Nghiên cứu ảnh hưởng của mật độ ban đầu, độ sâu nước và tốc độ khuấy đảo đến tốc độ sinh trưởng của tảo spirulina platensis (geiter, 1925) trong nước biển ở quy mô 6m2

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG NGUYỄN THỊ NHẪN NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA MẬT ĐỘ BAN ĐẦU, ĐỘ SÂU NƯỚC VÀ TỐC ĐỘ KHUẤY ĐẢO ĐẾN TỐC ĐỘ SINH TRƯỞNG CỦA TẢO Spirulina plat

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG

NGUYỄN THỊ NHẪN

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA MẬT ĐỘ BAN ĐẦU,

ĐỘ SÂU NƯỚC VÀ TỐC ĐỘ KHUẤY ĐẢO ĐẾN TỐC ĐỘ

SINH TRƯỞNG CỦA TẢO Spirulina platensis (Geitler, 1925)

LUẬN VĂN THẠC SĨ

KHÁNH HÒA – NĂM 2016

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG

NGUYỄN THỊ NHẪN

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA MẬT ĐỘ BAN ĐẦU,

ĐỘ SÂU NƯỚC VÀ TỐC ĐỘ KHUẤY ĐẢO ĐẾN TỐC ĐỘ

SINH TRƯỞNG CỦA TẢO Spirulina platensis (Geitler, 1925)

LỜI CAM ĐOAN

Các số liệu và kết quả của Luận văn tốt nghiệp cao học này là một phần trong nội

dung nghiên cứu của đề tài “Nghiên cứu quy trình sản xuất tảo xoắn Spirulina platensis bằng nước biển” do Th.S Trần Thị Lê Trang, Giảng viên Viện Nuôi trồng

Thủy sản chủ nhiệm Đƣợc sự đồng ý của chủ nhiệm đề tài, tôi cùng tham gia thực

và số liệu trong Luận văn là trung thực và chƣa từng đƣợc ai công bố trong bất kỳ công trình nghiên cứu nào

Khánh Hòa, ngày 30 tháng 11 năm 2016

Tác giả luận văn

Nguyễn Thị Nhẫn

iv

LỜI CẢM ƠN

Tôi xin chân thành cảm ơn Ban Giám hiệu, Viện Nuôi trồng Thủy sản, Khoa Sau Đại học - Trường Đại học Nha Trang đã quan tâm giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu vừa qua

Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến TS Lê Minh Hoàng đã nhiệt tình hướng dẫn, động viên và chỉ bảo tôi trong suốt quá trình định hướng nghiên cứu, thực hiện đề tài và viết luận văn tốt nghiệp

nhiệt tình giúp đỡ, động viên trong quá trình học tập, nghiên cứ

trong suốt thời gian tôi thực hiện đề tài

Cuối cùng, tôi xin gửi lời cảm ơn đến gia đình và bạn bè đã luôn động viên, giúp

đỡ tôi trong suốt thời gian học tập, nghiên cứu và hoàn thành luận văn

Xin chân thành cảm ơn!

Khánh Hòa, ngày 30 tháng 11 năm 2016

Tác giả luận văn

Nguyễn Thị Nhẫn

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN iii

LỜI CẢM ƠN iv

MỤC LỤC v

DANH MỤC BẢNG ix

DANH MỤC HÌNH x

TRÍCH YẾU LUẬN VĂN xi

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 3

1.1 Đặc điểm sinh học của tảo Spirulina 3

1.1.1 Phân loại 3

1.1.2 Hình thái 3

1.1.3 Môi trường sống và phân bố 4

1.1.3.1 Môi trường sống 4

1.1.3.2 Phân bố 4

1.1.4 Sinh trưởng và sinh sản 5

1.1.4.1 Sinh trưởng 5

1.1.4.2 Sinh sản 6

1.2 Giá trị dinh dưỡng 7

1.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến sinh trưởng và phát triển của tảo Spirulina 10

1.3.1 Nhiệt độ 10

1.3.2 Độ mặn 10

1.3.3 Ánh sáng 11

1.3.4 pH 12

1.3.5 Chế độ sục khí/ xáo trộn nước 12

1.3.6 Môi trường dinh dưỡng 12

1.3.6.1 Môi trường nuôi/ các chất dinh dưỡng 13

1.3.6.2 Các yếu tố dinh dưỡng khác 13

1.4 Một số ứng dụng của tảo Spirulina 14

1.4.1 Trong nuôi trồng thủy sản 14

vi

1.4.2 Trong công nghiệp 14

1.5 Tình hình nghiên cứu nuôi tảo Spirulina trên thế giới và Việt Nam 15

1.5.1 Trên thế giới 15

1.5.2 Ở Việt Nam 16

1.6 Các hệ thống nuôi thu sinh khối tảo Spirulina 17

1.6.1 Hệ thống hở (O.E.S): 17

1.6.2 Hệ thống kín (C.E.S): 17

1.6.3 Các hệ thống nuôi cải tiến 18

1.7 Các hình thức nuôi thu sinh khối tảo Spirulina 19

1.8 Những khó khăn trong việc nuôi tảo Spirulina 20

CHƯƠNG 2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 22

2.1 Đối tượng, thời gian và địa điểm nghiên cứu 22

2.2 Chuẩn bị các điều kiện thí nghiệm 22

2.2.1 Nguồn nước 22

2.2.2 Thiết bị, dụng cụ 22

2.3 Hệ thống bể nuôi 22

2.4 Môi trường dinh dưỡng 23

2.5 Bố trí thí nghiệm 24

2.5.1 Thí nghiệm 1: Nghiên cứu ảnh hưởng của mật độ ban đầu đến tốc độ sinh trưởng của tảo Spirulina platensis trong nước biển ở quy mô 6 m2 25

2.5.2 Thí nghiệm 2: Nghiên cứu ảnh hưởng của độ sâu nước đến tốc độ sinh trưởng của tảo Spirulina platensis trong nước biển ở quy mô 6 m2 26

2.5.3 Thí nghiệm 3: Nghiên cứu ảnh hưởng của tốc độ khuấy đảo đến tốc độ sinh trưởng của tảo Spirulina platensis trong nước biển ở quy mô 6 m2 26

2.5.4 Thí nghiệm 4: Nghiên cứu ảnh hưởng của tỷ lệ thu hoạch đến tốc độ sinh trưởng của tảo Spirulina platensis trong nước biển ở quy mô 6 m2 27

2.6 Phương pháp thu thập và xử lý số liệu 28

2.6.1 Phương pháp xác định các yếu tố môi trường 28

2.6.2 Phương pháp xác định tốc độ sinh trưởng của tảo 28

2.6.2.1 Phương pháp xác định sinh khối tảo bằng mật độ quang OD 28

2.6.2.2 Phương pháp thiết lập đường chuẩn mối quan hệ giữa mật độ quang (Optical density: OD) và khối lượng khô của tảo 28

2.6.2.3 Phương pháp xác định tốc độ sinh trưởng của tảo 29

2.6.2.4 Phương pháp xác định sản lượng tảo thu hoạch 29

2.6.3 Phương pháp xử lý số liệu 29

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 30

3.1 Thí nghiệm ảnh hưởng của mật độ ban đầu đến tốc độ sinh trưởng của tảo Spirulina platensis trong nước biển ở quy mô 6 m2 30

3.1.1 Biến động của các yếu tố môi trường 30

3.1.2 Ảnh hưởng của mật độ ban đầu đến tốc độ sinh trưởng của tảo 31

3.2 Thí nghiệm ảnh hưởng của độ sâu nước đến tốc độ sinh trưởng của tảo Spirulina platensis trong nước biển ở quy mô 6 m2 34

3.2.1 Biến động của các yếu tố môi trường 34

3.2.2 Ảnh hưởng của độ sâu nước đến tốc độ sinh trưởng của tảo 35

3.3 Thí nghiệm ảnh hưởng của tốc độ khuấy đảo đến tốc độ sinh trưởng của tảo Spirulina platensis trong nước biển ở quy mô 6 m2 36

3.3.1 Biến động của các yếu tố môi trường 36

3.3.2 Ảnh hưởng của tốc độ khuấy đảo đến tốc độ sinh trưởng của tảo 38

3.4 Thí nghiệm ảnh hưởng của tỷ lệ thu hoạch đến tốc độ sinh trưởng của tảo Spirulina platensis trong nước biển ở quy mô 6 m2 39

3.4.1 Biến động của các yếu tố môi trường 39

3.4.2 Ảnh hưởng của tỷ lệ thu hoạch đến tốc độ sinh trưởng của tảo 41

3.4.3 Ảnh hưởng của tỷ lệ thu hoạch đến sản lượng tảo 42

CHƯƠNG 4 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 44

4.1 Kết luận 44

4.2 Khuyến nghị 44

TÀI LIỆU THAM KHẢO 45 PHỤ LỤC I

viii

DANH MỤC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1 Thành phần sinh hóa của tảo Spirulina 8

Bảng 1.2 Thành phần vitamin và khoáng của tảo Spirulina 8

Bảng 1.3 Thành phần acid amin của tảo Spirulina 9

Bảng 2.1 Môi trường f/2 23

Bảng 3.1 Biến động các yếu tố môi trường 30

Bảng 3.2 Tốc độ sinh trưởng của tảo ở các MĐBĐ khác nhau 33

Bảng 3.3 Biến động các yếu tố môi trường 34

Bảng 3.4 Tốc độ sinh trưởng của tảo ở các độ sâu nước khác nhau 36

Bảng 3.5 Biến động các yếu tố môi trường 37

Bảng 3.6 Tốc độ sinh trưởng của tảo ở các tốc độ khuấy đảo khác nhau 39

Bảng 3.7 Biến động các yếu tố môi trường 40

Bảng 3.8 Tốc độ sinh trưởng của tảo ở các tỷ lệ thu hoạch khác nhau 42

Bảng 3.9 Sản lượng thu của tảo ở các tỷ lệ thu hoạch khác nhau 43

x

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1 Tảo Spirulina platensis 3

Hình 1.2 Các pha sinh trưởng của tảo 5

Hình 1.3 ảo Spirulina 7

Hình 2.1 Hệ thống bể nuôi 23

Hình 2.2 Sơ đồ khối nội dung nghiên cứu 24

Hình 2.3 Sơ đồ bố trí thí nghiệm 1 25

Hình 2.4 Sơ đồ bố trí thí nghiệm 2 26

Hình 2.5 Sơ đồ bố trí thí nghiệm 3 27

Hình 2.6 Sơ đồ bố trí thí nghiệm 4 28

Hình 2.7 Phương trình tương quan giữa OD và khối lượng khô của tảo 29

Hình 3.1 Biến động nhiệt độ và pH 30

Hình 3.2 Ảnh hưởng của mật độ ban đầu 32

Hình 3.3 Biến động của nhiệt độ và pH 34

Hình 3.4 Ảnh hưởng của độ sâu nước 35

Hình 3.5 Biến động nhiệt độ và pH 37

Hình 3.6 Ảnh hưởng của tốc độ khuấy đảo 38

Hình 3.7 Biến động nhiệt độ và pH 40

Hình 3.8 Ảnh hưởng của tỷ lệ thu hoạch 41

Hình 3.9 Sản lượng tảo S platensis ở các tỷ lệ thu hoạch khác nhau 43

TRÍCH YẾU LUẬN VĂN

Tảo xoắn Spirulina platensis là một loài tảo lam có giá trị dinh dưỡng rất cao,

thích ứng tốt với các yếu tố môi trường, điều kiện và kỹ thuật nuôi khá đơn giản Nhiều nghiên cứu đã chỉ ra rằng, Spirulina nuôi trong nước mặn có giá trị dinh dưỡng vượt trội hơn so với nuôi trong nước ngọt Ngoài giá trị dinh dưỡng cao, nuôi Spirulina trong nước mặn còn góp phần tiết kiệm một lượng lớn các chất khoáng đa lượng, vi lượng bổ sung và tận dụng tốt tiềm năng diện tích nước biển sẵn có ở nước

ta Hiện nay, do nhu cầu tiêu dùng của thị trường nước ta rất lớn trong khi khả năng cung cấp Spirulina nguyên liệu ít, các công ty sản xuất đều phải nhập khẩu từ Nhật, Đài Loan, Trung Quốc với giá thành và chi phí vận chuyển cao Vì vậy việc hoàn thiện

quy trình nuôi thu sinh khối tảo S platensis trong nước biển là rất cần thiết

Việc nuôi thu sinh khối tảo S platensis trong nước biển phụ thuộc vào nhiều yếu

tố như: hệ thống bể nuôi, kỹ thuật nuôi, dinh dưỡng, mật độ nuôi, độ sâu nước, tốc độ khuấy đảo, tỷ lệ thu hoạch, chế độ chăm sóc, các yếu tố môi trường và dịch bệnh Trong đó, mật độ ban đầu, độ sâu nước, tốc độ khuấy đảo và tỷ lệ thu hoạch là một trong những yếu tố quan trọng góp phần nâng cao tốc độ sinh trưởng của việc nuôi thu sinh khối ngoài trời loài tảo này Tuy nhiên, cho đến nay chưa có bất kỳ nghiên cứu nào về ảnh hưởng của mật độ nuôi ban đầu, độ sâu nước, tốc độ khuấy đảo và tỷ lệ thu

hoạch trong việc nuôi thu sinh khối tảo S platensis trong nước biển

Thí nghiệm ảnh hưởng của mật độ ban đầu được thực hiện với 5 nghiệm thức lần lượt là OD = 0,1; OD = 0,2; OD = 0,3; OD = 0,4 và OD = 0,5 Kết quả nghiên cứu cho thấy, ở nghiệm thức có OD = 0,1 và OD = 0,2, tảo sinh trưởng chậm, sinh khối cực đại

OD = 0,5, sinh trưởng của tảo tăng nhanh hơn, sinh khối cực đại đạt cao nhất ở mật độ nuôi OD = 0,3 vào ngày nuôi thứ 6 Tuy nhiên, không có sự khác biệt thống kê về sinh khối cực đại, thời gian đạt sinh khối cực đại giữa các mật độ 0,3; 0,4 và OD = 0,5

(3,04 ± 0,15; 2,91 ± 0,23 và 3,13 ± 0,07 g/l) (P>0,05)

Thí nghiệm ảnh hưởng của độ sâu nước được thực hiện với 3 nghiệm thức gồm

20 cm, 30 cm và 40 cm Kết quả cho thấy, tảo nuôi ở độ sâu nước 30 cm có tốc độ sinh trưởng quần thể nhanh đạt 0,41 Trong khi đó, giá trị này ở độ sâu nước 20 và 40 cm thấp hơn, lần lượt là 0,23 và 0,35 ở ngày nuôi thứ 2 Mặt khác, ở độ sâu 30 cm, sinh khối cực đại của tảo là lớn nhất đạt 3,23 ± 0,03 g/l ở ngày nuôi thứ 6 và khác biệt có ý

nghĩa thống kê so với các mức còn lại (P<0,05) Độ sâu quá cao 40 cm hạn chế sự

khuếch tán của ánh sáng dẫn đến kìm hãm khả năng sinh trưởng của tảo, sinh khối cực đại thấp 2,98 ± 0,07 g/l ở ngày nuôi thứ 6 và thời gian đạt sinh khối cực đại kéo dài (8

xii

ngày) Ngược lại, ở độ sâu quá thấp 20 cm, các tế bào tảo dễ bị phá hủy bởi cường độ

ánh sáng mạnh nên sinh khối cực đại đạt được rất thấp 2,35 ± 0,05 g/l ở ngày thứ 4 và nhanh chóng tàn lụi sau 10 ngày nuôi

Thí nghiệm nghiên cứu ảnh hưởng của tốc độ khuấy đảo được thực hiện với 3 nghiệm thức là 20, 30 và 40 cm/s Kết quả cho thấy, tảo được nuôi với tốc độ khuấy đảo 30 cm/s cho tốc độ sinh trưởng của quần thể cao nhất (0,21 – 0,26) trong 4 ngày

nghĩa về mặt thống kê so với các mức còn lại (P<0,05) Trong khi đó, tảo được nuôi ở

tốc độ chậm hơn 20 cm/s có tốc độ sinh trưởng quần thể chậm hơn (0,12 – 0,19) trong

6 ngày đầu và đạt sinh khối cực đại thấp hơn 2,69 ± 0,05 g/l ở ngày thứ 8 Ngược lại, tốc độ khuấy mạnh 40 cm/s cho tốc độ sinh trưởng quần thể nhanh (µ = 0,24) và nhanh chóng đạt pha cân bằng sau 4 ngày nuôi; tuy nhiên sinh khối cực đại đạt được rất thấp,

Thí nghiệm nghiên cứu ảnh hưởng của tỷ lệ thu hoạch được thực hiện với 3 nghiệm thức là 20, 40 và 60% Kết quả cho thấy, tảo thu ở tỷ lệ 40%/ngày có xu hướng giảm nhẹ sau ngày thu hoạch thứ 4 (3,18 ± 0,04 g/l), sau đó tiếp tục gia tăng

sinh khối và đạt giá trị lớn nhất 4,56 ± 0,09 g/l Tiếp theo là tỷ lệ thu 20 %/ngày tiếp

tục gia tăng sinh khối và đạt giá trị 4,22 ± 0,05 g/l ở ngày nuôi thứ 5 (P<0,05) Mặt khác, tỷ lệ thu 40 %/ngày còn có khả năng duy trì quần thể lâu đến 10 ngày (P<0,05)

với sinh khối 1,81 ± 0,07 g/l cao hơn tỷ lệ thu 20%/ngày (1,37 ± 0,08 g/l), dài hơn 4

ngày so với tảo được thu 60%/ngày (P>0,05) Ngược lại, sinh khối tảo ở tỷ lệ thu

ngày thu

Từ kết quả nghiên cứu có thể thấy rằng, khi nuôi tảo với mật độ ban đầu OD =

0,3, độ sâu nước 30 cm, tốc độ khuấy đảo 30 cm/s và tỷ lệ thu hoạch 40%/ngày là

Từ khóa: độ sâu nước, mật độ ban đầu, Spirulina platensis, tốc độ khuấy đảo, tốc

độ sinh trưởng, tỷ lệ thu hoạch

MỞ ĐẦU

Vi tảo là nguồn thức ăn có vai trò quan trọng và quyết định đến hiệu quả trong quá trình sản xuất giống của các đối tượng thủy sản Với giá trị dinh dưỡng cao, kích thước hiển vi cùng với mùi vị đặc trưng (mùi tanh) và tốc độ phát triển nhanh nên vi tảo được chọn làm nguồn thức ăn sống không thể thiếu cho hầu hết các loài ấu trùng của động vật thủy sản như thân mềm, giáp xác và cá biển Ngoài việc sử dụng làm thức ăn cho đối tượng nuôi, vi tảo còn được biết đến với vai trò là giúp ổn định môi trường và tạo điệu kiện thuận lợi cho vật nuôi sinh trưởng và phát triển [1]

Tảo Spirulina platensis (tảo xoắn) là một loài tảo lam có giá trị dinh dưỡng rất

cao, đặc biệt là hàm lượng protein chiếm tới 56 – 77% khối lượng khô, giàu vitamin,

nuôi đơn giản và thời gian sản xuất hầu như quanh năm cũng là lợi thế khi nuôi sinh

khối loài tảo này Theo số liệu của Tổ chức Y tế thế giới WHO, tảo S platensis có thể giúp con người phòng chống ít nhất là 70% các loại bệnh Chính vì vậy, tảo S

platensis đã được WHO và các Bộ Y tế của nhiều quốc gia trên thế giới công nhận

không chỉ là nguồn thực phẩm sạch mà còn là giải pháp cho phòng và điều trị bệnh của thế kỷ 21 [6]

Ở Việt Nam, Spirulina platensis đã được nuôi thử nghiệm vào năm 1976 và đã

nuôi trồng ở nhiều tỉnh thành nhưng quy mô nhất là tại Công ty Vĩnh Hảo, Bình Thuận với quy mô công nghiệp, sử dụng nguồn nước khoáng tự nhiên có độ mặn (7 – 8 ‰)

Tuy nhiên, ở nước ta Spirulina chỉ mới được nuôi ở các vùng nước ngọt hoặc nước

khoáng với độ mặn thấp (7 – 8 ‰) Trong khi đó nhiều nghiên cứu đã chỉ ra rằng, tảo

Spirulina nuôi trong môi trường nước mặn có giá trị dinh dưỡng vượt trội hơn so với

nuôi trong môi trường nước ngọt thể hiện ở số lượng chất có hoạt tính sinh học cao (polysaccharides, inostiol và phycocyanin), các nguyên tố vi lượng, hàm lượng protein, lipid, các axít béo thiết yếu (DHA, EPA, ARA, LA, LOA…) [22], đặc biệt chúng còn dễ tiêu hóa và hấp thu hơn khi làm thực phẩm cho con người [7] Ngoài giá

trị dinh dưỡng cao, nuôi Spirulina trong môi trường nước mặn còn góp phần tiết kiệm

một lượng lớn các chất khoáng đa lượng, vi lượng bổ sung và tận dụng tốt tiềm năng diện tích nước mặn sẵn có ở nước ta

2

Trong nuôi tảo Spirulina platensis, ngoài các yếu tố ánh sáng, nhiệt độ, độ mặn,

pH và sinh khối thì mật độ ban đầu, độ sâu nước, tốc độ khuấy đảo và tỷ lệ thu hoạch

là một trong những yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ sinh trưởng của loài tảo này Tuy nhiên, cho đến nay các nghiên cứu về ảnh hưởng của mật độ ban đầu, độ sâu nước, tốc

độ khuấy đảo và tỷ lệ thu hoạch đến sinh trưởng của tảo S platensis, đặc biệt là trong

môi trường nước biển chưa được quan tâm cho nghiên cứu

Xuất phát từ thực tế trên, đề tài “Nghiên cứu ảnh hưởng của mật độ ban đầu,

độ sâu nước, tốc độ khuấy đảo và tỷ lệ thu hoạch đến tốc độ sinh trưởng của tảo

Spirulina platensis (Geitler, 1925) trong nước biển ở quy mô 6 m2 ” được thực hiện Mục tiêu của đề tài:

Xác định mật độ ban đầu, độ sâu nước, tốc độ khuấy đảo và tỷ lệ thu hoạch thích

Nội dung nghiên cứu:

1 Nghiên cứu ảnh hưởng của mật độ ban đầu đến tốc độ sinh trưởng của tảo

Spirulina platensis trong nước biển ở quy mô 6 m2;

2 Nghiên cứu ảnh hưởng của độ sâu nước đến tốc độ sinh trưởng của tảo

Spirulina platensis trong nước biển ở quy mô 6 m2;

3 Nghiên cứu ảnh hưởng của tốc độ khuấy đảo đến tốc độ sinh trưởng của tảo

Spirulina platensis trong nước biển ở quy mô 6 m2

4 Nghiên cứu ảnh hưởng của tỷ lệ thu hoạch đến tốc độ sinh trưởng của tảo

Spirulina platensis trong nước biển ở quy mô 6 m2

Ý nghĩa của đề tài:

Ý nghĩa khoa học: Đề tài hoàn thành sẽ cung cấp thêm những thông tin khoa học

về ảnh hưởng của mật độ ban đầu, độ sâu nước, tốc độ khuấy đảo và tỷ lệ thu hoạch cho việc nuôi thu sinh khối của loài tảo này trong môi trường nước biển

Ý nghĩa thực tiễn: Thành công của đề tài góp phần bổ sung thêm nguồn thức ăn giàu dinh dưỡng, nguồn dược liệu quý cho con người cũng như phục vụ công tác sản xuất giống và nuôi các đối tượng thủy sản

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 Đặc điểm sinh học của tảo Spirulina

1.1.1 Phân loại

Spirulina là tên gọi do nhà tảo học người Đức Deurben đặt vào năm 1927, trên cơ

sở hình thái đặc trưng nhất là dạng sợi xoắn Sau này các chuyên gia phân loại thống nhất tên khoa học đầy đủ như sau:

Tên thông thường: Tảo xoắn, tảo mặt trời

Hình 1.1 Tảo Spirulina platensis (độ phóng đại 400 lần)

1.1.2 Hình thái

Tảo Spirulina có màu xanh lục, dạng xoắn lò xo, sợi tảo (trichome) có 5 – 7 vòng (có khi lên đến 27 vòng) đều nhau không phân nhánh, ở hai đầu sợi tảo thường hẹp, mút lại Sợi tảo có kích thước chiều dài có thể đạt đến kích thước 0,25 mm, đường kính vòng xoắn từ 35 – 50 μm và bước xoắn 60 μm [8]

4

Theo Hedenskog & Hifsten (1980) (trích theo [4], [2]), tảo được cấu tạo từ một sợi đa bào, mỗi tế bào của sợi tảo rộng 5 µm, dài 2 µm Spirrulina không có màng bằng cenlulose, không có lục lạp, không có tế bào dị hình, chưa có nhân điển hình, không có không bào nhưng lại có khả năng tạo ra các không bào khí nhỏ (gas vesicle)

có đường kính cỡ 70 nm và được cấu trúc từ các sợi protein bện lại Cũng như các tảo lam khác: chúng chưa có nhân điển hình, vùng nhân không rõ, trong đó có chứa ADN Tảo có khả năng vận động theo kiểu trượt xung quanh trục của nó, vận tốc có thể đạt 5 micron/giây Trong quá trình nuôi trồng, nhất là ngoài tự nhiên tế bào có thể duỗi

nghiên cứu cho thấy rằng: trong các điều kiện dinh dưỡng khác nhau thì tốc độ sinh trưởng của 2 dạng thẳng và xoắn như nhau; hàm lượng protein ở 2 dạng thẳng và xoắn gần như nhau (ở mọi điều kiện về dinh dưỡng và ánh sáng như nhau), vào mùa hè tốc

độ sinh trưởng của dạng thẳng kém hơn dạng xoắn và nếu trong thành phần dinh

xoắn giảm và đường kính vòng xoắn tăng

1.1.3 Môi trường sống và phân bố

1.1.3.1 Môi trường sống

Spirulina là sinh vật phiêu sinh (Plankton) sống tự do (free living organism), trôi nổi trong môi trường nước có độ kiềm cao, giàu khoáng chất Các vi phiêu sinh này lơ lửng ở độ sâu có thể tới 50 cm và trong môi trường nhân tạo thường nuôi ở mức nước

10 – 30 cm (nuôi hồ hở), hoặc có thể trong hồ đáy sâu 1 – 1,5 m (sục khí) phải đảm bảo tảo nhận được ánh sáng Đây là 2 đặc điểm ràng buộc lẫn nhau, hỗ trợ nhau, rất quan trọng trong công nghệ nuôi Spirulina

1.1.3.2 Phân bố

Theo Cifferi & Tiboni (1985) [20], Spirulina là một loại tảo lam xuất hiện sớm nhất trên trái đất cùng với vi khuẩn Có khoảng 2.500 loài, sống phổ biến trong nước ngọt, các ao hồ có nhiều chất hữu cơ, một số có thể sống trong nước mặn, nước lợ, nơi

có thể tìm thấy ở cả những thủy vực có độ mặn 65 – 70 ‰ và thích nghi ở những nơi

có độ kiềm cao (pH: 8,5 – 11) Trên thế giới, Spirulina phân bố nhiều ở miền Bắc và

Nam Châu Phi, Bắc và Nam Châu Mỹ, Nam và Trung Châu Á,… và các vùng hồ tự

Ở Việt Nam, tảo Spirulina phân bố khắp miền từ sông, ao, hồ, ruộng lúa, vũng nước [5] Giống tảo Spirulina khác nhau, hoặc một loài có thể được tìm thấy ở nhiều vùng và từng vùng có thể có từng loài

1.1.4 Sinh trưởng và sinh sản

1.1.4.1 Sinh trưởng

Sinh trưởng của một quần thể vi tảo là sự tăng lên về kích thước của tế bào cũng như sự phân chia tế bào trong quần thể Theo Coutteau (1996) [30] cho rằng sự phát triển của tảo nuôi trong điều kiện vô trùng đặc trưng bởi 5 pha Cũng giống như

những loài tảo khác, sinh trưởng của tảo S platensis cũng đặc trưng bởi 5 pha:

Hình 1.2 Các pha sinh trưởng của tảo [1]

- Pha đầu tiên gọi là pha ban đầu hay pha thích ứng (pha chậm): Ở pha này

mật độ tế bào tăng ít do sự thích nghi sinh lý của sự chuyển hóa tế bào để phát triển như: tăng các mức enzyme, các mức chuyển hóa liên quan đến sự phân chia tế bào và

cố định cacbon

- Pha thứ hai gọi là pha gia tốc dương (pha sinh trưởng theo hàm mũ): Pha

này mật độ tế bào tăng như hàm số của thời gian theo hàm logarit:

Ct=C0.e mt

- Pha thứ tư là pha cân bằng (pha ổn định): Sinh khối tảo không tăng và đạt

mật độ cực đại Quá trình quang hợp và phân chia tế bào vẫn xảy ra trong suốt pha này nhưng số lượng tế bào mới sinh ra gần ngang bằng với số lượng tế bào chết đi Do đó,

ở pha này không có sự tăng trưởng về số lượng tế bào

- Pha thứ năm là pha tàn lụi: Trong pha cuối cùng này, chất lượng nước xấu đi

và các chất dinh dưỡng cạn kiệt tới mức không thể duy trì được sự sinh trưởng, mật độ giảm nhanh và cuối cùng công việc nuôi bị dừng lại

Như vậy, sự phát triển của tảo chia thành nhiều pha khác nhau như phân tích ở trên Trong các pha phát triển khác nhau đó, tốc độ sinh trưởng của tảo cũng khác nhau

Trong thực tế, công việc nuôi dừng lại do một số nguyên nhân khác nhau gây ra, bao gồm sự cạn kiệt các chất dinh dưỡng, thiếu oxy, nhiệt độ quá cao, pH thay đổi hoặc nhiễm bẩn Mấu chốt của thành công trong sản xuất tảo là duy trì ở pha sinh trưởng theo hàm mũ Giá trị dinh dưỡng của vi tảo có thể bị thay đổi rất lớn ở các pha phát triển và dưới các điều kiện nuôi khác nhau Kết quả nghiên cứu của Renaud, Thing & Pary (1999) [311] chỉ ra rằng tảo phát triển đến cuối pha logarit thường chứa

30 – 40% protein, 10 – 20% lipid và 5 – 15% carbohydrate Khi thời gian nuôi vượt quá 3 pha (pha gia tốc âm) giá trị dinh dưỡng của tảo sẽ thấp do tính tiêu hóa giảm, thiếu các thành phần dinh dưỡng và có thể sản sinh ra các chất chuyển hóa độc hại

1.1.4.2 Sinh sản

Theo Cifferri (1985) & Richmond (1986) (trích theo [2]) thì Spirulina có một

vòng đời khá đơn giản Một trichome trưởng thành bị cắt thành nhiều mảnh thông qua

sự phân lập, những tế bào chuyên biệt necridia sẽ tiêu giảm cho đến khi tạo các đĩa tách rời và lõm ở hai mặt Kết quả sự phân cắt trichome là sự tạo ra những chuỗi ngắn (2 – 4 tế bào) gọi là hormogonia, tách xa sợi mẹ Các tế bào trong hormogonia mất phần gắn chặt của tế bào necridia trở nên tròn ở hai đầu nhưng vách không dày lên

thêm Trong tiến trình sinh sản, các hạt trong tế bào chất dường như ít đi, tế bào có màu xanh nhạt Sự vỡ ngẫu nhiên của trichome cùng với sự phân lập necridia bảo đảm

sự tăng trưởng của sinh thể

Hình 1.3 ảo Spirulina [2]

Trong quá trình sinh sản nếu gặp điều kiện không thuận lợi tảo lam cũng hình thành bào tử bảo vệ giống như vi khuẩn Bào tử do những tế bào dinh dưỡng tạo nên, tích lũy nhiều chất dự trữ, bọc màng dày ở phía ngoài và khi gặp điều kiện thuận lợi bào tử chui ra khỏi màng, nảy mầm thành tảo mới

Chu kì phát triển của tảo S platensis rất ngắn, thường xảy ra trong 24 giờ (trong

điều kiện phòng thí nghiệm), 3 – 5 ngày (trong điều kiện bán tự nhiên, tùy thuộc vào thời tiết), vì vậy có thể thu hoạch tảo quanh năm [5]

1.2 Giá trị dinh dưỡng

Spirulina là vi sinh vật quang tự dưỡng bắt buộc, không thể sống hoàn toàn trong tối, quang hợp nhờ ánh sáng mặt trời và có khả năng cố định đạm rất cao Đây là một trong khoảng 2.500 loài Cyanophyta cổ nhất, tự dưỡng đơn giản, có khả năng tổng hợp các chất cần thiết cho cơ thể, kể cả các đại phân tử phức tạp Theo nghiên cứu của nhiều tác giả Clenment (1975), Busson (1971), Santillan (1982) & Pirt (1984) (trích

theo [2]) thì cho rằng: Spirulina là loài tảo giàu dinh dưỡng, đặc biệt là protein và

vitamin (Bảng 1.1 và Bảng 1.2)

Hàm lượng protein trong tế bào được xem là yếu tố chính, xác định giá trị dinh dưỡng của tảo dùng làm thức ăn trong nuôi trồng thủy sản [8] Ngoài ra thành phần và hàm lượng các loại axit amin có trong vi tảo còn là yếu tố trong việc lựa chọn đối

8

tƣợng để nuôi sinh khối vi tảo [18] Về thành phần acid amin ta thấy protein của Spirulina chứa tất cả acid amin, đặc biệt là acid amin không thay thế với hàm lƣợng khá cân đối, bằng hoặc vƣợt tiêu chuẩn của FAO quy định [5]

Bảng 1.1 Thành phần sinh hóa của tảo Spirulina [14]

Bảng 1.2 Thành phần vitamin và khoáng của tảo Spirulina [14]

Cùng với protein thì hàm lƣợng và chất lƣợng lipid trong vi tảo đƣợc xem là có giá trị cao về dinh dƣỡng trong nuôi trồng thủy sản Thành phần và hàm lƣợng của acid béo đóng vai trò quyết định đến giá trị dinh dƣỡng Lipid của tảo có chứa rất nhiều các acid béo không no nhƣ Docosahecxaenoic acid (DHA; 22:6n-3), Eicosapentaenoic acid (EPA; 20:5n-3), Arachidonic acid (AA; 20:4n-6) Chúng rất cần thiết đối với nhiều ấu trùng động vật thủy sản [13]

Chlorophyll-α là sắc tố quang hợp đầu tiên ở tất cả các loài tảo S platensis có

hàm lƣợng chlorophyll tổng số là 0,7% (tính theo khối lƣợng khô), hàm lƣợng caroten

là 0,23% [2]

Theo Clement (1975) (trích theo [10]) protein của Spirulina chứa tất cả axit amin, đặc biệt là acid amin không thay thế với hàm lƣợng khá cân đối, bằng hoặc vƣợt tiêu chuẩn của FAO quy định đặc biệt là hàm lƣợng valin và methionin cao hơn hẳn so với các loài thực vật khác [5] (Bảng 1.3)

Bảng 1.3 Thành phần acid amin của tảo Spirulina [14]

10

1.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến sinh trưởng và phát triển của tảo Spirulina

1.3.1 Nhiệt độ

Mỗi loài vi tảo có một khoảng nhiệt độ thích ứng nhất định Nhìn chung, các

Tảo lam phát triển ở nhiệt độ khá cao, chúng có khả năng phát triển ở nhiệt độ

25oC tảo lam phát triển chậm còn ở nhiệt độ lớn hơn 40oC tảo bị chết sau 6 ngày

Nhiệt độ không những ảnh hưởng đến sự tăng trưởng của tảo mà còn ảnh hưởng đến thành phần sinh hóa của chúng Theo kết quả nghiên cứu của Chauhan & Neeraj

Pathak (2010) [33], khi nuôi S platensis trong môi trường Zarrouk thì ở nhiệt độ thấp

Khi nuôi tảo ở nhiệt độ thích hợp thì tốc độ tăng trưởng của tảo tỷ lệ thuận với nhiệt độ, nhiệt độ cao thì sinh trưởng càng lớn nhưng khi đó tảo sẽ đạt đến pha cân bằng nhanh và tàn lụi cũng rất nhanh Vì thế nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ lên sự phát triển của tảo là rất cần thiết, xác định được khoảng nhiệt độ tối ưu, để từ đó lựa chọn được các loài tảo nuôi phù hợp với từng điều kiện cụ thể

1.3.2 Độ mặn

Theo Coutteau (1996) [30] thực vật phù du biển có khả năng chịu đựng những thay đổi lớn về độ mặn Hầu hết các loài đều phát triển rất tốt ở độ mặn hơi thấp hơn

độ mặn của môi trường sống Độ mặn thích hợp để nuôi các loài vi tảo từ 12 – 40 ‰

Theo Lê Viễn Chí (1996) [4], độ mặn thay đổi áp suất thẩm thấu của tế bào, ảnh hưởng quá trình quang hợp, hô hấp, tốc độ sinh trưởng và giảm sự tích lũy glucose (khi độ mặn giảm đột ngột 4,8 ‰) Trong điều kiện phòng thí nghiệm, các tế bào Spirulina có thể thích nghi và phát triển khi độ mặn trong môi trường đạt tới 0,8M NaCl Ở độ mặn cao hơn 1M NaCl, tảo bị vàng đầu và chết dần Tuy nhiên khả năng sống sót của tảo Spirulina ở độ mặn cao còn phụ thuộc vào những yếu tố ngoại cảnh

khác, ở nhiệt độ tương đối thấp 20oCvà ánh sáng yếu 3.000 lux, khả năng sống sót và thích nghi của Spirulina lớn hơn

1.3.3 Ánh sáng

Nguồn năng lượng chính cho sự phát triển và sinh trưởng của tảo là ánh sáng Đây là yếu tố quyết định tốc độ sinh trưởng của tảo Cũng như các loài thực vật khác, tảo tổng hợp cacbon vô cơ thành các vật chất hữu cơ nhờ quá trình quang hợp do đó ánh sáng đóng vai trò quan trọng trong quá trình này

Quá trình tổng quang hợp quang hóa của tảo diễn ra theo phản ứng sau

Ánh sáng chính là nguồn năng lượng điều khiển phản ứng này, vì vậy cường độ ánh sáng, chất lượng quang phổ và chu kỳ sáng cần phải được xem xét [26] Cường độ ánh sáng đóng một vai trò quan trọng: Ở độ sâu lớn và mật độ tảo cao thì cường độ ánh sáng phải tăng để có thể xuyên qua được môi trường nuôi (1.000 lux thích hợp với các bình tam giác, 5.000 – 10.000 lux cho các dung tích lớn hơn) Cường độ ánh sáng quá lớn có thể làm ức chế quá trình quang hợp Tuy nhiên dù là chiếu sáng tự nhiên hay nhân tạo cũng cần tránh nóng quá mức

Theo Hoàng Thị Bích Mai (1995) [11], nếu nuôi tảo trong điều kiện chiếu sáng liên tục thì không những không làm tăng năng suất của tảo mà còn làm giảm hàm lượng protein, cacbonhydrat và các acid béo không no HUFA Theo Lê Viễn Chí (1996) [4], cũng cho rằng nên chiếu sáng cho tảo theo chu kỳ ngày đêm để các sản phẩm quang hợp được tạo ra trong thời gian chiếu sáng có thể được đồng hóa hoàn toàn trong thời gian tối

Cường độ chiếu sáng tối ưu cho hầu hết các loài vi tảo từ 2.500 – 5.000 lux [33] Đối với Spirulina, tảo quang hợp mạnh nhất khi nuôi ở ánh sáng có cường độ là 24.000 – 30.000 lux [7] và thời gian chiếu sáng càng dài thì năng suất càng cao Cũng giống như vi khuẩn lam, Spirulina không thể phát triển trong bóng tối [27]

Cường độ ánh sáng của mỗi loài vi tảo khác nhau thì khác nhau Vì vậy, việc nghiên cứu để xác định cường độ ánh sáng thích hợp cho sinh trưởng của quần thể tảo

S platensis (Geitler, 1925) khi nuôi trong nước biển là rất cần thiết

Ánh sáng mặt trờiChất diệp lục

12

1.3.4 pH

Phạm vi pH thích hợp cho sự phát triển của hầu hết các loài tảo vào khoảng 7 – 9; tối ưu là 8,2 – 8,7 [24] Trong khi đó khoảng pH tối ưu cho sự sinh trưởng và phát triển tảo lam nằm trong khoảng pH từ 8,5 – 9 Ở pH này, các nguồn carbon vô cơ được đồng hóa nhiều nhất Tuy nhiên, ở pH từ 10 – 11 tảo vẫn có khả năng phát triển nhưng rất chậm [10]

Sự biến đổi pH trong môi trường nuôi tảo phụ thuộc vào sự cân bằng sau:

sáng [17]

1.3.5 Chế độ sục khí/ xáo trộn nước

Sục khí có vai trò quan trọng giúp tảo lơ lửng trong nước tránh lắng xuống đáy, làm tảo có cơ hội tiếp xúc đều với ánh sáng và các chất dinh dưỡng như nhau nhằm tránh sự phân tầng nhiệt độ, sự kết tủa của kim loại cũng như sự lắng xuống đáy của

10 phút, cũng cho kết quả gần tối ưu

1.3.6 Môi trường dinh dưỡng

Dinh dưỡng là một nhân tố vô cùng quan trọng ảnh hưởng đến sự sinh trưởng

và phát triển của vi tảo Dinh dưỡng ảnh hưởng rất lớn đến số lượng và chất lượng của

vi tảo Cụ thể như sau:

1.3.6.1 Môi trường nuôi/ các chất dinh dưỡng

Hiện nay trên thế giới có nhiều môi trường dinh dưỡng được sử dụng để nuôi tảo Tuy nhiên, việc lựa chọn môi trường nuôi tối ưu nhằm đạt được sinh khối cao, chất lượng tốt và giá thành rẻ là mục tiêu mọi người nuôi đều hướng tới Môi trường dinh dưỡng đang được sử dụng rộng rãi, phổ biến và phù hợp cho hầu hết các loài vi tảo nuôi hiện nay là môi trường Guillard f/2 và môi trường Walne [25], [30]

Ở Việt Nam môi trường TT3 (Viện Nghiên Cứu Nuôi trồng Thủy sản III) và môi trường HBM-95 (Hoàng Thị Bích Mai) được sử dụng phổ biến các trại giống thủy sản ứng dụng trong nuôi sinh khối thể tích lớn ở Nha Trang, do thành phần công thức đơn giản, tiết kiệm được chi phí sản xuất [16]

1.3.6.2 Các yếu tố dinh dưỡng khác

Bên cạnh các yếu tố đa lượng thì các yếu tố vi lượng được coi là không thể thiếu cho sự sinh trưởng và phát triển của tảo Các nguyên tố vi lượng gồm một số muối kim

các nguyên tố vi lượng này đóng vai trò tác động đến quá trình trao đổi chất của tảo Sắt là thành phần lượng được bổ sung nhiều nhất so với các muối kim loại khác Nó không có chức năng tham gia cấu tạo diệp lục nhưng là tác nhân bổ trợ hoặc là thành phần tham gia cấu trúc của các hệ men và chủ yếu là các men oxy hóa khử, tham gia tích cực vào dây chuyền sinh tổng hợp của các chất quan trọng Co cần thiết cho sản

trường sinh trưởng tạo các chất kết tủa làm cho chúng không còn Việc bổ sung EDTA (acid ethylen diamin tetra acetic) và đặc biệt là muối dinatri dễ tan trong nước đã làm giảm bớt vấn đề này [14] EDTA tạo phức tan với các ion kim loại như vậy P sẽ không thể tác dụng với các ion kim loại sẽ phát huy vai trò quan trọng trong phosphoril hóa Natri cần cho sinh trưởng của tảo Spirulina, Na không gây độc cho dù nồng độ có lên đến 18g/l Theo Zarrouk (1966) [6], thì tỉ lệ K/Na có vai trò quan trọng, trị số tối thích phải bằng hoặc nhỏ hơn 5, nếu lớn hơn 5 sẽ phá vỡ cấu trúc tảo Các vitamin bổ sung vào môi trường chủ yếu là thiamin, cyanocobalamin và đôi khi thêm cả biotin Đối với biotin, chỉ một số loài tảo có roi sử dụng có hiệu quả

14

1.4 Một số ứng dụng của tảo Spirulina

Hiện nay nhu cầu về vi tảo trên thế giới ngày càng tăng Không những cung cấp làm thức ăn tươi sống trong nuôi trồng thủy sản mà chúng còn sử dụng làm thực phẩm cho con người và ứng dụng nhiều trong các ngành công nghiệp khác như: hóa mỹ phẩm, dược phẩm, năng lượng và là đối tượng để xử lý sinh học

1.4.1 Trong nuôi trồng thủy sản

Quá trình sản xuất giống và nuôi thương phẩm các đối tượng thủy sản đều cần đến vi tảo ở những mức độ khác nhau Vi tảo là nguồn thức ăn thiết yếu cho giai đoạn

ấu trùng của động vật thân mềm hai mảnh vỏ (điệp, sò, vẹm), chân bụng (bào ngư, ốc hương,…)., giai đoạn ấu trùng của một số loài cá biển và tôm he cũng như làm thức ăn

nuôi động vật nổi (luân trùng, Copepoda, Artemia) [1]

Khi ương ấu trùng tôm He bằng tảo Spirulina apletensis và Spirulina platensis

cộng với bột đậu nành từ giai đoạn Zoae 1 đến Mysis 2, tôm đạt kích cở 663 – 757

µm, dài hơn có ý nghĩa so với thức ăn đối chứng chỉ dùng bột đậu nành

Năm 1999, sản lượng vi tảo cho Nuôi trồng Thủy sản thế giới khoảng 1.000 tấn, được phân chia không đồng đều giữa các loài tiêu thụ: 62% cho thân mềm, 21% cho tôm và 16% cho cá [12] Spirulina là loài có giá trị dinh dưỡng cao nên được dùng làm thức ăn tươi sống trong nuôi trồng thủy sản Ngoài ra chúng còn được sử dụng dưới dạng bột tảo pha trộn với các thành phần dinh dưỡng khác làm thức ăn khô cho ấu trùng giáp xác, nhuyễn thể [2] Quá trình sản xuất giống và nuôi thương phẩm các đối tượng thủy sản đều cần đến vi tảo ở những mức độ khác nhau

1.4.2 Trong công nghiệp

Thực phẩm: Các loại vi tảo được nuôi đại trà làm thực phẩm cho con người

nhiều nhất đó là Spirulina và Chlorella [14] Spirulina được nghiên cứu bổ sung vào rất nhiều sản phẩm thực phẩm như: Mì sợi, yaourt, kẹo, trà xanh, bánh quy, bánh mì, bia,… các sản phẩm này được bày bán ở siêu thị lớn ở các nước như: Chi Lê, Pháp, Cu

Ba, Đức, Thụy Sỹ, Nhật, Mehico, Đan Mạch, Hà Lan, Mỹ, Úc, New Zealand

Mỹ phẩm: Spirulina còn sử dụng để sản xuất các loại mỹ phẩm Do trong tảo

Spirulina có chứa các chất chống lão hóa như vitamin E, β-caroten, acid γ-linoleic, các sắc tố carotenoid, chlorophyll và phycocyanin Những khoáng chất chống oxy hóa là

selenium, magan, kẽm, đồng, sắt và crom hình thành các men chống oxy hóa trong cơ thể Các chất này được bổ sung vào các sản phẩm có tác dụng làm đẹp và bảo vệ da như: dầu gội, mỹ phẩm làm lành sẹo mau chóng, chống mụn nhọt và làm trắng da

Y dược: Có rất nhiều nghiên cứu và báo cáo thành công về công dụng của

Spirulina trong y dược Spirulina phòng bệnh suy dinh dưỡng ở trẻ em, là nguồn bổ sung dinh dưỡng rất tốt cho trẻ biếng ăn, điều trị táo bón Trong Spirulina chứa Protaslangin E giúp quá trình điều hòa huyết áp, điều hòa quá trình tổng hợp cholesterol, quá trình viêm nhiễm và phân chia tế bào Phytoene chiết từ Spirulina có tác dụng rất tốt với hệ thống miễn dịch cơ thể người trong chống bệnh ung thư (Growth, 1989; trích theo [5]) Nhóm acyllipid trong tảo Spirulina có tác dụng kìm hãm mạnh mẽ sự phát triển của HIV-1 ở bệnh sida (người), (Gustafson, 1998; trích theo [14])

Xử lý môi trường: Khả năng quang hợp của vi tảo để tổng hợp vật chất từ các

chất vô cơ và hữu cơ đã được nghiên cứu và sử dụng vi tảo trong việc xử lý nước thải

Học Tổng Hợp Califonia đã thử nghiệm dùng tảo Spirulina trong xử lý nước thải công

tăng độ kết lắng, loại trừ kim loại và các chất hữu cơ độc hại

1.5 Tình hình nghiên cứu nuôi tảo Spirulina trên thế giới và Việt Nam

1.5.1 Trên thế giới

Năm 1963, giáo sư Clement thuộc Viện nghiên cứu dầu hỏa quốc gia Pháp là người đầu tiên nghiên cứu thành công việc nuôi Spirulina qui mô công nghiệp [2]

Tại Pháp, Dengeard (1970) [8] đã tiến hành nghiên cứu và sản xuất tảo S

platensis thành công trên diện tích 12 ha với sản lượng trên 1 tấn tảo khô mỗi ngày

Trong những năm 1968 – 1983, các nhà khoa học Pháp cũng đã nghiên cứu và xây dựng được một phòng thí nghiệm nghiên cứu Spirulina tại đây Đồng thời sáng tạo được mô hình nuôi Spirulina, cung cấp tại chỗ cho việc phòng chống dinh dưỡng trẻ

em Mô hình này được nhiều nước nghèo, nước đang phát triển nghiên cứu áp dụng như Peru, Tô gô và Việt Nam Tại Ấn Độ, nghiên cứu nuôi các giống tảo cũng được triển khai từ những năm 1960, đặc biệt mô hình nuôi Spirulina ở quy mô cộng đồng

16

nhỏ (làng, xã), do Ripley D Fox khởi xướng phát triển khá tốt ở một số vùng như Karla Schechardy Tại Nhật Bản, được sự hỗ trợ kỹ thuật từ Hoa Kỳ tiến sĩ Nakamura tiến hành những nghiên cứu sớm nhất vào năm 1968, với giống tảo mẹ từ Tchad Phương pháp nuôi trồng công nghiệp tảo Spirulina của ông được triển khai ở vài vùng Nhật Bản, Thái Lan và Hàn Quốc [8]

Không chỉ được biết đến như một nguồn thực phẩm chức năng và sử dụng làm

mỹ phẩm trên thế giới, khả năng xử lý môi trường của tảo lam Spirulina đã được nghiên cứu tại nhiều quốc gia trên thế giới Năm 2000, tại Malaysia tảo Spirulina được ứng dụng trong xử lý nước thải từ nhà máy sản xuất dầu cọ Năm 2003, tại Thái Lan, được ứng dụng với khả năng làm sạch nước thải ao nuôi tôm của Spirulina cũng đã được chứng minh Năm 2010, Spirulina được các nhà khoa học Tây Ban Nha chứng minh có khả năng xử lý nước thải ô nhiễm nitơ và photpho một cách có hiệu quả Ngoài ra, trên thế giới còn có các trang trại nuôi trồng Spirulina với quy mô lớn, chất lượng cao như: trang trại Twin Tauong (Myanmar), trang trại Sosa Texcoco (Mehico), công ty tảo Siam (Thái Lan), trang trại Chenhai (Trung Quốc), nông trại Hawai (Hoa Kỳ) [9]

1.5.2 Ở Việt Nam

Ở Việt Nam, từ năm 1972 các nhà khoa học bắt đầu đặt vấn đề nghiên cứu Spirulina do Nguyễn Hữu Phước chủ trì [2] Năm 1976, việc thử nghiệm nuôi trồng Spirulina đã được tiến hành trong thời gian 4 - 5 tháng tại Nghĩa Đô, Hà Nội đã thu được kết quả khá khả quan Vào năm 1985, Sở Y tế thành phố Hồ Chí Minh đã tiếp nhận giống Spirulina đầu tiên do ông bà R.D.Fox tặng Sau đó, tảo giống được giao cho Trạm nghiên cứu dược liệu (nay là Trung tâm dinh dưỡng thành phố Hồ Chí Minh) giữ giống và nuôi Hiện nay, có 2 nơi nuôi Spirulina lớn ở nước ta, đó là: Công

ty cổ phần nước khoáng Vĩnh Hảo (Bình Thuận) và cơ sở Lab Helvinam ở Bình Chánh, thành phố Hồ Chí Minh

Có thể nói, Vĩnh Hảo là đơn vị tiên phong trong việc nuôi và sản xuất tảo lớn nhất nước ta với sản lượng từ năm 2010 đến nay 25 – 30 tấn tảo/năm Ngoài ra, năm

2003, mô hình nuôi loài tảo này trong nhà kính ở Long An theo quy trình nuôi tảo sạch của Lê Văn Lăng đã được sản xuất ổn định và có hiệu quả kinh tế Và mô hình nuôi

trồng này đã được nhiều cơ sở đưa vào ứng dụng với quy mô sản xuất 23 tấn/năm như Châu Cát, Lòng Sông (Bình Thuận), Suối Nghệ (Đồng Nai), Đắc Min (Đắc Lắc) [14] Nhìn chung, lịch sử nghiên cứu và nuôi trồng Spirulina ở nước ta đã thu được nhiều kết quả ban đầu đáng khích lệ Tuy nhiên, cho đến nay việc nuôi trồng đa số vẫn mang tính nhỏ lẻ, lạc hậu không đáp ứng được nhu cầu sử dụng Spirulina ngày càng cao Vì vậy, trước những giá trị về mọi mặt mà Spirulina mang lại, cần phải tiến hành cải thiện, thúc đẩy ngành công nghiệp nuôi trồng tảo nhằm đáp ứng nhu cầu trong nước và xuất khẩu ra thị trường nước ngoài

1.6 Các hệ thống nuôi thu sinh khối tảo Spirulina

Về cơ bản hiện nay tồn tại hai hệ thống nuôi Spirulina với quy mô công nghiệp là công nghệ nuôi theo hệ thống hở (Opened ecosystem) (O.E.S) và công nghệ nuôi theo

hệ thống kín (Closed ecosustem) (C.E.S) [8]

Nhiều kiểu CES được thiết kế như thùng lên men cổ điển hoặc kiểu ống xoắn ốc…

 So sánh hệ thống nuôi tảo Spirulina hở và 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

- Nuôi trong bể dinh dưỡng không phải

bể lên men vi sinh khối (bioreactor)

- Tảo quang hợp chỉ dựa vào nguồn ánh

- Chi phí đầu tư cao nên ít phổ biến

- Diện tích nuôi nhỏ

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

- Tảo quang hợp dựa vào nguồn ánh

18

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

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 vật gây hại cho Spirulina) Tất cả các thông số (nhiệt

độ, ánh sáng, pH…) đều được ấn định

tự động

- Cho năng suất cao

Có nhiều hình thức nuôi tảo khác nhau tùy thuộc vào điều kiện, yêu cầu sản xuất, thời gian thu hoạch và phương pháp thực hiện [17]

1.6.3 Các hệ thống nuôi cải tiến [28]

Hệ thống ao nuôi tảo ngoài trời

Ao được thiết kế hình tròn hoặc xây dựng hệ thống đảo nước raceway với mục đích xáo trộn nước, tạo dòng chảy tuần hoàn nhờ máy khuấy đảo, hệ thống bơm khí hoặc hệ thống bơm nước

; năng suất Spirulina lớn nhất là 0,35 (g/lít/ngày), thể tích nuôi 100 m3 thì sẽ thu được 35 (kg/ngày)

Hệ thống ao nuôi tảo được che kín

Sử dụng khung và nilon trong suốt để che kín ao lại Ao được thiết kế hình tròn hoặc xây dựng hệ thống đảo nước raceway với mục đích xáo trộn nước, tạo dòng chảy tuần hoàn nhờ máy khuấy đảo, hệ thống bơm khí hoặc hệ thống bơm nước

 Hệ thống nuôi Photobioreactor

- Nuôi tảo trong hệ thống ống nhựa acrylic

Xếp các ống nhựa acrylic dọc theo và song song nhau, bán kính ống tối đa 30 cm

để ánh sáng có thể thâm nhập tốt hơn Dùng bơm để trộn đảo trong ống

Năng suất nuôi Spirulina lớn nhất là 0,8 (g/lít/ngày), với thể tích nước nuôi là

1.7 Các hình thức nuôi thu sinh khối tảo Spirulina [17]

 Nuôi thu hoạch toàn bộ (Batch culture)

Ở hình thức nuôi này, tảo được cấy vào môi trường nuôi với mật độ thấp và bổ sung dinh dưỡng một lần Tảo nuôi thường được thu hoạch giữa hoặc cuối pha logarit

và thu hoạch toàn bộ bể nuôi, khi số lượng tế bào đạt xấp xỉ 75% số lượng tế bào cực đại có thể đạt được Hình thức nuôi này thường được áp dụng khá phổ biến vì phương pháp này đơn giản, ít bị ô nhiễm môi trường nuôi do thời gian nuôi ngắn, nhưng khi mật độ tảo tăng cao trong môi trường nuôi sẽ gây nên giới hạn dinh dưỡng và giới hạn ánh sáng do sự tự che khuất, ảnh hưởng đến tốc độ tăng trưởng của tảo, dễ bị tảo khác lấn át do thời gian đầu mật độ tảo còn thấp và môi trường nuôi rất giàu dinh dưỡng, sản lượng thấp

 Nuôi liên tục (Continous culture)

Với hình thức này, tảo nuôi sẽ được thu hoạch liên tục theo một tỷ lệ pha loãng nhất định và sẽ được cung cấp thường xuyên môi trường dinh dưỡng Tảo nuôi duy trì

20

được tình trạng phát triển ổn định ở một tốc độ sinh trưởng tốt nhất Nuôi liên tục khắc phục được sự giới hạn về dinh dưỡng và ánh sáng khi mật độ tảo tăng cao, tảo có thể cung cấp liên tục theo nhu cầu sản xuất

 Nuôi bán liên tục (semi-continous culture)

Tảo nuôi được định kỳ thu hoạch theo một tỷ lệ thu hoạch nhất định, trong khoảng thời gian không đổi và được cấp lại môi trường dinh dưỡng mới nhằm duy trì thể tích nuôi ban đầu Mật độ tảo nuôi ban đầu thấp và thường được thu hoạch pha loãng ở cuối pha logarit Hình thức nuôi này có thể thực hiện được ở trong phòng hoặc ngoài trời, khắc phục được giới hạn về dinh dưỡng và ánh sáng khi mật độ tăng cao, tảo có thể được cung cấp liên tục theo nhu cầu sản xuất, mặt hạn chế của phương pháp này là vấn đề ô nhiễm môi trường thường xảy ra trong quá trình nuôi Khi nuôi tảo quy

mô lớn để cung cấp cho sản xuất, hai hình thức nuôi thu hoạch từng phần và nuôi bán liên tục được sử dụng chủ yếu

1.8 Những khó khăn trong việc nuôi tảo Spirulina

Chúng ta thường không điều chỉnh được nhiệt độ và ánh sáng chỉ có thể hạn chế bằng cách che phủ bể hoặc bổ sung nước Spirulina sản xuất ra đường (carbohydrate hoặc saccharide) trong suốt quá trình chúng quang hợp Khi nồng độ các chất này trở nên dư thừa trong cơ thể, chúng sẽ tiết ra môi trường Vì những chất đường nhầy nên khi sợi tảo trườn lên tạo ra khối nhầy Điều này có thể làm hỏng quá trình nuôi cấy vì như vậy tảo sẽ không tiếp xúc được với môi trường có dinh dưỡng nên chúng sẽ bị chết [19] Chúng ta phải cảnh giác với 3 nguyên nhân dẫn đến việc sản sinh đường quá mức, đặc biệt khi nhiệt độ cao đe dọa quang phân giải Nguyên nhân đầu tiên là thiếu nitrogen phức hợp trong môi trường vì nitrogen phức hợp trong tế bào được sử dụng

để chuyển hóa polysaccharide thành protein Khi chúng không được chuyển hóa thành protein thì chúng sẽ tiết ra môi trường Sự thừa bicarbonate hoặc thiếu sulfur trong môi trường cũng dẫn tới làm sản sinh đường dư thừa

Ngoài ra còn có một số vấn đề khác do [8]:

Động vật chân chèo (kích thước từ 2 - 100 µm): Đôi khi một số động vật chân

chèo rơi vào trong môi trường và chúng thường sử dụng tảo làm thức ăn Vào ban

nếu dừng khuấy vào ban đêm tảo sẽ sử dụng oxygen hòa tan và do đó động vật thiếu

O2 chúng sẽ bị chết

Động vật nguyên sinh (kích thước từ 1 - 2 µm): Khi ở mật độ thấp chúng

không gây hại cho tảo nhưng khi tăng sinh mật độ cao thì chính động vật nguyên sinh cạnh tranh trực tiếp với tảo về không gian sống, dinh dưỡng… nên tiêu diệt chúng bằng cách tăng pH ở mức thích hợp với tảo nuôi

Amoeba: Những loài này khác với động vật nguyên sinh ở chỗ chúng ăn tảo

Theo Kudo đã mô tả 74 loài amoeba khác nhau Có một loài trong số chúng gây nguy

hiểm cho người đó là Entamoeba histolytica Các dạng sống dinh dưỡng hiếm khi nhìn

thấy bên ngoài vật chủ (người, chó, mèo) Chúng lan truyền bằng các bào tử “hình trứng”, các bào tử này bị chết trong nước nhiệt độ 45oC trong thời gian 1 giờ và ở nhiệt độ 55oC trong ít giây Nhiệt độ bên trong của thiết bị sấy sử dụng năng lượng

nguy cơ tiềm ẩn từ những sinh vật loại này bị diệt trừ gần như tuyệt đối Cũng như các

C trong 1 ngày (cùng với giá trị cao của pH) là rất hiệu quả để diệt trừ các dạng amip

Các loại tảo khác: Môi trường nuôi cấy còn bị nhiễm các loại tảo khác Nhưng

môi trường nuôi Spirulina thích hợp với pH cao nên không thuận lợi với đa số các loài

tảo khác Tuy nhiên, loài tảo silic Navicula, tảo xanh lục, và tảo lục Chlorella vẫn sống

sót được trong các bể nuôi Spirulina, chúng thường sống ở đáy bể và nếu như mật độ của Spirulina trở nên dày đặc thì ức chế các tảo khác do ánh sáng không xuống được tới đáy Trong trường hợp chúng phát triển mạnh thì người ta sẽ tắt các cánh khuấy, thu vớt sinh khối Spirulina trên bề mặt, chuyển chúng sang bể khác, tiếp theo đó xử lý loại bỏ tảo khác loại bám ở đáy và rửa sạch bể