Đề tài Khảo sát việc thay thế hàm lượng NaHCO3 bằng NaCl trong môi trường nuôi trồng tảo spirulina platensis

hiết yếu của người trưởng thành (EAA) và khả năng cung cấp của 10g Spirulina Tên acid amin Nhu cầu (g/ngày) (EAA) Trong 10g Spirulina % trong 10g Spirulina platensis so với EAA Isoleucine Leucine Lysine Methionine Phenylalanine Threonine valine 0,84 1,12 0,84 0,70 1,12 0,56 0,98 0,35 0,54 0,29 0,20 0,58 0,32 0,40 42 48 35 29 52 43 41 Nguồn: Jassby (1983), FNB (1975), Earthrise Farms (1995). Số liệu trong bảng 2-3 cho thấy với 10g Spirulina khô đã cung cấp được gần ½ nhu cầu đối với các acid amin không thay thế cho mỗi ngày cho người trưởng thành. Spirulina là thực phẩm lý tưởng cho những ai cần ăn nhiều protein, ít năng lượng và cholesterol. Năng lượng của Spirulina thấp hơn rất nhiều so với sữa bò, thịt và cá vì vậy việc sử dụng Spirulina như một nguồn protein bổ sung cần thiết là rất hữu ích. Glucid Trong Spirulina có 15 – 20% glucid. Rhamnose và glycogen là dạng glucid chủ yếu, dễ dàng hấp thụ vào máu mà chỉ cần một lượng nhỏ insulin để chuyển hóa. Nhờ giải phóng năng lượng nhanh mà không cần sự hoạt động của tuyến tụy nên Spirulina là một loại thức ăn bổ dưỡng rất phù hợp cho những người bị bệnh tiểu đường [21]. Lipid [35] Lipid là hợp chất gồm các acid béo và glyceride. Acid béo chủ yếu trong Spirulina platensis Spirulina là acid linoleic. Có hai dạng acid linoleic là: α và γ. Dạng α không được tổng hợp trong tế bào động vật, còn dạng γ thì điển hình cho sự trao đổi chất của động vật. Ở Spirulina thì chủ yếu là aicd γ –linoleic còn dạng α không có. Điều này cho phép ta xếp nó vào một vị trí đặc biệt trong sự tiến hóa của thực vật. Thành phần một số acid béo đặc biệt trong Spirulina được trình bày trong bảng 2-4. Bảng 24: Thành phần một số acid béo đặc biệt trong Spirulina Tên acid béo Hàm lượng mg/10g Tỷ lệ (%) C14:0 Myristic C16:0 Palmitic C16:1 Palmitoleic C17:0 Heptadecanoic C18:0 Stearic C18:1 Oleic C18:2 Linoleic C18:3 gamma – linolenic C20 Các loại khác 1 244 33 2 8 12 97 135 14 0,2 45,0 5,6 0,3 1,4 2,2 17,9 24,9 2,5 Tổng số 546 100 Nguồn: Earthrise Farms (1995). Sắc tố Sắc tố là yếu tố quan trọng giúp tổng hợp các loại hormone cần thiết để điều khiển các hoạt động sống của cơ thể. Hàm lượng sắc tố trong Spirulina platensis rất cao, đặc biệt là carotenoid, chlorophyll, phycocyanin Bảng 25: Thành phầncác sắc tố tự nhiên trong Spirulina Tên sắc tố Hàm lượng mg/10g Tỷ lệ (%) Phycocyanin (xanh da trời) Chlorophyll (xanh lá cây) Carotenoid (da cam) Carotenes 54% β-carotene 45% các carotenes khác 9% Xantophyll 46% Myxoxathophyll 19% Zeaxanthin 16% Cryptoxathin 3% Echinenone 2% Các Xanthophyll khác 6% 1400 100 37 20 17 3 17 7 6 1 1 2 14,00 1,00 0,37 0,20 0,17 0,02 0,17 0,07 0,06 0,01 0,01 0,02 Nguồn: Earthrise Farms (1995). Chlorophyll: còn được gọi là máu xanh vì nó giống hemoglobin, chỉ khác là nhóm kim loại của nó là Mg ở dạng ion (nên có màu xanh) thay vì Fe trong hemoglobin (màu đỏ). Có ý kiến cho rằng nếu như kim loại trong chlorophyll được thay bằng ion Fe thì nó có thể thay thế hemoglobin trong mô bào [21]. Trong Spirulina platensis Spirulina có chứa 1% chlorophyll, chiếm tỷ lệ cao nhất trong tự nhiên, cao nhất so với các loại thực phẩm tự nhiên khác [22] Carotenoid: là sắc tố màu vàng cam. Trong Spirulina nó ở dạng β – carotene, xantophylls, cryptoxanthin, echinenone, zeaxanthin và myxoxanthophyll. Carotenoid chiếm khoảng 0,37% Spirulina platensis khô. Phycocianin: là sắc tố quan trọng nhất trong Spirulina, và tồn tại dưới dạng một protein phức tạp, chiếm đến 14% trọng lượng sinh khối khô. Phycocianin có trước chlorophyll hàng tỷ năm và có thể nó là nguồn gốc tạo cả chlorophyll lẫn hemoglobin. Trong phycocyanin có cả nguyên tố sắt, magie và vì vậy nó có ý nghĩa đối với dinh dưỡng ở người và động vật. Vitamin Sinh khối Spirulina giàu các vitamin, đặc biệt là vitamin A, vitaim B12, vitamin B3, B1. 10g Spirulina cung cấp một lượng đáng kể vitamin cần thiết cho sự sống hàng ngày của chúng ta. Nguồn vitamin A trong Spirulina là carotenoid rất cao và dễ hấp thụ, không gây độc nếu dùng quá liều, rất an toàn cho người và động. Thành phần các vitamin trong 10g sinh khối Spirulina được biểu hiện ở bảng 2-6 Bảng 26: Hàm lượng vitamin trong 10g sinh khối khô Spirulina platensis so sánh với nhu cầu hàng ngày của một người trưởng thành (theo US Daily Value). Tên vitamin Hàm lượng / 10g US DV % US DV Vitamin A (β – carotene) Vitamin B1 (thiamin) Vitamin B2 (riboflavin) Vitamin B3 (niacin) Vitamin B6 (pyridoxin) Vitamin B12 (cyanocobalamin) Vitamin C Vitamin D Vitamin E (tocopherol) Folate (acid folic) Panthothenic acid Biotin (Vitamin H) Inositol Vitamin K 23000 UI 0,35 mg 0,40 mg 1,40 mg 80 mcg 20mcg 0 mcg 0 mcg 1,0 UI 1 mcg 10 mcg 0,5 mgc 6,4 mg 200 mcg 5000 UI 1,5 mg 1,7 mg 20 mg 2 mg 6 mcg 60 mg 400 UI 30 UI 0,4 mg 10 mg 0,3 mg - 80 mcg 460 23 23 7 4 330 1 - 3 - 1 - - 250 Nguồn: Earthrise Farms (1995). Số liệu trong bảng 2-6 cho thấy hàm lượng β – carotene và vitamin B12 trong vi khuẩn lam này rất cao, chỉ cần 0,02g Spirulina là cơ thể đã được cung cấp đủ lượng vitamin A và vitamin B12 trong ngày. Spirulina platensis Spirulina là một loại thực phẩm rất giàu β – carotene, cao hơn cà rốt 10 lần. β – carotene, tiền vitamin A trong Spirulina platensis rất an toàn. Vì vậy khi bổ sung Spirulina platensis quá liều cũng không gây độc vì cơ thể không khi nào hấp thụ quá lượng carotene cần thiết, trong khi đó bổ sung vitamin A quá liều sẽ gây ngộ độc cho cơ thể. Chỉ với 3g Spirulina trong khẩu phần ăn hang ngày đã cung cấp một lượng vitamin A tự nhiên và an toàn bằng 140% US DV (United states Daily Value).[23] Nguồn vitamin B12 Spirulina platensis rất cao so với một số loại Spirulina platensis khác và một số loại thực phẩm khác, trong 10g Spirulina platensis Spirulina có 20mcg B12, bằng 330% US DV. Bảng 27: Hàm lượng B12 của một số thức ăn so sánh với Spirulina Tên thực phẩm Hàm lượng B12 mcg/100g Tên thực phẩm Hàm lượng B12 mcg/100g Spirulina platensis Spirulina platensis Chlorella Spirulina platensis scenedesmus Nấm men Pho mát tươi 160,00 40,00 40,00 2,00 1,00 Sữa Trứng Sữa chua Gan bò Cá hộp 0,42 2,00 0,11 80,00 2,20 (Nguồn: Nguyễn Hữu Thước, 1986) Khoáng chất Spirulina chứa nhiều nguyên tố khoáng có ý nghĩa đối với dinh dưỡng của người và động vật. Hàm lượng một số chất khoáng trong Spirulina như sau. Bảng 28: Hàm lượng khoáng trong 10g sinh khối khô Spirulina so sánh với tiêu chuẩn hàng ngày của một người (theo US DV) Tên khoáng chất Hàm lượng / 10g US DV % US DV Ca Fe P Mg Zn Se Cu Mn Cr Na K Ge 70 mg 10 mg 80 mg 40 mg 300 cmg 10 cmg 120 cmg 500 cmg 25 cmg 90 mg 140 mg 60 cmg 1000 mg 18 mg 1000 mg 400 mg 15 mg 70 cmg 2 mg 2 mg 120 cmg 2400 cmg 3500 cmg - 7 55 8 10 2 14 6 25 21 4 4 - (Nguồn: Earthrise Farms, 1995) Trong các số liệu trên, đáng chú ý nhất là sắt. Sắt là yếu tố quan trọng đối với sự tạo máu của cơ thể động vật. Sắt trong Spirulina rất dễ hấp thụ trong cơ thể người và động vật. Theo lý thuyết thì sắc tố xanh (phycocyanin) khi kết hợp với một số chất khoáng khác sẽ thành một phức hợp có giá trị sinh học cao hơn. Chính vì thế, sắt trong Spirulina được cơ thể người hấp thụ mạnh hơn 2 lần so với sắt trong rau và hầu hết các loại thịt khác. Ngoài ra, Spirulina còn chứa nhiều canxi, cao hơn cá, sữa. Chỉ 10g Spirulina đã thỏa mãn được 10% canxi theo DV. Canxi đặc biệt quan trọng đối với sự hình thành xương và sự chuyển thông tin thần kinh tới các cơ, thiếu hụt ca có thể dẫn đến bệnh loãng xương ở phụ nữ. 10g Spirulina cung cấp được 10% nhu cầu về Mg theo khuyến cáo của DV. Mg làm cho ca hấp thụ dễ dàng hơn và giúp điều hòa áp lực của máu trong cơ thể. 10g Spirulina cung cấp 16% nhu cầu Mn, 17% nhu cầu Cr và một lượng nhỏ đồng, kẽm, selen. Enzyme trong Spirulina Enzyme quan trọng nhất trong sinh khối Spirulina khô là superoxide dismutase (SOD). Nó xúc tác khử các sản phẩm của phản ứng peroxide hóa và loại bỏ các yếu tố thúc đẩy quá trình lão hóa cơ thể sống. ỨNG DỤNG SPIRULINA VÀO ĐỜI SỐNG Ứng dụng trong công nghệ thực phẩm [10] Trong công nghiệp chế biến thực phẩm hiện nay người ta bổ sung Spirulina vào: Nước giải khát đóng hộp: Công ty cổ phần nước khoáng Vĩnh Hảo đang chuẩn bị đưa ra thị trường nước uống thể thao có bổ sung Spirulina. Bánh mì ngũ cốc: để tăng giá trị dinh dưỡngvà 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, yoghurt và phó mát để giảm calories. Trà thảo dược, nước khoáng và nước tinh khiết. Khi bổ sung Spirulina tạo nên dạng nước uống cung cấp nhiều năng lượng và không có các phụ gia hóa học, hương liệu, màu thực phẩm, đường kính. Hình 2.6: Sản phẩm nước giải khát đóng hộp của công ty Vĩnh Hảo Chiết xuất các chất có giá trị dinh dưỡng hoặc các chất có hoạt tính sinh học [20] Từ khi có Spirulina platensis Spirulina, trên thế giới đã có rất nhiều sản phẩm được bán dưới dạng thuốc với tên gọi khác nhau như Lingagreen, heilina, Spirulina Kayaky, Spirulina C, Professional Metabolics, Light Force Spirulina. Riêng ở Việt Nam, một số loại thuốc sản xuất từ Spirulina platensis Spirulina như Linavina, Lactoryl, Pirulamin dùng để điều trị một số bệnh như: suy dinh dưỡng ở trẻ em, thiếu sữa ở sản phụ, tiểu đường, viêm gan Hình 2.7: Một số dược phẩm từ Spirulina Các chất chiết xuất tự nhiên từ Spirulina platensis Spirulina như Phycocyanin, Phycoerythrin được làm chất tạo màu cho thực phẩm để thay thế màu tổng hợp, sắc tố vàng xanthophyl rất có ý nghĩa trong việc nuôi gia cầm làm đỏ lòng đỏ trứng và làm phẩm màu thực phẩm. Hãng Dainippon Ink & Chemicals Inc của Nhật Bản đã chiết xuất Phycocyanin để sản xuất màu thực phẩm tên gọi là Lina – Blue A, sử dụng một số sắc tố lam khác từ Spirulina làm thuốc mỹ phẩm bôi mắt và môi để tránh thấm nước. β – Phycoerythrin sạch được dùng làm chất màu huỳnh quang trong xác định hùynh quang miễn dịch nhờ hiệu suất lượng tử cao. Hình 2.8: Nước chiết xuất từ Spirulina platensis Spirulina Hình 2.9: Mỹ phẩm và kem dưỡng da từ Spirulina Vi Spirulina platensis còn là nguồn sản xuất hàng loạt chất có ích khác, các acid béo mạch dài chưa bão hòa. Một số chất cao phân tử có tiềm năng ứng dụng cao là: poly β- hydroxybutyric (PHB) dùng để chế biến thành các màng mỏng hoặc thành dạng bông. Hướng sử dụng sinh khối vi Spirulina platensis (đặc biệt là Spirulina) hiện nay ở nước ta chủ yếu là dùng trong điều trị bệnh, còn trong thực phẩm thì rất hạn hẹp. Phòng Công nghệ Spirulina platensis, Viện Sinh học đang triển khai quy trình công nghệ chế biến sinh khối Spirulina platensis Spirulina thành nhiều sản phẩm khác phục vụ cho y tế và dinh dưỡng. Việc phát triển theo hướng này sẽ mang lại hiệu quả kinh tế khôi phục vùng nuôi trồng tự nhiên sẵn có Chế biến thức ăn cho gia súc, gia cầm và thủy hải sản Hình 2.10: Một số dạng sản phẩm cho chăn nuôi gia súc và nuôi trồng thủy hải sản Do có thành phần dinh dưỡng cao nên Spirulina được xem là nguồn thức ăn bổ sung rất có giá trị. Vì Spirulina platensis được ứng dụng rất hiệu quả trong nghề nuôi tằm ở Liên Xô (cũ), trong nuôi cá cảnh ở Nhật và đưa sinh khối vào khẩu phần ăn của gà cũng mang lại hiệu quả kinh tế cao [24]. Viện Sinh Vật và Sở Nông Nghiệp Hà Nội (năm 1978) đã tiến hành bổ sung Spirulina vào thức ăn cho gà. Tổng hợp kết quả cho thấy hàm lượng caroten trong lòng đỏ trứng tăng rõ rệt (từ 25% lên 66%) khi cho gà ăn 1% trong 6 ngày[14]. Một hướng khác sử dụng sinh khối Spirulina platensis để bổ sung vào thức ăn nuôi trồng thủy sản cũng đạt năng suất cao như nuôi tôm, cá, nhuyễn thể. Ở Việt Nam, năm 1973, Giáo sư Nguyễn Hữu Thước, Nguyễn Tiến Cư, đặng Đình Kim cùng với Giáo sư Mai Đình Yên ở Trường Đại Học Tổng Hợp Hà Nội đã thử nghiệm bổ sung Spirulina vào thức ăn cho gà, cá, tôm thấy rằng đã đạt được nhiều kết quả khả quan trong ứng dụng, mở ra khả năng ứng dụng rộng rãi trong thực tế. Sản xuất phân bón sinh học Giáo sư Nguyễn Hữu Thước và cộng sự đã chứng minh được rằng dịch chiết từ Spirulina có thể kích thích sinh trưởng của lúa sau khi nảy mầm ở điều kiện bình thường và điều kiện lạnh (60C trong 5 ngày) [20]. Hiện nay việc cấy Spirulina platensis nhiều loại Spirulina platensis lam cố định nitơ xuống các ruộng lúa làm phân bón sinh học được tiến hành ở nhiều nơi trên thế giới. Trung Quốc, Miến Điện, Philipin, Thái Lan. Ở Hoa Kỳ, hãng Công nghệ Cyanotech đã giới thiệu một loại phân bón sinh học là hỗn hợp của 8 loài vi Spirulina platensis. Xử lý môi trường Ở Việt Nam, việc thử nghiệm nuôi trồng Spirulina bằng nước thải, hầm biogas không chỉ là biện pháp mở rộng sản xuất (năng suất đạt 7 – 10g/m2) và hạ giá thành sản phẩm mà còn giải quyết môi trường sinh thái cho nông thôn [4]. Spirulina platensis Spirulina 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 Spirulina platensis Spirulina đã mang lại năng suất cao và có tác dụng bảo vệ môi trường [17]. Từ năm 1975, Oswald và cộng sự tại Trường Đại Học Tổng Hợp California đã thử nghiệm dùng Spirulina trong xử lý nước thải công nghiệp và đi đến kết luận rằng: Spirulina platensis trong hệ xử lý nước thải có vai trò tạo O2, tăng độ kết lắng, loại trừ kim loại, các chất hữu cơ độc hại và quan trọng là Spirulina platensis trong các tàu vũ trụ có khả năng đảm bảo sự sống. Vì vậy nuôi trồng Spirulina platensis trong môi trường nước thải nhưng phải loại bỏ các yếu tố gây độc chính là tận dụng ưu điểm của chúng về khả năng biến đổi có hiệu quả các chất trong nước thải thành nguồn protein cao cấp và góp phần hạ giá thành sản phẩm chăn nuôi nhằm phát huy tiềm năng to lớn từ việc nuôi trồng Spirulina để đa dạng hóa sản phẩm thực phẩm phục vụ lợi ích cho con người. Hình 2.11: Xử lý nước thải ở hồ nuôi Spirulina CÔNG NGHỆ NUÔI TRỒNG HIỆN NAY [12] [11] [35] Công nghệ sản xuất Spirulina Cơ sở công nghệ nuôi trồng Môi trường tự nhiên của Spirulina tự nó trở thành một kiểu nuôi trồng, nuôi trồng theo hệ thống hở, sử dụng ánh sáng mặt trời. Tuy vậy cách sống này của Spirulina hay cũng là một cách nuôi có một số nhược điểm như chiếm quá nhiều diện tích bề mặt, sự phát triển sinh khối chỉ là hai chiều không gian, chiều thứ 3 hầu như không được sử dụng. Do vậy một kiểu mới trong nuôi trồng Spirulina hay là nuôi cấy tế bào ra đời – công nghệ theo hệ thống kín. Vậy có hai công nghệ chính: Công nghệ nuôi theo hệ thống hở (Opened ecosystem - O.E.S). Công nghệ nuôi theo hệ thống kín (Closed ecosystem - C.E.S). Công nghệ nuôi trồng theo hệ thống hở (O.E.S) Spirulina sống trong môi trường dinh dưỡng đựng trong bình, chậu, bể,... được vận động bằng khuấy trộn theo kiểu tịnh tiến hai chiều, và Spirulina platensis hấp thu ánh sáng mặt trời để phát triển. Ưu điểm: Đơn giản, ít tốn kém. Nhược điểm: Phụ thuộc nhiều vào thời tiết Tốn nhiều diện tích Dễ bị nhiễm các loài Spirulina platensis dại khác. Hình 2.12: Earthrise Farms – Nhà nuôi Spirulina lớn nhất [35] Hình 2.13: Bể nuôi trồng Spirulina ở Sosa Texcoco – Mexico [10] Hình 2.14: Bể nuôi trồng Spirulina ở Earthrise Farms [35] Công nghệ nuôi trồng theo hệ thống kín (C.E.S) Spirulina được nuôi trong các bể lên men sinh khối (biorector) vận động bằng khuấy trộn theo 3 chiều, và Spirulina platensis hấp thu ánh sáng nhân tạo hoặc thiên nhiên. Nhiều kiểu CES được thiết kế như thùng lên men cổ điển hoặc hoặc kiểu ống xoắn ốc,... Các điều kiện ánh sáng, điều chỉnh môi trường dinh dưỡng, thu sinh khối, khuấy trộn được thiết kế, điều khiển nghiêm ngặt. Ưu điểm: Ít tốn diện tích Không phụ thuộc vào thời tiết, khí hậu ngoại cảnh Giảm thiểu lượng nước tiêu hao do bốc hơi Tế bào Spirliina được vận động tự do, rất ít bị chèn ép Không bị nhiễm các loài Spirulina platensis khác Tất cả các thông số có thể thiết kế, ấn định một cách tự động Năng suất cao. Nhược điểm: Đầu tư vốn lớn Công nghệ phức tạp Không tận dụng triệt để ánh sáng tự nhiên và có nguy cơ bị đốt nóng vào mùa hè Do đó hiện nay công nghệ này chưa được phổ biến rộng rãi trên toàn thế giới. Có 3 hình thức nuôi theo hệ thống kín: Nuôi trong hệ thống ống, bản bằng thủy tinh Nuôi trong các thiết bị quang phản ứng sinh học Nuôi trong các nhà kính và các microfarm. Hình 2.15: Nuôi Spirulina trong nhà kính ở miền Nam nước Pháp [10] Công nghệ nuôi trồng và thu hoạch Spirulina ở Việt Nam [12] Năm 1972, lần đầu tiên một mẫu Spirulina được thu nhập từ Pháp vào phòng thí nghiệm Viện Sinh Vật Học trong khi chiến tranh với Mỹ còn đang tiếp diễn. Nghiên cứu quy trình kỹ thuật nuôi trồng do viện này chủ trì, cùng với sự tham gia nghiên cứu về hóa học và giá trị dinh dưỡng trị bệnh của Viện Y Học Quân Sự, về tác dụng lâm sàng của viện Quân Y 108 Hà Nội. Đề tài này ở mức độ lab, đã cho một số kết quả tiên lượng tốt về khả năng nuôi trồng Spirulina platensis này ở nước ta theo mô hình ngoài trời, không mái che, có sục khí CO2. Tới năm 1977, Viện Sinh Vật – nơi tiên phong của kỹ nghệ Spirulina ở Việt Nam, lại triển khai kết quả trên ở mức độ lớn hơn, khi đề tài này được sự đầu tư của Nhà nước, và các Bộ có liên quan, và đặc biệt nơi đón nhận là Xí nghiệp nước suối Vĩnh Hảo (Bình Thuận). Tại đây đã sử dụng nguồn nước suối khoáng giàu bicarbonate và nguồn natri bicarbonate, natri carbonat thiên nhiên, một lợi thế của địa phương. Ngoài ra, còn sử dụng năng lượng gió để vận hành hệ thống máy khuấy trộn môi trường nuôi Spirulina platensis. Năm 1985, sở Y tế TP.HCM đã tiếp nhận giống Spirulina đầu tiên do ông bà R.D.Fox tặng Thành phố, và giao cho trạm nghiên cứu Dược liệu giữ giống, nghiên cứu nuôi trồng. Năm1989, trong sự hợp tác giữa hai chính phủ Việt Nam và Pháp về kỹ thuật sinh học vi Spirulina platensis, TP.HCM đuợc chọn là một điểm nuôi Spirulina platensis và nghiên cứu giá trị dinh dưỡng. Năm 1994, cơ sở nuôi trồng và phát triển sản phẩm Spirulina (tên giao dịch Labo HELVINAM) được thành lập tại huyện Bình Chánh, TP.HCM và bước đầu đã thành công trong việc nuôi trồng, sản xuất và sử dụng một số chế phẩm Spirulina trong dinh dưỡng chữa bệnh. Hình 2.16: Bể nuôi trồng Spirulina tại Công Ty Cổ phần Nước Khoáng Vĩnh Hảo [38] Chất khoáng Nước CO2 hoặc HCO-3 Nhiệt độ (20-400C) Spirulina giống Ánh sàng Bể nuôi Spirulina chứa môi trường có pH 8,5 - 10 Khuấy sục Lọc Spirulina khô Phơi khô hoặc sấy Ly tâm loại nước Môi trường Thu khoáng chất còn lại Sơ đồ 2-1: Mô hình công nghệ nuôi trồng sản xuất Spirulina tại Vĩnh Hảo VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Nguyên liệu và hóa chất Nguyên liệu Spirulina platensis nhận được từ Viện Công nghệ môi trường Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam (Hà Nội). Hóa chất dùng trong thí nghiệm Hóa chất pha môi trường Zarrouk dùng nuôi Spirulina platensis, xuất xứ từ Trung Quốc. Methanol: dùng để trích lipid tổng của hãng Labscan Asia Co., Ltd, Thailand. Trichloromethane: xác định lipid tổng, xuất xứ từ Shantou xilong chemical factory, Trung Quốc. Dụng cụ và thiết bị Dụng cụ Erlen loại 250ml, 500ml, 1000ml Đĩa petri Pipet 1ml, 5ml, 10ml Ống đong 1000ml Cốc thủy tinh 500 ml, 1000ml Phiến kính, lam lính và các dụng cụ thủy tinh khác Thiết bị sử dụng Cân kỹ thuật: Sartorius BL 1500 – Sartorius AG Gottingen, Đức Cân phân tích: Sartorius BL 210S – Sartorius AG Gottingen, Đức Máy cô quay chân không: Memmert, Đức Máy đo OD: Labomed, Mỹ Máy đo pH: Eutech, Singapore Bộ Soxhlet trích ly chất béo: Gergard, Đức Kính hiển vi điện tử: Olympus, Nhật Máy ly tâm: Hettich, Đức Tủ lạnh Toshiba: Nhật Tủ sấy: Sanyo, Nhật Máy sục khí: Trung Quốc Máy đo độ ẩm: MX50, A&D, Nhật Máy đo cường độ ánh sáng – lux kế: Pháp Phương pháp nghiên cứu Sơ đồ khối quá trình nghiên cứu Sơ đồ khối quá trình nghiên cứu như sau: Nuôi trồng Spirulina platensis ngoài trời trong môi trường Zarrouk và các môi trường có hàm lượng NaCl và NaHCO3 khác nhau Khảo sát ảnh hưởng của việc thay thế dần hàm lượng NaHCO3 bằng NaCl lên sự sinh trưởng của Spirulina platensis trong điều kiện tự nhiên. Khảo sát ảnh hưởng của việc thay thế dần hàm lượng NaHCO3 bằng NaCl lên hàm lượng dinh dưỡng của tảo Spirulina platensis Giai đoạn 1 Giai đoạn 2 Giai đoạn 3 Sơ đồ 3-2: Sơ đồ khối của quá trình nghiên cứu Tạo giống Spirulina chịu mặn Để tạo được chủng Spirulina chịu mặn cần bắt đầu từ môi trường chuẩn Zarrouk. Spirulina platensis giống được hoạt hóa dần sang các erlenmayer có các dung tích khác nhau, sau đó được nuôi trong các hũ nhựa có dung tích 5 lít trong điều kiện tự nhiên để giữ giống và sản xuất sinh khối. Sau đó, Spirulina platensis được cho thích nghi dần với các môi trường có hàm lượng NaHCO3 và NaCl khác nhau. Spirulina platensis được nuôi trong môi trường Zarrouk (môi trường đối chứng), sau đó được cấy chuyền dần sang các môi trường Zarrouk thay thế dần NaHCO3 bằng NaCl với hàm lượng như sau: Bảng 3-11: Thành phần môi trường NaHCO3 thay thế dần bằng NaCl Môi trường tương ứng Hàm lượng Zarrouk R1 R2 R3 R4 NaHCO3 (g/l) 16.8 12.6 8.4 4.2 0 NaCl (g/l) 1.0 3.925 6.85 9.775 12.7 Từ môi trường nhân giống (Zarrouk), dịch nuôi được lọc và thu lấy sinh khối dưới dạng paste. Sau đó, dùng dịch paste này pha giống ở nồng độ 500mg/100ml. Môi trường nuôi trồng được bổ sung giống với tỉ lệ là 10% Cấy chuyền từ môi trường Zarrouk sang các môi trường R1, R2, R3, R4 theo sơ đồ 3-3 Nhân giống trong môi trường Zarrouk Nuôi trong môi trường thay thế R2 Nuôi trong môi trường thay thế R3 Nuôi trong môi trường thay thế R4 10% giống 10% giống 10% giống 10% giống Nuôi trong môi trường thay thế R1 Sơ đồ 3-3: Sơ đồ cầy chuyền từ môi trường Zarrouk sang các môi trường thay thế Spirulina platensis nuôi trong môi trường Zarrouk và các môi trường thay thế được chuyển ra nuôi ở điều kiện ngoài trời trong các bình có dung tích 5 lít nhằm giữ giống để tiến hành thí nghiệm sau. Khảo sát ảnh hưởng của muối NaHCO3, NaCl đến sự sinh trưởng của Spirulina platensis. Bố trí thí nghiệm Spirulina platensis trong các môi trường Zarrouk và các môi trường thay thế được lọc và thu lấy sinh khối dưới dạng paste. Sau đó, dịch paste này được pha giống ở nồng độ 500mg/100ml, bổ sung giống vào môi trường tương ứng với tỉ lệ là 10%. Giá trị pH dao động trong khoảng 8 – 9. Spirulina platensis được cấy vào 5 môi trường Z, R1, R2, R3, R4, sau đó được nuôi trong hũ nhựa. - Hũ nhựa có dung tích là 7 lít, thể tích một lần nuôi là 5 lít. - Điều kiện môi trường - Chế độ sục khí: 12/24 giờ - Thí nghiệm được lặp lại 3 lần: + Lần 1: Thời gian từ 7/7 – 23/7/2011 + Lần 2: Thời gian từ 1/8 – 15/8/2011 + Lần 3: Thời gian từ 22/8 – 6/9/2011 * Bố trí thí nghiệm: Điều kiện thí nghiệm được bố trí theo bảng 3-12. Spirulina được nuôi trong điều kiện tự nhiên, thí nghiệm gồm 5 nghiệm thức, mỗi nghiệm thức được lặp lại 3 lần. Bảng 3-12: Bố trí thí nghiệm Nghiệm thức Môi trường nuôi NT1 (đối chứng) Môi trường Zarrouk NT2 Môi trường R1 NT3 Môi trường R2 NT4 Môi trường R3 NT5 Môi trường R4 Ứng với mỗi chế độ khảo sát, mỗi ngày trích ly 10ml canh trường, quan sát hình thái tế bào, phân tích khối lượng khô và đo độ cản quang tại bước sóng 560 nm. Phương pháp phân tích Tốc độ tăng trưởng . Tốc độ tăng trưởng được xác định bằng phương pháp đo độ cản quang của dịch Spirulina tại bước sóng 560 nm trên máy so màu và tốc độ tăng trưởng của sinh khối được tính theo công thức sau: [4] Trong đó: µ : là tốc độ tăng trưởng (ngày -1) ODt: chỉ số cản quang sau t ngày OD0: chỉ số cản quang khi t = 0. Xác định khối lượng khô (g/l) Ở từng điều kiện khảo sát, mỗi ngày lấy 10 ml dịch nuôi cấy cho vào đĩa pertri đã được cân trước, sấy khô ở nhiệt độ 105oC cho đến khi khối lượng không đổi và đem cân. So sánh kết quả thu được ở các môi trường có hàm lượng NaHCO3 và NaCl khác nhau. Thu và xử lý sinh khối Quá trình thu sinh khối được tiến hành dựa vào đường cong tăng trưởng, xác định chu kỳ thời gian tăng trưởng. Dịch Spirulina platensis được ly tâm ở tốc độ 4.500 vòng/phút trong thời gian là 15 phút [9] . Sau đó, thu sinh khối dưới dạng paste. Dạng paste này nếu chưa được sử dụng thì đem bảo quản trong tủ lạnh -20oC. Trước khi phân tích thành phần cần phải xử lý sinh khối, phá vỡ tế bào bằng sóng siêu âm trong thời gian 6 phút, nhiệt độ 4oC với công suất 15watt. [4] Khảo sát hàm lượng protein và lipid tổng *Khảo sát hàm lượng lipid tổng [6] Để xác định hàm lượng lipid trong sinh khối Spirulina, chúng tôi tiến hành trích ly cất béo bằng phương pháp Folch – Lees – Stanley, sau đó đem phân tích trên máy sắc khí khí [6] Khi tách chiết lipid, có thể dùng sinh khối Spirulina dưới dạng tươi sử dụng trực tiếp để phá vỡ tế bào, còn sinh khối dạng khô thì phải trương nước hoàn toàn trước khi phá vỡ tế bào. Phá vỡ tế bào bằng sóng siêu âm sau đó tách hỗn hợp trên bằng hỗn hợp dung môi hữu cơ chloroform: methanol theo tỷ lệ 2:1, lắc đều và ly tâm ở 2000 vòng/ phút.[4] Kết quả dung dịch sẽ tách thành 2 l