Nghiên Cứu Nhân Sinh Khối Vi Tảo Haematococcus Pluvialis Và Cảm ...

Tải bản đầy đủ (.pdf) (46 trang)

1. Trang chủ
>>
2. Thạc sĩ - Cao học
>>
3. Sư phạm

Nghiên cứu nhân sinh khối vi tảo Haematococcus pluvialis và cảm ứng tổng hợp astaxanthin

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1.51 MB, 46 trang )

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNGTRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠMKHOA SINH MÔI TRƯỜNGNGUYỄN PHƯỚC KHANGHIÊN CỨU NHÂN SINH KHỐI VI TẢOHAEMATOCOCCUS PLUVIALIS VÀ CẢM ỨNGTỔNG HỢP ASTAXANTHINKHÓA LUẬN TỐT NGHIỆPĐà Nẵng - Năm 2018ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNGTRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠMKHOA SINH MÔI TRƯỜNGNGUYỄN PHƯỚC KHANGHIÊN CỨU NHÂN SINH KHỐI VI TẢOHAEMATOCOCCUS PLUVIALIS VÀ CẢM ỨNGTỔNG HỢP ASTAXANTHINNgành: Quản lý Tài nguyên và Môi trườngCán bộ hướng dẫn: TS. TRỊNH ĐĂNG MẬUĐà Nẵng – Năm 2018LỜI CAM ĐOANTôi cam đoan đề tài “Nghiên cứu nhân sinh khối vi tảo Haematococcuspluvialis và cảm ứng tổng hợp astaxanthin” là kết quả công trình nghiên cứu riêngcủa tôi.Các số liệu, kết quả nêu trong khóa luận là trung thực và chưa từng được công bốtrong bất kỳ công trình nào khác. Các số liệu liên quan được trích dẫn có ghi chúnguồn gốc.Tác giả khóa luậnNguyễn Phước KhaLỜI CẢM ƠNKhóa luận tốt nghiệp này là công trình nghiên cứu khoa học tự lực đầu tiên màtôi đã hoàn thành trong sự nghiệp học và làm khoa học của tôi. Tuy nhiên, sự quan tâm,tin tưởng, giúp đỡ từ gia đình, thầy cô và bạn bè chính là những yếu tố quan trọng tạonên sự hoàn thiện của khóa luận.Để hoàn thành đề tài nghiên cứu này, tôi xin được chân thành cảm ơn đến nhữngngười luôn đồng hành cùng tôi vừa qua:Tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến thầy Trịnh Đăng Mậu – người đã định hướng,động viên, đưa tôi đến gần với nghiên cứu khoa học và đã tận tình chỉ dạy cho tôinhững kiến thức bổ ích trong cả học tập và cuộc sống trong suốt thời gian chuẩn bị vàthực hiện đề tài.Tôi xin gửi lời cảm ơn đến em Nguyễn Thị Trang – đã nhiệt tình giúp đỡ, hỗ trợtôi trong quá trình làm đề tài.Tôi xin gửi lời cảm ơn đến những người bạn trong tập thể lớp 14CTM đã nhiệttình hỗ trợ và giúp đỡ tôi trong quá trình nghiên cứu.Tôi xin gửi lời cảm ơn đến những người bạn trong tập thể nhóm nghiên cứu khoahọc Plankton’s Lab đã hỗ trợ và nhiệt tình giúp đỡ tôi trong quá trình nghiên cứu.Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến các thầy cô Khoa Sinh – Môi trường đãtrang bị cho tôi kiến thức và tạo điều kiện về trang thiết bị, dụng cụ thí nghiệm cho tôithực hiện tốt đề tài nghiên cứu của tôi.Tôi xin chân thành cảm ơn!Đà Nẵng, Ngày 23 tháng 4 năm 2018Sinh viên: Nguyễn Phước KhaMỤC LỤCDANH MỤC BẢNGDANH MỤC HÌNH ẢNHMỞ ĐẦU ...............................................................................................................................................11. Tính cấp thiết của đề tài ...........................................................................................12. Mục tiêu đề tài ..........................................................................................................12.1 Mục tiêu tổng quát .............................................................................................. 22.2 Mục tiêu cụ thể ...................................................................................................23. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài .................................................................23.1. Ý nghĩa khoa học ............................................................................................... 23.2. Ý nghĩa thực tiễn................................................................................................ 2CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU ......................................................................................31.1 Giới thiệu chung về vi tảo Haematococcus pluvialis ............................................31.1.1 Vị trí phân loại và phân bố của Haematococcus pluvialis .............................. 31.1.2 Đặc điểm sinh học và đặc điểm hình thái ........................................................31.1.3 Thành phần sinh hóa học của tảo H.pluvialis ..................................................51.2 Ảnh hưởng của các yếu tố môi trường đến sinh trưởng của H.pluvialis ...............61.3 Giới thiệu chung về astaxanthin .............................................................................61.3.1 Đặc điểm chung ............................................................................................... 61.3.2 Cấu trúc astaxanthin ........................................................................................71.3.3 Các nguồn cung cấp astaxanthin......................................................................81.3.3.1 Nguồn astaxanthin tổng hợp hóa học ...........................................................81.3.3.2 Các nguồn astaxanthin trong tự nhiên ..........................................................81.3.4 Đặc tính chống oxy hóa của astaxanthin .......................................................101.4 Các yếu tố môi trường khác nhau ảnh hưởng đến tích lũy astaxanthin ở vi tảoH.pluvialis ..................................................................................................................101.5 Tình hình nghiên cứu về vi tảo H.pluvialis tổng hợp astaxanthin trên thế giới vàViệt Nam ....................................................................................................................111.5.1 Trên thế giới ...................................................................................................111.5.2 Ở Việt Nam ....................................................................................................13CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP THỰC HIỆNNGHIÊN CỨU ..................................................................................................................................142.1 Đối tượng nghiên cứu ..........................................................................................142.2. Nội dung nghiên cứu ...........................................................................................142.3 Phạm vi và thời gian nghiên cứu ..........................................................................142.3.1 Phạm vi nghiên cứu .......................................................................................142.3.2 Thời gian nghiên cứu .....................................................................................142.4 Phương pháp nghiên cứu......................................................................................142.4.1 Phương pháp làm sạch và lưu giữ giống .......................................................142.4.2 Phương pháp xác định sinh trưởng qua MĐTB.............................................142.4.3 Phương pháp phân tích số liệu .......................................................................152.5 Bố trí thí nghiệm ..................................................................................................152.5.1 Khảo sát môi trường tối ưu ............................................................................152.5.2 Khảo sát ảnh hưởng của các yếu tố dinh dưỡng đến sinh trưởng và phát triểncủa vi tảo H.pluvialis .............................................................................................. 162.5.3 Khảo sát ảnh hưởng của cường độ chiếu sáng cao và sốc muối trong môitrường nuôi cấy đến sự tích lũy astaxanthin của vi tảo H.pluvialis ........................17CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ............................................................................183.1 Ảnh hưởng của môi trường nuôi đến sinh trưởng của vi tảo Haematococcuspluvialis ......................................................................................................................183.2 Ảnh hưởng của các yếu tố dinh dưỡng đến sinh trưởng và phát triển của vi tảoHaematococcus pluvialis ...........................................................................................193.2.1 Ảnh hưởng của nồng độ ssodium nitrate lên sự sinh trưởng của H.pluvialis 193.2.2 Ảnh hưởng của nồng độ dikali phosphate lên sự sinh trưởng của H.pluvialis................................................................................................................................ 233.3 Ảnh hưởng của cường độ chiếu sáng cao và sốc muối trong môi trường nuôi cấyđến sự tích lũy astaxanthin của vi tảo Haematococcus pluvialis ............................... 26KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .......................................................................................................281. KẾT LUẬN ............................................................................................................282. KIẾN NGHỊ ...........................................................................................................28TÀI LIỆU THAM KHẢO ..............................................................................................................30PHỤ LỤCDANH MỤC BẢNGSố hiệu bảngTênTrang1.1Thành phần dinh dưỡng của tảo H.pluvialis ở 2 giai đoạnsinh trưởng khác nhau61.2Nguồn cung cấp astaxanthin khác nhau112.1Sơ đồ bố trí thí nghiệm ảnh hưởng của nồng độ sodiumnitrate lên sự sinh trưởng của H. pluvialis162.2Sơ đồ bố trí thí nghiệm ảnh hưởng của nồng độdipotassium phosphate lên sự sinh trưởng của H. pluvialis172.3Sơ đồ bố trí thí nghiệm khả năng tích lũy astaxanthin273.1Tốc độ sinh trưởng đạt đỉnh của hai môi trường RM vàBBM ở các nồng độ sodium nitrate khác nhau223.2Tốc độ sinh trưởng đạt đỉnh của hai môi trường RM vàBBM ở các nồng độ dipotassium phosphate khác nhau26DANH MỤC HÌNH ẢNHSố hiệuhình vẽ1.11.2TênHình dạng tế bào vi tảo Haematococcus pluvialisSự thay đổi hình thái tế bào (A) và sự phân bào (B) trong vòngđời của vi tảo H.pluvialisTrang451.3Cấu trúc của astaxanthin81.4Phản ứng tổng hợp astaxanthin83.1Mật độ tế bào trên hai môi trường BBM và RM183.2Tốc độ sinh trưởng của tảo trên hai môi trường BBM và RM183.3Mật độ tế bào cao nhất trong môi trường RM ở các nồng độNaNO3203.4Mật độ tế bào vi tảo H.pluvialis được nuôi cấy trong môitrường RM có nồng độ sodium nitrate khác nhau203.5Mật độ tế bào cao nhất trong môi trường BBM ở các nồng độNaNO3213.6Mật độ tế bào vi tảo H.pluvialis được nuôi cấy trong môitrường BBM có nồng độ sodium nitrate khác nhau213.7Mật độ tế bào cao nhất trong môi trường RM ở các nồng độK2HPO4233.8Mật độ tế bào vi tảo H.pluvialis được nuôi cấy trong môitrường RM có nồng độ dipotassium phosphate khác nhau243.9Mật độ tế bào cao nhất trong môi trường BBM ở các nồng độK2HPO4253.10Mật độ tế bào vi tảo H.pluvialis được nuôi cấy trong môitrường BBM có nồng độ dipotassium phosphate khác nhau253.11Phần trăm tế bào tích lũy astaxanthin263.12Tế bào H.pluvialis tích lũy astaxanthin261MỞ ĐẦU1. Tính cấp thiết của đề tàiAstaxanthin (3, 3’- dihydroxy ß, ß’ carotene - 4,4 - dione) là một sắc tốcarotenoid, được tìm thấy trong nhiều loại hải sản như các hồi, cá vền, tôm, cua, trứngcá, đôi khi nó cũng được phát hiện ở một số loài chim [16]. Hoạt tính chống oxy hóacủa chúng cao hơn gấp 10 lần so với các loại carotenoit khác như ß-carotene,zeaxanthin, lutein, canthaxanthin và cao hơn gấp 500 lần so với α-tocopherol [38].Bên cạnh đó, do khả năng ngăn chặn một số loại ung thư, kích thích hệ thống miễndịch cao hơn so với ß-carotene và α-tocopherol nên hiện nay, ứng dụng củaastaxanthin còn được mở rộng trong lĩnh vực y dược học [28, 32, 38]. Astaxanthin cógiá trị kinh tế cao được sử dụng phổ biến trong công nghiệp thực phẩm, thực phẩmchức năng và nuôi trồng thủy sản.Astaxanthin được ứng dụng phổ biến làm thức ăn cho các loài thủy sản như trongnuôi cá hồi, màu sắc của thịt cá là một tham số chất lượng quan trọng đối với sự lựachọn của người tiêu dùng [13, 14]. Màu sắc của cá được tạo bởi sự lắng đọng của cáccarotenoid (như astaxanthin và canthaxanthin) trong thịt cá. Nhưng cá hồi không tựtổng hợp được astaxanthin mà phải được cung cấp từ nguồn thức ăn. Vì vậy, sự hấpthụ astaxanthin của cá hoàn toàn phụ thuộc vào hàm lượng của chất này có trongnguồn thức ăn cũng như thời gian cho cá ăn thức ăn có bổ sung thêm astaxanthin [41].Astaxanthin được bổ sung vào khẩu phần ăn để nhằm tạo màu sắc cho thịt nhằm tăngchất lượng sản phẩm, nâng cao giá trị kinh tế. Ngoài ra, astaxanthin không những cóvai trò tạo màu hồng đỏ cho thịt cá mà còn có hoạt tính chống oxy hóa và là tiềnvitamin A.Trong bối cảnh hiện nay, nhu cầu sử dụng astaxanthin trên thế giới ngày càngcao nhưng nguồn cung cấp astaxanthin chủ yếu là từ tổng hợp hóa học (chiếm 95%),nguồn astaxanthin này có giá thành rất cao, nhưng chỉ có 25% astaxanthin được tổnghợp có hoạt tính và hữu dụng. Do đó, viêc sản xuất astaxanthin từ nguồn tự nhiên vitảo Haematococcus pluvialis (H.pluvialis) đã thu hút nhiều sự quan tâm nghiên cứucủa các nhà nghiên cứu và sản xuất ứng dụng vì vi tảo H.pluvialis có khả năng tích lũyastaxanthin lên tới trên 5-6% trọng lượng khô [4, 6]. Bên cạnh đó, 100% astaxanthinđược chiết xuất từ H.pluvialis có dạng đồng phân 3S-3’S đây là dạng đồng phân cóhoạt tính chống oxy hóa cao nhất [32].2Tuy nhiên, việc sản xuất astaxanthin hiệu quả từ loài vi tảo này còn gặp nhiềukhó khăn bởi vì chúng có tốc độ sinh truởng thấp và nhạy cảm với sự thay đổi của điềukiện nuôi cấy. Hầu hết tế bào vi tảo đều duy trì ở trạng thái sinh duỡng, tích lũy rất íthoặc không tích lũy astaxanthin khi nuôi ở điều kiện thích hợp. Nhưng dưới điều kiệnstress, tế bào chuyển sang dạng bào nang không chuyển động và khi được kích thíchphù hợp tế bào tảo có thể tích lũy một luợng lớn astaxanthin. Vì vậy, điều kiện cho tếbào sinh truởng và tổng hợp astaxanthin là rất khác nhau. Việc xác định rõ ràng yếu tốdinh dưỡng, môi trường nhân sinh khối vi tảo H. pluvialis và các điều kiện cảm ứngastaxanthin ở H. pluvialis là cần thiết để đạt được mật độ tế bào cao và giàu hàm lượngastaxanthin. Xuất phát từ vấn đề trên, chúng tôi chọn đề tài “Nghiên cứu nhân sinhkhối vi tảo Haematococcus pluvialis và cảm ứng tổng hợp astaxanthin”2. Mục tiêu đề tài2.1 Mục tiêu tổng quátTìm ra được điều kiện nuôi cho hiệu quả sinh trưởng của vi tảo tốt nhất và điềukiện kích thích phù hợp để tảo tích lũy một hàm lượng lớn astaxanthin.2.2 Mục tiêu cụ thể- Xác định các yếu tố dinh dưỡng và môi trường nuôi tối ưu cho nhân sinh khốivi tảo Haematococcus pluvialis;- Xác định được điều kiện cảm ứng tổng hợp astaxanthin ở vi tảo Haematococcuspluvialis.3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài3.1. Ý nghĩa khoa họcKết quả nghiên cứu của đề tài sẽ cung cấp các dẫn liệu khoa học về sự ảnhhưởng của các yếu tố dinh dưỡng và môi trường tối ưu cho sinh trưởng và phát triển vitảo Haematococcus pluvialis và các điều kiện cảm ứng tổng hợp astaxanthin.3.2. Ý nghĩa thực tiễnKết quả của đề tài làm cơ sở nghiên cứu tạo ra các sản phẩm thủy hải sản chấtlượng cao với việc bổ sung astaxanthin vi tảo Haematococcus pluvialis.3CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU1.1 Giới thiệu chung về vi tảo Haematococcus pluvialisHaematococcus pluvialis (H. pluvialis) là một loài vi tảo lục, nước ngọt, đơn bào,sinh sản vô tính bằng cách nhân đôi có thể di chuyển được [8]. Đây là một loài tảo cótiềm năng rất lớn vì khả năng tổng hợp astaxanthin của nó. Lượng astaxanthin tối đamà loài tảo này có thể đạt được lên tới 4-6% TLK [4, 6].1.1.1 Vị trí phân loại và phân bố của Haematococcus pluvialisVị trí của Haematococcus pluvialis trong hệ thống phân loại như sau [37]:- Giới: Eukaryota- Ngành: Chlorophyta- Lớp: Chlorophyceae- Bộ: Volvocales- Họ: Chlamydomonadales- Chi: Haematococcus- Loài: Haematococcus pluvialisTảo H. pluvialis được phân bố rộng rãi trong nhiều môi trường sống trên toàn thếgiới. Tảo này được tìm thấy ở các vùng ôn đới trên thế giới và đã được phân lập từchâu Âu, châu Phi, Bắc Mỹ và Himachal Pradeslv Ấn Độ [36]. Nhiều công trình côngbố đã cho thấy tảo này có thể sinh sống trong những điều kiện môi trường và khí hậuđa dạng như vùng nước lợ trên những tảng đá trên bờ biển [5]; lưu vực nước ngọttrong đá dày, tuyết tan chảy trên đảo Blomstrandhalvoya; Na Uy [23]; đài phun nướckhô gần Rozhen, Blagoevgrad ở Blugaria [12]. Với khả năng chống chịu tốt ở các điềukiện bất lợi, thích nghi được với điều kiện môi trường thay đổi đột ngột bằng cáchhình thành màng dày bao bọc xung quanh tế bào (tế bào dạng cyst) và có khả năng nảymầm trở lại khi gặp điều kiện môi trường thuận lợi [33].1.1.2 Đặc điểm sinh học và đặc điểm hình tháiTảo đơn bào nước ngọt H. pluvialis thuộc nhóm tảo lục hai roi và có khả năngchuyển động ở giai đoạn sinh dưỡng [11]. Sinh sản vô tính bằng cách nhân đôi. Hìnhthái tế bào của H.pluvialis có sự biến đổi khác nhau trong chu trình sống của chúng.Tế bào có 2 dạng, tương ứng với đặc điểm sinh trưởng: Tế bào sinh dưỡng và nangbào tử (cyst). Trong đó:4Hình 1.1 Hình dạng tế bào vi tảo Haematococcus pluvialis [26]A. Tế bào H.pluvialis ở dạng dinh dưỡng,B. Tế bào H.pluvialis ở dạng nang bào tử (cyst)- TB sinh dưỡng: màu xanh, dạng hình cầu hoặc elip với đường kính khoảng 10 20µm, có thể chuyển động nhờ 2 roi. Trong điều kiện thuận lợi, phần lớn tế bào ở dạngsinh dưỡng, có hàm lượng chlorophyll a,b và tiền carotenoid, đặc biệt là β-carotene vàlutein cao [42]. Sinh trường quang tự dưỡng khi có ánh sáng [4] và dị dưỡng trong tối[11].- Nang bào tử (cyst): Khi gặp điều kiện bất lợi (cạn kiệt dinh dưỡng, cường độánh sáng cao, nhiệt độ cao, stress muối,…) TB sẽ cảm ứng hình thành nang bào tử vàhình thái thay đổi sang dạng cyst. Tế bào dạng này hình cầu, mất roi, không còn khảnăng di động. Đường kính tăng lên đột ngột tới 40-50 µm [28]. Ngoài ra, những tế bàonang này có hàm lượng carotenoid thứ cấp như echinenone, canthanxanthin vàastaxanthin tăng trong khi có hàm lượng chlorophyll và tiền carotenoid lại giảm [9].Tốc độ sinh trưởng của tảo H. pluvialis ở giai đoạn này giảm, tế bào tích lũy mộtlượng lớn astaxanthin. Ban đầu, astaxanthin chủ yếu được hình thành tập trung quanhnhân và quá trình được tiếp diễn đến khi toàn bộ tế bào chuyển sang màu đỏ [25]. Cáctế bào ở dạng cyst có hàm lượng astaxanthin đạt khoảng 4% TLK [2]. Thời gianchuyển pha mất khoảng vài tuần dưới điều kiện quang tự dưỡng [8]. Cùng lúc với sựthay đổi hình thái và kích thước tế bào là sự thay đổi hàm lượng sắc tố và protein nộibào, trong đó diễn ra sự tích lũy astaxanthin cao. Theo một số công bố cho thấy hàmlượng chlorophyll không thay đổi trong suốt quá trình tích lũy astaxanthin [17], nhưngtrong nghiên cứu của Spery, 1970 [38] lại cho rằng có xu hướng giảm đi.5Theo Kobayashi và cs., [21] vòng đời của H. pluvialis trải qua các giai đoạn nhưsau (hình 1.2 ):Hình 1.2 Sự thay đổi hình thái tế bào (A) [26] và sự phân bào (B)trong vòng đời của vi tảo H.pluvialis [31](I) Giai đoạn TB sinh dưỡng: TB hình elip, chuyển động bằng hai roi, phân chiaTB để gia tăng số lượng. Các tế bào chứa hàm lượng chlorophyll và protein cao nhưnghàm lượng carotenoid trong TB thấp.(II) Giai đoạn tạo bào nang: Các TB sinh dưỡng chuyển sang dạng màu nâu, hìnhkhối cầu, mất roi. Trong suốt giai đoạn nang bào, mức độ sinh tổng hợp carotenoid vàprotein tăng lên [27].(III) Giai đoạn tế bào nang hoàn chỉnh: TB nang đã hoàn chỉnh, bất động, tíchlũy hàm lượng carotenoid cao nhất.(IV) Giai đoạn nảy mầm: Xảy ra sự tổng hợp chlorophyll và protein, xuất hiện sựphân giải carotenoid. Có hai cách thức nảy mầm ở vi tảo H. pluvialis đã được quan sát:(1) nảy mầm trực tiếp từ một nang bào tử hình cầu, không di động thành 1 tế bào sinhdưỡng hình elip, có 2 roi; (2) nảy mầm gián tiếp thông qua pamella (cụm tế bào đượcbao bọc bởi một màng). Khi đó màng bao bọc pamella bị vỡ, từ một tế bào nang tạo ra8 tế bào sinh dưỡng.1.1.3 Thành phần sinh hóa học của tảo H.pluvialisDo tảo H. pluvialis có chu kỳ sống phức tạp, vòng đời của tảo có sự xen kẽ giữatế bào sinh dưỡng màu xanh với tế bào cyst màu đỏ nên thành phần dinh dưỡng của tế6bào tảo này thay đổi rất khác nhau giữa 2 giai đoạn sinh trưởng trong quá trình nuôicấy (Bảng 1.1).Bảng 1.1 Thành phần dinh dưỡng của tảo H.pluvialis ở 2 giai đoạn sinh trưởng khácnhau [27, 31]1.2 Ảnh hưởng của các yếu tố môi trường đến sinh trưởng của H.pluvialisẢnh hưởng tới tốc độ sinh trưởng của H. pluvialis gồm nhiều yếu tố như cườngđộ ánh sáng tối ưu cho sinh trưởng của H. pluvialis dao động từ 2-24klux [10,12,20].Nhiệt độ tối ưu cho sự phát triển của H. pluvialis dao động từ 15-17oC [25,37]. pH tốiưu cho sự phát triển của H. pluvialis nằm trong khoảng từ 6,5-8 [28]. Cuối cùng lànguồn dinh dưỡng: Bao gồm đa lượng và vi lượng. Dinh dưỡng đa lượng được cungcấp với lượng (carbon, nito, phospho, canxi,…). Các nguyên tố vi lượng chỉ cần cungcấp với hàm lượng thấp, dao động từ mức µg/l đến mg/l. Một số dinh dưỡng vi lượngcần thiết cho sinh trưởng của tảo đã được biết gồm sắt, mangan, đồng và cácvitamin… [20].1.3 Giới thiệu chung về astaxanthin1.3.1 Đặc điểm chungAstaxanthin (3,3’- dihydroxy – β, β’-crotenen-4,4’-dione) là một oxycarotenoit,có công thức phân tử C40H52O4, khối lượng phân tử M = 595, điểm nóng chảy xấp xỉ224oC, một chất thuộc carotenoid. Astaxanthin được tìm thấy trong nhiều loại hải sảnnhư cá hồi, cá vền (seabream), tôm, cua, trứng cá, đôi khi nó cũng được phát hiện ở7một số loài chim [16]. Ngoài tự nhiên, astaxanthin tồn tại ở dạng liên kết với proteintạo phức chất màu xanh đen. Khi gia nhiệt hay bị oxy hóa, liên kết bị cắt đứt, giảiphóng astaxanthin tự do có màu đỏ cam. Động vật có vú không có khả năng tổng hợpastaxanthin mà phải được cung cấp từ khẩu phần ăn. Ở H. pluvialis, astaxanthin đượctổng hợp ở giai đoạn bào nang và là loại sắc tố rất đặc trưng, có giá trị cao.Astaxanthin có liên quan chặt chẽ với các carotenoid khác như β-carotene,zeaxanthin và lutein, do đó chúng có nhiều chức năng chuyển hóa (trao đổi chất) vàsinh lý học của carotenoid. Sự hiện diện của hydroxyl và keto ở mỗi vòng ionone, giảithích một số tính năng độc đáo, như khả năng este hóa, hoạt động chống oxy hóa caohơn và cấu hình đối cực hơn các carotenoid khác. Trong tự nhiên, nó được tìm thấy kếthợp với các protein, chẳng hạn như trong cơ thể cá hồi hoặc lớp vỏ tôm hùm, hoặcthành hợp chất muối với một hoặc hai axit béo, để ổn định phân tử. Ở H. pluvialis,hình thái este hóa chủ yếu, hầu hết là astaxanthin monoester [16].Astaxanthin có vai trò là một chất chống oxi hóa với hoạt tính cao hơn cáccarotenoid khác nhiều lần nên được gọi là một “siêu Vitamin E”. Màu sắc của các loạigiáp xác bắt nguồn từ loại carotenoid chúng thu nhận trong thức ăn, chính làastaxanthin. Nó còn có vai trò thức đẩy sự thành thục, tăng tỷ lệ thụ tinh, tỷ lệ sống sótcủa trứng và cải thiện sự phát triển của phôi [16].1.3.2 Cấu trúc astaxanthinAstaxanthin bao gồm hai vòng đầu cuối được nối bởi một chuỗi polyene. Phân tửnày có hai carbon bất đối xứng nằm ở vị trí 3, 3' của vòng β-ionon với nhóm hydroxyl(-OH) ở cả hai đầu của phân tử. Trong trường hợp, một nhóm hydroxyl phản ứng vớimột axit béo sau đó tạo thành monoester, trong khi cả hai nhóm hydroxyl được phảnứng với các axit béo thì kết quả được gọi là diester. Astaxanthin tồn tại trong các đồngphân lập thể, các đồng phân hình học, các dạng tự do và este hóa [40]. Tất cả các hìnhthức này được tìm thấy trong các nguồn tự nhiên. Các bộ giải mã (3S - 3'S) và (3R 3'R) là chất dồi dào nhất trong tự nhiên. Astaxanthin tổng hợp bao gồm các đồng phâncủa (3S - 3'S) (3R - 3'S) và (3R - 3'R) (Hình 1.3). Trong đó, 3S - 3'S là dạngastaxanthin có hoạt tính chống oxy hóa mạnh, dạng 3R - 3'S không có hoạt tính sinhhọc, dạng 3R - 3'R có hoạt tính yếu [1].8Hình 1.3 Cấu trúc của astaxanthin [29](Dạng tự do(A), dạng monoester (B), dạng diester (C) và các đồng phân hình học (D).R là các chuỗi axit béo bão hòa hoặc không bão hòa)1.3.3 Các nguồn cung cấp astaxanthin1.3.3.1 Nguồn astaxanthin tổng hợp hóa họcHiện nay, nguồn astaxanthin tổng hợp là nguồn cung cấp chủ yếu cho nuôi trồngthủy sản. Hơn 95% astaxanthin tổng hợp trên thị trường được sử dụng làm thức ăn, tạora các màu sắc khác nhau. Dù vậy, nguồn astaxanthin này có giá thành rất cao, khôngtinh khiết và tiềm ẩn nhiều sản phẩm phụ có nguy cơ gây hại.Quá trình tổng hợp hóa học astaxanthin được sử dụng lâu đời và rộng rãi nhấtliên quan đến phản ứng Wittig của muối phosphate ở vị trí C15 với dialdehyde ở vị trícarbon C10 (Hình 1.4A). Các phương pháp khác bao gồm hydroxyl hóa canthaxanthin(Hình 1.4B) [3], một quá trình trùng hợp 3 mạch carbon có chiều dài 10, 20 và 30nguyên tử carbon thông qua ngưng tụ dienolether [2] và các đồng phân của lutein đượcchiết xuất từ hoa cúc vạn thọ để tạo thành zeaxanthin và sau đó chất này bị ôxy hóa đểhình thành astaxanthin (Hình 1.4C) [35].Hình 1.4 Phản ứng tổng hợp astaxanthin (Phản ứng Witting (A); Hydroxyl hóacanthaxanthin (B); Oxy hóa zeaxanthin (C) [29]1.3.3.2 Các nguồn astaxanthin trong tự nhiêna. Từ các loại giáp xác9Trong các loài giáp xác thủy sản, astaxanthin chủ yếu được tập trung ở phần vỏngoài, chiếm từ 58 đến 87% carotenoid tổng số. Hàm lượng astaxanthin có trong vỏtôm, cua thay đổi đáng kể tùy thuộc vào loài, từ 10 đến 140mg/kg khối lượng tươi vàtồn tại ở dạng 3S-3S’. Chính vì vậy, vỏ tôm, cua chính là một nguồn astaxanthin đángkể trong tự nhiên. Tuy vậy, hàm lượng astaxanthin trong các nguyên liệu này tươngđối thấp. Trong khi đó, độ ẩm, hàm lượng tro và các chất dinh dưỡng khác trong vỏtôm, cua lại rất cao đã gây ra một số khó khăn nhất định trong việc sản xuất [18].b. Nấm menPhaffia rhodozyma là một loại nấm men duy nhất được biết đến hiện nay có khảnăng tổng hợp astaxanthin lên tới 0,5% SKK (nhưng 100% astaxanthin tích lũy ở dạngđồng phân 3R,3R’) [5] Một lợi thế của chủng này là có khả năng sinh trưởng nhanh vàđạt mật độ tế bào cao trong quá trình lên men. Tích lũy astaxanthin ở nấm men thôngqua con đường menvalonate [35].Tuy nhiên, hàm lượng astaxanthin tổng hợp được phụ thuộc rất nhiều vào đặcđiểm sinh học của chủng, phương pháp và điều kiện nuôi cấy [19]. Ngoài ra, doPh.rhdozyma có cấu tạo vách tế bào cứng, khó tiêu hóa đối với các động vật nên trongquá trình sản xuất các chế phẩm sinh học chứa astaxanthin từ loài nấm men này cầnphải phá hủy thành tế bào bằng các phương pháp cơ học hay xử lý bằng enzyme khácnhau, nhằm tăng hiệu quả hấp thụ của chất này đối với động vật.c. TảoAstaxanthin có thể được sản xuất từ nhiều loại vi tảo khác nhau nhưAnkitrodesmus branuii, Dunaliella salina, Chlamydomonas (