Nghiên cứu sử dụng nguồn nước khoáng để xây dựng quy trình sản xuất tảo sprulina platennisis đảm bảo chất lượng làm nguyên liệu chế biến thức ăn cho người và động vật nuôi thủy sản

BỘ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PHÁT TRIỂN NÔNG THÔN CHƯƠNG TRÌNH CÔNG NGHỆ SINH HỌC BÁO CÁO TỔNG HỢP KẾT QUẢ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG NGUỒN NƯỚC KHOÁN

BỘ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PHÁT TRIỂN

NÔNG THÔN

CHƯƠNG TRÌNH CÔNG NGHỆ SINH HỌC

BÁO CÁO TỔNG HỢP KẾT QUẢ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ ĐỀ TÀI

NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG NGUỒN NƯỚC KHOÁNG ĐỂ XÂY DỰNG QUI TRÌNH SẢN

XUẤT TẢO SPIRULINA PLATENSIS ĐẢM BẢO CHẤT LƯỢNG LÀM NGUYÊN LIỆU

CHẾ BIẾN THỨC ĂN CHO NGƯƠÌ VÀ ĐỘNG VẬT NUÔI THỦY SẢN

Chủ nhiệm đề tài Cơ quan chủ trì đề tài

ThS Nguyễn Thị Bích Ngọc Viện Nghiên cứu Nuôi trồng Thủy sản III

Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn

8387

Nha trang - 2010

BÁO CÁO THỐNG KÊ KẾT QUẢ THỰC HIỆN ĐỀ TÀI/DỰ ÁN SXTN

I THÔNG TIN CHUNG

1 Tên đề tài/dự án: Nghiên cứu sử dụng nguồn nước khoáng để xây dựng qui trình sản xuất tảo Spirulina platensis đảm bảo chất lượng làm nguyên liệu chế biến thức ăn cho người và động vật thủy sản

Thuộc: Chương trình Công nghệ Sinh học

Fax: 0583.831846 E-mail: ntbngoc@dng.vnn.vn

Tên tổ chức đang công tác: Viện Nghiên cứu Nuôi trồng Thủy sản III Địa chỉ tổ chức: 33 Đặng Tất – Nha Trang

Địa chỉ nhà riêng: 33 Củ Chi – Nha Trang

3 Tổ chức chủ trì đề tài/dự án:

Tên tổ chức chủ trì đề tài: Viện Nghiên cứu Nuôi trồng Thủy sản III Điện thoại: 0583.831138 Fax: 0583.831846

Email: ts3@dng.vnn.vn

Địa chỉ: 33 Đặng Tất – Nha Trang

Họ và tên thủ trưởng tổ chức: TS Nguyễn Thị Xuân Thu

Số tài khoản: 9310100030

Tại Kho bạc tỉnh Khánh Hòa

Tên cơ quan chủ quản đề tài: Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn

VIỆN NGHIÊN CỨU NUÔI TRỒNG

II TÌNH HÌNH THỰC HIỆN

1 Thời gian thực hiện đề tài/dự án:

- Theo Hợp đồng đã ký kết: từ tháng 1/ năm 2008 đến tháng12 / năm 2009

- Thực tế thực hiện: từ tháng 1/năm 2008 đến tháng 12/năm 2009

- Được gia hạn (nếu có):

Thời gian (Tháng, năm)

Kinh phí (Tr.đ)

Ghi chú

(Số đề nghị quyết toán)

kiệm chi trả nhà nước 39.359.383

Còn chi phí nghiệm thu cấp cơ

sở và cấp Bộ 16.300.000 đ đề nghị quyết toán năm 2010 c) Kết quả sử dụng kinh phí theo các khoản chi:

Đối với đề tài:

kiệm chi và để lại tiền nghiệm thu xin được quyết toán vào năm 2010 Tổng cộng 1687,16 1687,16 1631,43 1631,43 Tiết kiệm chi

39,43tr, để lại đề nghị thanh toán năm 2010 là 16,3tr

3 Các văn bản hành chính trong quá trình thực hiện đề tài/dự án:

(Liệt kê các quyết định, văn bản của cơ quan quản lý từ công đoạn xác định nhiệm vụ, xét chọn,

phê duyệt kinh phí, hợp đồng, điều chỉnh (thời gian, nội dung, kinh phí thực hiện nếu có); văn

bản của tổ chức chủ trì đề tài, dự án (đơn, kiến nghị điều chỉnh nếu có)

Số

TT

Số, thời gian ban

1 Số 13/CV-TS3,

ngày 10/1/2009

Điều chỉnh nội dung và

dự toán chi đề tài

Đã được đồng ý cho phép điều chỉnh dự toán và giảm khối lượng sản phẩm tảo khô từ 50 kg xuống còn 35 kg, thể hiện trong

chuyển số dư tạm ứng năm 2009

văn bản số KHCN ngày 28/12/2009

7274/BNN-4 Tổ chức phối hợp thực hiện đề tài, dự án:

Nội dung tham gia chủ yếu

Sản phẩm chủ yếu đạt được

Ghi chú*

- Cung cấp tảo giống

- Đánh giá chất lượng tảo dựa trên thành phần sinh hóa

- Tảo giống thuần

- Số liệu phân tích thành phần sinh hóa tảo

- Lựa chọn máy sấy tảo tối ưu

Chế tạo được 1 máy sấy tảo bơm nhiệt

Sinh học và Môi trường – Đại học Nha trang

- Lựa chọn máy sấy tảo tối ưu

Sản phẩm tảo sấy ở máy đông khô

- Lý do thay đổi: Để thực hiện nội dung lựa chọn loại máy sấy tảo phù hợp,

cần nhiều loại máy sấy Viện Công nghệ Sinh học và Môi trường – Đại học Nha

có máy sấy đông khô, ví vậy cùng phối hợp thực hiện nội dung này

5 Cá nhân tham gia thực hiện đề tài:

(Người tham gia thực hiện đề tài thuộc tổ chức chủ trì và cơ quan phối hợp, không quá 10

Nội dung tham gia chính Sản phẩm chủ yếu đạt được chú* Ghi

1 ThS Nguyễn

Thị Bích Ngọc

ThS Nguyễn Thị Bích Ngọc -Xây dựng qui

trình sản xuất

tảo S.platensis

đảm bảo chất lượng, năng

- Qui trình sản xuất tảo

S.platensis đảm

bảo chất lượng, năng suất đạt 6 –

suất đạt 6 – 10 gr/m2/ngày

10 gr/m2/ngày

2 KS Nguyễn

Minh Châu

KS Nguyễn Minh Châu Thực hiện

chuyên đề:

- “Xây dựng qui trình nuôi sinh khối tảo”

- Xác định mật

độ ban đầu tảo tối ưu

- Báo cáo chuyên đề: Xây dựng qui trình nuôi sinh khối tảo

tảo và lựa chọn máy sấy

- Lựa chọn nguồn nước khoáng

- Nghiên cứu ảnh hưởng bổ sung CO2 lên quá trình sinh trưởng phát triển của tảo

- Sản phẩm tảo sệt và tảo sấy khô

- Chọn được máy sấy tảo phù hợp

- Chọn nguồn nước khoáng thích hợp để nuôi tảo -Báo cáo kết quả thí nghiệm ảnh hưởng bổ sung

CO2 lên quá trình sinh trưởng phát triển của tảo

- Nghiên cứu độ sâu thích hợp nuôi sinh khối tảo

- Báo cáo chuyên đề: “Xây dựng qui trình nuôi sinh khối tảo”

- Đưa ra được độ sâu thích hợp để nuôi tảo

- Ổn định điện,

- Có được mô hình nuôi sinh khối tảo

- Có máy sấy tảo

nước, máy móc trong quá trình hoạt động đề tài

- Chế tạo máy sấy tảo

- Trong quá trình hoạt động đề tài điện, nước, máy móc chạy ổn định

Đăng Hùng

TS Đặng Diễm Hồng - Cung cấp tảo

giống

- Đánh giá chất lượng tảo dựa trên thành phần sinh hóa

- Tảo giống thuần

- Số liệu phân tích thành phần sinh hóa tảo

Trọng Lực

TS Nguyễn

sấy tảo tối ưu Sản phẩm tảo sấy máy đông khô

8 TS Đặng Diễm

Hồng

KS Nguyễn Thanh Sơn - Đánh giá chất

lượng tảo dựa trên thành phần sinh hóa

Số liệu phân tích thành phần sinh hóa tảo

9 PGS.TS Khuất

Hữu Thanh

PGS.TS Khuất Hữu Thanh - Lựa chọn máy

sấy tảo tối ưu Chế tạo được 1 máy sấy tảo bơm

nhiệt

6 Tóm tắt các nội dung, công việc chủ yếu:

(Nêu tại mục 15 của thuyết minh, không bao gồm: Hội thảo khoa học, điều tra khảo sát trong nước và nước ngoài)

Người,

cơ quan thực hiện

1 Thử nghiệm nuôi tảo ở các

nguồn nước khoáng khác

nhau

6/2008

4-8/2008

Nguyễn Thị Bích Ngọc và CTV Viện nghiên cứu NTTS III

2 Nghiên cứu lựa chọn môi

trường dinh dưỡng thích hợp

cho sự phát triển của tảo

Spirulina platensis

7-9/2008

5-7/2008

Nguyễn Thị Bích Ngọc và CTV Viện nghiên cứu NTTS III

3 Nghiên cứu mật độ nuôi thích

hợp

9-11/2008

7-8/2008

Nguyễn Thị Bích Ngọc và CTV

và 5/2009

4-Viện nghiên cứu NTTS III

4 Nghiên cứu độ sâu bể nuôi 9-12/2008

9-10/2008

và tháng 3-7/2009

Nguyễn Thị Bích Ngọc và CTV Viện nghiên cứu NTTS III

5 Nghiên cứu bổ sung CO2 cho

quá trình nuôi

12/2008

và tháng 3-11/2009

Nguyễn Thị Bích Ngọc và CTV Viện Nghiên cứu NTTS III

6 Nuôi sinh khối tảo trong bể

8 Xây dựng qui trình quản lý

bể nuôi sinh khối tảo

3-10/2009

2-9/2009

Nguyễn Thị Bích Ngọc và CTV Viện nghiên cứu NTTS III

9 Xây dựng qui trình sản xuất

tảo Spirulina đảm bảo chất

lượng làm nguyên liệu sản

xuất thức ăn cho người và

ĐVTS

3-11/2009

2-11/2009

Nguyễn Thị Bích Ngọc và CTV Viện nghiên cứu NTTS III

III SẢN PHẨM KH&CN CỦA ĐỀ TÀI, DỰ ÁN

1 Sản phẩm KH&CN đã tạo ra:

Theo

kế hoạch

Thực

tế đạt được

1 Tảo khô Spirulina với chỉ tiêu chất lượng:

Protein: 50 -60 %; lipit: 9-13%; linolenic

axit: 0,6 – 1%; Vitamin nhóm B: 0,002 –

80,004 % TLK

2 Báo cáo chuyên đề về “

qui trình nuôi sinh khối

tảo Spirulina và “qui trình

quản lý bể nuôi sinh khối

Số lượng, nơi công bố

(Tạp chí, nhà xuất

bản)

công trình nghiên cứu khoa học công nghệ, 2005 -2009, Nhà xuất bản nông nghiệp d) Kết quả đào tạo:

Số lượng

Số

TT

Cấp đào tạo, Chuyên

hoạch Thực tế đạt được

Ghi chú

(Thời gian kết thúc)

ra một số sản

nghệ sinh học – Đại học Nha trang

- Công ty TNHH dịch vụ thương mại Hải Thanh

phẩm chế biến

Spirulina như:

bánh tráng tảo Spi, sữa chua tảo Spi, nước giải khát Spi

- Sử dụng tảo Spi trong nuôi thủy sản: cá cảnh biển, artemia, tu hài cho kết quả

tốt

2 Đánh giá về hiệu quả do đề tài, dự án mang lại:

Việc nghiên cứu thành công qui trình công nghệ sản xuất tảo Spirulina platensis từ nguồn nước khoáng sẽ thúc đẩy ngành công nghiệp sản xuất vi tảo ở Việt nam phát triển, từ đó tạo ra được sản phẩm từ tảo Spirulina ở Việt

Nam, đáp ứng nhu cầu tiêu thụ ngày càng cao về việc cung cấp nguyên liệu

cho các nghành dược phẩm, mỹ phẩm, dinh dưỡng và nuôi trồng thủy sản

Việt Nam có rất nhiều nguồn nước khoáng tự nhiên có khả năng sử

dụng để nuôi trồng tảo Spirulina Việc sử dụng được các nguồn nước khoáng

sẵn có để nuôi tảo sẽ là những đóng góp lớn cho việc khai thác nguồn tài nguyên đất nước phục vụ cho nhu cầu đời sống của con người , góp phần phát huy nguồn nội lực của đất nước trong việc tạo ra các sản phẩm có ý nghĩa sử dụng cao trong trong đời sống kinh tế xã hội

3 Tình hình thực hiện chế độ báo cáo, kiểm tra của đề tài, dự án:

Số

Thời gian thực hiện

Ghi chú

(Tóm tắt kết quả, kết luận chính, người chủ trì…)

II Kiểm tra định kỳ

nhiều việc, kết quả có triển vọng

Công việc năm 2009 rất nhiều, tập trung nghiên cứu ổn định chất lượng Chuyển qui mô phòng thí nghiệm sang qui mô sản xuất

tiến độ, chất lượng sản phẩm đáp ứng được yêu cầu đề tài

Kết quả phân tích kỹ hơn

lý do giá thành cao Tìm đối tác để tiến hành thực hiện dự án sản xuất thử nghiệm

Chủ nhiệm đề tài

(Họ tên, chữ ký)

Thủ trưởng tổ chức chủ trì

(Họ tên, chữ ký và đóng dấu)

MỤC LỤC MỤC LỤC I DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT………V DANH MỤC CÁC BẢNG VI DANH MỤC CÁC HÌNH VIII

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG I TỔNG QUAN TÀI LIỆU 3

1.1 Đối tượng nghiên cứu 3

1.1.1 Hình thái phân loại 3

1.1.2 Đặc điểm hình thái, cầu tạo 3

1.2 Ảnh hưởng của các yếu tố môi trường đến sinh trưởng của tảo Spirulina platensis 4

1.2.1 Ảnh hưởng của ánh sáng 4

1.2.2 Ảnh hưởng của nhiệt độ 5

1.2.3 Ảnh hưởng của pH 5

1.2.4 Ảnh hưởng của độ mặn 5

1.3 Ảnh hưởng của độ sâu bể nuôi 6

1.4 Ảnh hưởng của CO2 6

1.5 Nhu cầu dinh dưỡng của tảo Spirulina platensis 7

1.5.1 Nitơ 7

1.5.2 Cacbon 8

1.5.3 Phốtpho 8

1.5.4 Thành phần vi lượng 9

1.6 Thành phần dinh dưỡng của tảo Spirulina platensis 9

1.7 Tình hình sản xuất tảo Spirulina platensis 10

1.7.1 Tình hình sản xuất tảo Spirulina trên thế giới 10

1.7.1.1 Hình thức nuôi 10

1.7.1.2 Hệ thống nuôi sinh khối tảo công nghiệp 10

1.7.1.3 Thu hoạch, chế biến và bảo quản 12

1.7.2 Tình hình sản xuất tảo Spirulina ở Việt Nam 15

1.7.2.1 Nuôi sinh khối 15

1.7.2.2 Thu hoạch, chế biến tảo 17

CHƯƠNG 2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 20

2.1 Sơ đồ khối nội dung nghiên cứu 20

2.2 Phương pháp bố trí thí nghiệm 21

2.2.1 Chọn lựa nguồn nước khoáng nuôi tảo Spirulina platensis 21

2.2.2 Nghiên cứu cơ sở khoa học để xây dựng qui trình công nghệ nuôi sinh khối tảo Spirulina 21

2.2.2.1 Nuôi thử nghiệm tảo S platensis trong các môi trường dinh dưỡng khác nhau 21

2.2.2.2 Nghiên cứu lựa chọn mật độ ban đầu thích hợp cho sự phát triển của tảo S platensis 22

2.2.2.3 Nghiên cứu độ sâu bể nuôi thích hợp để nuôi sinh khối tảo Spirulina platensis 23

2.2.2.4 Thí nghiệm nghiên cứu ảnh hưởng bổ sung khí CO2 lên quá trình sinh trưởng, phát triển của tảo 23

2.2.2.5 Xây dựng qui trình quản lý bể tảo trong quá trình nuôi sinh khối 24

2.2.2.6 Chọn lựa máy sấy tảo 24

2.2.3 Xây dựng qui trình sản xuất tảo Spirulina platensis đảm bảo chất lượng, đạt

năng suất từ 6 – 10 gr khô/m2/ngày 25

2.2.4 Xây dựng mô hình sản xuất tảo Spirulina platensis 25

2.3 Phương pháp phân tích mẫu 26

2.3.1 Phân tích thành phần lý hóa học trong nước 26

2.3.2 Phương pháp phân tích thành phần sinh hóa tảo Spirulina platensis 27

2.4 Phương pháp xử lý số liệu 28

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 29

3.1 Chọn lựa nguồn nước khoáng nuôi tảo Spirulina platensis 29

3.1.1 Kết quả phân tích thành phần hóa học của các nguồn nước khoáng 29

3.1.2 Nuôi thử nghiệm tảo bằng các nguồn nước khoáng khác nhau 32

3.1.3 Chất lượng tảo Spirulina platensis nuôi trong các nguồn nước khoáng khác nhau 34

3.2 Nghiên cứu cơ sở khoa học để xây dựng qui trình công nghệ nuôi sinh khốí tảo Spirulina platensis đảm bảo chất lượng, đạt năng suất 6 -10 gr khô/m2/ngày 36

3.2.1 Nuôi thử nghiệm tảo S platensis trong các môi trường dinh dưỡng khác nhau 36

3.2.2 Lựa chọn mật độ ban đầu thích hợp cho sự phát triển của tảo Spirulina platensis 39

3.2.3 Nghiên cứu lựa chọn độ sâu thích hợp để nuôi sinh khối tảo Spirulina platensis 47

3.2.4 Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng bổ sung CO2 lên quá trình phát triển của tảo Spirulina platensis 51

3.2.5 Xây dựng qui trình quản lý bể tảo trong quá trình nuôi sinh khối 57

3.2.5.1 Sự phát triển của tảo nuôi trong điều kiện không bổ sung dinh dưỡng 57

3.2.5.3/ Qui trình quản lý bể nuôi tảo trong quá trình nuôi thu sinh khối 65

3.2.5.4 Một số vấn đề lưu ý trong quản lý bể nuôi tảo sinh khối 66

3.2.6 Thử nghiệm sấy thử nghiệm tảo Spirulina platensis ở các loại máy sấy khác nhau 67

3.3 Đề xuất qui trình công nghệ sản xuất tảo Spirulina platensis đảm bảo chất lượng, đạt năng suất 6 -10 gr khô/m2/ngày 71

3.3.1 Đối tượng và phạm vi áp dụng 72

3.3.2 Điều kiện áp dụng 72

3.3.3 Qui mô áp dụng 72

3.3.4 Cơ sở vật chất 72

3.3.5 Nội dung qui trình 73

3.3.5.1 Thiết kế hệ thống nuôi sinh khối 73

3.3.5.2 Vận hành qui trình nuôi 76

3.4 Kết quả thực hiện triển khai mô hình nuôi sinh khối tảo Spirulina platensis 79

3.4.1 Nuôi sinh khối tảo Spirulina platensis trong hệ thống kín 79

3.4.2 Nuôi sinh khối tảo Spirulina platensis trong hệ thống hở 82

3.4.3 Hiệu quả kinh tế mô hình nuôi tảo Spirulina platensis 83

KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT Ý KIẾN 85

KẾT LUẬN 85

ĐỀ XUẤT Ý KIẾN 86

TÀI LIỆU THAM KHẢO 88

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT

Các ký hiệu, các chữ viết tắt Diễn giải

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1 Hàm lượng các kim loại nặng trong tảo Spirulina platensis được nuôi ở các

nguồn nước khác nhau 17

Bảng 2.1: Thiết kế thí nghiệm 23

Bảng 3.1: Thành phần hóa học nước khoáng 29

Bảng 3.2: Nuôi thử nghiệm tảo bằng các nguồn nước khoáng khác nhau 32

Bảng 3.3: Thành phần sinh hóa của tảo khô Spirulina nuôi trong 3 nguồn nước khoáng 34

Bảng 3.4: Thành phần kim loại nặng của tảo khô Spirulina nuôi trong 3 nguồn nước khoáng 35

Bảng 3.5: Giá trị pH ở các môi trường nuôi tảo 36

Bảng 3.6: Kết quả nuôi thử nghiệm tảo trong các môi trường dinh dưỡng khác nhau 36

Bảng 3.7: Kết quả nghiên cứu lựa chọn mật độ ban đầu thích hợp cho sự phát triển của tảo 40

Bảng 3.8: Kết quả nghiên cứu lựa chọn mật độ ban đầu thích hợp cho sự phát triển của tảo nuôi trong bình thể tích 5l 43

Bảng 3.9: Kết quả phân tích Anova 2 yếu tố (P < 0,05) 45

Bảng 3.10: Sự phát triển của tảo nuôi ở độ sâu khác nhau 48

Bảng 3.11: Ảnh hưởng bổ sung CO2 lên quá trình phát triển của tảo Spirulina platensis 52

Bảng 3.12: Hiệu quả kinh tế khi sử dụng khí CO2 bổ sung 53

Bảng 3.13: Biến động các yếu tố môi trường trong thời gian thí nghiệm (giá trị trung bình ± SD) 54

Bảng 3.14: Kết quả nghiên cứu đánh giá hiệu quả sử dụng khí CO2 trong khu nuôi

sinh khối 54

Bảng 3.15: Tăng trưởng đặc trưng của tảo Spirulina platensis trong điều kiện không bổ sung thêm dinh dưỡng 59

Bảng 3.16: Biến động các yếu tố môi trường trong thời gian nuôi không bổ sung dinh dưỡng 59

Bảng 3.17: Biến thiên hàm lượng các chất dinh dưỡng trong môi trường nuôi không bổ sung thêm dinh dưỡng 60

Bảng 3.18 Thành phần sinh hóa của tảo Spirulina ở các lần thu hoạch khác nhau trong điều kiện nuôi không bổ sung dinh dưỡng 61

Bảng 3.19: Tốc độ tăng trưởng đặc trưng của tảo và hàm lượng dinh dưỡng bón bổ sung trong thí nghiệm quản lý bể nuôi sinh khối 64

Bảng 3.20: Thành phần sinh hóa tảo Spirulina platensis sấý khô bằng các phương pháp khác nhau và từ các nguồn gốc khác nhau 71

Bảng 3.21 Ưu, nhược điểm của các phương pháp sấy tảo Spirulina khác nhau 70

Bảng 3.22 So sánh ưu, nhược điểm của hệ thống nuôi sinh khối tảo Spirulina kín và nuôi hở 73

Bảng 3.23: Công thức môi trường Nisole 77

Bảng 3.24 Biến động các yếu tố môi trường trong thời gian nuôi sinh khối tảo Spirulina platensis trong hệ thống kín 79

Bảng 3.25 Kết quả nuôi thu tảo Spirulina platensis trong hệ thống kín 79

Bảng 3.26 Kết quả nuôi thu tảo Spirulina platensis trong hệ thống nuôi hở 81

Bảng 3.27 Chi phí sản xuất tảo Spirulina platensis 83

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 1.1: Tảo Spirulina platensis dưới kính hiển vi 3

Hình 1.2: Hệ thống bể nước chảy (raceway ponds) để nuôi tảo Spirulina 11

Hình 1.3: Hệ thống bể tròn dùng cho nuôi tảo 11

Hình 1.4: Thu hoạch tảo và phơi tảo 14

Hình 2.1 : Sơ đồ khối nội dung nghiên cứu 20

Hình 3.1: Đường cong sinh trưởng của quần thể tảo nuôi trong 3 nguồn nước khoáng 33

Hình 3.2: Đường cong sinh trưởng của quần thể tảo nuôi trong các môi trường dinh dưỡng khác nhau 37

Hình 3.3: Đường cong sinh trưởng của quần thể tảo nuôi trong bình tam giác ở các mật độ ban đầu khác nhau 40

Hình 3.4: Đường cong sinh trưởng của quần thể tảo nuôi trong bình 5l ở các mật độ ban đầu khác nhau 44

Hình 3.5: Diễn biến nhiệt độ và cường độ ánh sáng khu thí nghiệm ngoài khu nuôi sinh khối 46

Hình 3.6: Diễn biến nhiệt độ và cường độ ánh sáng trong thời gian thực hiện thí nghiệm đợt 1 (A, B), và thí nghiệm đợt 2 (C, D) 48

Hình 3.7 : Đường cong sinh trưởng của quần thể tảo trong thí nghiệm độ sâu đợt 1 (A), và đợt 2 (B) 49

Hình 3.8: Đường cong sinh trưởng tảo nuôi trong thí nghiệm nghiên cứu ảnh hưởng bổ sung CO2 lên quá trình phát triển của tảo Spirulina platensis (bình 5 lit) 52

Hình 3.9: Đường cong sinh trưởng của tảo nuôi trong thí nghiệm đánh giá hiệu quả sử dụng khí CO2 trong khu nuôi sinh khối (A: bao kín 60L; B: bể hở 4000l) 55 Hình 3.10: Đường cong sinh trưởng của quần thể tảo trong điều kiện không bổ sung

Hình 3.11: Đường cong sinh trưởng của quần thể tảo trong thí nghiệm quản lý bể

nuôi sinh khối tảo Spirulina platensis 63 Hình 3.12 Sản phẩm tảo Spirulina platensis được làm khô bằng các phương pháp

MỞ ĐẦU

Spirulina platensis là loài tảo lam, các tế bào liên kết thành tập đoàn dạng

sợi, có giá trị dinh dưỡng cao: protein chiếm đến 67 %, cao gấp 2 -3 lần thịt bò

và thịt gà; lipid - 11,5%; carbonhydrate - 15,3%; xơ- 0,1%, axit nucleic 4,2 % trọng lượng khô và có nhiều loại axit béo không bão hoà đa nối đôi, các nguyên

tố đa và vi lượng khác nhau (Đặng Đình Kim, 2002) Protein trong tảo Spirulina

gồm 18 loại axit amin, trong đó các loại axit amin thiết yếu như leucin, isoleucin, valin, lysin, methionin và tryptophan đều có mặt với tỷ lệ vượt trội so với chuẩn của tổ chức lương nông quốc tế (F.A.O) quy định, hệ số tiêu hóa và

hệ số sử dụng protein rất cao (www.spirulina.com.vn) Bên cạnh đó hàm lượng axit gama linolenic (tiền thân của chất prostaglandin) rất cao có tác dụng cùng với vitamin E chống xơ vữa động mạch, điều hòa huyết áp, bảo vệ gan và các tế

bào thần kinh Spirulina có các loại vitamin nhóm B, hàm lượng vitamin B12

cao gấp 2 lần trong gan bò, caroten cao gấp 10 lần trong củ cà rốt Sắc tố tạo cho tảo có mầu xanh lam (phycocyanin), các nguyên tố vi lượng như K, Mg,

Fe, Mn, Zn cũng rất cao có lợi cho hoạt động của hệ thần kinh và tim mạch, chống lão hóa ngăn ngừa bệnh ung thư và kích thích sự đáp ứng miễn dịch của

cơ thể đối với các tác nhân có hại từ bên ngoài Đặc biệt - kẽm và các axít amin: tryptophan, arginin có trong tảo giúp tăng cảm giác hưng phấn tình dục ở nam

giới Ngoài ra, nhiều kết quả nghiên cứu đã cho thấy tác dụng của Spirulina lên

tốc độ tăng trưởng, tỷ lệ sống và chất lượng thịt của nhiều loài động vật nuôi cũng như vai trò của nó trong viêc nâng cao khả năng miễn dịch học, diệt

virut của vật nuôi (Belay và cs., 1996) Chính vì vậy, từ lâu Spirulina đã là

một loại thức ăn giàu dinh dưỡng, được sử dụng trong việc phòng và chữa trị bệnh cho người và động vật nuôi cũng như trong xử lý môi trường (Anaga, 1996; Belay, 2002)

Ngày nay, Spirulina đang là đối tượng được tập trung nghiên cứu rất

mạnh vì chúng được xem như là một sản phẩm chiến lược mang lại giá trị kinh

tế cao của nhiều nước trên thế giới Do có những tác dụng to lớn đối với sức khỏe con người như vậy nên từ lâu, tổ chức lương thực và y tế thế giới (FAO &

WHO) đã xem Spirulina như là nguồn thực phẩm chức năng bổ dưỡng lý tưởng

trong thế kỷ 21 (Wang & Zhao, 2005) Hiện nay nhiều nước trên thế giới đã

phát triển nuôi công nghiệp loài tảo này với mục đích tạo thực phẩm dinh dưỡng, thực phẩm chức năng cho người và động vật nuôi trong đó có động vật

thủy sản Hơn nữa, ở Việt Nam nguồn nước khoáng thiên nhiên của nhiều tỉnh thành được đánh giá có thành phần khoáng rất tốt, có thể sử dụng cho mục đích

chữa bệnh, tăng cường sức khoẻ cho con người Vì vậy đề tài “Nghiên cứu sử

dụng nguồn nước khoáng để xây dựng qui trình sản xuất tảo Spirulina platensis đảm bảo chất lượng làm nguyên liệu chế biến thức ăn cho người và động vật thủy sản’’ được thực hiện với mong muốn tận dụng được những

khoáng chất tự nhiên quí giá sẵn có trong các nguồn nước khoáng thiên nhiên

của Việt Nam nhằm “xây dựng quy trình sản xuất tảo Spirulina platensis đạt

năng suất, chất lượng làm nguyên liệu chế biến thức ăn cho người và động vật thủy sản” từ đó tạo được nguồn nguyên liệu tảo Spirulina platensis tại Việt

Nam có thành phần dinh dưỡng cao làm thức ăn cho người và động vật thủy sản Để đạt được mục tiêu trên đề tài tiến hành thực hiện các nội dung chính sau:

1 Nghiên cứu lựa chọn nguồn nước khoáng để nuôi tảo Spirulina platensis đạt sinh khối và chất lượng tốt

2 Nghiên cứu cơ sở khoa học xây dựng qui trình công nghệ nuôi sinh

khối tảo Spirulina platensis đảm bảo chất lượng đạt năng suất 6 - 10gr

khô/m2/ngày bằng nguồn nước khoáng đã chọn

3 Xây dựng qui trình công nghệ sản xuất tảo Spirulina platensis, đảm

bảo chất lượng đạt năng suất 6 -10 g khô/m2/ngày bằng nước khoáng

4 Xây dựng mô hình sản xuất tảo Spirulina platensis

CHƯƠNG I TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 Đối tượng nghiên cứu

1.1.1 Hình thái phân loại

Ngành : Cyanophyta

Lớp : Cyanophyceae

Bộ : Oscillatoriales

Họ : Oscillatoriaceae

Chi : Spirulina Turpin em Garn, 1827

Loài : Spirulina platensis

20µm

Hình 1.1: Tảo Spirulina platensis dưới kính hiển vi

1.1.2 Đặc điểm hình thái, cầu tạo

Tảo Spirulina platensis là loài tảo lam hay còn gọi là vi khuẩn lam, cơ thể

có 5 – 7 vòng xoắn lò xo hoặc dạng sợi thẳng hay lượn sóng (Dương Đức Tiến,

1996 và Richmond A, 1983) Spirulina platensis là một loài thuộc họ Oscilatoriaceae – nghĩa là chúng có thể vận động hoặc di chuyển tiến về phía

trước và về phía sau Sự vận động này được thực hiện nhờ có tua viền, đó là những sợi nhỏ hình ống có đường kính 5 - 7 nm và chiều dài 1 - 2 µm Ngoài ra,

S.platensis còn có thể tạo ra các không bào khí (gas vesicles) có đường kính 70

nm và được cấu tạo từ các chuỗi protein liên kết lại Các không bào khí này

được tạo thành và làm căng ra nhờ có khí khi sợi Spirulina muốn vận động đi

lên theo cột nước kể từ lúc nó nhận ánh sáng mặt trời và bắt đầu quang hợp (http://spirulina.online.fr/cd-cfppa/12start.htm) Nhờ có sự hiện diện của những không bào chứa đầy khí trong những tế bào cùng với những sợi nhỏ hình xoắn

ốc mà nó có thể nổi được Những trichom này có chiều dài 50 - 500 µm và chiều rộng 3 - 4 µm (Ahsan, 2008)

1.2 Ảnh hưởng của các yếu tố môi trường đến sinh trưởng của tảo Spirulina

platensis

1.2.1 Ảnh hưởng của ánh sáng.

Ánh sáng ảnh hưởng đến vi tảo thông qua các yếu tố: chất lượng ánh sáng, cường độ ánh sáng và thời gian chiếu sáng Các nghiên cứu của Charencova và ctv, 1975 đã cho thấy cường độ ánh sáng tối ưu cho sự phát triển

của tảo S platensis nằm trong khoảng 2 - 3 klux Còn theo Vonshak & Tomaseli (2000) thì ánh sáng thích hợp cho sự phát triển của Spirulina là 150 – 200

µmol/m2/s Và theo Tadrro & Robert (1988), tảo S platensis sinh trưởng và phát

triển tốt ở 80 - 120 uE m-2 s-1 và đạt năng suất cao nhất ở cường độ ánh sáng 80

uE m-2 s-1, trong khi S maxxima đạt năng suất cao nhất ở 120 µE m-2 s-1 Khi nghiên cứu những ảnh hưởng của các yếu tố lý hóa và dinh dưỡng lên sự phát

triển của S platensis được phân lập từ hồ Kojima, Baldia & ctv (1991) xác định rằng sự phát triển nhanh chóng theo cấp số mũ của Spirulina platensis đạt được

ở cường độ ánh sáng 10000 lux trong suốt pha tăng trưởng Tuy nhiên, sự phát triển đạt đến bão hòa khi cường độ ánh sáng nằm giữa 5000 - 10000 lux và cường độ ánh sáng tối ưu là 2500 - 10000 lux với sự phát triển tốt nhất ở 5000 -

7500 lux Ogawa và Terui lại cho rằng cường độ ánh sáng tối ưu cho tảo S platensis là 20000 - 30000 lux Kết quả nghiên cứu của Hu & ctv (1998) cho

thấy ánh sáng bức xạ có ảnh hưởng đến mật độ tế bào tảo Khi mật độ tế bào cao cần ánh sáng có cường độ tới 2500 µmol/ m2/s và theo Vonshak & ctv (2000) khi đạt đến pha cân bằng thì cường độ ánh sáng có ảnh hưởng rất lớn đến khả năng tạo sinh khối tối ưu của loài tảo này

1.2.2 Ảnh hưởng của nhiệt độ

Nhiệt độ ảnh hưởng đến quá trình sinh trưởng của vi tảo thông qua tác động lên quá trình trao đổi chất diễn ra trong tế bào, nó là một trong những yếu

tố chính điều khiển sự phát triển của S platensis Toldga & ctv (2006) đã xác định được nhiệt độ thích hợp cho sự phát triển của tảo Spirulina nằm trong

khoảng 35 - 400C, và khoảng nhiệt độ ối ưu cho phát triển từ 35 đến 38 0C Kết quả nghiên cứu của Tadros & Robert, 1988 cho thấy khi nhiệt độ môi trường nuôi thấp hơn 25 0C, tảo sẽ sinh trưởng chậm, tảo tăng trưởng nhanh và đạt năng suất sinh khối cao nhất ở 30-35 0C Nhưng khi tăng nhiệt độ lên đến 49

0C, tế bào tảo ngả sang màu vàng và năng suất sinh khối của tảo bị giảm Trên

45 0C tế bào tảo sẽ bị phá hủy (Charenko & ctv, 1975)

1.2.3 Ảnh hưởng của pH

Sự biến đổi về nhiệt độ và cường độ ánh sáng đều có tác động đến giá trị

pH thông qua quá trình quang hợp của tảo Kết quả nghiên cứu của Tadros &

Robert, 1998, đã cho thấy pH của môi trường nuôi đã gây ảnh hưởng rất rõ rệt lên tốc độ tăng trưởng của hai loài Spirulina platensis và Spirulina maxima Tảo đạt tốc độ tăng trưởng cao trong khoảng pH từ 9-10 Còn khi pH tăng lên trên

10, sẽ giảm sự tăng trưởng của tảo Khi đó, các tế bào Spirulina maxima sẽ chuyển màu vàng còn tế bào Spirulina platensis sẽ chuyển thành màu xanh lá

tăng trưởng của tảo Spirulina đã được Tadros & Robert, 1998, nghiên cứu Tốc

độ tăng trưởng của tảo sẽ tăng khi nồng độ NaCl tăng từ 0 - 10mM Tuy nhiên, khi nồng độ này đạt đến 100 mM, tăng trưởng của tảo sẽ bị ảnh hưởng và năng

suất sinh khối bị giảm đi do sợi tảo bị ngắn lại

1.3 Ảnh hưởng của độ sâu bể nuôi

Ở mỗi độ sâu khác nhau thì sự xâm nhập của ánh sáng vào môi trường sẽ khác nhau Vì vậy, độ sâu có ảnh hưởng rất lớn đến quá trình quang hợp từ đó ảnh hưởng đến tốc độ tăng trưởng của tảo Yêu cầu về cường độ ánh sáng của vi tảo thay đổi rất lớn theo độ sâu của môi trường nuôi Duy trì độ sâu tối ưu là đặc biệt quan trọng đối với hệ thống nuôi tảo quy mô lớn (Mohanty, 1997) Độ sâu

của ao nuôi sinh khối tảo Spirulina thường được giữ ở khoảng 15 - 30 cm Độ

sâu lớn hơn 30 cm sẽ hạn chế ánh sáng, dẫn đến làm giảm sự quang hợp của tảo (Hidenori, 2004)

1.4 Ảnh hưởng của CO 2

CO2 là nguồn cacbon chính trong nuôi tảo, thiếu CO2 có thể gây ra những vấn đền bất lợi cho sự phát triển của tảo (Becker, 1994; Cohen, 2000; Degen & ctv, 2001) CO2 là chất dinh dưỡng cần thiết cho Spirulina, nhưng hàm lượng

của nó trong môi trường phải được giữ ở mức thấp (Vetayasuporn, 2004) Trong trường hợp nuôi với mật độ cao, CO2 từ không khí (0,03% CO2) không đủ sẽ làm hạn chế sự sinh trưởng của tảo, vì vậy ta có thể bổ sung CO2 tinh khiết vào nguồn khí cấp với tỉ lệ 1% (Lavens, 1996) Tăng hàm lượng CO2 không phải là nguyên nhân làm thay đổi tốc độ sinh trưởng cực đại trong khi nó lại làm giảm năng suất sinh khối CO2 trong môi trường cao sẽ làm giảm hàm lượng protein, các sắc tố trong tảo (Gordillo, 1998) Kết quả nghiên cứu của Kim & ctv (2004)

về ảnh hưởng của các hàm lượng CO2 khác nhau lên sự phát triển và sự quang

hợp của tảo Spirulina platensis nuôi trong điều kiện nhiệt độ duy trì ở 25 ± 1oC, ánh sáng ban ngày được cung cấp bởi đèn huỳnh quang có bức xạ photon 130 molphoton/m2/s cho thấy rằng với hàm lượng 0,01% CO2, tảo ngừng phát triển

và năng suất tế bào thấp So sánh sự phát triển của tảo khi nuôi ở 0,03% CO2 và 0,07% CO2 cho thấy tốc độ tăng trưởng của chúng không thay đổi nhưng năng suất tế bào tăng từ 1,2 đến 3,6 g/l Tỉ lệ quang hợp ở 0,03 và 0,07% CO2 cao hơn so với 0,01 và 1% CO2 Kim & ctv, 2004 cũng cho rằng những tế bào phát triển dưới điều kiện bổ sung 1% CO2 được xem là chậm nhất, mặc dù cacbon hữu cơ được giữ nguyên ở 50-60 mg/l và pH 7,5-8,0 Trong số các hàm lượng

CO2 đã được thử nghiệm thì 0,07% CO2 là tốt nhất cho nuôi tảo Spirulina platensis mật độ cao (Kim và CTV, 2004)

Còn theo Tadros & Robert (1988), khi nuôi thí nghiệm hai loài tảo S platensis và S maxima với 10% CO2 trong không khí làm giàu thì cả hai loài tảo

này đều không phát triển và chuyển sang màu vàng pH giảm nhanh chóng từ

9,4 xuống còn 7 trong vòng 3 giờ Điều khiển pH ổn định trong quá trình nuôi thông qua điều khiển CO2, đảo nước trong môi trường nuôi là phương pháp tốt nhất và tiện lợi nhất, đồng thời cung cấp CO2 nhằm đạt được năng suất cao trong nuôi sinh khối tảo Việc này cũng được áp dụng để làm giàu HCO3- cho

môi trường phát triển như cho sự phát triển của Spirulina Spirulina platensis

cần hàm lượng cacbonat và bicacbonat cao, vì vậy để nâng cao năng suất sinh khối, hiện nay người ta bổ sung CO2 vào môi trường nuôi và các nhà khoa học đang tiếp tục cải tiến nhằm giảm tối đa lượng CO2 mất mát ra ngoài không khí (Đặng Đình Kim, 1998)

1.5 Nhu cầu dinh dưỡng của tảo Spirulina platensis

Dinh dưỡng ảnh hưởng rất lớn đến năng suất và chất lượng vi tảo Theo Lavens (1996), trong môi trường nuôi nhân tạo mật độ tế bào tảo thường cao hơn mật độ ngoài tự nhiên, vì vậy việc bổ sung các chất dinh dưỡng vào môi trường nuôi là thiết yếu Nitơ, phốtpho, sắt và cacbon là những chất được biết

cần thiết cho sự phát triển của tảo Spirulina Hiện nay, môi trường Zarrouck đang được xem là môi trường thích hợp nhất để nuôi trồng tảo Spirulina

(Richmond, 2002)

1.5.1 Nitơ

Nitơ là yếu tố quan trọng đối với đời sống thực vật nói chung và vi tảo nói riêng, nó thường chiếm khoảng 7 - 10% trọng lượng khô của tế bào Nitơ rất cần thiết cho quá trình sinh trưởng và phát triển của vi tảo vì nó là thành phần cơ bản cấu tạo nên nhiều loại protein cấu trúc (tham gia vào cấu trúc của

tế bào) và protein chức năng (các enzyme, các chất có hoạt tính) trong tế bào tảo (Vetayasuporn, 2004) Ngoài ra, nitơ cũng tham gia vào cấu tạo nhiều loại vitamin như B1, B2, B6, BP là thành phần của hệ men oxy hóa khử và nhiều men quan trọng khác Trong môi trường nước, nitơ tồn tại ở dạng hợp chất:

NH3, NH4+, NO3-, NO2-, tảo có khả năng sử dụng đạm dưới dạng hợp chất amoni, nitrat (Fulks, 1991) Theo Tadros và Robert, 1988 cho thấy, nồng độ ure

20 mM làm tăng tốc độ sinh trưởng của tảo Spirulina, nhưng nếu giá trị này

tăng cao hơn sẽ lại có tác động ngược lại Đối với nitrate, nồng độ 30 mM sẽ

giúp tảo tăng trưởng nhanh, có sản lượng sinh khối thu được cao Nếu nồng độ nitrate thấp (10mM), tăng trưởng của tảo sẽ bị chậm lại và chúng bị mất các thành phần sắc tố

1.5.2 Carbon

Nguồn carbon bị thiếu trong quá trình nuôi tảo gây ra những vấn đề bất lợi cho sự phát triển của tảo (Becker, 1994; Cohen, 2000; Degen & ctv., 2001)

Tảo Spirulina không sử dụng CO2 tự do mà chủ yếu sử dụng ở dạng HCO3

-hoặc CO32- Môi trường nuôi tảo Spirulina có pH kiềm, mặt khác hàm lượng

HCO3- và CO32- quyết định đến pH của môi trường Tốc độ khuếch tán CO2 từ không khí vào trong ao nuôi có thể duy trì năng suất khoảng 10 g khô m-1d-1 Tỉ

lệ cao như 70 g khô m-1d-1 có thể gây ra sự thâm hụt cacbon khoảng 30 g C m

-1d-1 (chiếm 50% hàm lượng C của sinh khối) (Lee & ctv, 1995) CO2 - H2CO3 - HCO3- - CO32- là hệ đệm quan trọng nhất thường có mặt trong nước ngọt và nó

là những chất sẵn có nhất để điều khiển và duy trì giá trị pH trong khoảng tối ưu

cho những loài nuôi sinh khối (Richmond, 2000) Hệ đệm bicacbonat – cacbonat có thể cung cấp CO2 trong suốt quá trình quang hợp theo phản ứng sau:

2HCO3- ⇔ CO32- + H2O + CO2

CO32-+ H2O ⇔ CO2 + 2OH-

1.5.3 Phốt pho

Phốt pho là một trong những yếu tố quan trọng tham gia vào cấu trúc của

tế bào tảo Chúng có vai trò quan trọng trong khâu chuyển hóa trung gian và có

ý nghĩa then chốt trong trao đổi năng lượng Những nghiên cứu của Tadros & Robert, 1988 đã cho thấy khi nồng độ phốtpho tăng từ 1 đến 5 mM thì tăng

trưởng của tảo Spirulina cũng tăng Nhưng khi nồng độ phốtpho đạt đến 10 mM

thì tảo bắt đầu tàn Nồng độ phốt pho của môi trường giảm xuống dưới 1 mM, tảo vẫn phát triển nhưng sợi tảo bị ngắn lại do đó ảnh hưởng năng suất sinh khối tảo thu được

1.5.4 Thành phần vi lượng

Các yếu tố vi lượng gồm muối kim loại với nồng độ thấp tham gia vào quá trình trao đổi chất của vi tảo Theo Tadros và Robert, 1988, nồng độ sắt ảnh

hưởng đến tăng trưởng và sinh khối tảo Spirulina Nồng độ sắt ở 0,05 mM, sẽ

có tác động tốt cho tăng trưởng của tảo Tăng nồng độ sắt lên 0,1 mM sẽ làm

giảm năng suất sinh khối tảo và tế bào của chúng chuyển sang màu vàng

1.6 Thành phần dinh dưỡng của tảo Spirulina platensis

Spirulina platensis là một loài vi tảo có giá trị dưỡng dược cao Giá trị

dinh dưỡng và chức năng sinh học của tảo Spirulina đã được khám phá và công

bố rộng rãi ở nhiều nước trên thế giới như: Mỹ, Pháp, Nhật, Canada, Mehico,

Đaì Loan, Trung Quốc Hầu hết các nghiên cứu đã chỉ ra rằng Spirulina rất giầu

protein, tới 60-70% trong khi thịt bò loại I chỉ có 21%, thịt gà ta 20,3%, thit lợn nạc 19%, cá 20 % (http://vietbao.vn/vi/Suc-khoe ) Các thành phần khác như

lipid từ 4 - 7%, carbohydrat 13,6%, axít béo không thay thế 18%, xanthophyll 0,22%,

chlorphyll 1,0% và phycocyanin 14% (Vetayasuporn, 2004) Spirulina chứa 18 loại

amino axít không thay thế như: Isoleucin, leucin, lysine, methionin, phenylanine, threonin, triptophan và valine (Choi & ctv., 2008) Trong đó hàm lượng cao nhất là leucine (10,9% tổng amino axít), valin (7,5%), isoleucine (6,8%) và những axít béo không thay thế như: axít linoleic (C18:2) và axít γ-linoleic (C18:3) (Vetayasuporn, 2004).Do không có vách tế bào cellulose nên Spirulina rất dễ tiêu hóa (Belay & ctv.,

1996; Toyomizu & ctv., 2001) Bên cạnh đó, Spirulina còn là nguồn bổ sung nhiều

loại vitamin như vitamin A, vitamin E, vitamin B (B1, B2, B6, B12)… với hàm lượng

B12 gấp đôi gan bò, lượng ß-caroten cao hơn 20 lần trong cà rốt, lượng vitamin E thì gấp đôi mầm lúa mì Giàu khoáng chất cần thiết cho cơ thể như: kali, canxi, magiê,

sắt, kẽm… và chất xơ Ngoài ra, Spirulina còn chứa nhiều chất chống lão hóa quan

trọng như phycocyanin,chlorophyll và carotenoid (http://www.spirulina.com.vn)

Tokusogru & Unan (2003) nghiên cứu 3 loài tảo Spirulina platensis, Chlorella vulgaris và Isochrysis galbana, kết quả thu được cho thấy S platensis chứa hàm

lượng protein nhiều nhất và rất giàu axít γ-linolenic (C18: 3n-6) (GLA)

1.7 Tỡnh hỡnh sản xuất tảo Spirulina platensis

1.7.1 Tỡnh hỡnh sản xuất tảo Spirulina trờn thế giới

1.7.1.1 Hỡnh thức nuụi

Theo tài liệu kỹ thuật nghề cỏ của FAO (1996) thỡ hiện cú 3 hỡnh thức nuụi

tảo cơ bản là nuụi từng mẻ, nuụi liờn tục và nuụi bỏn liờn tục

- Nuụi từng mẻ: việc nuụi sinh khối được bắt đầu từ việc nuụi cấy thuần

chủng cỏc tế bào trong mụi trường nuụi cấy tối ưu Quy trỡnh nuụi trồng bao gồm cỏc giai đoạn nuụi cấy liờn tục như nuụi tảo trong ống nghiệm, nuụi trong bỡnh 2 lớt và tăng sinh dần tới thể tớch lớn hơn Trong hỡnh thức nuụi này, tảo được chuyển qua cỏc thể tớch nuụi lớn hơn trước khi đạt đến pha cõn bằng Khi

tảo đạt mật độ tối đa thỡ tiến hành thu hoạch

- Nuụi liờn tục: trong hỡnh thức này nước nuụi đó cung cấp dinh dưỡng

được bơm liờn tục vào bể nuụi ở pha sinh trưởng và đồng thời rửa sạch cỏc tảo thừa Hỡnh thức nuụi này lại cho phộp duy trỡ giống nuụi cấy cú tốc độ tăng trưởng rất gần với tốc độ sinh trưởng cực đại Tuy nhiờn, đõy là phương phỏp khỏ phức tạp và chi phớ sản xuất rất cao

- Nuụi bỏn liờn tục: Nuụi bỏn liờn tục kộo dài việc sử dụng tảo nuụi trong

bể lớn bằng việc định kỳ thu hoạch từng phần, bổ sung thể tớch mụi trường nuụi giàu dinh dưỡng để đảm bảo được nguồn dinh dưỡng luụn đạt được như ở mức ban đầu Phương phỏp nuụi bỏn liờn tục cú ưu điểm nổi bật là cho phộp điều chỉnh kịp thời và hợp lý chất dinh duỡng cho quỏ trỡnh nuụi, tối ưu húa năng suất, chất lượng và sản lượng tảo thu được (Giridhar và Srivastava, 2001) Hơn nữa, phương pháp này cho phép duy trì đủ thể tích tảo giống ban đầu cho mẻ nuôi mới có tốc độ phát triển nhanh (Fobregas & ctv, 1996 và Fobregas & ctv

1995a)

1.7.1.2 Hệ thống nuụi sinh khối tảo cụng nghiệp

Nuụi vi tảo ở quy mụ cụng nghiệp đó được thực hiện ở Nhật Bản từ những

năm đầu thập kỷ 60 của thế kỷ trước với đối tượng được nuụi là tảo Chlorella Tảo Spirulina được phỏt triển nuụi sau đú từ những năm đầu thập kỷ 70 tại hồ

Texcoco, Mexico, Mỹ (Radmann, 2007) Đến nay người ta đó phỏt triển nuụi cụng nghiệp để thương mại hoỏ sản phẩm thu được từ tảo này tại Đài Loan,

Thái Lan, California, Nhật, Israel Hệ thống nuôi vi tảo công nghiệp được thiết kế đa dạng và có thể được nuôi trong nhà che kín bằng vật liệu trong suốt hoặc nuôi hở ngoài trời, thể tích tảo nuôi được khuấy đảo đều bởi hệ thống máy đảo, nước (Richmond, 1990):

- Hệ thống nước chảy (raceway pond): Tảo Spirulina được nuôi trong các hệ

thống hở, đặc biệt là hệ thống nước chảy, hở hoặc cũng có thể được che kín bởi mái che (làm bằng vật liệu trong suốt) Hệ thống này được đánh giá là đơn giản, dễ thực hiện và có hiệu quả nhất, diện tích ao hoặc bể nuôi có thể thiết kế tới 5000 m2 hoặc lớn hơn nữa (hình 2) Hiện nay đây là hệ thống thông dụng

nhất cho sản xuất tảo Spirilina công nghiệp trên thế giới

Hình 1.2: Hệ thống bể nước chảy

(raceway ponds) để nuôi tảo

Spirulina

Hình 1 3: Hệ thống bể tròn dùng cho nuôi tảo

(http://wwwscieng.murdoch.edult)

- Hệ thống bể tròn (Circular ponds): Hệ thống bể kiểu này đã được sử dụng tại Nhật và Đài Loan từ những năm 1960 - 1970, được dùng cho nuôi tảo

Chlorella, đường kính bể có thể tới 45 mét, bể nuôi có thể có mái che bằng

kính Tuy nhiên, loại thiết kế này rất tốn kém và tiêu thụ nhiều năng lượng cho việc khuấy đảo Ngoài ra còn có một nhược điểm lớn nữa là rất khó khuấy đảo đều ở vùng trung tâm của bể nuôi

Nghiên cứu thử nghiệm nuôi công nghiệp tảo Spirulina của Jimener, 2003

ở miền nam Tây Ban Nha trong bể hở raceway (450 m2) trên môi trường Zarrouck, tốc độ dòng chảy (30 cm/s) được điều chỉnh bằng máy đảo nước đã cho sản lượng nuôi có thể đạt 30 - 32 tấn tảo khô/ha/năm Để nâng cao hiệu quả

kinh tế của hệ thống nuôi sinh khối tảo Spirulina cho mục đích thương mại, các

kết quả nghiên cứu của Radmann, 2007 đã cho thấy nuôi tảo này trong hệ thống bể nước chảy bằng phương thức bán liên tục, bổ sung 40-60% thể tích môi trường dinh dưỡng mới khi tảo đạt tới sinh khối 0,4 g/ L và sử dụng môi trường dinh dưỡng có bổ sung 20% môi trường Zarrouck đã có thể làm giảm đáng kể giá thành sản phẩm của tảo và nâng cao được năng suất nuôi Nghiên

cứu của Goksan, 2007 cũng chỉ ra việc nuôi trồng thử nghiệm Spirulina trong

hệ thống bể raceway (2500 lít), sinh khối đạt được 0,5 g/L, trong khi đó, nếu nuôi tảo trong những thể tích nhỏ hơn (bình thủy tinh 20 lit) thì sinh khối thu được là 0,9 g/L Tuy nhiên, hàm lượng Protein lại bị giảm đi từ 58,3 % xuống còn 33,8 % Xét về mặt hiệu quả kinh tế và để phát triển nuôi tảo theo qui mô công nghiệp thì hệ thống bể raceway vẫn là nổi trội

1.7.1.3 Thu hoạch, chế biến và bảo quản

Thu hoạch

Thành phần các chất dinh dưỡng của tảo Spirulina phụ thuộc nhiều vào công

nghệ thu hoạch, sấy khô và bảo quản Thu hoạch tảo tươi không đúng thời điểm (khi tảo chưa tích lũy được các chất cao nhất), hoặc thu hoạch không đúng kỹ thuật đều có thể làm giảm khoảng 20-35 % hàm lượng protein, vitamin và các chất khác trong tảo tươi Do vậy, việc xác định thời điểm thích hợp để thu hoạch

tảo và biện pháp bảo quản sản phẩm là một việc làm có ý nghĩa và đặc biệt quan trọng, quyết định số lượng và chất lượng sinh khối tảo

Theo Hanaa (2003) thu sinh khối tảo bằng phương pháp ly tâm lạnh (với tốc

độ 6.000 vòng/phút, ở nhiệt độ 4 0C) là tốt nhất Thời điểm tốt nhất cho thu hoạch là khi tảo phát triển đến pha cân bằng Jordan (2001) đã cho thấy mức nước tối ưu cho nuôi tảo là 40cm, và nên thu tảo bằng phương pháp lọc tuần hoàn dựa trên tác dụng của trọng lực Với cách thu này, nước chứa sinh khối tảo được lọc qua một lưới lọc rác rồi lại được đưa trở lại hệ thống lọc tảo Kích thước mắt lưới dùng cho thu sinh khối tảo từ 30 đến 50µm

Theo tài liệu của FAO (1996), những vi tảo nuôi đạt được mật độ cao, có thể được gom bằng cách làm kết bông hoặc ly tâm khi dùng hóa chất như sunphat nhôm và clorua sắt sẽ làm cho tế bào tảo đông tụ và lắng xuống đáy hoặc nổi lên trên bề mặt, thuận lợi cho việc thu hoạch Sau đó thu sinh khối sẽ được tiến hành bằng cách dùng ống siphon hút các tảo nổi trên bề mặt hoặc vớt các tế bào tảo ra khỏi bề mặt Ly tâm khối lượng tảo lớn thường được thực hiện bằng máy tách váng; tốc độ dòng chảy được điều chỉnh theo loài tảo và tốc độ

ly tâm của máy tách Các tế bào tảo sẽ đọng lại ở thành của đầu máy ly tâm ở dạng bột nhão đặc Sau đó, bột nhão này được treo trong một dung tích nước hạn chế để bảo quản

Jordan, 2001 cũng đã xác định được thời gian tốt nhất cho thu sinh khối

tảo Spirulina là vào buổi sáng sớm Nhiệt độ thấp sẽ giúp cho việc thu hoạch tảo được dễ dàng hơn Hàm lượng protein trong tảo Spirulina đạt lớn nhất vào

buổi sáng Có 2 phương pháp thu hoạch chính như sau:

+ Thu hoạch bằng máy bơm qua hệ thống lọc bằng vải lọc, phin lọc để thu sinh khối tảo sau đó cho vào máy ép loại bớt nước và thu tảo tươi dạng sệt + Thu hoạch bằng máy bơm qua hệ thống lọc thu vào máy ly tâm với tốc

độ 6000 vòng/phút , ở nhiệt độ thấp để thu được tảo tươi dạng sệt.

Chế biến và bảo quản

Tảo tươi sau thu họach nếu sử dụng cỏc cụng nghệ chế biến khụng phự hợp cú thể làm giảm chất lượng tảo đến 50% Do vậy, nghiờn cứu công nghệ thu hoạch

và chế biến tảo để thu được tảo nguyờn liệu khụ, độ ẩm thấp là một yờu cầu cấp

thiết trong cụng nghệ nuụi trồng tảo Spirulina.

Có nhiều phương pháp sấy khô tảo khỏc nhau như sau:

a/ Phơi nắng:

+ Tảo tươi sệt sau thu hoạch đem phơi nắng tự nhiên ở nhiệt độ thấp hơn

45 0C, có gió thoáng, trong khoảng thời gian 6-8 giờ (thường phơi 2 lần) Việc phơi này có thể làm cho tảo bị biến màu chuyển sang màu nâu nhạt và chất lượng tảo giảm đến 50%

Minh họa thu hoạch và chế biến tảo thủ cụng:

Hình 1.4: Thu hoạch tảo và phơi tảo b/ Làm khô tảo với các loại thiết bị sấy

+ Sấy tảo bằng cỏc thiết bị sấy thụng thường: Tảo tươi sệt cú thể sử dụng cỏc tủ sấy thụng thường để sấy khụ, tuy nhiờn nếu sử dụng nhiệt độ trên105 0C sấy trong thời gian 1-3 giờ làm chất lượng tảo giảm đi khoảng 30-35 %

+ Sấy tảo Spirulina trong cỏc thiết bị hiện đại: Sử dụng cỏc thiết bị hiện

đại (như trong sản xuất thuốc khỏng sinh hoặc emzym) với cỏc thiết bị sấy phun, thiết bị đụng khụ, thiết bị sấy chõn khụng… để sấy tảo thu được tảo khụ nguyờn liệu cú chất lượng cao, nhưng giỏ thành tảo thành phẩm rất đắt, do giỏ thiết bị phải nhập ngoại rất cao

+ Một số cụng ty nước ngoài sử dụng thiết bị sấy lạnh và đúng viờn tảo khộp kớn, giữ được chất lượng tảo cao (hộp 100 viờn giỏ 24,2 euro) nhưng giỏ thành sản phẩm đắt, đầu tư ban đầu tốn kộm

1.7.2 Tỡnh hỡnh sản xuất tảo Spirulina ở Việt Nam

1.7.2.1 Nuụi sinh khối

Tại Việt Nam, kỹ thuật nuôi sinh khối tảo Spirulina được nghiên cứu từ

những năm của thập kỷ 70 do cố Giáo sư Nguyễn Hữu Thước & ctv (Viện Sinhhọc nay là Viện Cụng nghệ Sinh học thuộc Viện Khoa học và Cụng nghệ Việt

Nam) Từ đây là tiền đề cho hàng loạt những nghiên cứu về tảo Spirulina sau

này

Năm 1985-1995 đó cú những nghiờn cứu thuộc lĩnh vực cụng nghệ sinh học cấp nhà nước như nghiờn cứu của GS.TS Nguyễn Hữu Thước và cộng sự

(với đề tài "Cụng nghiệp nuụi trồng và sử dụng tảo Spirulina" Đề tài cấp thành

phố Hồ Chớ Minh của Bỏc sĩ Nguyễn Thị Kim Hưng và cộng sự về "Nghiờn

cứu sản xuất và sử dụng thức ăn cú tảo Spirulina trong dinh dưỡng điều trị"

(báo dân trí điện tử 19/6/2007) Theo thông tin từ báo điện tử dân trí 19/6/2007, ThS Lăng đó nghiờn cứu và xõy dựng thành cụng quy trỡnh nuụi trồng sản xuất

sạch tảo Spirulina trờn đất nụng nghiệp nghốo dinh dưỡng trong hồ nuụi cú mỏi

che Mụ hỡnh nuụi trồng tảo sạch khỏ đơn giản, bao gồm hồ nuụi bằng xi-măng hoặc bờ-tụng xi-măng chịu kiềm, mỏi che kiểu nhà kớnh, hàng rào bằng cõy xanh quanh hồ để chống bụi và cỏc xõm nhiễm khỏc Với quy trỡnh này, tảo sau

khi thu hoạch sẽ được đưa ngay vào quỏ trỡnh tỏch chiết Tảo Spirulina ở dạng

khụ sẽ được đúng gúi, bảo quản để làm nguyờn liệu sản xuất thuốc Thời gian nuôi một mẻ kéo dài liên tục khoảng 90-120 ngày, thời gian thu hoạch một thế

hệ là 8-15 ngày Năng suất đạt 2 - 3 tấn/2500 m2/năm Mặc dù vậy, công nghệ nuôi tảo này cũng chưa đưa ra được dây chuyền sản xuất tảo theo qui mô công nghiệp và ứng dụng công nghệ nuôi tiên tiến (race way ponds) mà hiện nay trên thế giới ngành công nghiệp sản xuất tảo đang sử dụng một cách rộng rãi Mặc

dù Việt Nam là nước có điều kiện tự nhiên rất thuận lợi cho tảo Spirulina phát

triển (nhiệt độ cao, thời gian chiếu sáng nhiều), nhưng ngành công nghiệp sản xuất tảo ở Việt Nam còn rất mới mẻ và qui mô chủ yếu còn ở qui mô hộ gia

đình như ở Sóc Trăng, Vĩnh Phú và ngọai thành Hà Nội (Thông tin cá nhân từ

GS Dương Đức Tiến 2007), năng suất chất lượng thấp Việc nghiên cứu sử dụng nguồn nước khoáng giàu HCO3- để nuôi tảo Spirulina đã được thực hiện

nghiên cứu thử nghiệm, song cũng mới chỉ tập trung một số nguồn khoáng ở

các tỉnh phía Bắc, quy mô nuôi nhỏ, do đó sản lượng tảo Spirulina của Việt

Nam còn rất thấp Mặc dù cũng đã có công ty nước khoáng Vĩnh Hảo, tỉnh Bình

Thuận, nuôi trồng đại trà thành công tảo Spirulina platensis bằng nước khoáng,

song sinh khối tảo thu được mới chỉ đáp ứng khoảng 30% nhu cầu sử dụng trong nước, sản lượng 7 – 8 tấn/năm

Nhằm mục tiêu đánh giá khả năng sinh trưởng và chất lượng của các chủng tảo phát triển trên môi trường nước khoáng, đánh giá các chỉ tiêu lí hóa môi trường trước khi nuôi tảo làm cơ sở cho thiết lập quy trình công nghệ nuôi tảo

Spirulina, Hòang Sĩ Nam và CTV, 2007 đã tiến hành nuôi thử nghiệm 2 chủng tảo Spirulina platensis CNT và Spirulina platensis C1 trên 3 loại nước khoáng

Thạch Thành - Thanh Hóa, Thanh Tân - Thừa Thiên Huế và Thanh Liêm - Hà Nam Kết quả đã xác định, trong 3 loại nước khoáng được sử dụng cho nuôi

trồng thử nghiệm tảo Spirulina platensis, nước khoáng Thanh Hóa có thành

phần dinh dưỡng tốt nhất (giàu HCO3-, NO3-, PO43-) cho nuôi trồng tảo Spirulina platensis Hai loại nước khoáng ở Huế và ở Hà Nam có thành phần các thông số

lý hóa gần tương tự nhau Có thể sử dụng nước khoáng Thạch Thành (Thanh

Hóa) để nuôi trồng cả hai chủng tảo Spirulina platensis CNT và Spirulina platensis C1 trên công thức môi trường MT2 Với môi trường này, giá thành

nuôi tảo được giảm đi mà chất lượng tảo vẫn đảm bảo so với nuôi bằng môi trường Zarrouck chuẩn Tuy nhiên, trong hai chủng CNT và C1, chủng CNT có tốc độ tăng trưởng cao gấp 1,5 lần so với chủng C1

Phân tích thành phần kim loại nặng tích lũy trong sinh khối tảo S platensis

CNT khi được nuôi trồng ở công thức MT1TH (môi trường Zarrouck pha bằng

nước khoáng Thanh Hóa) và so sánh các chỉ tiêu trên ở tảo Spirulina nuôi ở

Vĩnh Hảo (Bình Thuận) và Mexico, Hoàng Sĩ Nam & ctv, 2007, đã đưa ra bảng

so sánh sau:

Bảng 1: Hàm lượng các kim loại nặng trong tảo Spirulina platensis

được nuôi ở các các nguồn nước khác nhau

Hàm lượng kim loại nặng (ppm)

Tảo Spirulina platensis CNT nuôi

Tảo Spirulina platensis được nuôi

Tảo Spirulina platensis được sản

*

Theo tài liệu phân tích tảo Spirulina platensis được nuôi trồng ở Vĩnh Hảo -

Bình Thuận do Nguyễn Diệu Minh, Trung tâm vật liệu năng lượng nguyên tử quốc gia công bố (Nguyễn Hữu Thước, 1988)

**

Theo tài liệu của Christopher Hill (1980), với tảo Spirulina được sản xuất ở

Mexico (Nguyễn Hữu Thước, 1988)

Trong số các nguyên tố kim loại nặng, người ta thường quan tâm đầu tiên

đến 4 nguyên tố As, Hg, Cd và Pb Bởi vì, các nguyên tố này gây độc hại cho con người và động vật nếu mục đích sử dụng chúng làm thực phẩm So với giới hạn cho phép của tiêu chuẩn TCVN (1995), hàm lượng các kim loại nặng có

trong tảo Spirulina platensis CNT rất thấp, bảo đảm chất lượng cho việc sử

dụng làm thực phẩm chức năng cho người và động vật nuôi,

1.7.2.2 Thu hoạch, chế biến tảo

Đặng Đình Kim, 2002, đã xác định được thời điểm tốt nhất để thu hoạch tảo

Spirulina tại giai đoạn giữa hoặc cuối pha logarit 80% lượng tế bào tảo Spirulina được thu hoạch khi tảo đạt đến pha tăng trưởng logarit Trước khi thu

sinh khối 2h, hệ thống nuôi tảo được tắt sục khí, tảo sẽ nổi lên và được thu hoạch bởi máy lọc váng Quá trình nổi lên của tảo được rút ngắn bằng cách

thêm NaCl với nồng độ 2% vào hệ thống nuôi tảo Spirulina Thời điểm thu

hoạch tốt nhất là khi tảo được 6 ngày tuổi Theo Đặng Đình Kim & ctv (1994) tảo cô đặc được sấy ở nhiệt độ 105 0C trong 1h và bảo quản khô Khối lượng tảo khô thu được bằng 7 đến 9 % khối lượng tảo tươi ban đầu, giá trị này thay đổi tùy thuộc vào chất lượng tảo sinh khối thu được

Những năm gần đây, các nghiên cứu về tảo Spirulina được tiến hành ở

nhiều cơ sở, nhằm vào hướng chủ yếu: chế biến sinh khối tảo để nâng cao hiệu quả sử dụng, đặc biệt là trong lĩnh vực y học, dựng làm thức ăn cho động vật nuụi và thuỷ hải sản, xử lý môi trường Công nghệ tách chiết sắc tố lam từ

Spirulina ở qui mô hàng kilôgam để ứng dụng cho bệnh nhân ung thư và bệnh

nhân tai, mũi, họng cũng đã được hoàn chỉnh Một chế phẩm có tên gọi

“Phycobleu” đã được trường Đại học Y khoa Hà Nội thử độc tính và thử nghiệm sử dụng chế phẩm này cho bệnh nhân tại Viện Tai Mũi Họng Hà Nội

(Đặng Đình Kim & ctv, 1994) Trước tình hình nhu cầu sử dụng tảo Spirulina

ngày càng tăng ở nước ta, song lượng sinh khối tảo này sản xuất ra mới chỉ đáp ứng được 30% nhu cầu thực tế Sản phẩm trong nước chủ yêú bán ở dạng thô, giá thành chỉ bằng 1/5 thành phẩm được chế biến (Quốc Tớn, 2007) Mặc dù qui

trình nuôi tảo Spirulina đã đươc nghiên cứu từ lâu ở Việt Nam, nhưng đến nay năng suất nuôi tảo Spirulina trung bình cũng chỉ đạt 3 -6 tấn/ha/năm, sản lượng

nuôi cũng chỉ đạt 8 – 10 tấn/ năm (tại công ty nước khoáng Vĩnh Hảo)

Như vậy, có thể nói rằng hiện nay nuôi thu sinh khối tảo Spirulina ở Việt

Nam còn mang tính nhỏ lẻ, đơn giản, năng suất thấp, sản lượng tảo thu được chưa cao, trong khi nhu cầu về loại tảo này cho các ngành như y tế, dược phẩm,

mỹ phẩm, dinh dưỡng, nuôi trồng thủy sản ngày càng tăng Trong khi đó, có rất nhiều suối nước khoáng đã được phát hiện ở nhiều tỉnh thành của nước ta,

nhưng việc tận dụng chúng để nuôi trồng tảo Spirulina cũng đang rất hạn chế

Chính vì vậy đề tài “Nghiờn cứu sử dụng nguồn nước khoỏng để xõy dựng qui

trỡnh sản xuất tảo Spirulina platensis, đảm bảo chất lượng làm nguyờn liệu chế biến thức ăn cho người và động vật nuụi thủy sản“ nhằm đáp ứng được

phần nào các yêu cầu cấp bách của thực tế đang đặt ra hiện nay về nhu cầu sử

dụng sinh khối tảo Spirulina làm thực phẩm chức năng cho người và động vật

nuôi ngày càng một gia tăng ở Việt Nam Các kết quả thu được trong đề tài này

có một ý nghĩa khoa học và thực tiễn rất lớn và sẽ là cơ sở khoa học cho việc khai thác, sử dụng một cách hữu hiệu các nguồn nước khoáng sẵn có của Việt

Nam vào việc nuôi trồng tảo Spirulina có năng suất, chất lượng cao nhưng lại

có giá thành giảm