Tối ưu hóa quá trình chiết xuất phycocyanin từ tảo arthrospira spirulina platensis bằng phương pháp bề mặt đáp ứng rsm

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM
KHOA SINH - MƠI TRƢỜNG
--------------------

KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP

TỐI ƢU HĨA Q TRÌNH CHIẾT XUẤT PHYCOCYANIN
TỪ TẢO ARTHROSPIRA (SPIRULINA) PLATENSIS
BẰNG PHƢƠNG PHÁP BỀ MẶT ĐÁP ỨNG (RSM)

TRẦN THỊ KIM ANH

Đà Nẵng - 2020


ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM
KHOA SINH - MƠI TRƢỜNG
--------------------

KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP

TỐI ƢU HĨA Q TRÌNH CHIẾT XUẤT PHYCOCYANIN
TỪ TẢO ARTHROSPIRA (SPIRULINA) PLATENSIS
BẰNG PHƢƠNG PHÁP BỀ MẶT ĐÁP ỨNG (RSM)

Ngành: Cơng nghệ sinh học
Khóa: 2016-2020
Sinh viên: Trần Thị Kim Anh
Ngƣời hƣớng dẫn: TS. Phạm Thị Mỹ

Đà Nẵng – 2020


LỜI CAM ĐOAN
Tơi cam đoan các dữ liệu trình bày trong khóa luận này là trung thực.
Đây là kết quả nghiên cứu của tác giả và chƣa từng đƣợc công bố trong bất kỳ
cơng trình nào khác trƣớc đây. Tơi hoàn toàn chịu trách nhiệm nếu vi phạm bất kỳ quy
định nào về đạo đức khoa học.

Tác giả khóa luận

Trần Thị Kim Anh

i


LỜI CẢM ƠN
Ðể có thể hồn thành khóa luận tốt nghiệp này, tôi xin chân thành cảm ơn quý
thầy cô bộ môn Công nghệ sinh học, khoa Sinh – Môi trƣờng, trƣờng Ðại học Sƣ phạm –
Ðại học Ðà Nẵng.
Tôi xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc đến cơ TS. Phạm Thị Mỹ và thầy TS. Trịnh
Đăng Mậu, ngƣời đã tận tâm hƣớng dẫn định hƣớng và tận tình chỉ dạy tôi những kiến
thức về mặt chuyên môn cũng nhƣ tạo mọi điều kiện hỗ trợ tôi trong suốt q trình thực
hiện khóa luận.
Tơi xin chân thành cảm ơn anh Phan Nhật Trƣờng đã luôn giúp đỡ, hƣớng dẫn
những kỹ năng bổ ích trong suốt thời gian thực hiện đề tài. Cảm ơn anh đã luôn theo sát,
động viên tôi thực hiện đề tài nghiên cứu.
Tôi xin gửi lời cảm ơn đến các thầy cô giáo khoa Sinh – Môi trƣờng, những ngƣời
đã trực tiếp giảng dạy, truyền đạt cũng nhƣ giúp tôi trau dồi kiến thức và kĩ năng thực

hiện thí nghiệm. Đồng thời, tạo điều kiện về trang thiết bị, dụng cụ và hóa chất để tơi
thực hiện tốt đề tài nghiên cứu của mình.
Tơi xin chân thành cảm ơn!

Đà Nẵng, ngày….tháng….năm 2020
Sinh viên

Trần Thị Kim Anh

ii


MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN ................................................................................................... i
LỜI CẢM ƠN ........................................................................................................ ii
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT ............................................................................ vi
DANH MỤC BẢNG BIỂU ................................................................................. vii
DANH MỤC HÌNH ẢNH .................................................................................. viii
TĨM TẮT ............................................................................................................. ix
MỞ ĐẦU ............................................................................................................... 1
1.TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI ...................................................................... 1
2. MỤC TIÊU ĐỀ TÀI .......................................................................................... 1
2.1. Mục tiêu tổng quát ....................................................................................... 2
2.2. Mục tiêu cụ thể ............................................................................................ 2
3.Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài ............................................................ 3
3.1. Ý nghĩa khoa học ......................................................................................... 3
3.2. Ý nghĩa thực tiễn ......................................................................................... 3
4. Nội dung nghiên cứu .......................................................................................... 3
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU ................................................................ 4

1.1. KHÁI QUÁT CHUNG VỀ VI TẢO ARTHROSPIRA (SPIRULINA)
PLATENSIS ............................................................................................................ 4
1.2. TỔNG QUAN VỀ PHYCOCYANIN ............................................................ 4
1.2.1. Giới thiệu chung về phycocyanin ............................................................. 5
1.2.2. Công dụng của phycocyanin ................................................................... 6
1.3. CÁC ĐIỀU KIỆN ẢNH HƢỞNG ĐẾN QUÁ TRÌNH CHIẾT XUẤT
PHYCOCYANIN TỪ TẢO ARTHROSPIRA (SPIRULINA) PLATENSIS ........... 7
1.3.1. Các phƣơng pháp phá vỡ tế bào ............................................................... 8
iii


1.3.2. Dung môi chiết xuất ................................................................................. 9
1.4. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ PHƢƠNG PHÁP BỀ MẶT ĐÁP ỨNG (RSM) 11
1.4.1. Giới thiệu ................................................................................................ 11
1.4.2. Một số ứng dụng .................................................................................... 13
1.5. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG NƢỚC VÀ THẾ GIỚI ................... 14
1.5.1. Tình hình nghiên cứu trong nƣớc ........................................................... 14
1.5.2. Tình hình nghiên cứu thế giới ................................................................ 14
CHƢƠNG 2. VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ....................... 19
2.1. VẬT LIỆU .................................................................................................... 19
2.2. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ................................................................ 19
2.2.1. Quy trình chiết Phycocyanin từ sinh khối tảo khơ ................................. 19
2.2.2. Tối ƣu hóa năng suất chiết xuất phycocyanin bằng phƣơng pháp đáp
ứng bề mặt ........................................................................................................ 20
2.2.3. Phƣơng pháp xử lý số liệu ...................................................................... 21
CHƢƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ....................................................... 22
3.1. HIỆU QUẢ TÁCH CHIẾT PHYCOCYANIN TỪ ARTHROSPIRA
PLATENSIS CÓ HỖ TRỢ SIÊU ÂM VỚI HAI LOẠI DUNG MÔI CHIẾT
KHÁC NHAU ...................................................................................................... 22
3.1.1. Ảnh hƣởng dung môi đến độ tinh sạch (EP) của phycocyanin .............. 22

3.1.2. Ảnh hƣởng của dung môi đến năng suất chiết xuất phycocyanin của tảo
Spirulina platensis ............................................................................................ 23
3.2. TỐI ƢU HÓA ĐIIỀU KIỆN CHIẾT XUẤT ĐẾN NĂNG SUẤT
PHYCOCYANIN BẰNG PHƢƠNG PHÁP BỀ MẶT ĐÁP ỨNG .................... 26
3.2.1. Amoni clorua 0,05M .............................................................................. 26
3.2.2. Natri phosphat ........................................................................................ 30
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ............................................................................. 34
iv


1.KẾT LUẬN ....................................................................................................... 34
2.KIẾN NGHỊ ...................................................................................................... 34
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................... 35

v


DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT

A.Platensis

Arthrospira platensis

BBD

Box-Behnken design

CCD

Central composite design

EP

Độ tinh sạch

FFD

Full factorial design

LHD

Latin hypecube design

OD

Optical density

PC

Phycocyanin

RSM

Phƣơng pháp bề mặt đáp ứng

UAE

Siêu âm

Y

Năng suất chiết

vi


DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng
1.1.

1.2.

Tên bảng
Các loại dung môi khác nhau trong chiết xuất phycocyanin từ
Arthrospira (spirulina) platensis
Tóm tắt các nghiên cứu gần đây đƣợc báo cáo về việc chiết
xuất nguyên liệu thực vật đƣợc tối ƣu hóa bởi RSM.

Trang
10

13-14

2.1.

Thể hiện giá trị thực của các biến độc lập và mã thí nghiệm

21

3.1.

Ảnh hƣởng của dung mơi đến độ tinh sạch của phycocyanin

22

3.2.

3.3.

Ảnh hƣởng của dung môi đến năng suất chiết của
phycocyanin
Các nghiệm thức trong thí nghiệm tối ƣu hóa và kết quả của
Amoni clorua 0,05M

23

26

Thể hiện giá trị ƣớc tính và mức độ ý nghĩa của các hằng số
3.4.

hồi quy trong mơ hình dự đốn năng suất chiết xuất
phycocyanin bằng amoni clorua 0,05M dựa trên các biến pH

27

của dung môi, thời gian và nhiệt độ siêu âm.
3.5.

3.6.

Các giá trị tối ƣu của năng suất chiết phycocyanin thu đƣợc
từ phƣơng trình dự đốn năng suất
Các nghiệm thức trong thí nghiệm tối ƣu hóa và kết quả của
Natri phosphat

30

30-31

Thể hiện giá trị ƣớc tính và mức độ ý nghĩa của các hằng số
3.7.

hồi quy trong mơ hình dự đốn năng suất chiết xuất
phycocyanin bằng Natri phosphat dựa trên các biến pH của

31

dung môi, thời gian và nhiệt độ siêu âm.
3.8.

Thể hiện giá trị khảo sát của các biến độc lập và mã thí
nghiệm

vii

33


DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình

Tên hình

Trang

1.1.

Cấu trúc của Phycocyanin

5

1.2.

Đặc tính huỳnh quang của phycocyanin (PC)

6

1.3.

2.1.
3.1.
3.2.

Quy trình thiết kế mơ hình tối ƣu hóa trong phƣơng pháp bề
mặt đáp ứng (RSM)
Quy trình chiết xuất phycocyanin từ sinh khối khô
Arthrospira platensis
Độ tinh sạch của phycocyanin ở các dung môi khác nhau
Năng suất chiết xuất của phycocyanin ở các dung mơi khác

nhau
Mơ hình phản ứng

3.3.

12

19
22
24

bề mặt 2D và 3D của năng suất

phycocyanin bị ảnh hƣởng bởi các biến độc lập: Thời gian,
nhiệt độ và pH bằng phƣơng pháp bề mặt đáp ứng (RSM)

28

của Amoni clorua 0,05M
Mơ hình phản ứng
3.4.

bề mặt 2D và 3D của năng suất

phycocyanin bị ảnh hƣởng bởi các biến độc lập: Thời gian,
nhiệt độ và pH bằng phƣơng pháp đáp ứng bề mặt (RSM)

viii

32

TÓM TẮT
Phycocyanin chiết xuất từ tảo Arthrospira (Spirulina) platensis đƣợc ứng dụng rộng
rãi trong các ngành công nghiệp thực phẩm, dƣợc phẩm và mỹ phẩm. Việc chiết xuất hợp
chất này bằng phƣơng pháp thông thƣờng dẫn đến năng suất thấp và thời gian xử lý lâu
hơn. Nghiên cứu này nhằm tìm ra đƣợc tổ hợp các yếu tố tối ƣu (thời gian, nhiệt độ và
pH) với hai dung môi Amoni clorua 0,05M và Natri phosphat để chiết xuất có hỗ trợ siêu
âm (UAE) của hợp chất phycocyanin từ tảo Arthrospira (Spirulina) platensis.
Phƣơng pháp bề mặt đáp ứng (rsm) đƣợc sử dụng để tìm ra các điều kiện tối ƣu với
các biến: nhiệt độ (T = 35 – 45ºC), thời gian (20 – 50 phút) và pH (6 – 8). Kết quả cho
thấy, q trình tối ƣu hóa bằng phƣơng pháp bề mặt đáp ứng (rsm) cho năng suất chiết
xuất tối đa đạt đƣợc 31,85mg/g (Amoni clorua 0,05M) ở thời gian = 43,57 phút, nhiệt độ
= 37,6℃ và pH = 6,78 và đạt 27,91mg/g (Natri phosphat) ở thời gian = 33,02 phút, nhiệt
độ = 41,1℃ và pH = 6,92.
Kết luận của nghiên cứu này là siêu âm có thể cải thiện đáng kể hiệu quả quá trình
chiết xuất phycocyanin từ vi tảo và tổ hợp các yếu tố tối ƣu để chiết xuất phycocyanin
trong các ngành công nghiệp thực phẩm, mỹ phẩm và dƣợc phẩm.

ix


MỞ ĐẦU
1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI
Phycocyanin (PC) là một phycobiliprotein chính có trong tảo Arthrospira
(Spirulina) platensis, theo Vonshak, 1997, lƣợng phycocyanin có thể chiếm tới 20%
trong tổng số protein của A. platensis. Phycocyanin là một sắc tố tự nhiên, có màu
xanh lam và tan trong nƣớc. Nhờ khả năng chống oxy hóa và đặc tính chống viêm nên
PC đã đƣợc ứng dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp thực phẩm, dƣợc phẩm và
mỹ phẩm (Kuddus và cs, 2013). Vì thế, việc tạo ra một lƣợng lớn PC tinh khiết với

giá thành phải chăng đang là một bài tốn lớn đối với các nhà sản xuất. Chính vì vậy,
việc tối ƣu hóa quy trình chiết chiết và tinh sạch PC là rất quan trọng, giúp làm giảm
chi phí sản xuất và tăng năng suất sản phẩm. Hiện nay có nhiều phƣơng pháp khác
nhau để phá vỡ tế bào đã đƣợc áp dụng để có thể tách các sắc tố phycocyanin vẫn còn
liên kết với màng thylakoid nhƣ đồng nhất hóa trong cối và chày, đơng lạnh – rã đơng
đồng hóa trong xử lý axit, xử lý lysosome và phƣơng pháp enzyme (Moraes và cs,
2011). Tuy nhiên, nhƣợc điểm chung của các các phƣơng pháp này là thời gian chiết
dài, thực hiện phức tạp (Acker and McGann, 2003). Để khắc phục những vấn đề đó,
siêu âm đã đƣợc báo cáo để tăng tốc độ phá vỡ tế bào (Moraes và cs, 2011). Sóng siêu
âm kích thích mở rộng lỗ màng, giúp dung môi đi sâu vào trong thành tế bào, nhờ đó
làm tăng độ khuếch tán và chiết xuất phycocyanin cao hơn. Ngồi ra, phƣơng pháp
này cịn có ƣu điểm là yêu cầu thiết bị đơn giản, rẻ tiền và dễ thực hiện. Moraes và cs,
2011 báo cáo rằng các phƣơng pháp chiết xuất có hỗ trợ siêu âm có hiệu quả cao hơn
57% so với các phƣơng pháp đơng lạnh – rã đơng. Do đó, hiện nay phƣơng pháp chiết
xuất có hỗ trợ sóng siêu âm (UAE) đang đƣợc ứng dụng rộng rãi để tách chiết các hợp
chất tự nhiên, bao gồm phycocyanin (Hadiyanto và cs, 2015; Setyoningrum and Nur,
2015), astaxanthin (Zou và cs, 2011) và β-carotene (Dey and Rathod, 2013). Trong
quá trình phá vỡ tế bào và thu hồi phycocyanin, các yếu tố chính thƣờng ảnh hƣởng
đến hiệu quả chiết xuất nhƣ dung môi chiết, pH, nhiệt độ và thời gian (Moraes và cs,
2011). Việc lựa chọn dung mơi phù hợp với các đặc tính cấu trúc của A. platensis là
rất quan trọng để tăng năng suất chiết (Silveira và cs, 2007; Vali Aftari và cs, 2015).
Nhiệt độ là một thơng số quan trọng có ảnh hƣởng lớn đến hàm lƣợng phycocyanin
nói riêng và sắc tố protein nói chung (Chaiklahan và cs, 2012; Setyoningrum and Nur,
1


2015), ví dụ nhƣ khi chiết ở nhiệt độ trên 80°C trong 24h phycocyanin có thể bị hỏng
và giảm khả năng hoạt động chống oxy hóa (Antelo và cs, 2008). Ở nhiệt độ cao hơn,
cấu trúc phycocyanin sẽ bị phá hủy do sự đông tụ của phycobiliprotein (Antelo và cs,
2008; Sarada và cs, 1999). Bên cạnh đó, thời gian chiết cũng là thơng số thƣờng đƣợc

quan tâm trong q trình chiết xuất. Việc tăng thời gian chiết xuất nhìn chung có thể
giúp thu đƣợc nhiều hợp chất cần thiết hơn, tuy nhiên nếu kết hợp với nhiệt độ cao thì
tác dụng có thể ngƣợc lại (Kadam và cs, 2015). Ngồi ra, độ pH trong quá trình chiết
cũng cần đƣợc điều chỉnh để tăng độ ổn định và độ bền của các phân tử phycocyanin
(Jespersen và cs, 2005; Sarada và cs, 1999). Tuy nhiên, cần lƣu ý rằng giữa các yếu tố
liệt kê trên có thể có sự tƣơng tác ảnh hƣởng đến năng suất và độ tinh sạch. Do đó, tối
ƣu hóa tổ hợp điều kiện thí nghiệm là điều cần thiết.
Phƣơng pháp bề mặt đáp ứng (Response surface method - RSM) sử dụng các kỹ
thuật thống kê, đồ họa và toán học khác nhau nhằm nghiên cứu, cải thiện hoặc tối ƣu
hóa một quy trình trong trƣờng hợp biến đáp ứng chịu ảnh hƣởng bởi nhiều hơn một
biến độc lập. Ƣu điểm của phƣơng pháp này là khảo sát đƣợc khơng chỉ những ảnh
hƣởng đơn lẻ mà cịn cả tác động tổng hợp của các biến độc lập lên biến đáp ứng và
biểu thị kết quả dƣới dạng một mơ hình tốn học cũng nhƣ các biểu đồ trực quan.
RSM cũng cho phép cải thiện quá trình thực nghiệm bằng cách đề xuất những bộ thí
nghiệm mới (Aydar, 2018).
Với mục đích khảo sát ảnh hƣởng của các yếu tố: nhiệt độ, thời gian siêu âm và
pH dung môi đến năng suất và độ tinh sạch của phycocyanin từ vi tảo A. platensis để
tìm ra đƣợc điều kiện chiết xuất tối ƣu chúng tôi thực hiện đề tài: “Tối ƣu hóa q
trình chiết xuất phycocyanin từ tảo Arthrospira (Spirulina) platensis bằng
phƣơng pháp bề mặt đáp ứng (rsm)”

2. MỤC TIÊU ĐỀ TÀI
2.1. Mục tiêu tổng quát
Tìm ra đƣợc tổ hợp các điều kiện tối ƣu để chiết xuất phycocyanin từ vi tảo
Arthrospira (Spirulina) platensis

2.2. Mục tiêu cụ thể
-

Đánh giá đƣợc hiệu quả tách chiết (năng suất và độ tinh sạch) phycocyanin từ

Arthrospira (Spirulina) platensis có hỗ trợ siêu âm (UAE) với hai loại dung môi:

2


Natri phosphat và Amoni clorua 0,05M dƣới các điều kiện pH dung môi, nhiệt độ
siêu âm và thời gian siêu âm.
-

Tìm ra đƣợc tổ hợp yếu tố tối ƣu (thời gian, nhiệt độ và pH) để chiết xuất
phycocyanin với hai loại dung môi đã khảo sát bằng phƣơng pháp bề mặt đáp ứng.

3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
3.1. Ý nghĩa khoa học
Kết quả nghiên cứu của đề tài sẽ cung cấp các dẫn liệu khoa học về tối ƣu hóa quy
trình chiết xuất phycocyanin từ tảo Arthrospira platensis bằng rsm, từ đó làm cơ sở để
nghiên cứu chiết xuất các hợp chất khác nhau bằng phƣơng pháp rsm

3.2. Ý nghĩa thực tiễn
Kết quả của đề tài là cơ sở để lựa chọn các điều kiện tối ƣu hóa nhằm chiết xuất
phycocyanin cho năng suất cao, từ đó để ứng dụng vào các lĩnh vực y tế, mỹ phẩm....
Đồng thời đƣa ra đƣợc mơ hình dự đoán năng suất chiết xuất phycocyanin để phục vụ
cho quá trình sản xuất ở quy mơ cơng nghiệp.

4. Nội dung nghiên cứu
-

Đánh giá ảnh hƣởng của dung môi (Amoni clorua 0,05M và Natri phosphat) lên
hiệu quả tách chiết (năng suất và độ tinh sạch) phycocyanin từ tảo Arthrospira
platensis có hỗ trợ siêu âm.

-

Tối ƣu hóa các điều kiện chiết xuất (thời gian siêu âm, nhiệt độ siêu âm, pH dung
môi) đến năng suất phycocyanin với hai dung môi bằng phƣơng pháp bề mặt đáp
ứng (RSM).

3


CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU
1.1. KHÁI QUÁT CHUNG VỀ VI TẢO ARTHROSPIRA (SPIRULINA)
PLATENSIS
Vào thế kỷ thứ 9, Kanem ở Chad đã phát hiện ra những lợi ích của vi tảo
Arthrospira (Spirulina) platensis và sử dụng nó để cung cấp thức ăn cho dân địa phƣơng.
Sau đó, vào thế kỷ thứ mƣời bốn, ngƣời Aztec bắt đầu phân lập những loài tƣơng tự trong
hồ Texococo ở Mexico và sử dụng chúng để nấu một loại bánh điển hình có tên là
tecuitlatl. Từ đó, các ứng dụng khác đã dần đƣợc phát triển theo thời gian. Ngày nay,
nhiều lồi đƣợc ni cấy trên tồn thế giới vì những cơng dụng của nó (Safi và cs., 2014).
Năm 1980, việc sản xuất A. platensis đƣợc quan tâm và diễn ra ít nhất tại 22 quốc
gia bao gồm Pháp, Trung Quốc, Ấn Độ và Hoa Kỳ (Habib, 2008). Mỗi năm có hơn 3.000
tấn (trọng lƣợng khơ) tảo xoắn đƣợc sản xuất trên tồn thế giới (Eriksen, 2008). Đây là
loài vi khuẩn lam duy nhất đƣợc nuôi trồng ở quy mô công nghiệp. Arthrospira
(Spirulina) platensis, thƣờng đƣợc gọi là spirulina là một loại vi khuẩn lam thuộc vi
khuẩn gram âm có khả năng quang hợp. Đƣợc sử dụng nhƣ một nguồn protein thay thế
cho ngƣời và động vật, A. platensis đã thu hút sự chú ý trên tồn thế giới. Vì màng tế bào
khơng có chứa cellulose, do đó A. platensis dễ dàng đƣợc tiêu hóa và hấp thụ bởi cơ thể
con ngƣời. Ngồi ra, nó cịn có giá trị về mặt dinh dƣỡng vì có hàm lƣợng chứa đến 55%
đến 70% protein, 6% đến 10% lipid và 20% carbohydrate; bên cạnh đó nó cũng giàu
khoáng chất (K, Ca, Fe, Mg, Zn ...), vitamin (B1, B12, E ...), và sắc tố (Seo và cs., 2013).

Hơn nữa, A. platensis có chứa nhiều axit amin thiết yếu và axit béo, là một trong những
nguồn axit γ-linoleic trong chế độ ăn uống, một chất béo khơng bão hịa cần thiết (C
Jimenez và cs., 2003). A. platensis thƣờng đƣợc sử dụng trong các ngành dƣợc liệu và
dinh dƣỡng cho con ngƣời cũng nhƣ cho động vật. A. platensis là một trong những chất
bổ sung trong chế độ ăn uống đƣợc sử dụng phổ biến nhất ở ngƣời và nhiều loài động vật.
Theo nhiều nghiên cứu, A. platensis đặc trƣng với hoạt tính khử gốc tự do và chống oxy
hóa mạnh.
Hệ thống sắc tố của Arthrospira platensis đƣợc chiết xuất từ chất diệp lục; sắc tố
hòa tan trong nƣớc: phycobilin đỏ (phycoerythrin) và xanh (phycocyanin) và các sắc tố
lipophilic nhƣ carotenoids (beta-carotene, cryptoxanthin). A. platensis đặc biệt đƣợc biết
4


đến với hàm lƣợng phycocyanin (PC) cao, là một sắc tố với nhiều đặc tính sinh học. Vì
thế, đƣợc ứng dụng rộng rãi trong thực phẩm, mỹ phẩm và dƣợc phẩm (Zarzycki và cs.,
2012). PC là một sắc tố thƣơng mại, hằng năm sản xuất khoảng 5-10 triệu đô la Mỹ
phycocyanin (Pandian Prabakaran, 2013). Trong quá trình sàng lọc vi khuẩn lam để chiết
xuất hàm lƣợng phycobiliprotein, ngƣời ta đã phát hiện ra rằng tảo A. platensis chiết xuất
tối đa phycobiliprotein, do đó nó đƣợc quan tâm và chiết xuất nhiều hơn với các kỹ thuật
chiết xuất khác nhau của phycocyanin từ Arthrospira platensis.

1.2. TỔNG QUAN VỀ PHYCOCYANIN
1.2.1. Giới thiệu chung về phycocyanin
Phycocyanin là một sắc tố màu xanh chủ yếu có trong vi khuẩn lam, rhodophyta,
cryptophyta và tảo eukaryote tăng hiệu quả quang hợp bằng cách hấp thụ năng lƣợng ánh
sáng ở bƣớc sóng mà diệp lục hấp thụ kép. Phycocyanin là phycobiliprotein chính của tảo
Arthrospira platensis và chiếm hơn 20% trọng lƣợng khô. Năm 1998, các
phycobiliprotein đƣợc MacColl đặt tên lại một cách rõ ràng hơn, bằng cách thêm thành
phần phycobilin vào trƣớc tên của mỗi phycobiliprotein đó. Ví dụ, phycocyanin với sắc
tố phycocyanobilin có tên gọi là C – phycocyanin (C - PC) (Eriksen, 2008; Silveira và cs,

2007).

Hình 1.1. Cấu trúc của Phycocyanin
PC bao gồm hai tiểu đơn vị tƣơng đối giống nhau: α và β. Chuỗi α với một
phycocyanobilin gắn vào cysteine 84, có trọng lƣợng phân tử 20,5kDa và chuỗi β với hai
phycocyanobilin gắn vào cysteine 84 và 155, trọng lƣợng phân tử là 23,5kDa. Hai tiểu
đơn vị tạo thành các đơn vị chức năng của PC tồn tại dƣới dạng monome (αβ), trimmer
(αβ)3, hexamer (αβ)6 hay nhiều hexamer (Eriksen, 2008). Khối lƣợng phân tử monome là
44 kDa, trimer là 132 kDa và hexamer là 260 kDa.

5


Hình 1.2. Đặc tính huỳnh quang của PC.
( />
PC là chất tan trong nƣớc, khơng mùi, có màu xanh đặc trƣng. PC có tối đa độ hấp
thụ (λmax) trong phạm vi có thể nhìn thấy ở khoảng từ 610 đến 620 nm và phát huỳnh
quang ở khoảng 645 đến 653nm (Cuellar-Bermudez và cs, 2015). Độ tinh sạch của PC
thƣờng đƣợc đánh giá theo tỷ lệ độ hấp thụ A280/A615. Độ tinh khiết 0,7 đối với cấp
thực phẩm 3,9 đối với loại phản ứng và >4,0 cho chất lƣợng phân tích (Patil và cs, 2006).
Tính ổn định của phycocyanin phụ thuộc vào pH và nhiệt độ. Điểm đẳng điện là 5,8 - tại
giá trị pH này phycobiliprotein sẽ bị vón cục lại, mất khả năng tƣơng tác với nƣớc. Ngoài
ra, phycocyanin ổn định trong phạm vi pH khoảng từ 5 đến 7,5 ở 25°C. Tuy nhiên, đã có
báo cáo rằng ở nhiệt độ thấp hơn (4°C), nó vẫn ổn định trong thời gian dài hơn (Sarada
và cs, 1999).

1.2.2. Công dụng của phycocyanin
PC chiết từ A. platensis đƣợc xem nhƣ là màu thực phẩm và mỹ phẩm ở Nhật
(Prasanna và cs, 2007) nhƣng vẫn chƣa đƣợc thừa nhận ở nhiều nơi, chẳng hạn nhƣ châu
Âu. Hơn thế nữa, PC đang dần thay thế cho màu tổng hợp. Chất màu này còn đƣợc sử

dụng trong nhiều sản phẩm sữa lên men ở nhiều nƣớc trên thế giới. Một vài nghiên cứu
đã đề cập đến chức năng của PC trong thực phẩm liên quan đến độ ổn định màu
(Jespersen và cs, 2005; Mishra và cs, 2008) và tính chất lƣu biến (Batista và cs, 2006).
PC còn đƣợc sử dụng nhƣ là một thành phần dinh dƣỡng, đặc biệt là trong thực phẩm
chức năng, sinh khối A. platensis khô đƣợc sử dụng nhƣ một thành phần chức năng trong
thực phẩm. Ngoài giá trị dinh dƣỡng, PC cịn có tác dụng khác nhƣ (Eriksen, 2008):
+

Tăng khả năng miễn dịch của cơ thể: PC đƣợc nghiên cứu trên niêm mạc, đáp ứng
của hệ thống miễn dịch và viêm dị ứng trên chuột C3H/HeN và BALB/cA. Kết quả
6


nghiên cứu cho thấy, PC kích thích làm tăng bài tiết kháng thể IgA và giảm bớt
kháng thể IgE trên chuột đã đƣợc miễn dịch.
+

Chống oxy hóa, chống viêm: Hiệu quả chống oxy hóa, chống viêm, bảo vệ gan và
bảo vệ não của PC từ A. platensis đã đƣợc nghiên cứu. PC có khả năng phá hủy các
gốc ankyl, hydroxyl và peroxide. Ngồi ra, PC cịn gây ức chế q trình oxy hóa lipid
đƣợc thí nghiệm trên chuột. PC đƣợc đánh giá qua 12 thí nghiệm và hiệu quả chống
viêm của PC đƣợc thể hiện rõ. Hiệu quả chống oxy hóa có đƣợc nhờ khả năng phá
hủy các gốc oxy hóa và khả năng ức chế hoạt động của enzyme COX-2.

+

Chống virus, chống ung thƣ: California đã thông báo về đề tài họ đang nghiên cứu
cho biết, PC đƣợc chiết từ tảo xoắn A. platensis có khả năng ngăn chặn quá trình
nhân bản HIV-1 trong cơ thể ngƣời đƣợc chuyển từ dòng tế bào T và trong tế bào
đơn nhân ngoại vi. Điều này thấy rõ khi quan sát trên một vùng tập trung ngăn chặn

quá trình nhân bản virus bằng 5-10 μg/ml. HIV-1 là virus AIDS, một lƣợng nhỏ đƣợc
trích ra từ tảo A. platensis đã làm giảm và ngăn chặn toàn bộ sự sinh sản của loại
virus này khi thử nghiệm trên vùng đó. Quan trọng hơn thế, PC chiết xuất từ tảo A.
platensis không độc với các tế bào ngƣời ở những chỗ tập trung ngăn chặn sự nhân
bản virus.

+

Bảo vệ tim mạch và đƣờng huyết: Một nghiên cứu đƣợc thực hiện để so sánh công
dụng của casein. A. platensis, dịch chiết acetone từ A. platensis và PC từ A. platensis
tác động trực tiếp lên sự hòa tan cholesterol trong ống nghiệm, sự hấp thụ cholesterol
trong tế bào Caco-2 và sự chuyển hóa cholesterol ở chuột. Sự hịa tan cholesterol
trong ống nghiệm có sự hiện diện của A. platensis thấp hơn sự có mặt của casein, sự
hấp thụ cholesterol trong tế bào Caco-2 cũng thấp hơn khi có mặt A. platensis so với
casein. Lƣợng cholesterol tổng trong huyết thanh và chỉ số athrogene trong chuột
nuôi bằng A. platensis thấp hơn so với chuột nuôi bằng casein nhƣng hàm lƣợng
cholesterol có lợi lại cao hơn ở chuột ni bằng A. platensis.
PC tinh khiết là chất dinh dƣỡng và là dƣợc phẩm tiềm năng. Ngƣời ta cũng báo cáo

rằng PC có thể ức chế sự tăng sinh tế bào (Liu và cs, 2000), gây ra apoptosis trong các
dòng tế bào gây ung thƣ (Dasgupta và cs, 2001) và ảnh hƣởng đến sự điều hòa gen trong
các dòng tế bào động vật có vú (Cherng và cs, 2007). Khả năng chống oxy hóa và phá
hủy gốc tự do từ các loài vi khuẩn lam khác nhau đã đƣợc báo cáo (Bhat and Madyastha,
2000; Dasgupta và cs, 2001; P. Bermejo và cs, 2008; Romay and González, 2000; Soni
7


và cs, 2008). Những tính chất này có đƣợc chủ yếu nhờ nhóm phycobiliprotein: PC bị tẩy
trắng trong q trình phá hủy gốc tự do, hoạt động chống oxy hóa của phycocyanobilin tự
do có thể so sánh với phycocyanobilin liên kết trong PC và hoạt động chống oxy hóa sẽ

tăng lên bằng cách biến tính hoặc thủy phân trypsin của PC. Khả năng phá hủy gốc tự do
của PC đƣợc tìm thấy ở những PC giàu Se, cịn gọi là Se - PC. Các Se - PC có đƣợc từ
A.platensis đƣợc nuôi trong môi trƣờng giàu Se. Se vô cơ hay hữu cơ đều có hiện diện
trong Se - PC tinh khiết nhƣng các Se - amino acid thì khơng. Khả năng phá hủy gốc tự
do của Se - PC là nhờ cộng hóa trị gắn vào Se và các hợp chất của Se.

1.3. CÁC ĐIỀU KIỆN ẢNH HƢỞNG ĐẾN QUÁ TRÌNH CHIẾT XUẤT
PHYCOCYANIN TỪ TẢO ARTHROSPIRA (SPIRULINA) PLATENSIS
1.3.1. Các phƣơng pháp phá vỡ tế bào
Việc chiết xuất một hợp chất từ vi tảo thƣờng gặp khó khăn do thành tế bào dày, vì
vậy, bƣớc phá vỡ tế bào là cần thiết. Đối với A. platensis, cấu trúc thành tế bào là
peptidoglycan, khác biệt so với thành tế bào của các loài tảo khác là cellulose nên sẽ
thuận lợi hơn trong quá trình chiết xuất (Safi và cs, 2014). Các phƣơng pháp chiết xuất
truyền thống nhƣ ngâm hoặc chiết bằng Soxhlet còn một số hạn chế nhƣ: sử dụng một
lƣợng lớn dung môi, thời gian chiết dài và năng suất thấp. Nghiên cứu cho thấy khi có
thêm bƣớc phá vỡ tế bào, dung môi đƣợc khuếch tán vào sâu trong tế bào, ái lực giữa tế
bào và dung môi tăng lên giúp giảm thời gian chiết, giảm lƣợng dung môi chiết, nhiệt độ
chiết thấp, tăng năng suất thu hồi hợp chất (Dey and Rathod, 2013). Nhiều kĩ thuật phá
vỡ thành tế bào đã đƣợc nghiên cứu và đề xuất, bao gồm các phƣơng pháp vật lý, cơ học,
hóa học và sinh học đối với A. platensis (Moraes và cs, 2011).
Phương pháp vật lý và cơ học
-

Đông lạnh rã đông: Sinh khối tảo sẽ đƣợc đông lạnh ở -20℃ và rã đơng ở nhiệt độ
phịng. Phƣơng pháp này thƣờng sử dụng dung mơi là đệm phosphat. Sự hình thành
tinh thể băng nội bào giúp phá vỡ thành tế bào. Ƣu điểm của phƣơng pháp này là đơn
giản, có thể tái sản xuất và đảm bảo chức năng sinh học của protein (Eriksen, 2008).

-

Đồng nhất bằng chày và cối: tảo sẽ bị nghiền nát bằng chày và cối hoặc kết hợp thêm
hạt thủy tinh và dung môi chiết nhƣ đệm phosphat (Sivasankari và Ravindran, 2014)

-

Siêu âm: UAE là một kỹ thuật khai thác rẻ tiền, nhanh chóng, đơn giản, ít tiêu tốn
năng lƣợng và hiệu quả. Tăng tốc độ phá vỡ trong chiết xuất bằng cách sử dụng siêu
âm chủ yếu là do ảnh hƣởng của các khe âm thanh đƣợc tạo ra trong dung môi bằng
8


cách truyền sóng siêu âm. Siêu âm cũng tạo ra hiệu ứng cơ học (sóng phá vỡ thành tế
bào), cho phép sự xâm nhập của dung môi vào mô lớn hơn, làm tăng diện tích bề mặt
tiếp xúc giữa pha rắn và pha lỏng. Sau đó, chất tan khuếch tán nhanh chóng từ pha rắn
sang dung mơi (Zou và cs, 2011). Quá trình chiết xuất của UAE phụ thuộc vào kích
thƣớc hạt của chiết xuất thực vật, độ ẩm và dung môi đƣợc sử dụng. Phƣơng pháp này
đƣợc sử dụng phổ biến hơn các phƣơng pháp khác vì tiết kiệm thời gian, giảm lƣợng
dung môi (Chemat và cs, 2008).
-

Đồng nhất áp suất cao: Sự đồng nhất áp suất cao liên quan đến việc đƣa hỗn hợp lỏng
qua van ở áp suất cao, lên tới 5000 bar. Ứng dụng áp suất cao làm giảm kích thƣớc
hạt, cải thiện q trình chiết xuất và cƣờng độ màu của nhiều sắc tố nhờ sự phân chia
các hạt gây ra bởi áp suất cao. Patil và cs, 2006 đã tiến hành trích xuất phycocyanin
với áp suất 200 – 400 kg/cm2 trong 5 - 6 phút để phá vỡ tế bào tảo A. platensis.

Phương pháp hóa học và sinh học:
-

Sốc thẩm thấu: Các tế bào vỡ ra khi chúng đƣợc ngâm trong dung dịch muối ở nồng

độ ngƣợc lại với môi trƣờng ban đầu, trong trƣờng hợp tảo xoắn sống trong mơi
trƣờng muối khống cao, nƣớc cất sẽ gây ra sốc thẩm thấu (Bermejo and Ramos,
2012). Để cân bằng nồng độ giữa môi trƣờng nội bào và ngoại bào, nƣớc sẽ xâm thực
vào tế bào, nhiều đến mức nó sẽ phồng lên vỡ ra. Tại thời điểm này, vật liệu tế bào
chất khơng cịn trong màng mà sẽ đƣợc pha lỗng trong mơi trƣờng.

-

Acid: Axit axetic (CH₃COOH 1M) và axit clohydric (HCl 12M) đƣợc sử dụng phổ
biến nhất (Moraes và cs, 2011). Chúng hòa tan lớp phospholipid và các hợp chất biến
tính nằm trong thành của vi khuẩn lam.

-

Ly giải bằng enzyme: Enzyme lysozyme thƣờng đƣợc sử dụng để phá vỡ thành tế bào
A. platensis thơng qua q trình thủy phân liên kết giữa β 1- 4 glycosidic và N-acetylD-glucosamine của peptidoglycan từ thành tảo xoắn (Vocadlo và cs, 2001)

1.3.2. Dung môi chiết xuất
Các chất chuyển hóa thứ cấp có mức độ phân cực khác nhau, vì vậy nên chọn dung
mơi để chiết xuất và xem xét cẩn thận để đảm bảo hòa tan các chất chuyển hóa thứ cấp
đang nghiên cứu. Dung mơi đƣợc sử dụng để hịa tan chất chuyển hóa thứ cấp và cuối
cùng để khuếch tán chất tan hòa tan vào dung mơi. Dung mơi nên có các đặc tính nhƣ: dễ
dàng đƣợc loại bỏ; chất trơ; không độc hại; không tƣơng tác hoặc ít tƣơng tác hóa học với
hợp chất chiết.
9


Các dung môi phân cực hoạt động theo các cơ chế sau: (1) Thơng thƣờng dung mơi
phân cực có hằng số điện môi cao làm giảm lực hút giữa các ion tích điện trái dấu trong
các tinh thể nhƣ natri clorua hoặc phân tử, (2) Các dung môi phân cực phá vỡ liên kết

cộng hóa trị của các chất điện li có khả năng mạnh bằng các phản ứng axit-bazơ vì các
dung mơi này là lƣỡng tính, (3) Các dung mơi phân cực có đặc tính của các lực tƣơng tác
lƣỡng cực, đặc biệt là sự hình thành liên kết hidro để hòa tan các phân tử và hòa tan các
ion, dẫn đến khả năng hòa tan của hợp chất (Nitin và cs., 2015).
Ngồi ra, lựa chọn dung mơi đƣợc sử dụng trong chiết xuất đã đƣợc xác định khi
xem xét các đặc tính cấu trúc của phycocyanin (Silveira và cs., 2007; Vali Aftari và cs.,
2015). Một số loại dung môi đƣợc dùng trong chiết xuất PC đƣợc thể hiện ở bảng 1.1.
Bảng 1.1. Các loại dung môi khác nhau trong chiết xuất phycocyanin từ
Arthrospira (spirulina) platensis
Dung môi

Đệm
phosphat

NH4Cl

Điều kiện

TLTK

pH=7; FT(-21°C/4°C, 4h); CT(6000rpm, 10mn)

Doke, 2005

0,1M ; pH=7 ; US(20kHz, 20s)

Rachen Duangsee
và cs., 2009

10mM; pH=7; RT; ST(300rpm,4h);

CT(4800g,15mn)

Chaiklahan và cs.,
2012

10mM; pH=7; ratio=4:1; 30°C, 4h

Silveira và cs.,
2007

0,1mM ; LY(100μg/mL) ; pH=7 ; IN(RT, 24h)

Moraes và cs.,
2011

0,1M ; pH=7 ; FT(-20°C, RT)

Rachen Duangsee
và cs, 2009

0,05M; pH=4,39; CT(10000rpm, 30mn, 4°C)

Manirafasha và cs.,
2017

Tris HC.
20mM; pH=6,5; CT(5000rpm; 10mn)
10mM EDTA
Đệm acetate

Zhang và cs., 2015

10mM; pH=5; ratio=4:1; 30°C; 24h

NaCl

0,15M; ratio=4:1; 30°C; 24h

CaCl2

10g/L; ratio=4:1; 30°C; 24h

Nƣớc

IN(4°C, 24h) ; CT(6000rpm, 10mn)

Silveira và cs, 2007

Doke, 2005

*CT = Ly tâm; US = Siêu âm; FT = Đông lạnh/rã đông; IN = Ủ;
LY = Lysozyme; RT = Nhiệt độ phòng; ST = Khuấy.
10


1.4. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ PHƢƠNG PHÁP BỀ MẶT ĐÁP ỨNG (RSM)
1.4.1. Giới thiệu
Bề mặt đáp ứng (Response surface method - RSM) là một phƣơng pháp toán thống
kê đƣợc ứng dụng rộng rãi trong mơ hình hóa và phân tích các q trình mà trong đó biến
đáp ứng chịu ảnh hƣởng bởi các biến độc lập (Braimah và cs, 2016). Mục đích của

phƣơng pháp là để tối ƣu hóa giá trị của biến đáp ứng (Rushing và cs, 2013).
Trong phƣơng pháp này, một mối quan hệ gần đúng phù hợp giữa các biến độc lập
và biến đáp ứng đƣợc khảo sát, xây dựng thành mơ hình (phƣơng trình *) và trực quan
hóa dƣới dạng đồ thị địa hình (topography graph). Dựa trên mơ hình đó, các điểm tối ƣu,
tối thiểu cục bộ (local maximum and local minimum), các đƣờng dốc (ridge) đƣợc xác
định và dùng để tìm ra vị trí mà giá trị của biến đáp ứng là tối đa (điểm tối ƣu) (Bradley,
2007). Tƣơng ứng với điểm này, các giá trị của các biến độc lập cũng đƣợc đề xuất.
Y = f (X1 ) + f (X2 ) +....+ f (Xn ) + ε

(*)

Với Y là biến phụ thuộc; X1, X2… Xn là các biến độc lập; ε là sai số thực nghiệm
Dữ liệu đầu vào của RSM là dữ liệu thu thập đƣợc từ các thí nghiệm đƣợc thiết kế.
Thiết kế Box-Behnken (BBD) và thiết kế hỗn hợp trung tâm (CCD) là hai dạng thiết kế
thí nghiệm chính đƣợc sử dụng trong phƣơng pháp bề mặt đáp ứng (Koc and KaymakErtekin, 2010). Thiết kế LHD và thiết kế FFD cũng đã đƣợc áp dụng cho các nghiên cứu
tối ƣu hóa trong những năm gần đây (Prakash Maran và cs, 2013; Şahin và cs, 2017;
Wang và cs, 2008)
Thiết kế các thí nghiệm là giai đoạn quan trọng nhất của rsm. Bƣớc này nhằm mục
đích lựa chọn các điểm phù hợp nhất trong đó biến đáp ứng cần đƣợc khảo sát có khả
năng cho giá trị tối ƣu nhất. Các mơ hình tốn học đƣợc xây dựng trong rsm cũng chủ
yếu liên quan đến dạng thiết kế thí nghiệm, do đó, việc lựa chọn thiết kế thí nghiệm có
ảnh hƣởng lớn trong việc xác định tính chính xác của việc xây dựng mơ hình đáp ứng bề
mặt. Tuy nhiên, phƣơng pháp phản ứng bề mặt cũng cho phép sử dụng các kết quả thí
nghiệm nhƣ những thí nghiệm sàng lọc để khám phá bề mặt của biến đáp ứng và đƣa ra
những đề xuất thí nghiệm tiếp theo để đạt đƣợc vị trí tối ƣu mong muốn (Aydar, 2018)
Sau khi lựa chọn thiết kế, phƣơng trình hồi quy mơ hình đƣợc xác định và hệ số của
phƣơng trình mơ hình đƣợc dự đốn. Mơ hình đƣợc sử dụng trong rsm nói chung là một
phƣơng trình bậc hai đầy đủ hoặc dạng rút gọn của phƣơng trình này. Mơ hình dự đốn
đƣợc biểu diễn bằng phƣơng trình bậc 2 đầy đủ:
11

Y = β0 + β1x1 + β2x2 + β3x3 + β12x1x2 + β13x1x3 + β23x2x3 + β11x12 + β22x22 + β33x32
Trong đó, Y là năng suất (mg/g); x1, x2, x3 lần lƣợt là thời gian, nhiệt độ, pH; β1,
β2, β3 là các hệ số bậc 1 tƣơng ứng; β12, β13, β23 là các hệ số tƣơng tác của từng cặp yếu tố
tƣơng ứng; β11, β22, β33 là các hệ số bậc 2 tƣơng ứng.
Trong phƣơng pháp bề mặt đáp ứng, mơ hình thể hiện tốt nhất cách các biến phụ
thuộc bị ảnh hƣởng bởi các biến độc lập đƣợc xác định theo lý thuyết. Tuy nhiên, các thí
nghiệm nên đƣợc thực hiện để xác minh độ tin cậy của các mơ hình đƣợc xác định theo lý
thuyết trong các điều kiện tối ƣu. Kiểm tra Chi-Square và kiểm tra t thƣờng đƣợc sử dụng
nhất để xác định sự khác biệt giữa các giá trị thử nghiệm và dự đoán. Một phƣơng pháp
khác để đánh giá xác nhận mơ hình là tính tốn sai số thực nghiệm giữa các giá trị lý
thuyết và thực nghiệm (Aydar, 2018)
Sử dụng phƣơng pháp bề mặt đáp ứng trong các nghiên cứu chiết xuất đã đƣợc
nhiều nhà nghiên cứu quan tâm trong những năm gần đây (Agcam và cs, 2017; Aydar và
cs, 2017; Chaiklahan và cs, 2013). Các bƣớc thực hiện để áp dụng phƣơng pháp này đƣợc
trình bày trong sơ đồ hình 1.3

Hình 1.3. Quy trình thiết kế mơ hình tối ƣu hóa trong phƣơng pháp bề mặt đáp ứng
Việc sử dụng phƣơng pháp bề mặt đáp ứng (rsm) mang lại nhiều lợi thế hơn so với
các phƣơng pháp thử nghiệm và tối ƣu hóa thơng thƣờng từng biến độc lập với nhau. Cụ

12


thể, phƣơng pháp cho phép xác định sự tƣơng tác giữa các biến độc lập, mơ hình hóa quy
trình, tiết kiệm thời gian và giảm số lƣợng nghiệm thức thử nghiệm (Boyacı, 2005)

1.4.2. Một số ứng dụng
Các nghiên cứu tối ƣu hóa gần đây sử dụng phƣơng pháp bề mặt đáp ứng trong

chiết xuất từ nguyên liệu thực vật đƣợc tóm tắt trong bảng sau. Các biến ảnh hƣởng, biến
đáp ứng và thiết kế tối ƣu hóa cũng đƣợc thể hiện trong cùng một bảng.
Bảng 1.2. Tóm tắt các nghiên cứu gần đây đƣợc công bố về việc khai thác nguyên
liệu thực vật đƣợc tối ƣu hóa bởi rsm.
Nguyên
liệu

Phƣơng pháp
chiết xuất

Thơng số q
trình

Dạng
thiết kế

Biến phụ thuộc

Mơ hình

TLTK

Chlorella
Vulgaris

Sóng siêu âm

Nhiệt độ. thời
gian và nồng độ
dung môi

CCD

Tổng nồng độ chất
diệp lục

Đa thức
bậc 2

Kong và
cs, 2014

Rong
biển

Sóng siêu âm

Thời gian chiết,
nồng độ axit,
biên độ siêu âm

BBD

Tổng phenolic, fucose.

Đa thức
bậc 2

(Aydar,
2018)

Lá ơ liu

Sóng siêu âm

Nồng độ dung
môi, tỷ lệ chất
rắn : dung môi,
thời gian chiết

BBD

Năng suất, tổng
polyphenol, hoạt tính
chống oxy hóa

Đa thức
bậc 2

(Şahin
and
Samlı,
2013)

Dầu ơ liu

Sóng siêu âm

Thời gian, nhiệt
độ siêu âm.

BBD

Năng suất dầu, độ axit

Đa thức
bậc 2

Aydar và
cs, 2017

Dầu ô liu

Soxhlet

Thời gian và
nhiệt độ

CCD

Độ axit, giá trị
peroxide, tổng hàm
lƣợng phenolic

Đa thức
bậc 2

Espínola
và cs,
2011

Cà rốt
đen

Sóng siêu âm

Mật độ năng
lƣợng siêu âm,
nhiệt độ

CCD

Hợp chất anthocyanin

Đa thức
bậc 2

Agcam và
cs, 2017

Sóng siêu âm

Nhiệt độ, cơng
suất siêu âm,
nồng độ
methanol

CCD

Năng suất catechin,

myricetin, quercetin,
hoạt tính chống oxy
hóa

Đa thức
bậc 2

Ghasemz
adeh và
cs, 2014

Hạt cải
dầu

Sóng siêu âm

Nhiệt độ, tỷ lệ
chất lỏng :vật
liệu, thời gian,
tần số siêu âm

BBD

Năng suất caroten

Đa thức
bậc 2

Yan và
cs, 2015

Vỏ gấc

Sóng siêu âm

Thời gian chiết,
nhiệt độ chiết, tỷ
lệ dung môi

BBD

Tổng caroten, khả
năng chống oxy hóa

Đa thức
bậc 2

Chuyen
và cs,
2017

Lá cà ri

13


Cà phê
bạc

Sóng siêu âm +

vi sóng

Thời gian chiết,
nhiệt độ chiết

CCD

Tổng hàm lƣợng
phenolic, tổng số axit
caffeoylquinic. hàm
lƣợng caffeine

Đa thức
bậc 2

Guglielm
etti và cs,
2017

1.5. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG NƢỚC VÀ THẾ GIỚI
1.5.1. Tình hình nghiên cứu trong nƣớc
Hiện nay, các nghiên cứu về A. platensis ở Việt Nam đa số tập trung vào giai đoạn
tăng sinh khối, chƣa quan tâm nhiều đến đến việc tích lũy hợp chất thứ cấp có giá trị sinh
học. Trong nghiên cứu của Kim Lệ Chân và cs, 2018 đã thực hiện đánh giá ảnh hƣởng
của phổ ánh sáng (đỏ: bƣớc sóng 664 nm, tổng hợp: đỏ + lam theo tỉ lệ 1: 1, lam: bƣớc
sóng 432 nm, trắng) lên sự sinh trƣởng, phát triển và thành phần dinh dƣỡng của tảo A.
platensis nhằm tìm ra điều kiện chiếu sáng thích hợp giúp tiết kiệm năng lƣợng và đạt
hiệu quả kinh tế cao. Kết quả cho thấy thời gian tảo A. platensis phát triển đạt mật độ cực
đại khác biệt giữa các nguồn ánh sáng, tảo đạt cực đại ở ngày nuôi thứ 7 cho ánh sáng đỏ,
ngày nuôi thứ 12 cho ánh sáng tổng hợp, ngày nuôi thứ 15 cho ánh sáng lam và 17 ngày

nuôi cho ánh sáng trắng. Mật độ tảo, trọng lƣợng khô, hàm lƣợng chlorophyll-a,
carotenoid, protein và lipid cao nhất ở nghiệm thức ánh sáng tổng hợp (Chân và cs,
2018). Một nghiên cứu khác của Trần Lê Thị Trang, 2016 đã nghiên cứu để đánh giá ảnh
hƣởng của cƣờng độ ánh sáng ở 5 mức cƣờng độ ánh sáng: 1000, 2000, 3000, 4000 và
5000 lux lên sinh trƣởng, hàm lƣợng protein và lipid của tảo A. platensis. Kết quả cho
thấy mức 3000 lux đạt mật độ cực đại cao nhất ở ngày nuôi thứ 13. Cƣờng độ ánh sáng
cũng ảnh hƣởng lên hàm lƣợng protein và lipid của tảo, đạt cao nhất ở 3000 lux tƣơng
ứng với 67,78% và 13,15% (Trang, 2016).
Tuy nhiên, nhƣ một xu hƣớng tất yếu, đã có một số nghiên cứu về tách chiết
phycocyanin từ sinh khối vi tảo phục vụ cho con ngƣời và đời sống. Cụ thể, trong nghiên
cứu của Đậu Thị Nhung và cs, 2017, tác giả đã tách chiết phycocyanin từ sinh khối tảo
theo phƣơng pháp đông lạnh - rã đông. Đầu tiên, tảo tƣơi đƣợc hòa tan bằng đệm natri
phosphate 0,1M, pH=7 với tỷ lệ 1:25 (w/v), tƣơng đƣơng với 25ml đệm trong 1g tảo. Sau
đó, hỗn hợp đƣợc đơng lạnh ở -20˚C trong 24h, rồi rã đơng ở nhiệt độ phịng. Bƣớc đông
lạnh - rã đông đƣợc thực hiện hai lần. Kết quả cho thấy độ tinh sạch của phycocyanin
trong tảo Arthrospira platensis khá cao (EP=1,06) (Nhung và cs, 2017). Ngoài ra, hiện
14