Thiên nhiên ban tặng cho chúng ta nhiều nguồn năng lượng quý, trong đó có ánh sáng mặt trời. Các sinh vật sơ cấp như cây xanh, vi sinh vật quang tự dưỡng sử dụng ánh sáng mặt trời để tổng hợp nên nguồn năng lượng sống qua quá trình quang hợp. Trong đó Tảo (Algae) đóng góp nguồn sinh khối sơ cấp khổng lồ. Việc nghiên cứu giá trị dinh dưỡng của tảo đang ngày càng được chú trọng. Trong những thập niên gần đây, tảo Spirulina được tập trung nhiều nghiên cứu cho những giá trị dinh dưỡng của chúng. Kỹ thuật nuôi đơn giản, thời gian sản xuất hầu như quanh năm. Sinh khối thu được có giá trị dinh dưỡng cao với hàm lượng protein đạt 6070% trọng lượng khô, đầy đủ các axit amin đặc biệt là các axit amin không thay thế, giàu các vitamin, các nguyên tố khoáng, các chất khoáng, các sắc tố và nhiều chất có hoạt tính sinh học khác. Nhờ vậy, những ứng dụng của tảo không chỉ là nguồn dinh dưỡng quý mà còn được ứng dụng nhiều trong ydược học. Những thành tựu về công nghệ nuôi trồng và sử dụng tảo phát triển mạnh. =>Chính vì vậy việc sản xuất ra viên tảo Spirulina có một ý nghĩa hết sức to lớn cho nền y học nói chung, góp phần đáp ứng nhu cầu về sức khỏe và sắc đẹp cho con người.
Trang 1Phần 1 MỞ ĐẦU
Thiên nhiên ban tặng cho chúng ta nhiều nguồn năng lượng quý, trong đó
có ánh sáng mặt trời Các sinh vật sơ cấp như cây xanh, vi sinh vật quang tự dưỡng sử dụng ánh sáng mặt trời để tổng hợp nên nguồn năng lượng sống qua quá trình quang hợp Trong đó Tảo (Algae) đóng góp nguồn sinh khối sơ cấp khổng lồ Việc nghiên cứu giá trị dinh dưỡng của tảo đang ngày càng được chú trọng Trong những thập niên gần đây, tảo Spirulina được tập trung nhiều nghiên cứu cho những giá trị dinh dưỡng của chúng Kỹ thuật nuôi đơn giản, thời gian sản xuất hầu như quanh năm Sinh khối thu được có giá trị dinh dưỡng cao với hàm lượng protein đạt 60-70% trọng lượng khô, đầy đủ các axit amin đặc biệt là các axit amin không thay thế, giàu các vitamin, các nguyên tố khoáng, các chất khoáng, các sắc tố và nhiều chất có hoạt tính sinh học khác Nhờ vậy, những ứng dụng của tảo không chỉ là nguồn dinh dưỡng quý mà còn được ứng dụng nhiều trong y-dược học Những thành tựu về công nghệ nuôi trồng và sử dụng tảo phát triển mạnh
=>Chính vì vậy việc sản xuất ra viên tảo Spirulina có một ý nghĩa hết sức to lớn cho nền y học nói chung, góp phần đáp ứng nhu cầu về sức khỏe và sắc đẹp cho con người
Tảo mặt trời Spirulina tự nhiên từ tảo Spirulina
Trang 2Phần 2 NỘI DUNG
2.1 Giới thiệu tảo Spirulina
2.1.1 Khái quát chung
Tảo Spirulina thuộc:
- Ngành Cyanophyta(tảo lam)
- Lớp Cyanophyceae
- Bộ Oscillatoriales
- Họ Oscillatoriaceae
Giống 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
Tên Spirulina do gốc từ Latinh và Anh ngữ “Spiral”, có nghĩa là
“xoắn” Nó là một loại thần dược điều trị bệnh suy dinh dưỡng và một số bệnh khác
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 Có màu xanh lam, chiều dài thay đổi có thể đạt hơn ¼ mm
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 đưa vào từ 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"
Trang 32.1.2 Phân bố
Spirulina sống trong môi trường ưa kiềm (pH: 8,5-9,5) Trong tự nhiên, chúng sống trong các hồ, suối khoáng ấm áp 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, Mexico, Kanembu, thung lũng hoang mạc Imperial thuộc bang California, nông trại Hawwai (Hoa Kỳ), trang trại Twin Tauong (Myanmar), công ty tảo Siam (Thái Lan), trang trại Chenhai (Trung Quốc),
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), và một số cơ sở ở Bình Chánh và TP Hồ Chí Minh
2.1.3 Thành phần hóa học
Trang 4Theo hàm lượng chất khô, trong tảo chứa: Protein (56% - 77%), Carbohydrates (15% - 25%), acid béo (18%) (acid linoleic, acid linolenic), 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
2.1.4 Khoáng chất và sức khỏe
Khoáng chất :
Hàm lượng khoáng chất trong tảo Spirulina có thể thay đổi theo điều kiện nuôi trồng, thông thường sắt là 580–646 mg/kg(tăng thêm 5.000% so với rau chân vịt), mangan là 23–25 mg/kg, Mg là 2.915-3.811/kg, selen là
Trang 50,4 mg/kg, canxi, kali, phốtpho đều khoảng là 1.000 - 3.000 mg/kg hoặc cao hơn (hàm lượng canxi tăng hơn sữa 500%)
Sức khỏe:
- Tảo Spirulina có chứa phong phú các axít amin cần thiết như lysin, threonin rất quan trọng cho trẻ em, đặc biệt là thiếu sữa mẹ Hàm lượng khoáng chất và các nguyên tố vi lượng phong phú có thể phòng tránh bệnh thiếu máu do thiếu dinh dưỡng một cách hiệu quả, và cũng
là nguồn bổ sung dinh dưỡng rất tốt cho trẻ lười ăn
- Sắt, canxi có nhiều trong tảo vừa dễ hấp thụ vừa có tác dụng phòng và
hỗ trợ điều trị các bệnh thường gặp ở người già như thiếu máu, xốp xương
- Cung cấp dinh dưỡng rất tốt cho trẻ em, người già và một số đối tượng khác như người bệnh sau phẩu thuật, bệnh nặng
- Tăng sức đề kháng, dẻo dai
2.1.5 Điều kiện sinh trưởng và phát triển
- 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
- 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: NO32- , 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
Trang 6+ K+, Na+, Ca2+, Mg2+, Cl- và Fe: 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: không ảnh hưởng rõ đến sinh trưởng của tảo
2.1.6 Sinh sản
Hình thức sinh sản: vô tính(phân chia từ một sợi tảo mẹ trưởng thành)
Từ một sợi tảo mẹ, hình thành nên những đoạn Necridia (gồm các tế bào chuyên biệt cho sự sinh sản) Trong các Necridia hình thành các đĩa lõm ở hai mặt và sự tách rời tạo các hormogonia (hình thức tảo đoạn)
Trong sự 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 tảo đơn giản, tương đối ngắn.Trong điều kiện tối ưu (nuôi trong phòng thí nghiệm) vòng đời khoảng 1 ngày Ở điều kiện tự nhiên là khoảng 3-5 ngày
2.2 Kỹ thuật nuôi trồng tảo
2.2.1.Các hệ thống nuôi tảo.
Trên thế giới hiện có hai hệ thống nuôi tảo chính là
- Nuôi theo hệ thống hở (Opened Ecosystem-O.E.S) : thường được áp dụng ở các trang trại nuôi có qui mô lớn (công nghiệp) hoặc nuôi ở qui
mô gia đình (thủ công) Spirulina được nuôi trong môi trường dinh dưỡng đựng trong bình, chậu, bể, hệ thống ao nhiều kênh Trong mô hình này tảo sử dụng trực tiếp ánh sáng từ mặt trời Các trang trại qui
mô lớn thường được lắp đặt hệ thống cánh quạt khuấy đảm bảo cho tảo hấp thụ tốt ánh sáng và tránh các sợi tảo bị chìm xuống đáy Các mô hình nuôi có qui mô nhỏ thường khuấy bằng thủ công và diện tích nhỏ
Do đây là hệ thống nuôi hở nên kiểu nuôi này phụ thuộc rất lớn vào điều kiện thời tiết nên cần có giải pháp quản lý tốt
Trang 7- Nuôi theo hệ thống kín (Closed Ecosystem-C.E.S) : Công nghệ nuôi trồng tảo Spirulina theo hệ thống kín (C.E.S): Spirulina được nuôi trong các bể được đặt trong các nhà kính (green-house) Đây là mô hình nuôi cần đầu tư lớn và có khả năng kiểm soát được các yếu tố
lý hoá học Tảo sử dụng ánh sáng nhân tạo hay tự nhiên từ mặt trời
2.2.2 Kỹ thuật nuôi trồng tảo
• Lựa chọn địa điểm nuôi tảo
- Nơi nuôi tảo phải có lượng chiếu sáng thích hợp giúp tảo sinh trưởng bình thường, giảm chi phí chiếu sang
- Chủ động nguồn nước nuôi tảo, nước không bị ô nhiễm
- Giao thông thuận tiện cho việc vận chuyển nguyên liệu đầu vào và sản phẩm sau thu hoạch
- Nơi có hệ thống điện lưới tốt
• Thiết kế bể nuôi tảo.
- Bể nuôi tảo thường có hình chữ nhật, các góc được vê tròn kết hợp với hệ thống cánh khuấy (paddle-wheel) hoặc có thể khuấy bằng thủ
Trang 8công (qui mô nhỏ) Tác dụng của các cánh khuấy nhằm: 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 dòng chảy giúp cho tảo không bị lắng nhất là tại các góc của bể
- Bể có thể lớn (hoặc nhỏ) về diện tích Thể tích có thể lên tới 1ha x 0,3 m3, thậm chí đến 200ha x 0,3 m3 Bể nên xây cao 50 – 55cm để đảm bảo độ sâu mực nước từ 20 – 30 cm Bể được xây dựng bằng vật liệu xây dựng thông thường như: xi-măng, plastic, gạch cement hay gạch bê-tông cement chịu kiềm
- Bể có xây một bức tường ngăn hụt ở giữa tạo dòng chảy lưu thông dòng nước khi khuấy sụt Có thể đặt một hay hai máy khuấy ở các đầu để lưu thông nước
- Ngoài ra, có thể xây mái che cho bể Mái che là một kiểu nhà kính (green-house) đơn giản có thể thiết kế với hai mái, nóc nhọn Khung mái bằng thép, lợp tole trong, nhựa plastic hay bằng kính để ánh sáng đi qua được Mái che 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 hướng Đông-Tây Công dụng của mái che là chống sự xâm nhiễm của bụi đất, cát theo gió đưa vào
• Nguồn nước dùng nuôi tảo Spirulina.
Nước là dung môi quan trọng để hòa tan các chất dinh dưỡng nuôi tảo Spirulina Có thể dùng nhiều nguồn nước khác nhau để nuôi tảo Spirulina như nước giếng khoan (có chứa nhiều chất vô cơ có ích, nhưng cần phải loại bỏ các chất độc như chì, arsen,…), nước máy đô thị (có nhiều khoáng tốt nhưng đắt), nước biển, suối nước khoáng (có chứa nhiều dưỡng chất tốt cho tảo phát triển) Tuỳ điều kiện khác nhau
mà chọn nguồn nước nuôi tảo thích hợp
• Tiêu chuẩn giống Spirulina.
- Chọn giống theo mục đích của 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 chì, arsen 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 với điều kiện môi trường
Trang 9- 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
• Các vấn đề về quản lý bể nuôi tảo.
- Các yếu tố môi trường, khí hậu :
+ Ánh sáng
Ánh sáng tự nhiên (hệ thống nuôi hở): thời gian chiếu sáng, cường độ chiếu sáng vừa phải để giúp tảo phát triển tốt (lượng chiếu sáng trong ngày bằng 30% lượng chiếu sáng ở vùng nhiệt đới là tốt nhất) Nếu thời gian chiếu sáng dài, cường độ gây gắt sẽ làm giảm sinh khối tảo, đồng thời ánh sáng cũng làm tăng nhiệt độ, thất thoát oxy trong ao và có thể làm phân huỷ diệp lục tố tảo
Ánh sáng nhân tạo (hệ thống nuôi Spirulina kín): có thể chủ động điều chỉẩónh sáng đúng với nhu cầu của tảo giúp tảo phát triển tốt, tuy nhiên chi phí tốn kém hơn Thông thường, người ta tận dụng cả nguồn ánh sáng tự nhiên để giảm chi phí
Quản lý: đối với hệ thống hở, nếu lượng chiếu sáng nhiều quá có thể che mát cho ao bằng cách trồng cây xung quanh ao hoặc xây mái che cho ao Đối hệ thống kín, điều chỉnh lượng chiếu sáng phù hợp bằng cách điều chỉnh
hệ thống đèn hoặc hệ thống mái che
+ Nhiệt độ, pH
Nhiệt độ ảnh hưởng đến quá trình sinh trưởng và phát triển của tảo Nhiệt độ nước cần kiểm tra hai lần trong ngày, cần thiết phải duy trì nhiệt độ không cao hơn 40oC và không thấp hơn 20oC trong suốt cả ngày Nhiệt độ dưới 20oC tảo không chết nhưng phát triển chậm Nhiệt độ trên 40oC tảo sẽ chết Tảo Spirulina phát triển tốt nhất ở 35oC (Vonshak, 1997)
Giá trị pH tối ưu cho tảo phát triển là 9,5 tuy nhiên trong các bể nuôi nó dao động từ 10-10,5 Vào buổi chiều do quang hợp mạnh nên pH có thể lên đến 11,5, nhưng ban đêm do quá trình hô hấp nên pH lại trở về khoảng 10-10,5 vào sáng hôm sau
+ Mưa:
Ở những nơi có lượng chiếu sáng trong ngày cao, mưa sẽ tốt cho sự phát triển của tảo, nhưng nó có thể làm tràn bể nuôi tảo ra môi trường ngoài
Do đó, ta nên xây thành bể cao
+ Gió
Giúp hòa tan lượng oxy trong không khí vào bể Nhưng nó cũng có thể mang vật lạ vào bể, có thể ảnh hưởng không tốt cho tảo Do đó, nên xây mái
Trang 10che cho bể cũng giúp hạn chế vật chất lạ theo gió rơi vào bể.
+ Bổ sung các dưỡng chất
Trong quá trình nuôi cần bổ sung thêm các dưỡng chất cần thiết cho tảo theo định kỳ Thiếu đạm sẽ gây biến đổi sắc tố lam phycocyanin làm tảo bị vàng, tế bào kém phát triển, năng suất thấp Tỷ lệ K : Na phải ổn định K/Na ≤
5 là tốt, thiếu K tảo bị vàng Các cation và anion cần bổ sung trong quá trình nuôi tảo như sau: Carbonate: 2800 mg/lít; Bicarbonate: 720 mg/lít; Nitrate:
614 mg/lít; Phosphate: 80 mg/lít; Sulfate: 350 mg/lít; Chloride: 3030 mg/lít; Sodium: 4380 mg/lít; Potassium: 642 mg/lít; Calcium: 10 mg/lít; Magnesium:
10 mg/lít; Iron: 0,8 mg/lít
+ Ảnh hưởng của kim loại nặng và các chất độc khác
Ngoài chì, asen, còn nhiều ion kim loại gây độc cho tảo theo thứ tự:
Cu > Ni > Co > Cr > Cd > Zn Ảnh hưởng của các hóa chất khác như thuốc nhuộm, thuốc trừ sâu, thuốc diệt cỏ đều gây độc cho tảo Các chất độc này gây ức chế quá trình phân chia của tảo
- Các yếu tố sinh học :
+ Động vật chân chèo (luân trùng - Rotifers)
Đôi khi các luân trùng nhiễm vào hệ thống nuôi, chúng sẽ dùng tảo lam làm thức ăn Do đó gây thiệt hại về sinh khối tảo Có thể tiêu diệt luân trùng bằng cách dừng khuấy bể vào ban đêm, khi đó tảo sẽ sử dụng oxygen để hô hấp dẫn đến động vật chân chèo thiếu oxy rồi chết, tuy nhiên có làm làm tảo thiếu oxy cho quá trình hô hấp Ngoài ra, có thể dùng lưới (với mắt lưới nhỏ) để vớt chúng hoặc có thể dùng hóa chất để diệt chúng nhưng phải đảm bảo không ảnh hưởng đến tảo và người tiêu dùng + Các động vật nguyên sinh
Chúng không độc cho người, cũng không hại tới tảo Có lẽ chúng còn giúp cho tảo bởi vì tạo ra một lượng nhỏ CO2 Tuy nhiên cũng không nên giữ lại chúng trong hệ thống nuôi tảo
+ Amoeba
Những loài này khác với động vật nguyên sinh ở chỗ chúng ăn tảo Hiện có khoảng 74 loài amoeba khác nhau Có một loài trong số đó gây nguy hiểm cho người đó là Entamoeba histolytica Các dạng sống dinh dưỡng của amoeba hiêm skhi nhìn thấy bên ngaoif vaath cuhr (người, động vật) Chúng lan truyền bằng các bào tử hình trứng, các bào tử này bị tiêu diệt ở nhiệt độ
450C trong 1 giò và ở 55oC chúng chỉ có thể tồn tại trong vài giây
+Tảo tạp
Hệ thống nuôi còn có thể bị nhiễm một số loại tảo khác như tảo silic (Navicula), tảo lục (Chlorella) Tuy nhiên hầu hết các loài tảo này sống ở đáy