Nghien cứu sản xuất thực phầm chức năng từ tảo suối Cao Bằng dựa vào tri thức bản địa
(VACNE) - Báo cáo tại Hội thảo Bảo tồn ĐDSH dãy Trường Sơn lần thứ 6 sẽ diễn ra tại Đà Nẵng ngày 26/7/2014
NGHIÊN CỨU SẢN XUẤT THỰC PHẨM CHỨC NĂNG TỪ TẢO SUỐI CAO BẰNG DỰA VÀO TRI THỨC BẢN ĐỊA
TS. Lại Minh Hiền - TT Bảo tồn đa dạng sinh học
Th.S. Vũ Văn Hãn, Th.S Nguyễn Duy Chí
TT. Kiểm nghiệm nghiên cứu Dược quân đội
I. MỞ ĐẦU
1. Vài nét về tảo
- Là sinh vật có cấu đa dạng (đơn bào, đa bào hay tập đoàn) có khả năng quang hợp.
- Đã xác định được 25.000 – 30.000 loài, với sự đa dạng về hình dạng và kích cỡ, từ các sinh vật đơn bào (vi tảo) đến những cơ thể đa bào kích thước lớn (macroalgae).
- Nuôi cấy dễ dàng, sinh trưởng nhanh (đối với đa số các loài)
- Tảo được xem như là một nguồn hợp chất tự nhiên tuyệt vời và mới lạ với các chất có hoạt tính sinh học có thể được sử dụng làm thành phần trong Thực phẩm chức năng (TPCN)
- Có thể kiểm soát việc sản xuất một số chất có hoạt tính sinh học bằng cách điều khiển các điều kiện nuôi cấy.
- Tảo thủy sinh sống hẳn bên trên, ở giữa hay sát mặt nước,
- Tảo sống trong nước có độ muối dưới 0,05% gọi là tảo nước ngọt. Tảo sống trong nước có độ muối từ 0,05 - 32% là tảo nước lợ, còn trong nước có độ muối trên 32% là tảo nước mặn. Ngoài độ muối, phân bố của tảo còn phụ thuộc vào độ dinh dưỡng.
- Hình thái tảo rất đa dạng, từ dạng rất đơn giản như đơn bào tới các dạng rất lớn và phức tạp như tảo bẹ khổng lồ và tảo vòng. Các tảo nhỏ (1 x 1,5 μm) như micromonas và các loài chlorella (5 - 8 μm) tương đương kích thước vi khuẩn nhưng chúng có nhân.
2. Thực phẩm chức năng từ tảo
2. 1. Tảo Spirulina
Tảo Spirulina (Spirulina platensis G.): vi tảo có dạng xoắn hình lò so, mầu xanh lam với kích thước khoảng 0,25mm; sống trong môi trường nước giàu bicarbonat (HCO3) và độ kiềm cao(pH từ 8,5 - 11).
Có hai loài Spirulina chính:
- Spirulina platensis (Spirulina jenneri hoặc Arthosphira platensis)
- Spirulina maxima (Spirulina geitleri hoặc Oscillatoria platensis)
Ưu điểm nổi bật:
- Rất giàu protein (60-70% TLK), thịt bò loại 21%, thịt gà ta 20,3%,…
- Chỉ số hóa học (chemical score - C.S) của protein cũng rất cao (các loại axit amin chủ yếu như leucin, isoleucin, valin, lysin, methionin và tryptophan đều có tỷ lệ vượt trội so với chuẩn quy định của tổ chức lương nông quốc tế (F.A.O).
- Hệ số tiêu hóa và hệ số sử dụng protein (net protein utilization - N.P.U) rất cao (80- 85% protein của tảo được hấp thu sau 18 giờ).
Tác dụng chính:
- Beta caroten chống oxy hóa, chữa các bệnh về mắt do thiếu hụt vitamin A gây ra.
- Chất đạm dễ tiêu hóa và B-complex (khắc phục chứng suy dinh dưỡng). Lượng sắt cao loại bỏ được chứng bệnh thiếu máu (do thiếu hụt khoáng chất).
- Hai axít béo (GLA) quan trọng: axit -linoleic (C18:2n-6), và axit γ-linoleic (GLA, C18:3n-6) giúp điều hòa các hormone.
2. 2. Tảo Chlorella
- Chlorella là tảo lục, đơn bào, sống trong nước ngọt, thuộc ngành Chlorophyta, dạnghình cầu, đường kính 2-10 μm
- Sinh trưởng nhanh chóng chỉ cần lượng CO2,nước, ánh sáng mặt trời, và mộtlượngnhỏ cáckhoáng chất để tái sảnxuất.
- Có hàm lượng Chlorophyll cao nhất trong số các loài thực vật quang hợp (đạt
28,9g/kg), rất giàu protein, vitamin và khoáng chất.
- Đặc biệt là hợp chất hòa tan trong nước gọi là yếu tố sinh trưởng C.G.F (Chlorella Growth Factor)
- Tảo lục (Chlorella) có chứa: 65- 68% protein; 17% đường (glucan); 6% chấtBéo(Axit béo); Vitamin A gấp 5,8lần cà rốt; B1 gấp1,3 lần men vô cơ; B2gấp 35 lầnsữa; Sắt gấp13 lần gan lợn,45lần nho; Chất xơ gấp 1,5 lầnKhoai lang; Canxi gấp1,6 lần sữa.
Ưu điểm nổi bật:
- Có chứa Chlorophyll giúp: Tăng cường interferon, làm sạch máu, gan thận và ruột, kích thích sinh sản tế bàò hồng cầu, tăng oxy cho tế bào não, trợ giúp tiêu hóa, kích
thích quá trình sửa chữa ở các mô; giúp tăng pH máu để đạt trạng thái kiềm hơn;giúp giữ cho trái tim hoạt động bình thường; giúp tăng cường sản phẩm của các khu hệ sinh vật trong đường tiêu hóa.
- Có chứa các axit amin cần thiết như Lysine, Threonine … Rất quan trọngCho trẻ nhất là trẻ thiếu sữa mẹ.
- Có chứa chất chống lão hóa như βcarotene, vitamin E, γlinoleic axit. C.G.F có tác dụng hoạt hóa các đại thực bào, giúp tăng cường hệ miễn dịch.
- Dễ hấp thụ vừa có tác dụng phòng và hỗ trợ điều trị các bệnh thường gặp ở người già như thiếu máu, xốp xương.
2. 3. Các loại tảo khác
- Tảo Haematococcus, Tảo Dunaliella thuộc Ngành Chlorophyta, vi Tảo biển
(Nannochloropsis oculata) và Rong biển
-Trong số hơn 150.000 loài tảo biển phân bố ở khắp Đại dương trên trái đất mới chỉ có một sô ít loài được nghiên cứu để sàng lọc và xác định có hoạt tính sinh học.
Một số loại tảo được sử dụng làm nguồn dinh dưỡng cho người
|
Microalga
|
Các hãng sản xuất lớn
|
Sản phẩm
|
Sản lượng toàn cầu (tấn/năm)
|
|
Spirulina (Arthrospira)
|
Hainan Simai Pharmacy Co. (China)
|
Dạng bột, viên nén
|
3000
|
|
Earthrise Nutritionals (California, USA)
|
Viên nén, dạng bột, đồ uống
|
|
Cyanotech Corp. (Hawaii, USA)
|
Viên nén
|
|
Myanmar Spirulina factory (Myanmar)
|
pasta and liquid extract
|
|
Chlorella
|
Taiwan Chlorella
|
Viên nén, dạng bột, rượu,
|
2000
|
|
Manufacturing Co. (Taiwan)
|
mì
|
|
Klötze (Germany)
|
Dạng bột
|
|
Dunaliella salina
|
Cognis Nutrition and Health (Australia)
|
b-carotene dạng ôột
|
1200
|
|
Aphanizomenon flos-aquae
|
Blue Green Foods (USA)
|
Viên con nhộng, tinh thể
|
500
|
|
Vision (USA)
|
Dạng bột, viên con nhộng, tinh thể
|
3. Tri thức bản địa
- Kiến thức bản địa được xem là hệ thống kiến thức của dân tộc bản địa, hoặc một cộng đồng dân tộc, tồn tại và phát triển trong từng hoàn cảnh cụ thể với sự đóng góp của mọi thành viên trong cộng đồng ở một vùng địa lý
- Kiến thức bản địa mang tính đặc thù chomỗikhu vực, mỗicộng đồng nhất định. Nó dựatrênnhững kinh nghiệm đượctích lũy, thừa kếtừ ngườinày qua người khác, đời này quađời khác
- Tri thức bản địa tuy là kinh nghiệm sống, nhưnglại động vàthay đổi phù hợp với nhữngđiều kiệnmới, cơ cấu xã hộimới…
- Một trong những kiến thức bản địa của cộng đồng người dân trên thế giới cũng như ở ViệtNamlà dùng một số loại tảosống ở nướcngọt, hoặcsống ở biển làm thực phẩm.
- Tảo lục (chlorella) được một nhà sinh vật học người HàLan phát hiện ra vào năm 1890.
- Ngay từ những năm đầu sau chiến tranh,NgườiNhật đãdùng tảo lục vào rất nhiều loạithức ănkhác nhau: trong cácloại bánh, sữabộtvà đồ uốngcung cấp cho các trường họcvàcácđơn vị phòngvệ
- Ở Việt Nam đồng bào các dân tộc, đặc biệtlàởvùng núiphía Bắc nước ta là việc dùngcác loại rong, rêu ở sông suốilàm thực phẩm
Dân tộc Thái
- Đối với người Thái gọi Rêu đá, là “Cay”. Rêu được chia thành 3 nhóm: “Cui” là loạiRêu mọc trên đá thành sợi như sợi tóc, màuhơi sẫm,rêu non làm món nộm; “cay”, sợi rêumọc rời rạccómàu xanh; “tau”, loại rêu nàythường thành từngmảng ở sông Đà, ao hoặccác khe suối, khôngbám chặt vào đá như cácloại rêu kia
Dân tộc Mường
- Người Mường gọi rêu đá là “quẹ”.
- Loài rêu đá ăn được này chỉ mọc ở những con suối nước trong leo lẻo và nó chỉ ngon khidòng suối đó chảy ra từ lòng núi, mang theo nhiều chất khoáng.
- Có hai loại: Một loại sợi to, thô gọi là “quẹnháo”, loại này không nên ăn. Nếu lấy về thìlúc còn sống nó to bằng con trâu, khi chín chỉbằng con gà, ăn nhớt lắm mà không có vị gìcả.Một loại sợi nhỏ, mịn, xanh mát gọi là “quẹhúc”. Loại này mới chính là quẹ ngon.
Dân tộc Tày
- Rêu đá chỉ được coi là một loại thủy sinh không nhiều tác dụng. Nhưng đối với ngườidân tộc Tày ởxã Xuân Giang tỉnh Hà Giang, thì rêu đá được coi là đặc sản trong ẩm thực của họ.
Tảo suối vùng Tây Bắc
- Tại Cao Bằng, đồng bào Tày, Nùng vẫn thường ăn một loại rêu đá màu xanh,sợi dài như tóc phụ nữ có thể trên 2 m,mọc ở cácsuối, sôngnhỏ với tên gọi địaphương là “Tò cày” và gắn với Tryền thuyết “ruộng đất mềm” (Tom nà ón) của người Tày. Loại rêu màu xanhnày có mùivị giốngvới mùi vị thịt gà. Chính vì lẽ đó trong dân gian lưu truyền câu ca: “Ship ám nựa cáy cây bấu bằng ám Tò cày pò shốc”, nghĩa là “mười miếng thịt gà rừng (chim trĩ) không bằng một miếng tảo lục”.
- Ở Cao Bằng “Tò cày”là một loài tảomọc tựnhiên ở sông, suối, trong một môitrườngsốngđơn giản không phức tạpnhư môi trường nuôi cấytảo Spirulina.Việc thu hoạch tảo dễ dàng vìkíchthướclớn. Tảo có thành phần dinhdưỡng cầnthiết cho con người. Theo ngườidân chưathấy cóhiện tượng ngộ độc khi ănloại Tảolục thu hái ở trong vùng.Tảo lục nàybám vào đá ởdưới suối,cónước chảy nhẹđến chảy vừa. nướcsuối trong, chưa bị ônhiễm, có độ pH trungtính.
- Người dân đi lấy tảo thường vào những tháng sau tết cho đến trước mùa mưa lũ trongnăm.
- Tảo phân bố hầu hết ở các suối của Cao Bằng. Chủ yếu năm ở phía đông, đông – nam của tỉnh, nơi đa số có địa hình núi đá vôi
- Sinh khối tảo nhiều lên đến hàng chục đến trăm tấn tươi trong một năm, đây là nguồn nguyên liệu quý giá để sản xuất thực phẩm chức năng.
Ảnh: Tảo suối Cao Bằng
(nguồn : Trung tâm Bảo tồn đa dạng sinh học)
II. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
1. Phương pháp định loại tảo
Theo khóa phân loại tảo của . C. Van Den Hoek, (1963)
2. Phương pháp xác định thành phần hóa học của tảo
- Xác định hàm lượng Nitơ toàn phần , các axit amin, gluxit, lipit, nguyên tố vi lượng, định tính các loại Vitamin, chlorophyl theo Dược điển VN IV.
- Các phương pháp xác định thành phần hóa học được sử dụng trên thiết bị hiện đại như Phương pháp Sắc ký lỏng hiệu năng cao (High Performance Liquid Chromatography - HPLC); Quang phổ khối plasma cảm ứng (ICP/MS) tại Phòng thí nghiệm đạt chuẩn GLP (Good Laboratory Practic) quốc gia.
III. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
1. Định loại tảo lục Cao bằng
- Kết quả định loại của trường Đại họcKhoahọc tự nhiên – ĐH Quốc gia Hà Nội, chothấyMẫutảo thu được tại Cao Bằng gồm 3loài,trong đó:
+2 loài: Cladophora fracta Kütz. VàCladophora glomerata (L.) Kütz. thuộc chi
Cladophora Kützing
+ 1 loài Chaetomorpha sinensis Gardner.thuộc chi Chaetomorpha Kützing.
- Cả 3 loài này này đều thuộc họCladophoraceae, bộ Cladophorales, lớp
Cladophorophyceae, ngành Tảo lụcChlorophyta.
Hình ảnh Hình ảnh
loài Cladophora fracta Kütz. loài Cladophora glomerata (L.) Kütz.
Hình ảnh loài Tảo lục Cao bằng
Chaetomorpha sinensis Gardner.
2. Kết quả phân tích thành phần hóa học của tảo lục Cao Bằng
2.1. Hàm lượng Nitơ toàn phần của mẫu tảo
Kết quả xác định hàm lượng Nitơ toàn phần của mẫu tảo
|
STT
|
KL tảo (g)
|
VNaOH cho mẫu trắng (ml)
|
VNaOH cho mẫu thử (ml)
|
% Nitơ toàn phần
|
|
1
|
0,1060
|
30,0
|
9,95
|
6,11
|
|
2
|
0,1030
|
30,0
|
11,60
|
5,78
|
|
3
|
0,1089
|
30,0
|
11,00
|
5,64
|
|
4
|
0,1067
|
30,0
|
11,70
|
5,55
|
|
5
|
0,1085
|
30,0
|
10,60
|
5,78
|
|
6
|
0,1005
|
30,0
|
10,70
|
6,21
|
|
|
HL trung bình (%)
|
|
5,85
|
|
|
RSD%
|
|
4,47
|
Kết quả cho thấy hàm lượng nitơ toàn phần trong mẫu tảo khoảng 5,84% , tương tương ứng với 36,6% đạm (hệ số 6,2)
2.2. Các acid amin có trong mẫu tảo lục Cao Bằng
Các acid amin có trong tảo
|
STT
|
Tên acid amin
|
Thời gian lưu (phút)
|
STT
|
Tên acid amin
|
Thời gian lưu (phút)
|
|
1
|
Acid Glutamic
|
1,52
|
8
|
Valin
|
12,24
|
|
2
|
Serin
|
3,54
|
9
|
Lysin
|
12,89
|
|
3
|
Threonin
|
5,04
|
10
|
Methionin
|
13,15
|
|
4
|
Histidin
|
6,14
|
11
|
Isoleucin
|
14,68
|
|
5
|
Alanin
|
7,16
|
12
|
Phenylalanin
|
15,27
|
|
6
|
Arginin
|
7,99
|
13
|
Leucin
|
15,58
|
|
7
|
Tyrosin
|
11,15
|
14
|
Prolin
|
19,22
|
Định lượng các acid amin thiết yếu trong mẫu tảo
|
TT
|
Acid amin
|
Hàm lượng trong tảo (%)
|
|
Lần 1
|
Lần 2
|
Lần 3
|
Lần 4
|
Lần 5
|
Lần 6
|
TB
|
RSD
|
|
1
|
Threonin
|
2,16
|
2,04
|
2,08
|
2,06
|
2,12
|
2,07
|
2,09
|
2,17
|
|
2
|
Histidin
|
6,01
|
5,87
|
5,57
|
5,94
|
5,46
|
5,49
|
5,72
|
4,28
|
|
3
|
Valin
|
1,85
|
1,94
|
1,85
|
2,01
|
2,03
|
1,91
|
1,93
|
4,12
|
|
4
|
Lysin
|
2,46
|
2,53
|
2,46
|
2,56
|
2,38
|
2,37
|
2,46
|
3,08
|
|
5
|
Methionin
|
0,29
|
0,25
|
0,23
|
0,24
|
0,26
|
0,26
|
0,26
|
7,97
|
|
6
|
Isoleucin
|
1,58
|
1,59
|
1,59
|
1,67
|
1,71
|
1,67
|
1,64
|
3,37
|
|
7
|
Phenylalanin
|
1,55
|
1,69
|
1,63
|
1,75
|
1,67
|
1,70
|
1,67
|
4,28
|
|
8
|
Leucin
|
2,62
|
2,83
|
2,75
|
2,94
|
2,76
|
2,79
|
2,78
|
3,77
|
|
|
Tổng
|
|
18,54
|
|
HLaa thiết yếu = 18,54 / (1- 0,1347) = 21,43 %
2.3. Xác định hàm lượng các nguyên tố vi lượng
Các nguyên tố vi lượng có trong tảo
|
STT
|
Tên nguyên tố
|
Đơn vị tính
|
Hàm lượng
|
|
1
|
Cr
|
mg/kg
|
16,28
|
|
2
|
Mn
|
mg/kg
|
1156,89
|
|
3
|
Fe
|
mg/kg
|
1616,03
|
|
4
|
Co
|
mg/kg
|
0,96
|
|
5
|
Ni
|
mg/kg
|
5,14
|
|
6
|
Cu
|
mg/kg
|
4.82
|
|
7
|
Zn
|
mg/kg
|
36,20
|
|
8
|
As
|
mg/kg
|
6,81
|
|
9
|
Se
|
mg/kg
|
3,22
|
|
10
|
Cd
|
mg/kg
|
0,58
|
|
11
|
Pb
|
mg/kg
|
2,44
|
|
12
|
Hg
|
mg/kg
|
-
|
Ghi chú: (-) – Không phát hiện thấy.
Kết quả phân tích đã chỉ ra trong mẫu tảo lục Cao Bằng có 11 nguyên tố vi lượng trong 12 nguyên tố được phân tích, trong đó có 8 nguyên tố vi lượng thiết yếu: Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Zn, Se, Cu, đặc biệt Mn và Fe có hàm lượng rất cao (1156,89 mg/kg, 1616,03mg/kg tương ứng).
2.4. Hàm lượng glucid: Trong mẫu tảo khô chứa 13,74% glucid tính theo glucose
2.5. Hàm lượng lipid: Trong mẫu tảo khô chứa 5,68% lipid
2.6. Định tính các vitamin và Chlorophyll
Qua khảo sát định tính các vitamin có trong tảo bằng phương pháp sắc ký lỏng hiệu năng cao,đã xác định được sự có mặt của các loại Vitamin A, D, C, E, vitamin nhóm B và PP và Chlorophyll.
Như vậy thành phần hóa học của tảo lục Cao Bằng gồm:
- Ni tơ toàn phần chiếm 36,6% trọng lượng khô
- Có 14 acid amin, trong đó có 8 acid amin thiết yếu.
- Định lượng được 11 nguyên tố vi lượng
- Hàm lượng % glucid trong mẫu tảo khô chứa 13,74%
- Hàm lượng % lipid trong mẫu tảo khô chứa 5,68%
- Trong tảo có mặt các chất Chlorophyll (chất diệp lục) và các vi tamin nhóm B, vitamin C, vitamin tan trong dầu A,D,E.
Kết quả đạt được đã cho thấy giá trị dinh dưỡng cao của loài Tảo lục Cao Bằng, không thua kém thành phần dinh dưỡng của các loại tảo Spirulina và Chlorella được sản xuất thực phẩm chức năng có mặt trên thị trường.
3. Bào ché thực phẩm chức năng từ tảo lục Cao Bằng dạng viên nén
- Đã đưa ra được quy trình sản xuất thực phẩm chức năng từ tảo lục Cao Bằng từ việc xử lý nguyên liệu ban đầu, chiết xuất Chlorophyll và các chất tan trong cồn
- Bào chế 5000 viên nén với hàm lượng 250 mg/viên với thành phần chứa các acid amin gồm: 14 acid amin có mặt trong dịch thủy phân mẫu tảo: Các acid amin Histidin, Methionin,Threonin, Valin, Lysin, Leucin, Isoleucin, Phenylalanin, Acid Glutamic, Alanin, Tyrosin, Arginin, Serin, và Prolin. Trong đó có 8 acid amin thiết yếu. Các viatmin tan trong dầu (vitamin A, vitamin D Và E) và vitamin tan trong nước (Vitamin B1, vitamin C và vitamin B6). Có 11 nguyên tố vi lượng nguồn gốc thực vật, trong đó có 8 nguyên tố vi lượng thiết yếu : Cr (16,28 mg/kg); Mn (1156,89 mg/kg); Fe (1616,02 mg/kg); Co (0,96 mg/kg); Ni (5,14 mg/kg); Cu (4,82 mg/kg); Zn (36,20 mg/kg); Se (3,22 mg/kg); và lượng lớn chlorophyll. Phụ gia: Talc, magnesi carbonat, aerosil vừa đủ 1 viên.
- Đã xác định được độ an toàn của chế phẩm, xây dựng được tiêu chuẩn cơ sở Thực phẩm chức năng và được cơ quan có thẩm quyền xác nhận đạt tiêu chuẩn.
III. KẾT LUẬN
1. Lần đầu tiên nghiên cứu sản xuất thực phẩm chức năng từ loài tảo lục sống ở nước ngọt có mặt tại các sông suối của Việt Nam.
2. Gia trị dinh dưỡng của loài tảo lục ở Cao Bằng tương đương với các loại tảo khác được sản xuất thực phẩm chức năng có mặt trên thị trường Việt Nam
3. Có thể áp dụng kết quả nghiên cứu vào sản xuất thực phẩm chức năng đại trà với nguồn nguyên liệu sẵn có của Cao Bằng và các tỉnh miền núi phía Bắc, làm giàu tri thức bản địa và góp phần bảo tồn nguồn gen có giá trị kinh tế cao.