Nuôi trồng và ứng dụng tảo Spirulina

Nuôi trồng và ứng dụng tảo Spirulina

Mục lục: I II Giới thiệu Spirulina Các đặc điểm Phân loại Phân bố sinh thái Cấu tạo Điều kiện sinh trưởng phát triển Sinh sản III Nuôi trồng Spirulina IV Ứng dụng I GIỚI THIỆU VỀ SPIRULINA: Spirulina có mặt trái đất cách khoảng tỉ năm - Lồi tảo tiến sĩ Clement người Pháp tình cờ phát vào năm 1960 đến hồ Tchad Trung Phi - Tên Spirulina gốc từ Latin Anh ngữ “Spiral”, có nghĩa “xoắn” - Trong hồ tảo sống tự nhiên hay nhân tạo, với mắt thường hồ nước xanh lục hay xanh lam tuyệt đẹp ánh nắng mặt trời - Nó loại thần dược điều trị bệnh suy dinh dưỡng số bệnh khác - Mỗi năm có khoảng 3.000 tảo xuất khẩu, nước tiêu thụ mạnh đại lục Trung Hoa (chiếm nửa), Mỹ Ngày nay, tảo Spirulina nuôi trồng nhiều nước như: Hoa Kỳ, Thái Lan, Ấn Độ, Nhật, Hồng Kông Việt Nam Ở Việt Nam tảo Spirulina đưa vào từ 1985 Trong năm 1985-1995 có nghiên cứu thuộc lĩnh vực công nghệ sinh học cấp nhà nước nghiên cứu GS.TS Nguyễn Hữu Thước cộng (Viện Công nghệ Sinh học thuộc Viện Khoa học Công nghệ Việt Nam) với đề tài "Công nghiệp nuôi trồng sử dụng tảo Spirulina" Hay đề tài cấp thành phố Bác sĩ Nguyễn Thị Kim Hưng (TP Hồ Chí Minh) cộng với đề tài "Nghiên cứu sản xuất sử dụng thức ăn có tảo Spirulina dinh dưỡng điều trị" … - - II CÁC ĐẶC ĐIỂM: Phân loại: Tảo Spirulina thuộc: -Ngành Cyanophyta(tảo lam) -Lớp Cyanophyceae -Bộ Oscillatoriales -Họ Oscillatoriaceae -Giống Spirulina -Lồi:có nhiều lồi(hơn 35 lồi) có lồi quan trọng, là: • Spiruna platensis • Spiruna maxima / Spirulina geitleri 2.Phân bố sinh thái: -Spirulina sống môi trường ưa kiềm(pH: 8,5-9,5).Trong tự nhiên, chúng sống hồ, suối khoáng ấp áp -Ở vùng nước cạn, xung quanh rìa hồ hay kênh bị ô nhiễm thường bị bao phủ lớp dày tảo lam dạng sợi bám, có tảo Spirulina  Trên giới: Phân bố nhiều Bắc Nam Châu Phi, Bắc Nam Châu Mỹ, Nam Trung Châu Á, …: hồ Tchad – Trung Phi, Mexico, Kanembu, thung lũng hoang mạc Imperial thuộc bang California, nông trại Hawwai (Hoa Kỳ), trang trại Twin Tauong (Myanmar), công ty tảo Siam (Thái Lan), trang trại Chenhai (Trung Quốc),  Ở Việt Nam: Phân bố thủy vực khác như: sông, ao, hồ, ruộng lúa, vùng nước, … nuôi trồng ở: công ty cổ phần nước khống Vĩnh Hảo (Bình Thuận), số sở Bình Chánh TP Hồ Chí Minh Hình thái cấu tạo: kính hiển vi quang học:  Hình thái: - Spirulina loại tảo lam đa bào, dạng sợi, xoắn kiểu lò xo, với vòng xoắn nhau, cuối hai đầu sợi thường hẹp, mút lại - Nhưng tùy vào chu kỳ sinh dưỡng phát triển (cường độ ánh sáng, nhiệt độ mơi trường…) mà hình dạng xoắn kiểu chữ C, S… Các dạng có chiều dài khác nhau; dạng, chiều dài sợi khác Ví dụ: Sợi uốn sóng dài – nếp gấp, đến 27 nếp gấp ⇒ Hiện tượng biến dạng nói lên khả thích nghi với mơi trường mà vi sinh vật cổ xưa có qua hàng triệu năm tiến hóa chọn lọc tự nhiên - Có màu xanh lam - Chiều dài thay đổi đạt ¼ mm - Có khả di động nhanh khơng có quan di động Khơng chịu ảnh hưởng ánh sáng di động đa số tảo lam di động hướng ánh sáng - Chúng khơng hình thành tập đồn - Sợi tảo không phân nhánh, phân chia thành vách ngăn, bao khơng có dị bào (heterocyst) - Dạng xoắn thường giữ phịng nghiên cứu, sang mơi trường ni đại trà, thường biến thành dạng thẳng, tỷ lệ xoắn – thẳng khoảng 15 – 85  Cấu tạo: - Có cấu trúc nhu mơ đơn giản, khơng có dạng tế bào roi - Có cấu tạo giống vi khuẩn: khơng có ty thể, khơng có nhân rõ ràng chứa deoxyribonucleic, khơng có máy Golgi, khơng có lưới nội nguyên sinh chất - Có chứa sắc tố quang hợp phycocyanin màu xanh, chất diệp lục nằm nguyên sinh chất - Màng tế bào không chứa cellulose mà monopolysaccharid mềm, dễ nghiền dễ hấp thu - Trong giống tảo khơng có ty thể có hạt Cyanophysin nơi xảy trình hơ hấp cho tế bào - Có ribosome phân bố ngun sinh chất - Sprirulina khơng có lớp màng nhầy bao phủ tế bào loài khác ngành tảo lam, mà chúng bao phủ lớp vỏ  Cấu tạo hóa học: - Protein (56% - 77%) - Carbohydrates (15% - 25%) - Các acid béo (18%) (acid linoleic, acid linolenic) - Các vitamin (B1, B2, B6, B12, PP, E), carotene (β-carotene), chlorophil, chất màu, folic acid, inosit acid - Các acid amin: Isoleucine, Leucine, Lysine, Methionine, Phenylalanine, Threonine, Tryptophane, Valine - Các nguyên tố vi lượng K, Mg, Fe, Mn, Zn, Ca, P, Selen Biểu đồ cho thấy dinh dưỡng phân tích dựa thơng tin thu từ USDA cho Spirulina khô Các cá nhân phụ cấp hàng ngày (PDA) tỷ lệ phần trăm trợ cấp người Điều kiện sinh trưởng phát triển: Tảo Spirulina thực vật có khả sinh sôi phát triển ao hồ có nhiều hố chất độc hại Spirulina trải qua giai đoạn: thích nghi, logarit, đường thẳng, giảm, ổn định, lão suy  Nhiệt độ: Nhiệt độ tối ưu cho sinh trưởng tảo 35oC (32 – 40oC)  Ánh sáng: - Là yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến sinh trưởng phát triển tảo Spirulina - Nếu chiếu sáng liên tục ngày đêm (24/24) suất tảo cao ⇒ Spirulina khơng có chu kì quang  pH: - Loại tảo chịu pH cao từ 8,5 – 11 - Cường độ quang hợp đạt mức tối đa pH từ 8,5 – 9,0 Vẫn tăng cao pH = 10, pH làm tăng cường độ quang hợp giảm nhanh pH = 1,5  Các chất dinh dưỡng:  Carbon: có hàm lượng 50% TLK (trọng lượng khô), nước dạng: CO2, H2CO3, HCO3-, CO32-, NaHCO3 cần thiết cho sinh trưởng tảo  Nitơ: • Có hàm lượng 10% TLK • Trong nước dạng: NO3-, NO2-, NH4+, urê,… • Nếu thiếu đạm tảo bị úa vàng, giảm bớt vịng xoắn, đường kính vịng xoắn tăng, giảm lượng protein tảo  Phospho: • Phospho mà Spirulina thu nhận phospho vơ cơ, chúng tồn dạng H2PO4-, HPO42- • Khi tảo thiếu phospho bị vàng, vịng xoắn giản  K+, Na+, Ca2+, Mg2+, Cl- Fe: • Đây nguyên tố ảnh hưởng đến sinh trưởng hình thái tảo • Khi thiếu Cl- độ xoắn bị chặn lại cấu trúc tảo bị phá hủy • Thiếu ngun tố khác giống thiếu phospho, nitơ: tảo bị vàng, vòng xoắn giản • Nếu Fe thiếu ảnh hưởng chất lượng tảo  Các nguyên tố vi lượng khác: • Zn, Cu, Bo,… hỗn hợp nguyên tố vi lượng A5, B6 không ảnh hưởng rõ đến sinh trưởng tảo Sinh sản: - Hình thức sinh sản: vơ tính(phân chia từ sợi tảo mẹ trưởng thành) - Từ sợi tảo mẹ, hình thành nên đoạn Necridia (gồm tế bào chuyên biệt cho sinh sản) - Trong Necridia hình thành đĩa lõm hai mặt tách rời tạo hormogonia (hình thức tảo đoạn) - Trong phát triển, phần đầu gắn tiêu giảm, đầu hormogonia trở nên trịn vách tế bào có chiều dày không đổi Các hormogonia phát triển, trưởng thành chu kì sinh sản lập lập lại cách ngẫu nhiên, tạo nên vòng đời tảo Trong thời kì sinh sản tảo spirulina nhạt màu sắc tố xanh bình thường Sau vịng đời tảo spirulina: Vòng đời tảo đơn giản, tương đối ngắn Trong điều kiện tối ưu (ni phịng thí nghiệm) vịng đời khoảng ngày Ở điều kiện tự nhiên khoảng – ngày II NUÔI TRỒNG TẢO SPIRULINA: II.1/Giới thiệu hệ thống nuôi tảo spirulina Trên giới có cơng nghệ để ni tảo spirulina Công nghệ nuôi theo hệ thống hở (Opened ecosystem) (O.E.S) Cơng nghệ ni theo hệ thống kín (Closed ecosytem) (C.E.S) 1.1/ Công nghệ nuôi trồng spirulina theo hệ thống hở (O.E.S): Spirulina sống môi trường dinh dưỡng đựng bình, chậu, bể… vận động khuấy trộn theo kiểu tịnh tiến chiều tảo hấp thu ánh sáng mặt trời để phát triển Kiểu nuôi phụ thuộc vào thời tiết cần có giải pháp khắc phục 1.2/ Công nghệ nuôi trồng tảo spirulina theo hệ thống kín (C.E.S): Spirulina ni bể lên men vi sinh khối (bioreactor) vận động máy khuấy trộn theo chiều, tảo hấp thu ánh sáng nhân tạo hay tự nhiên Nhiều kiểu CES thiết kế thùng lên men cổ điển kiểu ống xoắn ốc… So sánh hệ thống ni tảo spirulina hở kín: Hệ thống nuôi tảo spirulina hở Hệ thống nuôi tảo spirulina kín - Chi phí đầu tư thấp hệ thống - Chi phí đầu tư cao nên phổ biến kín nên phổ biến nhiều nơi giới - Diện tích ni trồng lớn, ni -Diện tích ni nhỏ, ni được tảo không gian chiều tảo không gian chiều - Nuôi bể dinh dưỡng không Nuôi bể lên men vi sinh khối, phải bể lên men vi sinh khối vận động máy khuấy trộn theo (bioreactor) chiều - Tảo quang hợp dựa vào nguồn - Tảo quang hợp dựa vào nguồn ánh ánh sáng mặt trời sáng nhân tạo tự nhiên - Hệ thống chịu nhiều tác động - Hệ thống không chịu tác động thời tiết khí hậu, việc quản lý thời tiết Việc quản lý yếu tố vật yếu tố vật lý, hóa học thụ động lý chủ động - Ít trang thiết bị đại Thông - Nhiều trang thiết bị đại giúp số không ấn định tự động quản lý chủ động tất yếu tố vật lý(ánh sáng, nhiệt độ…), hóa học (hóa chất dùng ni trồng tảo), sinh học (kiểm soát diệt sinh gây hại cho spirulina) Tất thông số(nhiệt độ, ánh sáng, ph…) ấn định tự động - Cho suất thấp hệ thống - Cho suất cao kín Theo mơ hình ni tảo Thạc sĩ Lê Văn Lăng: - Xây dựng hệ thống nuôi phải chịu mơi trường kiềm, có mái che kiểu nhà kính, hàng rào xanh quanh hồ để chống bụi xâm nhiễm khác - Thời gian nuôi mẻ kéo dài liên tục khoảng 90-120 ngày Thời gian thu hoạch hệ 8-15 ngày  Thành tựu: - Thiên nhiên tạo Vân Nam (Trung Quốc) hồ lớn có độ kiềm cao, có xưởng lớn chuyên sản xuất Viên nén Spirulina phục vụ rộng rãi cho nhu cầu nước xuất Việt Nam may mắn có nguồn nước có độ kiềm cao, nguồn nước suối Vĩnh Hảo Bình Thuận Cơng trình nghiên cứu Vĩnh hảo triển khai Đề tài cấp nhà nước Cố GS Nguyễn Hữu Thước chủ trì Cơng ty cổ phần nước khoáng Vĩnh Hảo sản xuất dạng viên nén với công suất tới 8-10 tấn/năm II.2/ Hệ thống nuôi tảo hở: Một số lưu ý chuẩn bị ni tảo:  Tìm hiểu thị trường tiêu thụ - Hệ thống giao thông từ nơi nuôi tảo đến nhà máy chiến biến tảo phải thuận lợi Tìm thỏa thuận người ni tảo nhà chế biến tảo  Chuẩn bị nguyên vật liệu xây dựng ao, bể nuôi, hệ thống khuấy nước  Chuẩn bị nguồn giống tảo spirulina  Chuẩn bị hóa chất nuôi tảo, trang thiết bị cho biết thông số môi trường nuôi tảo như: máy đo pH, đo oxygen, nhiệt độ…  Chuẩn bị kĩ thuật nuôi tảo II.2.1/ Thiết kế bể nuôi tảo spirulina: II.2.1.1/ Lựa chọn địa điểm ni tảo: Nơi ni tảo phải có lượng chiếu sáng thích hợp giúp tảo sinh trưởng bình thường, ảnh hưởng đến lượng sinh khối thu hoạch Chủ động nguồn nước nuôi tảo, nước không bị ô nhiễm thích hợp cho việc ni tảo Giao thơng thuận tiện Nếu địa điểm xây bể có nhiều mối khơng nên dùng vật liệu xây bể plastic dễ bị mối ăn II.2.1.2/ Thiết kế bể nuôi tảo: Bể ni tảo hình chữ nhật góc vê trịn kết hợp với hệ thống cánh khuấy(paddle-wheel) Bể lớn (hoặc nhỏ) diện tích, thể tích lên tới x 0,3 m3, chí đến 200ha x 0,3 m3 Bể nên xây cao 50 – 55 cm để đảm bảo độ sâu mực nước từ 20 – 30 cm Bể xây dựng vật liệu xây dựng thông thường(ximang, plastic, gạch cement hay gạch beton cement chịu kiềm) Bể có xây tường ngăn hụt tạo dịng chảy lưu thơng khí khuấy xục Có thể đặt hay máy khuấy đầu để lưu thông nước  *Hệ thống khuấy – xục khí: Hệ thống ni tảo với qui mơ lớn có kết hợp hợp hệ thốnng khuấy – xục khí nhằm thu lượng sinh khối nhiều Lưu ý: bể cần khuấy liên tục Sự xục khí nhằm:  Tạo tiếp xúc tốt tế bào tảo với dinh dưỡng, ánh sáng, CO2  Giữ ổn định nhiệt độ nước giúp tảo phát triển tốt  Tạo tốc độ nước chảy 5,0cm/s Do đó, tạo điều kiện tối ưu co phát triển tảo khơng bị lắng góc bể Ngồi ra,có thể xây mái che cho bể Mái che kiểu nhà kính đơn giản thiết kế với mái, nhọn Khung mái thép, lợp tole trong, nhựa plastic hay kính để ánh sáng qua được.Mái di động theo hướng nửa mái kéo nằm song song phía phần mái cố định kế bên Mái che nằm vị trí chiếu sáng tốt nhất, thường hướng Đông-Tây Công dụng mái che:  Chống xâm nhiễm bụi đất, cát theo gió đưa vào  Bụi khói nhiên liệu bị đốt cháy  Tránh chim bay vào II.2.2/ Nguồn nước: Nước dung mơi quan trọng để hịa tan chất dinh dưỡng ni tảo spirulina Nước lấy từ nguồn: Nước giếng khoan: có chứa nhiều chất vơ có ích, cần phải loại bỏ chất độc chì, arsenic… Nước máy thị: đắt - Nước biển, suối nước khống: có chứa nhiều dưỡng chất • Ni cấy tảo Spirulina phịng thí nghiệm: III ỨNG DỤNG TẢO SPIRULINA: - Vào năm 1990, Tổ chức nhân đạo Antenna Thuỵ Sĩ đưa ý tưởng mới, dùng tảo spirulina để chống đói nghèo nước phát triển Và họ thành công - Điều trị bệnh suy dinh dưỡng tảo Spirulina có từ 56 – 77% khối lượng protein Công ty thực phẩm Đồng Tâm dùng tảo làm nguyên liệu để sản xuất sữa bột dinh dưỡng cho trẻ em - Tại Mỹ người ta chiết xuất loại tảo làm dược phẩm để phá huỷ lớp mỡ, bệnh người giàu Nhiều vận động viên thể thao coi loại tảo siêu thực phẩm để tăng cường sinh lực làm săn bắp, đặc biệt vận động viên thể hình - Tảo spurilina cịn thực đơn chữa béo phì vơ hiệu Công ty dược phẩm Equilibre Attitude Pháp tăng gấp đôi doanh thu bán nhờ chế biến loại tảo thành tân dược chống béo phì - Các nhà khoa học tun bố tảo spurilina cịn sử dụng để chế tạo thành thuốc chống bệnh kỉ AIDS tăng cường sức đề kháng cho bệnh nhân nhiễm HIV - Hai trường ĐH danh tiếng Harvard Boston Mỹ nhân giống tảo spurilina thành loại tảo có khả chống virut cảm cúm tăng cường sức lực cho DNA - Các thí nghiệm cịn chứng minh sử dụng hợp chất tảo spurilina cho chuột bị ung thư chúng giảm đau đớn khối u phát triển chậm lại Trong đó, nhà khoa học Đức phát tảo spurilina cịn làm cho quan nội tạng tim, tuyến giáp tuyến tuỵ, tuỷ xương màng tế bào trở lên khoẻ mạnh - Cung cấp chất chống oxy hóa chất dinh dưỡng khác - Tăng lượng tâm trạng - Ngăn ngừa bệnh tim mạch (làm giảm cholesterol) Ngăn chặn ức chế tổn thương ung thư miệng - Do thành phần tự nhiên với nhiều chất đạm, vitamin, khống chất, vơ hữu ích nhiều lĩnh vực bao gồm kiểm soát trọng lượng, ăn chay, nhanh chóng kéo dài làm tăng lượng, hoạt động thể thao chí sử dụng mỹ phẩm - Không giống tế bào thực vật khác, tảo Spirulina có tế bào mềm mà làm cho dễ tiêu hóa - Nguồn tài liệu từ: Giáo trình mơn Thủy Sinh Thực Vật – Giảng viên: Đặng Thị Thanh Hòa http://www.google.com/ http://www.sinhhocvietnam.com/ http://www.spirulina.com/ ... điều kiện tự nhiên khoảng – ngày II NUÔI TRỒNG TẢO SPIRULINA: II.1/Giới thiệu hệ thống ni tảo spirulina Trên giới có cơng nghệ để ni tảo spirulina Cơng nghệ nuôi theo hệ thống hở (Opened ecosystem)... sáng mặt trời để phát triển Kiểu nuôi phụ thuộc vào thời tiết cần có giải pháp khắc phục 1.2/ Cơng nghệ ni trồng tảo spirulina theo hệ thống kín (C.E.S): Spirulina nuôi bể lên men vi sinh khối (bioreactor)... tài "Công nghiệp nuôi trồng sử dụng tảo Spirulina" Hay đề tài cấp thành phố Bác sĩ Nguyễn Thị Kim Hưng (TP Hồ Chí Minh) cộng với đề tài "Nghiên cứu sản xuất sử dụng thức ăn có tảo Spirulina dinh