Luận văn thạc sĩ về nuôi thử nghiệm Spirulina trong nước khoáng Mỹ An, tỉnh Thừa Thiên Huế

Luận văn thạc sĩ vnua nghiên cứu nuôi thử nghiệm spirulina trong nước khoáng Mỹ An, tỉnh Thừa Thiên Huế, mang lại tiềm năng phát triển bền vững.

• Tác giả: Nguyễn Thị Thu Thủy
• Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Văn Giang
• Trường học: Học viện Nông nghiệp Việt Nam
• Chuyên ngành: Công nghệ sinh học
• Đề tài: Nghiên cứu nuôi thử nghiệm Spirulina trong nước khoáng Mỹ An, tỉnh Thừa – Thiên Huế
• Loại tài liệu: Luận văn
• Năm xuất bản: 2018
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CÁM ƠN
• 1. MỤC LỤC
• 1.1. Lời cam đoan
• 1.2. Mục lục
• 1.3. Danh mục chữ viết tắt
• 1.4. Danh mục bảng
• 1.5. Danh mục hình
• 1.6. Trích yếu luận văn
• 1.7. Thesis abstract
• 2. MỞ ĐẦU
• 3. TỔNG QUAN TÀI LIỆU
• 3.1. ĐẶC ĐIỂM SINH TRƯỞNG VÀ PHÂN BỐ CỦA TẢO SPIRULINA
• 3.1.1. Đặc điểm hình thái, cấu tạo và phân loại
• 3.1.2. Đặc điểm dinh dưỡng
• 4. VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 5. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 6. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về nghiên cứu nuôi Spirulina trong nước khoáng Mỹ An

Nghiên cứu nuôi Spirulina trong nước khoáng Mỹ An, Thừa Thiên Huế đã thu hút sự quan tâm lớn từ các nhà khoa học và doanh nghiệp. Spirulina là một loại tảo có giá trị dinh dưỡng cao, được biết đến với khả năng cung cấp protein, vitamin và khoáng chất. Nguồn nước khoáng Mỹ An với thành phần khoáng chất phong phú, đặc biệt là ion HCO3-, đã tạo điều kiện thuận lợi cho việc nuôi trồng loại tảo này. Mục tiêu của nghiên cứu là tận dụng nguồn nước khoáng tự nhiên để sản xuất Spirulina với năng suất và chất lượng cao, đồng thời giảm thiểu chi phí sản xuất.

1.1. Đặc điểm của nước khoáng Mỹ An và ảnh hưởng đến Spirulina

Nước khoáng Mỹ An có độ khoáng hóa khoảng 3000mg/l, với nồng độ ion HCO3- đạt hơn 1000mg/l. Điều này rất tốt cho sự phát triển của Spirulina. Nghiên cứu đã chỉ ra rằng nước khoáng này không chỉ cung cấp dinh dưỡng mà còn tạo môi trường sống lý tưởng cho tảo phát triển.

1.2. Lợi ích của việc nuôi Spirulina trong nước khoáng

Việc nuôi Spirulina trong nước khoáng giúp giảm thiểu lượng hóa chất sử dụng, tiết kiệm chi phí sản xuất và nâng cao chất lượng sản phẩm. Spirulina được sản xuất từ nước khoáng có thể đáp ứng nhu cầu dinh dưỡng cao cho con người và động vật.

II. Thách thức trong việc nuôi Spirulina tại Mỹ An

Mặc dù có nhiều lợi ích, việc nuôi Spirulina trong nước khoáng Mỹ An cũng gặp phải một số thách thức. Các yếu tố môi trường như nhiệt độ, pH và ánh sáng đều ảnh hưởng đến sự phát triển của tảo. Đặc biệt, việc duy trì các yếu tố này trong khoảng tối ưu là rất quan trọng để đạt được năng suất cao.

2.1. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến sự phát triển của Spirulina

Nhiệt độ là một yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến tốc độ sinh trưởng của Spirulina. Nghiên cứu cho thấy rằng nhiệt độ tối ưu cho sự phát triển của tảo là từ 25 đến 35 độ C. Nếu nhiệt độ quá cao hoặc quá thấp, tảo sẽ không phát triển tốt.

2.2. Tác động của pH và ánh sáng đến Spirulina

pH của nước nuôi cũng ảnh hưởng lớn đến sự phát triển của Spirulina. Mức pH lý tưởng cho tảo là từ 8 đến 10. Ngoài ra, ánh sáng cũng cần được cung cấp đầy đủ để tảo thực hiện quá trình quang hợp hiệu quả.

III. Phương pháp nuôi Spirulina hiệu quả trong nước khoáng

Để nuôi Spirulina hiệu quả trong nước khoáng Mỹ An, cần áp dụng các phương pháp khoa học và công nghệ hiện đại. Việc lựa chọn giống tảo, thiết kế bể nuôi và quy trình thu hoạch đều cần được tối ưu hóa.

3.1. Lựa chọn giống tảo Spirulina phù hợp

Việc lựa chọn giống tảo là rất quan trọng. Trong nghiên cứu, giống Spirulina platensis được chọn do khả năng thích nghi tốt với môi trường nước khoáng. Các giống khác cũng được thử nghiệm nhưng không đạt hiệu quả cao như giống này.

3.2. Thiết kế bể nuôi và quy trình thu hoạch

Bể nuôi cần được thiết kế sao cho tối ưu hóa ánh sáng và lưu thông nước. Quy trình thu hoạch cũng cần được thực hiện đúng cách để đảm bảo chất lượng của Spirulina thu được.

IV. Kết quả nghiên cứu và ứng dụng thực tiễn

Kết quả nghiên cứu cho thấy rằng việc nuôi Spirulina trong nước khoáng Mỹ An mang lại năng suất cao và chất lượng tốt. Tảo thu được đáp ứng được yêu cầu để sản xuất thực phẩm chức năng. Nghiên cứu cũng chỉ ra rằng việc sử dụng nước khoáng giúp giảm chi phí sản xuất và tăng lợi nhuận.

4.1. Năng suất và chất lượng Spirulina thu được

Năng suất tảo đạt được trong nghiên cứu là rất cao, với chất lượng dinh dưỡng vượt trội. Spirulina thu được có hàm lượng protein cao, đáp ứng nhu cầu dinh dưỡng cho con người.

4.2. Ứng dụng của Spirulina trong thực phẩm chức năng

Sản phẩm từ Spirulina có thể được sử dụng trong chế biến thực phẩm chức năng, giúp nâng cao sức khỏe cho người tiêu dùng. Nghiên cứu mở ra hướng đi mới cho ngành công nghiệp thực phẩm tại Việt Nam.

V. Kết luận và triển vọng tương lai của nghiên cứu

Nghiên cứu nuôi Spirulina trong nước khoáng Mỹ An đã chứng minh tính khả thi và hiệu quả. Tương lai của nghiên cứu này hứa hẹn sẽ mở ra nhiều cơ hội mới cho ngành công nghiệp thực phẩm chức năng tại Việt Nam. Việc tiếp tục nghiên cứu và phát triển sẽ giúp nâng cao giá trị của Spirulina và đóng góp vào sức khỏe cộng đồng.

5.1. Triển vọng phát triển ngành nuôi Spirulina

Ngành nuôi Spirulina có tiềm năng phát triển lớn tại Việt Nam, đặc biệt là ở các khu vực có nguồn nước khoáng phong phú như Mỹ An. Việc đầu tư vào công nghệ nuôi trồng sẽ giúp nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm.

5.2. Khuyến nghị cho các nghiên cứu tiếp theo

Cần tiếp tục nghiên cứu để tối ưu hóa quy trình nuôi và thu hoạch Spirulina. Các nghiên cứu về tác động của các yếu tố môi trường khác cũng cần được thực hiện để nâng cao hiệu quả sản xuất.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Nhu cầu tiêu thụ vi tảo Spirulina platensis trên thị trường toàn cầu và tại Việt Nam đang tăng trưởng mạnh mẽ, tuy nhiên nguồn cung nội địa hiện chỉ mới đáp ứng khoảng 30% nhu cầu thực tế với sản lượng tại các cơ sở lớn chỉ đạt khoảng 8 - 10 tấn/năm. Trong sinh khối khô của loài vi tảo này, hàm lượng protein thô chiếm từ 50% đến 70% (cao gấp 2 - 3 lần so với thịt bò và thịt gà), lipid chiếm khoảng 5% - 11,2%, cùng sự hiện diện của 18 loại acid amin và các sắc tố sinh học quý giá. Tuy nhiên, rào cản lớn nhất trong công nghệ nuôi sinh khối quy mô công nghiệp chính là chi phí dinh dưỡng, đặc biệt là nguồn muối khoáng bicacbonat chiếm tỷ trọng rất cao trong giá thành nguyên liệu.

Nhằm giải quyết bài toán giảm thiểu chi phí hóa chất đầu vào và tận dụng tối đa nguồn tài nguyên thiên nhiên sẵn có, đề tài nghiên cứu đã tiến hành đánh giá việc sử dụng nguồn nước khoáng nóng Mỹ An tại Thừa Thiên Huế làm môi trường nuôi cấy Spirulina platensis. Mục tiêu trọng tâm là tuyển chọn chủng giống phù hợp, hoàn thiện quy trình kỹ thuật nuôi sinh khối ngoài trời ở quy mô pilot 20 m2, đồng thời kiểm soát các chỉ tiêu chất lượng và độ an toàn của sản phẩm phục vụ chế biến thực phẩm chức năng.

Nghiên cứu được triển khai trong giai đoạn từ tháng 06/2016 đến tháng 10/2017 tại xã Phú Dương, huyện Phú Vang, tỉnh Thừa Thiên Huế và phòng Thủy sinh học môi trường thuộc Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam. Kết quả nghiên cứu mang ý nghĩa thực tiễn lớn khi tận dụng thành công nguồn nước khoáng có độ khoáng hóa trên 3000 mg/L và hàm lượng ion HCO3- tự nhiên vượt 1000 mg/L, giúp tiết kiệm chi phí bổ sung muối NaHCO3 và tạo tiền đề nhân rộng mô hình kinh tế sinh học tại các vùng sở hữu suối khoáng trên toàn quốc.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng dựa trên nền tảng sinh lý học và cơ chế quang tự dưỡng của vi khuẩn lam (Cyanobacteria), cụ thể là loài Spirulina platensis. Tế bào Spirulina có cấu trúc nhân sơ, vách tế bào gồm 4 lớp (L1 đến L4) với tổng độ dày khoảng 40 - 60 nm cấu tạo từ mucopolymer và peptidoglycan, hoàn toàn không chứa cellulose nên hệ tiêu hóa của con người có thể hấp thụ với tỷ lệ trên 85%. Hiệu suất chuyển hóa quang năng của loài vi tảo này đạt tới 10%, vượt trội hơn hẳn so với mức 3% ở các thực vật trên cạn thông thường.

Bên cạnh đó, nghiên cứu áp dụng lý thuyết cân bằng hệ đệm carbon vô cơ trong môi trường kiềm cao. Spirulina không đồng hóa trực tiếp CO2 tự do trong không khí mà hấp thu nguồn carbon chủ yếu dưới dạng ion bicacbonat (HCO3-) và cacbonat (CO32-). Hệ cân bằng hóa học chuyển hóa giữa bicacbonat và cacbonat đóng vai trò quyết định trong việc duy trì độ pH tối ưu trong khoảng 8,5 - 10,5, đồng thời tạo môi trường kiềm ức chế sự xâm lấn của các loài vi sinh vật tạp nhiễm. Động học sinh trưởng của quần thể tế bào được phân tích dựa trên mô hình 5 pha sinh trưởng kinh điển của vi tảo, bao gồm pha tiềm phát, pha cấp số nhân, pha giảm tốc, pha ổn định và pha tàn lụi.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu thực nghiệm được thu thập từ nguồn nước khoáng tự nhiên tại Mỹ An với lưu lượng khai thác 1.590 m3/ngày và nhiệt độ xuất lộ 54°C. Nước khoáng sau khi bơm được đưa vào hệ thống bể chứa 3 m3 và sục khí liên tục 24/24 giờ trong 2 ngày để xử lý hoàn toàn khí H2S trước khi cấp vào bể nuôi.

Cỡ mẫu nghiên cứu gồm 5 chủng giống Spirulina platensis ký hiệu là SP2, SP4, SP8, T38 và T48 được cung cấp bởi Viện Công nghệ môi trường. Thí nghiệm lựa chọn giống được bố trí ngẫu nhiên hoàn toàn với 3 lần lặp lại, so sánh giữa môi trường đối chứng (Zarrouk pha bằng nước cất) và môi trường thí nghiệm (Zarrouk pha bằng nước khoáng Mỹ An) trong điều kiện nhiệt độ 25 - 30°C, cường độ chiếu sáng 2000 - 3000 lux và chu kỳ quang 12 giờ sáng : 12 giờ tối.

Tốc độ sinh trưởng của tảo được theo dõi định kỳ 3 ngày/lần thông qua phương pháp đo mật độ quang (OD) tại bước sóng 445 nm bằng máy quang phổ UV-2450 Shimadzu. Lý do lựa chọn bước sóng 445 nm là do độ hấp thụ quang của sắc tố diệp lục (Chlorophyll) đạt cực đại tại vùng phổ này, đảm bảo tỷ lệ thuận chính xác với mật độ tế bào mà không làm phá hủy mẫu sinh khối. Hàm lượng ion HCO3- và CO32- được chuẩn độ bằng dung dịch acid HCl 0,1N; hàm lượng phospho hòa tan (P_PO43-) được xác định bằng phương pháp Acid ascorbic; hàm lượng nitrat (N_NO3-) được xác định bằng phương pháp Salicylate theo tiêu chuẩn Standard Methods.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Thứ nhất, phân tích lý hóa xác định nguồn nước khoáng Mỹ An có chất lượng tuyệt vời cho nuôi cấy vi tảo, với độ khoáng hóa tổng số vượt 3000 mg/L, trong đó nồng độ ion HCO3- đạt hơn 1000 mg/L. Hàm lượng các kim loại nặng nguy hại như chì (Pb), asen (As), thủy ngân (Hg) và cadmi (Cd) đều ở mức rất thấp, nằm dưới ngưỡng giới hạn cho phép của Bộ Y tế.

Thứ hai, trong số 5 chủng giống được đánh giá trong phòng thí nghiệm, chủng SP8 thể hiện khả năng thích ứng và tốc độ sinh trưởng vượt trội nhất khi nuôi trong môi trường nước khoáng Mỹ An. Tốc độ tăng trưởng của chủng SP8 trong công thức thí nghiệm cao hơn khoảng 15% - 20% so với các chủng T38 và T48, cho phép rút ngắn thời gian nhân giống ban đầu.

Thứ ba, khi triển khai nuôi sinh khối ngoài trời tại hệ thống bể raceway pilot diện tích 20 m2 (chiều sâu mực nước duy trì 30 - 40 cm), mật độ quang OD445nm của dịch tảo tăng trưởng ổn định từ mức cấy ban đầu là 0,3 lên đạt ngưỡng 1,4 chỉ sau 10 - 12 ngày nuôi cấy. Sau đó, quy trình thu hoạch bán liên tục được thực hiện bằng cách lọc hạ mật độ quang về mức OD445nm = 0,8 rồi bổ sung thêm dinh dưỡng để tiếp tục chu kỳ tiếp theo.

Thứ tư, sinh khối khô thu được sau sấy phun có hàm lượng protein đạt trên 60%, hàm lượng phycocyanin chiếm khoảng 15% - 18% trọng lượng khô, cùng sự hiện diện cân đối của các acid amin thiết yếu. Chất lượng sinh khối hoàn toàn đáp ứng các tiêu chuẩn vệ sinh an toàn thực phẩm để làm nguyên liệu sản xuất thực phẩm chức năng.

Thảo luận kết quả

Khả năng sinh trưởng mạnh mẽ của chủng tảo SP8 trong nước khoáng Mỹ An được giải thích bởi sự tương tác hài hòa giữa nguồn khoáng vi lượng tự nhiên và hệ đệm bicacbonat dồi dào. Ion HCO3- tự nhiên không chỉ đóng vai trò cung cấp carbon vô cơ liên tục cho quá trình quang hợp mà còn giữ cho độ pH của môi trường bể nuôi luôn dao động trong khoảng ổn định từ 9,0 đến 10,2.

Khi biểu diễn các dữ liệu thực nghiệm trên đồ thị tương quan giữa biến thiên nhiệt độ môi trường (từ 28°C đến 36°C trong các tháng 7 và tháng 8) với tốc độ tăng trưởng OD445nm, có thể thấy rõ sự quang hợp diễn ra mạnh nhất vào khoảng thời gian từ 8 giờ đến 11 giờ sáng. Việc duy trì hệ thống khuấy đảo bằng guồng quay liên tục đã ngăn ngừa hiện tượng phân tầng nhiệt độ và lắng đọng tế bào, giúp hiệu suất đồng hóa dinh dưỡng N_NO3- và P_PO43- đạt mức tối đa.

So sánh với các nghiên cứu nuôi cấy Spirulina tại nguồn nước khoáng Vĩnh Hảo (Bình Thuận) và Đắc Min, chất lượng sinh khối thu được tại Mỹ An có độ tương đồng cao về hàm lượng protein (trên 60%) nhưng vượt trội về độ sạch vi sinh vật nhờ kiểm soát tốt mái che nilon nhà kính diện tích 75 m2, hạn chế tối đa tác động tiêu cực của nước mưa pha loãng.

Đề xuất và khuyến nghị

Nhằm phát triển và nhân rộng mô hình nuôi sinh khối tảo Spirulina platensis từ nguồn nước khoáng tự nhiên, các giải pháp và khuyến nghị kỹ thuật cụ thể bao gồm:

• Chuẩn hóa quy trình nuôi bán liên tục và thu hoạch định kỳ: Áp dụng phương thức thu sinh khối một phần khi mật độ quang đạt OD445nm = 1,4 và bổ sung 40% - 50% thể tích môi trường dinh dưỡng mới. Quy trình này do các trung tâm công nghệ sinh học phối hợp với đơn vị khai thác suối khoáng thực hiện trong vòng 3 - 6 tháng nhằm tăng năng suất sinh khối thêm 20% - 25%.
• Đầu tư mở rộng quy mô bể nuôi raceway: Nâng cấp diện tích bể nuôi từ quy mô pilot 20 m2 lên quy mô bán công nghiệp 500 - 1000 m2. Hệ thống cần lắp đặt mái che màng nhựa Israel chuyên dụng để điều tiết cường độ ánh sáng, giữ nhiệt độ nước không vượt quá ngưỡng giới hạn 38°C vào các đợt nắng nóng gay gắt mùa hè.
• Nâng cấp công nghệ thu hoạch và chế biến sâu: Doanh nghiệp chế biến dược liệu cần đầu tư hệ thống máy vắt ly tâm liên tục kết hợp thiết bị sấy phun sương ở nhiệt độ dưới 60°C trong lộ trình 12 tháng tới. Giải pháp này giúp bảo tồn trên 90% hoạt tính của enzyme superoxide dismutase (SOD) và hàm lượng sắc tố phycocyanin nhạy cảm với nhiệt độ.
• Xây dựng tiêu chuẩn cơ sở và kiểm định định kỳ: Sở Khoa học và Công nghệ cùng Chi cục An toàn Vệ sinh Thực phẩm địa phương cần tiến hành lấy mẫu kiểm tra định kỳ 100% các lô sinh khối thương phẩm, đảm bảo các chỉ tiêu kim loại nặng (Pb, As, Cd, Hg) luôn đáp ứng quy chuẩn QCVN trước khi phân phối ra thị trường.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Nội dung và kết quả nghiên cứu trong luận văn mang lại giá trị tham khảo thiết thực cho nhiều nhóm đối tượng:

• Các nhà nghiên cứu và sinh viên ngành Công nghệ sinh học, Thủy sinh học: Cung cấp phương pháp luận khoa học về kỹ thuật phân lập, sàng lọc giống vi tảo quang tự dưỡng, cùng các phương pháp phân tích hóa nghiệm chuẩn xác như đo quang phổ OD445nm và chuẩn độ ion trong môi trường nước khoáng.
• Các doanh nghiệp sản xuất thực phẩm chức năng và dược phẩm: Tham khảo công nghệ nuôi cấy giá thành thấp để tự chủ nguồn nguyên liệu bột tảo Spirulina nguyên chất giàu đạm (đạt trên 60%) phục vụ sản xuất viên nén, viên nang và đồ uống bổ dưỡng.
• Các chủ đầu tư khu du lịch nghỉ dưỡng và khai thác suối khoáng nóng: Cung cấp mô hình kinh tế tuần hoàn khả thi nhằm khai thác triệt để nguồn nước khoáng địa phương với lưu lượng lớn (hơn 1.500 m3/ngày), gia tăng chuỗi giá trị dịch vụ chăm sóc sức khỏe.
• Cơ quan quản lý nông nghiệp và phát triển nông thôn: Cung cấp cơ sở dữ liệu thực nghiệm để hoạch định chính sách phát triển nông nghiệp công nghệ cao, tạo sinh kế bền vững và thúc đẩy kinh tế địa phương tại các tỉnh miền Trung.

Câu hỏi thường gặp

Nguồn nước khoáng Mỹ An có ưu điểm gì nổi bật để nuôi tảo Spirulina?

Nước khoáng Mỹ An có độ khoáng hóa cao trên 3000 mg/L và nồng độ ion HCO3- tự nhiên vượt 1000 mg/L. Thành phần bicacbonat dồi dào này đóng vai trò là nguồn carbon vô cơ trực tiếp cho quang hợp, giúp duy trì ổn định độ pH kiềm từ 8,5 đến 10,2 và cắt giảm hơn 20% chi phí bổ sung hóa chất NaHCO3 so với công thức nuôi nhân tạo.

Trong 5 chủng giống thử nghiệm, vì sao chủng SP8 lại được lựa chọn?

Qua đánh giá thực nghiệm trên 5 chủng (SP2, SP4, SP8, T38, T48), chủng SP8 thể hiện khả năng thích nghi cao nhất với thành phần khoáng chất Mỹ An. Chủng này đạt tốc độ sinh trưởng cao hơn 15% - 20% so với các chủng còn lại, duy trì trạng thái dịch tảo thuần khiết và tích lũy hàm lượng protein thô vượt 60% trọng lượng khô.

Độ sâu mực nước tối ưu trong bể raceway là bao nhiêu?

Độ sâu mực nước tối ưu được xác định trong khoảng 30 - 40 cm. Khoảng độ sâu này bảo đảm cường độ ánh sáng quang hợp từ 150 - 200 µmol/m2/s xuyên thấu đồng đều tới các tế bào tảo, kết hợp với guồng đảo nước ngăn chặn hiện tượng tự che tối hoặc quang tự ức chế khi mật độ quang tăng cao.

Sinh khối tảo thu được từ nước khoáng có an toàn về kim loại nặng không?

Sinh khối tảo khô hoàn toàn an toàn đối với sức khỏe con người. Các kết quả phân tích độc chất học chứng minh hàm lượng các kim loại nặng độc hại như chì (Pb), asen (As), cadmi (Cd) và thủy ngân (Hg) trong sản phẩm đều thấp hơn nhiều so với ngưỡng giới hạn khắt khe quy định bởi Bộ Y tế và Tổ chức Y tế Thế giới (WHO).

Thời điểm và phương pháp thu hoạch nào cho năng suất và chất lượng cao nhất?

Thời điểm thu hoạch thích hợp nhất là vào buổi sáng sớm khi mật độ quang đạt OD445nm = 1,4. Sử dụng hệ thống bơm kết hợp lưới lọc chuyên dụng kích thước mắt lưới 30 - 50 µm cho phép thu hồi sinh khối dạng sệt nhanh chóng, sau đó sấy khô ngay để hạn chế tối đa sự suy giảm dinh dưỡng và hoạt tính sinh học.

Kết luận

• Nguồn nước khoáng tự nhiên Mỹ An tại Thừa Thiên Huế với độ khoáng hóa trên 3000 mg/L là môi trường lý tưởng để nuôi sinh khối tảo Spirulina platensis, giúp giảm thiểu đáng kể chi phí hóa chất đầu vào.
• Chủng vi tảo Spirulina platensis SP8 đã được tuyển chọn thành công từ 5 chủng thử nghiệm nhờ tốc độ sinh trưởng vượt bậc và khả năng thích nghi môi trường nước khoáng vượt trội.
• Mô hình bể raceway pilot 20 m2 vận hành ổn định với chu kỳ sinh trưởng 10 - 12 ngày, nâng mật độ quang từ OD445nm = 0,3 lên mức thu hoạch 1,4.
• Sinh khối bột tảo khô đạt hàm lượng protein thô trên 60%, giàu sắc tố phycocyanin (15% - 18%) và tuyệt đối an toàn về các chỉ tiêu kim loại nặng theo tiêu chuẩn của WHO.
• Quy trình công nghệ đã mở ra hướng phát triển kinh tế sinh học bền vững, giải quyết tình trạng thiếu hụt nguồn nguyên liệu tảo nội địa chất lượng cao.

Đóng góp lớn nhất của luận văn là đã hoàn thiện trọn vẹn quy trình kỹ thuật từ khâu xử lý nguồn nước, nhân giống, nuôi dưỡng đến thu hoạch sinh khối vi tảo trên nền nước khoáng thiên nhiên miền Trung. Kế hoạch tiếp theo trong vòng 12 - 18 tháng tới là mở rộng diện tích nuôi cấy lên quy mô 1.000 m2. Các doanh nghiệp và đơn vị y dược hãy nhanh chóng đón đầu cơ hội hợp tác chuyển giao công nghệ để thương mại hóa nguồn thực phẩm chức năng vô cùng giá trị này.

Trích đoạn nội dung tài liệu

MỞ ĐẦU Spirulina platensis là một loại vi tảo (hay còn gọi là vi khuẩn lam) có dạng xoắn, màu xanh lam, các tế bào liên kết thành tập đoàn dạng sợi, có giá trị dinh dưỡng cao: Protein chiếm đến 67%, cao gấp 2 - 3 lần thịt bò và thịt gà; lipid – 11.2% trọng lượng khô và có nhiều loại axit béo không bão hoà đa nối đôi, các nguyên tố đa và vi lượng khác nhau (Đặng Đình Kim, 2002). Protein trong tảo Spirulina gồm 18 loại acid amin, trong đó các loại axit amin thiết yếu như Leucin, Isoleucin, Valin, Lysin, Methionin và Tryptophan đều có mặt với tỷ lệ vượt trội so với chuẩn của tổ chức lương thực quốc tế (FAO) quy định; hệ số tiêu hóa và acid gama linolenic (tiền thân của chất prostaglandin) rất cao có tác dụng cùng với vitamin E chống xơ vữa động mạch, điều hòa huyết áp, bảo vệ gan và các tế bào thần kinh; là những nhân tố rất quan trọng cho trẻ, đặt biệt là trẻ thiếu sữa mẹ… Ngày nay, Spirulina đang là đối tượng được tập trung nghiên cứu rất mạnh vì chúng được xem như là một sản phẩm chiến lược mang lại giá trị kinh tế cao của nhiều nước trên thế giới. Do có những tác dụng to lớn đối với sức khỏe con người như vậy nên từ lâu, tổ chức lương thực và y tế thế giới (FAO & WHO) đã xem Spirulina như là nguồn thực phẩm chức năng bổ dưỡng lý tưởng trong thế kỷ 21 (Wang and Zhao, 2005). Hiện nay nhiều nước trên thế giới đã phát triển nuôi công nghiệp loài tảo này với mục đích tạo thực phẩm dinh dưỡng, thực phẩm chức năng cho người và động vật nuôi trong đó có động vật thủy sản.

Spirulina platensis không sử dụng CO2 tự do mà chủ yếu sử dụng ở dạng HCO3- hoặc CO32-. Ở Việt Nam nguồn nước khoáng thiên nhiên của nhiều tỉnh thành được đánh giá có thành phần khoáng tốt, có thể sử dụng cho mục đích chữa bệnh, tăng cường sức khoẻ cho con người. Theo nguồn của Đại học Y dược Huế, nguồn nước khoáng nóng tại Mỹ An (thôn Mỹ An, xã Phú Dương, huyện Phú Vang, Huế) là loại nước sulfur hyđro – fluor, nóng vừa, khoáng hoá vừa với độ khoáng hóa khoảng 3000mg/l. Đặc biệt nồng độ ion HCO3- đạt hơn 1000mg/l rất tốt cho việc nuôi Spirulina.

Sử dụng nguồn nước khoáng để nuôi sinh khối tảo trên quy mô lớn giúp giảm hàm lượng hóa chất sử dụng trong quá trình nuôi, giảm được chi phí sản xuất tảo, và dẫn đến giảm giá thành các sản phẩm sản xuất từ tảo. 1 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] Vì vậy đề tài “Nghiên cứu nuôi thử nghiệm Spirulina trong nước khoáng Mỹ An, tỉnh Thừa – Thiên Huế” được thực hiện với mong muốn tận dụng được những khoáng chất tự nhiên quí giá sẵn có trong nguồn nước khoáng Mỹ An nhằm xây dựng được mô hình nuôi sinh khối tảo Spirulina platensis ở Thừa - Thiên Huế để giảm lượng hóa chất sử dụng, tiết kiệm được chi phí sản xuất; tảo thu được đạt năng suất và chất lượng cao, tạo được nguồn nguyên liệu chế biến các sản phẩm thực phẩm chức năng chăm sóc sức khỏe cho con người. 2 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail. TỔNG QUAN TÀI LIỆU 2.

ĐẶC ĐIỂM SINH TRƯỞNG VÀ PHÂN BỐ CỦA TẢO SPIRULINA 2. Đặc điểm hình thái, cấu tạo và phân loại * Hình thái Tên “Spirulina” xuất phát từ tiếng Latinh “helix” hoặc “spiral” biểu hiện hình dạng xoắn của nó. Spirulina là tảo đa bào, dạng sợi, sống cộng sinh, các tế bào được phân biệt bởi vách ngăn, dạng sợi xoắn hình lò xo không phân nhánh, số vòng xoắn lớn nhất là 6 - 8 vòng đều nhau. Đường kính xoắn khoảng 35 - 50m, bước xoắn là 60m, chiều dài sợi tảo có thể đạt 250m.

Nhiều trường hợp Spirulina có kích thước lớn hơn. Các vách ngang chia sợi Spirulina thành nhiều tế bào riêng rẽ liên kết với nhau bằng cầu liên bào. Sợi tảo Spirulina có khả năng chuyển động và tự vận động theo kiểu trượt quanh trục của sợi (Hoàng Thị Thanh Loan, 2010). * Cấu tạo Tế bào Spirulina có cấu trúc giống với sinh vật Prokaryote thiếu các hạt liên kết với màng thuộc gram âm, thành tế bào nhiều lớp và được bao bọc bởi màng polysaccharide nhầy.

Thành tế bào Spirulina không chứa celulose mà hệ tiêu hóa con người không phân cắt được. Spirulina có tỷ lệ chuyển hóa quang hợp khoảng 10% so với chỉ 3% của các thực vật sống trên cạn như đậu nành. Tế bào tảo Spirulina chưa có nhân điển hình, vùng nhân chỉ là vùng giàu axit nucleic chưa có màng nhân bao bọc, phân bố trong nguyên sinh chất. Thành tế bào Spirulina có cấu trúc nhiều lớp, không chứa cellulose mà chứa mucopolyme, pectin và các loại polysacharid khác.

Màng tế bào nằm sát ngay dưới thành tế bào và nối với màng quang hợp thylakoid tại một vài điểm. Spirulina không có lục lạp mà chỉ chứa thylakoid quang hợp nằm rải rác trong nguyên sinh chất. Màng thylakoid bao quanh các hạt polyphosphat có đường kính 0.5 - 1μ thường nằm ở trung tâm tế bào. Sắc tố quang hợp chính là phycocyanin, bên cạnh đó còn có chlorophyll a.

Ngoài ra, tế bào Spirulina không có không bào thực, chỉ có không bào chứa khí làm chức năng điều chỉnh tỉ trọng tế bào. Không bào khí có vai trò rất quan trọng trong việc làm cho Spirulina nổi lên mặt nước. Tế bào Spirulina không có ty thể và mạng lưới nội chất, tuy nhiên tế bào vẫn có ribosome với hệ số lắng 70S và một số thể vùi như hạt polyphotphat, 3 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] glycogen, phycocyanin, cacboxysome và hạt mesosome (Đặng Đình Kim, 1999). Thành tế bào dưới kính hiển vi điện tử hiện lên gồm 4 lớp: từ lớp L1 đến lớp L4 (L1, L2, L3, L4).

L1 và L3 chứa vật liệu dạng sợi. L2 là một peptidoglycan giống như ở tế bào vi khuẩn. L4 được sắp xếp chạy theo chiều dọc của trục sợi Spirulina (Nguyễn Thị Hoa, 2009). Lát cắt tế bào Spirulina platensis.

Nguồn: Nguyễn Thị Hoa (2009) Hình 2.1 cũng cho thấy một vách ngăn đang hình thành, vách ngăn này gồm ba lớp: L2 kẹp giữa hai L1, có thể hình dung như hình 2. Mô hình sắp xếp vách tế bào Spirulina platensis. Nguồn: Phan Văn Dân (2009) Lớp L1 và L3 có chức năng vận chuyển điện tử, hai lớp L2 và L4 tập trung các điện tử đó. Độ dày của mỗi lớp từ 10 - 15nm, nên độ dày của toàn bộ thành tế bào là khoảng 40 - 60nm.

Các lớp L1, L3, L4 có độ dày bằng nhau, lớp L2 lớn hơn (Phan Văn Dân, 2009). * Phân loại Mang nhiều tên gọi khác nhau như Spirulina, Arthrospira và là một chủ đề 4 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] được thảo luận nhiều từ trước đến nay, nhất là khi cái tên “tảo” được nhắc đến lần đầu tiên. Năm 1852, việc phân loại học đầu tiên được viết bởi Stizenberger. Ông đưa ra tên chi mới là Arthrospira dựa vào cấu trúc chứa vách ngăn, đa bào, dạng xoắn.

Gomont đã khẳng định những nghiên cứu của Stizenberger vào năm 1892, đồng thời Gomont bổ sung thêm loài không có vách ngăn là Spirulina và loài có vách ngăn là Arthrospira. Như vậy, tên được công nhận là Arthrospira, nhưng trong những hoạt động khảo sát và nghiên cứu Arthrospira được gọi là Spirulina, do đó tên Spirulina được sử dụng phổ biến cho đến nay thay cho tên Arthrospira. Theo Nguyễn Hữu Thước (1988), loài Spirulina (Arthrospira) platensis thuộc: Chi : Spirulina (Arthrospira) Họ : Oscillatoriceae Bộ : Oscillatoriales Lớp : Cyanophyceae Ngành : Cyanophyta Spirulina chủ yếu có hai loài Spirulina platensis và Spirulina maxima, trong đó Spirulina platensis là phổ biến hơn cả. Đặc điểm dinh dưỡng Sự hiểu biết toàn diện về đặc điểm dinh dưỡng của Spirulina trở nên quan trọng hơn vì quy trình sản xuất loài vi sinh vật này thực sự thích hợp với điều kiện khí hậu và kinh tế của những vùng thiếu hụt dinh dưỡng phổ biến.

Trong khi mối quan tâm đối với nhiều loài vi sinh vật khác đang ngày càng giảm bớt vì vấn đề khả năng tiêu hóa, hàm lượng các loại acid. Spirulina dường như trở thành một giải pháp tốt nhất cho sản xuất nguồn thực phẩm có chất lượng cao. Spirulina được nhắc đến nhiều do có thể sống trong điều kiện nuôi có độ mặn và pH cao, nên bảo đảm vệ sinh trong nuôi cấy, vì có rất ít những vi sinh vật khác có khả năng sống sót trong điều kiện như vậy (Phan Văn Dân, 2009). Protein Hàm lượng protein trong Spirulina dao động từ 50 - 70% trọng lượng khô.

Hàm lượng protein này thấp hơn từ 5 - 10% tùy vào thời gian thu hoạch và môi trường sống. Giá trị cao nhất thường đạt được khi thu hoạch vào buổi sáng sớm của ngày nắng. Spirulina có hàm lượng protein cao hơn bất kỳ một loại thực phẩm 5 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] nào khác, nhiều hơn thịt động vật và cá tươi (15 – 25% TLT), đậu nành (35% TLK), sữa bột (35% TLK), trứng (12% TLT), đậu phộng (25% TLK), lúa gạo (8 – 14% TLK), sữa (3% TLT). Theo quan điểm chất lượng thì protein từ tảo Spirulina là hoàn hảo, vì sự hiện diện đầy đủ acid amin thiết yếu và không thiết yếu, chiếm khoảng 47% tổng lượng protein.

Protein của tảo Spirulina là nguồn protein ít béo, ít calorie và đặc biệt không cholesterol. Acid amin Bảng 2. Thành phần acid amin trong Spirulina. Tính cho 10 gram Tỷ lệ so với tổng Acid amin thiết yếu (mg) acid amin (%) Isoleucine 350 5.5 Acid amin không thiết yếu Alanine 470 7.8 Tổng acid amin 6200 100 Nguồn: Jacques Falquet (2008) Thành phần acid amin trong Spirulina rất cân đối, gồm đủ lượng acid amin thiết yếu và không thiết yếu.

6 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] Acid amin thiết yếu là thành phần mà cơ thể con người không tự tổng hợp được mà phải cung cấp từ thực phẩm qua đường tiêu hóa. Trong tự nhiên, hầu như không có nguồn nguyên liệu động, thực vật nào chứa đủ toàn bộ 18 loại acid amin này và cũng ở tình trạng tương tự đối với các sản phẩm tổng hợp thương mại.1, chỉ có acid amin methionine và cysteine có mặt ở mức thấp. Mặc dù vậy, chúng vẫn chiếm hơn 80% mức lý tưởng mà tổ chức Nông Lương Thế giới (Food and Agricultural Organisation /FAO) của LHQ đã công bố, cao hơn đậu hạt, trái cây. Với 100% nhu cầu acid amin mỗi ngày chỉ cần dùng 36g Spirulina.

Thành phần acid amin của Spirulina sản xuất ở Việt Nam tương đương nước ngoài. Lipid Hàm lượng lipid khoảng 5 – 7% trọng lượng khô Spirulina. Lượng lipid tổng này được chia thành hai phần: có thể xà pḥòng hóa (83%) và không xà pḥòng hóa (17%, chứa chủ yếu là paraffin, các sắc tố, các sterol). Với hàm lượng lipid thấp.