VI TẢO: ĐẶC ĐIỂM, PHÂN LOẠI VÀ ỨNG DỤNG - SINH HỌC

Vi tảo là sinh vật nhân thực, quang tự dưỡng, tức là lấy năng lượng từ ánh sáng và tự tổng hợp thức ăn. Chúng chứa chất diệp lục và các sắc tố phụ khác mang lại hiệu quả quang hợp tuyệt vời.

Chúng là đơn bào, thuộc địa - khi chúng được thành lập dưới dạng tập hợp - và dạng sợi (đơn độc hoặc thuộc địa). Chúng là một phần của thực vật phù du, cùng với vi khuẩn lam (sinh vật nhân sơ). Thực vật phù du là tập hợp các vi sinh vật sống trong nước, quang hợp, trôi nổi thụ động hoặc giảm khả năng di chuyển.

Hình 1. Volvox (hình cầu) Nguồn: Frank Fox, qua Wikimedia Commons

Vi tảo được tìm thấy từ Ecuador trên cạn đến các vùng cực và được công nhận là nguồn cung cấp các phân tử sinh học và các chất chuyển hóa có tầm quan trọng kinh tế lớn. Chúng là nguồn cung cấp trực tiếp thực phẩm, thuốc men, thức ăn thô xanh, phân bón và nhiên liệu, và thậm chí còn là dấu hiệu của sự ô nhiễm.

nét đặc trưng

Các nhà sản xuất sử dụng ánh sáng mặt trời làm nguồn năng lượng

Hầu hết vi tảo có màu xanh lục vì chúng có chứa chất diệp lục (sắc tố thực vật tetrapyrrolic), một chất tiếp nhận năng lượng ánh sáng cho phép thực hiện quá trình quang hợp.

Tuy nhiên, một số loài vi tảo có màu đỏ hoặc nâu, vì chúng chứa xanthophylls (sắc tố carotenoid màu vàng), che đi màu xanh lục.

Môi trường sống

Chúng sống trong các môi trường nước ngọt và mặn, tự nhiên và nhân tạo khác nhau (như bể bơi và bể cá). Một số có khả năng phát triển trong đất, trong môi trường có tính axit và trong đá xốp (nội phân tử), ở những nơi rất khô và rất lạnh.

Phân loại

Vi tảo đại diện cho một nhóm không đồng nhất cao, bởi vì nó là đa ngành, tức là nó nhóm các loài hậu duệ của các tổ tiên khác nhau.

Để phân loại các vi sinh vật này, người ta đã sử dụng nhiều đặc điểm khác nhau, bao gồm: bản chất của chất diệp lục và các chất dự trữ năng lượng của chúng, cấu trúc của thành tế bào và kiểu di chuyển của chúng.

Bản chất của chất diệp lục

Hầu hết các loài tảo có chất diệp lục loại A và một số ít có loại chất diệp lục khác có nguồn gốc từ nó.

Nhiều loài quang dưỡng bắt buộc và không phát triển trong bóng tối. Tuy nhiên, một số phát triển trong bóng tối và dị hóa đường đơn và axit hữu cơ trong điều kiện thiếu ánh sáng.

Ví dụ, một số trùng roi và diệp lục có thể sử dụng axetat làm nguồn cacbon và năng lượng. Những người khác đồng hóa các hợp chất đơn giản khi có ánh sáng (quang dị dưỡng), mà không sử dụng chúng làm nguồn năng lượng.

Polyme carbon như một nguồn dự trữ năng lượng

Là một sản phẩm của quá trình quang hợp, vi tảo tạo ra nhiều loại polyme cacbon đóng vai trò dự trữ năng lượng.

Ví dụ, vi tảo của bộ phận Lục lạp tạo ra tinh bột dự trữ (α-1,4-D-glucose), rất giống với tinh bột của thực vật bậc cao.

Cấu trúc thành tế bào

Thành của vi tảo có cấu trúc và thành phần hóa học rất đa dạng. Vách có thể được tạo thành từ các sợi xenlulo, thường được bổ sung các axit xylan, pectin, mannan, alginic hoặc axit fucinic.

Ở một số tảo đá vôi hoặc tảo coralline, thành tế bào cho thấy sự lắng đọng canxi cacbonat, trong khi những loài khác có kitin.

Mặt khác, tảo cát có silic trong thành tế bào của chúng, các polysaccharid và protein được thêm vào, tạo thành lớp vỏ đối xứng song phương hoặc xuyên tâm (các khối). Những lớp vỏ này lâu ngày vẫn nguyên vẹn hình thành nên các hóa thạch.

Không giống như những loài trước, vi tảo Euglenoid không có thành tế bào.

Loại di động

Vi tảo có thể có lông roi (như Euglena và tảo hai roi), nhưng không bao giờ có lông mao. Mặt khác, một số vi tảo thể hiện sự bất động trong giai đoạn sinh dưỡng của chúng, tuy nhiên, các giao tử của chúng có thể di động.

Ứng dụng công nghệ sinh học

Cho người và động vật ăn

Vào những năm 1950, các nhà khoa học Đức bắt đầu trồng vi tảo với số lượng lớn để lấy lipid và protein thay thế protein động vật và thực vật thông thường, với mục đích trang trải cho nhu cầu tiêu thụ của vật nuôi và con người.

Gần đây, việc nuôi trồng vi tảo khổng lồ đã được dự đoán là một trong những khả năng chống lại nạn đói và suy dinh dưỡng trên thế giới.

Vi tảo có nồng độ dinh dưỡng khác thường, cao hơn nồng độ quan sát được ở bất kỳ loài thực vật nào cao hơn. Một gam vi tảo hàng ngày là một giải pháp thay thế để bổ sung vào chế độ ăn uống thiếu chất.

Ưu điểm của việc sử dụng nó làm thực phẩm

Trong số những ưu điểm của việc sử dụng vi tảo làm thực phẩm, chúng tôi có những điều sau:

Tốc độ phát triển của vi tảo cao (chúng cho năng suất cao gấp 20 lần so với đậu nành trên một đơn vị diện tích).
Nó tạo ra lợi ích được đo lường trong "hồ sơ huyết học" và "tình trạng trí tuệ" của người tiêu dùng, khi tiêu thụ liều lượng nhỏ hàng ngày như một chất bổ sung dinh dưỡng.
Hàm lượng đạm cao so với các loại thực phẩm tự nhiên khác.
Hàm lượng vitamin và khoáng chất cao: tiêu thụ 1-3 gam phụ phẩm vi tảo mỗi ngày, cung cấp một lượng đáng kể beta-carotene (provitamin A), vitamin E và B phức hợp, sắt và các nguyên tố vi lượng.
Nguồn dinh dưỡng cung cấp năng lượng cao (so với nhân sâm và phấn hoa do ong thu thập).
Chúng được khuyến khích để luyện tập cường độ cao.
Do cô đặc, trọng lượng thấp và dễ vận chuyển, chiết xuất khô của vi tảo thích hợp làm thực phẩm không hư hỏng để dự trữ đề phòng các tình huống khẩn cấp.

Hình 2. Arthrospira là vi khuẩn lam được sử dụng rộng rãi và được nuôi đại trà. Nguồn: Joan Simon, được cắt bởi Perdita (Người dùng Wikipedia tiếng Anh), qua Wikimedia Commons

Nuôi trồng thủy sản

Vi tảo được sử dụng làm thức ăn trong nuôi trồng thủy sản do hàm lượng protein cao (từ 40 đến 65% trọng lượng khô) và khả năng làm tăng màu sắc của các loài trùng roi và giáp xác bằng các sắc tố của chúng.

Ví dụ, nó được sử dụng làm thức ăn cho động vật hai mảnh vỏ trong tất cả các giai đoạn sinh trưởng của chúng; đối với giai đoạn ấu trùng của một số loài giáp xác và giai đoạn đầu của một số loài cá.

Chất màu trong ngành công nghiệp thực phẩm

Một số chất màu vi tảo được sử dụng làm chất phụ gia trong thức ăn gia súc để tăng sắc tố của thịt gà và lòng đỏ trứng, cũng như tăng khả năng sinh sản của gia súc.

Các chất màu này cũng được sử dụng làm chất tạo màu trong các sản phẩm như bơ thực vật, mayonnaise, nước cam, kem, pho mát và các sản phẩm bánh.

Hình 3. Máy phản ứng quang sinh dạng ống, được sử dụng để thu nhận các hợp chất có giá trị cao từ vi tảo. Nguồn: IGV Biotech, từ Wikimedia Commons

Y học con người và thú y

Trong lĩnh vực y học con người và thú y, tiềm năng của vi tảo đã được công nhận, bởi vì:

Chúng làm giảm nguy cơ mắc các loại ung thư, bệnh tim và nhãn khoa (nhờ hàm lượng lutein).
Chúng giúp ngăn ngừa và điều trị bệnh tim mạch vành, kết tập tiểu cầu, mức cholesterol bất thường và cũng rất hứa hẹn trong việc điều trị một số bệnh tâm thần (do hàm lượng omega-3 của chúng).
Chúng có tác dụng chống nôn, kích thích hệ thống miễn dịch, giảm tăng huyết áp và giải độc.
Chúng có tác dụng chống đông máu và diệt khuẩn.
Chúng làm tăng sinh khả dụng của sắt.
Các loại thuốc dựa trên vi tảo điều trị và phòng ngừa đã được tạo ra để điều trị viêm loét đại tràng, viêm dạ dày và thiếu máu, trong số các bệnh khác.

Hình 4. Bộ phản ứng quang học phẳng: được sử dụng để thu được các sản phẩm phụ vi tảo có giá trị gia tăng cao và trong thí nghiệm. Nguồn: IGV Biotech, từ Wikimedia Commons

Phân bón

Vi tảo được sử dụng làm phân bón sinh học và chất điều hòa đất. Các vi sinh vật quang dưỡng này nhanh chóng bao phủ các vùng đất bị xáo trộn hoặc bị đốt cháy, làm giảm nguy cơ xói mòn.

Một số loài ưa thích sự cố định đạm, và ví dụ như đã có thể trồng lúa trên đất ngập nước trong nhiều thế kỷ mà không cần bón thêm phân. Các loài khác được sử dụng để thay thế vôi trong phân trộn.

Mỹ phẩm

Các dẫn xuất của vi tảo đã được sử dụng trong công thức sản xuất kem đánh răng được làm giàu, giúp loại bỏ vi khuẩn gây sâu răng.

Các loại kem bao gồm các dẫn xuất như vậy cũng đã được phát triển để có các đặc tính chống oxy hóa và chống tia cực tím.

Hình 5. Sự duy trì của vi tảo trong ngân hàng hoặc chủng. Nguồn: CSIRO

Xử lý nước thải

Vi tảo được ứng dụng trong các quá trình chuyển hóa chất hữu cơ từ nước thải, tạo sinh khối và xử lý nước để tưới. Trong quá trình này, vi tảo cung cấp oxy cần thiết cho vi khuẩn hiếu khí, phân giải các chất ô nhiễm hữu cơ.

Các chỉ số ô nhiễm

Với tầm quan trọng về mặt sinh thái của vi tảo như là nhà sản xuất chính của môi trường nước, chúng là sinh vật chỉ thị ô nhiễm môi trường.

Ngoài ra, chúng có khả năng chịu đựng rất tốt với các kim loại nặng như đồng, cadmium và chì, cũng như các hydrocacbon clo, đó là lý do tại sao chúng có thể là chỉ số cho thấy sự hiện diện của các kim loại này.

Khí sinh học

Một số loài (ví dụ, Chlorella và Spirulina), đã được sử dụng để làm sạch khí sinh học, vì chúng tiêu thụ carbon dioxide như một nguồn carbon vô cơ, ngoài việc kiểm soát đồng thời độ pH của môi trường.

Nhiên liệu sinh học

Vi tảo sinh tổng hợp một loạt các sản phẩm phụ năng lượng sinh học thú vị về mặt thương mại, chẳng hạn như chất béo, dầu, đường và các hợp chất hoạt tính sinh học chức năng.

Hình 6. Máy nuôi cấy vi tảo dạng băng chuyền, được sử dụng để nuôi trồng hàng loạt vi tảo cho ngành công nghiệp mỹ phẩm và thực phẩm. Nguồn: JanB46, từ Wikimedia Commons

Nhiều loài giàu lipid và hydrocacbon thích hợp để sử dụng trực tiếp làm nhiên liệu sinh học lỏng năng lượng cao, ở mức cao hơn so với các loài có trong thực vật trên cạn, và cũng có tiềm năng thay thế các sản phẩm lọc dầu từ nhiên liệu hóa thạch. Điều này không có gì đáng ngạc nhiên, vì hầu hết dầu được cho là có nguồn gốc từ vi tảo.

Đặc biệt, một loài, Botryococcus braunii, đã được nghiên cứu rộng rãi. Sản lượng dầu từ vi tảo được dự báo sẽ gấp 100 lần so với cây trồng trên cạn, từ 7.500-24.000 lít dầu trên một mẫu Anh / năm, so với hạt cải dầu và cọ, lần lượt là 738 và 3690 lít. .

Người giới thiệu

Borowitzka, M. (1998). Sản xuất thương mại vi tảo: ao, bể, máy nuôi củ và lên men. J. of Biotech, 70, 313-321.
Ciferri, O. (1983). Spirulina, Vi sinh vật ăn được. Vi sinh. Rev., 47, 551-578.
Ciferri, O., & Tiboni, O. (1985). Hóa sinh và tiềm năng công nghiệp của Spirulina. Ann. Rev. Microbiol., 39, 503-526.
Conde, JL, Moro, LE, Travieso, L., Sánchez, EP, Leiva, A., & Dupeirón, R., et al. (1993). Quá trình lọc khí sinh học sử dụng nuôi cấy vi tảo thâm canh Công nghệ sinh học. Thư, 15 (3), 317-320.
Contreras-Flores, C., Peña-Castro, JM, Flores-Cotera, LB, & Cañizares, RO (2003). Những tiến bộ trong thiết kế khái niệm về phản ứng quang sinh học để nuôi cấy vi tảo. Interciencia, 28 (8), 450-456.
Duerr, EO, Molnar, A., & Sato, V. (1998). Vi tảo nuôi làm thức ăn nuôi trồng thủy sản. J Mar Biotechnol, 7, 65-70.
Lee, Y.-K. (2001). Hệ thống và phương pháp nuôi cấy khối lượng vi thể: Hạn chế và tiềm năng của chúng. Tạp chí Phycology Ứng dụng, 13, 307-315.
Martínez Palacios, CA, Chávez Sánchez, MC, Olvera Novoa, MA, & Abdo de la Parra, MI (1996). Nguồn protein thực vật thay thế thay thế cho bột cá làm thức ăn nuôi trồng thủy sản. Bài báo được trình bày trong Kỷ yếu Hội nghị Quốc tế lần thứ ba về Dinh dưỡng Nuôi trồng Thủy sản, Monterrey, Nuevo León, Mexico.
Olaizola, M. (2003). Sự phát triển thương mại của công nghệ sinh học vi luật: từ ống nghiệm đến thị trường. Kỹ thuật phân tử sinh học, 20, 459-466.

VI TẢO: ĐẶC ĐIỂM, PHÂN LOẠI VÀ ỨNG DỤNG - SINH HỌC - 2025