Astaxanthin (3,3’ – dihydroxy – β,β’ – carotene – 4,4’ – dione) là một loại ketocarotenoid, được sử dụng rộng rãi như một chất kháng oxy hóa và có giá trị kinh tế cao trong dược phẩm, chất tạo màu tự nhiên trong nuôi trồng thủy sản, thực phẩm, mỹ phẩm....

Hoạt tính chống oxy hóa của astaxanthin cao gấp 100-500 lần so với vitamin E, vitamin C và 40-600 lần so với α-tocopherol. Do đó, astaxanthin được đánh giá là có khả năng ngăn chặn một số tế bào ung thư, kích thích hệ thống miễn dịch.

Astaxanthin có thể được tổng hợp từ các hợp chất hóa học, nhưng tốt nhất là nguồn astaxathin tự nhiên thông qua nguồn thực phẩm như vi tảo tôm, cá hồi, nấm. Với xu thế sử dụng các hợp chất tự nhiên trong các nghành công nghiệp nên vi tảo là một trong hướng ứng dụng khả thi nhất, trong đó vi tảo Haematococcus pluvialis là một trong những ứng viên tiềm năng nhất.

Hình 1: Hình thái vi tảo Haematococcus pluvialis ở giai đoạn sinh dưỡng (bên trái), giai đoạn bắt đầu hoá bào nang (giữa) và giai đoạn bào nang trưởng thành (bên phải)  (Kristoffersen và cộng sự,2012)

Vi tảo đơn bào Haematococcus pluvialis là một trong những vi tảo có tiềm năng trong sản xuất astaxanthin, với hàm lượng chiếm từ 0,5 - 4% trọng lượng khô, gấp 5000 lần so với trong cá hồi, gấp 20-50 lần trong nấm men đỏ và chủ yếu tồn tại ở dạng 3S-3’S có hoạt tính sinh học cao, được sử dụng rộng rãi như một chất kháng oxy hoá trong thực phẩm, dược phẩm, và chất tạo màu tự nhiên trong nuôi trồng thủy sản.

 Hiện nay, phương thức nuôi vi tảo H. pluvialis cố định trên màng sinh học cho năng suất cao đang được phát triển tại Khoa Công nghệ Sinh học, trường Đại học Nguyễn Tất Thành. Sản lượng nuôi theo công suất thiết kế có thể đạt 100 kg sinh khối khô, tỉ lệ astaxanthin chiếm tỉ lệ tối ưu. Sinh khối tảo sẽ được li trích để thu astaxanthin có giá trị kinh tế cao. Tuy nhiên, do thành tế bào vi tảo ở nang bào tử khá dày nên khiến việc chiết xuất astaxanthin gặp nhiều khó khăn, hiệu suất tách chiết không cao nếu không được tối ưu hóa.

Để khắc phục những khó khăn trên, Nhóm Nghiên cứu ứng dụng vi tảo trong sản xuất thực phẩm và thức ăn chăn nuôi thuộc Khoa Công nghệ Sinh học – Trường Đại học Nguyễn Tất Thành đã tiến hành nghiên cứu đã xây dựng quy trình tách chiết astaxanthin từ vi tảo bằng dung môi hữu cơ như dầu thực vật (dầu cải, dầu đậu nành, dầu olive), enzyme, DMSO, acetone, ethanol. Kết quả bước đầu đã cho thấy hiệu suất tách chiết astaxanthin tối ưu từ vi tảo Haematococcus pluvialis bằng cách sử dụng enzyme Viscozyme 0,2%, ở điều kiện 40 ^oC, trong 45 phút, lượng astaxanthin đạt được là 28 mg/1g sinh khối khô.

Đối với quy trình tách chiết sử dụng dầu thực vật (dầu cải) làm dung môi hũu cơ cho thấy lượng astaxanthin đạt 29,468 mg/g với tỉ lệ mẫu/ dung môi (1:8), lượng astaxanthin đạt được cao hơn so với việc sử dụng các lại dầu thực vật khác làm dung môi như dầu đậu nành, dầu olive, dầu dừa.

Hình 3: Kết quả tách chiết astaxanthin từ Viscozyme (A), từ dầu cải (B)

Tiến hành phân tích độ tinh sạch của astaxanthin từ các quy trình tách chiết cho thấy astaxanthin đạt độ tinh khiết trên 80% và đảm bảo các chỉ tiêu về vệ sinh an toàn thực phẩm về vi sinh vật, kim loại nặng và độc tố aflatoxin.

Các kết quả thu được từ nghiên cứu cho thấy phương pháp nuôi vi tảo H. pluvialis cố định trên màng sinh học cho năng suất sinh khối và astaxanthin cao, phương pháp tách chiết astaxanthin dùng dung môi dầu cải cho hiệu suất tách chiết và độ tinh khiết cao, đạt các tiêu chuẩn an toàn. Vì vậy các phương pháp trên có tiềm năng ứng dụng vào sản xuất astaxanthin quy mô thương mại phục vụ cho nhu cầu tiêu dùng.

Tài liệu tham khảo

Kristoffersen, A. S., Svensen, Ø., Ssebiyonga, N., Erga, S. R., Stamnes, J. J., & Frette, Ø. (2012). Chlorophyll a and NADPH fluorescence lifetimes in the microalgae Haematococcus pluvialis (chlorophyceae) under normal and astaxanthin-accumulating conditions. Applied spectroscopy, 66(10), 1216-1225.

Zhang, W., Wang, J., Wang, J., & Liu, T., 2014. Attached cultivation of Haematococcus pluvialis for astaxanthin production. Bioresource technology, 158, 329-335.

Tsukii Y. “Haematococcus lacustris, stock Tks-1, cell body 17-26 μm long, 13-20 μm wide, two flagella 27 μm long, x 640”, Japan, Kuroiso city, tháng 5 năm 2001.

Một số nghiên cứu đã được công bố

Huynh Ngoc Oanh, Nguyen Hoang Tu, Nguyen Tran Minh Ly and Tran Hoang Dung. "The application of Viscozyme to extract astaxanthin from Haematococcus pluvialis."Science & Technology Development Journal-Engineering and Technology 2.2 (2019): 79-85.

Nguyen Lam Thu Hien, Nguyen Huu Thuan Anh, Huynh Ngoc Oanh and Tran Hoang Dung. "Extraction of astaxanthin from Haematococcus pluvialis biomass by enzyme and plant oils. "Journal of Chemical, Biological and Physical Sciences. (2020), Vol. 10, No. 1: 101-109.

Tác giả liên hệ

PGS. TS. Trần Hoàng Dũng, ThS. Đỗ Thành Trí, ThS. Ông Bỉnh Nguyên, ThS. Nguyễn Thành Công

Sinh Viên thực hiện đề tài

Nguyễn Lâm Thu Hiền, Nguyễn Hoàng Tú

Nguyễn Thành Công