Phần 4 Kết quả và thảo luận
4.3. Tốc độ tăng trưởng của tảo thí nghiệm trong quá trình nuôi thu sinh khố
TRÌNH NUÔI THU SINH KHỐI TẠI MỸ AN, THỪA THIÊN HUẾ
Tốc độ sinh trưởng của tảo Spirulina được xác định bằng phương pháp đo mật độ quang OD bằng máy quang phổ UV-2450 Shimatzu (Nhật Bản) ở bước sóng 445nm (OD445nm). Kết quả thu được như sau:
Bảng 4.3. Tốc độ tăng trưởng của tảo Spirulina trong quá trình nuôi thu sinh khối ngoài trời tại Mỹ An, Thừa Thiên Huế
Lần thu Ngày nuôi OD Tốc độ tăng trưởng trong
từng giai đoạn (%/ngày)
0 1 0.353 0 1 13 1.281 9.91 2 22 1.386 11.33 3 31 1.269 10.35 4 40 1.238 10.07 5 49 1.404 11.47 6 58 1.444 11.78
Hình 4.8. Biểu đồ tốc độ sinh trưởng của tảo trong quá trình nuôi thu sinh khối ngoài trời
Phân tích, so sánh kết quả tại bảng 4.3 và hình 4.8 cho thấy, tốc độ sinh trưởng của tảo ở lần nuôi thu sinh khối đầu tiên là chậm nhất, mật độ tế bào tăng dần từ 0.353 lên 1.281 mất thời gian là 13 ngày, tốc độ tăng trưởng đạt 9.91%/ngày. Do mật độ tảo ban đầu ở các lần nuôi thu sinh khối tiếp theo lớn hơn ở lần thu đầu (0.5 > 0.353) nên đều chỉ cần sau 9 ngày nuôi, mật độ tảo đo được tại OD445nm đã lớn hơn 1.2, đều có thể tiến hành thu sinh khối. Kết quả này tương đương với nghiên cứu của Th.S Lăng (2007) thời gian thu hoạch một thế hệ từ 8 – 15 ngày. Tốc độ sinh trưởng ở các lần thu này đều đạt trên 10%/ngày theo thứ tự lần lượt là 11.33%/ngày, 10.35%/ngày, 10.07%/ngày, 11.47%/ngày, 11.78%/ngày. Từ ngày 49 đến 58 tảo sinh trưởng nhanh nhất, đạt 11.78%/ngày. 4.4. ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ YẾU TỐ MÔI TRƯỜNG TẠI KHU NUÔI SINH KHỐI NGOÀI TRỜI Ở MỸ AN, THỪA – THIÊN HUẾ TỚI SINH TRƯỞNG CỦA TẢO THÍ NGHIỆM
a. Nhiệt độ
Nhiệt độ không những ảnh hưởng trực tiếp hoặc gián tiếp lên quá trình trao đổi chất mà còn tác động lên cấu trúc tế bào (Payer, 1980). Do đó mỗi loài tảo cần nuôi ở một khoảng nhiệt độ nước thích hợp, ngoài ngưỡng nhiệt độ tảo sẽ không phát triển và có thể bị chết.
Hình 4.9. Biểu đồ sự thay đổi nhiệt độ và tốc độ sinh trưởng của tảo tại khu nuôi sinh khối ngoài trời trong tháng 7
Trong tháng 7, nhiệt độ trung bình trong khoảng 10 ngày đầu (ứng với lần thu sinh khối T1) có sự biến động lớn nhất từ 27.5 đến 36oC do ngày thứ 5, 6, 7 có mưa lớn làm cho nhiệt độ giảm xuống thấp (27.5oC). Biến động nhiều thứ 2 trong tháng là 10 ngày cuối tháng (ứng với lần thu sinh khối thứ 3) từ 30.75 đến 35.25oC do ngày 27, 28 có mưa. Ổn định nhất là 10 ngày giữa tháng, biến động nhiệt độ chỉ từ 34.25 đến 36oC do trời nắng đều, không có mưa. Vì vậy tốc độ sinh trưởng của tảo cũng phụ thuộc ít nhiều theo nhiệt độ. Tốc độ sinh trưởng chậm nhất là ở lần thu T1, phải mất 13 ngày tảo mới đạt điều kiện để thu sinh khối (từ 0.353 đến 1.281). Mặc dù ở 2 lần thu sinh khối T2, T3 đều chỉ mất 9 ngày, nhưng do biến thiên nhiệt độ ở T3 lớn hơn T2, nên mật độ tảo trong ngày thu sinh khối ở T3 ít hơn so với T2 (1.269 < 1.386).
Hình 4.10. Biểu đồ sự thay đổi nhiệt độ và tốc độ sinh trưởng của tảo tại khu nuôi sinh khối ngoài trời trong tháng 8
(T3, T4, T5, T6 lần lượt là các lần thu sinh khối tảo thứ 3, 4, 5, 6)
Trong tháng 8, nhiệt độ biến động đều hơn tháng 7, đều trên 30oC, nhiệt độ trung bình cao nhất là 36.75oC ở ngày nuôi thứ 52 do trời nắng đều, có mưa nhưng với lượng rất ít. Vì vậy, tảo sinh trưởng với tốc độ nhanh, đều đạt mật độ tế bào trên 1.2 ở ngày thứ 9, đạt điều kiện để thu sinh khối.
Theo Richmon (1986), nhiệt độ tối ưu cho sự phát triển của tảo là 35 - 37oC và nhiệt độ thấp nhất cho sản xuất tảo Spirulina là 18oC. Mặt khác, theo Vonshak và Tomaselli (2000) ở các loài Spirulina khác nhau thì nhiệt độ sinh trưởng khác nhau, cũng theo nghiên cứu này có nhiều loài Spirulina thích hợp sinh trưởng ở các nhiệt độ từ 24 – 42oC. Nhìn chung tháng 7, tháng 8 ở Mỹ An có nhiệt độ cao, trung bình từ 27.5 - 36.75oC, là khoảng nhiệt độ thích hợp cho sự sinh trưởng phát triển của tảo Spirulina.
b. Độ pH
Hình 4.11. Biểu đồ sự thay đổi pH và tốc độ sinh trưởng của tảo trong quá trình nuôi sinh khối ngoài trời
(T1, T2, T3, T4, T5, T6 lần lượt là các lần thu sinh khối tảo thứ 1, 2, 3, 4 5, 6)
pH là một trong những nhân tố môi trường có ảnh hưởng rất lớn lên sự phát triển của tảo. Kết quả đo cho thấy pH tăng cùng với sự phát triển của tảo, đạt giá trị thấp nhất ở ngày nuôi thứ 25 là 9.15 và giá trị cao nhất ở ngày nuôi thứ 40 là 10.35. Sau mỗi lần thu sinh khối, pH tăng dần đều do mật độ tảo tăng cao dẫn đến làm thay đổi hệ đệm CO2. Mặt khác, khi tảo Spirulina phát triển sẽ hấp thu chủ yếu NO3- (Zarrouk, 1966; Paoletti et al., 1975; Schlo¨sser, 1982) thì cũng dẫn đến pH tăng (Goldman and Brewer, 1980). Theo Zarrouk (1968) trong điều kiện phòng thí nghiệm tảo Spirulina platensis thích hợp với môi trường kiềm và
phát triển tốt ở pH = 8.3 – 11. Khi pH môi trường quá cao hay quá thấp đều không thuận lợi cho tảo. Cũng theo Zarrouk khi nuôi tảo Spirulina ngoài trời pH = 10.5 không hạn chế sự phát triển của tảo nhưng khi pH tăng lên 11 lại giới hạn tảo phát triển. Theo Richmon (1986), tảo Spirulina thuộc nhóm tảo hấp thu chủ yếu HCO3- cho quá trình quang hợp, nên phát triển mạnh ở môi trường pH cao và pH của thí nghiệm (pH = 9.15 - 10.35) luôn nằm trong khoảng thích hợp cho tảo phát triển, kết quả của thí nghiệm cũng phù hợp với nghiên cứu của Ciferii (1983) là tảo S. platensis phát triển mạnh ở hồ Rombou và hồ Bodou có đặc điểm pH rất cao (10 - 10.4).
c. Hàm lượng cacbon vô cơ trong môi trường nuôi tảo ([HCO3-], [CO32-])
Trong quá trình nuôi, môi trường nuôi tảo có thể xuất hiện các dạng hợp chất cácbon vô cơ H2CO3, CO2, HCO3-, CO32-. Tỉ lệ các ion này luôn thay đổi và phụ thuộc vào pH. Sự biến đổi qua lại các dạng này hay cân bằng giữa chúng với nhau tùy thuộc vào pH môi trường. Thông thường tảo Spirulina platensis sử dụng cacbon ở dạng HCO3- và hình thành các ion OH-, CO32- dẫn tới việc pH trong dịch huyền phù luôn có xu hướng tăng lên. Theo Đặng Đình Kim và Đặng Hoàng Phước Hiền (1999), quá trình này có thể được minh họa như sau:
Hình 4.12. Biểu đồ biểu diễn tác động của quang hợp và hô hấp lên pH và dạng ion cacbon vô cơ trong nước
* [HCO3-]:
Hình 4.13. Biểu đồ sự thay đổi [HCO3-] trong quá trình nuôi sinh khối ngoài trời
Theo hình 4.13, hàm lượng HCO3- có xu hướng giảm dần, từ 4.6mg/l ngày đầu tiến xuống còn 2.7mg/l (hình 4.13.) tại ngày nuôi thứ 58 (giảm 1.72 lần). Sau mỗi lần thu sinh khối, do mật độ tảo trong môi trường nuôi giảm, nhu cầu sử dụng HCO3- giảm nên hàm lượng HCO3- có xu hướng tăng nhẹ, và lại bắt đầu giảm dần theo ngày, theo tốc độ sinh trưởng, phát triển và nhu cầu sử dụng của tảo.
Hình 4.14. Biểu đồ sự tương quan giữa [HCO3-] và pH trong môi trường dinh dưỡng ở khu sinh khối ngoài trời
Mối liên hệ giữa [HCO3-] và giá trị pH của môi trường dinh dưỡng trong suốt quá trình nuôi tảo được trình bày tại hình 4.14. Sau các lần thu sinh khối 1, 2, 3, 4, 5 (tương ứng với các ngày nuôi 13, 22, 31, 40, 49), hàm lượng HCO3- có tăng nhẹ do được bổ sung thêm vào môi trường nuôi (lần lượt từ 3.5 – 4.0; 3.6 – 4.0; 3.8 – 4.0; 3.4 – 3.6; 3.0 – 3.4); sau đó giảm dần do mật độ tảo giảm, nhu cầu sử dụng HCO3- giảm, hàm lượng HCO3- tăng, pH của môi trường dinh dưỡng giảm theo, xảy ra đúng với sự tương quan được thể hiện ở hình 4.12.
* [CO32-]:
Hình 4.15. Biểu đồ sự thay đổi [CO32-] trong quá trình nuôi sinh khối ngoài trời
Theo hình 4.15 ta thấy, ngược lại với HCO3-, mặc dù [CO32-] cũng biến động, nhưng nhìn chung có xu hướng tăng dần trong suốt quá trình nuôi (tăng từ 1.66 lên 4.99mg/l, tăng gấp 3 lần). Có thể giải thích cho những điều này là do nguồn dinh dưỡng cacbon mà tảo sử dụng là HCO3- tạo ra OH- và CO32-, khi đó CO32- không được tảo sử dụng sẽ tồn tại trong môi trường dưới dạng các muối và tích lũy dần dần.
Diễn biến mối quan hệ giữa [CO32-] và pH thể hiện không rõ lắm (hình 4.16). Tuy nhiên, có thể thấy rằng, hàm lượng CO32- tăng dần, pH môi trường nuôi cũng có chiều hướng tăng nhưng với biên độ nhỏ hơn (từ 9.25 ở ngày đầu nuôi lên 10.28 ở ngày cuối cùng).
Hình 4.16. Biểu đồ sự tương quan giữa [CO32-] và pH trong môi trường dinh dưỡng ở khu sinh khối ngoài trời
Nhìn chung, trong suốt quá trình nuôi sinh khối, hàm lượng HCO3-, CO32-
và pH đều được kiểm soát tốt, không có sự biến động lớn, phù hợp với yêu cầu nuôi tảo.
d. [N_NO3-]
Nitrat (NO3-) là một trong những dạng đạm được tảo Spirulina hấp thu chủ yếu (Zarrouk, 1966; Paoletti et al., 1975; Schlo¨sser, 1982), khi hàm lượng quá cao thì sẽ làm cho tảo nở hoa từ đó sẽ làm thay đổi chất lượng nước, còn khi hàm lượng quá thấp thì sẽ không đủ cho tảo hấp thu (Boyd et al., 2002). Để thu được sản lượng tảo cao cần tạo được môi trường có nồng độ nitrat cao đến 172 mg/l (Trần Văn Vỹ, 1995).
Hàm lượng N_NO3- đo được đạt cao nhất ở ngày nuôi thứ 16 (127.8mg/l), thấp nhất ở ngày nuôi thứ 52 (95.3mg/l) (Hình 4.17). Trong suốt quá trình nuôi, hàm lượng N_NO3- không biến động nhiều, hàm lượng trong 25 ngày nuôi cấy ban đầu (dao động từ 110.2 – 127.8mg/l) cao hơn so với 33 ngày nuôi sau (dao động từ 95.3 đến 116.3mg/l). Điều này có thể do ảnh hưởng của nhiệt độ, thời tiết tại khu nuôi thực nghiệm (33 ngày nuôi sau có nhiệt độ ổn định hơn, ít mưa hơn 25 ngày nuôi đầu) và một phần do sự phát triển của tảo.
Hình 4.17. Biểu đồ sự thay đổi hàm lượng N_NO3- trong quá trình nuôi sinh khối
Như vậy, hàm lượng N_NO3- trong môi trường nuôi thực nghiệm tuy không cao nhưng vẫn đáp ứng đủ nhu cầu dinh dưỡng nitơ cho sự sinh trưởng, phát triển của tảo.
e. [P_PO43-]
Hình 4.18. Biểu đồ sự thay đổi hàm lượng P_PO43- trong quá trình nuôi sinh khối
Phốt pho cần thiết cho sinh trưởng và nhiều quy trình phản ứng quan trọng của tảo như vận chuyển năng lượng, tổng hợp axít nucleic, DNA,.... Nghiên cứu của Zarrouk (1966) cho thấy khi môi trường không có phốt pho tảo
Spirulina bị dãn vòng xoắn, màu sắc tảo trở nên vàng và nồng độ phốt pho từ
10mg/l trở lên thì không có ảnh hưởng.
Trong quá trình nuôi, hàm lượng P_PO43- đạt cao nhất ở ngày nuôi thứ 13 (3.3mg/l), đạt giá trị thấp nhất vào ngày nuôi thứ 52 (1.9mg/l). Hàm lượng có xu hướng giảm dần trong quá trình nuôi thu sinh khối mặc dù hàng ngày môi trường vẫn được bổ sung thêm 1 lượng nước khoáng, nhưng do hàm lượng P- _PO43- có trong lượng nước khoáng được bổ sung vào thấp. Mặt khác tảo phát triển, mật độ tảo tăng, hàm lượng P_PO43- được tảo sử dụng tăng dẫn đến hàm lượng P_PO43- trong môi trường giảm. Riêng trong lần nuôi thu sinh khối thứ 6, hàm lượng P_PO43- không giảm đi mà tăng nhẹ (từ 1.9mg/l lên 2.0mg/l và 2.4mg/l)có thể do tảo bước vào giai đoạn quân bình và suy tàn, một số tế bào tảo chết đi và phân hủy.
Zarnowski J (1978) cho biết năng suất của tảo đạt tối đa ở nồng độ phốt pho 90 - 180mg/l sau 14 ngày, còn thấp nhất ở 22.5mg/l. Trong khi đó, Tadros (1988) nhận định nhu cầu phốt pho của tảo Spirulina platensis thấp dao động từ 1 - 5mM (39 - 195mg/l). Tuy hàm lượng P_PO43- trong môi trường nuôi tại Mỹ An, Thừa Thiên Huế thấp hơn rất nhiều so với các nghiên cứu trên nhưng tảo vẫn có thể duy trì sinh trưởng tốt và ổn định.
4.5. CHẤT LƯỢNG TẢO THU ĐƯỢC KHI NUÔI THỰC NGHIỆM BẰNG NƯỚC KHOÁNG MỸ AN NƯỚC KHOÁNG MỸ AN
Chất lượng tảo Spirulina platensis nuôi trong nguồn nước khoáng Mỹ An được trình bày ở bảng 4.4.
Kết quả cho thấy, hàm lượng protein trong tảo nuôi ở nước khoáng Mỹ An là 56.23% TLK, nằm trong khoảng dao động từ 50 – 65% TLK của tảo
S.plsntensis nuôi trong các điều kiện khác nhau. Hàm lượng lipit trong tảo nuôi ở
nước khoáng Mỹ An là 5.82% TLK, hàm lượng khá thấp, phù hợp cho nhiều đối tượng sử dụng làm thực phẩm. Hàm lượng Chlorophyll – a là 1.33% TLK, tạo nên màu xanh cho Spirulina platensis. Carotenoid ở tảo nuôi trong nước khoáng Mỹ An là 0.22% sinh khối khô tạo nên sắc tố màu vàng cam khá đều trong
Spirulina platensis. Các vitamin B1, B6, B12 lần lượt là 54.82mg/kg; 2.61mg/kg;
Điều đó cho thấy chất lượng tảo Spirulina khi được nuôi nguồn nước khoáng Mỹ An tại Thừa Thiên Huế là rất tốt, đảm bảo đầy đủ thành phần các chất dinh dưỡng có trong tảo khô, tương đương với chất lượng Spirulina đã được sấy khô của công ty Siam Algae (SAC) đã được phân tích bởi Japan Food Reseacher Labotatories (Hidenori Shimamatsu, 2004); chất lượng Spirulina nuôi trong nước khoáng Đảnh Thạch, Khánh Hòa (Nguyễn Thị Bích Ngọc, 2010) và chất lượng Spirulina nuôi đại trà sử dụng CO2 từ khí thải nhà máy gạch tuynel Đan Phượng (Đặng Đình Kim và cs., 2014).
Bảng 4.4. Thành phần sinh hóa của tảo Spirulina khô thu được sau khi nuôi trong các nguồn nước khoáng khác nhau
Nước khoáng Protein (%TLK) Lipit (%TLK) Chlorophyll - a (%TLK) Carotenoid (%TKL) B1 (mg/kg) B6 (mg/kg) B12 (mg/kg) Tháp Bà* 41.98 5.51 1.45 0.26 44.12 2.1 1.32 Dục Mỹ* 57.66 6.33 1.37 0.23 55.67 2.85 2.11 Đảnh Thạnh* 58.12 6.15 1.35 0.22 57.1 3.34 2.21
Kết quả phân tích tảo nuôi thu tại Mỹ An, Thừa Thiên Huế
Mỹ An 56.23 5.82 1.33 0.22 54.82 2.61 1.94
(* Nguyễn Thị Bích Ngọc, 2010)
Chất lượng tảo Spirulina platensis nuôi trong nguồn nước khoáng Mỹ An có sự tương đồng với tảo nuôi tại một số nguồn nước khoáng Đảnh Thạnh, Dục Mỹ, Tháp Bà. Tảo nuôi trong môi trường nước khoáng Đảnh Thạnh, Dục Mỹ và Mỹ An có hàm lượng protein, lipit và Vitamin nhóm B cao hơn so với tảo nuôi trong nước khoáng Tháp Bà. Ngược lại hàm lượng chlorophyll-a và carotenoid ở sinh khối tảo nuôi trong nước khoáng Tháp Bà cao hơn, điều này có thể do mật độ tảo thấp hơn so với mật độ tảo nuôi trong môi trường nước khoáng Đảnh Thạnh, Dục Mỹ và Mỹ An vì vậy dẫn đến cường độ chiếu sáng tới từng tế bào mạnh hơn, đây có thể là yếu tố tác động tới hàm lượng của chlorrophyll-a và carotenoid trong tế bào tảo.
Bảng 4.5. Thành phần kim loại nặng trong tảo Spirulina khô thu được sau khi nuôi trong các nguồn nước khoáng khác nhau
TT Nước khoáng Pb (mg/kg) Cd (mg/kg) As (mg/kg) Hg (mg/kg)
1 Tháp Bà* 0.44 0.19 0.56 0.07
2 Dục Mỹ* 0.31 0.08 0.23 0.03
3 Đảnh Thạnh* 0.23 0.08 0.20 0.02
Kết quả phân tích tảo nuôi thu tại Mỹ An, Thừa Thiên Huế
4 Mỹ An 0.42 0.04 0.26 0.03 5 QĐ 46/2007/QĐ- BYT ** 3.00 0.5 5.00 0.5 (* Nguyễn Thị Bích Ngọc, 2010)
** Quyết định về việc “Quy định giới hạn tối đa ô nhiễm sinh học và hóa học trong thực phẩm”.)
Kết quả phân tích hàm lượng kim loại nặng trong sinh khối tảo khô nuôi ở các nguồn nước khoáng khác nhau cho thấy, hàm lượng kim loại nặng của 4 nguyên tố chính là As, Hg, Pb, và Cd trong sinh khối tảo Spirulina sử dụng nước Mỹ An lần lượt là 0.26 mg/kg; 0.03 mg/kg; 0.42 mg/kg; 0.04 mg/kg nằm trong giới hạn cho phép đạt tiêu chuẩn quy định của Bộ Y tế theo quyết định số 46/2007/QĐ-BYT ngày 19/12/2007 về việc ban hành “Quy định giới hạn tối đa ô nhiễm sinh học và hóa học trong thực phẩm” về sử dụng sinh khối tảo làm thực phẩm chức năng cho người. So với Quyết định số 46/2007 QĐ-BYT, hàm lượng As thấp hơn 19.23 lần; Hg thấp hơn 16.67 lần; Pb thấp hơn 7.14 lần; Cd thấp hơn 12.5 lần.
Như vậy, từ kết quả đánh giá chất lượng tảo ta thấy đây là cơ sở khoa học ban đầu quan trọng để sử dụng sinh khối Spirulina nuôi trong nước khoáng Mỹ An làm nguồn thực phẩm giàu chất dinh dưỡng cho con người.