Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Vi khuẩn lam Arthrospira platensis (thường gọi là tảo xoắn Spirulina) là nguồn vi sinh vật quang tự dưỡng có giá trị thương mại và dinh dưỡng cao. Sinh khối khô của Spirulina chứa hàm lượng protein lên tới 70% trọng lượng khô (cao gấp mười lần đậu nành và gấp ba lần thịt bò), giàu các acid amin thiết yếu, vitamin (đặc biệt là vitamin B12 đạt 162 mcg/100 g, vitamin A dưới dạng $\beta$-carotene đạt 352.000 IU/100 g), khoáng chất (hàm lượng sắt đạt 87,4 mg/100 g), acid béo thiết yếu (gamma-linolenic acid - GLA đạt 108 mg/100 g) và các sắc tố có hoạt tính sinh học như phycocyanin (chiếm trung bình 17,2%), chlorophyll (1,2%) và carotenoid tổng số (504 mg/100 g).

Tuy nhiên, các phương pháp nuôi cấy truyền thống hiện nay đang bộc lộ nhiều hạn chế kỹ thuật:

  • Hệ thống mở (Opened Eco-System - OES) dạng ao hở hay kênh dẫn đòi hỏi diện tích xây dựng rất lớn, tiêu tốn nhiều nước, khó kiểm soát nhiệt độ và thường xuyên đối mặt với nguy cơ nhiễm chéo vi sinh vật, tảo tạp.
  • Hệ thống đóng (Closed Eco-System - CES) dạng photobioreactor (ống đứng, ống nằm ngang, tấm phẳng) tuy khắc phục được vấn đề tạp nhiễm nhưng có chi phí đầu tư ban đầu và vận hành rất cao.
  • Khâu thu hoạch sinh khối ở cả hai hệ thống trên đều phức tạp và tốn kém, phụ thuộc vào quá trình lọc màng hoặc ly tâm tiêu tốn năng lượng.

Để giải quyết vấn đề thu nhận sinh khối và tối ưu hóa diện tích nuôi, phương pháp cố định vi tảo trên giá thể màng bám hai lớp được đặt ra. Khác với các giá thể tổng hợp từ dầu mỏ (nilon) hay cellulose thực vật (giấy), màng cellulose vi khuẩn (Bacterial Cellulose - BC) do vi khuẩn Acetobacter xylinum sinh tổng hợp sở hữu mạng lưới sợi nano 3D siêu mịn, độ bền cơ học cao, độ tinh khiết trên 99% (không chứa lignin và hemicellulose) cùng khả năng hút và giữ nước vượt trội (>95%). Việc kết hợp màng BC với hệ thống hồi lưu dinh dưỡng mao dẫn mở ra phương thức nuôi cấy cố định mới, giúp vận chuyển dưỡng chất liên tục cho vi tảo và đơn giản hóa tối đa quy trình thu hồi sinh khối.

Mục tiêu của đề tài:

  1. Nuôi cấy cố định tảo thành công trên màng BC trên hệ thống hồi lưu dinh dưỡng.
  2. Đánh giá hàm lượng lipid, phycocyanin, chlorophyll, carotenoid có trong tảo Spirulina sp.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

  • Đối tượng nghiên cứu: Chủng vi khuẩn lam Arthrospira platensis (Spirulina sp.); chủng vi khuẩn Acetobacter xylinum sinh tổng hợp màng bacterial cellulose; hệ thống nuôi cấy màng đôi BC kết hợp sợi thủy tinh; môi trường nuôi cấy Zarrouk chuẩn và các môi trường cải tiến thay thế nguồn nitơ (amoni sulfate, urea).
  • Phạm vi nghiên cứu: Thiết kế và chế tạo màng BC bằng phương pháp lên men tĩnh theo mẻ trong thùng thể tích 30 lít; thiết kế và vận hành mô hình hệ thống hồi lưu dinh dưỡng phòng thí nghiệm; đánh giá tốc độ sinh trưởng, khối lượng khô và các chỉ tiêu hóa sinh của vi tảo sau khi thu hoạch cố định trên màng BC tại Viện Công nghệ sinh học & Thực phẩm (Trường Đại học Công nghiệp Thành phố Hồ Chí Minh) và Bộ môn Sinh lí học & Sinh học động vật (Trường Đại học Khoa học Tự nhiên - ĐHQG TP.HCM) vào năm 2021.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Nghiên cứu được xây dựng trên cơ sở tích hợp giữa sinh lý học vi tảo quang dưỡng và kỹ thuật vật liệu sinh học polymer vi sinh vật:

  • Khung lý thuyết và mô hình sinh học:

    • Vi khuẩn lam Arthrospira platensis: Sinh vật nhân sơ quang tự dưỡng, tế bào hình trụ liên kết thành sợi đa bào dạng xoắn trụ (helix) hoặc xoắn đồng tâm (spiral), vách tế bào gồm bốn lớp ($L_I, L_{II}, L_{III}, L_{IV}$) với lớp $L_{II}$ cấu tạo từ peptidoglycan nhạy cảm với lysozyme. Tảo đồng hóa carbon vô cơ tốt nhất ở dạng ion bicarbonat ($HCO_3^-$) trong môi trường kiềm (pH 8,5–9,5) theo phương trình quang tổng hợp: $$HCO_3^- + 2H_2O \rightarrow (CH_2O) + O_2 + H_2O + OH^-$$ Tốc độ tăng trưởng riêng ($\mu$) và thời gian thế hệ ($g$) được xác định theo mô hình toán học: $$\mu = \frac{\ln x_2 - \ln x_1}{t_2 - t_1}; \quad g = \frac{\ln 2}{\mu}$$
    • Bacterial Cellulose (BC): Polymer sinh học gồm các chuỗi glucopyranose liên kết $\beta$-1,4-glucan do vi khuẩn Acetobacter xylinum bài xuất qua con đường phosphoryl hóa glucose tạo UDP-glucose (UDP-Glc) dưới sự xúc tác của glucokinase, phosphoglucomutase và UDP-glucose pyrophosphorylase. BC có cấu trúc tinh thể dạng $I\alpha$ chiếm 64–71% (vượt trội so với cellulose thực vật chỉ khoảng 20%), tạo nên độ bền nhiệt, sức căng và tính ổn định cao.
    • Môi trường dinh dưỡng Zarrouk (1966): Môi trường cơ bản nuôi dưỡng A. platensis, sử dụng muối natri bicarbonat ($NaHCO_3$) nồng độ cao (16,8 g/L) cùng nguồn đạm chuẩn là natri nitrat ($NaNO_3$ 2,5 g/L) và các khoáng vi lượng A5, A6. Trong nghiên cứu này, các nghiệm thức thay thế nguồn nitơ gồm amoni sulfate $(NH_4)_2SO_4$ (ký hiệu ZA) và urea $(NH_2)_2CO$ (ký hiệu ZU) được đưa vào khảo sát.

  • Phương pháp nghiên cứu thực tế:

    • Phương pháp lên men tĩnh sản xuất BC: Nhân giống Acetobacter xylinum, lên men tĩnh theo mẻ trong thùng nuôi cấy 30 lít ở nhiệt độ phòng (25–30°C) để hình thành màng polymer nổi trên bề mặt phân cách lỏng - khí.
    • Phương pháp tinh sạch và xử lý màng BC: Xử lý nhiệt và dung dịch kiềm để hòa tan, loại bỏ hoàn toàn tế bào vi khuẩn A. xylinum cùng dịch lên men còn sót, sau đó rửa trung hòa để thu màng BC trắng tinh khiết; kết hợp màng với tấm đệm sợi thủy tinh tạo thành hệ màng đôi.
    • Phương pháp phân tích hình thái vi cấu trúc: Sử dụng kính hiển vi điện tử quét (SEM) và kính hiển vi điện tử quét phát xạ trường (FESEM) để kiểm tra bề mặt, mặt cắt ngang của màng BC nguyên bản và cấu trúc mạng lưới màng sau khi vi tảo cố định.
    • Phương pháp nuôi cấy và hồi lưu dinh dưỡng: Tăng sinh A. platensis trong phòng thí nghiệm, thu sinh khối dạng paste cấy lên đĩa màng BC; vận hành hệ thống tuần hoàn dung dịch dinh dưỡng liên tục bằng bơm hồi lưu, van điều tiết và lõi lọc hỗ trợ nhằm cung cấp ẩm và khoáng chất qua cơ chế mao dẫn của màng.
    • Phương pháp hóa sinh: Xác định khối lượng khô sinh khối; trích ly lipid tổng số; chiết tách và định lượng hàm lượng phycocyanin, diệp lục tố (chlorophyll) và carotenoid tổng số bằng phương pháp đo mật độ quang phổ hấp thụ UV-Vis.

  • Nguồn dữ liệu: Dữ liệu thực nghiệm thu thập trực tiếp từ các mẻ lên men BC, các đợt theo dõi tăng trưởng sinh khối và các phép phân tích quang phổ của các nghiệm thức thí nghiệm tại phòng thí nghiệm chuyên ngành.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng quan

Chương 1 hệ thống hóa toàn bộ lý thuyết về đối tượng vi sinh vật và vật liệu màng bám:

  • Vi tảo Arthrospira platensis: Trình bày lịch sử phân loại từ các công bố của Turpin (1827), Stizenberger (1892), Gomont (1892) đến Stanier và Van Neil (1974); mô tả chi tiết hình thái sợi trichome đa bào (chiều rộng 6–12 $\mu$m, bước xoắn 12–75 $\mu$m), cấu trúc siêu vi 4 lớp vách tế bào, vòng đời sinh sản vô tính qua đứt đoạn necridia tạo hormogonia (chu kỳ 1–5 ngày).
  • Các yếu tố ảnh hưởng sinh trưởng: Phân tích vai trò của nồng độ muối $NaHCO_3$ (tối ưu 16,8 g/L), các nguồn nitơ ($NO_3^-$, $NH_4^+$, urea); cường độ chiếu sáng bão hòa ở mức 150–200 $\mu$mol/$m^2s$ (25–30 klux); khoảng nhiệt độ thích ứng 20–40°C (nhiệt độ tối ưu 35°C, tổn thương không hồi phục ở 45–50°C); pH tối ưu 8,5–9,5; cơ chế chịu mặn và hiện tượng tạp nhiễm vi sinh vật.
  • Công nghệ nuôi cấy và thu hoạch: So sánh hệ thống mở (Earthrise California, hồ Texcoco Mexico, cơ sở Vĩnh Hảo tại Việt Nam) và hệ thống photobioreactor đóng; phân tích các kỹ thuật cố định tế bào trên polymer tự nhiên/tổng hợp và màng sinh học.
  • Tổng quan màng Bacterial Cellulose (BC): Đánh giá chi tiết cơ chế sinh tổng hợp chuỗi glucan của Acetobacter xylinum, động học chu trình Krebs và con đường pentose phosphate; so sánh các thông số vật lý vượt trội của BC so với cellulose thực vật; các yếu tố công nghệ ảnh hưởng tới quá trình tạo màng (lên men tĩnh so với nuôi cấy động có khuấy đảo, pH tối ưu 4–7, nhiệt độ 25–30°C, các nguồn cơ chất carbon như glucose, arabitol, mannitol, glycerol).

Chương 2: Vật liệu và phương pháp

Chương 2 mô tả chi tiết quy trình thực nghiệm và các trang thiết bị sử dụng:

  • Vật liệu và hóa chất: Giống vi sinh vật (A. xylinum, A. platensis); thành phần môi trường Zarrouk (muối khoáng vô cơ, vi lượng A5, A6); môi trường lên men màng BC; các hóa chất tinh sạch màng và dung môi trích ly lipid, sắc tố.
  • Quy trình công nghệ:
    • Quy trình tiền nhân giống và lên men thu nhận màng BC theo mẻ trong thùng 30 lít.
    • Quy trình tiền xử lý và xử lý màng BC bằng nhiệt độ và hóa chất nhằm loại bỏ tế bào vi khuẩn và tạp chất.
    • Thiết kế và lắp ráp hệ thống hồi lưu dinh dưỡng: bố trí bình chứa môi trường, hệ thống đường ống, van điều tiết dòng chảy, bơm hồi lưu, lõi lọc bảo vệ và giá thể màng đôi (BC gắn lớp đệm hỗ trợ).
    • Phương pháp cố định sinh khối A. platensis lên bề mặt đĩa màng BC.
    • Bố trí các nghiệm thức đối chứng và thử nghiệm: nghiệm thức Z (môi trường Zarrouk chuẩn dùng $NaNO_3$), nghiệm thức ZA (thay thế bằng $(NH_4)_2SO_4$), nghiệm thức ZU (thay thế bằng urea).
    • Phương pháp tách chiết lipid và định lượng quang phổ UV-Vis xác định phycocyanin, chlorophyll, carotenoid.

Chương 3: Kết quả

Chương 3 trình bày các số liệu và hình ảnh thực nghiệm thu được:

  • Quy trình tạo màng và tinh sạch BC: Đã sản xuất thành công màng BC dạng tấm liên tục trong thùng lên men 30 lít, đạt độ dày đồng đều 10 mm. Qua các bước rửa nhiệt và kiềm, màng BC đạt độ sạch hoàn toàn. Ảnh chụp SEM và FESEM cho thấy cấu trúc mạng lưới sợi nano đan xen ba chiều với mật độ dày đặc, tạo các vi lỗ xốp đồng nhất có khả năng dẫn ẩm và giữ nước cao.
  • Tăng sinh và cố định A. platensis: Vi tảo A. platensis sau giai đoạn nhân giống đạt mật độ tốt, được thu hồi dạng paste và cấy cố định đều trên bề mặt đĩa màng BC. Ảnh SEM sau cố định chứng minh các sợi tảo bám dính chắc chắn, len lỏi vào cấu trúc lỗ xốp bề mặt màng mà không làm tắc nghẽn khả năng dẫn dịch.
  • Vận hành hệ thống hồi lưu dinh dưỡng: Hệ thống mao dẫn màng đôi hoạt động ổn định; dịch dinh dưỡng được dẫn đều từ mặt dưới lên bề mặt nuôi cấy thông qua cấu trúc sợi - lỗ của BC, duy trì độ ẩm liên tục giúp tảo quang hợp trực tiếp trong pha khí - lỏng mà không cần ngâm chìm hoàn toàn trong dung dịch.
  • Khảo sát quá trình sinh trưởng của A. platensis:
    • Tảo sinh trưởng tốt trên hệ thống ở cả ba nguồn nitơ thử nghiệm.
    • Nghiệm thức ZU (sử dụng urea) cho khối lượng khô sinh khối tương đương và thậm chí cao hơn nghiệm thức đối chứng Z ($NaNO_3$), chứng minh khả năng sử dụng nguồn đạm hữu cơ rẻ tiền rất hiệu quả của Spirulina.
    • Nghiệm thức ZA ($(NH_4)_2SO_4$) cho khả năng sinh trưởng ổn định nhưng tốc độ tích lũy sinh khối chậm hơn so với ZU.
    • Quá trình thu hoạch sinh khối diễn ra đơn giản bằng phương pháp cạo/tách lớp trên bề mặt màng BC, thu nhận sinh khối dạng paste đậm đặc mà không cần trải qua bước ly tâm hay lọc ép tốn năng lượng.
  • Đánh giá thành phần hóa sinh: Phân tích hàm lượng lipid tổng số, phycocyanin, chlorophyll và carotenoid cho thấy các nghiệm thức thay thế nitơ (ZU, ZA) không làm suy giảm chất lượng các hoạt chất sinh học nội bào so với môi trường Zarrouk chuẩn.

Chương 4: Kết luận và kiến nghị

  • Kết luận: Đánh giá mức độ hoàn thành toàn bộ các mục tiêu đặt ra về chế tạo màng BC, thiết lập hệ thống hồi lưu mao dẫn, cố định và thu nhận sinh khối vi tảo, cũng như xác nhận tính khả thi của việc thay thế nguồn nitơ đắt đỏ bằng urea.
  • Kiến nghị: Đề xuất các giải pháp hoàn thiện kỹ thuật như nâng cấp quy mô hệ thống nuôi cấy, khảo sát tối ưu lưu lượng dòng hồi lưu, kiểm soát tự động các yếu tố vi khí hậu (ánh sáng, nhiệt độ phòng) và nghiên cứu độ bền, khả năng tái sử dụng của màng BC qua nhiều chu kỳ thu hoạch liên tiếp.

Kết quả và đóng góp

Nghiên cứu đạt được các kết quả thực nghiệm định lượng rõ ràng:

  • Lên men tĩnh thành công màng bacterial cellulose trong thùng thể tích 30 lít, đạt độ dày 10 mm với cấu trúc mạng nano đồng nhất; sau xử lý kiềm và nhiệt, màng đạt độ tinh khiết cao, cấu trúc sợi không bị biến tính.
  • Ảnh hiển vi điện tử SEM và FESEM xác nhận màng BC có kích thước sợi 20–100 nm, tạo thành mạng lưới 3D có diện tích bề mặt lớn, độ xốp cao, giữ nước trên 95%, đảm bảo lưu thông dưỡng chất liên tục cho vi tảo.
  • Chế tạo và vận hành thành công mô hình photobioreactor màng đôi BC kết hợp hệ thống hồi lưu dinh dưỡng, giúp cố định vi tảo A. platensis ổn định trên bề mặt tiếp xúc không khí, nâng cao hiệu quả quang hợp và trao đổi khí.
  • Chứng minh khả năng thay thế muối $NaNO_3$ bằng phân đạm urea ($ZU$) trong môi trường Zarrouk: sinh khối khô thu được tương đương hoặc cao hơn đối chứng nitrat, trong khi các thành phần hóa sinh quan trọng (lipid, phycocyanin, chlorophyll, carotenoid) không có sự khác biệt bất lợi.
  • Quy trình thu hoạch sinh khối vi tảo được rút ngắn: chỉ cần cạo tách lớp paste tế bào bám trên màng BC, loại bỏ hoàn toàn giai đoạn ly tâm hoặc lọc màng phức tạp, tiết kiệm năng lượng và chi phí vận hành.
Đặc tính kỹ thuật Cellulose vi khuẩn (BC) Cellulose thực vật (PC)
Sức căng bề mặt 20–300 MPa 25–200 MPa
Mô đun Young Tấm: 20.000 MPa Dải sợi: 10.000–30.000 MPa
Khả năng giữ nước > 95% 25–35%
Kích thước đường kính sợi 20–100 nm (khoảng 1/100 sợi PC) Vài chục $\mu$m
Độ kết tinh 74–96% 40–85%
Tỷ lệ tinh thể $I\alpha$ 64–71% Khoảng 20%
Độ tinh khiết > 99% (không lignin, hemicellulose) < 80%
Mức độ trùng hợp 14.000–16.000 300–10.000

Đóng góp so với các nghiên cứu trước:

  • Khóa luận là một trong những công trình tiên phong tại Việt Nam tích hợp vật liệu màng sinh học nano bacterial cellulose làm giá thể cố định nuôi cấy vi khuẩn lam Spirulina trên hệ thống hồi lưu khép kín.
  • Khắc phục đồng thời hai nhược điểm cốt lõi của công nghệ vi tảo hiện nay: giảm thiểu chi phí đầu tư thiết bị thu hoạch sinh khối và giảm chi phí hóa chất dinh dưỡng nhờ ứng dụng thành công nguồn đạm urea thay thế cho muối nitrat tinh khiết.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

  • Hạn chế:

    • Quy mô thực nghiệm mới dừng lại ở mức độ phòng thí nghiệm (bình tăng sinh và thùng lên men màng 30 lít), chưa đánh giá hiệu quả kinh tế - kỹ thuật ở quy mô bán công nghiệp (pilot).
    • Nghiên cứu chưa khảo sát toàn diện độ bền cơ lý và khả năng tái sinh của màng BC sau nhiều chu kỳ cạo thu hoạch sinh khối liên tục.
    • Điều kiện nuôi cấy chủ yếu được kiểm soát trong môi trường nhân tạo, chưa đánh giá tác động của các biến động thời tiết tự nhiên (biên độ nhiệt ngày đêm, cường độ bức xạ mặt trời cực đoan ngoài trời) đối với hệ thống hồi lưu màng mỏng.

  • Hướng nghiên cứu tiếp:

    • Thử nghiệm mở rộng quy mô diện tích màng BC và tự động hóa hệ thống hồi lưu dinh dưỡng ở quy mô pilot ngoài trời.
    • Nghiên cứu tối ưu hóa tốc độ dòng chảy hồi lưu và chu kỳ cấp dịch gián đoạn nhằm tiết kiệm năng lượng bơm tuần hoàn.
    • Khảo sát ứng dụng các nguồn nước thải giàu dinh dưỡng (như nước thải biogas, nước thải thủy sản sau xử lý kỵ khí) làm môi trường cấp dinh dưỡng thay thế hoàn toàn môi trường Zarrouk tổng hợp.
    • Đánh giá chi tiết tuổi thọ của màng BC và khả năng chống chịu tạp nhiễm nấm, vi khuẩn khác trong điều kiện vận hành dài ngày.

Giá trị tham khảo

Đồ án tốt nghiệp cung cấp nguồn tài liệu thực nghiệm có giá trị chuyên môn cao cho:

  • Sinh viên và học viên cao học: Chuyên ngành Công nghệ sinh học, Kỹ thuật sinh học, Công nghệ thực phẩm và Nuôi trồng thủy sản đang thực hiện các đề tài về công nghệ nuôi cấy vi tảo, sản xuất vật liệu sinh học hoặc thiết kế photobioreactor.
  • Kỹ sư và nhà nghiên cứu công nghệ vi sinh: Tham khảo quy trình chi tiết về lên men tĩnh sản xuất màng bacterial cellulose quy mô 30 lít bằng Acetobacter xylinum, phương pháp tinh sạch màng bằng kiềm và kỹ thuật cố định tế bào sinh học.
  • Các cơ sở nuôi trồng và chế biến vi tảo: Ứng dụng công thức thay thế nguồn nitơ bằng urea trong môi trường Zarrouk nhằm hạ giá thành môi trường nuôi cấy và học hỏi nguyên lý thu hồi sinh khối dạng cạo màng để giảm chi phí đầu tư máy ly tâm công nghiệp.

Câu hỏi thường gặp

1. Vi khuẩn nào được sử dụng để tổng hợp màng bacterial cellulose trong đề tài và màng này có ưu điểm gì so với cellulose thực vật?
Nghiên cứu sử dụng vi khuẩn Acetobacter xylinum (hay Gluconacetobacter xylinum). Màng BC sinh ra có độ tinh khiết cao (>99%, không chứa lignin và hemicellulose), kích thước sợi nano siêu mịn (20–100 nm, bằng khoảng 1/100 sợi cellulose thực vật), khả năng giữ nước vượt trội (>95%), sức căng 20–300 MPa, độ kết tinh 74–96% và tỷ lệ tinh thể dạng $I\alpha$ đạt 64–71%, giúp màng có tính bền cơ học và khả năng dẫn mao dẫn dung dịch rất tốt.

2. Thành phần cơ bản của môi trường nuôi cấy Zarrouk gồm những chất gì và nồng độ ra sao?
Môi trường Zarrouk chuẩn (1966) sử dụng trong nghiên cứu bao gồm: $NaHCO_3$ (16,8 g/L), $NaNO_3$ (2,5 g/L), $K_2HPO_4$ (0,5 g/L), $K_2SO_4$ (1,0 g/L), $NaCl$ (1,0 g/L), $MgSO_4.7H_2O$ (0,01 g/L), $EDTA$ (0,08 g/L), cùng 1 mL dung dịch vi lượng A5 và 1 mL dung dịch vi lượng A6 cho mỗi lít môi trường.

3. Nghiên cứu đã thử nghiệm những nguồn nitơ thay thế nào và kết quả sinh trưởng của vi tảo ra sao?
Tác giả đã thử nghiệm thay thế nguồn nitơ $NaNO_3$ bằng amoni sulfate $(NH_4)_2SO_4$ (nghiệm thức ZA) và urea $(NH_2)_2CO$ (nghiệm thức ZU). Kết quả cho thấy nghiệm thức ZU sử dụng urea cho khả năng tăng trưởng sinh khối tương đương hoặc vượt trội so với môi trường Zarrouk chuẩn dùng natri nitrat, đồng thời các chỉ tiêu hoạt chất sinh học (lipid, phycocyanin, chlorophyll, carotenoid) không có sự suy giảm chất lượng.

4. Nguyên lý hoạt động của hệ thống nuôi cấy màng đôi hồi lưu dinh dưỡng là gì?
Hệ thống sử dụng màng đôi gồm lớp màng BC đặt trên lớp đệm hỗ trợ. Dung dịch dinh dưỡng được bơm tuần hoàn qua hệ thống ống dẫn, thấm hút ngược từ mặt dưới lên bề mặt trên của màng BC thông qua mạng lưới sợi nano và lỗ xốp mao dẫn. Tế bào vi tảo A. platensis bám cố định trên mặt trên màng nhận đầy đủ nước, khoáng chất đồng thời tiếp xúc trực tiếp với không khí và ánh sáng, giúp tối ưu hóa trao đổi khí quang hợp.

5. Phương pháp thu hoạch sinh khối trên màng BC có ưu điểm gì vượt trội so với các phương pháp truyền thống?
Phương pháp nuôi cố định trên màng BC cho phép thu nhận sinh khối trực tiếp bằng cách cạo hoặc tách lớp màng sinh học vi tảo (dạng paste đậm đặc) ngay trên bề mặt giá thể. Quy trình này loại bỏ hoàn toàn các bước lắng tụ, lọc màng áp lực cao hoặc ly tâm tốc độ cao tiêu tốn nhiều điện năng và thiết bị phức tạp của các hệ thống ao hở (OES) và photobioreactor (CES) truyền thống.

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp của sinh viên Nguyễn Quí Quym đã thiết kế và thử nghiệm thành công mô hình nuôi cấy cố định vi khuẩn lam Arthrospira platensis trên hệ thống màng đôi bacterial cellulose kết hợp hồi lưu dinh dưỡng tuần hoàn. Công trình đã làm chủ quy trình lên men màng BC quy mô 30 lít bằng vi khuẩn Acetobacter xylinum, đồng thời chứng minh tính khả thi của việc thay thế nguồn nitơ đắt tiền bằng phân đạm urea nhằm duy trì năng suất sinh khối và hàm lượng các hoạt chất sinh học giá trị cao (lipid, phycocyanin, chlorophyll, carotenoid). Đây là giải pháp kỹ thuật có tính ứng dụng thực tiễn rõ rệt, mở ra hướng đi mới giúp giảm thiểu chi phí môi trường và đơn giản hóa khâu thu hoạch sinh khối cho ngành công nghệ nuôi trồng vi tảo tại Việt Nam.