Tài liệu 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

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