Mô hình thử nghiệm trồng tảo xoắn Spirulina platensis để chế biến thành thực phẩm chức năng

Từ lâu, vi tảo được xem là nguồn cung cấp protein, khoáng đa và vi lượng, các axit béo không bão hòa đa nối đôi (PUFAs), các hợp chất thứ cấp có hoạt tính sinh học, làm thức ăn cho người và động vật, được sử dụng nhiều trong các ngành công nghiệp, dược phẩm, mỹ phẩm, sản xuất nhiên liệu sinh học và phân bón sinh học. Tảo xoắn Spirulina platensis có dạng sợi xoắn, màu xanh lam, có giá trị dinh dưỡng cao và được sử dụng làm thức ăn cho người và động vật, được coi là thực phẩm tốt cho thế kỷ XXI. Hàm lượng protein trong S. platensis chiếm tới 56 – 77% trọng lượng khô, là nguồn cung cấp đầy đủ các axit amin thiết yếu. S. platensis có chứa một lượng lớn các axit béo không bão hòa đa nối đôi (PUFAs), chiếm 1,5 – 2,0% so với lipit tổng số. Đặc biệt, S. platensis cung cấp α-linolenic axit, axit linoleic, axit stearidonic và axit arachidonic. Ngoài ra, tảo xoắn S. platensis rất giàu các vitamin nhóm B, vitamin C, vitamin D và vitamin E.

Hiện nay, S. platensis đã được nuôi trồng ở Việt Nam và trên thế giới với nhiều quy mô khác nhau nhằm đáp ứng nhu cầu sản xuất và tiêu thụ toàn cầu. Quy mô thị trường toàn cầu ước tính cho các sản phẩm là thuốc và thực phẩm bảo vệ sức khỏe từ S. platensis khoảng 30 - 60 tỷ đô la/năm. Việc nuôi trồng tảo xoắn S. platensis phải đảm bảo các điều kiện cụ thể để có thể đáp ứng nhu cầu cung cấp nguyên liệu chế biến thực phẩm chức năng, nuôi trồng thủy sản, dược phẩm, mỹ phẩm.

Với nhiệm vụ nêu trên, nhóm nghiên cứu tập trung vào việc phát triển một mô hình thử nghiệm để trồng tảo xoắn S. platensis và chuyển giao cho các cá nhân, tổ chức nuôi tảo S. platensis tại khu vực TP.HCM và các vùng phụ cận. Mục tiêu cụ thể là mô hình trình diễn nuôi trồng tảo S. platensis quy mô 300 kg sinh khối/vụ; đánh giá hiệu quả kinh tế của mô hình sản xuất nguyên liệu tảo xoắn Spirulina platensis. Nhóm đã tiến hành các nội dung nghiên cứu nuôi trồng tảo Spirulina platensis trong hệ thống ống kín Bioreactor; thu nhận sinh khối tảo Spirulina platensis.

Nhân giống cấp II tảo S. platensis và hệ thống ống kín nuôi tảo tại Công ty TNHH Hải Thiên (huyện Củ Chi, TP.HCM)

Trong đó, mô hình thử nghiệm sản xuất sinh khối tảo S. platensis trên 5 hệ thống ống kín Bioreactor (1m³/hệ thống) được triển khai tại chi nhánh Công ty TNHH Hải Thiên (ấp Bàu Chứa, xã Nhuận Đức, huyện Củ Chi, TP.HCM). Các bước thực hiện bao gồm chuẩn bị môi trường nuôi cấy và tảo giống; thiết kế và lắp đặt hệ thống nuôi tảo ứng dụng công nghệ IoT (Internet of Things); bơm tảo giống vào hệ thống; vận hành hệ thống sản xuất tảo.

Kết quả, mô hình đã được thực hiện thành công và chuyển giao quy trình nuôi tảo xoắn S. platensis trong hệ thống ống kín với quy mô 5 hệ thống nuôi/4 tháng, bao gồm các thông số môi trường: pH (8,5 – 9,5), nhiệt độ (28 - 32°C), cường độ ánh sáng (2.500 – 3.000 lux), sục khí CO₂ một lần/ngày trong 30 phút với lưu lượng 2 L/phút. Mật độ tảo tại hai giai đoạn nhân giống cấp I và II tăng nhanh ở 2 tuần đầu tiên, đạt 1,042 g/L sau giai đoạn nhân giống cấp II. Khi được chuyển sang hệ thống ống kín, tảo nuôi ở ngày thứ 7 – 11 ngày trong hệ thống này cũng đạt tiêu chuẩn về mật độ và bước sóng nhờ vào hệ thống được kiểm soát tốt. 

Về thu hoạch và bảo quản sinh khối tảo, việc thu sinh khối được tiến hành liên tục suốt 1 vụ sao cho mật độ tảo luôn ổn định trong môi trường. Trong mô hình này, tảo S. platensis được thu hoạch định kỳ bằng hệ thống lọc và ly tâm liên tục. Nguyên tắc của phương pháp lọc tiếp tuyến là lọc toàn bộ dịch tảo canh trường đầu vào; di chuyển vào cột lọc thông qua áp lực bơm. Tại đó, các tế bào tảo đi tiếp tuyến qua bề mặt màng lọc để đi ra qua đường dịch qua màng (permeate); các chất còn lại không bao gồm tế bào tảo đi qua đường hồi (retentate) và được quay lại bình chứa ban đầu; từ đó làm cô đặc sinh khối tảo. Nói cách khác, nước được tách ra nhờ lực ly tâm còn sinh khối tảo được giữ lại nhờ màng lọc. Độ ẩm của nước sau giai đoạn này là 70 – 80%.

Kết quả, sau 4 tháng nuôi (1 vụ), tảo được thu hoạch hết và đạt 305 kg sinh khối tảo tươi. Các chỉ tiêu thành phần sinh hóa đều ở mức tiêu chuẩn tối ưu gồm hàm lượng protein đạt 65,5 (g/100g); carbohydrate 12,0 (g/100g); lipid 6,9 g/100g. Đồng thời, các chỉ tiêu vi sinh vật có hại và kim loại nặng đều không phát hiện. Điều này đảm bảo rằng sản phẩm sinh khối tảo thu được đáp ứng các tiêu chuẩn an toàn và dinh dưỡng.

Hình thái tảo S. platensis dưới kính hiển vi, sinh khối tảo S. platensis tươi và khô thu được từ mô hình

Sản phẩm của mô hình bao gồm 305 kg sinh khối tảo tươi và "Sổ tay hướng dẫn nuôi trồng tảo S. platensis trong hệ thống ống kín Bioreactor" nhằm hỗ trợ phát triển các sản phẩm thực phẩm chức năng từ tảo S. platensis cũng như cung cấp thông tin quan trọng về quá trình trồng, thu hoạch từ hệ thống ống kín Bioreactor, từ đó tạo ra các sản phẩm từ tảo tốt hơn.

Theo nhóm nghiên cứu, hiệu quả kinh tế của mô hình nuôi trồng tảo xoắn S. platensis cho 1 vụ/4 tháng với 5 hệ thống ống kín Bioreactor (1m³/hệ thống) có lợi nhuận khoảng 38 triệu đồng, tỷ suất lợi nhuận là 0,14. Mô hình có khả năng chuyển giao cho những cá nhân, doanh nghiệp tại TP.HCM và các vùng phụ cận, phù hợp với tiêu chí của Thành phố trong việc hướng tới xây dựng nền nông nghiệp hàng hóa mạnh, dựa trên cơ sở phát huy các lợi thế về nhân lực và tài nguyên thiên nhiên kết hợp với áp dụng các thành tựu khoa học và kỹ thuật tiên tiến.

Bên cạnh đó, mô hình nuôi tảo xoắn có rất nhiều triển vọng, mở ra hướng đi mới cho ngành nông nghiệp của cả nước nói chung, cho khu vực miền Nam nói riêng. Trong thời gian gần đây, đã có nhiều sản phẩm từ tảo nhưng vẫn rất ít các sản phẩm về tảo đạt được chỉ tiêu để dùng làm thực phẩm chức năng. Do vậy, mô hình này sẽ mở ra một bước tiến mới về việc sản xuất những sản phẩm tảo có giá trị cao hơn thông thường. Việc sản xuất tảo theo hệ thống kín cũng là giải pháp giúp giảm thiểu ô nhiễm môi trường nhờ tiêu thụ nước ít hơn so với nhiều loại cây trồng truyền thống. Ngoài ra, mô hình cũng tạo thêm cơ hội việc làm và tạo giá trị kinh tế cho người dân tại TP.HCM và các tỉnh, thành phố lân cận, góp phần thúc đẩy phát triển nông nghiệp đô thị bền vững, đáp ứng nhu cầu thực phẩm trong các khu vực đô thị.

Có thể tìm đọc toàn văn Báo cáo kết quả nghiên cứu đề tài tại Trung tâm Thông tin và Thống kê Khoa học và Công nghệ (CESTI).

Lam Vân (CESTI)