Nghiên cứu ảnh hưởng của môi trường dinh dưỡng và mật độ ban đầu đến sự phát triển của tảo spirulina platensis nuôi trong nước khoáng

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH -------o0o------- NGUYỄN THỊ THANH XOAN NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA MÔI TRƯỜNG DINH DƯỠNG VÀ MẬT ĐỘ BAN ĐẦU ĐẾN SỰ PHÁT TRIỂN CỦA TẢO Spirulina platensis NUÔI TRONG NƯỚC KHOÁNG KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP KỸ SƯ NGÀNH NUÔI TRỒNG THUỶ SẢN Vinh 01/2009 1 LỜI MỞ ĐẦU Hàng chục năm qua, các sản phẩm từ tảo Spirulina platensis đã được sử dụng rộng rãi trên toàn thế giới vì giá trị dinh dưỡng và giá trị sinh học đặc biệt của nó. Việt Nam được biết đến là nơi có điều kiện thuận lợi để nuôi trồng loài tảo quý Spirulina platensis. Dù được kỳ vọng rất nhiều, song lợi thế đó chưa được nước ta tận dụng khai thác một cách hiệu quả. Trong khi đó trên thị trường vẫn còn "điệp khúc" cung không đủ cầu, nguyên liệu chủ yếu bán thô đem lại giá trị kinh tế không cao. Theo đánh giá của các nhà khoa học thì tiềm năng sinh lợi từ nguồn tảo quý này tại Việt Nam là rất lớn. Nó không chỉ được nuôi trồng ở các suối nước khoáng nhằm làm giảm chi phí sản xuất mà còn được nuôi trồng ở diện tích đất nông nghiệp bạc màu với thu nhập lên tới 1.2 tỷ đồng/ ha (Lê Văn Lăng, 2007). Có thể nói, Spirulina platensis là đối tượng thủy sản mang lại giá trị kinh tế rất cao với thị trường rộng mở. Theo ước tính nhu cầu thị trường thế giới cần 6000 tấn tảo khô/năm với giá trị lên tới 1.25 tỷ USD, vậy mà con người chỉ mới sản xuất được 3000 tấn tảo khô/năm (Vonsha & Tomaselli, 2000). Còn tại Việt Nam, hàng năm sản xuất được 4 - 6 tấn tảo khô (báo Bình Thuận, 11/12/2007). Hiện nay, giá thành các sản phẩm từ tảo Spirrulina còn rất cao do việc sử dụng các hoá chất tinh khiết làm môi trường nuôi cấy. Việc tìm kiếm các chủng giống Spirulina tốt, môi trường dinh dưỡng rẻ tiền thay thế hoặc giảm bớt lượng hoá chất cần thiết trong nuôi trồng tảo Spirulina sẽ quyết định giá thành tảo sinh khối. Trong khi đó, nguồn nước khoáng thiên nhiên ở nhiều tỉnh của Việt Nam được xác định có thành phần khoáng rất tốt phù hợp với điều kiện môi trường nuôi trồng tảo Spirulina. Chính vì vậy, trong thời gian thực tập tốt nghiệp tại Viện nghiên cứu nuôi trồng thủy sản III với sự hướng dẫn của chủ nhiệm đề tài Ths Nguyễn Thị Bích Ngọc và giáo viên hướng dẫn 2 PGS - TS Nguyễn Kim Đường tôi đã chọn cho mình đề tài "Nghiên cứu ảnh hưởng của môi trường dinh dưỡng và mật độ ban đầu đến sự phát triển của tảo Spirulina platensis nuôi trong nước khoáng". Mục tiêu của đề tài: - Xác định ảnh hưởng của môi trường dinh dưỡng đến sự phát triển của tảo Spirulina platensis nhằm tìm ra môi trường nuôi tốt nhất. - Xác định ảnh hưởng của mật độ ban đầu đến sự phát triển của tảo Spirulina platensis nhằm tìm ra mật độ nuôi ban đầu thích hợp. - Góp phần xây dựng quy trình nuôi trồng tảo Spirulina platensis tại các suối nước khoáng ở Việt Nam. Sinh viên Nguyễn Thị Thanh Xoan 3 Chương I TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1. Lược sử nghiên cứu và sử dụng tảo spirulina platensis 1.1.1. Tình hình nghiên cứu và sử dụng tảo spirulina platensis trên thế giới Tảo Spirulina platensis là một loại vi tảo dạng xoắn màu xanh lam, chỉ có thể quan sát thấy hình xoắn do nhiều tế bào đơn cấu tạo thành dưới kính hiển vi (Nguyễn Lân Dũng, 2000). Loại tảo này do tiến sĩ Clement người Pháp tình cờ phát hiện vào những năm 1960 khi đến hồ Tchad ở Trung Phi. Nhà khoa học này không khỏi ngạc nhiên khi đến vùng đất cằn cỗi, đói kém quanh năm nhưng thổ dân nơi đây rất cường tráng và khỏe mạnh. Khi Clement tìm hiểu về thức ăn của họ, bà phát hiện trong mùa không săn bắn, họ chỉ dùng một loại bánh màu xanh mà nguyên liệu chính là thứ họ vớt lên từ hồ. Qua phân tích, bà phát hiện ra loại bánh có tên “Dihe” này chính là tảo Spirulina platensis (Abdulqader và cs., 2000). Một số tài liệu sử học ghi nhận ở thế kỷ XVI, thổ dân Aztec sống quanh vùng hồ Texcoco vẫn thường thu vớt một loại thức ăn từ hồ này, họ gọi món đó là Tecuilat. Tecuilat được bán tại các chợ của Mexico và được ăn cùng nước chấm gọi là “Chilmolli”. Về sau Tecuilat được xác định được làm từ tảo Spirulina platensis, một loài thức ăn rẻ tiền và giàu dinh dưỡng (Farrar, 1966). Ngày nay, Spirulina không chỉ được con người sử dụng làm nguồn thức ăn bổ sung có lợi cho sức khỏe trên toàn thế giới. Mà còn sử dụng để phục vụ nuôi các đối tượng thủy sản và sản xuất thức ăn gia cầm (Belay và ctv, 1996; Wikdors & Ohno, 2000). Trong những năm gần đây, tảo Spirulina đã được nhiều nhà khoa học quan tâm nghiên cứu và công bố rộng rãi trên toàn thế giới. Sinh khối của loài 4 tảo lam đa bào, dạng sợi có giá trị dinh dưỡng cao. Đa số các nghiên cứu chỉ ra rằng, Spirulina rất giàu protein, chiếm tới 60-71% khối lượng khô của tảo (Becker, 1994; Belay và ctv, 1996; Wikdors và Ohno, 2001). Trong khi đó thịt bò chỉ có 21%, thịt gà ta 20,3%, thịt lợn nạc 19% (báo thanh niên, 26/07/2005); lipit 11,5%; cacbohydrate 15,3%; xơ 0,1%; acid nucleic 4,2% (Becker và Venkataraman, 1982) và có nhiều loại acid béo không bão hòa đa nối đôi (Đặng Đình Kim, 2002). Hàm lượng vitamin rất cao, cứ 1kg tảo xoắn chứa 55 mg vitamin B1, 40 mg vitamin B2, 3 mg vitamin B6, 2mg vitamin B12, 113 mg vitamin PP, 190 mg vitamin E, 4000 mg caroten (tăng thêm 1000 lần so với cà rốt), 0,5 mg acid folic, inosit khoảng 500-1000 mg (Hoàng Hải Vân, 2005). Phân tích viên nén Spirulina thường được sản xuất tại Hawaii, người ta nhận thấy hàm lượng protein lớn hơn 52%, beta-caroten lớn hơn 1600 mg/kg, tổng số carotenoids lớn hơn 3500 mg/kg, phycocyanin lớn hơn 10% (www.cyanotech.com). Tỷ lệ của từng acid amin trong sinh khối Spirulina được Chentianfeng xác định như sau (mg/g) ASP: 54,12; Glu: 81,43; Ser: 23,71; Arg: 28,17; Thr: 32,88%. Gly: 23,63; Ala: 30,49; Pro: 17,12; Val: 20,81; Met: 9,56; Semet: 0,26; Ile: 20,50; Leu: 32,70; Phe: 18,87; Cys + Cy- H: 11,26; Lys: 19,82; His: 5,90; Tyr: 13,21. Cohen và ctv. (1995) đã phát hiện trong sinh khối Spirulina có chứa các acid béo không no mạch dài (LCPUFA s ), đây là nguồn cung cấp dinh dưỡng quan trọng cho con người, đặc biệt là acid omega-3 LCPUFA s , docosahexaenoic acid (DHA) và eicosapentaenoic acid (FPA). Chính vì những lý giá trị dinh dưỡng đặc biệt như thế nên Spirulina platensis được sử dụng làm nguyên liệu trong nhiều lĩnh vực khác nhau như y tế, dược phẩm, dinh dưỡng và đặc biệt trong nuôi trồng thủy sản (Belay, 2002). Đã từ lâu, tảo Spirulina platensis được con người sử dụng làm thức ăn như một loại thức ăn giàu dinh dưỡng có tác dụng trong việc phòng và chữa trị 5 bệnh cho người và động vật (Wikdors & Ohno, 2001). Cũng vì lý do đó, năm 1973, tổ chức y tế thế giới (WHO/OMS) công nhận tảo Spirulina platensis là thực phẩm bảo vệ tốt nhất của loài người trong thế kỷ XXI. Cơ quan quản lý thực phẩm và dược phẩm Hoa Kỳ (FDA) công nhận nó là một trong những nguồn protein tốt nhất (Anaga, 1996; Belay, 2002). Hiện nay, Spirulina đang là đối tượng được tập trung nghiên cứu rất mạnh, vì nó được xem là đối tượng chiến lược mang lại giá trị kinh tế cao của nhiều nước trên thế giới. Nhiều nghiên cho biết sinh khối Spirulina platensis có thành phần calcium spirulan, là chất có tác dụng ức chế sự phát triển của nhiều loại virut kể cả HIV (Belay, 1993; Vonshak, 1997). Sinh khối này còn làm hạ cholesterol trong máu. Thành phần phycocyanin có tác dụng oxi hoá nên có tác dụng ức chế độc tố gan hepatotoxin (Hayashi, 1996). Spirulina platensis có tính nâng cao tính miễn dịch, nâng cao sức đề kháng của cơ thể (Moore, 1996; Sivonen, 1996). Nghiên cứu của R. kozlenko & ctv (2001) đã chứng minh Spirulina có tác dụng ngăn cản sự xâm nhập của virut qua màng tế bào. Các nghiên cứu của nhiều nhà khoa học đã chứng minh khả năng ức chế ung thư của của sinh khối hay dịch chiết của Sprulina platensis (L. Lisheng, 1991; M. Babu, 1995; Pan Quihenet, 1998). Spirulina có tác dụng kích thích sự tăng nhanh các tế bào hồng cầu, bạch cầu và khả năng miễn dịch của cơ thể (M. A. Quresshi, 1995). Tác dụng phổ biến của việc sử dụng thường xuyên các sản phẩm từ tảo Spirulina platensis là làm giảm khả năng ung thư, nâng cao tính miễn dịch, ức chế virut, chống lão hoá, làm giảm cholesterol máu, hạn chế các tai biến về tim mạch (Phan Bảo An, 2007). 6 Ngăn cản sự xâm nhập của virus Kích thích sự hình thành hồng cầu và bạch cầu Nguồn: http://vietsciences.free.fr và http://vietsciences.org Nguyễn LânDũng Với thành phần protein chiếm tới 60–71% trọng lượng khô, nên sinh khối Spirulina platensis được sử dụng để điều trị bệnh suy dinh dưỡng. Theo số liệu công bố của UNICEF cho biết khoảng 30.000 ca tử vong/ngày do suy dinh dưỡng. Từ chiến tranh thế giới thứ II lại nay đã có tới 700 triệu người chết do suy dinh dưỡng. Trong khi đó, cứ mỗi diện tích 1m 2 /ngày cung cấp đủ dinh dưỡng cho một đứa trẻ trong ngày (Ripley Fox, 2002). Chất tạo nên màu xanh lam của Spirulina platensis được xác định là phycocyanin và allphycocyanin (Boussiba & Richmond, 1979). Nó được chiết xuất để sử dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau như dược phẩm, y tế, chất tạo màu (Morenno & ctv, 1997). Các sản phẩm từ tảo Spirulina platensis rất đa dạng với giá rất cao: bột acid amin sản xuất từ Spirulina 70USD/kg, phycocyanin dùng trong chẩn đoán bệnh 50USD/1mg, phycocyanin thô dùng trong nhuộm màu 150 USD/kg (www.cyanotech.com). Spirulina platensis không chỉ được sử dụng cho con người mà nó còn được sử dụng rộng rãi trong nuôi trồng thủy sản và sản xuất các loại thức ăn cho gia cầm (Belay & ctv, 1996; Wikdors & Ohno, 2001). Đối với NTTS, 7 Spirulina platensis không chỉ là đối tượng nuôi trồng có giá trị mà nó còn được sử dụng để làm thức ăn cho nhiều đối tượng thủy sản như cá, tôm, bào ngư, . . Khi nghiên cứu trên cá tráp loài Pagrus major với công thức thức ăn có bổ sung 5% tảo Spirulina platensis, đã làm tăng tốc tốc độ tăng trưởng và hiệu quả chuyển đổi thức ăn của cá (Mustaf & ctv, 1997). Nghiên cứu của Belay & ctv. (1996), cho thấy có thể sử dụng bột tảo Spirulina platensis để thay thế bột cá trong thức ăn của cá Rô phi vằn (Tilapia niloticus) và cá chép (Cyprinus carpio). Ở Ấn Độ, người ta sử dụng hỗn hợp bánh dầu ép, cám gạo và 10 % bột tảo Spirulina platensis để làm thức ăn cho cá mè trắng và cá chép. Việc bổ sung bột tảo Spirulina platensis vào chế độ cho ăn sẽ làm cho cá tăng trưởng nhanh hơn (Ayyppan, 1992) và khi so sánh protein từ bột đậu nành, bột tảo Spirulina và bột từ phế phẩm của lò mổ gà để thay thế nguồn protein từ bột cá trong thức ăn của cá tráp (Rhabdosargus sarba) cho thấy: việc sử dụng đều đặn Spirulina platensis bổ sung vào thức ăn đạt kết quả tốt nhất. Tảo platensis Spirulina là nguồn thức ăn chính trong ương nuôi các loài cá cảnh: cá Dĩa, cá Ba đuôi, . . Nó không chỉ được sử dụng trong nuôi cá mà còn được sử dụng rộng rãi trong nuôi tôm. Nakagawa & Gomez – Diaz (1995) đã chứng minh, việc sử dụng 20% bột tảo Spirulina bổ sung vào thức ăn của tôm càng xanh (Macrobarrachium rosenbergii) thì tôm sinh trưởng tốt hơn và có tỉ lệ sống cao hơn. Ngoài ra, Spirulina platensis còn được sử dụng để nuôi nhiều đối tượng có giá trị kinh tế như: Bào ngư. Khi nghiên cứu nhu cầu dinh dưỡng của Bào ngư (Haliotis midea) Britz (1996) đã tìm ra công thức thức ăn của Bào ngư là hỗn hợp dầu đậu nành, men bánh mì và bột tảo Spirulina platensis. Tảo Spirulina platensis ở dạng khô được sử dụng để thay thế các loại tảo tươi trong ương nuôi ấu trùng tôm Sú (Penaeus monodon) và tôm Thẻ (Penaeus vanamei) (Liao & ctv, 1993). Ngoài ra việc sử dụng Spirulina platensis làm thức ăn còn làm gia tăng hàm lượng caroten trong vỏ tôm (Liao & ctv, 1993). Theo 8 Watanabe (1996) thì sử dụng Spirulina platensis làm thức ăn sẽ ảnh hưởng đến khả năng tích lũy mỡ của cá và tốt nhất chỉ nên bổ sung Spirulina với tỷ lệ 5%. Ngoài ra, Spirulina còn được sử dụng để xử lý nước thải trong NTTS, đây là một biện pháp có tính khả thi cao, vì tảo Spirulina có khả năng phân hủy các chất vô cơ và các chất gây ô nhiễm một cách hiệu quả với chi phí thấp (Delanoue & ctv, 1992). Khi sử dụng nguồn nước thải từ ao nuôi cá chép để nuôi tảo Spirulina platensis và Nostoc muscorum, 92.4% lượng amonium được loại bỏ bởi S. Platensis và 83.6% bởi N. muscorum. Đến cuối ngày thí nghiệm thứ 7, lượng nitrat trong ao nuôi S. Platensis giảm 50.39%. 1.1.2. Tình hình nghiên cứu và sử dụng tảo Spirulina ở Việt Nam Tảo Spirulina bắt đầu được nghiên cứu ở Việt Nam từ những năm 1972, do GS. TS. Nguyễn Hữu Thước thuộc Viện sinh vật học (Hà Nội) đi đầu. So với các địa phương khác, vùng Vĩnh Hảo được đánh giá là nơi có điều kiện ngoại cảnh rất thuận lợi cho việc nuôi trồng tảo bởi đặc trưng mưa ít - nắng nhiều và có nguồn nước khoáng bicacbonat. Kể từ thập niên 80 của thế kỷ XX đến nay, ở nước ta đã có nhiều công trình nghiên cứu khoa học và triển khai ứng dụng nuôi trồng tảo cũng như sản xuất các sản phẩm từ tảo Spirulina. Điển hình có đề tài cấp nhà nước “ Nghiên cứu sản xuất và sử dụng tảo Spirulina ” (1981-1985) và đề tài “Hoàn thiện quy trình sinh học và công nghệ sản xuất tảo Spirulina tại Vĩnh Hảo ” (1994-1995) của GS.TS Nguyễn Hữu Thước & ctv (Viện công nghệ sinh học thuộc viện khoa học và công nghệ Việt Nam) hay đề tài cấp thành phố của bác sĩ Nguyễn Kim Hưng (Tp. Hồ Chí Minh) & ctv (1995 - 1996) với đề tài: “Nghiên cứu sản xuất và sử dụng thức ăn có tảo Spirulina trong dinh dưỡng điều trị ”.Ngoài ra, còn có các đề tài: “Hoàn thiên công nghệ sản xuất tảo Spirulina làm chế 9 phẩm trị bệnh cho người và gia súc” (1995-1997); “ Nghiên cứu chế biến tảo Spirulina platensis làm bột dinh dưỡng giàu đạm sử dụng cho người” (1999- 2000) của trung tâm dinh dưỡng Tp. Hồ Chí Minh. Theo báo Nông thôn ngày nay (NTNN) số ra ngày 04/10/2006, các nhà khoa học Trường Đại học Y dược Tp. Hồ Chí Minh đã nuôi cấy thành công sinh khối tảo Spirulina platensis gắn giữ được Selen ở quy mô phòng thí nghiệm. Thành công của nghiên cứu này mở ra hướng có thể nuôi Spirulina platensis ở quy mô lớn, cung cấp vi lượng Selen làm nguyên liệu sản xuất dược phẩm và thực phẩm. Có thể nói, tảo Spirulina đã được các nhà khoa học nước ta quan tâm nghiên cứu và sử dụng sớm. Ứng dụng của kết quả nghiên cứu trên thế giới và ở trong nước, hiện nay tảo Spirulina platensis có vai trò hết sức to lớn đối với con người và đối với ngành NTTS. Spirulina platensis ở dạng khô để thay thế các loại tảo tươi trong ương nuôi các đối tượng thủy sản: Tôm Sú, tôm Thẻ, . . ., làm thức ăn bổ sung cho cá Chép, cá Rô phi, là loại thức ăn chủ yếu để nuôi cá cảnh. Ở Việt Nam hiện nay, giá bán tảo Spirulina tương đối cao, với sản phẩm dùng cho tôm, cá 450.000 – 600.000 đ/kg. Spirulina platensis ở dạng viên dùng cho người có giá 1.500.000–3.500.000 đ/kg (www.binhthuan.org.vn). Vậy mà, hàng năm nước ta vẫn nhập khẩu tới hơn 70% các sản phẩm của tảo Spirulina platensis. Sản phẩm trong nước chủ yếu bán ở dạng thô nên giá thành chỉ bằng 1/5 (www.binhthuan. org.vn). Ngoài các sản phẩm nhập từ Đài Loan, Thái Lan, Trung Quốc, Mỹ, . . . với nhiều tên gọi khác nhau, các sản phẩm được chế biến từ tảo Spirulina platensis tại Việt Nam cũng đã xuất hiện ngày càng nhiều và đa dạng như: bột dinh dưỡng Enalac, Sonalac (5% tảo), viên nang Linaforce. Lactogyl của trung tâm dinh dưỡng Tp. Hồ Chí Minh. 1.2. Tình hình nuôi trồng tảo Spirulina platensis 1.2.2. Trên thế giới Chính vì Spirulina platensis có những giá trị dinh dưỡng và giá trị sinh 10 . đến sự phát triển của tảo Spirulina platensis nhằm tìm ra môi trường nuôi tốt nhất. - Xác định ảnh hưởng của mật độ ban đầu đến sự phát triển của tảo Spirulina. đầu đến sự phát triển của tảo Spirulina platensis nuôi trong nước khoáng& quot;. Mục tiêu của đề tài: - Xác định ảnh hưởng của môi trường dinh dưỡng đến sự