ẢNH HƯỞNG CỦA ÁNH SÁNG VÀ NITƠ LÊN SỰ TĂNG TRƯỞNG, HÀM LƯỢNG PROTEIN VÀ KHẢ NĂNG CHỐNG OXY HÓA CỦA TẢO SPIRULINA SP. KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP DƯỢC SĨ ĐẠI HỌC

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

NGUYỄN THỊ BÍCH NGỌC

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 – 2018


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

TP. Hồ Chí Minh, ngày … tháng … năm 2018
Sinh viên

Nguyễn Thị Bích Ngọc


LỜI CẢM ƠN
Trước tiên, tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến thầy TS. Võ Hồng Trung –

Trưởng Bộ mơn Hóa sinh – Độc chất, trường Đại học Nguyễn Tất Thành đã tận tình
hướng dẫn chỉ bảo, tạo mọi điều kiện tốt nhất cho tơi trong suốt q 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 tơi trong q trình
học tập và hồn thành khóa luận tốt nghiệp.
Tơi chân thành cảm ơn các bạn moniter trong Bộ mơn 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 tơi có thể hồn thành tốt khóa luận này.
Cuối cùng, tơi 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 2018


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 ni 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 ngồi 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 ni 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: Ni 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 ni 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. Ni 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


Khóa luận tốt nghiệp

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

iii

SVTT: Nguyễn Thị Bích Ngọc

HDKH: TS. Võ Hồng Trung


Khóa luận tốt nghiệp

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 khống của tảo Spirulina so với% trọng lượng khơ .......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

iv
SVTT: Nguyễn Thị Bích Ngọc

HDKH: TS. Võ Hồng Trung

Khóa luận tốt nghiệp

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 ngồi của xoắn ốc ......................................................................5
Hình 1.3 Sơ đồ vịng đời của tảo Spirulina ................................................................7
Hình 2.1 Spirulina sp. ni cấy trong mơi trường Zarrouk...................................... 18
Hình 2.2 Sơ đồ bố trí thí nghiệm ni 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 ni 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 ni 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

v
SVTT: Nguyễn Thị Bích Ngọc

HDKH: TS. Võ Hồng Trung


Khóa luận tốt nghiệp

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

vi
SVTT: Nguyễn Thị Bích Ngọc

HDKH: TS. Võ Hồng Trung


Khóa luận tốt nghiệp

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 HĨA
CỦA TẢO SPIRULINA SP.
Nguyễn Thị Bích Ngọc
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 mơi trường có nồng độ NaNO3 (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 NaNO3 trong mơi trường ni 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 ni cấy có nồng độ NaNO3 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.

vii
SVTT: Nguyễn Thị Bích Ngọc

HDKH: TS. Võ Hồng Trung

Khóa luận tốt nghiệp

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 NaNO3 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 NaNO3 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.

viii
SVTT: Nguyễn Thị Bích Ngọc

HDKH: TS. Võ Hồng Trung


Đặt vấn đề

Khóa luận tốt nghiệp
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 khơng ngừng cho ra
đời những cơng trình nghiên cứu các lồi 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 cơng 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 lồi 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 trị điều hịa 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 mơ nhỏ như trong phịng thí nghiệm đến quy mơ lớn như sản xuất
trong cơng nghiệp được thực hiện nhằm tìm ra phương pháp ni trồng để đạt được
hiệu suất cao nhất. Điển hình như: môi trường MS, Zarrouk… là một trong những
1
SVTT: Nguyễn Thị Bích Ngọc

HDKH: TS. Võ Hồng Trung


Đặt vấn đề

Khóa luận tốt nghiệp

mơi 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 cơng 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.

2
SVTT: Nguyễn Thị Bích Ngọc

HDKH: TS. Võ Hồng Trung


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 lị xo” với
khoảng 5-7 vịng đều nhau khơng 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 mơ hình ngồi trời, khơng mái che, có sục khí CO2 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


Khóa luận tốt nghiệp

Tổng quan

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 lồi 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, lồi 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 lị xo khoảng 5-7 vịng đều nhau khơng
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]

4
SVTT: Nguyễn Thị Bích Ngọc

HDKH: TS. Võ Hồng Trung


Khóa luận tốt nghiệp

Tổng quan

Hình 1.1 Một phần của trichome xoắn ốc của Spirulina platensis; trong đó p là
độ cao và d đường kính ngồi của xoắn ốc [30]
Thành tế bào Spirulina có cấu trúc nhiều lớp, khơng 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 khơng có khơng bào thực, chỉ có khơng bào chứa khí làm chức năng điều

5
SVTT: Nguyễn Thị Bích Ngọc

HDKH: TS. Võ Hồng Trung


Khóa luận tốt nghiệp

Tổng quan

chỉnh tỷ trọng tế bào. Nhờ có khơng bào chứa khí và hình dạng xoắn mà Spirulina có
thể nổi lên mặt nước [3].
Mặc dù khơng 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 690C. Chúng có khả năng phát triển ở khoảng
nhiệt độ 350C - 370C ở điều kiện phịng 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 vơ 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 mơi trường, tảo có thể sự dụng CO2
hịa tan là chủ yếu.
 Nếu pH ≤ 9: CO2 hòa tan sẽ chuyển sang HCO3- và CO32CO2

H+ + HCO3

H2CO3

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.
6
SVTT: Nguyễn Thị Bích Ngọc

HDKH: TS. Võ Hồng Trung


Khóa luận tốt nghiệp

Tổng quan

 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 vơ tính: thực hiện bằng cách tạo bào tử giống ở vi khuẩn trong điều kiện
khơng 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. Ngồi
ra chúng cịn 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

7
SVTT: Nguyễn Thị Bích Ngọc

HDKH: TS. Võ Hồng Trung


Khóa luận tốt nghiệp

Tổng quan

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].
8

SVTT: Nguyễn Thị Bích Ngọc

HDKH: TS. Võ Hồng Trung


Khóa luận tốt nghiệp

Tổng quan

Các acid béo bão hịa và khơng bão hịa 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 khơ, 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 bị, photmat cũng chỉ có 18 – 37 % đạm. Nhiều
nghiên cứu đã chứng minh rằng protein trong Spirulina hoàn tồn khơng 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
khơng thể thay thế và có vai trị quan trọng như: lysine, methionine, phenylanalin,
tryptophan.
Ngồi ra, trong thành phần protein của Spirulina còn chứa các phycobiliprotein
– một loại protein tan trong nước - một loại sắc tố lam có vai trị quan trọng trong q
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: C-phycocyanin
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.

9
SVTT: Nguyễn Thị Bích Ngọc

HDKH: TS. Võ Hồng Trung


Khóa luận tốt nghiệp

Tổng quan

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 khơ [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
ni trồng ứng dụng trong các mơ hình tiết kiệm chi phí và bảo vệ mơi trường như:

10
SVTT: Nguyễn Thị Bích Ngọc

HDKH: TS. Võ Hồng Trung


Khóa luận tốt nghiệp

Tổng quan

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 mơ hình đã được khảo sát tại Braxil, Spirulina được nghiên
cứu để ni trồng trên mơ hình sử dụng nguồn CO2 có trong khơng 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 nơng bằng xi măng
và sử dụng khí CO2 từ cơng nghệ tạo nguồn carbon, nguồn CO2 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, Lịng Sơng (Thuận Hải), Suối Nghệ (Đồng Nai),…
Nguồn CO2 từ lị nung vơi (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 nơng thơn. Tảo này cịn 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 mơi
trường [5], [7].
Tuy nhiên, trong q trình ni 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

11
SVTT: Nguyễn Thị Bích Ngọc

HDKH: TS. Võ Hồng Trung

Khóa luận tốt nghiệp

Tổng quan

khi sợi tảo trườn lên sẽ tạo sinh khối nhầy. Điều này có thể làm hỏng q trình ni
cấy vì như vậy tảo sẽ tránh xa mơi trường có dinh dưỡng nên chúng sẽ bị chết vì đói.
Ngồi ra ánh sáng, nhiệt độ, một số vi sinh vật như: vi khuẩn, động vật chân chèo,
động vật nguyên sinh và nhiễm một số loài tảo khác cũng ảnh hưởng đến sự sinh
trưởng của Spirulina. Việc thu hoạch tảo cũng gặp khá nhiều khó khăn bởi tế bào
Spirulina nhỏ dẫn đến việc lọc thu sinh khối bị hạn chế bởi lượng tảo có thể mất nhiều
trong q trình lọc.
1.6. Tình hình nghiên cứu và ứng dụng tảo Spirulina sp.
1.6.1. Tình hình nghiên cứu ngồi nước
Từ những giá trị dinh dưỡng và sinh học trên, tảo Spirulina đã được WHO và
các Bộ Y tế của nhiều quốc gia trên thế giới công nhận không chỉ là nguồn thực phẩm
sạch mà còn là giải pháp cho phòng và điều trị bệnh của thế kỷ 21. Đáng lưu ý trước
hết là cơng trình nghiên cứu phịng chống ung thư gây ra bởi tia phóng xạ hạt nhân
cho các nạn nhân của sự cố Nhà máy Điện hạt nhân Chernobul đã thu được kết quả
tốt khi điều trị bằng Spirulina nguyên chất. Khi uống Spirulina, lượng chất phóng xạ
đã được đào thải khỏi đường tiểu của người bị nhiễm xạ rất cao. Kết quả này đã được
biểu dương tại hội nghị quốc tế về tảo năm 1998 ở cộng hòa Czech [8].
Nhờ những tác dụng có lợi cho cơ thể, tảo Spirulina đang chứng minh hiệu
quả vượt trội của nó trong vai trò là một loại thực phẩm chức năng hữu hiệu, cũng
như một loại sản phẩm bổ sung tuyệt vời để tăng cường hoạt chất của các loại thuốc
chữa bệnh. Các yếu tố cấu tạo nên Spirulina gồm 75% là chất hữu cơ và 25% là
khống chất. Vì thế tảo chứa các chất căn bản trong việc trị liệu. Các đặc tính trị liệu
của tảo rất nhiều như tái bổ sung nước, muối khống và dinh dưỡng cho cơ thể.
1.6.2. Tình hình nghiên cứu và ứng dụng trong nước

Trong những năm 1985 – 1995, đã có những nghiên cứu cấp Nhà nước thuốc
lĩnh vự công nghệ sinh học như nghiên cứu của GS.TS Nguyễn Hữu Thước và các
cộng sự (Viện Công nghệ Sinh học thuộc Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam)
với đề tài “ Công nghiệp nuôi trồng và sử dụng tảo Spirulina”; hay đề tài cấp thành

12
SVTT: Nguyễn Thị Bích Ngọc

HDKH: TS. Võ Hồng Trung


Khóa luận tốt nghiệp

Tổng quan

phố của Bác sĩ Nguyễn Thị Kim Hưng (Tp. Hồ Chí Minh) và cộng sự với tiêu đề
“Nghiên cứu sản xuất và sử dụng thức ăn có tảo Spirulina trong dinh dưỡng điều trị”.
Từ nhiều năm nay, Nhà nước đã chú trọng vào việc nuôi trồng và thử nghiệm
vi tảo Spirulina, bước đầu thành công ở một số nơi như Vĩnh Hảo, Đắc Lắc, Đồng
Nai. Từ nguồn nguyên liệu Spirulina đạt chất lượng cao và ổn định, các nhà khoa học
đã sản xuất thành công một số loại thuốc như: Linavina, Lactogil (Xí nghiệp
Mekophar); Cốm bổ, Bột dinh dưỡng Enalac (Trung Tâm Dinh Dưỡng Trẻ Em Thành
Phố Hồ Chí Minh), Gelule Spilina (Lebo, Helvinam, Trường Đại Học Y Dược).
Nhìn chung, lịch sử nghiên cứu và ni trồng tảo Spirulina ở nước ta đã thu
được nhiều kết quả ban đầu đáng khích lệ. Tuy nhiên cho đến nay việc ni trồng tảo
vẫn mang tính nhỏ lẻ, lạc hậu, không đáp ứng được nhu cầu sử dụng tảo ngày càng
tăng cao. Vì vậy, trước những giá trị về mọi mặt mà tảo Spirulina mang lại, cần phải
tiến hành cải thiện, thúc đẩy ngành công nghiệp nuôi trồng tảo nhằm đáp ứng nhu cầu
trong nước và xuất khẩu. Thí nghiệm này thực hiện nhằm mục đích khảo sát các yếu
tố dinh dưỡng ảnh hưởng lên khả năng tăng trưởng, xác định hàm lượng protein tổng,

các acid amin và khả năng chống oxy hóa của Spirulina sp.

13
SVTT: Nguyễn Thị Bích Ngọc

HDKH: TS. Võ Hồng Trung


Vật liệu và phương pháp

Khóa luận tốt nghiệp

CHƯƠNG 2. VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP
2.1. Chủng Spirulina sp.
Chủng tảo Spirulina được cung cấp bởi Tiến sĩ Trần Ngọc Đức, Phịng Cơng
nghệ Tảo, Trường Đại học Quốc tế, Đại học Quốc gia TP. HCM. Spirulina được nuôi
cấy trên môi trường Zarrouk, pH = 8,5 - 9,0 [60].
Pha môi trường Zarouk theo bảng 3.1 và chỉnh pH = 8,5, rồi đem đi hấp tiệt
trùng, chú ý không cho muối bicarbonate. Pha stock muối bicarbonate với nồng độ
1M, pH = 8,5 lọc tiệt khuẩn bằng màng lọc sợi thủy tinh, bổ sung vào môi trường đã
tiệt khuẩn vừa đủ 1L.
Bảng 3.1 Thành phần của mơi trường Zarrouk [53]
Hóa chất

Lượng (g/L)

NaNO3

2,5

K2HPO4

0,5

K2SO4

1

NaCl

1

MgSO4.7H2O

0,2

CaCl2.2H2O

0,04

FeSO4.7H2O

0,01

EDTA

0,08

NaHCO3

16,8

Ngun tố vi lượng

1mL

Nước cất vừa đủ

1L

Dung dịch nguyên tố vi lượng: H3BO3: 2,86; MnCl2.4H2O: 1,81;
ZnSO4.4H2O: 0,222; CuSO4.5H2O: 0,079 (g/L).
2.2. Các phương pháp phân tích
2.2.1. Quan sát hình thái tế bào Spirulina sp.
Hình thái tế bào Spirulina sp. được quan sát bằng kính hiển vi quang học với độ
phóng đại 400x sau các ngày ni cấy.

14
SVTT: Nguyễn Thị Bích Ngọc

HDKH: TS. Võ Hồng Trung