BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH
-------o0o-------
NGUYỄN THỊ THANH XOAN
NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA MÔI TRƯỜNG DINH
DƯỠNG VÀ MẬT ĐỘ BAN ĐẦU ĐẾN SỰ PHÁT TRIỂN CỦA
TẢO Spirulina platensis NUÔI TRONG NƯỚC KHOÁNG
KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP
KỸ SƯ NGÀNH NUÔI TRỒNG THUỶ SẢN
Vinh 01/2009
1
LỜI MỞ ĐẦU
Hàng chục năm qua, các sản phẩm từ tảo Spirulina platensis đã được sử
dụng rộng rãi trên toàn thế giới vì giá trị dinh dưỡng và giá trị sinh học đặc
biệt của nó. Việt Nam được biết đến là nơi có điều kiện thuận lợi để nuôi
trồng loài tảo quý Spirulina platensis. Dù được kỳ vọng rất nhiều, song lợi thế
đó chưa được nước ta tận dụng khai thác một cách hiệu quả. Trong khi đó trên
thị trường vẫn còn "điệp khúc" cung không đủ cầu, nguyên liệu chủ yếu bán
thô đem lại giá trị kinh tế không cao. Theo đánh giá của các nhà khoa học thì
tiềm năng sinh lợi từ nguồn tảo quý này tại Việt Nam là rất lớn. Nó không chỉ
được nuôi trồng ở các suối nước khoáng nhằm làm giảm chi phí sản xuất mà
còn được nuôi trồng ở diện tích đất nông nghiệp bạc màu với thu nhập lên tới
1.2 tỷ đồng/ ha (Lê Văn Lăng, 2007).
Có thể nói, Spirulina platensis là đối tượng thủy sản mang lại giá trị kinh
tế rất cao với thị trường rộng mở. Theo ước tính nhu cầu thị trường thế giới
cần 6000 tấn tảo khô/năm với giá trị lên tới 1.25 tỷ USD, vậy mà con người
chỉ mới sản xuất được 3000 tấn tảo khô/năm (Vonsha & Tomaselli, 2000).
Còn tại Việt Nam, hàng năm sản xuất được 4 - 6 tấn tảo khô (báo Bình Thuận,
11/12/2007).
Hiện nay, giá thành các sản phẩm từ tảo Spirrulina còn rất cao do việc sử
dụng các hoá chất tinh khiết làm môi trường nuôi cấy. Việc tìm kiếm các
chủng giống Spirulina tốt, môi trường dinh dưỡng rẻ tiền thay thế hoặc giảm
bớt lượng hoá chất cần thiết trong nuôi trồng tảo Spirulina sẽ quyết định giá
thành tảo sinh khối. Trong khi đó, nguồn nước khoáng thiên nhiên ở nhiều
tỉnh của Việt Nam được xác định có thành phần khoáng rất tốt phù hợp với
điều kiện môi trường nuôi trồng tảo Spirulina. Chính vì vậy, trong thời gian
thực tập tốt nghiệp tại Viện nghiên cứu nuôi trồng thủy sản III với sự hướng
dẫn của chủ nhiệm đề tài Ths Nguyễn Thị Bích Ngọc và giáo viên hướng dẫn
2
PGS - TS Nguyễn Kim Đường tôi đã chọn cho mình đề tài "Nghiên cứu ảnh
hưởng của môi trường dinh dưỡng và mật độ ban đầu đến sự phát triển của
tảo Spirulina platensis nuôi trong nước khoáng".
Mục tiêu của đề tài:
- Xác định ảnh hưởng của môi trường dinh dưỡng đến sự phát triển của
tảo Spirulina platensis nhằm tìm ra môi trường nuôi tốt nhất.
- Xác định ảnh hưởng của mật độ ban đầu đến sự phát triển của tảo
Spirulina platensis nhằm tìm ra mật độ nuôi ban đầu thích hợp.
- Góp phần xây dựng quy trình nuôi trồng tảo Spirulina platensis tại các
suối nước khoáng ở Việt Nam.
Sinh viên
Nguyễn Thị Thanh Xoan
3
Chương I
TỔNG QUAN TÀI LIỆU
1.1. Lược sử nghiên cứu và sử dụng tảo spirulina platensis
1.1.1. Tình hình nghiên cứu và sử dụng tảo spirulina platensis trên thế giới
Tảo Spirulina platensis là một loại vi tảo dạng xoắn màu xanh lam, chỉ
có thể quan sát thấy hình xoắn do nhiều tế bào đơn cấu tạo thành dưới kính
hiển vi (Nguyễn Lân Dũng, 2000). Loại tảo này do tiến sĩ Clement người Pháp
tình cờ phát hiện vào những năm 1960 khi đến hồ Tchad ở Trung Phi. Nhà
khoa học này không khỏi ngạc nhiên khi đến vùng đất cằn cỗi, đói kém quanh
năm nhưng thổ dân nơi đây rất cường tráng và khỏe mạnh. Khi Clement tìm
hiểu về thức ăn của họ, bà phát hiện trong mùa không săn bắn, họ chỉ dùng
một loại bánh màu xanh mà nguyên liệu chính là thứ họ vớt lên từ hồ. Qua
phân tích, bà phát hiện ra loại bánh có tên “Dihe” này chính là tảo Spirulina
platensis (Abdulqader và cs., 2000).
Một số tài liệu sử học ghi nhận ở thế kỷ XVI, thổ dân Aztec sống quanh
vùng hồ Texcoco vẫn thường thu vớt một loại thức ăn từ hồ này, họ gọi món
đó là Tecuilat. Tecuilat được bán tại các chợ của Mexico và được ăn cùng
nước chấm gọi là “Chilmolli”. Về sau Tecuilat được xác định được làm từ tảo
Spirulina platensis, một loài thức ăn rẻ tiền và giàu dinh dưỡng (Farrar, 1966).
Ngày nay, Spirulina không chỉ được con người sử dụng làm nguồn thức
ăn bổ sung có lợi cho sức khỏe trên toàn thế giới. Mà còn sử dụng để phục vụ
nuôi các đối tượng thủy sản và sản xuất thức ăn gia cầm (Belay và ctv, 1996;
Wikdors & Ohno, 2000).
Trong những năm gần đây, tảo Spirulina đã được nhiều nhà khoa học
quan tâm nghiên cứu và công bố rộng rãi trên toàn thế giới. Sinh khối của loài
4
tảo lam đa bào, dạng sợi có giá trị dinh dưỡng cao. Đa số các nghiên cứu chỉ
ra rằng, Spirulina rất giàu protein, chiếm tới 60-71% khối lượng khô của tảo
(Becker, 1994; Belay và ctv, 1996; Wikdors và Ohno, 2001). Trong khi đó thịt
bò chỉ có 21%, thịt gà ta 20,3%, thịt lợn nạc 19% (báo thanh niên, 26/07/2005);
lipit 11,5%; cacbohydrate 15,3%; xơ 0,1%; acid nucleic 4,2% (Becker và
Venkataraman, 1982) và có nhiều loại acid béo không bão hòa đa nối đôi (Đặng
Đình Kim, 2002). Hàm lượng vitamin rất cao, cứ 1kg tảo xoắn chứa 55 mg
vitamin B1, 40 mg vitamin B2, 3 mg vitamin B6, 2mg vitamin B12, 113 mg
vitamin PP, 190 mg vitamin E, 4000 mg caroten (tăng thêm 1000 lần so với cà
rốt), 0,5 mg acid folic, inosit khoảng 500-1000 mg (Hoàng Hải Vân, 2005).
Phân tích viên nén Spirulina thường được sản xuất tại Hawaii, người ta
nhận thấy hàm lượng protein lớn hơn 52%, beta-caroten lớn hơn 1600 mg/kg,
tổng số carotenoids lớn hơn 3500 mg/kg, phycocyanin lớn hơn 10%
(www.cyanotech.com). Tỷ lệ của từng acid amin trong sinh khối Spirulina
được Chentianfeng xác định như sau (mg/g) ASP: 54,12; Glu: 81,43; Ser:
23,71; Arg: 28,17; Thr: 32,88%. Gly: 23,63; Ala: 30,49; Pro: 17,12; Val:
20,81; Met: 9,56; Semet: 0,26; Ile: 20,50; Leu: 32,70; Phe: 18,87; Cys + CyH: 11,26; Lys: 19,82; His: 5,90; Tyr: 13,21. Cohen và ctv. (1995) đã phát hiện
trong sinh khối Spirulina có chứa các acid béo không no mạch dài
(LCPUFAs), đây là nguồn cung cấp dinh dưỡng quan trọng cho con người, đặc
biệt là acid omega-3 LCPUFAs, docosahexaenoic acid (DHA) và
eicosapentaenoic acid (FPA).
Chính vì những lý giá trị dinh dưỡng đặc biệt như thế nên Spirulina
platensis được sử dụng làm nguyên liệu trong nhiều lĩnh vực khác nhau như y
tế, dược phẩm, dinh dưỡng và đặc biệt trong nuôi trồng thủy sản (Belay,
2002). Đã từ lâu, tảo Spirulina platensis được con người sử dụng làm thức ăn
như một loại thức ăn giàu dinh dưỡng có tác dụng trong việc phòng và chữa trị
5
bệnh cho người và động vật (Wikdors & Ohno, 2001). Cũng vì lý do đó, năm
1973, tổ chức y tế thế giới (WHO/OMS) công nhận tảo Spirulina platensis là
thực phẩm bảo vệ tốt nhất của loài người trong thế kỷ XXI. Cơ quan quản lý
thực phẩm và dược phẩm Hoa Kỳ (FDA) công nhận nó là một trong những
nguồn protein tốt nhất (Anaga, 1996; Belay, 2002).
Hiện nay, Spirulina đang là đối tượng được tập trung nghiên cứu rất
mạnh, vì nó được xem là đối tượng chiến lược mang lại giá trị kinh tế cao của
nhiều nước trên thế giới. Nhiều nghiên cho biết sinh khối Spirulina platensis
có thành phần calcium spirulan, là chất có tác dụng ức chế sự phát triển của
nhiều loại virut kể cả HIV (Belay, 1993; Vonshak, 1997). Sinh khối này còn
làm hạ cholesterol trong máu. Thành phần phycocyanin có tác dụng oxi hoá
nên có tác dụng ức chế độc tố gan hepatotoxin (Hayashi, 1996). Spirulina
platensis có tính nâng cao tính miễn dịch, nâng cao sức đề kháng của cơ thể
(Moore, 1996; Sivonen, 1996). Nghiên cứu của R. kozlenko & ctv (2001) đã
chứng minh Spirulina có tác dụng ngăn cản sự xâm nhập của virut qua màng
tế bào.
Các nghiên cứu của nhiều nhà khoa học đã chứng minh khả năng ức chế
ung thư của của sinh khối hay dịch chiết của Sprulina platensis (L. Lisheng,
1991; M. Babu, 1995; Pan Quihenet, 1998). Spirulina có tác dụng kích thích
sự tăng nhanh các tế bào hồng cầu, bạch cầu và khả năng miễn dịch của cơ thể
(M. A. Quresshi, 1995). Tác dụng phổ biến của việc sử dụng thường xuyên
các sản phẩm từ tảo Spirulina platensis là làm giảm khả năng ung thư, nâng
cao tính miễn dịch, ức chế virut, chống lão hoá, làm giảm cholesterol máu,
hạn chế các tai biến về tim mạch (Phan Bảo An, 2007).
6
Ngăn cản sự xâm nhập của virus
bạch
Kích thích sự hình thành hồng cầu và
cầu
Nguồn: http://vietsciences.free.fr và http://vietsciences.org Nguyễn
LânDũng
Với thành phần protein chiếm tới 60–71% trọng lượng khô, nên sinh khối
Spirulina platensis được sử dụng để điều trị bệnh suy dinh dưỡng. Theo số
liệu công bố của UNICEF cho biết khoảng 30.000 ca tử vong/ngày do suy
dinh dưỡng. Từ chiến tranh thế giới thứ II lại nay đã có tới 700 triệu người
chết do suy dinh dưỡng. Trong khi đó, cứ mỗi diện tích 1m 2/ngày cung cấp đủ
dinh dưỡng cho một đứa trẻ trong ngày (Ripley Fox, 2002).
Chất tạo nên màu xanh lam của Spirulina platensis được xác định là
phycocyanin và allphycocyanin (Boussiba & Richmond, 1979). Nó được chiết
xuất để sử dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau như dược phẩm, y tế, chất tạo
màu (Morenno & ctv, 1997). Các sản phẩm từ tảo Spirulina platensis rất đa
dạng với giá rất cao: bột acid amin sản xuất từ Spirulina 70USD/kg,
phycocyanin dùng trong chẩn đoán bệnh 50USD/1mg, phycocyanin thô dùng
trong nhuộm màu 150 USD/kg (www.cyanotech.com).
Spirulina platensis không chỉ được sử dụng cho con người mà nó còn
được sử dụng rộng rãi trong nuôi trồng thủy sản và sản xuất các loại thức ăn
cho gia cầm (Belay & ctv, 1996; Wikdors & Ohno, 2001). Đối với NTTS,
7
Spirulina platensis không chỉ là đối tượng nuôi trồng có giá trị mà nó còn
được sử dụng để làm thức ăn cho nhiều đối tượng thủy sản như cá, tôm, bào
ngư, . . .. Khi nghiên cứu trên cá tráp loài Pagrus major với công thức thức ăn
có bổ sung 5% tảo Spirulina platensis, đã làm tăng tốc tốc độ tăng trưởng và
hiệu quả chuyển đổi thức ăn của cá (Mustaf & ctv, 1997). Nghiên cứu của
Belay & ctv. (1996), cho thấy có thể sử dụng bột tảo Spirulina platensis để
thay thế bột cá trong thức ăn của cá Rô phi vằn (Tilapia niloticus) và cá chép
(Cyprinus carpio). Ở Ấn Độ, người ta sử dụng hỗn hợp bánh dầu ép, cám gạo
và 10 % bột tảo Spirulina platensis để làm thức ăn cho cá mè trắng và cá chép.
Việc bổ sung bột tảo Spirulina platensis vào chế độ cho ăn sẽ làm cho cá tăng
trưởng nhanh hơn (Ayyppan, 1992) và khi so sánh protein từ bột đậu nành, bột
tảo Spirulina và bột từ phế phẩm của lò mổ gà để thay thế nguồn protein từ
bột cá trong thức ăn của cá tráp (Rhabdosargus sarba) cho thấy: việc sử dụng
đều đặn Spirulina platensis bổ sung vào thức ăn đạt kết quả tốt nhất. Tảo
platensis Spirulina là nguồn thức ăn chính trong ương nuôi các loài cá cảnh:
cá Dĩa, cá Ba đuôi, . . .. Nó không chỉ được sử dụng trong nuôi cá mà còn
được sử dụng rộng rãi trong nuôi tôm. Nakagawa & Gomez – Diaz (1995) đã
chứng minh, việc sử dụng 20% bột tảo Spirulina bổ sung vào thức ăn của tôm
càng xanh (Macrobarrachium rosenbergii) thì tôm sinh trưởng tốt hơn và có tỉ
lệ sống cao hơn. Ngoài ra, Spirulina platensis còn được sử dụng để nuôi nhiều
đối tượng có giá trị kinh tế như: Bào ngư. Khi nghiên cứu nhu cầu dinh dưỡng
của Bào ngư (Haliotis midea) Britz (1996) đã tìm ra công thức thức ăn của
Bào ngư là hỗn hợp dầu đậu nành, men bánh mì và bột tảo Spirulina platensis.
Tảo Spirulina platensis ở dạng khô được sử dụng để thay thế các loại tảo tươi
trong ương nuôi ấu trùng tôm Sú (Penaeus monodon) và tôm Thẻ (Penaeus
vanamei) (Liao & ctv, 1993). Ngoài ra việc sử dụng Spirulina platensis làm
thức ăn còn làm gia tăng hàm lượng caroten trong vỏ tôm (Liao & ctv, 1993).
8
Theo Watanabe (1996) thì sử dụng Spirulina platensis làm thức ăn sẽ ảnh
hưởng đến khả năng tích lũy mỡ của cá và tốt nhất chỉ nên bổ sung Spirulina
với tỷ lệ 5%.
Ngoài ra, Spirulina còn được sử dụng để xử lý nước thải trong NTTS,
đây là một biện pháp có tính khả thi cao, vì tảo Spirulina có khả năng phân
hủy các chất vô cơ và các chất gây ô nhiễm một cách hiệu quả với chi phí thấp
(Delanoue & ctv, 1992). Khi sử dụng nguồn nước thải từ ao nuôi cá chép để
nuôi tảo Spirulina platensis và Nostoc muscorum, 92.4% lượng amonium
được loại bỏ bởi S. Platensis và 83.6% bởi N. muscorum. Đến cuối ngày thí
nghiệm thứ 7, lượng nitrat trong ao nuôi S. Platensis giảm 50.39%.
1.1.2. Tình hình nghiên cứu và sử dụng tảo Spirulina ở Việt Nam
Tảo Spirulina bắt đầu được nghiên cứu ở Việt Nam từ những năm 1972,
do GS. TS. Nguyễn Hữu Thước thuộc Viện sinh vật học (Hà Nội) đi đầu. So
với các địa phương khác, vùng Vĩnh Hảo được đánh giá là nơi có điều kiện
ngoại cảnh rất thuận lợi cho việc nuôi trồng tảo bởi đặc trưng mưa ít - nắng
nhiều và có nguồn nước khoáng bicacbonat.
Kể từ thập niên 80 của thế kỷ XX đến nay, ở nước ta đã có nhiều công
trình nghiên cứu khoa học và triển khai ứng dụng nuôi trồng tảo cũng như sản
xuất các sản phẩm từ tảo Spirulina. Điển hình có đề tài cấp nhà nước “ Nghiên
cứu sản xuất và sử dụng tảo Spirulina ” (1981-1985) và đề tài “Hoàn thiện quy
trình sinh học và công nghệ sản xuất tảo Spirulina tại Vĩnh Hảo ” (1994-1995)
của GS.TS Nguyễn Hữu Thước & ctv (Viện công nghệ sinh học thuộc viện
khoa học và công nghệ Việt Nam) hay đề tài cấp thành phố của bác sĩ Nguyễn
Kim Hưng (Tp. Hồ Chí Minh) & ctv (1995 - 1996) với đề tài: “Nghiên cứu
sản xuất và sử dụng thức ăn có tảo Spirulina trong dinh dưỡng điều trị ”.Ngoài
ra, còn có các đề tài: “Hoàn thiên công nghệ sản xuất tảo Spirulina làm chế
9
phẩm trị bệnh cho người và gia súc” (1995-1997); “ Nghiên cứu chế biến tảo
Spirulina platensis làm bột dinh dưỡng giàu đạm sử dụng cho người” (19992000) của trung tâm dinh dưỡng Tp. Hồ Chí Minh. Theo báo Nông thôn ngày
nay (NTNN) số ra ngày 04/10/2006, các nhà khoa học Trường Đại học Y
dược Tp. Hồ Chí Minh đã nuôi cấy thành công sinh khối tảo Spirulina
platensis gắn giữ được Selen ở quy mô phòng thí nghiệm. Thành công của
nghiên cứu này mở ra hướng có thể nuôi Spirulina platensis ở quy mô lớn,
cung cấp vi lượng Selen làm nguyên liệu sản xuất dược phẩm và thực phẩm.
Có thể nói, tảo Spirulina đã được các nhà khoa học nước ta quan tâm
nghiên cứu và sử dụng sớm. Ứng dụng của kết quả nghiên cứu trên thế giới và
ở trong nước, hiện nay tảo Spirulina platensis có vai trò hết sức to lớn đối với
con người và đối với ngành NTTS. Spirulina platensis ở dạng khô để thay thế
các loại tảo tươi trong ương nuôi các đối tượng thủy sản: Tôm Sú, tôm Thẻ, . . .,
làm thức ăn bổ sung cho cá Chép, cá Rô phi, là loại thức ăn chủ yếu để nuôi cá
cảnh. Ở Việt Nam hiện nay, giá bán tảo Spirulina tương đối cao, với sản phẩm
dùng cho tôm, cá 450.000 – 600.000 đ/kg. Spirulina platensis ở dạng viên dùng
cho người có giá 1.500.000–3.500.000 đ/kg (www.binhthuan.org.vn). Vậy mà,
hàng năm nước ta vẫn nhập khẩu tới hơn 70% các sản phẩm của tảo Spirulina
platensis. Sản phẩm trong nước chủ yếu bán ở dạng thô nên giá thành chỉ bằng
1/5 (www.binhthuan. org.vn). Ngoài các sản phẩm nhập từ Đài Loan, Thái Lan,
Trung Quốc, Mỹ, . . . với nhiều tên gọi khác nhau, các sản phẩm được chế biến
từ tảo Spirulina platensis tại Việt Nam cũng đã xuất hiện ngày càng nhiều và đa
dạng như: bột dinh dưỡng Enalac, Sonalac (5% tảo), viên nang Linaforce.
Lactogyl của trung tâm dinh dưỡng Tp. Hồ Chí Minh.
1.2. Tình hình nuôi trồng tảo Spirulina platensis
1.2.2. Trên thế giới
Chính vì Spirulina platensis có những giá trị dinh dưỡng và giá trị sinh
10
học đặc biệt nên nó được nhiều nhà khoa học ở nhiều nước, nhất là những
nước công nghiệp phát triển đưa vào nuôi trồng công nghiệp và sử dụng rộng
rãi dưới nhiều dạng chế phẩm khác nhau với sản lượng hàng tăm tấn ở mỗi
nước một năm. Theo ước tính nhu cầu thị trường thế giới cần 6.000 tấn tảo
khô/năm với giá trị đạt tới 1,25 tỷ USD, nhưng hiện nay con người chỉ mới
sản xuất được 3.000 tấn tảo Spirulina khô/năm (Vonsha & Tomaselli, 2000).
Tảo Spirulina platensis phát triển trên môi trường có tính chọn lọc cao,
trong các hệ thống nuôi hở mà hầu như không bị nhiễm tạp (Browitzka, 1999).
Hiện nay, Spirulina được nuôi ở nhiều nước với nhiều hình thức nuôi khác
nhau từ thủ công đến công nghiệp. Nó là đối tượng được sản xuất rộng rãi trên
toàn thế giới nhưng nơi có điều kiện thuận lợi để phát triển nuôi trồng là một
số nước châu Á và châu Phi (Lee, 1997).
Khởi đầu là vào những năm 1977, một doanh nghiệp tảo đầu tiên của
Hoa Kỳ đã bắt tay vào nuôi thử nghiệm mô hình pilot trên các bể nhân tạo. Họ
chọn thung lũng hoang mac Inperial thuộc bang California. Vì nơi đây có
nhiệt độ trung bình cao và tránh xa vùng ô nhiễm đô thị (www.
cyanobacteria.com). Đến năm 1981, một sự hợp tác đầu tiên giữa doanh nhân
California và thương nhân Nhật Bản đã hình thành nên Earthrise Farm cung
cấp sản phẩm cho hơn 40 quốc gia (www.cyanobacteri.com). Ở hồ Klamath ở
Oregon (Mỹ) hiện nay đang nuôi sinh khối Spirulina với sản lượng rất lớn,
theo ước tính nếu nuôi hết công suất có thể đạt tới năng suất 2000 tấn/năm
(Carmichae & ctv, 2000). Năm 1998, nơi đây đã nuôi sinh khối đạt giá trị lên
tới 100 triệu USD (Carmichael & ctv, 2000).
Ngoài ra, trên thế giới còn có các trang trại nuôi tảo Spirulina platensis
với quy mô lớn, chất lượng cao như:
Trang trại Twin Tauong (Myanmar); Trang trại Sóa Texcoco (Mehico);
Công ty tảo Siam (Thái Lan); Trang trại Chen Hai (Trung Quốc); Nông trại
11
Hawaii (Hoa Kỳ).
Năm 1990, tổ chức nhân đạo Antenna ở Thụy Sỹ đưa ra ý tưởng mới đó
là dùng tảo Spirulina để chống đói nghèo ở những nước kém và đang phát
triển vì một ha lúa mì hoặc đậu tương chỉ cho con người một tấn protein tinh
chế trong khi đó tảo Spirulina có khả năng sản xuất được 9 tấn/ha (Báo NTNN
ngày 25/02/2005). Chính vì vậy hiện nay có nhiều công ty ở Châu Âu sang
châu Phi để phát triển nuôi trồng tảo Spirulina.
Bảng 1: Sản lượng tảo Spirulina trên thế giới từ 1975 – 1999 (tấn)
1.2.2. Trong nước
Năm 1976, việc thử nghiệm nuôi trồng tảo Spirulina platensis được tiến
hành tại Nghĩa Đô – Hà Nội đã thu được kết quả khá khả quan. Cũng chính
trong năm đó, Vĩnh Hảo được chọn làm nơi thực nghiệm nuôi tảo theo quy mô
nhỏ trên diện tích 2 bể 12 m 2, thì đến năm 1978 nơi đây đã trở thành điểm
nuôi trồng với quy mô đại trà.
Năm 1985, sở y tế Tp. Hồ Chí Minh đã tiếp nhận giống tảo Spirulina
platensis đầu tiên do ông bà R. D. Fox tặng. Sau đó giống tảo Spirulina
platensis đã được giao cho trạm nghiên cứu dược liệu (nay là trung tâm dinh
dưỡng Tp. Hồ Chí Minh) giữ giống và nuôi trồng.
Hiện nay, ở nước ta có một số cở sở nuôi trồng tảo Spirulina
platensis, đó là:
- Công ty nước khoáng Vĩnh Hảo (Tuy Phong - Bình Thuận).
- Nhà máy phân đạm Bắc Giang với công nghệ sử dụng các bể khí sinh
học (khí mê tan) để nuôi trồng.
- Một số cơ sở ở Bình Chánh.
Có thể nói, Vĩnh Hảo là đơn vị tiên phong trong việc nuôi trồng và sản
xuất tảo Spirulina plaensis lớn nhất ở nước ta. Ông Dương Văn Sáu – phó
12
tổng giám đốc công ty cổ phần nước khoáng Vĩnh Hảo tin tưởng cho hay:
“theo lộ trình dự án mà công ty đang thực hiện, triển vọng diện tích nuôi trồng
tảo của doanh nghiệp có thể tăng gấp nhiều lần so 3.000m 2 như hiện nay,
trong giai đoạn đầu tư từ nay đến hết năm 2008, doanh nghiệp sẽ tập trung đầu
tư mở rộng lên 10.000m2 với tổng kinh phí khoảng 19.8 tỷ đồng. Khả năng
vào năm 2010, diện tích nuôi trồng tảo Spirulina platensis của doanh nghiệp
sẽ đạt 30.000 m2 với kinh phí đầu tư bình quân 1 triệu USD/ha, sản lượng mỗi
năm đạt 20–60 tấn”.
Nhìn chung, lịch sử nghiên cứu và nuôi trồng tảo Spirulina platensis ở
nước ta đã thu được nhiều kết quả ban đầu đáng khích lệ. Tuy nhiên cho đến
nay việc nuôi trồng tảo còn mang tính nhỏ lẻ, lạc hậu, không đáp ứng được
nhu cầu sử dụng ngày càng tăng. Nguyên liệu chủ yếu lại bán thô nên giá trị
chỉ bằng 1/5 so với chế biến (www.binhthuan. org). Vì vậy, trước những giá
trị về mọi mặt mà tảo Spirulina platensis mang lại, lợi ích cho người tiêu dùng
và hiệu quả kinh tế cho các doanh nghiệp mà chúng ta cần mở rộng nuôi
trồng. Theo Lê Văn Lăng (2007), tảo Spirulina platensis có thể được nuôi
trồng ở những diện tích đất nông nghiệp bạc màu năng suất thấp với hiệu quả
kinh tế đạt 1,2 tỷ đồng/ năm .
1.3. Sinh trưởng của tảo Spirulina platensis và ảnh hưởng của các điều
kiện môi trường
Từ những năm 1980, đông đảo các nhà khoa học đã nghiên cứu những
điều cơ bản liên quan đến sự trao đổi chất và một số đặc điểm sinh học sinh
trưởng của tảo Spirulina platensis (Ciferri & Tiboni, 1985; Vonshak, 1997).
1.3.1. Sinh trưởng của tảo Spirulina platensis
Giống Spirulina, có ít nhất 38 loài trong đó có 2 loài quan trọng là S.
platensis và S. maxima (Wang & Zhao, 2005). Cũng giống như các vi tảo khác
chu kỳ sinh trưởng của Spirulina platensis được chia làm năm pha.
13
Pha gia tốc dương: tảo bắt đầu thích nghi với môi trường nuôi, hấp thụ
chất dinh dưỡng và tiến hành phân cắt tế bào nhưng tốc độ tăng trưởng quần
thể chậm.
Pha logarit: mật độ hay sinh khối tế bào tăng lên với tốc độ nhanh nhất
theo cấp số nhân do tảo hấp thụ chất dinh dưỡng rất mạnh và sinh sản với tốc
độ nhanh.
Pha gia tốc âm: đặc trưng bởi tốc độ tăng trưởng chậm dần so với pha
logarit.
Pha cân bằng: sinh khối 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 số lượng chết đi. Do đó, không có sự tăng
trưởng của tảo.
Pha tàn lụi: sinh khối tảo giảm đi một cách rõ rệt do khả năng sinh sản
của tảo mất dần sau khi đạt mật độ cực đại.
Trong các pha sinh trưởng khác nhau, tốc độ sinh trưởng của tảo cũng
khác nhau. Tốc độ sinh trưởng của tảo còn phụ thuộc rất lớn vào các điều kiện
môi trường.
1.3.2. Ảnh hưởng của các điều kiện môi trường đến sinh trưởng của tảo
Spirulina platensis
1.3.2.1. Ảnh hưởng của ánh sáng
Ánh sáng ảnh hưởng rất mạnh đến sinh trưởng và phát triển của các loài
tảo nói chung và tảo Spirulina platensis nói riêng. Đây chính là nguồn năng
lượng cho quá trình quang hợp, là yếu tố hạn chế chủ yếu trong nuôi sinh khối
các loài tảo (Burlew, 1953; Richmond & Vonshak, 1978). Ánh sáng ảnh
hưởng đến vi tảo trên cơ sở các yếu tố chất lượng ánh sáng, cường độ ánh
sáng và thời gian chiếu sáng.
Các nghiên cứu của Charenkova (1975), đã cho thấy cuờng độ ánh sáng
14
tối ưu cho sự phát triển của Spirulina platensis nằm trong khoảng 20–30 Klux.
Theo Vonshak & Tomaseli (2000) thì ánh sáng thích hợp cho sự phát triển của
Spirulina là 150–200 Umol/m2/s. Và theo Tadro & Robert (1980) cho thấy tảo
Spirulina platensis sinh trưởng và phát triển tốt ở 80-120 uE/m 2/s và đạt năng
suất cao nhất ở cường độ ánh sáng 80 uE/m 2/s. Kết quả nghiên cứu của Hu &
ctv (1998) cho thấy ánh sáng bức xạ có ảnh hưởng đến mật độ tế bào tảo. Mật
độ tế bào cao cần ánh sáng có cường độ tới 2500 mUmol/m 2/s và 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.
1.3.2.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ
Nhiệt độ ảnh hưởng đến quá trình sinh trưởng của tảo thông qua tác động
đến quá trình trao đôi chất diễn ra trong tế bào. Theo nghiên cứu của Tador &
Robert (1998) ở điều kiện nhiệt độ dưới 25oC tảo sinh trưởng rất chậm, nhiệt
độ thích hợp cho sự phát triển của tảo Spirulina platensis là 30–35oC và khi
nhiệt độ lên tới 49oC, tế bào tảo mất dần sắc tố và chuyển sang màu vàng.
Nhưng theo Taldga (2006) thì nhiệt độ thích hợp cho sự phát triển của tảo
Spirulina platensis là 35–40oC nghiên cứu của Vonshak & Tomaselli (2000)
lại cho thấy nhiệt độ thích hợp cho sự phát triển của tảo là 35–38oC.
1.3.2.3. Ảnh hưởng của độ mặn
Độ mặn là yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến sự sinh trưởng và phát triển
của vi tảo trên cơ sở thông qua quá trình làm thay đổi áp suất thẩm thấu của
màng tế bào. Ngoài ra độ mặn còn ảnh hưởng đến thành phần sinh hoá, đặc
biệt là thành phần acid béo của vi tảo (Renaod & ctv, 1991).
Theo Vonshak & Tomaselli (2000), Spirulina platensis chịu được độ
mặn vừa phải. Khi nồng độ NaCl đạt 0,75M và cao hơn sẽ làm giảm sự phát
triển của tảo. Nhưng theo nghiên cứu của Tadros & Robert (1998) về ảnh
hưởng của nồng độ NaCl lên tốc độ tăng trưởng của tảo Spirulina platensis đã
15
chứng minh: tốc độ tăng trưởng của tảo sẽ tăng khi nồng độ NaCl tăng từ 0–
10mM, nhưng khi nồng độ NaCl đạt 100mM tăng trưởng của tảo sẽ bị ảnh
hưởng và năng suất sinh khối sẽ bị giảm do sợi tảo ngắn lại.
1.3.2.4. Ảnh hưởng của pH
Sự biến đổi của nhiệt độ cũng như ánh sáng đều tác động đến pH thông
qua quá trình quang hợp của tảo. Theo Ukeles (1971) pH của môi trường quá
cao hoặc quá thấp đều làm chậm tốc độ phát triển của tảo. Mức pH thích hợp
cho sự phát triển của tảo Spirulina platensis là 8,5–10,3 (Đặng Đình Kim,
2002) và mức pH tối ưu là 9–10. Khi pH cao hơn 10,5 thì S. maxima có màu
xanh lục còn S. platensis có màu hơi úa vàng.
1.3.3. Ảnh hưởng của môi trường dinh dưỡng
Dinh dưỡng đóng vai trò vô cùng quan trọng đến sinh trưởng và phát
triển của vi tảo. Dinh dưỡng của môi trường ảnh hưởng trên hai phương diện
là chất lượng và số lượng. Mật độ tảo nuôi thường cao hơn rất nhiều so với
ngoài tự nhiên, do vậy việc bổ sung dinh dưỡng vào môi trường nuôi là không
thể thiếu. Các chất đặc biệt cần thiết cho sự phát triển của tảo với hàm lượng
tương đối cao là nitơ, phốt pho và các bon.
1.3.3.1. Nitơ
Nitơ là thành phần cơ bản cấu tạo nên các loại protein, trong đó có
protein cấu trúc và protein chức năng (các enzyme, các chất hoạt tính). Ngoài
ra, nitơ còn tham gia vào cấu tạo của nhiều loại vitamin B 1, B12, B6, là thành
phần của hệ men oxy hoá khử và nhiều men quan trọng khác.
Theo Muzapharir & Taybaev (1974) cho biết tảo có khả năng sử dụng
nitơ dưới ba dạng hợp chất: amon, nitrat, nitrit, nhưng đạm amon tảo dễ hấp
thụ hơn nitrat. Nghiên cứu của Tadors & Robert (1998) đã cho thấy với hàm
lượng urê 20mM làm tăng tốc độ sinh trưởng của tảo Spirulina platensis và
khi hàm lượng urê cao hơn lại có tác dụng ngược lại. Nếu nitrat với hàm
16
lượng 30mM tảo Spirulina platensis có tốc độ sinh trưởng cao và khi thấp hơn
10mM, tảo tăng trưởng chậm lại và mất dần các sắc tố.
1.3.3.2. Phôt pho
Phôt pho là một trong những thành phần tham gia vào cấu trúc của tế
bào, nó được xem là chìa khoá của quá trình trao đổi chất. Hàm lượng phôt
pho không cần thiết phải cao, song nếu thiếu phôt pho thì tảo không phát triển
được. Vì vậy, phôt pho được coi như là một yếu tố giới hạn trong sự phát triển
của tảo (Huckison, 1957).
Theo Tadros & Robert (1998) khi nồng độ phôt pho tăng 1–5mM thì tăng
trưởng của tảo cũng tăng nhưng khi đạt 10mM tảo bắt đầu tàn lụi. Nồng độ
phôt pho của môi trường giảm xuống dưới 1mM, tảo vẫn phát triển bình
thường nhưng sợi tảo ngắn lại do đó ảnh hưởng tới năng suất sinh khối.
1.3.3.3. Các bon
Trong môi trường nước các bon vô cơ có thể ở dạng H 2CO3, CO2, HCO3-,
CO32-, phụ thuộc vào giá trị PH. Nhiều nhà nghiên cứu cho rằng: CO 2 là dạng
duy nhất tảo sử dụng trực tiếp trong quá trình quang hợp. Các bon dưới dạng
HCO3- xâm nhập vào tế bào tảo nhờ chuyển vận tích cực hoặc nhờ tác động
của cacrboadrase phân huỷ thành CO2 và H2O theo phản ứng sau :
CO2 + H2O H2CO3 H+ + HCO3Cho nên enzyme này là tác nhân điều khiển nồng độ CO 2, H+, HCO3- và
CO32- trong tế bào tảo. Tảo Spirulina cần hàm lượng bicacbonat cao. Hiện nay,
để nâng cao năng suất sinh khối người ta bổ sung CO 2 vào môi trường nuôi
tảo và các nhà khoa học đang tiếp tục cải tiến nhằm giảm tối đa mất mát CO 2
ra ngoài không khí (Đặng Đình Kim, 1998).
1.4. Phương pháp nuôi
Việc nuôi tảo có thể được chia thành nhiều hình thức. Nói chung, căn cứ
vào thời gian duy trì dịch nuôi trong bể, thời gian thu hoạch và phương pháp
17
thực hiện có thể chia thành 3 hình thức nuôi chính như nuôi theo đợt, nuôi liên
tục và nuôi bán liên tục.
- Nuôi theo đợt:
Ở hình thức nuôi này, tảo được nuôi cấy vào môi trường nuôi với mật độ ban
đầu thấp và khi thu hoạch sẽ thu toàn bộ thể tích nuôi. Với hình thức nuôi này, khi
mật độ tảo cao sẽ gây nên giới hạn ánh sáng làm giảm tốc độ sinh trưởng.
- Nuôi liên tục:
Hình thức nuôi này đặc trưng bởi sự cung cấp môi trường dinh dưỡng và
thu hoạch liên tục theo một tỷ lệ pha loãng nhất định để duy trì tình trạng phát
triển của tảo tại một tốc độ sinh trưởng tốt nhất. Nuôi liên tục khắc phục được
sự giới hạn dinh dưỡng và ánh sáng khi mật độ tảo tăng cao, có khẳ năng cung
cấp tảo liên tục cho quá trình thí nghiệm và sản xuất (Ukeles, 1973).
- Nuôi bán liên tục:
Hình thức nuôi này tảo được định kỳ thu hoạch theo một tỷ lệ nhất định,
trong khoảng thời gian không đổi và được cấp lại môi trường dinh dương mới
để duy trì thể tích nuôi ban đầu (Ukeles, 1973). Nói chung, tảo được nuôi với
mật độ ban đầu thấp và được thu hoạch, pha loãng cuối pha logarit.
Khi nuôi tảo quy mô lớn cung cấp cho sản xuất, hai hình thức nuôi theo
đợt và bán liên tục được sử dụng chủ yếu. Hình thức nuôi liên tục đươc sử
dụng chủ yếu trong phòng thí nghiệm, ít được sử dụng trong sản xuất do phức
tạp và tốn kém.
1.5. Đặc điểm sinh học của tảo Spirulina platensis
1.5.1. Hệ thống phân loại
Ngành: Cyanophyta.
Lớp: Cyanophyceae.
Bộ: Oscillatoriales.
18
Họ: Oscillatoriaceae.
Chi: Spirulina Turpin, 1827.
Loài: Spirulina platensis.
1.5.2.Đặc điểm hình thái cấu tạo
Spirulina platensis là loài tảo lam đa bào hay còn gọi là vi khuẩn lam. Nó
là loài trong họ Oscillatoriacea – nghĩa là chúng có khả năng vận động tiến về
phía trước hoặc phía sau. Spirulina có khả năng tạo ra các không bào khí nhỏ
(gas vesicle) có đường kính khoảng 70nm và được cấu trúc từ các sợi protein
bện lại. Không bào khí giúp Spirulina nổi được trên bề mặt dịch lỏng.
Cơ thể Spirulina platensis hiển vi có dạng xoắn lò xo với 5–7 vòng xoắn
đều nhau. Trichom không phân nhánh, phân chia thành các tế bào có vách
ngăn ngang. Trong tế bào có những hạt nhỏ phân bố sát màng tế bào. Chiều
dài trichom tới 151 micron, rộng 5.5-6.5micron. Các vòng xoắn đều nhau với
đường kính 43 micron, khoảng cách giữa các vòng xoắn 2.6 micron (Dương
Đức Tiến, 1996)
19
Phần II
VẬT LIỆU, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1. Vật liệu nghiên cứu
2.1.1. Đối tượng nghiên cứu.
- Tảo Spirulina platensis.
2.1.2. Các dụng cụ thí nghiệm.
- Bình tam giác có thể tích 500ml/bình.
- Hệ thống điều hòa,nước ngọt, nước khoáng, muối dinh dưỡng.
- Hệ thống ống dẫn khí, dây sục khí.
- Lamen, lam kính, pipet, cốc.
- Quỳ tím, máy so màu quang phổ(spectro photometer 23), kính hiển vi,
cân tiểu ly.
- Bếp điện, xoong.
2.2. Nội dung nghiên cứu
2.2.1. Nghiên cứu ảnh hưởng lên sự phát triển của tảo Spirulina platensis
khi nuôi trong các môi trường dinh dưỡng khác nhau. Với các chỉ tiêu
đánh giá:
- Chu kỳ phát triển của tảo.
- Sinh khối cực đại.
- Tốc độ sinh trưởng của tảo.
2.2.2. Nghiên cứu ảnh hưởng của mật độ ban đầu khác nhau lên sự phát
triển của tảo Spirulina platensis. Các chỉ tiêu đánh giá:
- Chu kỳ phát triển của tảo.
- Sinh khối cực đại.
- Tốc độ sinh trưởng của tảo.
2.2.3. So sánh sự phát triển của tảo Spirulina platensis khi nuôi ở điều
kiện phòng thí nghiệm với điều kiện nuôi ngoài trời. Các chỉ tiêu đánh
20
- Xem thêm -