

HDKH: TS. Võ Hồng Trung


Tảo Spirulina thuộc [2]:
Lãnh giới (domain): Bacteria
Ngành (phylum): Cyanophyta
Lớp (class): Cyanophyceae
Bộ (ordo): Oscillatoriales
Họ (familia): Oscillatoniaceae (Nostocales)
Chi (genus): Spirulina
Có hai loài quan trọng là Spirulina maxima và Spirulina platensis.
1.2.2. Đặc điểm hình thái và cấu trúc tế bào Spirulina sp.
Tảo lam được xếp vào nhóm vi khuẩn lam, loài vi sinh vật đầu tiên có khả
năng quang hợp và sinh ra khí oxy được phát hiện từ 3,5 tỷ năm trước [45].
Spirulina là tảo đa bào, dạng sợi xoắn lò xo khoảng 5-7 vòng đều nhau không
phân nhánh. Đường kính xoắn khoảng 35 – 50 µm, bước xoắn 60 µm, chiều dài

thay đổi có thể đạt 250 µm. Nhiều trường hợp tảo Spirulina có kích thước lớn hơn
(hình
1.1 và hình 1.2).

Hình 1.1 Hình thái tế bào Spirulina sp. [43]


Hình 1.1 Một phần của trichome xoắn ốc của Spirulina platensis; trong đó p là
độ cao và d đường kính ngoài của xoắn ốc [30]
Thành tế bào Spirulina có cấu trúc nhiều lớp, không chứa cellulose mà chứa
mucopolyme pectin và các loại polysaccharide khác. Màng tế bào nằm sát ngay bên
dưới thành tế bào và nối với màng quang hợp nằm rải rác trong nguyên sinh chất
[1]. Tế bào tảo Spirulina chưa có nhân điển hình, vùng nhân là vùng giàu acid
nucleic chưa có màng nhân bao bọc, phân bố trong nguyên sinh chất. Ngoài ra, tế
bào Spirulina không có không bào thực, chỉ có không bào chứa khí làm chức năng
điều


chỉnh tỷ trọng tế bào. Nhờ có không bào chứa khí và hình dạng xoắn mà Spirulina
có thể nổi lên mặt nước [3].
Mặc dù không có ty thể và mạng lưới nội chất song tế bào Spirulina vẫn có
ribosom và một số thể vùi như các hạt polyphotphat, glycogen, phycocyanin,
carboxysome và hạt mesosome [1].
1.2.3. Đặc điểm sinh lý
Tảo Spirulina có thể phân bố rộng rãi trong đất, đầm lầy, nước sạch, nước
mặn, nước biển và suối nước nóng [4]. Do là một vi sinh vật quang dưỡng bắt buộc
nên ngoài hàm lượng chất dinh dưỡng cần thiết cho tảo là nguồn carbon và nguồn
nitơ, photpho; sự sinh trưởng của Spirulina còn phụ thuộc vào các yếu tố vật lý như
sau:
-

Yếu tố ánh sáng: là một trong những yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến sự phát
triển của tảo. Spirulina ít bị chi phối bởi chu kỳ sáng/tối và đạt giá trị sinh khối
cao khi được chiếu sáng liên tục. Cường độ ánh sáng thích hợp khoảng: 25,000
- 30,000 lux [1].

-

Yếu tố nhiệt độ: Spirulina phát triển ở nhiệt độ khá cao. Người ta phát hiện
chúng sống ở những suối nước nóng đến 69 0C. Chúng có khả năng phát triển ở
khoảng nhiệt độ 350C - 370C ở điều kiện phòng thí nghiệm. Spirulina phát triển
rất chậm dưới 250C [66].

-

Yếu tố pH: Spirulina phát triển trong khoảng pH từ 8,3 – 11. Tuy nhiên, pH của
môi trường tối ưu cho sinh trưởng và phát triển của tảo là từ 8,5 – 9,0. Tại
khoảng pH này, nguồn carbon vô cơ được đồng hóa nhiều nhất [67]. Ở pH= 10
– 11, tảo vẫn phát triển nhưng rất chậm.
 Nếu pH ≤ 7: khí CO2 được đưa vào môi trường, tảo có thể sự dụng CO 2
hòa tan là chủ yếu.


Nếu pH ≤ 9: CO2 hòa tan sẽ chuyển sang HCO3- và CO32CO2

H2CO3

H+ + HCO3

2H+ + CO32-

 Nếu pH = 10 – 11: các nguồn carbon trên lại trở về trạng thái ban đầu
CO32- + H2O

CO2 + 2OH-


 OH- được giải phóng sẽ làm tăng pH.


 Nếu pH quá cao tất cả HCO3- và CO32- sẽ tạo thành CO2 và OH-.
Chu kỳ phát triển của tảo rất ngắn, thường xảy ra trong 24 giờ như tảo Chlorella.
Tảo lam Spirulina có hai hình thức sinh sản:
-

Sinh sản sinh dưỡng: thực hiện bằng cách đứt từng khúc ở chỗ có tế bào dị hình
trên sợi tảo, từ đó tạo ra sợi mới (hình 1.3).

-

Sinh sản vô tính: thực hiện bằng cách tạo bào tử giống ở vi khuẩn trong điều
kiện không thuận lợi.

Hình 1.2 Sơ đồ vòng đời của tảo Spirulina [23]
1.2.4. Đặc điểm sinh hóa
Tảo Spirulina chứa hàm lượng protein rất cao, cao hơn cả tảo Chlorella. Ngoài
ra chúng còn chứa đầy đủ các vitamin và khoáng chất [3] (bảng 1.1, 1.2 và 1.3).
Bảng 1.1 Thành phần hóa học của tảo Spirulina so với % trọng lượng khô
STT

Thành phần

% so với trọng lượng khô

1

Protein tổng

60 – 70

2

Glucid

13 – 16

3

Lipid

7–8

4

Acid nucleic

4,29

5

Diệp lục

0,76

6

Caroten

0,23

7

Tro

4–5


Bảng 1.2 Thành phần vitamin của tảo Spirulina so với % trọng lượng khô[32]
STT

Thành phần

Trọng lượng trong 100g

1

Vitamin A(100% β-carotene)

352,000 IU

2

Vitamin K

1090 mcg

3

Thiamine HCl (Vitamin B1)

0,5 mg

4

Riboflavin (Vitamin B2)

4,53 mg

5

Niacin (Vitamin B3)

14,9 mg

6

Vitamin B6 (Pyridox. HCl)

0,96 mg

7

Vitamin B12

162 mcg

Bảng 1.3 Thành phần chất khoáng của tảo Spirulina so với% trọng lượng khô[32]
STT

Thành phần

Trọng lượng trong 100g

1

Caxi

468 mg

2

Sắt

87,4 mg

3

Photpho

961 mg

4

Iod

142 mcg

5

Magie

319 mg

6

Kẽm

1,45 mg

7

Selen

25,5 mcg

8

Đồng

0,47 mg

9

Mangan

3,26 mg

10

Clo

<400 mcg

11

Kali

1,660 mg

12

Natri

641 mg

Tuy nhiên, hàm lượng các thành phần hóa học của tảo thay đổi tùy thuộc vào
điều kiện nuôi cấy [4].


Các acid béo bão hòa và không bão hòa cũng có mặt trong thành phần của

Spirulina và chiếm tới 1,95g/100g chất khô. Hàm lượng cholesterol nhỏ hơn khoảng
0,1mg/100g chất khô, trong khi đó hàm lượng cholesterol trong 100 g chất khô của
trứng lên đến 600 mg. Điều này giải thích tại sao bột Spirulina được dùng bổ sung
thức ăn cùng với protein đồng thời nó kiểm soát việc tăng trọng lượng quá mức [3].
1.3. Protein của Spirulina sp.
Đặc điểm sinh hóa nổi bật của Spirulina là có hàm lượng protein rất cao,
chiếm khoảng 55 – 70% trọng lượng khô của tế bào, trong khi các thực phẩm được
coi là giàu chất đạm như đậu nành, thịt bò, photmat cũng chỉ có 18 – 37 % đạm.
Nhiều nghiên cứu đã chứng minh rằng protein trong Spirulina hoàn toàn không có
hại. Tốc độ đồng hóa protein rất cao: sau 18 giờ thì 58% protein được tiêu hóa và
đồng hóa [3]. Protein của tảo Spirulina có chứa acid amin thiết yếu và acid amin
không thiết yếu và tỷ lệ của các acid amin này khá cân đối. Trong số các acid amin
có 4 loại không thể thay thế và có vai trò quan trọng như: lysine, methionine,
phenylanalin, tryptophan.
Ngoài ra, trong thành phần protein của Spirulina còn chứa các phycobiliprotein
– một loại protein tan trong nước - một loại sắc tố lam có vai trò quan trọng trong
quá trình quang hợp của Tảo lam, Tảo đỏ [33]. Hàm lượng phycobiliprotein chiếm
đến 20 – 25% trong tổng lượng protein của tế bào; bao gồm 2 loại sắc tố: Cphycocyanin và allophycocyanin [16]. Chất này có hoạt tính sinh học cao đã được
nghiên cứu và thử nghiệm trong lĩnh vực Y-học. Một số bằng sáng chế liên quan
đến hoạt tính sinh học có lợi của phycobiliprotein cũng đã được công bố về các ứng
dụng sinh học như chống oxy hóa, chống viêm, chống virus, chống khối u, bảo vệ
thần kinh và các hoạt động bảo vệ gan [15], [49].
1.4. Khả năng chống oxy hóa của Spirulina sp.
Những năm gần đây, người ta đã bắt đầu nghiên cứu một số hoạt tính sinh học
ở tảo Spirulina và ứng dụng của chúng. Một trong số đó, khả năng chống oxy là
hoạt tính đang được chú ý nhiều nhất.


Do protein của Spirulina chứa phycobiliprotein có khả năng phát huỳnh quang
nên chúng được ứng dụng để đánh dấu các kháng thể đơn dòng trong việc chuẩn

đoán và phát hiện một số bệnh. Điều đáng được biết thêm là phycobiliprotein trong
Spirulina đã được phát hiện như là một tác nhân chống ung thư tuyến tụy ở chuột
đực nhờ khả năng chống oxy hóa và chống tăng sinh tế bào [49]. Vấn đề này đang
được các nhà khoa học quan tâm thí nghiệm ở các đối tượng khác.
Một nhóm hoạt chất có tác dụng sinh học quan trọng khác của Spirulina là các
carotenoid, tổng lượng chất này là 346mg/100g trọng lượng chất khô [64]. Tảo
Spirulina có tới 10 carotenoid khác nhau: oscillaxanthin, epoxy--carotene,
myxoxanthophyll, zeaxantin, -carotene, cismyxoxanthophyll, -cryptoxantin,
echinenone và hydroxyl-echinenone [38]. Trong đó đáng lưu ý là myxoxanthophyll,
zeaxantin, -carotene, echinenone là nhóm carotenoid đặc trưng cho cả ngành Tảo
Lam. Đặc biệt, tảo Spirulina là loại thực vật chứa hàm lượng -carotene cao, chiếm
52% trong tổng hàm lượng carotenoid (tiền Vitamin A), gấp 10 lần hàm lượng carotene có trong cà rốt, được biết đến như loại rau quả thông dụng giàu -carotene
nhất trong thực phẩm hàng ngày [63]. Beta – carotene trong Spirulina là chất chống
oxy hóa mạnh, giúp tiêu diệt các gốc tự do là nguyên nhân của nhiều bệnh tật. Dùng
liều cao -carotene trong khẩu phần dinh dưỡng hằng ngày sẽ rất hiệu quả trong
việc phòng chống các dạng ung thư [50].
Một nhóm các nhà khoa học ở trường Đại học Haward (Mỹ) nhận thấy chế
phẩm “Phycoten” về bản chất là tập hợp các carotenoid và diệp lục tố a chiết từ tảo
Spirulina có tác dụng rất tốt đối với hệ thống miễn dịch cơ thể người trong chống
bệnh ung thư [72].
1.5. Ứng dụng nuôi trồng của Spirulina sp.
Hiện nay, Spỉrulina được ứng dụng trong rất nhiều lĩnh vực khác nhau. Ngoài
những ứng dụng về dinh dưỡng và y tế trong một vài nghiên cứu, loài tảo này được
nuôi trồng ứng dụng trong các mô hình tiết kiệm chi phí và bảo vệ môi trường như:


sử dụng các nguồn carbon, nitơ hay photpho có sẵn trong tự nhiên để phát triển sinh
khối và một số hoạt chất.
Điển hình như một mô hình đã được khảo sát tại Braxil, Spirulina được nghiên
cứu để nuôi trồng trên mô hình sử dụng nguồn CO 2 có trong không khí kết hợp với

monoethanolamine (MEA) – một chất hấp thụ CO2 và chuyển đổi thành bicarbonate
vừa góp phần giảm thải lượng carbon gây ô nhiễm môi trường vừa có thể thu lại
lượng sinh khối cao thu hoạch làm phân bón hoặc thức ăn cho gia cầm và thủy sản.
Kết quả của thí nghiệm này khá khả thi, ở nồng độ MEA 0,10; 0,20 và 0,41 mmol/L
Spirulina tăng trưởng cao hơn và có hàm lượng protein cao hơn 17% so với sử dụng
NaOH làm chất hấp thụ CO2 [69].
Ở Việt Nam, nhiều cơ sở nuôi trồng, sản xuất và chế biến các sản phẩm từ
tảo Spirulina được thành lập với công nghiệp nuôi tảo trên các bể cấy nông bằng xi
măng và sử dụng khí CO2 từ công nghệ tạo nguồn carbon, nguồn CO 2 lấy trực tiếp
tại các nhà máy bia, cồn, rượu…được nén hóa lỏng vào bình chứa. Đó là các cơ sở
ở Vĩnh Hảo (Bình Thuận), Châu Cát, Lòng Sông (Thuận Hải), Suối Nghệ (Đồng
Nai),… Nguồn CO2 từ lò nung vôi (sau khi lọc bụi) và các hầm chứa khí biogas
cũng được nghiên cứu tận dụng để phát triển nuôi trồng tảo và cũng đã thu được
một số kết quả. Thử nghiệm nuôi trồng Spirulina bằng nước thải hầm biogas không
chỉ là biện pháp mở rộng sản xuất và hạ giá thành sản phẩm, mà còn giải quyết các
vấn đề về môi trường sinh thái cho nông thôn. Tảo này còn được sử dụng để xử lý
nước thải giàu NH4 từ nhà máy sản xuất urê thuộc xí nghiệp Liên hiệp Phân đạm
Hóa chất Hà Bắc, kết quả cho thấy nước thải sau khi pha loãng và bổ sung thêm
một số khoáng chất cần thiết rồi dùng nuôi Spirulina đã mang lại năng suất cao và
có tác dụng bảo vệ môi trường [5], [7].
Tuy nhiên, trong quá trình nuôi cấy Spirulina thường gặp một vài hạn chế cần
khắc phục để tránh ảnh hưởng đến sự tăng trưởng của tảo. Điển hình như việc dư
thừa hoặc thiếu bicarbonate hay thiếu lượng nitơ trong môi trường nuôi cấy dẫn đến
việc sản xuất lượng đường quá mức trong quá trình quang hợp. Khi nồng độ chất


này trở nên dư thừa trong tế bào, chúng sẽ tiết ra môi trường. Vì những chất đường
nhầy nên