33 thể duy trì được các điều kiện tối ưu để tảo cĩ
thể phát triển nhanh nhất. Bên cạnh đĩ, nhờ bề mặt ngồi của hệ thống tiếp xúc lớn với ánh sáng sẽ tăng cường hấp thu ánh sáng và làm giảm hiệu ứng đổ bĩng, đĩ chính là nguyên nhân của sự ức chế tăng trưởng trong hệ thống mở. [17]
Vì vậy để so sánh tốc độ tăng trưởng, hàm lượng dinh dưỡng của tảo trong hai hệ thống kín và mở chúng tơi tiến hành thực hiện đề tài: “Khảo sát tốc độ sinh trưởng và hàm lượng dinh dưỡng của tảo Spirulina platensis trong hai điều kiện nuơi khác nhau”
2. NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1 Nguyên vật liệu
Spirulina platensis nhận được từ Viện Cơng
nghệ mơi trường Viện Khoa học và Cơng nghệ Việt Nam (Hà Nội).
Mơi trường chuẩn Zarrouk:
Bảng 2.1 Thành phần mơi trường Zarrouk
Thành phần Hàm lượng NaHCO3 16.8g NaCl 1.0g NaNO3 2.5g K2HPO4 0.5g MgSO4 0.2g CaCl2 0.04g K2SO4 1.0g FeSO4 0.01g EDTA 0.08g ddA5 1 ml ddA6 1 ml Bảng 2.2 Thành phần vi lượng A5 Thành phần Hàm lượng (g/l) H3BO3 MnCl2.4H2O ZnSO4.7H2O CuSO4.5H2O 2.86 1.8 0.222 0.079 Bảng 2.3 Thành phần vi lượng A6 Thành phần Hàm lượng (g/l) KCr(SO4)2.12H2O NiSO4.6H2O Co(NO3)2.2H2O 192.0 44.8 43.98
2.2 Phương pháp nghiên cứu
2.2.1. Nhân giống tảo Spirulina platensis
Spirulina platensis được nuơi trong bình tam
giác chứa mơi trường Zarrouk. Từ mơi trường nhân giống (Zarrouk), dịch nuơi được lọc và thu lấy sinh khối dưới dạng paste. Sau đĩ, dùng dịch paste này pha giống ở nồng độ 500mg/100ml.
Mơi trường nuơi trồng được bổ sung giống với tỉ lệ là 10%
2.2.2. Nuơi cấy tảo trong hai điều kiện kín và hở và hở
Thí nghiệm được bố trí như sau:
Spirulina platensis được nuơi cấy trong hai điều kiện:
- Điều kiện hở: Spriulina được nuơi trong hũ nhựa cĩ dung tích là 7 lít, thể tích mỗi lần nuơi là 5 lít. Số hũ mỗi lần nuơi là 10 hũ.
- Điều kiện kín: Spirulina được nuơi trong ống nhựa trong PVC, cĩ đường kính 40 x 42 mm, chiều dài mỗi ống 1,2m, được nối với nhau theo hình dưới đây (theo mơ hình Wu and Merchuk, 2002), thể tích mỗi lần nuơi là 5 lít.
Hình 3.1 : Mơ hình ống nuơi trồng Spirulina platensis
Tảo nuơi trong hũ và ống được đặt trong điều kiện mơi trường:
- Cường độ ánh sáng: 20.000 – 25.000 lux - Chế độ sục khí: 12/24
- pH mơi trường: 8.5
Mỗi ngày trích ly 10ml mơi trường nuơi, quan sát hình thái tế bào, phân tích khối lượng khơ và đo độ cản quang tại bước sĩng 560 nm.
Thí nghiệm được lặp lại 3 lần.
34 + Lần 2: Thời gian từ 1/8 – 15/8/2010
+ Lần 3: Thời gian từ 22/8 – 6/9/2010
Phương pháp xác định tốc độ tăng trưởng:
Tốc độ tăng trưởng được xác định bằng phương pháp đo độ cản quang của dịch
Spirulina tại bước sĩng 560 nm trên máy so
màu và tốc độ tăng trưởng của sinh khối được tính theo cơng thức sau:
0 0 lnODt lnOD µ t t [4] Trong đĩ:
µ : là tốc độ tăng trưởng (ngày -1) ODt: chỉ số cản quang sau t ngày OD0: chỉ số cản quang khi t = 0.
Phương pháp xác định sinh khối khơ (g/l):
Ở từng điều kiện khảo sát, mỗi ngày lấy 10 ml dịch nuơi cấy cho vào đĩa pertri đã được cân trước, sấy khơ ở nhiệt độ 105oC cho đến khi khối lượng khơng đổi và đem cân. So sánh kết quả thu được ở các mơi trường cĩ hàm lượng NaHCO3 và NaCl khác nhau.
Thu và xử lý sinh khối: Quá trình thu sinh khối được tiến hành dựa vào đường cong tăng trưởng, xác định chu kỳ thời gian tăng trưởng. Dịch Spirulina platensis được ly tâm ở tốc độ 4.500 vịng/phút trong thời gian là 15 phút [9] . Sau đĩ, thu sinh khối dưới dạng paste. Dạng paste này nếu chưa được sử dụng thì đem bảo quản trong tủ lạnh -20oC. Trước khi phân tích thành phần cần phải xử lý sinh khối, phá vỡ tế bào bằng sĩng siêu âm trong thời gian 6 phút, nhiệt độ 4oC với cơng suất 15watt. [4]
Phân tích hàm lượng lipid tổng bằng phương pháp Folch – Lees – Stanley, sau đĩ đem phân tích trên máy sắc khí khí [6]
Phân tích hàm lượng protein tổng bằng phương pháp Kjeldahl
Phân tích thành phần lipid của tảo
Spirulina: theo GC-ISO/CD 5509:94
Phương pháp phân tích thống kê: Phân tích
ANOVA. Các thí nghiệm được lặp lại 3 lần. Dữ liệu thu thập được phân tích ở mức ý
nghĩa 5% bằng phần mềm Statgraphics 3.0. Xử lý và vẽ đồ thị bằng excel
3. KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN
3.1. Thiết kế hệ thống ống nuơi Spirulina
Hệ thống ống được thiết kế và chế tạo theo mơ hình của Wu and Merchuk (2002) nhưng phải đảm bảo những yêu cầu kỹ thuật sau: - Phải được chế tạo từ những nguyên liệu trong suốt cĩ khả năng cho ánh sáng đi qua để đảm bảo Spirulina cĩ thể tiến hành quang hợp dễ dàng.
- Phải cĩ khả năng tạo sự xáo trộn để vi sinh vật cĩ thể luơn luơn tiếp xúc được với ánh sáng. Tránh hiện tượng kết lắng tự nhiên. Làm giảm khả năng quang hợp của vi sinh vật.
- Dễ dàng thu nhận sản phẩm và dễ dàng đưa mơi trường vào nuơi cấy.
Từ những yêu cầu trên, chúng tơi tiến hành thiết kế thử nghiệm và chế tạo hệ thống ống để nuơi Spirulina. Hệ thống này gồm 4 ống
nhựa PVC được nối với nhau. Ống nhựa PVC cĩ thơng số và tính chất sau: trong suốt, dẻo, đường kính 40 x 42 mm, chiều dài mỗi ống 1,2m. 4 ống này được nối với nhau bằng những ống nhựa cứng PVC tạo thành hình zic zac tạo điều kiện để mơi trường lưu chuyển. Dung tích 5 lít/hệ thống. Ống nhựa được gắn thêm hệ thống sục khí nhằm khuấy trộn mơi trường và hịa tan CO2 từ ngoài vào trong mơi trường.
Hình 4.2: Mơ hình hệ thống nuơi Spirulina trong ống nhựa và trong hũ
Hệ thống này cĩ ưu điểm là khơng chiếm diện tích, cĩ thể tăng dung tích bằng cách gắn thêm ống nhựa vào. Tuy nhiên, hệ thống này vẫn cịn là hệ thống nuơi gián đoạn, cần nghiên cứu thêm để cĩ thể biến thành hệ thống nuơi liên tục và chỉnh sửa trong thời gian tới để cĩ thể khắc phục những nhược điểm hiện tại.
35
3.2. Nuơi trồng Spirulina platensis
Spirulina platensis được hoạt hĩa trong mơi trường Zarrouk, cấy chuyền sang các bình cĩ thể tích khác nhau để tăng sinh khối, chuyển ra nuơi cấy trong điều kiện tự nhiên. Sau đĩ, thu sinh khối Spirulina platensis để cấy giống với tỉ lệ giữa giống và canh trường nuơi cấy là 10%.
Do nuơi trồng ngoài trời nên yếu tố nhiệt độ và cường độ chiếu sáng là phụ thuộc vào điều kiện khách quan. Nhưng đối với cường độ chiếu sáng, vẫn phải luơn thiết kế các bình nuơi sao cho nhận được các cường độ chiếu sáng cần khảo sát.
3.3.Khảo sát ảnh hưởng của điều kiện nuơi khác nhau đến sự tăng trưởng của Spirulina platensis.
3.3.1. Khảo sát sự thay đổi hình dạng của tế bào Spirulina platensis trong hai điều tế bào Spirulina platensis trong hai điều kiện nuơi
Spirulina platensis được nuơi trong mơi trường Zarrouk ở 2 điều kiện mơi trường cĩ hình thái như sau:
A B
Hình 4.3 Hình dạng sợi Spirulina platensis dưới kính hiển vi (x40)
A: Hình dạng sợi Spirulina platensis trong điều kiện nuơi hũ
B: Hình dạng sợi Spirulina platensis trong điều kiện nuơi ống
Quan sát hình dạng tảo Spirulina platensis
dưới kính hiển vi (x40), ta thấy Spirulina
nuơi trong điều kiện hũ và ống nhựa đều cĩ dạng sợi thẳng, khơng cĩ dạng hình sin. Hình dạng tảo Spirulina khơng thay đổi trong cả hai điều kiện nuơi.
3.3.2. Khảo sát tốc độ tăng trưởng của Spirulina platensis Spirulina platensis
*Kết quả phân tích mật độ quang
Hình3.4: Đồ thị biểu diễn khả năng tăng trưởng của tảo Spirulina platensis trong 2 điều kiện nuơi
Theo dõi khả năng tăng trưởng của Spirulina
platensis theo thời gian trong 2 điều kiện nuơi qua hình 3.4 cho thấy:
- Spirulina nuơi trong các điều kiện khác nhau sẽ cho thời gian tăng trưởng khơng giống nhau.
+ Đối với Spirulina nuơi trong hũ nhựa: Spirulina phát triển đạt mức độ cao nhất vào
ngày thứ 9. Sau ngày thứ 9 thì mật độ quang đo được trong mơi trường nuơi giảm nên chỉ so sánh các chỉ số OD đến ngày Spirulina platensis đạt mức độ cực đại thì ngưng.
+ Spirulina platensis nuơi trong hệ thống ống nhựa: cho quy luật thời gian tăng trưởng đạt cực đại nhanh hơn so với Spirulina platensis nuơi trong hũ. Spirulina platensis
nuơi trong mơi trường Zarrouk ở điều kiện ống chỉ cần 6 ngày cĩ thể đạt mật độ cao nhất.
Nĩi chung, quy luật thời gian tăng trưởng của
Spirulina nuơi trong ống nhanh hơn Spirulina platensis nuơi trong hũ đến 3 ngày, điều kiện
nuơi khác nhau cho mật độ quang khác nhau.
*Tốc độ tăng trưởng của Spirulina platensis
Để khẳng định sự tăng trưởng tối ưu của
Spirulina platensis trong các điều kiện và mơi trường khác nhau. Tốc độ tăng trưởng cũng là một trong những yếu tố quan trọng trong việc xác định đường cong tăng trưởng. Dựa vào chỉ số OD đo ở bước sĩng 560 nm, ta cĩ bảng tốc độ tăng trưởng và thời gian thế hệ của Spirulina platensis trong 2 điều kiện nuơi: 0.000 0.200 0.400 0.600 0.800 1.000 0 2 4 6 8 10 O D ( 560 n m )
Thời gian (ngày)
Hũ Ống
36 Bảng 3.4: Tốc độ tăng trưởng và thời gian thế
hệ của Spirulina platensis trong 2 điều kiện nuơi Điều kiện nuơi Tốc độ tăng trưởng µ (ngày-1) Thời gian thế hệ dt (ngày) Nuơi hũ 0.1602 6.241 Nuơi ống 0.3097 3.229
(*) Các giá trị được thể hiện theo giá trị trung bình của kết quả thống kê 3 lần lặp lại.
Qua số liệu ở bảng 3.4, ta thấy tốc độ tăng trưởng của Spirulina platensis trong điều kiện nuơi ống nhanh hơn Spirulina platensis trong điều kiện nuơi hũ gần gấp đơi (=1.93 lần).
Chứng tỏ, điều kiện nuơi Spirulina trong ống sẽ cho tốc độ tăng trưởng nhanh hơn, thời gian tăng trưởng ngắn hơn nhiều so với
Spirulina nuơi trong hũ.
*Kết quả phân tích sinh khối khơ
Hình 3.5. Hàm lượng sinh khối khơ của tảo Spirulina platensis trong 2 điều kiện nuơi
Thơng qua hình 3.5, ta thấy hàm lượng sinh khối khơ của Spirulina platensis tăng khi khi thời gian nuơi tăng. Đối với Spirulina nuơi trong hũ, hàm lượng sinh khối khơ đạt cao nhất vào ngày thứ 9, từ ngày thứ 10 trở đi thì giảm.Trong khi Spirulina nuơi trong ống
nhựa, hàm lượng sinh khối khơ đạt cao nhất vào ngày thứ 6 nhanh hơn so với Spirulina
nuơi trong hũ nhựa đến 3 ngày, từ ngày thứ 7 trở đi hàm lượng này sẽ giảm.
Tĩm lại:
Dựa trên việc khảo sát sự tăng trưởng của
Spirulina platensis trong 2 điều kiện nuơi hũ và ống, ta cĩ các nhận xét như sau:
- Trong điều kiện tự nhiên, tốc độ tăng trưởng của Spirulina platensis trong điều kiện nuơi ống nhanh gấp gần 2.0 lần so với tốc độ tăng trưởng của Spirulina platensis
trong điều kiện nuơi hũ.
- Sinh khối khơ của Spirulina platensis
trong điều kiện nuơi ống đạt cao nhất trong thời gian nhanh hơn so với điều kiện nuơi hũ là 3 ngày, đồng thời hàm lượng sinh khối khơ cũng cao hơn nhiều so với Spirulina nuơi trong hũ trong cùng điều kiện tự nhiên.
3.3. Khảo sát ảnh hưởng của điều kiện nuơi khác nhau đến hàm lượng dinh dưỡng của
Spirulina platensis.
Bảng 3.5: Kết quả phân tích các chỉ tiêu hĩa lý
Chỉ tiêu
Điều kiện nuơi Nuơi hũ Nuơi
ống
Protein (%) 56.42 63.07 Lipid (%) 5.07 5.51
(*) Các giá trị được thể hiện theo giá trị trung bình của kết quả thống kê 3 lần lặp lại.
Thơng qua bảng 3.5 phân tích thành phần dinh dưỡng của tảo Spirulina platensis ta thấy rằng: thành phần protein, lipid của
Spirulina platensis trong điều kiện nuơi ống đều cho hàm lượng (%) cao hơn so với việc nuơi trong hũ nhựa. Điều này chứng tỏ, điều kiện nuơi sẽ ảnh hưởng đến thành phần dinh dưỡng của Spirulina.
Đem mẫu phân tích sắc ký khí thành phần acid béo, cho ta biết tỉ lệ và thành phần các acid béo no, acid béo khơng no cĩ trong thành phần lipid của Spirulina platensis. Bảng 3.6: Tỉ lệ giữa acid béo bão hịa : acid béo khơng bão hịa trong sinh khối Spirulina
platensis
Điều kiện
Acid béo bão hịa (%)
Acid béo khơng bão hịa (%)
Nuơi hũ 51.18 48.82
Nuơi
ống 51.65 48.35
Theo bảng 3.5 cho thấy, hàm lượng lipid tổng của Spirulina platensis trong điều kiện nuơi ống cao hơn so với nuơi hũ. Nhưng thơng qua bảng 3.6 thể hiện tỉ lệ acid béo bão hịa : acid béo khơng bão hịa trong sinh khối
0.0000.500 0.500 1.000 1.500 2.000 0 2 4 6 8 10 S in h k h ố i k h ơ ( g /l)
Thời gian (ngày)
Hũ Ống
37 tảo Spirulina platensis ở điều kiện nuơi hũ lại
cho % hàm lượng acid béo khơng bão hịa cao hơn.
Phân tích thành phần Spirulina platensis
bằng phương pháp sắc ký khí cho biết thành phần acid béo, thể hiện qua bảng 3.7:
Bảng 3.7: Bảng phân tích thành phần acid béo của Spirulina platensis (%KLK)
Nuơi hũ Nuơi ống C9:0 0.14 0.12 C10:0 0.10 0.65 C11:0 5.12 3.92 C12:0 0.12 0.14 C14:0 1.06 5.41 C16:0 43.9 39.75 C16:1 3.61 4.64 C18:0 1.21 1.19 C18:1 4.56 4.48 C18:2 22.56 22.54 C18:3 17.62 17.16
Bảng 3.7 cho thấy, acid béo của Spirulina platensis cĩ mặt C9:0; C10:0; C11:0; C12:0;
C14:0; C16:0; C16:1; C18:0; C18:1; C18:2; C18:3. Cĩ thể nhận thấy C16:0 chiếm tỷ lệ luơn luơn cao trong mọi cơng thức ở 2 điều kiện nuơi (38 – 44% tổng lượng acid béo). Điều này phù hợp với các nghiên cứu trước đây.
Khác với các loài thực vật khác, nơi acid
-linolenic (C18:3) chiếm tới 60 – 70% tổng
lượng acid béo và khơng cĩ acid -linolenic
(C18:3), ở Spirulina platensis khơng cĩ acid
-linolenic mà chỉ cĩ acid -linolenic. Trong
cả 2 điều kiện nuơi, hàm lượng acid linoleic gần như khơng thay đổi. Trong khi đĩ, acid
-linolenic ở Spirulina nuơi trong hũ lại cho kết quả cao hơn so với nuơi trong ống, nhiều hơn 0.46% .
4. KẾT LUẬN VÀ KIỀN NGHỊ 4.1. Kết luận 4.1. Kết luận
Sau quá trình nghiên cứu, chúng tơi đạt được kết quả sau:
1. Spirulina platensis sống và tăng trưởng tốt trong điều kiện nuơi ống.
2. Hình dạng của Spirulina platensis trong
hai điều kiện nuơi hầu như khơng khác nhau. 3. Mức độ tăng trưởng của Spriulina platensis chịu ảnh hưởng bởi điều kiện nuơi,
thời gian nuơi.
- Chu kỳ thời gian tăng trưởng của điều kiện nuơi khác nhau thì khác nhau. Thời gian tăng trưởng của Spirulina platensis trong ống nhanh hơn 3 ngày so với thời gian tăng trưởng của Spirulina nuơi trong hũ. Đồng thời sinh khối khơ thu được của Spirulina
nuơi trong ống cũng cao hơn so với nuơi trong hũ.
- Tốc độ tăng trưởng của Spirulina platensis trong điều kiện nuơi ống nhanh hơn
trong điều kiện nuơi hũ gần 2 lần.
4. Hàm lượng dinh dưỡng của Spirulina
trong điều kiện nuơi ống cao hơi so với nuơi trong hũ.
- Tỉ lệ acid béo bão hịa và acid béo khơng bão hịa trong sinh khối Spirulina chênh lệch khơng nhiều giữa 2 điều kiện nuơi.
- Spirulina platensis chứa các acid béo
C9:0; C10:0; C11:0; C12:0; C14:0; C16:0; C16:1; C18:0; C18:1; C18:2; C18:3, trong đĩ C16:0 chiếm tỷ lệ cao nhất trong các mơi trường thí nghiệm trên. Acid -linolenic, một
ưu thế lớn của Spirulina platensis, cĩ hàm
lượng khá cao (khoảng 17% tổng số acid béo)
4.2. Kiến nghị
Do thời gian làm thí nghiệm cĩ hạn cùng với hàm lượng sinh khối thu khơng nhiều nên chúng tơi cĩ một số đề nghị như sau:
- Tiếp tục nghiên cứu để cải thiện hệ thống ống nuơi tảo
- Thử nghiệm nuơi trồng ở quy mơ philot - Thử nghiệm các loại nguyên vật liệu khác nhau để làm hệ thống ống nuơi tảo
Spirulina platensis
TÀI LIỆU THAM KHẢO
Tiếng Việt