Phần 2 Tổng quan tài liệu
2.3. Tình hình sản xuất tảo spirulina
2.3.1. Tình hình sản xuất Spirulina trên thế giới
2.3.1.1. Hình thức nuôi
Theo tài liệu của FAO (1996) thì hiện có 3 hình thức nuôi tảo cơ bản là nuôi từng mẻ, nuôi liên tục và nuôi bán liên tục.
- Nuôi từng mẻ: việc nuôi sinh khối được bắt đầu từ việc nuôi cấy thuần chủng các tế bào trong môi trường nuôi cấy tối ưu. Quy trình nuôi trông bao gồm các giai đoạn nuôi cấy liên tục như nuôi tảo trong ống nghiệm, nuôi tảo trong bình 2 lít và tăng sinh dần tới thể tích lớn hơn. Trong hình thức nuôi này, tảo được chuyển qua các thể tích nuôi lớn hơn trước khi đạt đến pha cân bằng. Khi tảo đạt mật độ tối đa thì tiến hành thu hoạch.
- Nuôi liên tục: tiến hành cung cấp dinh dưỡng liên tục vào bể nuôi đi kèm với thu sinh khối liên tục. Hình thức nuôi này cho phép duy trì giống nuôi cấy có tốc độ tăng trưởng rất gần với tốc độ sinh trưởng cực đại. Tuy nhiên, đây là phương pháp khá phức tạp và chi phí sản xuất rất cao.
- Nuôi bán liên tục: nuôi bán liên tục kéo dài việc sử dụng tảo nuôi trong bể lớn bằng việc định kỳ thu hoạch từng phần, bổ sung thể tích môi trường nuôi giàu dinh dưỡng để đảm bảo được nguồn dinh dưỡng luôn đạt được như ở mức ban đầu. Phương pháp này có ưu điểm nổi bật là cho phép điều chỉnh kịp thời và hợp lý chất dinh dưỡng cho quá trình nuôi, tối ưu hóa năng suất, chất lượng và sản lượng thu được (Giridhar and Srivastava, 2001). Hơn nữa, phương pháp này cho phép duy trì đủ thể tích giống tảo ban đầu cho mẻ nuôi mới có tốc độ phát triển nhanh (Fobregas et al., 1995a, 1996).
2.3.1.2. Hệ thống nuôi sinh khối tảo công nghiệp
Nuôi vi tảo ở quy mô công nghiệp đã được thực hiện ở Nhật Bản từ những năm đầu thập kỷ 60 của thế kỷ trước với đối tượng được nuôi là Chlorella. Tảo
Spirulina được phát triển nuôi sau đó từ những năm đầu thập kỷ 70 tại hồ
Texcoco, Mexico, Mỹ (Radmann, 2007). Đến nay người ta đã phát triển nuôi công nghiệp để thương mại hóa sản phẩm thu được từ tảo này tại Đài Loan, Thái Lan, Califonia, Nhật, Israel... Hệ thống nuôi vi tảo công nghiệp được thiết kế đa dạng và có thể được nuôi trong nhà che kín bằng vật liệu trong suốt hoặc nuôi hở ngoài trời, thể tích tảo nuôi được khuấy đảo đều bởi hệ thống máy đảo nước (Richmond, 1990).
- Hệ thống bể dài vuốt tròn ở hai đầu (raceway pond): Tảo Spirulina được nuôi trong các hệ thống hở, đặc biệt là hệ thống nước chảy, hở hoặc cũng có thể được che kín bởi mái che (làm bằng vật liệu trong suốt). Hệ thống này được đánh giá là đơn giản, dễ thực hiện và có hiệu quả nhất, diện tích ao hoặc bể nuôi có thiết kế tới 5000m2 hoặc lớn hơn nữa (hình 2.5). Hiện nay đây là hệ thống thông dụng nhất cho sản xuất tảo Spirulina công nghiệp trên thế giớ
Hình 2.5. Hệ thống bể dài vuốt tròn hai đầu để nuôi tảo Spirulina
Hình 2.6. Hệ thống bể tròn (Cirular ponds) ở Đài Loan
Nguồn: https://taoSpirulina.wordpress.com/
- Hệ thống bể tròn (Cirular ponds): Hệ thống bể kiểu này đã được sử dụng tại Nhật và Đài Loan từ những năm 1960 – 1970, được dùng cho nuôi tảo Chlorella, đường kính bể có thể tới 45m, bể nuôi có mái che bằng kính. Tuy nhiên, loại thiết kế này rất tốn kém và tiêu thụ nhiều năng lượng cho việc khuấy đảo. Ngoài ra còn một nhược điểm lớn nữa là rất khó khuấy đảo đều ở vùng trung tâm của bể nuôi (Hình 2.6).
Nghiên cứu thử nghiệm nuôi công nghiệp tảo Spirulina của Jimener (2003) ở miền nam Tây Ban Nha trong bể hở raceway (450m2) trên môi trường Zarrouk, tốc độ dòng chảy (30cm/s) được điều chỉnh bằng máy đảo nước đã cho sản lượng nuôi có thể đạt 30 - 32 tấn tảo khô/ha/năm. Để nâng cao hiệu quả kinh tế của hệ thống nuôi sinh khối tảo Spirulina cho mục đích thương mại, các kết quả nghiên cứu của Radmann (2007) đã cho thấy nuôi tảo này trong hệ thống bể nước chảy bằng phương thức bán liên tục, bổ sung 40 - 60% thể tích môi trường dinh dưỡng mới khi tảo đạt tới sinh khối 0.4g/L và sử dụng môi trường dinh dưỡng có
bổ sung 20% môi trường Zarrouck đã có thể làm giảm đáng kể giá thành sản phẩm của tảo và nâng cao được năng suất nuôi. Nghiên cứu của Goksan (2007) cũng chỉ ra việc nuôi trồng thử nghiệm Spirulina trong hệ thống bể raceway (2500L), sinh khối đạt được 0.5g/L, trong khi đó, nếu nuôi tảo trong những thể tích nhỏ hơn (bình thủy tinh 20L) thì sinh khối thu được là 0.9g/L. Tuy nhiên, hàm lượng Protein lại bị giảm đi từ 58.3% xuống còn 33.8%. Xét về mặt hiệu quả kinh tế và để phát triển nuôi tảo theo quy mô công nghiệp thì hệ thống bể raceway vẫn là nổi trội.
2.3.1.3. Thu hoạch, chế biến và bảo quản
a. Thu hoạch
Thành phần các chất dinh dưỡng của tảo Spirulina phụ thuộc nhiều vào công nghệ thu hoạch, sấy khô và bảo quản. Thu hoạch tảo tươi không đúng thời điểm (khi tảo chưa tích lũy được các chất cao nhất), hoặc thu hoạch không đúng kỹ thuật đều có thể làm giảm 20 – 35% hàm lượng protein, vitamin và các chất khác trong tảo tươi. Do vậy, việc xác định thời điểm thích hợp để thu hoạch tảo và biện pháp bảo quản sản phẩm là một việc làm có ý nghĩa và đặc biệt quan trọng, quyết định số lượng và chất lượng sinh khối tảo.
Theo Hanaa (2003) thu sinh khối tảo bằng phương pháp ly tâm lạnh (với tốc độ 6.000 vòng/phút, ở nhiệt độ 4oC) là tốt nhất. Thời điểm tốt nhất cho thu hoạch là khi tảo phát triển đến pha cân bằng. Jordan (2001) đã cho thấy mức nước tối ưu cho nuôi tảo là 40cm, và nên thu tảo bằng phương pháp lọc tuần hoàn dựa trên tác dụng của trọng lực. Với cách thu này, nước chứa sinh khối tảo được lọc qua một lưới lọc rác rồi lại được đưa trở lại hệ thống lọc tảo. Kích thước mắt lưới dùng cho thu sinh khối tảo từ 30 đến 50µm.
Theo tài liệu của FAO (1996) những loại tảo nuôi đạt được mật độ cao, có thể thu gom bằng cách làm kết bông hoặc ly tâm khi dùng hóa chất như sunfat nhôm và clorua sắt sẽ làm cho tế bào đông tụ và lắng xuống đáy hoặc nổi lên trên bề mặt, thuận lợi cho việc thu hoạch. Sau đó thu sinh khối sẽ được tiến hành bằng cách dùng ống siphon hút các tảo nổi trên bề mặt hoặc vớt các tảo nổi trên bề mặt.
Jodan (2001) cũng đã xác định được thời gian tốt nhất cho thu sinh khối tảo
Spirulina là vào buổi sáng sớm. Nhiệt độ thấp sẽ giúp cho việc thu hoạch tảo
sáng. Có 2 phương pháp thu hoạch chính như sau:
+ Thu hoạch bằng máy bơm qua hệ thống lọc bằng vải lọc, phin lọc để thu sinh khối tảo sau đó cho vào máy ép loại bớt nước và thu tảo tươi dạng sệt. Đây là phương pháp phổ biến nhất để thu hoạch Spirulina hiện nay.
+ Thu hoạch bằng máy bơm qua hệ thống lọc thu vào máy ly tâm với tốc độ 6000 vòng/ phút, ở nhiệt độ thấp để thu được tảo tươi dạng sệt.
b. Chế biến và bảo quản
Tảo tươi sau thu hoạch nếu sử dụng các công nghệ chế biến không phù hợp có thể làm giảm chất lượng tảo đến 50%. Do vậy, nghiên cứu công nghệ thu hoạch và chế biến tảo để thu được tảo nguyên liệu khô, độ ẩm thấp là một yêu cầu cấp thiết trong công nghệ nuôi trồng tảo Spirulina.
Có nhiều phương pháp sấy khô tảo khác nhau: Phơi nắng hoặc làm khô tảo với các loại thiết bị sấy