Sản xuất -3 PUFA để thương mại từ vi tảo biển dị dưỡng đang được quan tâm nghiên cứu và phát triển (Barclay, 1991). Nuôi trồng vi tảo theo lối dị dưỡng có một số thuận lợi chính như sau: có thể duy trì các điều kiện nuôi trồng tối ưu và giảm tạp nhiễm (Chen, 1996); sản xuất dầu có thể tiến hành quanh năm, không phụ thuộc mùa hay khí hậu; quá trình nuôi trồng có thể kiểm soát và đảm bảo được chất lượng sản phẩm theo mong muốn; đạt mật độ tế bào cao, năng suất có thể lên trên 100 g khô/l (de Swaaf và cs, 2003a) và có thể sử dụng các kĩ thuật lên men hiện đang được sử dụng rộng rãi cho việc nuôi trồng. Mặc dù vậy, hệ thống nuôi vi tảo dị dưỡng cũng còn một số thách thức cần giải quyết như: hiện tại, chỉ một số ít các loài tảo dị dưỡng có tích lũy - 3 PUFA mong muốn; do môi trường nuôi rất giàu dinh dưỡng nên khả năng lây nhiễm là rất cao; và chi phí sản xuất phải cân đối được với giá thị trường.
Ở Nhật Bản, 50% sinh khối tảo Chlorella được sản xuất thương mại được nuôi dị dưỡng trong các bể lên men (Lee, 1997). Ngoài ra, nuôi trồng vi tảo dị dưỡng làm nguyên liệu cho các sản phẩm dinh dưỡng và dược phẩm như PUFA và carotenoit cũng đã được tiến hành triển khai trên quy mô lớn đầy tiềm năng và hứa hẹn (Harel và cs, 2002; Wen & Chen, 2003; Ip & Chen, 2005).
Các phương pháp nuôi tảo dị dưỡng bao gồm:
- Nuôi theo mẻ: Nuôi theo mẻ là kĩ thuật phổ biến để tăng số lượng tế bào,
được đặc biệt áp dụng ở quy mô phòng thí nghiệm. Cách thức nuôi trồng này tương đối đơn giản, chi phí rẻ, thường được sử dụng trong các nghiên cứu sơ bộ ban đầu để tìm hiểu tác dụng của các thành phần và yếu tố môi trường lên sinh khối tảo và
năng suất sản phẩm được tạo ra (Yokochi và cs, 1998; de Swaaf và cs, 1999). Wen & Chen (2001b) báo cáo tối ưu điều kiện sản xuất EPA bởi Nitzschia laevis trong nuôi dị dưỡng theo mẻ dựa trên phương pháp đáp ứng bề mặt (response surface methodology). Nồng độ NaCl, CaCl2, pH và nhiệt độ đã được xác định là các yếu tố giới hạn trong mô hình tổ hợp trung tâm (central composite design). Năng suất EPA đạt 280 mg/l trong điều kiện nuôi lắc, cao gấp 1,6 lần so với phương pháp tối ưu trước đây (Wen & Chen, 2001a,b).
- Nuôi theo kiểu “fed-batch”: Về bản chất đây là phương pháp nuôi theo mẻ
có bổ sung các chất dinh dưỡng (liên tục hoặc không liên tục) trong quá trình nuôi. Kiểu nuôi này được áp dụng với tảo N. laevis để sản xuất EPA đã cho phép thu được mật độ tế bào tảo cao và giảm tối đa sự ức chế của cơ chất (Chen, 1996; Wen & Chen, 2002 a, b). Hỗn hợp glucose, nitrate, tryptone và cao nấm men ở tỷ lệ tối ưu là 32: 1: 2,58: 1,29 (w/w) đã được bổ sung liên tục vào bể lên men. Năng suất sinh khối tảo và sản lượng EPA đạt được là 22,1g/l và 695 mg/l, tương ứng, cao hơn nhiều so với nuôi theo mẻ. Kiểu nuôi này cũng sử dụng thành công để nuôi dị dưỡng các loài vi tảo khác như Chlorella protothecoides (sản xuất lutein),
Crypthecodium cohnii (sản xuất DHA) và Galdieria sulphuraria (sản xuất
phycocyanin) (de Swaaf và cs, 2003 a, b; Schmidt và cs, 2005). Đối với tảo C.
cohnii, năng suất DHA đạt được 11,7 g/l với nguồn cácbon là ethanol (de Swaaf và
cs, 2003a).
- Nuôi liên tục: là phương pháp cơ bản để kéo dài pha sinh trưởng của vi sinh
vật trong nuôi theo mẻ nhưng cần liên tục cung cấp các chất dinh dưỡng mới và đồng thời loại bỏ môi trường đã được sử dụng cùng với sinh khối tế bào tảo từ hệ thống nuôi. Trong nuôi liên tục, sự phát triển của tảo cũng như các yếu tố môi trường nuôi luôn được giữ ổn định. Đây là một hệ thống tốt cho phép nuôi các vi sinh vật dị dưỡng đạt mật độ cao cũng như được áp dụng trong các nghiên cứu về đặc điểm sinh trưởng và phát triển, các đặc điểm sinh lý, sinh hoá của các vi sinh vật. Quá trình nuôi cấy liên tục cũng đã được áp dụng và phát triển để sản xuất EPA từ tảo N. laevis trong điều kiện tối với năng suất EPA đạt cao nhất là 73 mg/l trong
điều kiện khi glucose có nồng độ 20 g/l và tỷ lệ pha loãng là 0,5 ngày (Wen & Chen, 2002b). Nuôi cấy liên tục cũng được sử dụng rất thành công trong nuôi trồng một số loài thuộc tảo lục quan trọng như Chlamydomonas reinhardtii trong điều kiện sử dụng acetate như là nguồn cácbon và nguồn năng lượng chính cho tảo. Tuy nhiên, vì acetate lại là một chất ức chế sự phát triển của tảo khi tảo có ở mật độ cao, do vậy, mật độ tế bào tảo cao nhất trong điều kiện nuôi nêu trên chỉ đạt được là 1,5 g/l ở nồng độ acetate được bổ sung là 3,4 g/l (Chen & Johns, 1996).
- Nuôi theo kiểu “perfusion”: đây là phương pháp nuôi liên tục nhưng tế bào
được giữ lại. Phương pháp này thường ít được áp dụng cho nuôi vi tảo dị dưỡng (Wen & Chen, 2003). Ngược lại với nuôi liên tục (trạng thái nuôi ổn định được duy trì bằng cách pha loãng liên tiếp trong qua trình nuôi), trong quá trình nuôi “perfusion” các tế bào được giữ lại theo quy luật tự nhiên trong bình nuôi. Mật độ tế bào có thể tăng liên tục cho đến khi đạt được mật độ tế bào cao. Kỹ thuật nuôi này đã chứng tỏ là cách nuôi trồng có hiệu quả để tăng mật độ tế bào và năng suất của các sản phẩm định hướng, có giá trị. Phương pháp này đã được áp dụng thành công trong nuôi dị dưỡng tảo N. laevis để sản xuất EPA. Trong điều kiện nuôi này, sinh khối khô của tế bào tảo và năng suất EPA đạt rất cao là 40 g/l và 1112 mg/l, tương ứng (Wen & Chen, 2002a).