Sự tạo thành astaxanthin trong vòng đời vi tảo lục haematococcus pluvialis

SỰ TẠO THÀNH ASTAXANTHIN TRONG VÒNG ĐỜI VI TẢO LỤC Haematococcus pluvialis NỘI DUNG Tổng quan về astaxanthin Tổng quan về Haematococcus pluvialis Nghiên cứu vòng đời H.pluvialis trong phòng thí nghiệm Kết quả và thảo luận 1 2 3 4 5 Công dụng và các sản phẩm thương mại hóa TỔNG QUAN VỀ Haematococcus pluvialis Haematococcus pluvialis là một loài vi tảo lục nước ngọt, đơn bào, sinh sản vô tính bằng cách nhân đôi, có thể di chuyển được. Vị trí phân loại của Haematococcus pluvialis Giới: Eukaryota Ngành: Chlorophyta Lớp: Chlorophyceae Bộ: Volvocales Họ: Haematococcaceae Chi: Haematococcus Loài: Pluvialis ĐẶC ĐIỂM HÌNH THÁI - Hình thái tế bào của Haematococcus pluvialis có sự biến đổi khác nhau trong chu trình sống của chúng. Tế bào có 2 dạng, tƣơng ứng với đặc điểm sinh trƣởng: TB sinh dƣỡng và nang bào tử (cyst). Trong đó: + TB sinh dưỡng: màu xanh, dạng cầu hoặc elip với đƣờng kính khoảng 10 – 20µm, có thể chuyển động nhờ 2 roi. Trong điều kiện thuận lợi, phần lớn các tế bào ở dạng sinh dƣỡng, có hàm lƣợng chlorophyll ,  và tiền carotenoid cao. Sinh trƣởng quang tự dƣỡng khi có ánh sáng và dị dƣỡng trong tối. ĐẶC ĐIỂM HÌNH THÁI + Nang bào tử: Khi gặp điều kiện bất lợi (cạn kiệt dinh dƣỡng, cƣờng độ ánh sáng cao, nhiệt độ cao, stress muối) tế bào sẽ cảm ứng hình thành nang bào tử và hình thái thay đổi thành dạng cyst. Tế bào này hình cầu mất roi, không còn khả năng di động. Thành tế bào dày lên, đƣờng kính tăng 40-50 µm. Tốc độ sinh trƣởng của tế bào giảm và tế bào tích lũy một lƣợng lớn astaxanthin. Ban đầu, astaxanthin chủ yếu đƣợc hình thành tập trung quanh nhân và quá trình đƣợc tiếp diễn tới khi toàn bộ tế bào chuyển sang màu đỏ. Tế bào sinh dƣỡng Nang bào tử Tế bào trung gian VÕNG ĐỜI TỰ NHIÊN CỦA Haematococcus pluvialis I. Giai đoạn tế bào sinh dưỡng: TB hình elip, chuyển động bằng 2 roi, phân chia TB để gia tang số lượng. Hàm lượng carotenoid trong TB thấp. II. Giai đoạn tạo bào nang: Các tế bào sinh dưỡng chuyển sang dạng màu nâu, hình khối cầu, mất roi. Mức độ sinh tổng hợp carotenoid và protein tăng lên. III. Giai đoạn TB nang hoàn chỉnh: Lúc này tế bào bất động, tích lũy hàm lượng carotenoid cao nhất. IV. Giai đoạn nảy mầm: Xảy ra sự tổng hợp chlorophyll và protein, xuất hiện sự phân giải carotenoid. TỔNG QUAN VỀ ASTAXANTHIN Astaxanthin là một oxycarotenoid, có công thức phân tử C40H52O4, khối lượng phân tử M = 595, điểm nóng chảy xấp xỉ 224˚C, một chất thuộc nhóm carotenoid. TỔNG QUAN VỀ ASTAXANTHIN - Astaxanthin được tìm thấy trong nhiều loại hải sản như cá hồi, cá vền, tôm, cua, trứng cá, đôi khi nó cũng được phát hiện ở một số loài chim. - Ngoài tự nhiên, astaxanthin tồn tại ở dạng liên kết với protein tạo phức chất màu xanh đen. Khi gia nhiệt hay bị oxy hoá, liên kết bị cắt đứt, giải phóng astaxanthin tự do có màu đỏ cam. - Ở H. pluvialis, astaxanthin được tổng hợp ở giai đoạn tạo bào nang và là loại sắc tố rất đặc trưng, có giá trị kinh tế cao. TỔNG QUAN VỀ ASTAXANTHIN - Astaxanthin có vai trò là một chất chống oxi hóa với hoạt tính cao hơn các carotenoid khác nhiều lần nên được gọi là một “siêu Vitamin E”. - Astaxanthin là một chất chống oxy hóa hòa tan trong chất béo nên nó có khả năng đi qua màng để đến mắt, não và hệ thần kinh trung ương. - Nó còn có vai trò thúc đẩy sự thành thục, tăng tỷ lệ thụ tinh, tỷ lệ sống sót của trứng và cải thiện sự phát triển của phôi. - Nguồn astaxanthin tổng hợp hóa học: Đây là nguồn cung cấp chủ yếu cho nuôi trồng thủy hải sản, tuy nhiên nguồn astaxanthin này có giá thành rất cao, không tinh khiết và tiềm ẩn nhiều sản phẩm phụ có nguy cơ gây hại. - Các nguồn astaxanthin trong tự nhiên: Được tìm thấy trong nhiều đối tượng như giáp xác thủy sản, một số chủng nấm mem; vi khuẩn và nấm mốc. Tuy nhiên hàm lượng astaxanthin tích lũy được lại quá ít, quá trình sinh trưởng và phát triển diễn ra chậm không phù hợp để sản xuất trên qui mô công nghiệp. Hiện nay nguồn cung cấp astaxanthin có triển vọng nhất là từ tảo lục Haematococcus pluvialis, chúng có khả năng tích lũy một lượng lớn astaxanthin (7.000 – 55.000 µg/g tế bào, tương ứng 0,7 – 5,5 % TLK). NGUỒN CUNG CẤP ASTAXANTHIN Trong nuôi trồng thủy sản Haematococcus pluvialis được đánh giá là nguồn cung cấp astaxanthin phù hợp, có giá thành thấp mà lại tích lũy được một lượng lớn astaxanthin nên được dùng làm nguồn thức ăn bổ sung rất tốt. - Để sinh khối tảo nuôi trồng có hàm lượng astaxanthin cao, Haematococcus pluvialis cần phải được nuôi cấy theo 2 pha liên tục: + Giai đoạn tăng sinh khối: Bắt đầu từ khi nuôi tảo trong nhà từ khuẩn lạc rồi tiếp tục nuôi ngoài trời trong các photobioreactor sử dụng năng lượng ánh sang mặt trời. Đây là giai đoạn để tảo sinh trưởng và phát triển nhằm tang sinh khối tối đa. NGUỒN CUNG CẤP ASTAXANTHIN + Giai đoạn kích thích sinh tổng hợp astaxanthin: Thay đổi môi trường theo hướng bất lợi, chủ yếu là chiếu sáng với cường độ cao và thay đổi môi trường sinh trưởng. Lúc này Haematococcus pluvialis bắt đầu hình thành nang bào, tổng hợp và tích lũy dần astaxanthin dưới dạng ester hóa. Sau giai đoạn này hàm lượng astaxanthin trong tế bào tảo có thể đạt 4-6 % TLK. NGUỒN CUNG CẤP ASTAXANTHIN - Thí nghiệm được tiến hành ở 2 môi trường C và RM cấp độ bình tam giác 250 ml - Chủng tảo Haematococcus pluvialis được nuôi trong môi trường khoảng 2-3 ngày. Thu dịch rồi ly tâm ở 6000 vòng/5 phút. Loại bỏ dịch trên, thu cặn TB rồi bổ sung môi trường mới. Lắc đều rồi chia dịch tảo vào 2 bình tam giác 250 ml chứa 150 ml dịch tảo/ bình. - Mật độ ban đầu trong các công thức thí nghiệm là 6x104 TB/ml - Các bình tam giác được nuôi đến khi màu sắc dịch tảo chuyển từ màu xanh sang màu đỏ đậm. Khi đó lượng dịch này được ly tâm ở 6000 vòng/5 phút và chuyển sang môi trường mới để nảy mầm trở lại. - Các bình tam giác được nuôi quang tự dưỡng dưới điều kiện nhiệt độ 25˚C và chiếu sáng bằng đèn huỳnh quang với cường độ 2-3 klux với chu kì sang tối 12:12 MÔ TẢ THÍ NGHIỆM VÕNG ĐỜI H.pluvialis MÔ TẢ THÍ NGHIỆM VÕNG ĐỜI H.pluvialis Vòng đời tự nhiên của tảo H.pluvialis trong 2 môi trường C và RM được xác định thông qua sự thay đổi hình thái tế bào, mật độ tế bào, hàm lượng sắc tố (chlorophyll a, astaxanthin) và hàm lượng protein qua các giai đoạn sinh trưởng khác nhau: – Xác định hình thái tế bào: quan sát TB dưới kính hiển vi quang học ở độ phóng đại 400 và chụp lại hình thái – Mật độ tế bào: Mật độ TB tảo được đếm bằng buồng đếm hồng cầu – Xác định sinh trưởng bằng phương pháp đo mật độ quang học (OD) tại bước sóng 680 nm. Phân tích hàm lượng sắc tố chlorophyll a và astaxanthin theo Strickland và Person – Phân tích hàm lượng protein định lượng theo phương pháp Lowry MÔ TẢ THÍ NGHIỆM VÕNG ĐỜI H.pluvialis Giai đoạn 1 : TB sinh dưỡng Giai đoạn 2: TB nang (encyst) Giai đoạn 3: TB chín (cyst) Giai đoạn 4: TB nảy mầm - Từ 0-10 ngày: TB ở dạng sinh dưỡng có 2 roi chuyển động. - Kích thước TB 13x16 ÷ 19x25 ± 0,5 µm - Từ 20-30 ngày: TB chuyển sang dạng cyst. Kích thước TB: 18÷35± 0,5 µm - Sau 50 ngày TB chuyển dạng đỏ hoàn toàn. Kích thước: 40 ± 1µm - Sau 48 giờ cho nảy mầm lại, TB chuyển về trạng thái có 2 roi, chuyển động - Sau 15 ngày TB trở lại trạng thái sinh dưỡng bình thường KẾT QUẢ KẾT QUẢ + Trong suốt quá trình nuôi, hàm lượng protein nội bào có xu hướng giảm dần. Khi TB tảo hoàn toàn chuyển sang giai đoạn bào nang hoàn chỉnh thì hàm lượng protein nội bào của TB H. pluvialis có giá trị nhỏ hơn 100 pg/TB + Hàm lượng chlorophyll a trong TB tăng dần theo thời gian nuôi tảo và đạt giá trị cực đại là 816,79 µg/lit ở thời điểm 40 ngày. KẾT QUẢ + Ở 40 ngày đầu nuôi cấy, hàm lượng astaxanthin bắt đầu được tích luỹ và tăng chậm khi TB tảo chuyển từ dạng sinh dưỡng sang dạng tạo bào nang. Hàm lượng sắc tố này tăng đột ngột khi thời gian nuôi khoảng từ 40 đến 50 ngày. Đây là lúc môi trường trở nên thiếu dinh dưỡng. Hàm lượng astaxanthin tích lũy cao nhất là 942,23 µg/l ở 46 ngày nuôi. Ngoài ra, kích thước tế bào ở giai đoạn này tăng mạnh và đạt cực đại vào khoảng 40 µm. KẾT QUẢ + Vòng đời của TB tảo H. pluvialis trong môi trường C cũng xảy ra tương tự như trong môi trường RM. + TB tảo trong môi trường C có hàm lượng protein nội bào, hàm lượng sắc tố đều chỉ đạt giá trị thấp hơn so với khi nuôi trong môi trường RM. Hàm lượng astaxanthin đạt giá trị cao nhất là 912,56 µg/l. Hàm lượng chlorophyll a cao nhất đạt 811,45 µg/l ở 40 ngày nuôi. KẾT QUẢ CÔNG DỤNG CỦA ASTAXANTHIN + Một số nghiên cứu của Nhật đã chứng minh rằng astaxanthin có tác dụng tích cực đối với da như: giảm nếp nhăn, tăng độ ẩm, độ đàn hồi + Astaxanthin có thể bảo vệ da khỏi tác hại của tia cực tím bằng cách vô hiệu hóa hoặc phá hủy các gốc tự do do tia cực tím sản sinh ra và ngăn chặn những tác hại như cháy nắng hoặc viêm da. Tuy nhiên điểm khác biệt quan trọng so với các chất chống tia cực tím khác là Astaxanthin không khóa tia cực tím, vì vậy nó không ngăn cản tia cực tím chuyển hóa thành vitamin D trong da. + Astaxanthin giúp cải thiện độ đàn hồi, độ ẩm và làm giảm các nếp nhăn. Astaxanthin sẽ giúp bảo vệ tiến trình tái tạo collagen và hỗ trợ đến mức tối ưu quá trình tái tạo da, giúp tăng cường độ ẩm cho làn da khô, tăng độ đàn hồi, cung cấp tinh dầu tự nhiên và trả lại sự cân bằng vốn có cho da. + Astaxanthin có thể tích tụ trong võng mạc và bảo vệ võng mạc, chống lại sự thoái hóa điểm vàng do tuổi tác – nguyên nhân gây mù loà (nghiên cứu của Tiến sĩ Tso tại trường Đại học Illinois – Mỹ). CÔNG DỤNG CỦA ASTAXANTHIN CÔNG DỤNG CỦA ASTAXANTHIN + Astaxanthin bảo vệ nơ ron thần kinh, và có thể làm chậm lại tác động của tuổi tác (giảm các triệu chứng như giảm trí nhớ, suy giảm chức năng thần kinh). Người sử dụng astaxanthin thường xuyên sẽ giảm đáng kể sự tích tụ hydroperoxide phospholipid, một hợp chất được chứng minh là được tích tụ ở những người bị bệnh mất trí nhớ, hay quên ở người lớn tuổi. Do đó nó có thể chống lại bệnh Alzheimer. + Astaxanthin giúp cải thiện tuần hoàn máu và giảm huyết áp. Nó rất có lợi cho màng tim, có tác động tốt lên máu, tăng lượng HDL (cholesterol có lợi), và giảm triglycerides. Viên phức hợp làm đẹp ASTAXANTHIN – Thụy Điển SẮC NGỌC KHANG ++ - Chiết xuất từ vi tảo lục Nhật Bản CÁC SẢN PHẨM THƢƠNG MẠI HÓA CỦA ASTAXANTHIN CÁC SẢN PHẨM THƢƠNG MẠI HÓA CỦA ASTAXANTHIN Forever Vision - Hỗ trợ thị lực BioAstin Chống oxy hóa, chống gốc tự do CÁC SẢN PHẨM THƢƠNG MẠI HÓA CỦA ASTAXANTHIN Bộ sản phẩm dưỡng trắng da ASTALIFTWHITE – Nhật Bản