CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1. Giới thiệu chung về vi tảo trong nuôi trồng thủy sản 1. Giá trị dinh dưỡng của vi tảo Ngày nay vi tảo là thức ăn không thể thiếu được ở giai đoạn ấu trùng của nhiều loại thủy hải sản, được sử dụng làm thực phẩm bổ dưỡng/chức năng cho con người và động vật nuôi, cung cấp các chất có hoạt tính sinh học được dùng làm thuốc, mỹ phẩm, dược phẩm; có vai trò bảo vệ môi trường và cố định CO2 giảm phát thải khí nhà kính, làm nguồn phân bón và nhiên liệu sinh học [9], [10]. Hiện nay sản xuất sinh khối vi tảo rất thấp ước đạt 20.000 tấn SKK/năm, giá SKK cao khoảng 1000 USD/tấn, trong khi đó nhu cầu thị trường ngày càng cao [11].
Vi tảo là nguồn cung cấp các vitamin quan trọng. Những loại vitamin chính gồm thiamine (vitamin B1), riboflavin (B2), pyridoxine (B6), cyanocobalamin (B12), vitamin C, pyridoxyl phosphate và các loại vitamin tan trong mỡ như vitamin A, D, E và K. Thalassiosira pseudonana có hàm lượng vitamin C đạt 1,1 mg/g SKK và B2 đạt 20 µg/g SKK ở pha logarit [12]. Kết quả khảo sát của Brown và cộng sự (1996) ở 6 loài vi tảo thuộc các lớp khác nhau cho thấy chúng chứa hàm lượng cao vitamin B1 từ 48 đến 106 µg/g SKK và cao hơn nhu cầu của nhiều loài sinh vật biển [12].
Vi tảo sống rất giàu dinh dưỡng và dễ tiêu hóa hơn nhiều so với các sản phẩm thay thế như bột đậu tương và bột cá. Tảo đông khô và dạng paste được lựa chọn để thay thế vi tảo sống trong nuôi trồng các loài nhuyễn thể hai mảnh vỏ. Bổ sung tảo đông khô hỗn hợp để thay thế một phần sinh khối vi tảo sống đã nâng cao được tốc độ sinh trưởng và khả năng sống sót của các loài nhuyễn thể hai mảnh vỏ như Hàu, Sò, Trai và Điệp [12]. Vi tảo rất giàu dinh dưỡng, là nguồn cung cấp protein, khoáng chất đa và vi lượng, polysacarit, các axít béo mạch dài không bão hòa đa nối đôi (Long chain polyunsaturated fatty acids - LCPUFAs), cung cấp các chất thứ cấp có hoạt tính sinh học cao như sterols, sắc tố, enzyme và một vài hợp chất khác… cho con người và động vật [13], [14], [15].
Sinh khối vi tảo đã được bổ sung có hiệu quả tốt vào thành phần thức ăn cho các loài gia súc và gia cầm, cho tằm và cá cảnh. Sinh khối Chlorella, Scenedesmus, Spirulina được bổ sung vào khẩu phần thức ăn của gà với tỉ lệ 7,5 - 10% là giải pháp có lợi cho kinh tế. Loài Thalassiosira sp. thuộc chi Thalassiosira có các điều kiện nuôi trồng khá tương đồng với loài T.
có hàm lượng dinh dưỡng cao như protein 18 - 30% so với SKK, lipít 20,60 - 24,67% so với SKK, EPA (11,32 - 16,65% so với TFA), DHA (0,80 - 1,33% so với TFA) và các loại axít amin thiết yếu [2], [8]. Bổ sung 5% Spirulina trong thức ăn của cá mè trắng, mè hoa, trắm cỏ, rô phi đã làm tăng tỉ lệ sống và tốc độ tăng trưởng của chúng. Bổ sung tảo tươi vào khẩu phần thức ăn của gà mái làm tăng tỉ lệ đẻ và hàm lượng vitamin A trong trứng [16]. 4 luan an Nhu cầu sử dụng nguồn PUFAs được chiết xuất từ bột cá và dầu cá ngày càng tăng cao hiện nay là một thách thức lớn trong phát triển NTTS [17].
Nguồn PUFAs cho thủy hải sản được cung cấp chủ yếu thông qua chế độ ăn là các loài vi tảo như tảo silic. Đây là nguồn cung cấp dồi dào và phong phú có tiềm năng cho sản xuất thương mại [15], [18] có thể thay thế từng phần dầu cá trong tương lai [19]. DHA được sản xuất bởi vi tảo dị dưỡng (VTDD) như Crypthecodinium cohnii, Schyzochytrium mangrovei [16], [20] và một số loài tảo đơn bào khác [13] đã được thương mại hóa để sản xuất DHA ở quy mô công nghiệp [14], [21]. EPA và DHA là chất bổ dưỡng có lợi cho sức khỏe con người [13].
Hiện nay, có nhiều loài tảo biển giàu EPA, DHA có tiềm năng trở thành nguồn cung cấp các axít béo nêu trên [15], [18]. Các PUFAs như EPA và DHA có tác dụng cho hoạt động của mắt, phụ nữ có thai, giảm các bệnh rối loạn nhịp tim, đột quỵ và huyết áp cao [22], chống bệnh trầm cảm, viêm khớp dạng nhẹ và hen suyễn [23], hỗ trợ giảm ung thư vú ở người. Tuy nhiên, trong cơ thể con người không thể tự tổng hợp DHA. Do đó, chúng phải được cung cấp chủ yếu từ các nguồn thức ăn và liều sử dụng cho người trưởng thành có thể từ 450 - 500 mg EPA và DHA/ngày [23] và 500 mg DHA/ngày [22].
VTDD có thể thay thế dầu cá trong việc cung cấp các ω - 3 PUFAs [24] với những thuận lợi như nuôi trồng không cần ánh sáng, ít tạp nhiễm, có thể sản xuất quanh năm, không phụ thuộc mùa hay khí hậu; dễ dàng kiểm soát được điều kiện nuôi trồng, đảm bảo được chất lượng sản phẩm theo mong muốn; MĐTB tảo đạt cao, có thể trên 100 g SKK/L; và có thể sử dụng các kỹ thuật lên men hiện đang được sử dụng rộng rãi trong công nghệ vi sinh cho việc nuôi trồng các VTDD. Mặc dù vậy, sản xuất ω - 3 PUFAs từ VTDD cũng có một số thách thức như: chỉ một số ít các loài VTDD tích luỹ ω - 3 PUFAs có hàm lượng cao; do môi trường nuôi rất giàu dinh dưỡng và tốc độ sinh trưởng của tảo tương đối thấp nên dễ bị tạp nhiễm; cần phải cân đối chi phí sản xuất với giá thị trường. Vi tảo là nguồn nguyên liệu tiềm năng có khả năng thay thế biểu hiện protein, sản xuất thuốc và dược phẩm trong tương lai [10]. pseudonana là nguồn nguyên liệu thiết yếu giúp thể hiện kháng nguyên IbpA DR2 bảo vệ từ Histophilus somni để sản xuất vắc - xin chống lại bệnh hô hấp của bò và sản xuất các loại protein tái tổ hợp cao có giá trị với chi phí thấp [3].
Ngoài ra, vi tảo nói trên còn được sử dụng trong nghiên cứu quang bảo vệ ở mức tế bào nhằm xác định vai trò của các protein như LI818 trong việc giảm stress hiệu quả [25]. Sử dụng vi tảo trong ương nuôi ấu trùng động vật thân mềm Lượng vi tảo cần thiết để sản xuất giống và nuôi thương phẩm động vật thân mềm là rất lớn. Chúng là nguồn thức ăn trong suốt vòng đời sống của nó. Năm 1997, ở Pháp, người ta đã sản xuất 147.150 tấn hàu và lượng hậu ấu trùng cần cung cấp là khoảng 5 tỉ con, trong đó 10% là giống sản xuất nhân tạo.
Lượng vi tảo cần sản xuất để cho ra sản lượng trên là khoảng 8 - 11 tấn SKK/năm. Ở Mỹ, Công ty Coast Seafood đã sản xuất khoảng 40.000 tấn hàu và phải cần đến 20 tỉ ấu trùng điểm mắt. Lượng vi tảo đã sản xuất để phục vụ là khoảng 20 tấn SKK/năm [26]. Vi tảo còn được dùng để làm gia tăng giá trị 5 luan an của sản phẩm thân mềm trước khi tiêu thụ.
Ví dụ, ở Pháp hàu có màu xanh ở phần mang và môi xúc tu thì có giá cao hơn 40% so với hàu bình thường. Để có thể thu hoạch hàu có màu xanh đặc biệt này, người nuôi hàu đã áp dụng kỹ thuật “làm xanh hóa” hàu bằng cách cho hàu ăn vi tảo silic Haslea ostrearia phân bố tự nhiên trong ao ở vùng duyên hải phía tây nước Pháp hoặc nuôi thu sinh khối trong điều kiện nhân tạo [26]. Sử dụng vi tảo trong nuôi luân trùng và artemia Một số loài thuộc các chi tảo Chaetoceros, Thalassiosira, Isochrysis, Nannochloropsis và Tetraselmis được sử dụng phổ biến trong các trại giống thủy hải sản với mục đích nói trên. Bên cạnh việc sử dụng vi tảo tươi để nuôi luân trùng, các dạng vi tảo khô (đơn bào) hay cô đặc được xem là những tiến bộ trong kỹ thuật nuôi luân trùng bằng vi tảo.
Ở Nhật Bản, sản phẩm vi tảo Chlorella nước ngọt cô đặc chứa trong thùng 18 L với MĐTB khoảng 20 tỉ tế bào (tb)/mL được dùng làm thức ăn nuôi luân trùng. Mật độ luân trùng khi nuôi bằng Chlorella cô đặc cao hơn nhiều (5.000 cá thể/mL) so với nuôi bằng vi tảo tươi (500 - 1. Thalassiosira weissflogii được nuôi trồng và thu hoạch để làm thức ăn tươi cho luân trùng [27]. Theo Vartak và Joshi (2002), Artemia phát triển khá tốt khi cho ăn bằng tảo Spirulina sp., đạt chiều dài sau 12 ngày nuôi của Artemia (8 mm) cao hơn Artemia cho ăn bằng tảo Tetraselmis sp.
(7,7 mm) và Chaetoceros sp. Sử dụng vi tảo trong sản xuất giống cá biển Ngoài nhu cầu dùng vi tảo để làm thức ăn và làm giàu thức ăn sống như luân trùng, Artemia, vi tảo còn được đưa trực tiếp vào bể ương nuôi ấu trùng cá biển. Đây gọi là “kỹ thuật nước xanh” thường áp dụng trong ương nuôi nhiều loài cá biển khác nhau. Tác dụng của sự hiện diện của vi tảo trong bể ương nuôi ấu trùng góp phần ổn định chất lượng nước trong các hệ thống nuôi nước tĩnh (loại thải các sản phẩm trao đổi chất, tạo ôxy) [29], nguồn thức ăn trực tiếp do hoạt động bắt mồi của cá và lớp vỏ tế bào vi tảo giàu polysaccharide có thể giúp tăng khả năng miễn dịch không đặc hiệu ở cá [9], nguồn dinh dưỡng gián tiếp cho ấu trùng thông qua con đường thức ăn sống (vi tảo giúp duy trì giá trị dinh dưỡng của thức ăn sống khi đưa vào bể ương nuôi ấu trùng) [30], tăng khả năng bắt mồi cho cá nhờ tăng mức độ tương phản giữa vật mồi và môi trường nước [31] và một số loài vi tảo có khả năng tiết các chất ức chế vi khuẩn và điều chỉnh hệ vi sinh vật trong đường ruột của ấu trùng [32].
Các muối khoáng trong môi trường dinh dưỡng cung cấp cho vi tảo có thể giúp cân bằng nhu cầu khoáng ở ấu trùng cá biển thông qua chuỗi thức ăn [26]. Vi tảo sử dụng trong trại sản xuất giống tôm biển và tôm thẻ chân trắng Vi tảo có một số ưu điểm như có kích thước nhỏ phù hợp với cỡ miệng của ấu trùng tôm, dễ tiêu hóa, giàu dinh dưỡng và ít gây ô nhiễm môi trường, có hàm lượng dinh dưỡng cao, nhiều loài không có độc tố, là một mắt xích quan trọng trong chuỗi thức ăn và 6 luan an có khả năng nuôi sinh khối lớn, cung cấp đầy đủ chất dinh dưỡng cần thiết cho ấu trùng tôm biển và tôm thẻ chân trắng. Hiện nay, có nhiều loài vi tảo được sử dụng trong các trại sản xuất giống tôm biển và tôm thẻ chân trắng như Thalassiosira weissflogii, Thalassiosira pseudonana, Spirulina platensis, Skeletonema costatum, Chaetoceros calcitrans, Chaetoceros gracilis, Tetraselmis chuii, Tetraselmis suesica, Isochrysis galbana.