nuoi trong,ung dung tao spirulina

nuoi trong,ung dung tao spirulina

MỤC LỤC

I Giới thiệu về Spirulina… … … 2

II Các đặc điểm … … … …2

1 Phân loại… … … 2

2 Phân bố và sinh thái… … … 3

3 Hình thái và cấu tạo… … … 3

4 Điều kiện môi trường… … … 5

5 Sinh trưởng và sinh sản… … … 6

III Nuôi trồng Spirulina… … … 7

IV Ứng dụng… … … …16

I GIỚI THIỆU VỀ SPIRULINA:

- Spirulina có mặt trên trái đất cách nay khoảng 3 tỉ năm

- Loài tảo này do tiến sĩ Clement người Pháp tình cờ phát hiện vào những năm 1960 khi đến hồ Tchad ở Trung Phi

- Tảo Spirulina thuộc ngành Cianophyta, lớp Cianophyceae, bộ Oscillatoriales, họ Oscillatoriaceae, giống Spirulina

- Tên gọi Spirulina do nhà tảo học Deurben (người Đức) đặt năm 1927, dựa trên hình thái của tảo là dạng sợi xoắn ốc (spiralis) Tên Spirulina do gốc từ Latin và Anh ngữ “Spiral”, có nghĩa là “xoắn”

- Trong các hồ tảo sống tự nhiên hay nhân tạo, với mắt thường đó là một hồ nước xanh lục hay xanh lam tuyệt đẹp dưới ánh nắng mặt trời

- Nó là một loại thần dược điều trị bệnh suy dinh dưỡng và một số bệnh khác

- Mỗi năm có khoảng 3.000 tấn tảo được xuất khẩu, nước tiêu thụ mạnh nhất là đại lục Trung Hoa (chiếm một nửa), tiếp theo là Mỹ Ngày nay, tảo Spirulina đã được nuôi trồng nhiều trên các nước như: Hoa Kỳ, Thái Lan, Ấn Độ, Nhật, Hồng Kông và Việt Nam

- Ở Việt Nam, tảo Spirulina được giáo sư Ripley D.Fox (nhà nghiên cứu và các chế phẩm của

nó tại “Hiệp hội chống suy dinh dưỡng bằng các sản phẩm từ tảo”(A.C.M.A) - Pháp) đưa vào từ năm 1985 Trong những năm 1985-1995 đã có những nghiên cứu thuộc lĩnh vực công nghệ sinh học cấp nhà nước như nghiên cứu của GS.TS Nguyễn Hữu Thước và cộng sự (Viện Công nghệ Sinh học thuộc Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam) với đề tài "Công nghiệp nuôi trồng và sử dụng tảo Spirulina" Hay đề tài cấp thành phố của Bác sĩ Nguyễn Thị Kim Hưng (TP Hồ Chí Minh)

và cộng sự với đề tài "Nghiên cứu sản xuất và sử dụng thức ăn có tảo Spirulina trong dinh dưỡng điều trị" …

II CÁC ĐẶC ĐIỂM:

1 Phân loại:

- Có 2 loài quan trọng, đó là:

 Spiruna platensis – có nguồn gốc

Nam Mỹ

 Spiruna maxima / Spirulina geitleri

– có nguồn gốc Châu Phi

- Ngoài ra còn có: S.prpvilca ở Puru,

S.jeejibai ở CHLB Đức, S.subsalsa ở Ukraina,

S.laxissima ở Kenya, S.pacifica ở Hoa Kỳ

2 Phân bố và sinh thái:

Ở các vùng nước cạn, xung quanh rìa hồ hay kênh bị ô nhiễm thường bị bao phủ bởi lớp dày tảo lam dạng sợi bám, trong đó có tảo

Spirulina

 Trên thế giới:

Phân bố nhiều ở Bắc và Nam Châu Phi, Bắc và

Nam Châu Mỹ, Nam và Trung Châu Á, …: hồ

Tchad – Trung Phi, Congo, Ethiopia, Kenya,

Nam Phi, Mexico, Kanembu, thung lũng hoang

mạc Imperial thuộc bang California, nông trại

Hawaii (Hoa Kỳ), Peru, Uruguay trang trại Twin

Tauong (Myanmar), công ty tảo Siam (Thái

Lan), trang trại Chenhai (Trung Quốc), Ấn Độ,

Pakistan, Srilanka, Việt Nam, Nga, Ukraina

 Ở Việt Nam:

Phân bố ở các thủy vực khác nhau như: sông, ao, hồ, ruộng lúa, vùng nước, … và được nuôi trồng ở: công ty cổ phần nước khoáng Vĩnh Hảo (Bình Thuận) từ năm 1979, Châu Cát, Lòng Sông q(Thuận Hải), Suối Nghệ (Đồng Nai), Đak Min (Đak Lak), và một số cơ sở ở Bình Chánh và TP

Hồ Chí Minh

Nguyên nhân dẫn đến sự phân bố rộng lớn của

tảo Spirulina:

• Tự nhiên: do một số loài chim ăn tảo spirulina

như Phoeniconaiasminor (ở Châu Mỹ) Do đó

tảo đã bám vào lông vũ loài chim này, rồi dựa

vào sự di cư của chúng để phát tán nòi giống

• Con người: đem tảo đi sản xuất ở nhiều nơi

trên thế giới để phục vụ cho nhu cầu của con người

3 Hình thái và cấu tạo: dưới kính hiển vi quang học:

 Hình thái:

- Spirulina là một loại tảo lam đa

bào, dạng sợi, xoắn kiểu lò xo, với

các vòng xoắn khá đều nhau, nhưng

ở cuối hai đầu sợi thường hẹp, mút

lại

- Nhưng tùy vào chu kỳ sinh dưỡng

và phát triển (cường độ ánh sáng,

nhiệt độ môi trường…) mà hình

dạng có thể xoắn kiểu chữ C, S…

Các dạng này có chiều dài khác

nhau; ngay trong một dạng, chiều

dài mỗi sợi cũng khác nhau Ví dụ: Sợi uốn sóng có thể dài 5 – 7 nếp gấp, cũng có thể đến

27 nếp gấp

⇒ Hiện tượng biến dạng trên nói lên khả năng thích nghi với môi trường mà vi sinh vật cổ xưa có được qua hàng triệu năm tiến hóa chọn lọc tự nhiên

- Có màu xanh lục lam

- Chiều dài thay đổi có thể đạt hơn ¼ mm

- Có khả năng di động nhanh mặc dù không có cơ quan di động Không chịu ảnh hưởng của ánh sáng khi di động vì đa số tảo lam đều di động hường ra ánh sáng

- Chúng không hình thành tập đoàn

- Sợi tảo không phân nhánh, phân chia thành các vách ngăn, không có không bào và không có

dị bào (heterocyst)

- Dạng xoắn thường giữ được trong phòng nghiên cứu, sang môi trường nuôi đại trà, nó thường biến thành dạng thẳng, tỷ lệ xoắn – thẳng khoảng 15 – 85

 Cấu tạo:

- Có cấu trúc nhu mô đơn giản, không có dạng tế bào roi

- Có cấu tạo giống vi khuẩn: không có ty thể, không có nhân rõ ràng chứa deoxyribonucleic, không có bộ máy Golgi, không có lưới nội nguyên sinh chất

- Có chứa sắc tố quang hợp phycocyanin màu xanh chất diệp lục nằm trong nguyên sinh chất

- Màng tế bào không chứa cellulose mà là monopolysaccharid khá mềm, dễ nghiền và dễ hấp thu

- Trong giống tảo này không có ty thể nhưng có hạt Cyanophysin là nơi xảy ra quá trình hô hấp cho tế bào

- Có ribosome phân bố trong nguyên sinh chất

- Sprirulina không có lớp màng nhầy bao phủ tế bào như các loài khác cùng ngành tảo lam,

mà chúng chỉ được bao phủ bởi lớp vỏ của nó

 Cấu tạo hóa học:

- Protein (56% - 77%)

- Carbohydrates (15% - 25%)

- Các acid béo (18%) (acid linoleic, acid linolenic)

- Các vitamin (B1, B2, B6, B12, PP, E), carotene (β-carotene), chlorophil, các chất màu, folic acid, inosit acid

- Các acid amin: Isoleucine, Leucine, Lysine, Methionine, Phenylalanine, Threonine, Tryptophane, Valine

- Các nguyên tố vi lượng như K, Mg, Fe, Mn, Zn, Ca, P, Selen

Trên đây là hình ảnh so sánh các dưỡng chất mà tảo Spirulina đem lại cho con người so với những loại thức ăn khác: thịt bò, gạo, lúa mạch, bắp, đậu…

Biểu đồ dưới đây cho thấy dinh dưỡng phân tích dựa trên thông tin thu được từ USDA cho Spirulina khô Các cá nhân phụ cấp hàng ngày (PDA) tỷ lệ phần trăm được trợ cấp của con người

4 Điều kiện môi trường:

Tảo Spirulina là thực vật duy nhất có khả năng sinh sôi và phát triển trong những ao hồ có nhiều hoá chất độc hại Nói chung, môi trường sống của chúng là nước kiểm,

 Nhiệt độ:

Nhiệt độ tối ưu cho sự sinh trưởng của tảo là 35oC (32 – 40oC)

 Ánh sáng:

- Là yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến sự sinh trưởng và phát triển của tảo Spirulina

- Nếu chiếu sáng liên tục ngày đêm (24/24) thì năng suất của tảo cao nhất

⇒ Spirulina không có chu kì quang

 pH:

- Loại tảo này chịu được pH cao từ 8,5 – 11

- Cường độ quang hợp đạt mức tối đa ở pH từ 8,5 – 9,0 Vẫn tăng cao ở pH = 10, pH làm tăng cường độ quang hợp giảm nhanh và bằng 0 ở pH = 1,5

 Các chất dinh dưỡng:

 Carbon: có hàm lượng dưới 50% TLK (trọng lượng khô), trong nước dạng: CO2,

H2CO3, HCO3-, CO32-, NaHCO3 cần thiết cho sự sinh trưởng của tảo

 Nitơ:

• Có hàm lượng 10% TLK

• Trong nước ở dạng: NO3-, NO2-, NH4+, urê,…

• Nếu thiếu đạm thì tảo sẽ bị úa vàng, giảm bớt vòng xoắn, đường kính vòng xoắn tăng, giảm lượng protein tảo

 Phospho:

• Phospho mà Spirulina thu nhận là phospho vô cơ, chúng tồn tại ở 2 dạng H2PO4-, HPO42- là chính

• Khi tảo thiếu phospho sẽ bị vàng, vòng xoắn giản

 K + , Na + , Ca 2+ , Mg 2+ , Cl - và Fe:

• Đây là các nguyên tố ảnh hưởng đến sinh trưởng và hình thái tảo

• Khi thiếu Cl- thì độ xoắn bị chặn lại và cấu trúc tảo bị phá hủy

• Thiếu các nguyên tố khác thì giống như thiếu phospho, nitơ: tảo bị vàng, vòng xoắn giản

• Nếu Fe thiếu sẽ ảnh hưởng chất lượng tảo

 Các nguyên tố vi lượng khác:

• Zn, Cu, Bo,… hoặc hỗn hợp các nguyên tố vi lượng như A5, B6 không ảnh hưởng

rõ đến sinh trưởng của tảo

5 Sinh trưởng và sinh sản:

- Các giai đoạn sinh trưởng của Spirulina: thích nghi, logarit, đường thẳng, giảm, ổn định, lão suy

- Hình thức sinh sản: vô tính

- Tảo Spirulina có hình thức sinh sản: tảo đoạn (hormogonia) tạo ra thể keo hai mặt lõm gọi là đĩa phân chia – necridia Khi phát triển, dần dần phần đầu gắn tiêu giảm, 2 đầu hormogonia trở nên tròn nhưng vách tế bào vẫn có chiều dày không đổi Các hormogonia phát triển,

trưởng thành và chu kì sinh sản được lập đi lập lại một cách ngẫu nhiên, tạo nên vòng đời của tảo Trong thời kì sinh sản tảo spirulina nhạt màu ít sắc tố xanh hơn bình thường

- Vòng đời của Spirulina:

- Vòng đời của nó đơn giản, trong điều kiện tối ưu – nuôi trong phòng thí nghiệm thì vòng đời khoảng 1 ngày, còn ở điều kiện tự nhiên thì khoảng 3 – 5 ngày

II NUÔI TRỒNG TẢO SPIRULINA:

Có 2 công nghệ nuôi trồng chính trên thế giới:

• Công nghệ nuôi theo hệ thống hở (Opened ecosystem) (O.E.S):

- Spirulina sống trong môi trường dinh dưỡng đựng trong bình, chậu, bể…được vận động bằng khuấy trộn theo kiểu tịnh tiến hai chiều và tảo hấp thu ánh sáng mặt trời để phát triển

- Kiểu nuôi này phụ thuộc vào thời tiết, cần có giải pháp khắc phục

Mô hình nuôi tảo Spirulina theo hệ thống hở - mở ở tỉnh Vân Nam – Trung Quốc

• Công nghệ nuôi theo hệ thống kín (Closed ecosustem) (C.E.S):

- Spirulina được nuôi trong các bể lên men sinh khối (bioreactor) vận động bằng máy khuấy trộn theo 3 chiều, tảo hấp thu ánh sáng nhân tạo hay tự nhiên

- Nhiều kiểu C.E.S được thiết kế như thùng lên men cổ điển hoặc kiểu ống xoắn ốc…

Sau đây là bảng so sánh giữa mô hình nuôi tảo theo hệ thống mở và mô hình nuôi theo hệ thống kín:

Hệ thống nuôi tảo spirulina hở Hệ thống nuôi tảo spirulina kín

- Chi phí đầu tư thấp hơn hệ thống kín

nên phổ biến ở nhiều nơi trên thế giới

- Diện tích nuôi trồng lớn

- Chỉ nuôi được tảo trong không gian 2

chiều

- Nuôi trong bể dinh dưỡng không phải

bể lên men vi sinh khối (bioreactor)

- Tảo quang hợp chỉ dựa vào nguồn ánh

sáng mặt trời

- Hệ thống chịu nhiều tác động bởi thời

tiết khí hậu, do đó việc quản lý các yếu

tố vật lý, hóa học thụ động

- Ít trang thiết bị hiện đại hơn Thông số

không được ấn định tự động

- Cho năng suất thấp hơn hệ thống kín

- Chi phí đầu tư cao nên ít phổ biến

- Diện tích nuôi nhỏ

- Có thể nuôi được tảo trong không gian

3 chiều

- Nuôi trong bể lên men vi sinh khối, vận động bằng máy khuấy trộn theo 3 chiều

- Tảo quang hợp dựa vào nguồn ánh sáng nhân tạo và tự nhiên

- Hệ thống không chịu tác động bởi thời tiết Việc quản lý các yếu tố vật lý chủ động

- Nhiều trang thiết bị hiện đại giúp quản

lý chủ động tất cả các yếu tố vật lý(ánh sáng, nhiệt độ…), hóa học (hóa chất dùng nuôi trồng tảo), sinh học (kiểm soát diệt những sinh gây hại cho spirulina) Tất cả các thông số(nhiệt độ, ánh sáng, pH…) đều được ấn định tự động

- Cho năng suất cao

- Xây dựng hệ thống nuôi phải chịu được môi trường kiềm.

- Các vi lượng khoáng có lợi: Senlen, Fe, germani và có thể cả I2.

- Spirulina cũng chịu tác động của các hormone, giúp tảo tăng trưởng nhanh như indol acetic acid (AIA), gibberelic acid (GA3)…

Do nuôi tảo Spirulina theo hệ thống hở ít tốn kém, dễ dàng và cho năng suất cũng khá nên sau đây là kỹ thuật nuôi Spirulina với công nghệ nuôi theo hệ thống hở (O.E.S):

a Một số lưu ý khi chuẩn bị nuôi tảo:

• Tìm hiểu về thị trường tiêu thụ

• Hệ thống giao thông từ nơi nuôi tảo đến các nhà máy chế biến tảo phải thuận lợi Tìm được thỏa thuận giữa người nuôi tảo và nhà chế biến tảo

• Chuẩn bị nguyên vật liệu xây dựng ao, bể nuôi, hệ thống khuấy nước

• Chuẩn bị nguồn giống tảo spirulina

• Chuẩn bị hóa chất nuôi tảo, trang thiết bị cho biết các thông số của môi trường nuôi tảo như: máy đo pH, đo oxygen, nhiệt độ…

• Chuẩn bị kĩ thuật nuôi tảo

b Thiết kế bể nuôi tảo spirulina:

 Lựa chọn địa điểm nuôi tảo:

- Nơi nuôi tảo phải có lượng chiếu sáng thích hợp

giúp tảo sinh trưởng bình thường, ảnh hưởng

đến lượng sinh khối thu hoạch

- Chủ động nguồn nước nuôi tảo, nước không bị

ô nhiễm thích hợp cho việc nuôi tảo

- Giao thông thuận tiện Nếu địa điểm xây bể có

nhiều mối thì không nên dùng vật liệu xây bể là

plastic vì dễ bị mối ăn

 Thiết kế bể nuôi tảo:

- Bể nuôi tảo hình chữ nhật góc được vê tròn kết hợp với hệ thống cánh khuấy (paddle-wheel)

- Bể có thể lớn (hoặc nhỏ) về diện tích, thể tích

có thể lên tới 1 ha x 0,3 m3, thậm chí đến 200ha

x 0,3 m3 Bể nên xây cao 50 – 55 cm để đảm

bảo độ sâu mực nước từ 20 – 30 cm

- Bể được xây dựng bằng vật liệu xây dựng thông

thường (ximang, plastic, gạch cement hay gạch

beton cement chịu kiềm)

- Bể có xây 1 bức tường ngăn hụt ở giữa tạo dòng

chảy lưu thông khí khuấy sục Có thể đặt 1 hay

2 máy khuấy ở các đầu để lưu thông nước

Lưu ý: Hệ thống khuấy – sục khí:

Hệ thống nuôi tảo với qui mô lớn có kết hợp hệ thống khuấy – sục khí nhằm thu lượng sinh khối nhiều nhất Điều đặc biệt phải chú ý là bể cần được khuấy liên tục

Sự sục khí nhằm mục đích:

• Tạo sự tiếp xúc tốt hơn của tế bào tảo với dinh

dưỡng, ánh sáng, CO2

• Giữ ổn định nhiệt độ trong nước giúp tảo phát

triển tốt

• Tạo ra tốc độ nước chảy 5,0cm/s Do đó, tạo ra

điều kiện tối ưu cho sự phát triển của tảo vì tảo

sẽ không bị lắng nhất là tại các góc của bể

- Ngoài ra, có thể xây mái che cho bể Mái che là một kiểu nhà kính

đơn giản có thể thiết kế với 2 mái, nóc nhọn Khung mái bằng

thép, lợp tole trong, nhựa plastic hay bằng kính để ánh sáng đi qua

được Mái di động theo hướng một nửa mái có thể kéo nằm song

song phía dưới phần mái cố định kế bên Mái che được nằm ở vị trí

chiếu sáng tốt nhất, thường theo hướng Đông-Tây

- Công dụng của mái che:

• Chống sự xâm nhiễm của bụi đất, cát theo gió đưa vào

• Bụi khói do nhiên liệu bị đốt cháy

• Tránh chim bay vào

c Nguồn nước:

- Nước là dung môi quan trọng để hòa tan các chất dinh dưỡng nuôi tảo spirulina

- Nước có thể lấy từ các nguồn:

• Nước giếng khoan: có chứa nhiều chất vô cơ

có ích, nhưng cần phải loại bỏ các chất độc như chì, arsenic…

• Nước máy đô thị: đắt

• Nước biển, suối nước khoáng: có chứa nhiều dưỡng chất

d Chuẩn bị giống:

Ở nước ta thường dùng giống tảo S.latensis nguồn gốc nhập ngoại, với 4 hình dạng chính: thẳng, xoắn lò xo, uốn sóng và xoắn nếp dày, sâu Các giống Spirulina nhập ngoại thường có nguồn gốc Châu Phi đã qua quá trình phân lập ở các phòng thí nghiệm sinh học Nguồn gene spirulina ở nước ta khá phong phú, đặc biệt spirulina phát triển tự nhiên ở hồ Ba Bể (Hà Nội)

 Tiêu chuẩn chọn giống spirulina:

- Chọn giống theo mục đích sử dụng:

• Làm thực phẩm: chọn giống giàu protein, vitamin, không có hoặc chứa ít mùi khó chịu khi sử dụng

• Làm dược phẩm: chọn giống chiết xuất được chất mong muốn với liều lượng cao

• Làm mỹ phẩm: chọn giống chiết xuất ra được nhiều chất dưỡng da, chống lão hóa da như Vitamin E - chống oxy hóa…

- Chọn giống ít hấp phụ, tích tụ các chất độc của môi trường nuôi cấy như: Pb, Pb, Cd, Hg, As… Giống Spirulina chất lượng tốt là giống hấp phụ ít nhất các chất độc trong cùng điều kiện thí nghiệm

- Chọn giống cho năng suất cao, dễ thu hoạch, dễ thích nghi, sức chống chịu tốt

- Giống spirulina phải được mua ở những cơ sở uy tín Đồng thời nơi nuôi trồng spirulina cũng nên được trang bị những phòng thí nghiệm để phục vụ cho công tác giữ và nhân giống phục vụ sản xuất Ở nước ta có bảo tàng giống tảo Việt Nam là nơi cung cấp giống và tư vấn xây dựng qui trình nuôi tảo- do giáo sư Dương Đức Tiến thành lập từ năm 1982

- Lợi ích của việc xây dựng phòng thí nghiệm ở nơi nuôi tảo:

• Là nơi giúp phân tích chất lượng nước các bể nuôi để luôn kiểm soát tốt các thông số của môi trường nuôi tảo, đảm bảo số lượng và chất lượng sinh khối khi thu hoạch

• Là nơi cất giữ và nhân giống tảo phục vụ cho sản xuất spirulina

• Có thể giúp người nuôi tảo tiết kiệm một khoảng chi lớn so với việc mua giống tảo bên ngoài

• Đảm bảo giống tảo luôn có để phục vụ sản xuất

• Có thể lai tạo để tìm ra những giống tốt như: thích nghi cao, năng suât cao, chất lượng tốt

• Có thể làm nơi tìm ra những công thức môi trường mới nuôi tảo đạt hiệu quả

Lưu ý: thiết kế phòng thí nghiệm phải có bể nhân giống tảo

- Một số dụng cụ hóa chất phòng thí nghiệm:

• Nồi hấp áp lực (Autoclave)

• Tủ cấy vi sinh vật (Biologycal Safety Cabinet)

• Kính hiển vi quang học (Microscopic)

• Dàn đèn ánh sáng