Công nghệ sản xuất Omega-3

Tạp chí KH-CN Nghệ AnSỐ 8/2015 [19] NGHIÊN CỨU - TRAO ĐỔI 1. Axit béo omega-3 là gì? Omega-3 là loại axit béo thiết yếu bao gồm Axit eicosapentaenoic (EPA), Axit docosa- hexaenoic (DHA), Docosapentaenoic (DPA, axit clupanodonic)... rất cần thiết cho sự trao đổi chất của cơ thể, giúp chống lại bệnh tật. Cơ thể chúng ta không tự tổng hợp được omega-3, do đó phải bổ sung trong các loại thức ăn hằng ngày. Có thể nói omega-3 là loại axit béo không no kỳ diệu vì nó có nhiều tác dụng tích cực với cơ thể. - Giảm trầm cảm sau sinh: Lượng omega- 3 trong phụ nữ mang thai thường giảm xuống vì các axit thiết yếu được chuyển từ mẹ sang thai nhi trước khi sinh để giúp em bé phát triển. Sau khi sinh, người mẹ lại cho con bú, vì thế một lần nữa chuyển omega-3 cho em bé và làm cạn kiệt nguồn cung của người mẹ. Kết quả nghiên cứu cho thấy, phụ nữ sau khi sinh có thể tự bảo vệ mình khỏi chứng trầm cảm bằng cách bổ sung hàm lượng axit omega-3 lên đến bình thường. - Giảm quá trình ung thư vú: omega-3 có thể chống lại tất cả các loại tế bào ung thư, nhưng chúng đặc biệt hiệu quả gấp ba lần đối với tế bào ung thư vú. - Đối với phụ nữ mang thai, việc hấp thu omega-3 là tất yếu trong thai kỳ để duy trì sự cân bằng hormone gọi là prostaglandin, giúp điều chỉnh rất nhiều chức năng thể chất quan trọng bao gồm huyết áp, lưu chuyển máu, sự truyền dẫn trong hệ thần kinh, kháng viêm, dị ứng, các chức năng của thận, hệ thống tiêu hoá cùng với các chức năng quan trọng khác của cơ thể. - Ngăn ngừa ung thư da: các nhà khoa học tại Anh đã đưa ra kết quả sau khi nghiên cứu cho thấy omega-3 làm tăng khả năng chống tác động của tia tử ngoại (UV) từ ánh sáng mặt trời đối với da. Họ phát hiện ra rằng, những người tiêu thụ một liều dầu cá có omega-3 thường xuyên đã tăng khả năng miễn dịch với các tác động có hại của tia UV sau khi tiếp xúc với ánh nắng mặt trời từ 8-15 phút. - Chống lại bệnh Alzhemer và chống mất thị lực: Một nghiên cứu từ Đại học California, Los Angeles cho thấy omega-3 có thể giúp làm sạch mảng amyloid não bộ. Một nghiên cứu năm 2012 trên động vật (chuột) được đăng trên Tạp chí Investigative Ophthalmology & Visual Science cho thấy, axit béo omega-3 DHA (do- cosahexaenoic acid) có thể ngăn ngừa mất thị lực do tuổi tác. 2. Nguồn thu nhận omega-3 Những loại thực phẩm chứa nhiều axit béo omega-3 là gan và dầu mỡ cá hồi, gan cá tuyết. Đây là những loại thực phẩm bổ dưỡng quan trọng và người ta cho ra dưới dạng thực phẩm chức năng. Ngoài ra, omega-3 có ít trong dầu hạt Macadamia thuộc họ Proteaceae (ở Aus- tralia), cây hắc mai biển (Sea-buckthorn-Hippophae sali- cifolia) - một loại cây bụi, họ Elaeagnaceae ở núi Himalayas, dầu vừng, lạc... Mọi người đều biết rằng, dầu cá omega-3 là sự lựa chọn sáng suốt giúp tăng cường phát triển trí não ở trẻ, giúp trẻ thông minh hơn, tư duy sáng tạo hơn, nhờ đó CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT OMEGA-3 n Nguyễn Dương Tuệ Tạp chí KH-CN Nghệ AnSỐ 8/2015 [20] NGHIÊN CỨU - TRAO ĐỔI học tập tốt hơn. Với áp lực học tập mỗi ngày một tăng như ngày nay, nếu không bổ sung đầy đủ dưỡng chất cho trẻ thì nguy cơ trẻ thiếu hụt các dưỡng chất quan trọng, trong đó có omega-3 là rất cao, ảnh hưởng lớn đến kết quả học tập. Nếu trẻ có những biểu hiện như: học hành kém tiếp thu, dễ bị cận thị, thể chất suy yếu thì nên cân nhắc bổ sung thêm dưỡng chất omega 3 cho trẻ. Nhu cầu sử dụng omega-3 của con người là rất lớn nhưng tìm kiếm cá hồi, cá tuyết xứ lạnh hay các cây Macadamia, Hippophae salicifolia để sản xuất thì không khả thi. Bởi thế, con người phải sản xuất omega-3 bằng con đường công nghệ sinh học. 3. Sản xuất omega-3 trong công nghệ sinh học 3.1. Công nghệ nuôi cấy vi tảo Việc nuôi cấy vi tảo với chủng chọn lọc có hàm lượng omega-3 đã được triển khai, dễ thực hiện và có hiệu quả cao. Sinh khối những vi tảo được lựa chọn không những cho omega-3 cao mà còn có hàm lượng pro- tein cao nên nhiều nước dùng nó trong sản xuất thức ăn cho chăn nuôi thủy sản [2]. Ở Tây Ban Nha đã có sự hợp tác của các nhà nghiên cứu sản xuất omega-3, 6 và 9 từ hai loài vi tảo. Tập đoàn này bao gồm các nhà khoa học từ Trung tâm Công nghệ Ainia Iberdrola Kỹ thuật và Xây dựng, Công nghệ Sinh học tảo Instituto de la Grasa của Hội đồng Điều tra Quốc gia, Khoa học và Nghiên cứu (CSIC). Họ tin rằng đây là một bước đột phá, vì nó liên quan đến việc giải quyết một trong những trở ngại chính để sản xuất công nghiệp và tiếp thị các sản phẩm có nguồn gốc từ vi tảo. Trong nghiên cứu, nhóm các nhà khoa học sử dụng tảo Nannocloropsis gaditana và Scenedesmus sp. Sinh khối Nannocloropsis gaditana có một lượng chất béo đặc biệt giàu omega-3, axit eicos- apentaenoic (EPA). Trong khi đó, trong thành phần acid béo của Scenedesmus sp có nhiều omega-9 [3]. Việc sử dụng vi tảo như tảo lục là một lợi thế bởi nó có cường độ quang hợp cao, là một trong những con đường hứa hẹn nhất để giảm bớt hiệu ứng nhà kính [3]. Sử dụng nguồn carbon tập trung như khí thải công nghiệp và đặc biệt sử dụng cả nước thải để nuôi cấy vi tảo là cách làm hiệu quả để đạt được cả hai mục tiêu: cố định CO2 và xử lý nước thải [5]. Nannochloropsis là vi tảo có đường kính khoảng 2-3 micromet gồm 6 loài. Các loài đã được biết đến có ở nước ngọt và nước lợ, nhưng chủ yếu từ môi trường biển. Các loài tảo của chi Nannochloropsis có chlorophyll a (không có chlorophyll b và c) và có một hàm lượng cao của một loạt các sắc tố như astaxanthin, zeax- anthin, canthaxanthin cần thiết cho quang hợp [6]. Ở thời điểm hiện tại, nó được sử dụng chủ yếu như là một nguồn thực phẩm giàu năng lượng cho ấu trùng cá và luân trùng. Song Nannochloropsis được coi là một loại tảo đầy hứa hẹn cho các ứng dụng công nghiệp vì nó có khả năng tích lũy hàm lượng cao các axit béo không bão hòa đa. Hơn nữa, Nannochloropsis thực sự là transfectable và đã có bằng chứng cho thấy một số chủng có khả năng để thực hiện tái tổ hợp tương đồng [1]. 3.2. Công nghệ ADN tái tổ hợp Nhà nghiên cứu Johnathan Napier và các đồng nghiệp tại Viện nghiên cứu Rothamsted ở Harpenden (Anh) đã tìm ra một nguồn cung cấp EPA và DHA bền vững khác. Người ta tách gen từ hệ enzim điều hòa tổng hợp omega- 3 của cá hồi, ghép vào Ti-plassmid của vi khuẩn Agroto- bacter vinelandii để tạo ra Plassmid lai (Hybrid plasmid) chứa ADN tái tổ hợp (rADN). Hybrid plasmid vector được đưa vào tế bào thực vật Camelina là một loài cây hoang dại họ cải - Brassicaceae. Các loài Camelina có nguồn gốc từ Địa Trung Hải của khu vực châu Âu và châu Á. Hầu hết Tạp chí KH-CN Nghệ AnSỐ 8/2015 [21] NGHIÊN CỨU - TRAO ĐỔI các loài của chi này đã được nghiên cứu rất ít, ngoại trừ Camelina sativa, trong lịch sử được trồng làm cây lấy dầu. Heinrich Johann Nepomuk von Crantz là nhà Thực vật học đầu tiên sử dụng các chi Camelina trong phân loại vào năm 1762. Trình tự bộ gen đầu tiên của Camelina được nghiên cứu đầy đủ bởi một nhóm khoa học gia Canada công bố vào ngày 01/8/2013, sau đó được công bố chi tiết trên Tạp chí khoa học Nature Communications (23/4/2014). Các nhà khoa học nghiên cứu tại Viện Rothamsted ở Anh đã phát triển biến đổi gen Camelina sativa để tích lũy ở mức độ cao của dầu cá omega-3 EPA và DHA trong hạt của nó. Họ đã biến cây Camelina trở thành một “nhà máy” có thể cung cấp nguồn dầu cá omega-3 bền vững đầy tiềm năng và có lợi cho sức khỏe con người và môi trường. Ti-plasmid mang gen mới gắn vào nhiễm sắc thể tế bào thực vật đó. Qua nuôi cấy tế bào cây Camelina mang vector chứa rADN sinh trưởng, phát triển thành vô số cây mới mang những gen mới. Việc sử dụng cây Camelina hoang dại là rất khôn ngoan bởi nó là loài hoang dại nên không những dễ sống, dễ sinh trưởng, phát triển, có khả năng chống chịu cao đối với nắng hạn, mưa lũ, sâu bệnh, không phải chăm sóc, phun thuốc trừ sâu bệnh, thuốc trừ cỏ, mà còn có khả năng nhân lên được nhiều, qua gieo hạt hàng năm. Bằng cách đó những cây Camelina sản xuất omega-3 nhờ biểu hiện gen. Sau đó thu hoạch cây này, tách chiết ra omega-3 với khối lượng lớn. Những hạt giống sau khi được biến đổi gene sẽ cung cấp lượng dầu tinh khiết chứa khoảng 12% EPA và 14% DHA - tỷ lệ tương tự như trong dầu cá. Nhà nghiên cứu Johnathan Napier chia sẻ nếu mọi việc diễn ra suôn sẻ, dầu thực vật có thể cung cấp một khối lượng đủ để thương mại trong 10 năm. Dù khó có thể thay thế sản lượng dầu thu được từ một triệu tấn cá đánh bắt mỗi năm ở biển nhưng nó cũng đủ cung cấp 10% số lượng dầu đó. Điều này sẽ giảm áp lực đáng kể ở việc đánh bắt cá [7]./. Tài liệu tham khảo 1. AlgaeIndustry Magazine.com, May 24, 2013, Spanish researchers extracting Omega-3, 6 and 9. 2. Bucolo C, Caraci F, Drago F, Galvano F, Grosso G, Malaguarnera M, Maryentano S (2014), "Omega-3 fatty acids and depression: Scientific evidence and biological mechanisms". 3, Cederholm T, Palmblad J (March 2010), "Are omega-3 fatty acids options for prevention and treatment of cognitive decline and dementia?". 4. Lgado-Lista J, Per-ez-Martinez P, Lopez-Miranda J, Perez-Jimenez F (June 2012), "Long chain omega-3 fatty acids and cardiovascular disease: a systematic review". 5. Richardson AJ (2006), "Omega-3 fatty acids in ADHD and related neurodevelopmental disorders". 6. Scorletti E, Byrne CD (2013), "Omega-3 fatty acids, hepatic lipid metabolism, and nonalcoholic fatty liver disease", Annual review of nutrition 33. 7. Wall R, Ross RP, Fitzgerald GF, Stanton C (2010), "Fatty acids from fish: the anti-inflammatory potential of long- chain omega-3 fatty acids".