Lịch sử phát hiện và sử dụng Spirulina platensis
Tảo Spirulina, một nguồn thực phẩm bổ dưỡng từ thời cổ đại của người Aztec ở Mê-hi-cô và thổ dân Kanembu ở Trung Phi, đã được nghiên cứu trong nhiều năm Loại tảo này có hình dạng sợi xoắn màu xanh lục, chỉ có thể quan sát được dưới kính hiển vi do cấu tạo từ nhiều tế bào đơn Spirulina nổi bật với các đặc tính vượt trội và giá trị dinh dưỡng cao.
Tiến sĩ Clement người pháp đã tình cờ phát hiện tảo Spirulina vào những năm
Vào năm 1960, khi đến Trung Phi, nhà khoa học Clement đã ngạc nhiên trước sức khỏe cường tráng của thổ dân sống trong vùng đất cằn cỗi và đói kém Ông phát hiện rằng trong mùa không săn bắn, họ chủ yếu tiêu thụ một loại bánh màu xanh có tên là Dihe, được làm từ tảo Spirulina mà họ thu hoạch từ hồ Người Kanembu thu hoạch tảo bằng cách vớt lên, cho vào chậu đất, xả nước qua túi vải và phơi khô dưới nắng Sau khi khô, phụ nữ cắt tảo thành miếng vuông để bán tại chợ địa phương Dihe thường được nghiền và trộn với sốt cà chua, tiêu, rắc lên thịt, cá và đậu, chiếm đến 70% bữa ăn của họ.
Vào cuối thập kỷ 80 của thế kỷ 20, giá trị dinh dưỡng và chức năng sinh học của tảo Spirulina đã được khám phá và công bố rộng rãi không chỉ tại Pháp mà còn ở nhiều quốc gia khác như Mỹ, Nhật Bản, Canada, Mexico và Đài Loan Tảo Spirulina có chỉ số hóa học của protein rất cao, với các axit amin chủ yếu như leucine, isoleucine, valine, lysine, methionine và tryptophan có tỉ lệ vượt trội so với tiêu chuẩn của tổ chức Lương Nông Quốc Tế.
Trong nhiều thập kỷ, Spirulina đã thu hút sự chú ý của các nhà nghiên cứu nhờ vào giá trị dinh dưỡng cao, chứa 60–70% protein và năng suất vượt trội gấp 20 lần so với đậu nành trên mỗi hecta Ngoài ra, Spirulina còn cung cấp nhiều thành phần dược tính quý, bao gồm khả năng chống oxy hóa, chống dị ứng, tăng cường hệ miễn dịch, giảm mỡ trong máu và tiềm năng chống ung thư.
Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước về Spirulina platensis
Tình hình nghiên cứu trên thế giới
Vào năm 1940, nhà tảo học người Pháp P Dangeard đã nhắc đến bánh Dihe, món ăn truyền thống của bộ tộc Kanembu gần hồ Chad, Châu Phi Spirulina platensis, loại tảo được coi là có lợi cho sức khỏe con người, đã được xác định là thành phần chính của bánh Dihe bởi nhà thực vật học Jean Leonard trong giai đoạn 1964-1965 Ông cùng các đồng nghiệp đã phân tích thành phần hóa học của Spirulina platensis dựa trên những quan sát của P Dangeard.
Năm 1968 ở Nhật, Hiroshi Nakamura cùng Christopher Hill thuộc Liên đoàn
Spirulina platensis đã thu hút sự chú ý của các nhà khoa học quốc tế trong nghiên cứu về tác dụng của nó Hiện tại, một trong những nghiên cứu chống HIV/AIDS tại Nhật Bản đang ứng dụng Spirulina platensis Sản lượng Spirulina platensis toàn cầu hiện đạt khoảng 1000 tấn khô mỗi năm.
Năm 1995 tại Ấn Độ một nghiên cứu đã chứng tỏ với liều 1gam/ngày
Spirulina platensis, có tác dụng trị ung thư ở những bệnh nhân ung thư do thói quen nhai trầu thuốc.
Nhiều nghiên cứu chỉ ra rằng sinh khối Spirulina platensis chứa calcium spirulan, có khả năng ức chế sự phát triển của nhiều loại virus, bao gồm cả HIV Ngoài ra, Spirulina còn giúp giảm lượng cholesterol trong máu và chứa phycocyanin, một chất có tác dụng chống oxy hóa, giúp ức chế độc tố gan hepatotoxin Bên cạnh đó, Spirulina platensis cũng được biết đến với khả năng nâng cao hệ miễn dịch và tăng cường sức đề kháng cho cơ thể.
Nghiên cứu của R Kozlenko và cộng sự đã chỉ ra rằng Spirulina có khả năng ngăn chặn sự xâm nhập của virus vào tế bào Nhiều nhà khoa học khác cũng đã xác nhận khả năng ức chế ung thư của sinh khối và dịch chiết từ Spirulina.
Spirulina platensis là một loại tảo xanh có tác dụng kích thích sự tăng trưởng của tế bào hồng cầu và bạch cầu, từ đó nâng cao khả năng miễn dịch của cơ thể Việc sử dụng thường xuyên viên nén Spirulina platensis mang lại nhiều lợi ích sức khỏe như giảm nguy cơ ung thư, tăng cường hệ miễn dịch, ức chế virus, chống lão hóa, làm giảm nếp nhăn, hạ cholesterol máu và hạn chế các tai biến tim mạch.
E.D.G Danesi và cộng sự trường đại học Sao Paulo–Brazil đã nghiên cứu ảnh hưởng của cường độ ánh sáng đến quá trình tăng hàm lượng chất diệp lục của
Năm 2004, Luis D Sán-Lunahez và các cộng sự tại trường đại học Sao Paulo, Brazil đã nghiên cứu việc sử dụng nhịp cấp liệu urea làm nguồn nitơ trong nuôi cấy không liên tục Spirulina platensis Nghiên cứu chỉ ra rằng liều lượng urea thích hợp không gây ức chế sự hình thành sinh khối, từ đó giúp giảm chi phí cho quy trình nuôi cấy qui mô công nghiệp.
In 2004, Jorge Alberto Vieira Costa and colleagues from the Foundation of Rio Grande University in Brazil conducted a study aimed at improving the biomass yield of Spirulina platensis in batch culture systems.
Tại Nhà máy Điện hạt nhân Chernobyl, nghiên cứu phòng chống ung thư do tia phóng xạ cho các nạn nhân đã cho thấy hiệu quả tích cực khi sử dụng Spirulina platensis nguyên chất Việc tiêu thụ Spirulina platensis giúp đào thải lượng phóng xạ cao qua đường tiểu ở những người bị nhiễm xạ Kết quả này đã được công nhận tại hội nghị quốc tế về Spirulina platensis vào năm 1998 tại Cộng hòa Czech.
Tình hình nghiên cứu tại Việt Nam
Tại Việt Nam, Viện Sinh vật (Viện Khoa học Việt Nam) đã di thực giống Spirulina platensis từ Viện Pasteur Paris, Pháp, để nghiên cứu từ năm 1972 Các nghiên cứu ở mức độ phòng thí nghiệm đã cho thấy triển vọng tích cực trong việc nuôi trồng tảo này theo mô hình ngoài trời, không mái che, với hệ thống sục khí carbonic (CO2).
Việc thử nghiệm nuôi trồng Spirulina platensis đã được tiến hành vào năm
1976 trong thời gian 4,5 tháng tại Nghĩa Đô, Hà Nội đã thu được kết quả khá khả quan.
Kể từ năm 1977, Spirulina platensis đã được Viện Sinh Học Công Nghệ quốc gia nghiên cứu và ứng dụng nuôi trồng tại vùng suối khoáng Vĩnh Hảo, Bình Thuận.
Tại thành phố Hồ Chí Minh, ứng dụng sinh khối Spirulina platensis trong y học đang được nghiên cứu mạnh mẽ, đặc biệt trong sản xuất thuốc và thực phẩm chức năng Một ví dụ tiêu biểu là đề tài của bác sĩ Nguyễn Thị Kim Hưng cùng cộng sự, nghiên cứu về "Sản xuất và sử dụng thức ăn có Spirulina platensis trong dinh dưỡng điều trị".
Nghiên cứu do Đại Học Y Dược TP HCM chủ trì, với ThS DS Lê Văn Lăng làm chủ nhiệm, tập trung vào sản xuất pilot sinh khối Spirulina platensis giàu selen Đề tài mở ra hướng đi mới trong việc ứng dụng Spirulina platensis nhằm tăng cường dinh dưỡng cho bệnh nhân và hỗ trợ điều trị bệnh, hứa hẹn mang lại nhiều lợi ích trong lĩnh vực y học.
Nhiều nghiên cứu đã sử dụng các nguồn dinh dưỡng khác nhau để nuôi Spirulina platensis, như nước thải ươm tơ tằm tại Đan Hoài (Hà Tây) và Bảo Lộc (Lâm Đồng), cùng nước suối khoáng Đắc Mil (Đắc Nông) Nhóm tác giả do cố giáo sư Nguyễn Hữu Thước dẫn đầu đã thực hiện đề tài cấp nhà nước (Mã số 48.01.02.03) và tổng kết vào tháng 4 năm 1986, đánh dấu bước tiến quan trọng trong việc đưa kết quả nghiên cứu từ phòng thí nghiệm vào ứng dụng thực tế, mở ra triển vọng cho vi khuẩn lam Spirulina platensis tại Việt Nam Đề tài “Nghiên cứu nuôi cấy thu sinh khối và chất màu từ tảo Spirulina platensis” do Võ Thị Tuyết Nga thực hiện tại Trường Đại học Tây Nguyên đã bước đầu nghiên cứu nuôi trồng ở quy mô phòng thí nghiệm để thu sinh khối và tách chiết chất màu.
Từ những nghiên cứu ở trên cho thấy các nhà khoa học rất quan tâm đến
Spirulina platensis trong nhiều lĩnh vực ứng dụng khác nhau: công nghệ thực phẩm, dược phẩm, mỹ phẩm, xử lý môi trường và chăn nuôi.
Tổng quan về Spirulina platensis
Đặc điểm sinh học
Theo một nhà tảo học người Đức Deurben năm 1927 Spirulina có tên gọi của vi sinh vật
Sau này các chuyên gia phân loại học thống nhất tên khoa học đầy đủ Theo Bergey năm 1974 thì Spirulina platensis được phân loại như sau:
Hiện nay, đã có 35 loài thuộc giống Spirulina được phát hiện, bao gồm S.Orovilca (Peru), S.jeejibai (Đức), S.subsalsa (Ukraina), S.Laxissima (Kenya và Tanzania), S.Pacifica (Hoa Kỳ), trong đó S.maxima và S.platensis là hai loài được phát hiện sớm nhất và nghiên cứu kỹ nhất Theo Viện Sinh vật học, tại Việt Nam cũng đã ghi nhận sự tồn tại của các loài Spirulina này.
Có 10 loài Spirulina nổi bật, bao gồm S.tennissima, S.Abbreviata, S.jenneri, S.platensis, S.laxissima, S.Major, S.Subtilissma, S.Corahiana, S.princeps và S.West Những loài này thường sống tự nhiên trong các ao, hồ, ruộng lúa và sông ngòi, có thể tồn tại đơn độc hoặc kết thành đám trên mặt nước Đặc biệt, vào giữa năm 1994, loài S.platensis đã phát triển mạnh mẽ tại hồ Bảy Mẫu (Hà Nội), cho phép thu hoạch một lượng lớn tảo khô trong những ngày nắng hè.
Các nhà khoa học phân loại Spirulina vào ngành bacteriophyta do những đặc điểm nổi bật như: nhân chưa hoàn chỉnh, không có ti thể và lục lạp, ribosome 70S, cùng với vách tế bào không chứa peptidoglycan.
Tảo Spirulina phân bố rộng rãi trong nhiều môi trường khác nhau, bao gồm đất, bãi rong cỏ và các thủy vực nước ngọt, lợ, mặn, thậm chí cả suối nước nóng Loại tảo này có khả năng sinh trưởng tốt trong những điều kiện mà các tảo khác không thể tồn tại Spirulina thường xuất hiện trong các thủy vực nước ngọt và có thể sống ở những nơi có độ mặn lên đến 65–70 ppt.
Spirulina là một loại tảo lam đa bào, có hình dạng sợi với nhiều tế bào hình trụ xếp chồng lên nhau Đường kính của tế bào dao động từ 1–12 micromet, chiều dài tế bào có thể lên đến 10 micromet, và chiều dài của chuỗi tảo có thể đạt tới 110 micromet Các sợi tảo này có khả năng di động, trượt dọc theo trục của chúng.
Spirulina có hình dạng xoắn khi sống trong môi trường chất lỏng và thể hiện hình xoắn thực sự trong môi trường đặc Đặc điểm độ xoắn của tảo là yếu tố quan trọng để phân loại các loài.
Spirulina có khả năng tạo ra các không bào khí nhỏ với đường kính khoảng 70nm, được cấu tạo từ các sợi protein bện lại Những không bào khí này giúp Spirulina nổi lên bề mặt để thu nhận ánh sáng cho quá trình quang hợp Vào cuối ngày, tế bào sản xuất lượng lớn carbohydrate, dẫn đến áp suất thẩm thấu cao bên trong Khi áp suất này vượt quá khả năng duy trì của không bào khí, chúng sẽ vỡ ra, giải phóng khí và khiến sợi tảo chìm xuống đáy, nơi carbohydrate được chuyển hóa thành protein.
Sự sinh trưởng của tảo diễn ra qua quá trình phân chia tế bào, và khi có chế độ dinh dưỡng phù hợp cùng với các điều kiện sinh lý học thuận lợi, tảo sẽ trải qua nhiều pha sinh trưởng khác nhau.
1 Pha chậm: Sự vô hiệu hóa các enzyme, sự giảm tốc độ trao đổi chất của tảo giống, tế bào gia tăng kích thước nhưng không có sự phân chia; một số yếu tố khuyếch tán được tạo ra do chính các tế bào thì cần cho quá trình cố định carbon; hoạt động trao đổi chất của các tế bào đã ức chế sự hoạt động của các độc tố nào đó có mặt trong môi trường, hay do cấy tảo vào môi trường có chứa một vài chất có nồng độ quá cao
Hình 1.1: Chu kỳ sinh trưởng của tảo Spirulina platensis
2 Pha tăng trưởng: là giai đoạn mà tế bào phân chia rất nhanh và liên tục Tốc độ tăng trưởng trong giai đoạn này tùy thuộc vào kích thước tế bào, cường độ ánh sáng, nhiệt độ.
3 Pha tăng trưởng chậm: Khi có một vài nhân tố xuất hiện như: sự giảm sút của yếu tố dinh dưỡng nào đó, tỷ lệ cung cấp oxy và carbonic, sự thay đổi pH, sự hạn chế ánh sáng, sự xuất hiện các yếu tố ngăn cản sự phân chia các tế bào do một chất độc nào đó thì quá trình sinh trưởng của tảo bị ức chế, đây là giai đoạn đầu của pha tăng trưởng chậm Tuy nhiên, pha này diễn ra rất nhanh với sự cân bằng được tạo ra giữa tốc độ tăng trưởng và các nhân tố giới hạn, nó được xem là pha quân bình.
4 Pha suy tàn: Khi các chất dinh dưỡng trở nên cạn kiệt không đủ cung cấp cho sự sinh trưởng và trao đổi chất đến mức trở nên độc hại, tảo sẽ bị suy tàn gọi là pha chết.
Spirulina có vòng đời khá đơn giản và tương đối ngắn Trong điều kiện tối ưu
(nuôi trong phòng thí nghiệm) vòng đời khoảng 1 ngày Trong điều kiện tự nhiên là khoảng 3–5 ngày.
1.3.1.5 Đặc điểm vận động và cư trú.
Spirulina, một loại vi khuẩn lam cổ, đã tồn tại hơn 3 tỷ năm và thường được gọi là tảo lam Tuy nhiên, nó thực sự là vi khuẩn lam cổ, có lịch sử lâu đời hơn tảo nhân thực và thực vật bậc cao hơn 1 tỷ năm.
Spirulina (Arthrospira) là một loài vi khuẩn lam có khả năng di chuyển linh hoạt, tiến về phía trước hoặc lùi lại nhờ vào các lông ở sườn bên cơ thể Các sợi lông này có đường kính từ 5–7 nm và chiều dài từ 1–2 µm, bao quanh cơ thể, hoạt động như tay chèo giúp vi khuẩn lam di chuyển hiệu quả.
Spirulina có hai phương thức vận động giúp chống lại tác động của ánh sáng mặt trời: nổi lên hoặc chìm xuống trong cột nước và bơi trong dòng nước Điều này cho phép chúng hấp thụ ánh sáng cần thiết một cách hiệu quả.
Đặc điểm dinh dưỡng của Spirulina
Spirulina là một vi sinh vật quang dưỡng bắt buộc, không thể tồn tại mà không có ánh sáng Để đảm bảo sự phát triển tối ưu của tảo, cần duy trì các yếu tố như ánh sáng, nhiệt độ, pH và điều kiện khuấy trộn phù hợp Môi trường dinh dưỡng cũng đóng vai trò quan trọng trong quá trình sinh trưởng của Spirulina.
Spirulina gồm các dưỡng chất: cacbon, nitơ, các chất khoáng đa lượng và vi lượng [5]
Spirulina hấp thụ cacbon chủ yếu dưới dạng bicarbonate (HCO3-) qua quá trình quang hợp, với nguồn cacbon cung cấp từ 1.2 đến 16.8 g NaHCO3/lít.
Spirulina có khả năng đồng hóa nitơ thông qua phản ứng khử nhờ enzyme nitrogenase và ATP, giúp tổng hợp nitơ thành protein Tuy nhiên, Spirulina không thể sử dụng nitơ từ không khí mà chỉ có thể hấp thụ dưới dạng nitrate (NO3-), NH3, (NH4)2SO4, (NH4)2HPO4, và (NH2)2CO Việc sử dụng nguồn nitơ không phải từ nitrate cần được kiểm soát nồng độ cẩn thận, vì nếu không, có thể ảnh hưởng xấu đến sự sinh trưởng của tảo và thậm chí gây chết tảo.
Các chất khoáng cần cung cấp cho môi trường nuôi tảo:
K + và Na + dưới dạng kết hợp với N, P.
Mg + : đóng vai trò tương tự như P.
Ca 2+ : không ảnh hưởng rõ đến sinh trưởng của tảo.
Fe cung cấp dưới dạng muối FeSO4
Cl - : tảo Spirulina rất ưa Clo vô cơ, nồng độ cung cấp từ muối NaCl khoảng 1-1.5 g/l
Môi trường có vi lượng khoáng khác sẽ ảnh hưởng đến khả năng hấp thụ của Spirulina, có thể dẫn đến việc hấp thụ các chất có hại như Pb, Cd, Hg, As, hoặc các chất có lợi như Selen, Sắt, Germani và có thể cả I-ốt Ngoài ra, Spirulina cũng bị ảnh hưởng bởi các hormone như indol acetic acid (AIA) và gibberelic acid (GA3), giúp tảo tăng trưởng nhanh hơn.
Đặc điểm sinh sản
Tảo sinh sản vô tính thông qua quá trình phân chia từ một sợi tảo mẹ trưởng thành, diễn ra bằng phương pháp cắt đôi (binary fission) tương tự như ở vi khuẩn Quá trình này tạo ra các đoạn Necridia, bao gồm các tế bào chuyên biệt cho sinh sản Trong các Necridia, các đĩa lõm hình thành ở hai mặt, và sự tách rời sẽ tạo ra các hormogonia, một hình thức sinh sản tảo đoạn.
Tảo đoạn là hình thức sinh sản phổ biến của vi khuẩn lam dạng sợi, được hình thành từ các trichom với kích thước khác nhau, từ 2-3 tế bào cho đến nhiều hơn Chúng có khả năng di chuyển tích cực nhờ vào việc tiết ra chất nhầy, giúp trượt lên giá thể.
Các sợi tảo trưởng thành được cắt thành nhiều đoạn, mỗi đoạn chứa từ 2-4 tế bào, nhờ vào sự hình thành của các tế bào đặc biệt gọi là hoại bào Quá trình phá vỡ các sợi tảo diễn ra một cách ngẫu nhiên nhưng có tính chất không hoàn toàn ngẫu nhiên, vì chỉ xảy ra tại vị trí của hoại bào.
Theo Boussiba (1989), các đoạn tảo con sau khi tách rời sẽ trượt nhẹ khỏi sợi cha mẹ, với hai đầu xa (hormogonia) trở nên tròn và có vách mỏng do mất đi phần dính của hoại bào Số tế bào trong các đoạn tảo gia tăng nhờ sự phân chia xen giữa, làm cho các sợi kéo dài và có hình dạng xoắn kiểu mẫu Trong thời kỳ sinh sản, tảo Spirulina thường nhạt màu và có ít sắc tố xanh hơn bình thường.
Vòng đời sinh sản của Spirulina:
Hình 1.2: Chu kỳ sinh sản của Spirulina platensis
Vòng đời tảo đơn giản, tương đối ngắn.Trong điều kiện tối ưu (nuôi trong phòng thí nghiệm) vòng đời khoảng 1 ngày Ở điều kiện tự nhiên là khoảng 3–5 ngày [3]
Các yếu tố ảnh hưởng đến sự sinh trưởng của tảo
1.3.4.1 Ảnh hưởng của ánh sáng.
Là thực vật bậc thấp chứa diệp lục, vi tảo thực hiện quá trình quang hợp theo cơ chế như ở thực vật bậc cao.
Theo Seshadri và Thomas (1979), sự tác động của ánh sáng tới Spirulina bởi yếu tố thời gian và cường độ chiếu sáng [4]
Cường độ ánh sáng tối ưu cho hoạt tính quang hợp cao nhất trong nuôi cấy tảo là từ 25000-30000 lux Trong điều kiện phòng thí nghiệm, mức ánh sáng cần thiết để thúc đẩy sự sinh trưởng của tảo Spirulina dao động từ 150-200 àmol/m²/s.
Cường độ ánh sáng ảnh hưởng đến nồng độ nuôi cấy của tảo, với nhiều vi tảo đạt cường độ quang hợp bão hòa ở khoảng 33% tổng cường độ ánh sáng Khi ánh sáng quá mạnh và thời gian chiếu sáng kéo dài, hiện tượng quang ức chế có thể xảy ra, dẫn đến nguy cơ tảo chết hoặc giảm năng suất nuôi trồng.
Theo Charenkova C.A (1977) thời gian chiếu sáng càng dài thì năng suất tảo
Spirulina càng cao Năng suất đạt cao nhất khi chiếu sáng liên tục.
Nhiệt độ môi trường luôn là một trong những yếu tố nhạy cảm ảnh hưởng đến bất kì sinh vật nào.
Trong điều kiện phòng thí nghiệm sinh trưởng của Spirulina đạt tối ưu ở nhiệt độ 35 - 37 0 C [12]
Nhiệt độ môi trường nuôi cần được duy trì ổn định, vì nó dễ bị ảnh hưởng bởi các yếu tố xung quanh như điều kiện thời tiết và thời gian chiếu sáng.
Trong môi trường nuôi Spirulina pH là kết quả của cân bằng:
pH là yếu tố quan trọng phản ánh các thành phần dinh dưỡng trong môi trường nuôi tảo, đặc biệt là nguồn bicarbonat và khí CO2 hòa tan Quá trình chuyển đổi CO2 thành H2CO3 và sau đó thành H+ và HCO3- ảnh hưởng đến mức độ pH, từ đó tác động đến sự phát triển của tảo.
S.Platensis tăng trưởng tối thích ở pH 9–11, pH=9 tối thích cho sự hấp thụ carbon ghi dấu phóng xạ và sự phóng thích oxygen quang hợp [12]
1.3.4.4 Chất dinh dưỡng. Đạm: không những ảnh hưởng đến quá trình sinh trưởng của tảo mà nó còn ảnh hưởng đến thành phần sinh hóa của tế bào tảo.
Lân là yếu tố quan trọng trong thành phần của tảo, đóng vai trò thiết yếu trong hầu hết các quá trình tế bào, đặc biệt là chuyển hóa năng lượng và tổng hợp acid nucleic Tảo chủ yếu sử dụng photpho vô cơ để phát triển và duy trì sự sống.
Vi chất: K, Na, Mg, Ca 2+ , Fe, Mn, Cu 2+ , Zn 2+ cũng ảnh hưởng quá trình nuôi tảo.
Các lĩnh vực ứng dụng của Spirulina platensis
1.3.5.1 Ứng dụng trong công nghệ thực phẩm.
Trong công nghiệp chế biến thực phẩm hiện nay người ta bổ sung tảo
Nước giải khát đóng hộp của Công ty cổ phần nước khoáng Vĩnh Hảo có bổ sung Spirulina platensis
Bánh ngũ cốc để tăng giá trị dinh dưỡng và chất xơ tự nhiên giúp cho việc tiêu hóa dễ dàng
Bột dinh dưỡng trẻ em, cháo ăn liền, bánh buiscuit (Trung tâm dinh dưỡng Trẻ em)
Sữa ít béo, yogurt và pho mát để giảm calories
Trà thảo dược, nước khoáng và nước tinh khiết.
1.3.5.2 Chiết xuất các chất có hoạt tính sinh học và dinh dưỡng.
Từ khi có Spirulina platensis, trên thế giới đã có rất nhiều sản phẩm được bán dưới dạng thuốc với tên gọi khác nhau như Linagreen, Heilina, Spirulina Kayaky,
Spirulina C, Professional Metabolics, and Light Force Spirulina are notable products derived from Spirulina platensis In Vietnam, several medications such as Linavina, Lactogyl, and Pirulamin are made from this algae and are used daily to prevent malnutrition in children, support lactating mothers, and manage conditions like diabetes and hepatitis.
Các chất chiết xuất tự nhiên từ tảo Spirulina platensis như Phycocyanin và Phycoerythrin được sử dụng làm chất tạo màu thực phẩm thay thế cho màu tổng hợp, trong đó sắc tố vàng xanthophyl đóng vai trò quan trọng trong việc nuôi gia cầm và tạo màu đỏ cho lòng đỏ trứng Hãng Dainippon Ink & Chemicals Inc của Nhật Bản đã chiết xuất Phycocyanin để sản xuất màu thực phẩm Lina–Blue A và sử dụng các sắc tố lam khác từ tảo này trong mỹ phẩm bôi mắt và môi để chống thấm nước β Phycoerythrin sạch còn được ứng dụng làm chất màu huỳnh quang trong xác định huỳnh quang miễn dịch nhờ hiệu suất lượng tử cao.
Tảo Spirulina platensis không chỉ là nguồn cung cấp acid béo mạch dài chưa bão hòa mà còn sản xuất nhiều chất có ích khác Một trong những hợp chất cao phân tử tiềm năng là poly β-hydroxybutyric (PHB), có thể được chế biến thành màng mỏng hoặc dạng bông.
Hướng sử dụng sinh khối Spirulina platensis hiện nay ở nước ta chủ yếu là dùng trong điều trị bệnh, thực phẩm chức năng, dinh dưỡng.
1.3.5.3 Chế biến thức ăn cho gia súc, gia cầm và thủy hải sản.
Tảo Spirulina platensis, với thành phần dinh dưỡng cao, được coi là nguồn thức ăn bổ sung quý giá Tảo này đã được ứng dụng hiệu quả trong nuôi tằm tại Liên Xô cũ, nuôi cá cảnh ở Nhật Bản và cải thiện khẩu phần ăn cho gà, mang lại hiệu quả kinh tế cao Nghiên cứu của Viện Sinh Vật và Sở Nông Nghiệp Hà Nội vào năm 1978 cho thấy việc bổ sung 1% tảo Spirulina platensis vào thức ăn cho gà trong 6 ngày đã làm tăng hàm lượng caroten trong lòng đỏ trứng từ 25% lên 66%.
Sinh khối tảo, đặc biệt là tảo Spirulina platensis, đã được chứng minh là có khả năng nâng cao năng suất trong nuôi trồng thủy sản, tương tự như trong nuôi tôm và cá Tại Việt Nam, vào năm 1973, nhóm nghiên cứu do Giáo sư Nguyễn Hữu Thước, Nguyễn Tiến Cư, Đặng Đình Kim và Giáo sư Mai Đình Yên tại Trường Đại Học Tổng Hợp Hà Nội đã tiến hành thử nghiệm bổ sung tảo này vào thức ăn cho gà, cá và tôm, cho thấy nhiều kết quả khả quan trong ứng dụng thực tiễn.
1.3.5.4 Sản xuất phân bón sinh học.
Giáo sư Nguyễn Hữu Thước cùng các cộng sự đã chứng minh rằng dịch chiết từ tảo Spirulina platensis có khả năng kích thích sự sinh trưởng của lúa sau khi nảy mầm, cả trong điều kiện bình thường và trong điều kiện lạnh (6 độ C trong 5 ngày).
Hiện nay, việc sử dụng tảo Spirulina platensis làm phân bón sinh học đang được áp dụng rộng rãi trên toàn cầu, đặc biệt tại các quốc gia như Trung Quốc, Miến Điện, Philippines và Thái Lan Tại Hoa Kỳ, công ty Cyanotech đã phát triển một loại phân bón sinh học độc đáo, bao gồm hỗn hợp của 8 loài vi tảo.
1.3.5.5 Xử lý môi trường. Ở Việt Nam, việc thử nghiệm nuôi trồng tảo Spirulina platensis bằng nước thải, hầm biogas không chỉ là biện pháp mở rộng sản xuất (năng suất đạt 7–10g/m 2 môi trường sinh thái cho nông thôn Tảo Spirulina platensis còn được dùng để xử lý nước thải giàu NH4 từ nhà máy Urê thuộc xí nghiệp Liên Hợp Phân Đạm – Hóa Chất Hà Bắc Kết quả cho thấy: nước thải sau khi được pha loãng và bổ sung thêm một số khoáng chất cần thiết dùng nuôi tảo Spirulina platensis đã mang lại năng suất cao và có tác dụng bảo vệ môi trường [2]
Kể từ năm 1975, Oswald và nhóm nghiên cứu tại Trường Đại Học Tổng Hợp California đã tiến hành thử nghiệm sử dụng tảo Spirulina platensis trong việc xử lý nước thải công nghiệp Kết quả cho thấy hệ thống xử lý nước thải này có khả năng tạo ra O2, cải thiện độ kết lắng, và loại bỏ kim loại cũng như các chất hữu cơ độc hại.
Công nghệ sản xuất vi khuẩn lam Spirulina platensis
1.3.6.1 Công nghệ nuôi trồng theo hệ thống hở (O.E.S).
Công nghệ nuôi trồng Spirulina theo hệ thống hở (O.E.S) thường được áp dụng tại các trang trại quy mô lớn hoặc quy mô gia đình Spirulina phát triển trong môi trường dinh dưỡng chứa trong các bình, chậu, bể hoặc hệ thống ao nhiều kênh, sử dụng ánh sáng mặt trời trực tiếp Các trang trại lớn thường lắp đặt hệ thống cánh quạt khuấy để đảm bảo tảo hấp thụ ánh sáng hiệu quả và ngăn ngừa tảo chìm xuống đáy, trong khi các mô hình nhỏ thường được khuấy bằng tay Do phụ thuộc vào điều kiện thời tiết, hệ thống nuôi hở này cần có các giải pháp quản lý hiệu quả.
1.3.6.2 Công nghệ nuôi trồng theo hệ thống kín (C.E.S).
Spirulina platensis được nuôi trong các bể lên men sinh khối (bioreactor) với hệ thống khuấy trộn 3 chiều, cho phép vi khuẩn lam hấp thu ánh sáng từ nguồn nhân tạo hoặc tự nhiên Nhiều kiểu bể lên men như thùng cổ điển và ống xoắn ốc được thiết kế để tối ưu hóa quá trình nuôi trồng Các điều kiện ánh sáng, môi trường dinh dưỡng, và quá trình thu sinh khối đều được kiểm soát và điều chỉnh một cách nghiêm ngặt.
Công nghệ nuôi trồng tảo Spirulina theo hệ thống kín (C.E.S) sử dụng các bể nuôi đặt trong nhà kính, cho phép kiểm soát tốt các yếu tố lý hoá học Mô hình này yêu cầu đầu tư lớn nhưng mang lại hiệu quả cao trong việc sản xuất tảo Spirulina.
Bảng 1.1: So sánh hệ thống nuôi tảo hở và kín.
Hệ thống nuôi tảo Spirulina hở Hệ thống nuôi tảo Spirulina kín
- Chi phí đầu tư thấp.
- Diện tích nuôi trồng lớn, chỉ nuôi được tảo trong không gian 2 chiều.
-Nuôi trong bể dinh dưỡng không phải bể lên men vi sinh khối (bioreactor).
-Tảo quang hợp chỉ dựa vào nguồn ánh sáng mặt trời.
-Hệ thống chịu nhiều tác động bởi thời tiết khí hậu, do đó việc quản lý các yếu tố vật lý, hóa học thụ động.
-Ít trang thiết bị hiện đại hơn Thông số không được ấn định tự động.
- Cho năng suất thấp hơn hệ thống kín.
- Chi phí đầu tư cao
- Diện tích nuôi nhỏ, có thể nuôi được tảo trong không gian 3 chiều.
- Nuôi trong bể lên men vi sinh khối, vận động bằng máy khuấy trộn theo 3 chiều.
- Tảo quang hợp dựa vào nguồn ánh sáng nhân tạo và tự nhiên.
- Hệ thống không chịu tác động bởi thời tiết Việc quản lý các yếu tố vật lý chủ động.
Nhiều thiết bị hiện đại cho phép quản lý chủ động các yếu tố vật lý như ánh sáng và nhiệt độ, cũng như các yếu tố hóa học liên quan đến hóa chất nuôi trồng tảo Bên cạnh đó, việc kiểm soát và diệt các vi sinh gây hại cho Spirulina cũng được thực hiện hiệu quả Tất cả các thông số như nhiệt độ, ánh sáng và pH đều được thiết lập tự động, đảm bảo môi trường tối ưu cho sự phát triển của tảo.
1.3.6.3 Công nghệ nuôi trồng Spirulina platensis ở Việt Nam.
Năm 1972, Viện Sinh Vật Học, Viện Y Học Quân Sự và Viện Quân Y 108 Hà Nội đã tiến hành nghiên cứu quy trình kỹ thuật nuôi trồng, thành phần hóa học, giá trị dinh dưỡng và tác dụng lâm sàng của một số loại thực vật Kết quả nghiên cứu cho thấy đã thành công trong việc nuôi trồng ở quy mô phòng thí nghiệm và mô hình ngoài trời với điều kiện sục khí CO2 Ngoài trời, quy trình nuôi trồng được thực hiện tại xí nghiệp nước suối Vĩnh Hảo, Đắc Lắc, nơi có khí hậu ôn hòa với nhiệt độ trung bình từ 21.3–25.9°C, cao nhất đạt 37.4°C và thấp nhất 9.9°C, cùng với tổng số giờ nắng trung bình là 6 giờ mỗi ngày.
10 giờ/ngày, Tp Buôn Ma Thuột số giờ nắng 12.3 giờ/ngày Đây là điều kiện phù hợp để nuôi trồng Spirulina platensis [7]
Cho đến nay, nhiều cơ sở nuôi trồng, sản xuất và chế biến các sản phẩm từ tảo
Spirulina đã được thành lập Đó là các cơ sở như Vĩnh Hảo - Bình Thuận, Châu Cát,
Lòng Sông - Thuận Hải, Suối Nghệ - Đồng Nai, Đắc Min - Đắc Lắc [2]
1.3.6.4 Công nghệ nuôi trồng Spirulina platensis trên thế giới.
Pháp đã phát triển một phòng thí nghiệm nghiên cứu Spirulina và tạo ra mô hình nuôi tảo Spirulina nhằm cung cấp nguồn thực phẩm hỗ trợ phòng chống suy dinh dưỡng ở trẻ em Mô hình này đang được nhiều quốc gia nghèo và đang phát triển như Peru, Togo và Việt Nam nghiên cứu và áp dụng.
Vào năm 1970, giá trị của tảo Spirulina được công nhận tại Hoa Kỳ, dẫn đến sự phát triển mạnh mẽ trong việc nuôi trồng công nghiệp loại tảo này ở nhiều quốc gia.
Tại Nhật Bản, với đầu tư của nhiều công ty kinh doanh, các dự án này đã sinh trưởng thành những xí nghiệp chuyên sản xuất tảo Spirulina [5]
Các quốc gia hàng đầu trong sản xuất đại trà loại tảo này bao gồm Mê-hi-cô, Mỹ, Nhật Bản, Đài Loan, Ấn Độ và Israel Trại tảo lớn nhất nằm ở Hawaii với diện tích khoảng 25 ha, theo sau là Trung Quốc với diện tích khoảng 16 ha.
Vai trò, vị trí của tảo Spirulina trong công nghệ sinh học (CNSH)
Công nghệ sinh học là lĩnh vực sản xuất sử dụng cơ thể sống và tế bào trong môi trường nuôi cấy để tạo ra sản phẩm có ích cho xã hội Trong khi công nghệ sinh học cổ điển sản xuất rượu, bia, chao và tương, công nghệ sinh học hiện đại phát triển thuốc men, vitamin, acid amin chất lượng cao, và chất dẻo từ vi sinh, thậm chí có thể tạo ra hồng cầu và máu nhân tạo.
Giới tảo, đặc biệt là tảo biển, đóng vai trò quan trọng trong tự nhiên thông qua quá trình quang hợp, giúp giữ cacbonic và tạo ra khoảng 500 tỷ tấn chất hữu cơ có thể sử dụng, bao gồm nhiều hoạt chất sinh học quý Đồng thời, tảo biển cũng thải ra 90% lượng oxy trong khí quyển, cung cấp nguồn oxy cần thiết cho sự hô hấp của con người và động vật.
Sự phát triển của nghề nuôi tảo biển đã dẫn đến sự ra đời của công nghệ sinh học vi tảo, với ba loại tảo nổi tiếng là Chlorella, Scenedesmus và Spirulina, mang lại giá trị dinh dưỡng cao trong thực phẩm, dược phẩm và mỹ phẩm Trong sản xuất sinh khối vi sinh vật, Spirulina được ưu tiên phát triển hơn hai loại tảo còn lại nhờ vào năm lợi thế nổi bật.
Tảo Spirulina mang lại hiệu quả kinh tế cao và góp phần bảo vệ môi trường nhờ vào khả năng sử dụng năng lượng ánh sáng mặt trời và nước biển, nước lợ Với khả năng gắn giữ carbon lên đến 6.3 tấn/ha/năm và sản xuất 16.8 tấn oxy, Spirulina không chỉ giúp nhà sản xuất thu lợi lớn hơn so với các loại vi tảo khác mà còn đóng vai trò quan trọng trong việc giảm thiểu hiệu ứng nhà kính và cải thiện chất lượng không khí.
Giá trị sử dụng của sản phẩm đã mở rộng ra ngoài phạm vi thực phẩm truyền thống, bao gồm các tác dụng chữa bệnh mới được phát hiện, ứng dụng trong sản xuất môi trường nuôi cấy tế bào cho con người và động vật, cũng như sử dụng trong ngành mỹ phẩm.
3 Tham gia vào việc xử lý môi trường: ngoài việc cung cấp dưỡng khí oxy.
Spirulina có khả năng gắn kết mạnh với các cation độc hại như chì, thủy ngân và cadimi, nên có thể được sử dụng trong xử lý nước và chất thải lỏng Ngoài ra, sinh khối này còn có thể làm chất đốt thay thế cho dầu diesel, góp phần tăng giá trị của Spirulina.
4 Spirulina có thể là đối tượng chuyển tải các tiến bộ khoa học kỹ thuật rất hiện đại trong công nghệ sinh học:
Nuôi cấy định hướng các chất dinh dưỡng và trị bệnh cho người và động vật đang ngày càng phát triển Các tiến bộ trong việc nuôi cấy Spirulina đã cho phép gắn Iod để phòng trị bệnh thiếu vi chất Iod, cùng với việc gắn Selen và Germani, giúp cung cấp chất chống oxy hóa, chống lão hóa và phòng ngừa ung thư Ngoài ra, việc nuôi cấy còn sử dụng các tiền chất định hướng nhằm tối ưu hóa sinh khối.
Spirulina là nguồn cung cấp acid béo cần thiết và beta-caroten phong phú Sự phát triển bền vững trong tương lai của Spirulina phụ thuộc vào việc lựa chọn giống phù hợp và nghiên cứu công nghệ tiên tiến, nhằm tạo ra những sinh khối Spirulina có giá trị cao trong lĩnh vực y dược.
Spirulina đang được nghiên cứu với công nghệ chuyển nạp gen, một kỹ thuật cho phép phân lập gen từ cơ thể cho (donor) và cấy ghép vào bộ máy di truyền của cơ thể nhận (receiver) Mục tiêu của phương pháp này là tạo ra những tính trạng mới cần thiết từ Spirulina, mở ra tiềm năng ứng dụng trong nhiều lĩnh vực.
Gen di truyền tạo phao khí của Spirulina giúp vi sinh vật nổi trên mặt nước, điều này rất quan trọng trong việc kiểm soát muỗi truyền bệnh Để phòng ngừa bệnh sốt rét, cần diệt muỗi Anopheles stopenis; bệnh sốt xuất huyết yêu cầu tiêu diệt muỗi Aedes aegypti; và bệnh giun chỉ cần loại bỏ muỗi Culex quinquefasciatus Một phương pháp hiệu quả là tiêu diệt ấu trùng của chúng Một số nghiên cứu cho thấy có vi sinh vật và vi nấm có khả năng thực hiện điều này, nhưng việc sống nổi trên mặt nước, nơi ấu trùng muỗi phát triển, lại là một hạn chế lớn của chúng Do đó, việc tách gen di truyền tạo phao khí từ Spirulina có thể là giải pháp tiềm năng để cải thiện khả năng diệt ấu trùng muỗi.
Spirulina ghép vào vi sinh vật có ích trên, tạo ra những đặc điểm mong muốn diệt ấu trùng muỗi gây bệnh.
Chuyển nạp gen tạo chất dẻo sinh học cho Spirulina: có thể ghép vào
Spirulina gen tạo chất polyhydroxyl butylat (P.H.B), gen này có ở vi khuẩn
Aleutroplus đang phát triển một giống Spirulina mới với khả năng sinh trưởng nhanh chóng và chứa P.H.B ở hàm lượng tối ưu Chất P.H.B được chiết xuất từ giống này có thể được sử dụng để sản xuất nhựa thay thế cho nhựa dẻo như polystyrene, với ưu điểm là dễ phân hủy và không gây ô nhiễm môi trường.
Spirulina có khả năng thích nghi với nhiều quy mô sản xuất, từ việc thu hoạch tự nhiên đến nuôi trồng tại hộ gia đình và làng xã với kỹ thuật đơn giản Ở quy mô công nghiệp, Spirulina có thể áp dụng các công nghệ từ kỹ thuật nuôi bề mặt cổ điển đến công nghệ nuôi 3 chiều hiện đại Một trong những ưu điểm nổi bật của Spirulina là dễ thu hoạch nhờ đặc tính nổi trên mặt nước và kích thước lớn từ 0.25-0.5 mm, giúp quá trình vớt và lọc trở nên thuận tiện hơn.
PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Đối tượng thí nghiệm
Tảo giống: tảo Spirulina platensis được mua từ Viện Thủy Sản 2 Thành Phố Hồ Chí Minh.
Nguồn nước: Nước ngọt lấy từ nguồn nước tại trường Đại học Thủ Dầu Một.Môi trường nuôi cấy tảo là môi trường Zarrouk.
Vật liệu
Chúng tôi lựa chọn giống tảo từ Viện Thủy Sản 2 tại Thành Phố Hồ Chí Minh và tiến hành nuôi tảo tại phòng thí nghiệm khoa Tài nguyên môi trường của Đại học Thủ Dầu Một.
Xây dựng mô hình nuôi Spirulina platensis quy mô nhỏ sử dụng nguyên liệu rẻ tiền và tái sử dụng, đồng thời đảm bảo các điều kiện sinh sống lý tưởng cho loại tảo này.
Hóa chất
Bảng 2 1: Môi trường nuôi: Môi trường Zarrouk [7]
NaCl MgSO4.7H2O CaCl2.2H2O FeSO4.7H2O EDTA NaHCO3
Bảng 2 2 : Thành phần dung dịch vi lượng A5 như sau:
Xây dựng mô hình
Mô hình sử dụng vật liệu tái chế bao gồm một giá đỡ cho các chai nhựa và hệ thống sục khí lắp đặt trên giá Khi có điện, các máy sục khí sẽ đồng loạt hoạt động, sục khí vào từng chai nhựa, giúp khuấy đều dung dịch bên trong.
Bình sục khí Bóng đèn
Hình 2.1: Bản vẽ thiết kế mô hình nuôi tảo Spirulina platensis
Thử nghiệm mô hình bằng cách dẫn điện vào các máy sục khí và sục khí vào các chai nhựa chứa nước để quan sát độ xáo trộn của từng chai Nếu nước trong các chai được trộn đều và độ xáo trộn đồng nhất, mô hình được coi là thành công.
Chúng tôi xác định kích thước mô hình phù hợp với kích thước và số lượng chai trong các thí nghiệm Khung mô hình được làm từ vật liệu dễ dàng lắp ráp và tháo rời, cho phép điều chỉnh kích thước theo yêu cầu thí nghiệm và linh hoạt sử dụng cho nhiều thí nghiệm khác nhau.
Chúng tôi sử dụng chai nhựa tái chế 500ml làm bình đựng mẫu nuôi, đồng thời lắp đặt hệ thống đèn để chiếu sáng trong không gian phòng thí nghiệm thiếu sáng.
Quy trình nuôi cấy
Bảng 2.3: Chuẩn bị hóa chất, dụng cụ.
Kính hiển vi Máy sục khí Giấy quỳ
Tủ sấy Chai nhựa Dây điện Ống khí Cân Lưới lọc Máy đo pH Nhiệt kế Máy đo cường độ ánh sáng
NACl MgSO4.7H2O CaCl2.2H2O FeSO4.7H2O EDTA NaHCO3
Bổ sung giống vào môi trường nuôi.
Theo dõi chu kỳ, thu hoạch.
Cân sinh khối tươi và sinh khối khô.
Phương pháp bố trí thí nghiệm
Thí nghiệm 1: Ảnh hưởng của pH lên sự sinh trưởng của tảo Spirulina platensis:
Thí nghiệm được thực hiện với 5 nghiệm thức và 3 lần lặp lại, sử dụng 15 chai nhựa trong môi trường Zarrouk để nuôi cấy tảo Các nghiệm thức bao gồm: pH = 8.0 (nghiệm thức 1), pH = 9.0 (nghiệm thức 2), pH = 10 (nghiệm thức 3), pH = 11 (nghiệm thức 4), và pH = 12 (nghiệm thức 5) Điều kiện nuôi cấy được duy trì ổn định với nhiệt độ từ 28–30 độ C, thể tích môi trường nuôi cấy là 300 ml, sục khí liên tục trong 24 giờ và chiếu sáng liên tục Tất cả môi trường nuôi cấy và dụng cụ đều được hấp khử trùng trước khi tiến hành thí nghiệm.
Sau 7 ngày tiến hành thu sinh khối và đánh giá pH tối ưu nhất.
Thí nghiệm 2: Thời gian nuôi cấy tối ưu.
Chúng tôi tiến hành thu hoạch tảo dựa trên chu kỳ sống của chúng ở các mốc thời gian 4, 5, 6, 7, 8 và 9 ngày để xác định thời gian sinh trưởng tối ưu Điều kiện nuôi cấy được duy trì ổn định với nhiệt độ từ 28–30 o C, thể tích môi trường nuôi cấy là 300 ml, pH được điều chỉnh theo kết quả từ thí nghiệm 1, và sục khí liên tục trong 24 giờ Tất cả môi trường nuôi cấy và dụng cụ đều được hấp khử trùng để đảm bảo chất lượng.
Thí nghiệm 3: Nồng độ nuôi cấy.
Thí nghiệm bố trí gồm 5 nghiệm thức và 3 lần lặp lại, với 15 chai nhựa, môi trường để tảo sinh trưởng là môi trường Zarrouk
Nồng độ tảo trong các nghiệm thức được bố trí như sau: Nghiệm thức 1 có nồng độ tảo 20% trong 200ml, Nghiệm thức 2 là 30% trong 200ml, Nghiệm thức 3 là 40% trong 200ml, Nghiệm thức 4 là 50% trong 200ml, và Nghiệm thức 5 là 60% trong 200ml Các điều kiện nuôi cấy được duy trì ổn định với nhiệt độ phòng nuôi từ 28-30°C, thể tích môi trường nuôi cấy 200ml, pH tối ưu theo kết quả từ thí nghiệm 1, sục khí liên tục trong 24 giờ và chiếu sáng liên tục 24/24 Môi trường nuôi cấy và dụng cụ được hấp khử trùng để đảm bảo an toàn.
Thí nghiệm 4: Ảnh hưởng của ánh sáng lên sự sinh trưởng của tảo
Tiến hành nuôi cấy tảo trong điều kiện ánh sáng tự nhiên và ánh sáng đèn tại phòng thí nghiệm với pH và thời gian tối ưu Thí nghiệm gồm 4 nghiệm thức và 3 lần lặp lại, sử dụng 12 chai nhựa và môi trường Zarrouk cho sự sinh trưởng của tảo Điều kiện nuôi cấy được duy trì ổn định với nhiệt độ từ 28-30°C, thể tích môi trường 200 ml, pH tối ưu từ kết quả thí nghiệm 1, thời gian tối ưu từ thí nghiệm 2, và sục khí liên tục trong 24 giờ Môi trường và dụng cụ nuôi cấy được hấp khử trùng để đảm bảo an toàn.
Phương pháp theo dõi chỉ tiêu chất lượng môi trường nuôi cấy và điều kiện nuôi cấy tảo Spirulina
Trong quá trình nuôi cấy, việc theo dõi các yếu tố môi trường là rất quan trọng Cần kiểm tra pH của môi trường nuôi cấy bằng giấy quỳ, đo nhiệt độ phòng nuôi bằng nhiệt kế, và đánh giá cường độ chiếu sáng bằng lux kế để đảm bảo điều kiện tối ưu cho sự phát triển.
Phương pháp thu sinh khối tảo
Sau 7 ngày cấy thu hoạch tảo bằng cách lọc qua màng polyester, đường kính mắt lưới 30 μm và xác định trọng lượng khô của sinh khối của tảo.
Xác định trọng lượng sinh khối:
‾ Nguyên tắc: dựa vào sự bay hơi nước do nhiệt để tính độ chênh lệch khối lượng trước và sau khi sấy
Lấy giấy lọc đem cân ghi lại trọng lượng.
Cho dung dịch nuôi lọc qua giấy lọc.
Rửa giấy lọc bằng khoáng lẩn trong sinh khối.
Đem giấy lọc và sinh khối đi sấy làm nguội trong bình hút ẩm và đem cân ghi lại trọng lượng.
Trọng lượng khô sinh khối bằng trọng lượng sinh khối và giấy lọc sau sấy trừ trọng lượng giấy lọc.
Phương pháp xử lý số liệu
Số liệu thu được được xử lý bằng phần mềm SPSS.
KẾT QUẢ
Mô hình
Chúng tôi đã phát triển một mô hình nuôi tảo có kích thước 1.2m chiều ngang và 1m chiều cao, được thiết kế với hai tầng, phù hợp cho việc sử dụng tại nhà cũng như trong phòng thí nghiệm.
Hình 3.1: Mô hình nuôi tảo Spirulina platensis trong phòng thí nghiệm.
Chúng tôi đã tận dụng chai nhựa đã qua sử dụng để thực hiện các thí nghiệm, lắp đặt hệ thống sục khí có van điều chỉnh trong từng chai nhằm đảm bảo lượng xáo trộn khí đồng đều Các máy sục khí được cố định trên giá đỡ bằng dây kẽm và mỗi bảng điện đều có cầu chì để đảm bảo an toàn điện Mô hình thí nghiệm được thiết kế với hai tầng, phù hợp với không gian phòng thí nghiệm và thuận tiện cho việc di chuyển cũng như giảm chi phí lắp đặt Mỗi tầng đều được trang bị bóng đèn huỳnh quang dài ngang với giá để đảm bảo ánh sáng cho tất cả các chai.
Để bảo quản giống tảo cho các thí nghiệm, chúng tôi sử dụng chai nước biển, trong đó giống được sục khí liên tục tại một góc mà không làm ảnh hưởng đến diện tích của các nghiệm thức khác Ánh sáng cần được chiếu đều cho tất cả các chai, và mỗi chai được đậy kín bằng nút bông vô trùng để ngăn ngừa sự bốc hơi của giống.
Hình 3.3: Mô hình bố trí một thí nghiệm.
Mỗi thí nghiệm được lặp lại ba lần, với mỗi tầng thực hiện bốn nghiệm thức và một máy sục phục vụ ba chai Để đảm bảo lượng khí sục vào các chai đồng đều, chúng tôi đã lắp van điều chỉnh khí cho từng chai Ống sục khí, chai và nắp chai được xử lý bằng cồn, sau đó tráng lại bằng nước cất và sấy vô trùng trong hai tiếng nhằm ngăn ngừa nhiễm khuẩn tảo.
Các thí nghiệm được thực hiện theo trình tự bao gồm: nghiên cứu ảnh hưởng của pH, khảo sát chu kỳ sinh trưởng của tảo theo thời gian, phân tích tác động của ánh sáng, và đánh giá ảnh hưởng của nồng độ đến sự phát triển của tảo Spirulina platensis.
Trong quá trình thí nghiệm nuôi tảo trong môi trường Zarrouk, nhiệt độ được duy trì ở mức 28°C và khí được sục liên tục 24/24 Kết quả thu được đã được ghi lại một cách cụ thể.
Khối lượng giấy lọc sấy trong 24 giờ ở nhiệt độ 70 0 C = 0.7802g.
Khối lượng giấy lọc đã thấm môi trường nuôi để ráo 60 phút
Sinh khối khô: khối lượng giấy lọc và tảo sau khi sấy ở 70 0 C trong 24 giờ - khối lượng giấy lọc đã sấy trong 24 giờ ở nhiệt độ 70 0 C.
Sinh khối tươi: sinh khối tảo khô giấy lọc sau khi lọc để ráo 60 phút - khối lượng giấy lọc đã thấm môi trường nuôi để ráo 60 phút.
3.2.1 Nghiên cứu ảnh hưởng của pH lên sự sinh trưởng của tảo Spirulina platensis : pH là yếu tố chỉ thị, phản ánh các thành phần nuôi dưỡng cung cấp cho môi trường nuôi dưỡng tảo, chủ yếu là nguồn bicarbonat và khí CO2 hòa tan, pH là một trong những nhân tố môi trường có ảnh hưởng rất lớn lên sự sinh trưởng của tảo Vì vậy để tìm ra pH tối ưu cho sự sinh trưởng của tảo Spirulina platensis chúng tôi đã tiến hành thí nghiệm nghiên cứu ảnh hưởng pH lên sự sinh trưởng của tảo Spirulina.
Chúng tôi nuôi 30ml tảo giống trong 300ml môi trường Zarrouk với các mức pH: 8, 9, 10, 11, 12 trong 7 ngày sau đó thu hoạch và cân khối lượng
Nghiên cứu về ảnh hưởng của pH đến sự sinh trưởng của tảo Spirulina platensis cho thấy rằng pH có tác động đáng kể đến sinh khối tươi của tảo Bảng 3.1 cung cấp dữ liệu chi tiết về sự thay đổi sinh khối tươi của tảo ở các mức pH khác nhau, minh họa rõ ràng mối quan hệ giữa pH và sự phát triển của Spirulina platensis.
(g/ml) Sinh khối khô (g/ml) pH=8 1,6964 d 0,7399 d pH=9 2,8065 a 1,6671 a pH 2,0669 b 1,0057 b pH 1,8864 c 0,8011 c pH 1,1801 e 0,5469 e pH=8 pH=9 pH pH pH 0
0.55 Ảnh hưởng của pH lên sự sinh trưởng của tảo Spirulina platensis.
Sinh khối khô Độ pH
Hình 3.5: Biểu đồ thể hiện ảnh hưởng của pH lên sự sinh trưởng của tảo
Biểu đồ cho thấy sinh khối tảo khô đạt mức cao nhất 1.6671 g/ml tại pH=9, trong khi đó mức thấp nhất là 0.5469 g/ml tại pH không xác định Kết quả cho thấy pH từ 9 đến 10 tạo điều kiện thuận lợi cho sự sinh trưởng của tảo, trong khi pH từ 11 đến 12 lại ức chế sự phát triển của chúng, dẫn đến giảm khối lượng tảo Nghiên cứu được thực hiện trong điều kiện môi trường Zarrouk với nhiệt độ phòng thí nghiệm ổn định.
28 0 C, pH=9 là tối ưu cho sự sinh trưởng của tảo.
3.2.2 Nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian nuôi cấy lên sự sinh trưởng của tảo
Vòng đời của tảo đơn giản như Spirulina platensis khá ngắn, chỉ khoảng 1 ngày trong điều kiện tối ưu như nuôi trong phòng thí nghiệm Để nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian nuôi cấy đến sự sinh trưởng của loại tảo này, chúng tôi đã tiến hành thực hiện các thí nghiệm nuôi cấy.
Nghiên cứu về Spirulina platensis trong môi trường Zarrouk với pH=9 cho thấy sinh khối tảo khô tăng dần từ ngày 4 đến ngày 8, đạt đỉnh cao nhất là 1.5054 g/ml vào ngày thứ 8 Tuy nhiên, vào ngày thứ 9, khối lượng tảo giảm do nồng độ cao làm hạn chế ánh sáng và tảo đã tiêu thụ hết chất dinh dưỡng, dẫn đến tình trạng tàn lụi nhanh Do đó, thời gian thu hoạch sinh khối tảo tối ưu là từ ngày thứ 7 đến ngày thứ 8 sau khi bắt đầu nuôi.
Hình 3.6: Ảnh hưởng của thời gian nuôi cấy đến sự sinh trưởng của tảo
Bảng 3.2: Thể hiện sự thay đổi khối lượng tảo theo thời gian.
4 ngày 5 ngày 6 ngày 7 ngày 8 ngày 9 ngày 0
Biểu đồ thể hiện sự thay đổi sinh khối tảo theo thời gian.
Hình 3.7: Biểu đồ thể hiện sự thay đổi sinh khối tảo theo thời gian.
3.2.3 Nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ ban đầu lên sự sinh trưởng của tảo
Nghiên cứu này nhằm đánh giá ảnh hưởng của nồng độ nuôi ban đầu của tảo Spirulina platensis đến sự tích lũy sinh khối tối đa Chúng tôi đã nuôi Spirulina platensis trong môi trường Zarrouk ở pH=9 với các nồng độ ban đầu khác nhau Sau 8 ngày nuôi, quá trình thu hoạch được thực hiện và sinh khối tươi cũng như khô của Spirulina platensis được ghi nhận tương ứng với các nồng độ ban đầu đã sử dụng.
Hình 3.8: Ảnh hưởng của nồng độ ban đầu lên sự sinh trưởng của
Bảng 3.3: Ảnh hưởng của nồng độ ban đầu lên sự sinh trưởng của tảo Spirulina platensis
Sinh khối tươi (g/ml) Sinh khối khô (g/ml)
1.19 Ảnh hưởng của nồng độ ban đầu lên sự sinh trưởng của tảo
Hình 3.9: Biểu đồ ảnh hưởng của nồng độ ban đầu lên sự sinh trưởng của tảo
Sinh khối tảo tăng theo nồng độ, với mức tăng từ 20% đến 40% giống, đạt tối đa 1.697g/ml ở nồng độ 40%, tăng 0.7205g/ml so với nồng độ 20% (0.9765g/ml) Tuy nhiên, khi nồng độ đạt 50%, sinh khối tảo khô giảm xuống còn 1.5414g/ml và tiếp tục giảm còn 1.1852g/ml ở nồng độ 60%, giảm 0.5118g/ml so với nồng độ 40%.
Sự tăng giảm sinh khối tảo khô phụ thuộc vào nồng độ tảo, khi nồng độ tăng cao, tảo hấp thụ hết chất dinh dưỡng và các tế bào dày đặc làm giảm khả năng tiếp nhận ánh sáng Hơn nữa, sự sinh trưởng của tảo làm thay đổi môi trường nuôi, tăng pH và ức chế sự phát triển của tảo, dẫn đến giảm sinh khối khi nồng độ tảo vượt quá 50% và 60%.
3.2.4 Nghiên cứu ảnh hưởng của ánh sáng lên sự sinh trưởng của tảo
Spirulina platensis có khả năng quang hợp, vì vậy ánh sáng là yếu tố quan trọng trong quá trình nuôi trồng Cường độ ánh sáng cần thiết phụ thuộc vào nồng độ nuôi cấy của tảo Do đó, chúng tôi đã chọn nồng độ tối ưu từ nghiên cứu trước đó trong môi trường Zarrouk để nuôi trồng Spirulina platensis Quá trình nuôi trồng được thực hiện trong điều kiện phòng thí nghiệm với 9 chai, mỗi chai chứa một lượng tảo nhất định.
Bảng 3.4: Ảnh hưởng của ánh sáng lên sự sinh trưởng của tảo Spirulina platensis
Sinh khối tươi (g/ml) Sinh khối khô (g/ml)
1.67 Ảnh hưởng của ánh sáng lên sự sinh trưởng của tảo Spirulina platensis. Ánh sáng tự nhiên Ánh sáng đèn
Thời gian chiếu sáng (giờ)
Hình 3.10: Biểu đồ ảnh hưởng của ánh sáng lên sự sinh trưởng của tảo