Siêu âm giúp cải thiện quá trình phá vỡ tế bào và chiết xuất tảo
Tảo, bao gồm tảo vĩ mô và vi tảo, chứa nhiều hợp chất có giá trị, được sử dụng làm thực phẩm dinh dưỡng, phụ gia thực phẩm, nhiên liệu hoặc nguyên liệu sản xuất nhiên liệu. Để giải phóng các chất mục tiêu khỏi tế bào tảo, cần có kỹ thuật phá vỡ tế bào mạnh và hiệu quả. Thiết bị chiết xuất siêu âm có hiệu suất cao và độ tin cậy cao khi chiết xuất các hợp chất có hoạt tính sinh học từ thực vật, tảo và nấm. Với các thiết bị ở quy mô phòng thí nghiệm, quy mô để bàn và quy mô công nghiệp, thiết bị chiết xuất siêu âm Hielscher đã được ứng dụng rộng rãi để tạo ra các dịch chiết từ tế bào trong sản xuất thực phẩm, dược phẩm và nhiên liệu sinh học.
Tảo là nguồn tài nguyên có giá trị cho dinh dưỡng và nhiên liệu
Tế bào tảo là nguồn cung cấp đa dạng các hợp chất có hoạt tính sinh học và giàu năng lượng, chẳng hạn như protein, carbohydrate, lipid và các chất có hoạt tính sinh học khác, cũng như ankan. Điều này khiến tảo trở thành nguồn cung cấp thực phẩm, các hợp chất dinh dưỡng và nhiên liệu.
Vi tảo là nguồn lipid có giá trị, được sử dụng cho mục đích dinh dưỡng và làm nguyên liệu sản xuất nhiên liệu sinh học (ví dụ: diesel sinh học). Các chủng thuộc chi thực vật phù du biển Dicrateria, chẳng hạn như Dicrateria rotunda, được biết đến là tảo sản sinh xăng, có thể tổng hợp một dãy hydrocarbon bão hòa (n‐ankan) từ C10H22 đến C38H78, được phân loại thành xăng (C10–C15), dầu diesel (C16–C20) và dầu nhiên liệu (C21–C38).
Nhờ giá trị dinh dưỡng, tảo được sử dụng làm “thực phẩm chức năng” hoặc “dược phẩm dinh dưỡng”. Các vi chất dinh dưỡng quan trọng được chiết xuất từ tảo bao gồm các carotenoid astaxanthin, fucoxanthin và zeaxantin, fucoidan, laminari cùng các glucan khác; những chất này, cùng nhiều chất có hoạt tính sinh học khác, được sử dụng làm chất bổ sung dinh dưỡng và dược phẩm. Carrageenan, alginate và các chất keo ưa nước khác được sử dụng làm phụ gia thực phẩm. Lipid từ tảo được sử dụng làm nguồn omega-3 thuần chay, đồng thời cũng được sử dụng làm nhiên liệu hoặc nguyên liệu sản xuất diesel sinh học.
Thiết bị chiết xuất siêu âm UIP2000hdT với buồng phản ứng bằng thép không gỉ để chiết xuất lipid, protein và chất chống oxy hóa từ tảo ở quy mô thương mại.
Phá vỡ tế bào và chiết xuất tảo bằng siêu âm công suất
Thiết bị chiết xuất siêu âm, hay gọi đơn giản là thiết bị siêu âm, được sử dụng để chiết xuất các hợp chất có giá trị từ các mẫu nhỏ trong phòng thí nghiệm cũng như để sản xuất ở quy mô thương mại lớn.
Tế bào tảo được bảo vệ bởi các chất nền thành tế bào phức tạp, được cấu tạo từ lipid, cellulose, protein, glycoprotein và polysaccharide. Cấu trúc nền của phần lớn thành tế bào tảo được tạo thành từ một mạng lưới vi sợi nằm trong chất nền protein dạng gel; tuy nhiên, một số vi tảo có thành vô cơ cứng được cấu tạo từ các vỏ silica dạng opal hoặc calci carbonat. Để thu được các hợp chất có hoạt tính sinh học từ sinh khối tảo, cần có kỹ thuật phá vỡ tế bào hiệu quả. Bên cạnh các yếu tố công nghệ chiết xuất (tức là phương pháp và thiết bị chiết xuất), hiệu quả phá vỡ tế bào và chiết xuất tảo còn chịu ảnh hưởng mạnh của nhiều yếu tố phụ thuộc vào tảo, chẳng hạn như thành phần của thành tế bào, vị trí của phân tử sinh học mong muốn trong tế bào vi tảo và giai đoạn sinh trưởng của vi tảo khi thu hoạch.
Quá trình phá vỡ tế bào và chiết xuất tảo bằng siêu âm hoạt động như thế nào?
Khi sóng siêu âm cường độ cao được truyền qua đầu dò siêu âm (còn gọi là đầu khuếch đại siêu âm hoặc sonotrode) vào chất lỏng hoặc huyền phù, sóng âm lan truyền qua chất lỏng và tạo ra các chu kỳ áp suất cao / áp suất thấp xen kẽ. Trong các chu kỳ áp suất cao / áp suất thấp này, các bọt chân không hoặc khoang rỗng cực nhỏ hình thành. Các bọt xâm thực hình thành khi áp suất cục bộ trong các chu kỳ áp suất thấp giảm xuống đủ xa dưới áp suất hơi bão hòa, một giá trị được xác định bởi độ bền kéo của chất lỏng ở một nhiệt độ nhất định. Các bọt này lớn dần qua nhiều chu kỳ. Khi các bọt chân không này đạt đến kích thước mà chúng không thể hấp thụ thêm năng lượng, chúng sụp đổ dữ dội trong một chu kỳ áp suất cao. Sự sụp đổ của các bọt xâm thực là một quá trình dữ dội với mật độ năng lượng cao, tạo ra các sóng xung kích mạnh, dòng chảy rối và các tia vi mô trong chất lỏng. Ngoài ra, áp suất rất cao và nhiệt độ rất cao cũng được tạo ra tại các vị trí cục bộ. Những điều kiện khắc nghiệt này có thể dễ dàng phá vỡ thành và màng tế bào, đồng thời giải phóng các hợp chất nội bào một cách hiệu quả, đạt hiệu lực cao và nhanh chóng. Nhờ đó, các hợp chất nội bào như protein, polysaccharide, lipid, vitamin, khoáng chất và chất chống oxy hóa có thể được chiết xuất hiệu quả bằng siêu âm công suất cao.
Thiết bị siêu âm UP400St lý tưởng để phá vỡ tế bào và chiết xuất các hợp chất có hoạt tính sinh học từ tảo theo các mẻ nhỏ hơn (khoảng 8–10L)
Xâm thực siêu âm để phá vỡ tế bào và chiết xuất
Khi tiếp xúc với năng lượng siêu âm mạnh, thành hoặc màng của bất kỳ loại tế bào nào (bao gồm tế bào thực vật, động vật có vú, tảo, nấm, vi khuẩn, v.v.) đều bị phá vỡ và tế bào bị xé thành các mảnh nhỏ hơn bởi các lực cơ học của hiện tượng xâm thực siêu âm có mật độ năng lượng cao. Khi thành tế bào bị phá vỡ, các chất chuyển hóa của tế bào như protein, lipid, axit nucleic và diệp lục được giải phóng khỏi cả cấu trúc nền của thành tế bào lẫn bên trong tế bào và được chuyển vào môi trường nuôi cấy hoặc dung môi xung quanh.
Cơ chế xâm thực siêu âm / âm học được mô tả ở trên phá vỡ mạnh toàn bộ tế bào tảo hoặc các không bào chứa khí và chất lỏng bên trong tế bào. Hiện tượng xâm thực siêu âm, rung động, dòng chảy rối và dòng vi lưu thúc đẩy quá trình truyền khối giữa bên trong tế bào và dung môi xung quanh, nhờ đó các phân tử sinh học (tức là các chất chuyển hóa) được giải phóng hiệu quả và nhanh chóng. Bởi lẽ xử lý siêu âm là một phương pháp xử lý hoàn toàn bằng cơ học, không cần đến các hóa chất có tính tác động mạnh, độc hại và/hoặc đắt tiền.
Siêu âm cường độ cao, tần số thấp tạo ra các điều kiện khắc nghiệt có mật độ năng lượng cao, với áp suất cao, nhiệt độ cao và lực cắt lớn. Các lực vật lý này thúc đẩy sự phá vỡ cấu trúc tế bào để giải phóng các hợp chất nội bào vào môi trường. Vì vậy, siêu âm tần số thấp được sử dụng rộng rãi để chiết xuất các chất có hoạt tính sinh học và nhiên liệu từ tảo. So với các phương pháp chiết xuất thông thường như chiết xuất bằng dung môi, nghiền bi hoặc đồng nhất hóa áp suất cao, chiết xuất bằng siêu âm vượt trội nhờ giải phóng phần lớn các hợp chất có hoạt tính sinh học (như lipid, protein, polysaccharide và vi chất dinh dưỡng) từ tế bào đã được tạo lỗ bằng siêu âm và phá vỡ. Khi áp dụng các điều kiện xử lý phù hợp, chiết xuất bằng siêu âm mang lại hiệu suất chiết xuất vượt trội trong thời gian xử lý rất ngắn. Chẳng hạn, các thiết bị chiết xuất siêu âm hiệu năng cao cho hiệu quả chiết xuất từ tảo xuất sắc khi được sử dụng với dung môi phù hợp. Trong môi trường axit hoặc kiềm, thành tế bào tảo trở nên xốp và nhăn, giúp tăng hiệu suất chiết xuất ở nhiệt độ thấp (dưới 60°C) trong thời gian xử lý siêu âm ngắn (dưới 3 giờ). Thời gian chiết xuất ngắn ở nhiệt độ ôn hòa ngăn ngừa sự phân hủy fucoidan, nhờ đó thu được polysaccharide có hoạt tính sinh học cao.
Xử lý siêu âm cũng là một phương pháp chuyển fucoidan có khối lượng phân tử cao thành fucoidan có khối lượng phân tử thấp, có hoạt tính sinh học cao hơn đáng kể nhờ cấu trúc đã được loại bỏ nhánh. Với hoạt tính sinh học và khả năng tiếp cận sinh học cao, fucoidan có khối lượng phân tử thấp là một hợp chất đáng quan tâm trong lĩnh vực dược phẩm và các hệ dẫn truyền thuốc.
Các nghiên cứu điển hình: Chiết xuất các hợp chất từ tảo bằng siêu âm
Hiệu quả chiết xuất bằng siêu âm và việc tối ưu hóa các thông số chiết xuất bằng siêu âm đã được nghiên cứu rộng rãi. Dưới đây là các kết quả điển hình về chiết xuất bằng siêu âm từ nhiều loài tảo khác nhau.
Chiết xuất protein từ Spirulina bằng xử lý siêu âm kết hợp áp suất và nhiệt
Nhóm nghiên cứu của GS. Chemat (Đại học Avignon) đã khảo sát ảnh hưởng của xử lý siêu âm kết hợp áp suất và nhiệt (MTS) đến việc chiết xuất protein (như phycocyanin) từ vi khuẩn lam Arthrospira platensis khô (còn được gọi là spirulina). Mano-Thermo-Sonication (MTS) là phương pháp sử dụng siêu âm kết hợp với áp suất và nhiệt độ cao để tăng cường quá trình chiết xuất bằng siêu âm.
“Theo kết quả thực nghiệm, MTS thúc đẩy quá trình truyền khối (hệ số khuếch tán hiệu dụng cao, De) và cho phép thu được lượng protein nhiều hơn 229% (28,42 ± 1,15 g/100 g DW) so với quy trình thông thường không sử dụng siêu âm (8,63 ± 1,15 g/100 g DW). Với lượng protein trong dịch chiết đạt 28,42 g trên 100 g sinh khối spirulina khô, quy trình MTS liên tục đạt tỷ lệ thu hồi protein 50% trong 6 phút xử lý hiệu dụng. Quan sát dưới kính hiển vi cho thấy hiện tượng xâm thực âm học tác động lên các sợi spirulina thông qua nhiều cơ chế khác nhau như phân mảnh, tạo lỗ bằng siêu âm và phá vỡ cấu trúc. Những hiện tượng này giúp việc chiết xuất, giải phóng và hòa tan các hợp chất có hoạt tính sinh học của spirulina trở nên dễ dàng hơn.” [Vernès et al., 2019]
Ảnh hiển vi quang học của các sợi spirulina nguyên vẹn được xử lý bằng MTS theo thời gian. Thanh tỷ lệ (hình A) = 50 μm cho tất cả các hình.
hình ảnh và nghiên cứu: ©Vernès et al. 2019
Chiết xuất fucoidan và glucan bằng siêu âm từ Laminaria digitata
Nhóm nghiên cứu TEAGASC của TS. Tiwari đã khảo sát việc chiết xuất các polysaccharide, cụ thể là fucoidan, laminarin và glucan tổng số, từ tảo vĩ mô Laminaria digitata bằng thiết bị siêu âm UIP500hdT. Các thông số chiết xuất có hỗ trợ siêu âm (UAE) được nghiên cứu cho thấy ảnh hưởng đáng kể đến hàm lượng fucose và các giá trị FRAP, DPPH. Các giá trị lần lượt đạt được đối với fucose, glucan tổng số, FRAP và DPPH là 1060,75 mg/100 g ds, 968,57 mg/100 g ds, 8,70 μM trolox/mg fde và 11,02% trong các điều kiện được tối ưu hóa về nhiệt độ (76◦C), thời gian (10 min) và biên độ siêu âm (100%), sử dụng HCl 0,1 M làm dung môi. Các điều kiện UAE được mô tả sau đó đã được áp dụng thành công cho các loài tảo nâu vĩ mô khác có giá trị kinh tế (L. hyperborea và A. nodosum) để thu được các dịch chiết giàu polysaccharide. Nghiên cứu này chứng minh khả năng ứng dụng UAE để tăng cường chiết xuất polysaccharide có hoạt tính sinh học từ nhiều loài tảo vĩ mô.
Chiết xuất các hợp chất thực vật bằng siêu âm từ F. vesiculosus và P. canaliculata
Nhóm nghiên cứu của García-Vaquero đã so sánh nhiều kỹ thuật chiết xuất mới, bao gồm chiết xuất bằng siêu âm hiệu suất cao, chiết xuất bằng siêu âm kết hợp vi sóng, chiết xuất bằng vi sóng, chiết xuất có hỗ trợ thủy nhiệt và chiết xuất có hỗ trợ áp suất cao, nhằm đánh giá hiệu quả chiết xuất từ các loài vi tảo nâu Fucus vesiculosus và Pelvetia canaliculata. Để xử lý bằng siêu âm, họ đã sử dụng thiết bị chiết xuất siêu âm Hielscher UIP500hdT. Phân tích hiệu suất chiết xuất cho thấy chiết xuất bằng siêu âm đạt hiệu suất cao nhất đối với phần lớn các hợp chất thực vật từ cả F. vesiculosus. Điều này có nghĩa là hiệu suất cao nhất của các hợp chất được chiết xuất từ F. vesiculosus bằng thiết bị chiết xuất siêu âm UIP500hdT là: hàm lượng phenolic tổng số (445,0 ± 4,6 mg đương lượng axit gallic/g), hàm lượng phlorotannin tổng số (362,9 ± 3,7 mg đương lượng phloroglucinol/g), hàm lượng flavonoid tổng số (286,3 ± 7,8 mg đương lượng quercetin/g) và hàm lượng tannin tổng số (189,1 ± 4,4 mg đương lượng catechin/g).
Trong nghiên cứu của mình, nhóm kết luận rằng việc sử dụng phương pháp chiết xuất có hỗ trợ siêu âm “kết hợp với dung dịch ethanol 50% làm dung môi chiết xuất có thể là một chiến lược đầy triển vọng nhằm chiết xuất TPC, TPhC, TFC và TTC, đồng thời giảm việc đồng chiết xuất các carbohydrate không mong muốn từ cả F. vesiculosus và P. canaliculata, với những ứng dụng đầy triển vọng khi sử dụng các hợp chất này làm dược phẩm, thực phẩm bổ sung có tác dụng hỗ trợ sức khỏe và dược mỹ phẩm.” [García-Vaquero et al., 2021]
Mở rộng quy mô xử lý siêu âm kết hợp áp suất và nhiệt tại Đại học Avignon bằng các thiết bị siêu âm Hielscher: từ thiết bị phòng thí nghiệm UIP1000hdT (A) đến thiết bị quy mô thí điểm UIP4000hdT (B, C & D). Hình D trình bày sơ đồ mặt cắt ngang của buồng dòng chảy siêu âm FC100K.
hình ảnh và nghiên cứu: ©Vernès et al. 2019
Hệ thống chiết xuất siêu âm trên đường ống với các buồng dòng chảy: 2x máy siêu âm UIP1000hdT với các bộ phản ứng dạng buồng dòng chảy để chiết xuất tảo liên tục
UIP1000hdT (1kW, 20kHz) là máy chiết xuất siêu âm có cánh khuấy để phá vỡ tế bào và chiết xuất các loại tảo như Chlorella, spirulina, Nannochloropsis, tảo nâu cũng như các loại vi tảo và tảo vĩ mô khác.
- Hiệu suất chiết xuất cao
- Hiệu suất thu hồi chiết xuất vượt trội
- Quá trình nhanh chóng
- Nhiệt độ thấp
- Phù hợp để chiết xuất các hợp chất kém bền nhiệt
- Tương thích với mọi dung môi
- Tiêu thụ ít năng lượng
- Kỹ thuật chiết xuất xanh
- Vận hành dễ dàng và an toàn
- Chi phí đầu tư và vận hành thấp
- Vận hành 24/7 trong điều kiện tải nặng
Máy chiết xuất siêu âm hiệu năng cao để phá vỡ tế bào tảo
Thiết bị siêu âm tiên tiến của Hielscher cho phép kiểm soát hoàn toàn các thông số quá trình như biên độ, nhiệt độ, áp suất và năng lượng đầu vào.
Đối với chiết xuất siêu âm, các thông số như kích thước hạt nguyên liệu, loại dung môi, tỷ lệ chất rắn trên dung môi và thời gian chiết xuất có thể được thay đổi và tối ưu hóa để đạt kết quả tốt nhất.
Vì chiết xuất siêu âm là phương pháp chiết xuất phi nhiệt, sự phân hủy do nhiệt của các thành phần có hoạt tính sinh học trong nguyên liệu như tảo được tránh khỏi.
Nhìn chung, các ưu điểm như hiệu suất thu hồi cao, thời gian chiết xuất ngắn, nhiệt độ chiết xuất thấp và lượng dung môi ít khiến xử lý siêu âm trở thành phương pháp chiết xuất vượt trội.
Chiết xuất siêu âm: Đã được ứng dụng vững chắc trong phòng thí nghiệm và công nghiệp
Chiết xuất siêu âm được ứng dụng rộng rãi để chiết xuất mọi loại hợp chất có hoạt tính sinh học từ thực vật, tảo, vi khuẩn và tế bào động vật có vú. Chiết xuất siêu âm đã được khẳng định là một phương pháp đơn giản, tiết kiệm chi phí và có hiệu suất rất cao, vượt trội so với các kỹ thuật chiết xuất truyền thống khác nhờ hiệu suất thu hồi chiết xuất cao hơn và thời gian xử lý ngắn hơn.
Với các hệ thống siêu âm quy mô phòng thí nghiệm, để bàn và hoàn toàn công nghiệp luôn sẵn có, chiết xuất siêu âm ngày nay là một công nghệ đã được ứng dụng vững chắc và đáng tin cậy. Các máy chiết xuất siêu âm Hielscher được lắp đặt trên toàn thế giới tại các cơ sở chế biến công nghiệp sản xuất các hợp chất có hoạt tính sinh học đạt tiêu chuẩn dùng trong thực phẩm và dược phẩm.
Chuẩn hóa quy trình với Hielscher Ultrasonics
Các chất chiết xuất từ tảo dùng trong thực phẩm, dược phẩm hoặc mỹ phẩm phải được sản xuất theo Thực hành sản xuất tốt (GMP) và các thông số kỹ thuật xử lý đã được chuẩn hóa. Các hệ thống chiết xuất kỹ thuật số của Hielscher Ultrasonics được trang bị phần mềm thông minh, giúp dễ dàng thiết lập và kiểm soát chính xác quá trình xử lý siêu âm. Chức năng ghi dữ liệu tự động ghi tất cả các thông số quá trình siêu âm như năng lượng siêu âm (tổng năng lượng và năng lượng thuần), biên độ, nhiệt độ, áp suất (khi lắp cảm biến nhiệt độ và áp suất), kèm dấu ngày giờ, vào thẻ SD tích hợp. Điều này cho phép bạn xem xét lại từng lô đã được xử lý siêu âm. Đồng thời, khả năng tái lập và chất lượng sản phẩm luôn ở mức cao được đảm bảo.
Bảng dưới đây cho biết năng lực xử lý gần đúng của các máy siêu âm của chúng tôi:
| Thể tích mẻ | Lưu lượng | Thiết bị được khuyến nghị |
|---|---|---|
| 1 đến 500mL | 10 đến 200mL/min | UP100H |
| 10 đến 2000mL | 20 đến 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1 đến 20L | 0,2 đến 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 đến 100L | 2 đến 10L/min | UIP4000hdT |
| n.a. | 10 đến 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | lớn hơn | cụm thiết bị UIP16000 |
Liên hệ với chúng tôi! / Hỏi chúng tôi!
Hielscher Ultrasonics sản xuất các máy đồng hóa siêu âm hiệu năng cao cho các ứng dụng trộn, phân tán, nhũ hóa và chiết xuất ở quy mô phòng thí nghiệm, thí điểm và công nghiệp.
Tài liệu / Tài liệu tham khảo
- García-Vaquero, Marco; Rajauria, Gaurav; Brijesh Kumar, Tiwari; Sweeney, Torres; O’Doherty, John (2018): Extraction and Yield Optimisation of Fucose, Glucans and Associated Antioxidant Activities from Laminaria digitata by Applying Response Surface Methodology to High Intensity Ultrasound-Assisted Extraction. Marine Drugs 16(8), 2018.
- Merlyn Sujatha Rajakumar and Karuppan Muthukumar (2018): Influence of pre-soaking conditions on ultrasonic extraction of Spirulina platensis proteins and its recovery using aqueous biphasic system. Separation Science and Technology 2018.
- Smriti Kana Pyne, Paramita Bhattacharjee, Prem Prakash Srivastav (2020): Process optimization of ultrasonication-assisted extraction to obtain antioxidant-rich extract from Spirulina platensis. Sustainability, Agri, Food and Environmental Research 8(4), 2020.
- Zhou, Jianjun; Min Wang, Francisco J. Barba, Zhenzhou Zhu, Nabil Grimi (2023):
A combined ultrasound + membrane ultrafiltration (USN-UF) process for enhancing saccharides separation from Spirulina (Arthrospira platensis). Innovative Food Science & Emerging Technologies, Volume 85, 2023. - Harada, N., Hirose, Y., Chihong, S. et al. (2021): A novel characteristic of a phytoplankton as a potential source of straight‐chain alkanes. Scientific Reports Vol. 11, 2021.
- Halim, Ronald; Hill, David; Hanssen, Eric; Webley, Paul; Blackburn, Susan; Grossman, Arthur; Posten, Clemens; Martin, Gregory (2019): Towards sustainable microalgal biomass processing: Anaerobic induction of autolytic cell-wall self-ingestion in lipid-rich Nannochloropsis slurries. Green Chemistry 21, 2019.
- Garcia-Vaquero, Marco; Rajeev Ravindran; Orla Walsh; John O’Doherty; Amit K. Jaiswal; Brijesh K. Tiwari; Gaurav Rajauria (2021): Evaluation of Ultrasound, Microwave, Ultrasound–Microwave, Hydrothermal and High Pressure Assisted Extraction Technologies for the Recovery of Phytochemicals and Antioxidants from Brown Macroalgae. Marine Drugs 19 (6), 2021.
- Vernès, Léa; Vian, Maryline; Maâtaoui, Mohamed; Tao, Yang; Bornard, Isabelle; Chemat, Farid (2019): Application of ultrasound for green extraction of proteins from spirulina. Mechanism, optimization, modeling, and industrial prospects. Ultrasonics Sonochemistry 54, 2019.
Những điều đáng biết
Tảo: Tảo vĩ mô, vi tảo, thực vật phù du, vi khuẩn lam, rong biển
Tảo là một thuật ngữ không chính thức, dùng để chỉ một nhóm lớn và đa dạng các sinh vật nhân thực có khả năng quang hợp. Tảo phần lớn được xem là sinh vật nguyên sinh, nhưng đôi khi cũng được phân loại là một dạng thực vật hoặc sinh vật thuộc giới Chromista. Tùy theo cấu trúc tế bào, chúng có thể được phân biệt thành tảo vĩ mô và vi tảo, còn được gọi là thực vật phù du. Tảo vĩ mô là các sinh vật đa bào, thường được gọi là rong biển. Nhóm tảo vĩ mô bao gồm nhiều loài tảo biển đa bào có thể quan sát bằng mắt thường. Thuật ngữ thực vật phù du chủ yếu được dùng cho các loài tảo biển đơn bào có kích thước hiển vi (vi tảo), nhưng cũng có thể bao gồm vi khuẩn lam. Thực vật phù du là một nhóm rộng gồm nhiều sinh vật khác nhau, bao gồm vi khuẩn quang hợp cũng như vi tảo và các sinh vật coccolithophore có lớp giáp dạng phiến bao phủ.
Do tảo có thể là sinh vật đơn bào hoặc đa bào với cấu trúc dạng sợi hoặc dạng thực vật, chúng thường khó phân loại.
Các loài tảo vĩ mô (rong biển) được nuôi trồng nhiều nhất là Eucheuma spp., Kappaphycus alvarezii, Gracilaria spp., Saccharina japonica, Undaria pinnatifida, Pyropia spp. và Sargassum fusiforme. Eucheuma và K. alvarezii được nuôi trồng để sản xuất carrageenan, một chất tạo gel dạng keo ưa nước; Gracilaria được nuôi trồng để sản xuất agar; trong khi các loài còn lại được thu hái trong tự nhiên để dùng làm thực phẩm và cung cấp dinh dưỡng.
Một loại rong biển khác là tảo bẹ. Tảo bẹ là các loài rong biển nâu lớn thuộc bộ Laminariales. Tảo bẹ giàu alginate, một carbohydrate được dùng để làm đặc các sản phẩm như kem, thạch, nước xốt salad và kem đánh răng, đồng thời được dùng làm thành phần trong một số loại thức ăn cho chó và trong các sản phẩm công nghiệp. Bột alginate cũng thường được dùng trong nha khoa tổng quát và chỉnh nha. Các polysaccharide của tảo bẹ như fucoidan được dùng làm thành phần tạo gel trong sản phẩm chăm sóc da.
Fucoidan là một heteropolysaccharide sulfat hóa tan trong nước, có trong nhiều loài tảo nâu. Fucoidan được sản xuất thương mại chủ yếu được chiết xuất từ các loài rong biển Fucus vesiculosus, Cladosiphon okamuranus, Laminaria japonica và Undaria pinnatifida.
Các chi và loài tảo tiêu biểu
- Chlorella là một chi gồm khoảng mười ba loài tảo lục đơn bào (vi tảo) thuộc ngành Chlorophyta. Tế bào Chlorella có dạng hình cầu, đường kính khoảng 2 đến 10 μm và không có roi. Lục lạp của chúng chứa các sắc tố quang hợp màu xanh lục chlorophyll-a và -b. Một trong những loài Chlorella được sử dụng nhiều nhất là Chlorella vulgaris, được dùng phổ biến trong thực phẩm bổ sung hoặc làm phụ gia thực phẩm giàu protein.
- Spirulina (vi khuẩn lam Arthrospira platensis) là một loài tảo lam đa bào dạng sợi.
- Nannochloropsis oculata là một loài thuộc chi Nannochloropsis. Đây là một loài tảo lục đơn bào nhỏ, được tìm thấy trong cả môi trường biển và nước ngọt. Tảo Nannochloropsis có đặc trưng là các tế bào hình cầu hoặc hơi hình trứng với đường kính 2–5 μm.
- Dicrateria là một chi tảo haptophyte, gồm ba loài Dicrateria gilva, Dicrateria inornata, Dicrateria rotunda và Dicrateria vlkianum. Dicrateria rotunda (D. rotunda) có thể tổng hợp các hydrocarbon tương đương với dầu mỏ (các hydrocarbon bão hòa có số nguyên tử carbon từ 10 đến 38).
Xử lý siêu âm được sử dụng như thế nào trong chế biến tảo?
Xử lý siêu âm đóng vai trò kép trong chế biến tảo – trước tiên là nâng cao hiệu quả thu hoạch, sau đó là cải thiện hiệu suất chiết xuất.
Ở giai đoạn thu hoạch, siêu âm cường độ thấp giúp sinh khối lắng xuống bằng cách tác động vào các không bào khí trong tế bào tảo. Các không bào này vốn giúp tế bào có sức nổi và nổi lên một cách tự nhiên, nhưng bị phá vỡ và loại bỏ khí trong quá trình xử lý siêu âm. Khi các không bào đã rỗng, tế bào mất khả năng duy trì trạng thái lơ lửng, lắng nhanh hơn và có thể được cô đặc và tách khỏi môi trường nuôi cấy một cách hiệu quả.
Đọc thêm về thu hoạch tảo bằng siêu âm
Trong bước xử lý tiếp theo, siêu âm cường độ cao được sử dụng để phá vỡ thành tế bào, giúp giải phóng hiệu quả các thành phần nội bào như lipid, protein, sắc tố và vi chất dinh dưỡng. Xử lý bằng siêu âm được công nhận rộng rãi là một phương pháp chiết xuất mạnh mẽ, không dùng nhiệt, phù hợp để sản xuất các chất có hoạt tính sinh học có độ tinh khiết cao từ vi tảo.
Đọc thêm về chiết xuất tảo bằng siêu âm!
Hielscher Ultrasonics sản xuất các thiết bị đồng hóa siêu âm hiệu năng cao từ quy mô phòng thí nghiệm đến quy mô công nghiệp.