Khảo sát quy trình tách chiết và tác động của phycocyanin từ tảo arthrospira platensis lên tế bào động vật trong điều kiện in vitro

ĐẠI HỌC
NGUYỄN TẤT THÀNH
THỰC HỌC - THỰC HÀNH - THỰC DANH - THỰC NGHIỆP

KHOA CƠNG NGHỆ SINH HỌC

KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP

KHẢO SÁT QUY TRÌNH TÁCH CHIẾT VÀ TÁC ĐỘNG
CỦA PHYCOCYANIN TỪ
TẢO Arthrospira platensis LÊN TẾ BÀO
ĐỘNG VẬT TRONG ĐIỀU KIỆN IN VITRO

Sinh viên thực hiện

: Trịnh Thị Ngọc Sương

Mã số sinh viên

: 1511540556

Chuyên ngành

: Công nghệ Sinh học

Giảng viên hướng dẫn : ThS. Huỳnh Văn Hiếu
ThS. Tô Minh Quân

TP. HCM, 2020

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NGUYỄN TẤT THÀNH

CỘNG HỊA XÃ HƠI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Khoa Công nghệ Sinh học

Độc Lập – Tự Do – Hạnh Phúc

------------------

-----oOo-----

NHIỆM VỤ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
Họ và tên: Trịnh Thị Ngọc Sương

MSSV: 1511540556

Chuyên ngành: Công nghệ sinh học

Lớp: 15DSH1A

1. Đầu đề luận văn:
Khảo sát quy trình tách chiết và tác động của phycocyanin từ tảo Arthrospira
platensis lên tế bào động vật trong điều kiện in vitro.
2. Mục tiêu
‑

Khảo sát quá trình tách chiết phycocyanin trong tảo Arthrospira platensis

‑

Khảo sát sự tác động của phycocyanin lên nguyên bào sợi.

3. Nội dung:
‑

Khảo sát sự tăng sinh của Spirulina (Arthrospira platensis) trong bình 500ml
bằng mơi trường Zarrouk

‑

Khảo sát tỉ lệ khối lượng phycocyanin/tảo sau chu trình đơng lạnh - rã đông và
tách chiết, tinh sạch.

‑

Khảo sát mức độ ảnh hưởng của phycocyanin ở các nồng độ lên nguyên bào sợi.

4. Thời gian thực hiện: tháng 4/2020 đến tháng 10/2020
5. Người hướng dẫn chính: ThS. Huỳnh Văn Hiếu
Người hướng dẫn phụ: ThS. Tô Minh Quân
Nội dung và yêu cầu KLTN đã được thông qua Bộ môn.
TP. HCM, ngày…… tháng……năm...20…
Khoa/Bộ môn

Cán bộ hướng dẫn

(Ký và ghi rõ họ tên)

(Ký và ghi rõ họ tên)

LỜI CẢM ƠN
Đầu tiên, tôi xin chân thành cảm ơn gia đình và người thân đã bên cạnh ủng hộ và
động viên tôi trong suốt những năm tháng qua.
Tôi xin chân thành gửi lời cảm ơn sâu sắc đến thầy Huỳnh Văn Hiếu và thầy Tơ
Minh Qn đã tận tình hướng dẫn và truyền nhiệt huyết cho tôi trong suốt q trình thực
hiện đề tài khóa luận. Cảm ơn anh Trần Đình Nhân - Học viên cao học tại trường Đại
Học Khoa Học Tự Nhiên, hai em: Hồ Trương Như Mỷ, Phan Thị Kim Phúc đã nhiệt
tình giúp đỡ và hỗ trợ tôi trong suốt thời gian qua.
Để đạt được kết quả như ngày hôm nay không chỉ do cá nhân tơi tạo ra mà đó là
cả một q trình gắn liền với sự hỗ trợ của nhiều người, tôi thật sự cảm ơn và quý trọng
những sự giúp đỡ và quan tâm của gia đình, thầy cơ, bạn bè trong suốt thời gian qua.
Cảm ơn các anh chị, bạn bè trong lab và trong khoa đã giúp đỡ tôi trong suốt quá trình
tiến hành đề tài.
Chân thành cảm ơn trường Đại Học Nguyễn Tất Thành, trường Đại Học Khoa Học
Tự Nhiên đã tạo điều kiện cho tôi thực hiện đề tài tốt nghiệp.
Xin cảm ơn Ban giám hiệu trường Đại Học Nguyễn Tất Thành, cán bộ, cùng quý
thầy cô tại khoa Cơng nghệ sinh học đã tận tình chỉ dạy và truyền đạt kiến thức, kỹ năng
cho tôi trong suốt quá trình học tập tại trường.

Trịnh Thị Ngọc Sương
Khoa Công nghệ Sinh học
Trường Đại Học Nguyễn Tất Thành
i


MỤC LỤC

1.1.1 Tên gọi, chủng loại và hình thái .............................................................................1

1.1.2 Nguồn gốc phát triển và đặc điểm sinh học ...........................................................2
1.1.3 Thành phần hóa học của tảo Spirulina ...................................................................3
1.1.4 Giá trị của Spirulina................................................................................................7

1.2.1 Đặc điểm ...............................................................................................................11
1.2.2 Công dụng của C-PC ............................................................................................11
1.2.3 Các nghiên cứu trong và ngồi nước ....................................................................14

1.4.1 Hình dạng tế bào nguyên bào sợi Fibroblast ........................................................17
1.4.2 Chức năng của nguyên bào sợi người ..................................................................17

ii


2.5.1 Hóa chất ................................................................................................................20
2.5.2 Thiết bị ..................................................................................................................21
2.5.3 Dụng cụ.................................................................................................................21

2.6.1 Sơ đồ tổng qt thí nghiệm...................................................................................22
2.6.2 Quy trình ni tảo giữ giống ................................................................................23
2.6.3 Phương pháp tách chiết C-PC từ tảo A. platensis ................................................24
2.6.4 Phương pháp phá vách tế bào ...............................................................................25
2.6.5 Tinh sạch bằng phương pháp xử lí than hoạt tính và tủa với muối (NH4)2SO4 ...26
2.6.6 Tác dụng của phycocyanin lên tế bào động vật....................................................28
2.6.7 Các phương pháp phân tích ..................................................................................30

3.2.1 Đối với tảo tươi.....................................................................................................33
3.2.2 Đối với tảo khô .....................................................................................................35

3.3.1 Kết quả khảo sát khả năng bắt gốc tự do bằng DPPH ..........................................40

3.4.1 Kết quả khảo sát độc tính của C-PC lên nguyên bào sợi......................................43
3.4.2 Kết quả đánh giá khả năng kích thích tăng sinh của C-PC ..................................45
iii


iv


TÓM TẮT
Arthrospira platensis (Spirulina) từ lâu được biết đến như một loại thần dược có
nhiều cơng dụng rất tốt đối với sức khỏe. Những năm gần đây có nhiều nghiên cứu về
tác động của phycocyanin (C-PC), một hoạt chất tự nhiên chống oxy hóa mạnh có trong
tảo xoắn, được ứng dụng trong công nghiệp mỹ phẩm. Tuy nhiên việc thu mua các sản
phẩm phycocyanin có độ tinh sạch cao để sử dụng trong sản xuất là quá đắt đỏ. Đề tài
được tiến hành với mục đích nhằm góp phần cắt giảm bớt chi phí cho việc thu mua
phycocyanin tinh sạch ngồi thị trường. Chúng tơi đã tiến hành thực hiện đề tài với quy
trình tách chiết C-PC bằng đệm sodium phosphate 10 mM, sau đó xử lý dịch thơ đã tách
chiết với than hoạt tính ở các nồng độ từ 40 đến 120 g/L, thu dịch và thực hiện tủa với
ammonium sunfate nồng độ 300 g/L và kết thúc quy trình tinh sạch bằng phương pháp
thẩm tách qua màng 12000 Dalton và đông khô. Sau khi đã thu được dịch, C-PC tinh
sạch được khảo sát khả năng bắt gốc tự do của C-PC bằng phương pháp DPPH. Đánh
giá sự tăng sinh tế bào và độc tính tế bào dưới tác động của C-PC ở các nhóm nồng độ
khác nhau trên nguyên bào sợi người trong điều kiện in vitro. Kết quả tách chiết thành
công dịch chiết phycocyanin từ tảo Arthrospira platensis và tinh sạch bằng than hoạt
tính, muối ammonium sulfate thu được dịch C-PC thô nồng độ 1,368 mg/ml, độ tinh
sạch 2,38. C-PC thô ở các nồng độ 2,5; 5; 10 µg/ml kích thích tăng sinh tế bào, nồng độ
10 µg/ml kích thích tăng sinh tế bào cao nhất. C-PC thơ ở nồng độ trên 100 µg/ml gây
ức chế tăng sinh tế bào.

v


SUMMARY
Arthrospira platensis (Spirulina) has long been known as a medicine that has very
good health benefits. In recent years, there are many studies on the effects of
phycocyanin (C-PC), a natural antioxidant, found in spirulina, used in the cosmetic
industry. However, buying high purity phycocyanin products for use in manufactured
products is too expensive. The project is conducted with the aim to contribute to reduce
costs for buying pure phycocyanin outside the market. We carried out the project with
the C-PC extraction process with 10 mM sodium phosphate buffer, then treated crude
extract with more activity at concentrations from 40 to 120 g / L, obtained the solution
and done with ammonium sulphate at 300 g / L concentration and finished cleaning with
12000 Dalton membrane validation and freeze drying. After being translated, the pure
C-PC was checked for the original C-PC by the DPPH method. Evaluation of cell
growth and cytotoxicity under the influence of C-PC in different groups on raw fiber
systems under in vitro conditions. The results obtained: Successfully extracted
phycocyanin extract from Arthrospira platensis algae and purified by more than activity,
ammonium sulfate salt obtained crude C-PC concentration 1,368 mg /ml, purity of 2,38.
C-PC at concentration 2.5; 5; 10 µg/ml activates cell proliferation, concentration of 10
µg/ml stimulates the highest cell proliferation. Crude C-PC concentrations above 100
µg/ml inhibit cell proliferation.

vi


DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH
Hình 1.1 Tảo Spirulina (Độ phóng đại 100x) ..................................................................1
Hình 1.2 Vịng đời của Spirulina ....................................................................................3
Hình 1.3 Các thành phần cơ bản của tảo Spirulina ........................................................4

Hình 1.4 Cơng thức cấu tạo của phycocyanin ...............................................................10
Hình 1.5 Ngun bào sợi người ...................................................................................17
Hình 2.1 Sơ đồ tổng qt thí nghiệm.............................................................................22
Hình 2.2 Quy trình tách chiết C-PC từ Spirulina ..........................................................24
Hình 3.1 A: Tảo ban đầu (ngày 0); B: Tảo sau 12 ngày cấy .........................................32
Hình 3.2 A: Tảo ban đầu (ngày 0); B: Tảo sau 12 ngày ni (40X) .............................32
Hình 3.3 Đường cong tăng trưởng của tảo A. platensis với môi trường Zarrouk chuẩn
trong bình 500 ml ..........................................................................................................33
Hình 3.4 Phycocyanin sau 2 chu trình rã đơng - đơng lạnh ..........................................33
Hình 3.5 Phycocyanin sau 3 chu trình rã đơng - đơng lạnh. .........................................34
Hình 3.6 Cặn tảo Spirulina sau khi tách phycocyanin (100X) ......................................34
Hình 3.7 Tảo khơ trước và sau khi sấy ..........................................................................35
Hình 3.8 Dịch chiết C-PC sau khi tách chiết với các dung dịch đệm khác nhau. .........36
Hình 3.9 Dịch chiết C-PC sau khi tách chiết với các tỷ lệ sinh khối/dung môi khác nhau.
(A) 1:5; (B) 1:10; (C) 1:20; (D) 1:40; (E) 1:8 ...............................................................37
Hình 3.10 Dung dịch C-PC thơ sau khi ủ với 80 g/L than hoạt tính trong 10 phút và ly
tâm. (A) Dung dịch C-PC thô; (B) Cặn than hoạt tín ....................................................38
Hình 3.11 Dịch nổi (A) và cặn (B) sau khi tủa muối amonium sulfate (AS) và ly tâm.
.......................................................................................................................................39
Hình 3.12 Màng chứa dịch chiết C-PC khi đặt trong bể nước (A); dịch chiết C-PC tinh
sau thẩm tách (B) ...........................................................................................................40
vii


Hình 3.13 Bột C-PC sau đơng khơ ................................................................................40
Hình 3.14 Dịch C-PC thơ pha lỗng với DPPH nồng độ 0 – 65 µg/ml (trái sang phái).
.......................................................................................................................................41
Hình 3.15 Phần trăm ức chế DPPH của C-PC thô với các nồng độ khác nhau. ...........42
Hình 3.16 Phần trăm ức chế DPPH của Trolox với các nồng độ khác nhau. ...............43
Hình 3.17 Biểu đồ thể hiện tác động của C-PC thô lên hF sau 24 giờ với các nồng độ

khác nhau thông qua giá trị OD. ....................................................................................44
Hình 3.18 Nguyên bào sợi người sau 24 giờ ủ với C-PC (200X) .................................44
Hình 3.19 Mật độ quang (OD 440 nm) của các giếng hF ủ với các nồng độ C-PC qua
các ngày 0, 2, 4 và 6 ......................................................................................................45
Hình 3.20 Nguyên bào sợi ngày 0 (200X).....................................................................46
Hình 3.21 Nguyên bào sợi tăng sinh sau 6 ngày, với các nồng độ C-PC (200X) .........47

viii


DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1 So sánh tỷ lệ acid amin của Spirulina với tiêu chuẩn của WHO / FAO ..........6
Bảng 1.2 Hàm lượng các sắc tố tự nhiên trong Spirulina................................................6
Bảng 1.3 Hàm lượng Vitamin chứa trong Spirulina .......................................................7
Bảng 2.1 Công thức môi trường Zarrouk ......................................................................23
Bảng 3.1 Kết quả nồng độ C-PC (sau 3 chu kì rã đơng - đơng lạnh) ............................34
Bảng 3.2 Kết quả tách chiết C-PC từ A. platensis với các dung dịch đệm khác nhau. .36
Bảng 3.3 Kết quả tách chiết C-PC từ A. platensis với các tỷ lệ sinh khối/dung môi ....37
Bảng 3.4 Kết quả tinh sạch C-PC thô từ dịch chiết thô với các hàm lượng than hoạt tính
và thời gian ủ khác nhau ................................................................................................39
Bảng 3.5 Kết quả tinh sạch C-PC thô từ dịch tinh sạch than hoạt tính với muối amonium
sulfate (AS) ....................................................................................................................39
Bảng 3.6 Phần trăm ức chế DPPH của C-PC thô. .........................................................41
Bảng 3.7 Phần trăm ức chế DPPH của Trolox. .............................................................42
Bảng 3.8 Kết quả IC50 và TEAC đối với DPPH của C-PC thô và Trolox ....................43
Bảng 3.9 Phần trăm ức chế tăng sinh hF của C-PC thô với các nồng độ khác nhau ....45

ix

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
Từ viết tắt

Tên Tiếng Việt

Tên Tiếng Anh

C-PC

Phycocyanin

DMEM

Dulbecco's Modified Eagle
Medium

FBS

Huyết thanh thai bò

Fetal Bovine Serum

EP

Độ tinh sạch

Extract purity

PBS

Phosphate Buffer Saline

hF

Nguyên bào sợi người

Human Fibroblast:

UV-Vis

Quang phổ tử ngoại khả kiến

Ultraviolet-visible spectroscopy:

FAO

Tổ chức Nông lương

Food and Agriculture

Liên Hiệp Quốc

Organization of the United
Nations

IC50

Nồng độ ức chế tối đa một nửa

The half maximal inhibitory

concentration

ROS

Gốc tự do ơxy hóa

Reactive oxygen species

NSAIDs

Thuốc chống viêm khơng

Non-steroidal anti-inflammatory

steroid

drug

Năng lực chống oxy hóa tương

Trolox equivalent antioxidant

đương Trolox

capacity

TEAC

Trolox

6-hydroxy-2,5,7,8
tetramathylchroman-2
carboxylic acid

AS

(NH4)2SO4

Ammonium sulfate

x


ĐẶT VẤN ĐỀ
1. Tính cấp thiết của đề tài
Arthrospira platensis (Spirulina) là một trong những loài tảo được nghiên cứu
nhiều nhất và cũng đem lại rất nhiều lợi ích cho con người. Theo nhiều nghiên cứu cho
thấy Spirulina có thể tăng cường khả năng miễn dịch, kích thích tạo máu, phòng và điều
trị bệnh ung thư, viêm nhiễm,... đặc biệt chính là khả năng chống oxi hóa. Theo tổ chức
y tế thế giới WHO, tảo Spirulina được xem là một nguồn dinh dưỡng và dược phẩm
tiềm năng của thế kỷ 21 chứa các hoạt chất với tỉ lệ cao.
Phycocyanin trong tảo xoắn là thành phần rất được quan tâm, bởi nó có giá trị lớn
trong chăm sóc sức khỏe với khả năng chống oxi hóa cao, và hỗ trợ tăng sinh tế bào.
Tuy nhiên, việc sử dụng phycocyanin tinh sạch hiện nay là quá đắt đỏ vì giá
thành phycocyanin tinh khá cao và có rất ít nghiên cứu trong phục hồi da thẩm mỹ. Một
số nghiên cứu cho rằng phycocyanin tách chiết ở dạng thơ thì tốt hơn trong việc trẻ hóa
làn da và chúng có giá thành thấp hơn. Nhưng trước khi được đưa vào quy trình sản
xuất, tất cả mọi thao tác cần phải được thử nghiệm và đánh giá trên một đối tượng. Vì
vậy chúng tơi đã tiến hành”Khảo sát quy trình tách chiết và tác động của
phycocyanin từ tảo Arthrospira platensis lên tế bào động vật trong điều kiện in

vitro”.
2. Mục tiêu của đề tài
‑ Tách chiết thành công phycocyanin trong tảo A. platensis.
‑ Đánh giá được sự tác động của phycocyanin lên sự tăng sinh nguyên bào sợi
người.

xi


Chương 1. Tổng quan tài liệu

TỔNG QUAN TÀI LIỆU
Sơ lược về tảo Arthrospira platensis
1.1.1 Tên gọi, chủng loại và hình thái
Phân loại khoa học
Giới (domain): Bacteria
Ngành (phylum): Cyanophyta
Lớp (class): Hormogoiophyceae
Bộ (ordo): Oscilllatoriales
Họ (familia): Oscillahtoriaseae
Chi (genus): Arthrospira
Spirulina (Arthrospira pltatensis) là một lồi vi tảo màu xanh, mắt thường khơng
thể nhìn thấy được. Tên Spirulina là do nhà tảo học người Đức Deurben đưa ra năm
1827 trên cơ sở hình thái đặc trưng của tảo là sợi xoắn ốc (Spiralis). Theo phân loại mới,
Spirulina là vi khuẩn lam dạng sợi (thường gọi là tảo xoắn) thuộc ngành vi khuẩn lam
(Cyanobacteria) hay tảo lam (Cyanophyta) 1-3.

Hình 1.1 Tảo Spirulina (Độ phóng đại 100x)
Chi Spirulina có nhiều lồi (hơn 35 lồi) đã được phát hiện. Trong đó có 2 lồi
được nghiên cứu đầu tiên và nhiều nhất: lồi S. geitleri (S. maxima) – có nguồn gốc châu

Phi, lồi A. platensis – có nguồn gốc Nam Mỹ. Ngồi ra cịn có S. prpvilca ở Puru, S.
jeejibai ở CHLB Đức, S. subsalsa ở Ukraina, S. laxissima ở Kenya, S. pacifica ở Hoa
Kỳ. Ở Việt Nam, giống được nghiên cứu đầu tiên, lưu giữ ở viện Sinh vật học là A.
platensis Geitler do Cộng Hòa Pháp cung cấp.
1


Chương 1. Tổng quan tài liệu

1.1.2 Nguồn gốc phát triển và đặc điểm sinh học
1.1.2.1 Nguồn gốc
Xuất hiện trên trái đất khoảng 3,5 tỷ năm về trước, tảo Spirulina là một trong những
dạng quang hợp đầu tiên của sự sống trên trái đất. Đó là thể sống duy nhất mà trải qua
hàng trăm triệu năm trên trái đất vẫn không hề bị biến đổi nhờ vào một thành phần sinh
hóa rất độc đáo – một tập hợp được cân bằng bởi vitamin, các khoáng chất và các acid
amin được bọc trong một màng protein dễ hấp thụ. Năm 1963, giáo sư Clement - người
Pháp đã nghiên cứu thành công việc nuôi tảo Spirulina ở quy mô công nghiệp. Đến năm
1973, FAO và tổ chức Y tế thế giới (WHO) đã chính thức cơng nhận Spirulina là nguồn
thực phẩm lý tưởng và là giải pháp trong việc phòng và điều trị bệnh cho con người ở
thế kỷ 21. Theo số liệu của WHO, tảo Spirulina có thể giúp con người phịng chống ít
nhất là 70% các loại bệnh. Từ năm 1980 đến nay, tảo Spirulina đã trở nên rất thông dụng
trên toàn thế giới như là nguồn thực phẩm bổ sung rất tốt để chăm sóc và tăng cừờng
sức khỏe cho con người ở mọi lứa tuổi 4,5.
1.1.2.2 Đặc điểm hình thái, cấu tạo 4,5
Về hình dạng, tảo Spirulina thường ở dạng xoắn kiểu lị xo có màu xanh lục lam
với các vòng xoắn khá đều, ở hai đầu cuối của sợi thường co hẹp và mút lại. Tuy nhiên,
do điều kiện sinh sống và thời kì phát triển mà hình dạng tảo có thể thay đổi chút ít: sợi
tảo duỗi ra hoặc uốn xoắn nhưng mật độ thưa dày và hình dạng khác nhau như chữ C,
chữ S,...Riêng một đặc điểm không thay đổi là sợi tảo không phân nhánh, khơng có bao
và dị bào.

A. platensis là tảo lam đa bào, dạng sợi tảo gồm nhiều tế bào hình trụ xếp gần nhau
khơng phân nhánh đường kính tế bào dài 1 – 12 µm chiều dài tế bào có thể 10 µm và
chiều dài chuỗi có thể đến 110 µm.
Về cấu tạo, tảo Spirulina có cấu tạo đa bào với gần 100 tế bào trên mỗi sợi tảo. Tế
bào chưa có nhân điển hình, vùng nhân cũng khơng có giới hạn rõ ràng. Tảo Spirulina
chưa có lục lạp mà thay vào đó là các thể thylakoid xếp thành vịng chứa các sắc tố
chlorophyl, phycocyanin, carotenoid. Màng tế bào cũng không có cấu tạo vách của
cellulose giống như thực vật mà chỉ là các lớp peptidoglycan dễ dàng bị phân hủy bởi
2


Chương 1. Tổng quan tài liệu

các enzyme tiêu hóa. Chính vì những đặc điểm đó mà tảo Spirulina được xếp vào ngành
Vi khuẩn chứ không phải ngành Tảo như trước đây.
Về đặc điểm vận động, Spirulina có thể thực hiện theo hai kiểu: tự xoắn do chuyển
hình dạng từ xoắn sang thẳng hay ngược lại; hoặc tịnh tiến trong môi trường nước như
những phiêu sinh vật nhờ các không bào khí hình trụ. Vận tốc di chuyển của chúng có
thể đạt 5 micron /giây. Vận động này được thực hiện bởi các lông ở sườn bên cơ thể
(fimbria) - là các sợi có đường kính 5 – 7 nm và dài 1 - 2 micron nằm quanh cơ thể. Các
lông này hoạt động như tay chèo giúp cho vi khuẩn lam hoạt động.
1.1.2.3 Đặc điểm sinh sản

Hình 1.2 Vịng đời của Spirulina 6
Trong chu kỳ sống, khi đến giai đoạn sinh sản chuỗi xoắn bị vỡ tạo thành nhiều
đoạn tảo nhờ sự hình thành của những tế bào đặc biệt goi là tế bào mắc xích. Các đoạn
xoắn nhỏ sẽ hình thành chuỗi ngắn có khả năng trượt gọi là Hormogonia và sau đó sẽ
hình thành chuỗi dài mới. Tế bào hormogonia rời khỏi vị trí đính của tế bào mắc xích
và trở nên trịn ở đầu cuối. Số lượng tế bào ở hormogonia tăng lên bởi sự phân chia cửa
tế bào với nguyên sinh chất. Với tiến trình này chuỗi được dài hơn và có hình dạng xoắn

đặc thù 6.
1.1.3 Thành phần hóa học của tảo Spirulina
Cho đến nay, Spirulina vẫn được xem là một loại thực phẩm dinh dưỡng hồn hảo
giàu dưỡng nhất được tìm thấy trên thế giới. Chứa hơn 50 vi chất dinh dưỡng, nhiều hơn
3


Chương 1. Tổng quan tài liệu

bất kỳ các loại thức ăn, rau xanh, quả hạt hay các loại thảo dược khác. Spirulina chứa
hơn 60% chất đạm (protein) là nguồn cung cấp chất tạo hình cao hơn thịt bị (18%), gia
cầm (19%), sữa tươi (3,7%) và trứng (14%). Đặc biệt, đạm trong tảo Spirulina là tổng
hợp của hơn 18 loại acid amin trong đó có 8 loại là thiết yếu và tất cả đều dễ tiêu hóa
(đến 95%) do bản chất là đạm thực vật. Bên cạnh đó, Spirulina cịn là nguồn bổ sung
nhiều loại vitamin như vitamin A, vitamin E, vitamin B complex (B1, B2, B6,
B12) ...với hàm lượng B12 gấp đơi gan bị, lượng ß-carotene cao hơn 20 lần trong cà
rốt, lượng vitamin E thì gấp đơi mầm lúa mì. Giàu khống chất cần thiết cho cơ thể và
xương khớp như Kali, Canxi, Magie, Kẽm... và giàu acid béo GLA thiết yếu và chất xơ.
Ngồi ra, Spirulina cịn chứa nhiều chất chống lão hóa (để bảo vệ tế bào) quan
trọng như phycocyanin, chlorophyl và carotenoid…Tảo A.platensis còn chứa nhiều
nguyên tố vi lượng cần thiết cho hoạt động bình thường của hệ thần kinh, hệ tim mạch
và cho quá trình tạo máu như Fe, Ge… Chính vì thế, Spirulina được xem là một món
quà độc đáo mà thiên nhiên ban tặng cho con người 1,7.

Hình 1.3 Các thành phần cơ bản của tảo Spirulina 1

4


Chương 1. Tổng quan tài liệu

Bảng 1.1 So sánh tỷ lệ acid amin của Spirulina với tiêu chuẩn của WHO / FAO 1
Acid amin thiết yếu

Tính cho 10 gram (mg)

Tỉ lệ tổng acid amin

Isoleucine

350

5,6

Leucine

540

8,7

Lysine

290

4,7

Methonione

140

2,3

Phynylanine

280

4,5

Threonine

320

5,2

rytophan

90

1,5

Valine

400

6,5

Alanine

470

7,6

Arginine

430

6,9

Acid aspartic

610

9,8

Cysine

60

1,0

Acid glutamic

910

4,6

Glysine

320

5,2

Histidine

100

1,6

Proline

270

4,3

Seline

320

5,8

Trylosine

300

4,8

Tổng Acid amin

6200

100

Acid amin không thiết yếu

Bảng 1.2 Hàm lượng các sắc tố tự nhiên trong Spirulina 1
Hàm lượng/10g sinh khối khô

Tỉ trọng trong 10g

(mg)

(%)

Phycocyanin (blue)

1500-2000

15-20

Chlorophyll (green)

115

1,15

Carotenoid (orange)

37

0,37

B-caroten

14

0,14

Tên sắc tố

6


Chương 1. Tổng quan tài liệu

Bảng 1.3 Hàm lượng Vitamin chứa trong Spirulina 1
Vitamin

Hàm lượng (mg/kg)

Nhu cầu hàng ngày (mg)

B1

35-50

1,5

B2

30-46

1,8

B6

5-8

2

B12

1,5-2

0,003

Niacin

130

20

Folate

0,5

0,4

Pantothenate

4,6-2,5

6-10

Biotin

0,05

0,1-0,3

C

Vết

15-30

Phycocyanin là sắc tố rất quan trọng trong sinh khối A. platensis và tồn tạo dưới
dạng protein phức hợp, chiếm 20% trọng lượng sinh khối khơ, trong phycocyanin có cả
ngun tố Fe, Mg. β–carotene chiếm 80% Cartotenoid có trong Spirulina, phần còn lại
gồm xanthophylls, cryptoxantin, echineone, zeaxanthin và lutein. Mỗi kilogram
Spirulina khô chứa khoảng 700-1700 mg β-carotenoid và khoảng 100 mg cryptoxanthin,
hai loại carotenoid này được chuyển hóa thành vitamin A trong cơ thể người. Carotenoid
là sắc tố màu vàng cam có trong sinh khối Spirulina8.
1.1.4 Giá trị của Spirulina
1.1.4.1 Nguồn thực phẩm lý tưởng
Theo WHO, Spirulina với hàm lượng dinh dưỡng dồi dào (chủ yếu là protein và
các khoáng chất) là một nguồn thực phẩm quan trọng giúp cải thiện và nâng cao sức
khỏe cho con người ở mọi lứa tuổi. Protein trong Spirulina rất dễ tiêu hóa (có khoảng
95% trong khi các thực phẩm khác khoảng 10 – 15%) nên cơ thể có khả năng hấp thu
nhanh chóng để xây dựng lại cấu trúc và hệ thống miễn dịch cho cơ thể. Trẻ em ở Châu
Phi bị suy dinh dưỡng nặng có khả năng hồi phục sức khỏe sau 90 ngày sử dụng tảo

Spirulina để điều trị. Do đó, Spirulina đang là giải pháp để trẻ em ở nhiều nước trên thế
giới thoát khỏi hiểm họa bệnh tật do suy dinh dưỡng. Đối với các vận động viên,
Spirulina được xem như nguồn siêu thực phẩm để làm tăng sức mạnh cùng sự dẻo dai.
7


Chương 1. Tổng quan tài liệu

Đặc biệt, Spirulina là nguồn thực phẩm được các nhà du hành vũ trụ chọn trong những
chuyến du hành thám hiểm không gian. Giá trị dinh dưỡng tuyệt vời của Spirulina giúp
họ đảm bảo sức khỏe và năng lượng để làm việc trong thời gian dài. Các khoáng vi
lượng tham gia tạo hồng cầu và cấu tạo nên hệ enzyme của người và động vật. Trong
đó, sắt rất cần thiết để xây dựng một cơ thể khỏe mạnh và là nguyên tố dễ bị thiếu hụt
nhất trong các khoáng chất. Đặc biệt, nguồn sắt bổ sung từ Spirulina dễ hấp thu hơn so
với các dạng bổ sung sắt khác. Do chứa một hàm lượng sắt lớn nên Spirulina cũng có
tác dụng hiệu qủa chống lại bệnh anemia 9.
1.1.4.2 Tăng cường hoạt động và ảnh hưởng tích cực đến hệ tiêu hóa
Sợi Spirulina có dạng lị xo không chứa cellulose trong thành tế bào nên rất dễ
dàng cho tiêu hóa. Các nghiên cứu xác nhận rằng Spirulina giúp tăng cường làm sạch
và lành mạnh đường tiêu hóa nhờ một lượng vitamin nhóm B phong phú, một hệ thống
enzyme, lượng chlorphyll cao. Nó bảo vệ niêm mạc ruột, hạn chế sự tấn công của những
vi khuẩn gây hại như coli, nấm Cadida, và kích thích những lợi khuẩn như lactobacillus
và difido. Các lợi khuẩn làm nền tảng cho một sức khoẻ tốt tăng khả năng hấp thụ dưỡng
chất từ thức ăn, và giúp ngăn ngừa sự nhiễm khuẩn.
1.1.4.3 Tăng cường hệ miễn dịch
Những vi chất dinh dưỡng là ß-carotene, phycocyanin và polysaccharide trong
Spirulina giúp tăng cường hệ miễn dịch, làm tăng cường khả năng hoạt động của các
thành phần quan trọng trong hệ miễn dịch: tế bào tủy xương, bạch cầu, tế bào sát trùng
tự nhiên… Theo các nhà khoa học nghiên cứu ở Osaka - Nhật Bản, phycocyanin có
trong tảo Spirulina có khả năng hạn chế ảnh hưởng của virus cúm A (H1N1) (The

Borneo post, Saturday, July, 11, 2009). Tinh chất độc đáo chiết xuất từ Spirulina giúp
ngăn cản sự sinh sôi của virus HIV-1, bệnh Herpes, bệnh cúm, quai bị và sởi trong cơ
thể nhưng lại rất an toàn cho các tế bào của cơ thể con người. Thực tế những người bị
bệnh cảm cúm cho biết, khi sử dụng Spirulina, họ cảm thấy ít mắc bệnh hơn và triệu
chứng cũng mau hết hơn nếu mắc phải, vết thương mau lành và sớm hồi phục hơn 8.
Các nghiên cứu tại Viện Ung thư Dannar Farber trường Đại học Y khoa Harvard
đã cho biết: Spirulina có thể ngăn chặn sự sao chép của virus HIV-1 ở những tế bào của
hệ thống miễn dịch, những tế bào máu đơn nhân và những tế bào Langerhans của tuỵ.
8


Chương 1. Tổng quan tài liệu

Tác dụng của Spirulina nhờ thành phần Calcium, Spirulina hoạt hoá giúp cơ thể chống
lại virus cúm, viêm gan B, HIV và Herper.
1.1.4.4 Hỗ trợ hệ tim mạch và giảm cholesterol
Những nghiên cứu khoa học được khảo sát trên một nhóm người ở Nhật và Ấn Độ
đã cho thấy sử dụng vài gram Spirulina hàng ngày là có thể hạ thấp lượng cholesterol,
cải thiện tình trạng lipid trong máu nhờ những Mucopolysaccharid ở thành tế bào của
tảo Spirulina. Những nghiên cứu này cho thấy, Spirulina sẽ giảm lượng cholesterol máu
xấu (LDL) và tăng lượng cholesterol tốt (HDL). Bên cạnh đó, tảo Spirulina cũng có thể
gây ra những thay đổi đáng kể trong trương lực mạch máu bằng việc gia tăng tổng hợp
và giải phóng Nitric oxide bằng sự tổng hợp và phóng thích những chất co mạch từ các
tế bào nội mạc. Những hiệu quả này giúp làm chậm lại tình trạng xơ vữa động mạch,
hạn chế nguy cơ cao huyết áp, thiếu máu và nhồi máu cơ tim10.
1.1.4.5 Chống lão hóa và ngừa ung thư
Các gốc tự do được sản sinh trong các quá trình chuyển hóa, từ những stress, ơ
nhiễm mơi trường… sẽ phá hủy cấu trúc tế bào sống. Spirulina chứa một lượng lớn các
chất chống oxy hóa mạnh: ß-carotene, vitamin E, các sắc tố Carotenoid, Chlorophyll và
phycocyanin và các khoáng chống oxy hóa: selenium, magan, kẽm, đồng, sắt và

chromium hình thành các enzyme chống oxy hóa trong cơ thể và một enzyme đặc biệt
SOD (Super Oxide Dismutase) có vai trị như một chất phịng vệ chống oxy hóa của cơ
thể. Spirulina cũng giúp kích thích và duy trì hoạt động hệ miễn dịch qua việc tăng giá
trị của 3 loại Cytokines (IFN -Y, IL1, IL4). Nghiên cứu của các nhà khoa học Trung
Quốc cho thấy, chất Polysaccharid còn làm tăng tỷ lệ lympho bào, cải thiện miễn dịch
tế bào và miễn dịch thể có đặc tính chống oxy hóa và ngừa ung thư. Do đó, có thể khẳng
định rằng Spirulina là một trong những thực phẩm chống oxy hoá mạnh mẽ nhất 11.
1.1.4.6 Tăng cường khả năng làm sạch và tiêu độc cho cơ thể
Ngày nay chúng ta đang phải sống trong một môi trường với chất độc chứa đầy
trong không khí, nước, thức ăn và thuốc. Cơ thể chúng ta cần phải liên tục loại bỏ những
chất độc được tích tụ không mong muốn này. Spirulina với thành phần kết hợp độc đáo
các vi chất dinh dưỡng - bao gồm chlorophyll, phycocyanin và polysaccharide có thể hổ
9


Chương 1. Tổng quan tài liệu

trợ tích cực cho quá trình tiêu độc trong cơ thể. Tại Nhật Bản, các nhà khoa học phát
hiện ra rằng Spirulina làm giảm sự nhiểm độc của thận do thủy ngân kim loại nặng và
các loại thuốc khác gây ra. Năm 1994, người Nga đã cấp patent cho Spirulina như là
một loại thực dược giúp làm giảm các phản ứng do các bệnh nhiễm xạ gây ra. 270 trẻ
em nạn nhân vụ nổ Chernobyl được dùng 5 g Spirulina mỗi ngày liên tục trong vòng 45
ngày đã giúp lượng nucleic nhiễm xạ giảm xuống 50%, và bình thường hóa những cơ
quan nhạy cảm bị dị ứng 11.
Giới thiệu phycocyanin (C-PC)

Hình 1.4 Cơng thức cấu tạo của phycocyanin16
Phycocyanin (C-PC): là một sắc tố màu lam có trong vi khuẩn lam, các loại tảo đỏ,
và cryptophyta. Sắc tố này làm cho vi khuẩn lam có màu hơi xanh và còn gọi là tảo lam.
C-PC tan được trong nước, có đặc tính huỳnh quang và có khả năng chống oxy hóa12.

Phycocyanin và những phycobiliprotein khác có nhiều ứng dụng trong thực phẩm, mỹ
phẩm, công nghệ sinh học, chẩn đốn và dược phẩm. Vì C-PC là một chất màu tự nhiên,
khơng độc, khơng gây ung thư và có khả năng tái tế tạo tế bào gốc, chống oxy hóa nên
được dùng ngày càng phổ biến trong các sản phẩm thực phẩm (Yoshida et al, 1998) như:
sữa lên men, kem, kẹo cao su, nước ngọt, đồ uống có cồn, món tráng miệng, trang trí
bánh ngọt, sữa lắc. Đặc biệt C-PC còn được dùng làm chất tạo màu trong mỹ phẩm
(Cohen, 1986) và dược phẩm (Glazer and Stryer, 1990) 13,14.

10


Chương 1. Tổng quan tài liệu

1.2.1 Đặc điểm
Phân tử màu xanh gồm ba hay nhiều amino acid liên kết với nhau bằng các cầu
nối peptide. Tùy thuộc vào cấu trúc mà có nhiều nhóm phycobiliprotein khác nhau. Có
ba loại: C-phycocyanin (C-PC), R-phycocyanin (R-PC) và allophycocyanin (APC). Các
phycobiliprotein chính có trong tảo A. platensis là phycocyanin và allophycocyanin15.
Ở một số sinh vật khơng chỉ có một mà nhiều loại Phycobilin. Năm 1998, các
Phycobiliprotein được MaColl đặt tên lại một cách rõ ràng hơn bằng cách thêm thành
phần Phycobilin vào trước tên của mỗi Phycobiliprotein đó. Ví dụ, phycocyanin với sắc
tố Phycoyanobilin có tên gọi là C-phycoyanin (C-PC). Trọng lượng phân tử của là
232000 Dalton16. Các sắc tố C-PC có độ hấp thu tối đa có thể nhìn thấy khác nhau giữa
615 nm và 620 nm, huỳnh quang phát thải tối đa vào khoảng 652 nm. C-PC ổn định ở
pH=5-7,5 và nhiệt độ (25±2oC). Phycocyanin bị biến tính hoặc bị mất màu khi nhiệt độ
trên 45oC, trên 90oC thì biến tính hồn toàn. Điểm đẳng diện của C-PC ở pH=5,8. Tại
thời điểm này Phycobiliprotein sẽ mất khả năng tương tác với nước và vón cục lại 17.
1.2.2 Cơng dụng của C-PC
1.2.2.1 Chất tạo màu tự nhiên và thực phẩm chức năng
C-PC chiết từ A. platensis được xem như là màu thực phẩm và mỹ phẩm ở Nhật

nhưng vẫn chưa được thừa nhận ở nhiều nơi, chẳng hạn như Châu Âu. Hơn thế nữa, CPC đang dần thay thế cho màu tổng hợp. Ngồi giá trị dinh dưỡng, C-PC cịn có tác
dụng tăng khả năng miễn dịch của cơ thể, chống oxy hóa, chống viêm, chống virus,
chống ung thư và giảm cholesterol trong máu 15,18.
1.2.2.2 Dinh dưỡng và thực phẩm
C-PC tinh khiết là chất dinh dưỡng và là thực phẩm cần thiết với khả năng chống
oxy hóa và trung hịa gốc tự do. Những tính chất này có được chủ yếu nhờ nhóm
Phycobiliprotein: C-PC bị mất màu trong q trình trung hịa gốc tự do, hoạt động chống
oxy hóa của Phycoyanobilin tự do có thể được so sánh với Phycocyanobilin liên kết
trong C-PC và hoạt động chống oxy hóa sẽ tăng lên bằng cách biến tính hoặc thủy phân
trypsin của C-PC. Khả năng trung hịa gốc tự do của PC được tìm thấy ở những C-PC
giàu Se, còn gọi là Se-C-PC 15,16.
11


Chương 1. Tổng quan tài liệu

1.2.2.3 Một số nghiên cứu mới nhất cho kết quả khả quan
• Tính kháng oxy hóa
Do nhiều nguyên nhân khác nhau, các gốc tự do được sinh ra trong cơ thể sinh vật
với số lượng lớn nên khơng được trung hịa bởi các chất chống oxy hóa sẵn có trong cơ
thể. Đây là nguyên nhân của nhiều bệnh lý: ung thư, viêm, thối hóa thần kinh, xơ vữa
động mạch…trong đó có cả stress do oxy hóa. Chính vì vậy, việc điều trị bệnh bằng
cách sử dụng các chất chống oxy hóa tự nhiên và tổng hợp đã được nghiên cứu. Trong
đó, các chất chống oxy hóa có nguồn gốc tự nhiên ngày càng chiếm ưu thế do không
gây ra tác dụng phụ đối với cơ thể, điển hình là phycocyanin – sắc tố màu xanh trong
tảo Spirulina 17.
Nhiều nghiên cứu về hoạt tính chống oxy hóa của C-PC đã được thực hiện bằng
nhiều phương pháp khác nhau, kết quả thực nghiệm cho thấy rằng C-PC có khả năng
loại bỏ các gốc oxy tự do và một số gốc oxy hóa khác như: HOCl, ONOO-…Khả năng
loại bỏ gốc alkoxyl và hydroxyl được chứng minh bằng phương pháp

chemiluminescence (CL). Quá trình loại bỏ gốc alkoxyl được thực hiện bằng cách đo
sự ức chế của CL sinh ra từ phản ứng của ter-butyl hydroperoxide với ion sắt trong sự
hiện diện của luminol. Thí nghiệm được thực hiện tương tự với chất đối chứng là vitamin
E – một chất loại bỏ gốc tự do điển hình. Kết quả cho thấy rằng ở nồng độ 0,1 µM
vitamin E và 2 µM PC có thể ức chế 50% CL 16. Theo Bhat et al., hiệu quả loại bỏ gốc
hydroxyl được xác định bằng phương pháp ức chế mối nguy hại đối với phân tử 2 –
deoxyribose. Phycobiliprotein tương tác với gốc hydroxyl với hằng số tốc độ phản ứng
trong khoảng 1,9 đến 3,5.1011 M-1S-1. Trong khi đó, đối với một số thuốc kháng viêm
không chứa steroid (NSAIDs) như indomethacin và ibuprofen thì hằng số tốc độ phản
ứng là 1,8.1010 M-1S-1. Quá trình peroxy hóa lipid là trung gian của ROS - nguyên nhân
quan trọng làm phá hủy màng tế bào. Nguyên nhân đơn giản từ một thay đổi rất nhỏ có
thể dẫn đến sự thay đổi hàng trăm chuỗi axit béo thành lipid peroxyl. Ở nồng độ 200
µM C-PC có thể ức chế gần 95% khả năng gia tăng sự peroxy hóa lipid 12.
Một nghiên cứu khác cũng cho thấy C-PC có khả năng bảo vệ hồng cầu người
chống lại sự ly giải gây ra bởi các gốc peroxyl. C-PC (12 – 75 µM) có thể bảo vệ hồng
cầu tương đương với những chất chống oxy hóa mạnh như ascorbic acid. Bằng cách đo
12


Chương 1. Tổng quan tài liệu

sự giảm độ hấp thu quang phổ ở bước sóng 620 nm ở các tỷ lệ HOCl/protein khác nhau,
các nhà khoa học đã xác định được cơ chế phản ứng và động học của phản ứng giữa
HOCl với C-PC. Trong đó, HOCl tấn cơng vào các nhóm mang sắc tố. Với một phân tử
HOCl đưa vào hệ thống có thể tẩy trắng 0,16 ± 0,04 nhóm màu. Sự hiện diện của khoảng
chín nhóm methionine trong phân tử apoprotein làm cho phản ứng xảy ra với HOCl
được thực hiện một cách hiệu quả. Khi thay đổi tỷ lệ các nhóm bilin và tỷ lệ các chất
tham gia phản ứng, các nhà nghiên cứu đã kết luận toàn bộ C-PC phản ứng với HOCl
với hằng số tốc độ phản ứng Kpc = 2,5.104 M-1S-1.
• Tác động bảo vệ thần kinh của C-PC

Những nghiên cứu tiến hành trên chuột cho thấy rằng C-PC (1 – 3 mg/ml) có khả
năng ức chế sản sinh các tế bào chết trong tiểu não. Hiện nay, cơ chế tác động bảo vệ
thần kinh của C-PC vẫn đang được nghiên cứu. Tuy nhiên các kết quả đã đạt được đã
chứng minh cho giả thuyết về khả năng ức chế sự thối hóa các tế bào thần kinh thơng
qua khả năng kháng oxy hóa loại trừ các gốc tự do. Do đó, C-PC có thể tác động tích
cực trong điều trị một số bệnh thối hóa thần kinh như Alzheimer’s, Parkinson’Spirulina
và Huntington’s 19.
• Tính kháng viêm
Bằng cách sử dụng phương pháp phân lập enzyme và xét nghiệm máu, Reddy et
al đã chứng minh rằng C-PC có khả năng ức chế chọn lọc COX–2. Theo phương pháp
phân lập enzyme, giá trị IC50 của C-PC đạt được là 180 nM, thấp hơn rất nhiều khi so
sánh với hai loại thuốc ức chế chọn lọc COX-2 điển hình là celecoxib (255 nM) và
rofecoxib (401 nM). Lipopolysaccharide (LPS) được dùng để kích thích máu người sản
sinh PEG2, đo lường sự sản sinh PEG2 đã chứng minh hiệu quả ức chế COX-2 của CPC (IC50=80 nM), thấp hơn nhiều so với phương pháp phân lập enzyme. Các apoprotein
đóng vai trò quan trọng trong sự ức chế chọn lọc COX-2. Trong đó, PC (37,5 kDa) có
kích thước lớn hơn đáng kể so với các NSAIDs. Chính cấu trúc ba chiều của nó đã tạo
các liên kết ràng buộc đối với COX-2.
Một mơ hình nghiên cứu thực hiện điều trị bệnh viêm khớp ở chuột bằng cách sử
dụng C-PC hoặc một dạng thuốc điển hình như triamcinolone đã cho thấy sự suy giảm
13