tiểu luận công nghệ sinh học

Chia sẻ: Hoang Thuy | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:33

Thêm vào BST

Báo xấu

134
lượt xem 26
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Trong những năm cuối cùng của thế kỉ 20, các nhà sinh học đã cố gắng tìm kiếm những cơ chế đặc thù của các quá trình sinh học cơ bản nhất nhằm chi phối toàn bộ thế giới sinh vật.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: tiểu luận công nghệ sinh học

M U Trong nh ng năm cu i cùng c a th k 20, các nhà sinh h c ã c g ng tìm ki m nh ng cơ ch c thù c a các quá trình sinh h c cơ b n nh t nh m chi ph i toàn b th gi i sinh v t. ng th i phát hi n ra các nhóm sinh v t có t c sinnh trư ng nhanh. Vi t o (Microalgae)là nh ng sinh v t b c th p có trong s chú ý ó vì chúng không ch có nh ng cơ ch c thù mà còn sinh trư ng và phát tri n c c kì nhanh. Hàng năm có n 200 t t n ch t h u cơ ư c t o thành trên toàn th gi i. Trong s ó 170 - 180 t t n là do t o t o thành. Vi t o chi m 1/3 sinh kh i c a th c v t trên trái t. Ngày nay công ngh sinh h c phát tri n nhanh t o m t cu c cách m ng trong nông nghi p, công nghi p th c ph m, dư c ph m, v t li u m i và b o v môi trư ng. ph m vi h p hơn chúng ta ang ch ng ki n s phát tri n nhanh c a công nghi p s n xu t vi t o trên th gi i do nhi u ưu th c a cơ th so v i th c v t b c cao như vòng i ng n, năng su t cao, hi u s s d ng ánh sáng cao, công ngh s n xu t không ph c t p, thích h p v i quy mô s n xu t công nghi p. Cho n ngày nay hàng lo t các công ngh nuôi tr ng, thu ho ch ch bi n sinh khôi vi t o. các lo i công ngh này ang không ng ng ư c hoàn thi n h giá thành và nâng cao ch t lư ng sinh kh i. m t khác s d ng vi t o ang ư c m r ng trong các lĩnh v c như dùng làm th c ăn b dư ng cho ngư i và th c ăn cho n g v t, c bi t là các ngành nuôi tr ng th y s n, ngu n phân bón sinh h c, năng lư ng s ch, ngu n các hóa ch t trong công nghi p và dư c ph m, s lí môi trư ng. 1
N I DUNG I. L ch s công ngh s n xu t vi t o i trà Vào u nh ng năm 1940 cbt u có nh ng th c nghi m nuôi tr ng i tà Chlorella sau khi ngu i ta th y t bào t o này có t i 50% protein trong sinh kh i khô và có kh năng tăng sinh kh i g p nhi u l n trong ngày u nh ng năm 1950 các nhà khoa h c Mĩ, ch t lư ng ch t béo và protein trong t bào Chlorella có th i u khi n b ng các thay i i u ki n s ng 1 s fil t, nuôi i trà t o này ư c xây d ng t i ây. Năm 1957, Tamiya và công s ã công b các công trình liên quan t i nuôi tr ng Chlorella, Nh t B n là m t trong nh ng qu c gia hàng usn xu t và kinh doanh Chlorella dư i d ng th c ăn b dư ng ( heath - food) và tác nhân kích thích sinh trư ng. Vào u năm 1953, các nhà khoa h c c ã nghiên c u kh năng dùng CO2, ph th i c a vùng công nghi p Rhur nuôi tr ng Chlorella, Scenedesmus. Nghiên c u này ư c giáo sư Soeder và c ng s ư c tieps t c ti n hành trong nhi u năm sau ó . u nh ng năm 1970, Chính ph c ã tài tr 3 d án l n v nuôi tr ng Scenedesmus t i n , Pêru, Thái Lan. Năm 1960 t i Ti p Kh c các nhà khoa h c ã xây d ng m t mô hình nuôi nghiêng 30 và t o dòng ch y nh bơm kĩ i trà Scenedesmus trên n n b có thu t Cascade. Mô hình b này ư c ng d ng thành công t i Rupite, Bungart – 1 a danh có su i nư c nóng n i ti ng s n xu t i trà t o l c Chlorella va Scenedesmus. u nh ng năm 1960, vi khu n lam Spirulina l n u tiên ư c phát hi n t i h Tchad, Châu Phi và nhanh chóng ư c các nhà khoa h c Pháp ưa vào nuôi i trà t i Texcoco, Mehico. Hi n nay Spirulina ư c nuôi i trà nhi u nơi trên th gi i trong ó có Vi t Nam. Mt s vi t o khác như Dunaliella (có ngu n caroten và gliceron) Porphyridium (là ngu n polisaccarit và phycoerythrin) ư c ưa vào nuôi tr ng mu n hơn và quy mô nh hơn. 2
Có th nói r ng hi n nay, t o ư c khai thác dư i góc là ngu n th c ăn dinh dư ng cho ngư i và th c ăn cho ng v t, ngu n hóa ch t và dư c li u ngu n phân bón sinh h c và i tư ng sinh h c s lí môi trư ng. • Tình hình nuôi tr ng i trà vi t o trên th gi i trong giai o n 1996 – 1997/ Theo Yuan – Kun Lee, 1997 Khu v c T o ư c s n xu t Di n tích S n lư ng ng d ng (ha) (t n/năm) Nh t B n Chlorella -- 1100 và Thu c b nh p 943 dư ng, th c ăn cho thu s n Trung Spirulina 199,6 2798 Dinh dư ng và Qu c xu t kh u ài Loan Chlorella và 24 1600 và 460 Xu t kh u Spirulina Tri u Tiên Chlorella và 1 s 2480 400 Cho ngư i và loài t o khác thu s n n Spirulina 12,2 258,5 Cho ngư i và ng v t Thái Lan Spirulina 2 170 Cho ngư i và ng v t Vi t Nam Spirulina 0,5 8 Xu t kh u In ônêxia Chlorella -- 150 Xu t kh u Hoa Kì Spirulina 75 380 Cho ngư i va Nitzschia -- ng v t Mehico Sprulina -- 500 Cho ngư i và ng v t CuBa Spirulina -- 30 Cho ngư i và ng v t Úc Dunaliella -- 40 Cho ngư i và ng v t Nhìn qua b ng trên ta có th nh n xét k t qu tình hình s n xu t i trà vi t o trên th gi i như sau: + ã có hàngcác công ngh s n xu t, thu ho ch, ch bi n sinh kh i vi t o chăn nuôi. Nh ng chi t o ư c xem là i tư ng ư c ch y u cho s n xu t i trà là Chlorella, Spirulina, Niztchia, Haematococus, Dunaliella, Tetraselmis, Scenedesmus... 3
+ Spirulina ư c xem là ch t b dư ng và là ngu n thu Phycobiliprotein, Dunaliella là ngu n β- carotene t nhiên r t quan tr ng. Trong nhi u trư ng h p s n xu t i trà vi t o i kèm v i m c ích s lí nư c th i. + Bình di n ng d ng vi t o còn h n h p trong khi công ngh s n xu t i trà ang ph i ương u v i nhi u th thách và c n ti p t c hoàn thi n hơn. II. ng d ng công ngh vi t o trong cu c s ng 2.1. S dung vi t o trong i s ng con ngư i và ng v t 2.1.1 S d ng cho con ngư i a. Th nghi m c t các s n ph m t vi t o Btc m t loài protein ơn bào nào cũng ph i tr i qua th nghi m nghiêm túc trên ng v t trư c khi tr thành s n ph m th c ăn c a con ngư i và ng v t . Ví d : Sinh kh i t o Spirulina ã ư c Chamorro (1980) ti n hành th nghi m c t ng n h n và trư ng di n, nghi n c u nh hư ng n sinh s n, sinh trư ng, kh năng i u ti t s a, t bi n gây quái thai, Lư ng t o th nghi m tăng d n t 10% - 30% kh u ph n ăn hàng ngày, sau 13 tu n thí nghi m vi c xét nghi m mô h c không cho th y s khác bi t gi a các nhóm thí nghi m và i ch ng. Theo dõi trong 80 tu n lien t c, sau ó 2 năm theo dõi kh năng ti t s a và sinh s n ng v t ăn t o spirulina ngư i ta không nh n th y. Nhi u nghiên c u c t c p và c t trư ng di n i v i các loài t o khác như Scenedesmus, Micractinium, Chlorella... cũng không tìm th y b ng ch ng nào v kh năng h n ch vi c s d ng sinh kh i trong dinh dư ng. b. S d ng vi t o trong dinh dư ng và dư c li u Ngu n protein ơn bào giá tr và hàm lư ng protein trung bình 50-60 % trong lư ng khô, th dân Kanembeu s ng quanh h Chad Châu phi và ngư i Aztec Mehico ã s d ng t o Spirulina hàng th k nay. Sinh kh i t o khô Chrorella ư c óng viên và s d ng như m t lo i th c ăn b dư ng, sinh kh i Spirulina v i các tên Linagreen, Spirulina Kayaky, Spirulina – C, Professiol,... 4
Ý tư ng dùng vi t o làm th c ăn và trao i khí hô h p trong chuy n bay vũ tr cũng kích thích các nhà nghiên c u s d ng vi t o cho dinh dư ng c a ngư i. Tuy v y cho n nay có ít thông tin v th nghi m dinh dư ng t o trên ngư i nên khó có ư c k t lu n t ng quát. 2.1.2 S d ng vi t o cho ng v t Do thành ph n dinh dư ng quí, vi t o ư c xem là ngu n th c ăn b dư ng song có giá tr cho chăn nuôi và thu s n. Nh ng vi t o ư c ng d ng trong ph m vi này như Chrorella, Spirulina, Micratimium, Scenedesmus, Oocystis... Vi t Nam dùng Spirulina b sung vào th c ăn cho cá mè tr ng, cá mè hoa, cá tr m c , rô phi v i t l 5% làm t l s ng và t c tăng trư ng c a cá tăng lên. M t hư ng khác s d ng sinh kh i vi t o làm ngu n b sung dinh dư ng tri n v ng vào ngu n nuôi tôm nhuy n th vì vi t o là m t xích u tiên c a chu i dinh dư ng c a thu s n, do ó vi c s n xu t t o luôn là thác tác không th thi u c a các tr i nuôi thu s n. Ví d năm 1939, Bruce và c ng s ã phân l p và nuôi t o ơn bào Isochrysis galbana và Pyramimonas grossin nuôi u trùng h u. S m hơn n a năm 1910, Allen và Nelson ã dùng t o silic làm th c ăn cho m t s ng v t không xương s ng, vi c nuôi tr ng vi t o di n tích l n làm th c ăn cho trai, sò có ti m năng ng d ng trong tương lai. T i Nh t B n, vi c nuôi t o Silic skeletonema sp à Chaetoceros sp làm th c ăn là i u ki n tiên quy t i v i vi c nuôi u trùng tôm giai o n Nauplius t i giai o n Postlaivae t i Thái Lan, Malaixia, ài Loan. Làm th c ăn tươi s ng cho u trùng tôm, bao g m vi t o và Nauplius c a Artemia. Cho n nay ch t h c ăn h u h t các tr i nuôi và s n xu t thu s n là s ph i h p th c ăn tươi s ng như vi t o và Artemia. Bên c nh ó nhi u loài ư c s d ng dư i d ng sinh kh i tươi và khô làm th c ăn cho u trùng tôm, cá con, nhuy n th : Skeletonema costatum, Chaetocerospsis, Nanochaloropsis, 5
Isocrysis, Spirulina. Có th nói th c ănbtaor là i u ki n tiên quy t cho ngh nuôi tr ng thu s n. 2.1.3. Nghiên c u sinh h c và kĩ thu t nuôi tr ng vi t o và t o bi n Vi t Nam * Nghiên c u c u trúc và ch c năng c a b máy quang h p S thay i c u trúc và ch c năng b máy quang h p c a t o dư i các i u ki n môi trư ng b t l i như nhi t t i h n, mu i cao, khô h n. Ch ch ng ch u và b o v c a t o dư i các i u ki n b t l i c a môi trư ng. Giám sát in vivo tr ng thái sinh lí c a t o dư i các i u ki n môi trư ng b t l i. 6
* Nghiên c u sinh h c và kĩ thu t nuôi tr ng vi t o và t o bi n Vi t Nam Nâng cao các c tính di truy n c a t o b ng vi c nuôi c y mô t bào trong i u ki n phòng thí nghi m. Áp dung m t s phương pháp nghiên c u d a trên các k thu t sinh h c phân t (như RAPD, AFLP, c trình t các o n gen 16S, 18S, ITS-1-5,8S- ITS2, phương pháp PCR i t 1 t bào (Single – Cell PCR method), Real-Time PCR, i n di n ng gel bi n tính, lai ADN hay lai RNA b ng phóng x ho c huỳnh quang, kháng th ơn dòng và a dòng v..v.) trong vi c h tr nh tên khoa h c nhanh chóng và nghiên c u tính a d ng di truy n c a các loài t o Vi t Nam. 7
* Nghiên c u c u trúc và ch c năng qu n th t o trong các h sinh thái khác nhau c bi t là h sinh thái nư c ng t và bi n Kh o sát th c v t phù du và s xu t hi n và t n t i c a t o c và t o lam và thi t l p m i quan h gi a s n hoa c a nư c và các y u t môi trư ng khác nhau (pH, nhi t , cư ng ánh sáng, thành ph n dinh dư ng, nư c th i công nghi p và nư c th i dân d ng, thành ph n dinh dư ng c a môi trư ng bi n); Nghiên c u và phân tích c t t o b ng phương pháp th nghi m sinh h c trên chu t, th nghi m liên k t v i ch t nh n, ELISA, HPLC; Nghiên c u thành ph n loài, xác nh và nh tên nhanh chóng các loài to c, h i các ao h và vùng bi n Vi t Nam d a trên các c i m hình thái và các phương pháp sinh h c phân t như c và so sánh trình t nucleotit c a m t s gen 18SrRNA, 16S rRNA, ITS1-5,8S-ITS2, 28S rRNA, 26S rRNA…và phương páp Single – Cell PCR 8
* Phát tri n các kĩ thu t trong vi c x lí nư c th i S d ng các ch t h p th sinh h c có s n Vi t Nam lo i b các kim lo i n ng trong nư c th i công nghi p; Áp d ng các phương pháp sinh h c trong vi c x lí nư c th i giàu N và P. X lý sinh h c môi trư ng (Bioremediation) c a bùn ho t tính và nư c th i nuôi tr ng thu s n; Nghiên c u s d ng vi t o trong x lý nư c th i các làng ngh truy n th ng như làng bún Phú ô, s n xu t tinh b t s n, mi n, rong… theo nh hư ng s n xu t nguyên li u cho công nghi p như ch t d o sinh h c bioplastic; Nghiên c u s d ng t o bi n Kappaphycus alvarezii, Gracilaria v.v… trong x lý nư c th i nuôi thu s n t p trung và trong vi c làm s ch nư c th i sau quá trình ã nuôi tr ng thu s n. 9
*Nghiên c u cơ s sinh lý, sinh hoá và các kĩ thu t nuôi sinh kh i m t s loài vi t o (Spirulina, Chlorella, Dunalliella, Chaetoceros, Skeletonema, Labyrinthula, Thraustochytrium, Schizochytrium …) làm thu c, th c ph m ch c năng và th c ăn tươi s ng và nhân t o cho nuôi tr ng thu s n. Xây d ng m t t p oàn gi ng vi t o (bi n và nư c ng t) phân l p t i Vi t Nam theo nh hư ng ng d ng chúng trong th c ph m ch c năng cho ngư i, làm thu c ch a b nh, ph c v trong nuôi tr ng thu s n, khai thác các ch t có ho t tính sinh h c, ph c v cho x lý các lo i hình nư c th i khác nhau và trong th i gian t i ư c s d ng cho vi c làm nguyên li u s n xu t nhiên li u sinh h c, ch t d o sinh h c (thân thi n v i môi trư ng và d phân hu ) Nghiên c u s d ng vi t o bi n (quang t dư ng và d dư ng) làm th c ph m ch c năng cho ngư i Nghiên c u và ưa vào ng d ng t i các tr i nuôi tr ng Thu s n mi n B c (H i Phòng, Qu ng Ninh, Nam nh, Thái Bình v.v…) qui trình công ngh nuôi tr ng m t s loài t o bi n chính như Isochrysis, Chaetoceros, Nannochloropsis, Tetraselmis, Chlorella, Chroomonas... làm th c ăn tươi s ng cho các i tư ng thu h i csn trong nuôi tr ng thu s n như: cá, tôm, ngao, cua, tu hài … 10
* Nghiên c u, khai thác và ng d ng các ch t có ho t tính sinh h c t vi t o và t o bi n Vi t Nam Nghiên c u và khai thác các ch t có ho t tính sinh h c t t o bi n như ch t kháng viêm, ch t ch ng bám, các axit béo không bão hoà a n i ôi (EPA, DHA, n- 6DPA) Nghiên c u s d ng sinh kh i t o bi n sau khi ã chi t rút các ch t có ho t tính (như agar, alginate, làm gi y …) s n xu t Ethanol và d u Diessel sinh h c; nghiên c u quá trìnhchuy n hoá sinh kh i vi t o bi n t dư ng và d dư ng giàu hydrate carbon, lipit và PUFAs làm nguyên s n xu t nhiên li 2.2. ng d ng trong y h c và công ngh th c ph m Trong tương lai y dư c và nh ng s tìm ki m trong y dư c bao g m c vi c nghiên c u và trong th c nghi m các t o có th k ra như vi c tìm ki m các thu c ch a b nh ung thư, d ng, t o ti t ch t kháng sinhcos th thay th cho Penixiline (Prescott, 1969). Trong tương lai s có môn ch a b nh b ng t o (Algotherapia hay Phycotheraphia) (Gorunov và c ng s 1969) b nh vi n Paris khi ch a b nh các v t thương ph n mêm nhi u thu c kinh i n c a Pháp u vô hi u hoá nhưng khi i u tr b ng các loài t o Lam thu c chi 11
ã cho k t qu r t kh quan (Lefevre, 1964). S n ph m ch t Oscillatoriales ư c xem là ch t b dư ng cho ngư i già và ngư i dinh dư ng, t o Spirulina Spirulina còn có tác d ng tăng kh năng ti t s a ph n cho con bú. M t s ho t ch t Spirulina (Phycobilin) có tác d ng ch ng ung thư và 1 s b nh khác. Nhi u s n ph m ư c ch t t o Spirulina dùng làm mĩ ph m và công ngh th c p h m. 2.2.1. Khai thác các ho t ch t - Vitamin Nhi u vitamin hòa tan trong nư c (B12, B6, B1, Biotin, C) ư c tìm th y trong d ch nuôi t o lam, t o l c và t o silic. Nh ng lo i vitamin khác ư c phát hi n dư i d ng các ch t trao i trung gian như α-, β-, γ- tocopherol (vitamin E) t o lam; α- tocopherol và vitamin K Porphyridium cruentum. Hàm lư ng vitamin trong sinh kh i t o ph thu c vào ki u gen, chu trình sinh trư ng, i u ki n nuôi tr ng và các thao tác di truy n. Hi n ti ài Loan và Nh t B n các ch ng t o Chlorella và Porphyridium ư c nuôi tr ng t p dư ng trong h th ng kín s n xu t vitamin, hàm lư ng vitamin trong m t s lo i t o ang là i tư ng s n xu t i trà. Khi so sánh hàm lư ng vitamin trong sinh kh i t o v i rau Spinach và gan bê. Ta th y hàm lư ng Vitamin ph thu c nhi u vào thành phàn loài. Do các ch ng lo i vitamin còn chưa ư c ánh giá toàn di n và có h th ng nên chưa có cơ s ánh giá loài t o nào cho hàm lư ng vitamin nhi u nh tvaf i u ki n nào s n xu t vitamin là cao nh t. T o xo n (Spirulina) là m t lo i vi t o d ng s i xo n màu xanh l c, ch có th quan sát th y hình xo n s i do nhi u t bào ơn c u t o thành dư i kính hi n vi. T o Spirulina ã ư c nghiên c u t nhi u năm nay. Chúng có nh ng c tính ưu vi t và giá tr dinh dư ng cao. Các nhà khoa h c trên th gi i ã coi t o Spirulina là sinh v t có ích cho loài ngư i. Lo i t o này do ti n sĩ Clement ngư i Pháp tình c phát hi n vào nh ng năm 1960 khi n h Tchad Trung Phi. Nhà khoa h c này không kh i kinh ng c khi vùng t c n c i, ói kém quanh năm nhưng nh ng th dân ây r t cư ng tráng và kh e m nh. Khi Clement tìm hi u v th c ăn c a h , bà phát hi n trong mùa không săn b n, h ch dùng m t lo i bánh màu xanh mà nguyên li u chính là th h v t lên t h . Qua phân tích, bà phát hi n ra lo i bánh có tên Dihe này chính là t o Spirulina. 12
T ch c Y t th gi i (WHO) công nh n t o Spirulina là th c ph m b o v s c kh e t t nh t c a loài ngư i trong th k 21. Cơ quan qu n lí th c ph m và dư c ph m Hoa Kì (FDA) công nh n nó là m t trong nh ng ngu n protein t t nh t. Hàm lư ng protein trong Spirulina thu c vào lo i cao nh t trong các th c ph m hi n nay, 56%-77% tr ng lư ng khô, cao hơn 3 l n th t bò, cao hơn 2 l n trong u tương. Hàm lư ng vitamin r t cao. C 1 kg t o xo n Spirulina ch a 55 mg vitamin B1, 40 mg vitamin B2, 3 mg vitamin B6, 2 mg vitamin B12, 113 mg vitamin PP, 190 mg vitamin E, 4.000 mg caroten trong ó β-Caroten kho ng 1700 mg (tăng thêm 1000% so v i cà r t), 0,5mg axít folic,inosit kho ng 500-1.000 mg. Hàm lư ng khoáng ch t có th thay i theo i u ki n nuôi tr ng, thông thư ng s t là 580-646 mg/kg(tăng thêm 5.000% so v i rau chân v t), mangan là 23-25 mg/kg, Mg là 2.915-3.811/kg, selen là 0,4 mg/kg, canxi, kali, ph tpho u kho ng là 1.000-3.000 mg/kg ho c cao hơn (hàm lư ng canxi tăng hơn s a 500%). Ph n l n ch t béo trong Spirulina là axít béo không no, trong ó axít linoleic 13.784 mg/kg, γ-linoleic 11.980 mg/kg. ây là i u hi m th y trong các th c ph m t nhiên khác. Hàm lư ng cacbon hydrat kho ng 16,5%, hi n nay ã có nh ng thông tin dùng glucoza chi t xu t t t o Spirulina ti n hành nh ng nghiên c u ch ng ung thư * T o Spirulina có ch a phong phú các axít amin c n thi t như lysin, threonin...r t quan tr ng cho tr , c bi t là tr thi u s a m . Hàm lư ng khoáng ch t và các nguyên t vi lư ng phong phú có th phòng tránh b nh thi u máu do thi u dinh dư ng m t cách hi u qu , và cũng là ngu n b sung dinh dư ng r t t t cho tr lư i ăn. * Trong t o Spirulina có ch a nhi u lo i ch t ch ng lão hóa như β-caroten, vitamin E, axít γ-linoleic. Nh ng ch t này có kh năng lo i b các g c t do thông qua tác d ng ch ng ôxi hóa, làm ch m s lão hóa c a t bào, ng th i s t, canxi có nhi u trong t o v a d h p th v a có tác d ng phòng và h tr i u tr các b nh thư ng g p ngư i già như thi u máu, x p xương. Các nhà khoa h c ngư i Nh t nghiên c u cho r ng ngư i trung niên và ngư i già dùng t o Spirulina và ch u khó v n ng là bí quy t trư ng th c a con ngư i. Ý nghĩa b o v s c kh e c a t o Spirulina là ch sau khi dùng, t t c các lo i dinh dư ng mà cơ th c n u ư c b sung cùng m t lúc, có l i cho vi c trao i ch t, ng hóa t ch c, tăng cư ng s c kháng t ó t ư c m c ích phòng ch ng b nh t t và thúc y ph c h i s c kh e . Nh t B n, ngư i già không coi t o 13
Spirulina là m t bi n pháp b o v s c kh e t m th i mà là b o v s c kh e lâu dài h n ch chi phí thu c men và vi n phí. * Dinh dư ng chu n, kh năng ch ng ung thư, ch ng HIV/AIDS * S n ph m ch ng suy dinh dư ng r t t t cho tr em, ngư i già và m t s i tư ng khác như ngư i b nh sau ph u thu t, thi u năng dinh dư ng * có th dùng t o Spirulina h tr trong i u tr b nh viêm gan, suy gan, b nh nhân b cholesterol máu cao và viêm da lan t a, b nh ti u ư ng, loét d dày tá tràng và suy y u ho c viêm t y, b nh c th y tinh th và suy gi m th l c, b nh r ng tóc * Các nhà nghiên c u ã ch ng minh t o Spirulina làm tăng s c kháng v i ngh ch c nh và tăng s c d o dai trong v n ng. * V i li u dùng v a ph i, Spirulina làm cân b ng dinh dư ng, t ng h p các ch t n i sinh, tăng hormon và i u hòa sinh lý, khi n cho ngư i àn ông có m t "s c m nh" t nhiên, b n v ng * Khi dùng Spirulina, các ho t ch t c a nó s i u hòa hormon, làm cân b ng cơ th , khi n ngư i ph n tr nên "ư t át" hơn, cơ th s tr ra, bi u hi n rõ nh t trên làn da. Ngoài ra t o Spirulina có nh ng tác d ng ã và ang ư c các nhà khoa h c nghiên c u như tác d ng kích thích t bào t y xương, h i ph c ch c năng t o máu, ch c năng gi m m máu, gi m huy t áp, dư ng da, làm p. Lipid Vi t o ch a nhi u ch t béo và lư ng d u tương t thành ph n d u th c v t. Trong m t s i u ki n nh t nh, t o có th ch a lipit t i 85% tr ng lư ng khô. Nhưng nhìn chung, hàm lư ng c a lipit trong sinh kh i t o dao ng t 20-40% ch t khô. 14
Giá tr dinh dư ng c a vi t o có th b thay ir tl n các pha phát tri n và dư i các i u ki n nuôi khác nhau (Enright & CTV., 1986; Brown & CTV., 1997). K t qu nghiên c u c a Renaud, Thinh & Parry (1999) ch ra r ng t o phát tri n n cu i pha logarit thư ng ch a 30 – 40% protein, 10 – 20 % lipid và 5 – 15 % carbohydrate. Khi t o ư c nuôi qua pha cân b ng thì hàm lư ng này b thay i r t l n, ví du như: khi nitrat gi m thì hàm lư ng carbohydrate có th tăng g p 2 l n hàm lư ng protein. M i liên quan gi a giá tr dinh dư ng c a t o v i hàm lư ng lipid t ng c ng, carbohydrat, và protein không ư c th hi n rõ (Webb & Chu,1981; Brown, 2002 ), ví d 2 loài t o Phaeodactylum tricornutum và Nannochloris atomus giàu hàm lư ng protein và carbohydrate nhưng giá tr dinh dư ng c a chúng l i th p. M t khác thành ph n c a các amino acid c a các protein tương t gi ng nhau gi a các loài t o, tương ib n v ng các pha phát tri n khác nhau và dư i tác ng c a các i u ki n ánh sáng. Hơn n a, hàm lư ng các amino acid c n thi t c a vi t o l i g n gi ng u trùng h u (C. gigas; Brown & CTV, 1993). i u này càng ch ra r ng protein không ph i là y u t xây d ng nên s khác nhau v giá tr dinh dư ng c a các loài t o. Tuy nhiên, lipid r t quan tr ng trong vi c d tr năng lư ng cho u trùng khi s ng trong i u ki n thi u th c ăn (Millar & Scott, 1967), s d ng t o có hàm lư ng protein cao cho s phát tri n t t nh t c a v m gi ng (Mytilus trossolus; Kreeger & Langdon, 1993) và h u (Crassostrea gigas; Knuckey et al., 2002), t o có hàm lư ng hydratcarbon cao cho s phát tri n t t nh t c a h u gi ng và u trùng i p (Whyte, Bourne & Hodgson, 1989). Thí nghi m dùng 3 loài t o Isochrysis galbana, Exuviella sp., Dunaliella teriolecta cho u trùng c n th y r ng t l gi a hàm lư ng lipid : protein: hydratcarbon có trong t o có th liên quan tr c ti p t i giá tr dinh dư ng c a t o (Pillsbury, 1983). Phân tích 40 loài t o thu c 7 l p (Bacillariophyceae, Chlorophyceae, Prymnesiophyceae, Cryptophyceae, Eustigmatophyceae, Rhodophyceae, Prasino- phyceae) Brown & CTV. (1997) ã xác nh r ng trong t o ơn bào hàm lư ng protein dao ng t 6 – 52 %; carbohydrate t 5 – 23 % và lipid t 7 – 23 %. Các l p t o khác nhau không có s khác bi t v hàm lư ng protein, lipid nhưng các loài trong l p t o Chlorophyceae và Prymnesiophyceae giàu hàm lư ng carbohydrate hơn các loài thu c các l p t o khác. 15
Các axit béo không no (PUFA) có trong t o, ví d như: docosahecxaenoic acid (DHA), eicosapentaenoic acid (EPA), arachidonic acid (AA) r t c n thi t iv i ng v t nuôi th y s n (McEvoy & Bell, 1997; Brown & CTV, 1997; Vilchis & Doktor, 2001). H u h t các loài t o u ch a lo i acid béo không no EPA mc t trung bình t i cao (7 – 34 %). L p t o Bacillariophyceae (Chaetoceros, Thalassiosira, Nitzchia, Skeletonema), Prymnesiophyceae (Isochrysis, Paplova), Cryptophyceae (Rhodomonad, Criptomonad), Rhodophyceae (Rhodosorus), Eustigmatophyceae (Nannochloropsis) r t giàu m t ho c c hai lo i acid beó không no DHA và EPA. T 0,2 – 11 % DHA có trong t o Prymnesiophyceae, trong khi ó Eustigmatophyceae l i có nhi u nh t AA (0 – 4 %). Prasinophyceae (Tetraselmis, Micromonas, Pyramimonas) ch a kho ng 4 – 10 % DHA ho c EPA, ngư c l i Chlorophyceae (Chlorella, Nannochloris, Dunaliella) ch có kho ng 0 – 3 %, vì v y chúng ư c xem là có giá tr dinh dư ng th p. Vi t o ư c coi là có giá tr dinh dư ng t t cho các i tư ng nuôi n u hàm lư ng PUFA (DHA, EPA) dao ng t 1 – 20 mg/ml t bào (Thinh, 1999). Hàm lư ng trung bình c a các acid béo không no có trong m t s các loài t o ư c th hi n b ng 1. Hàm lư ng acid béo không no (DHA + EPA) c a m t s loài t o (Brown và CTV, 1989) Loài t o DHA + EPA (mg/ml t bào) 17,8 Chaetoceros calcitrans 10,1 Pavlova lutheri 7,2 Thalassiosira pseudonana 3,9 Chroomonas salina 3,2 Chaetoceros gracilis 2,0 Isochrysis sp. 0,8 Skeletonema costatum 0,3 Nannochloris atomus 0,2 Tetraselmis suecica 0,0 Dunaliella tertiolecta 16
n nay, t t c các nghiên c u u xác nh r ng m i loài t o khác nhau thì chúng có giá tr dinh dư ng khác nhau, m t loài t o có th thi u ít nh t là m t thành ph n dinh dư ng c n thi t, ví d I. Galbana có nhi u DHA, ít EPA nhưng ngư c l i khuê t o ch a nhi u EPA và ít DHA (Leonardos và Lucas, 2000). Vì v y, vi c s d ng h n h p các loài t o làm th c ăn cho ng v t thu s n s cung c p ch t dinh dư ng t t hơn cho chúng. Tuy nhiên, vi c k t h p các loài t o làm th c ăn ph i ư c h p lý c v t l và thành ph n thích ng v i nhu c u dinh dư ng c a t ng i tư ng nuôi c th thì m i em l i hi u qu cao, ví d s d ng ơn loài C. calcitrans cho u trùng h u (Crassostrea gigas) t c sinh trư ng nhanh hơn so v i s d ng h n h p I. Galbana + C. calcitrans (Nasciomento, 1980). Vi t o là ngu n cung c p vitamin quan tr ng cho các i tư ng nuôi thu s n. Theo th ng kê c a Brown (2002), hàm lư ng acid ascorbic (vitamin C) trong vi t o có s khác nhau r t l n gi a các loài (16 mg/g tr ng lư ng khô t o C.muelleri; 1,1 mg/g t o T. pseudonana). Còn l i các vitamin khác (thiamin – B1, riboflavin – B2, pyridoxine – B6, cyanocobalamin – B12, biotin, pyridoxine…) ch khác nhau t 2 – 4 l n gi a các loài t o. i u này ch ng t r ng, vi c l a ch n m t cách c n th n các lo i vi t o k t h p v i nhau s cung c p y vitamin cho chu i th c ăn c a ng v t nuôi th y s n. Ngoài ra, các khoáng ch t và s c t trong t o cũng óng góp m t vai trò quan tr ng trong vi c xây d ng nên giá tr dinh dư ng c a m t loài t o (Fabregas & Herrero, 1986). Thành ph n ch y u c a s c t là chlorophyll và các lo i carotenoid chi m 0,5 – 5 % tr ng lư ng khô. Ngoài ra còn có phycoerythin và phycocyanin nhưng ch chi m m t lư ng nh kho ng 1 % kh i lư ng khô. ß-carotene (ti n vitamin A) ư c xem là r t quan tr ng trong chu i th c ăn c a giáp xác. Nghiên c u c a Ronnestad, Helland & Lie (1998) ã phát hi n ra r ng s c t lutein và astaxanthin (có nhi u trong t o xanh - Tetraselmis spp.) có kh năng chuy n i thành vitamin A trong chu i m t xích th c ăn c a ng v t nuôi th y s n. Tuy nhiên, không ph i lúc nào t o cũng có l i cho ng v t th y s n. Trong trư ng h p vùng bi n b ô nhi m b i các c t do s n hoa c a t o, ng v t thân m m và m t s loài ăn t o s b nhi m c t và là ngu n gây b nh cho con ngư i. 17
Các b nh thư ng g p như: Paralytic Shellfish Poisoning (PSP), Diarhetic Shellfish Poisoning (DSP) và Amnesis Shellfish Poisoning (ASP) ã làm nhi m c g n 2.000 trư ng h p trên toàn c u hàng năm (Gustaaf M. Hallegraeff, 1991). S không an toàn v th c ph m như trên có tác h i không nh i v i vi c tiêu th s n ph m th y s n, c bi t là các loài hai m nh v và gây thi t h i kinh t áng k cho các qu c gia. -S ct : Ngoài Chlorophyll (a, b, c1 và c2), vi t o còn ch a các s c t b tr nh ư phycobiliprotein và carotenoit. Các carotenoit có gam màu t vàng n và có b n ch t izoprenoit polyene d n xu t t lycopen. Các lo i carotenoit thông thư ng chi m t i 0,1% tr ng lư ng khô vi t o nhưng m t s loài, β-caroten chi m t i 5% tr ng lư ng khô (Amphidinium carterae), ho c th m chí t i 14% (Dunaliella salina). T o Haematococcus plyvialis l i tích lũy nhi u astaxanthin. Carotenoit ư c s d ng vào nhi u m c ích khác nhau. Ví d chúng ư c coi là ch t màu th c ph m có ngu n g c t nhiên, là tác nhân làm tăng màu s c cho th t cá h i và lòng tr ng gà cũng như tăng th tr ng và kh năng sinh sn gia súc nuôi nh t. β-caroten còn ư c coi là ch t kích thích sinh trư ng ngăn ng a ung thư và làm sáng m t. Hi n nay chúng ta bi t kho ng 400 lo i carotenoit, nhưng trong s này ch có m t ít lo i ư c thương m i hóa dư i d ng ch t màu th c ph m như β-caroten, lycopene, cryptoxanthin… Trong cơ th t o, carotenoit óng vai trò như s c t b tr quang h p và là tác nhân b o v t bào kh i tác h i c a cư ng ánh sáng quá cao. Phycobiliprotein là nh ng ch t màu t nhiên có nhi u trong t o trong khi t o lam ch a C-phycocyamin, C-phycocerythrin và allophycocyanin. a s các loài t o này ch a nhi u Phycobiliprotein nhưng hàm lư ng c a chúng b ph thu c khá nhi u vào y u t ngo i c nh như cư ng và ch t lư ng ánh sáng, dinh dư ng Nitơ. Vi c ng d ng kh năng huỳnh quang c a các s c t này ánh d u kháng th ơn dòng trong nghiên c u mi n d ch là hư ng có tri n v ng. M t khác phycocyanin và β-caroten ư c bi t n như nh ng y u t nâng cao kháng b nh ung thư. Cùng v i m t s carotenoit, s c t và lam hi n nay ang ư c khai thác như nh ng ch t màu th c ph m có giá tr . 18
- Carbonhydrat Vi t o ch a kh i lư ng l n carbonhydrat dư i d ng s n ph m d tr (tinh b t, glycogen) ho c các ch t i u ch nh th m th u (glyxerol, trehalose…). Ch ng h n m t s loài t o lam s n xu t trehalose, glucose, sucrose, trong khi m t s loài t o l c l i ch a sucore, glutamate, sorbotol và glyxerol. M t s vi t o bi n khác s n xu t các lo i ư ng mannitol, mannose. - Ch t ch ng oxy hóa Có th li t kê m t s ch t ch ng oxy hóa có m t trong sinh kh i t o như carotenoit (s c t ); tocopherol, vitamin C (vitamin); superoxydismutase, catalase và glutaion peroxydase (enzym). Các vi t o - ngu n các ch t ch ng oxy hóa có tri n v ng ang ư c khai thác là: - Dunaliella salina: s n xu t β-caroten, - Haematococcus pluvialis: s n xu t astaxanthin, - Porphyridium cruentum: s n xu t Superoxydismutase (SOD). 2.3. Ngu n phân bón sinh h c Phân bón ch a nitơ ư c coi là y u t h n ch trong s n xu t lương th c. Ngư i ta d báo nhu c u phân bón c a các nư c ang phát tri n là kho ng g n 100 tri u t n hàng năm, trong ó 30% là phân nitơ. V i vi c c nh nitơ t không khí, t o có vai trò r t quan tr ng trong chu trình bi n i nitơ. T o lam c nh m và tăng d phì nhiêu c a t. Hi n nay trên th gi i ang chú ý nc nh m sinh h c Rhizobium c ng sinh ã ư c chú ý cùng v i nh ng vi khu n s ng t do quanh r nhưng không c ng sinh như Pneudomonas, Bacillus, Azotobacter. M t khác ngư i ta chú ý n t o lam g n m t th k trư c ây ngư i ta ã bi t ns c nh m c a t o này nhung n năm 1928 Drewes m i ch ng minh t o lam thu n khi t (không có vi khu n) kh năng c nh m t do. Tuy t i a s nó thu c h Nostocacrae, Anabaenacrae, Seytonematacaea, Rivulaviacaea (G.M. Smith 1950) ó là nh ng loài có t bào d hình. Nh ng th c nghi m g n âyc a Venkataramann n ã ch ra nhi u t o Lam không có t bào d hình có kh năng t ng h p c nh m như Lyngbya, Oscillatoria, Phormidium. b Oscillatoria có kho ng 250 loài có kh năng c nh m. Lư ng m do t o Lam c nh ư c r t 19
l n. Trong m t năm trên 1ha ư c 14,5kg (Prasal, 1949) ho c n 22kg (Piocco, 1957). ôi khi n 79,3kg (De et Mandal, 1956) Th m trí Califonia n 53kh/ha/1tháng (Allen, 1956). M t lư ng áng k , có khi n 50% mc nh ư c th i ra môi trư ng dư i d ng chú y u là polypeptide hoà tan trong nư c và m t lương nh ammonia. Kh năng c a cây tr ng ng hoá m do t o th i là môi trư ng kém hơn kh năng ng hoá m do s th i r a c a chính cơ th t o t o nên. Trên các cánh ng có t o Lam phát tri n, ch t h u cơ ư c tích lu nhi u trong t, kh năng gi nư c trong nư c tăng lên 40% (Singh, 1950). T o làm cho mu i c, phèn các t ng dư i dâng lên b m t ch m hơn. Nhi u tác gi (De Singh, Watanabe, Venkataraman, Dutta, ...) ã ch ra r ng: các cánh ng lúa và t nhi t t o Lam là y u t ch y u t o nên s cân b ng m và s m u m c a t ai. T o nâng cao hi u qu c a Azotobacter, kích thích s phát tri n c a các loài vi khu n Azotobacter, Clostridium. Như v y t o ã kích thích h vi sinh v t c nh m. * T o lam c nh nitơ: Cho n nay ngư i ta bi t t i 152 loài t o lam (còn g i là vi khu n lam) có kh n năng c nh m. Các loài này ư c x p vào 4 nhóm chính sau ây: - T o d ng s i có t bào d hình, c nh N2 trong i u ki n có O2. - T o ơn bào ho c t p oàn, c nh N2 trong i u ki n có O2. - T o d ng s i, không có t bào d hình, ch c nh N2 trong i u ki n thi u O2. - T o d ng s i, không có t bào d hình, c nh N2 trong i u ki n có O2. Các i di n i n hình c a t o lam ơn bào c nh N2 là các chi Aphanothece, Myxosarcina, Chroococcidiopisis, Pleurocapsa. i di n t o lam d ng s i, không có teesbaof d hình là các chi Oscillatoria, Pseudoanabaena, Lyngbya, Tricodesnmus... Các chi t o lam c nh nitơ có c u trúc s i kèm theo t bào d hình là Anabaena, Gloeotrichia, Hapalosiohon, Mastigocladus, Nostoc, Scytonema, Stigonema, Tolypothiris, Westiella, Westillopsis. 20