Trịnh Đăng Mậu – Võ Châu Tuấn, Khoa Sinh – Môi trường, trường Đại học Sư phạm – Đại học Đà Nẵng.
Vi tảo là những sinh vật tự dưỡng và dị dưỡng có kích thước hiển vi. Chúng được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau như công nghệ thực phẩm, y học, dược phẩm và nuôi trồng thủy sản, … Bởi vì, nhiều loài trong chúng có chứa các các sắc tố quang hợp là các dẫn xuất của carotenoid có vai trò quan trọng trong sản xuất vitamin và có hoạt tính chông oxy hóa cao. Hơn thế nữa, các loài vi tảo tự dưỡng có hiệu suất sử dụng ánh sáng mặt trời cao trên cùng một diện tích nuôi trồng và hiệu quả quang hợp của chúng cao hơn nhiều lần so với thực vật bậc cao. Chúng có khả năng sinh trưởng và phát triển dựa vào nguồn năng lượng ánh sáng mặt trời và một số khoáng chất nên môi trường nuôi trồng tương đối đơn giản và chi phí thấp. Do vậy, vi tảo là đối tượng nghiên cứu và ứng dụng có ý nghĩa lớn.
Việt Nam là một nước nhiệt đới có điều kiện khí hậu phù hợp và được đánh giá có tiềm năng cao trong ứng dụng của vi tảo. Trong đó, Đà Nẵng là một trong những thành phố được đánh giá có điều kiện khí hậu phù hợp cho sự phát triển nuôi trồng vi tảo. Đà Nẵng có số lượng giờ nắng trung bình trong năm cao (177 h/tháng) và tương đối ổn định qua các tháng trong năm (min:117 – max:288 h/tháng). Nhiệt độ trung bình trong năm 26.5 °C, dao động trong khoảng 20 °C – 30.2°C. Điều kiện này đảm bảo cho sự phát triển ổn định của vi tảo trong suốt thời gian trong năm với năng suất cao. Đây là một trong những điều kiện thuận lợi cho sự phát triển thuận lợi của các nhóm sản phẩm từ vi tảo.
Đánh giá được vai trò và tiềm năng ứng dụng của vi tảo trong đời sống và những thuận lợi của điều kiện tự nhiên và xã hội, tháng 06, 2017 Khoa Sinh – Môi trường (ĐH Đà Nẵng) đã thành lập phòng nghiên cứu và ứng dụng vi tảo.
Mục tiêu của phòng nghiên cứu
Việc nhận định đúng tiềm năng của công nghệ sinh học vi tảo đã thúc đẩy mạnh mẽ hơn nữa nghiên cứu và phát triển công nghệ sinh học vi tảo tại Đại học Đà Nẵng. Phòng nghiên cứu ra đời với mục tiêu trở thành phòng nghiên cứu đi đầu trong lĩnh vực nghiên cứu và ứng dụng vi tảo ở khu vực miền Trung; Mang được những sản phẩm tốt từ vi tảo tới người tiêu dùng ở Việt Nam và trên thế giới. Chúng tôi đặt ra các hướng nghiên cứu chính là: 1)Nghiên cứu tìm ra các giống tảo có giá trị dinh dưỡng và dược liệu; 2)Nghiên cứu tối ưu hóa điều kiện môi trường nuôi các giống Tảo; 3)Nghiên cứu sử dụng vi Tảo trong xử lý môi trường và sản xuất nhiên liệu sinh học; 4) Nghiên cứu tối ưu quy trình sản xuất vi Tảo bằng hệ thống kiểm soát tự động.
Hình 1. Thành viên nhóm nghiên cứu công nghệ tảo tại triễn lãm kết nối cung cầu công nghệ TechDemo 2017.
Những kết quả bước đầu trong nghiên cứu công nghệ sinh học vi tảo ở Đà Nẵng
Mặc dù mới được thành lập trong thời gian ngắn, nhưng với định hướng nghiên cứu rõ ràng cùng với sự giúp đỡ của các phòng nghiên cứu vi tảo trên cả nước (đặc biệt sự hỗ trợ từ PGS. TS. Nguyễn Đức Bách) phòng nghiên cứu cũng đã bước đầu đạt được một số kết quả nhất định.
Đối với hướng nghiên cứu nuôi trồng tảo Spirulina (Arthrospira platensis): nhóm nghiên cứu cũng đã thực hiện được các đề tài nghiên cứu ảnh hưởng của cường độ ánh sáng và phổ ánh sáng tới sinh trưởng và phát triển của vi tảo, cũng như nghiên cứu ảnh hưởng của nguồn nito khác nhau tới sinh trưởng và phát triển của vi tảo. Kết quả nghiên cứu cho thấy ở điều kiện cường độ chiếu sáng 4 klux (16h:8h) và ở phổ chiếu sáng đỏ kết hợp 1 xanh : 1 đỏ cho tốc độ sinh trưởng và sinh khối tảo Spirulina cao nhất tương ứng 1.22 g/l và 1.19 g/l. Trái lại, ở phổ ánh sáng màu xanh với cường độ chiếu sáng 4 klux và thời gian chiếu sáng 16h/ngày đạt 74.7 %.
Hình 2. Các thí nghiệm trong phòng nuôi phòng công nghệ tảo
Hướng nghiên cứu ảnh hưởng của sinh trưởng và điều kiện kích ứng tích lũy astaxanthin ở tảo Haematococcus pluvialis: kết quả bước đầu nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ nito, phổ ánh sáng và cường độ ánh sáng lên sinh trưởng của vi tảo lục Haematococcus pluvialis cho thấy được việc tăng nồng độ nito ở trong môi trường BBM ở mức 1250 g/l (ở điều kiện 2 klux ánh sáng huỳnh quang) cho kết quả sinh khối thu được là cao nhất với mật độ 3,31 ± 0,07 x 106 TB/L. Bên cạnh đó, trong nghiên cứu ảnh hưởng của cường độ ánh sáng và phổ ánh sáng tới tốc độ sinh trưởng của tảo H.pluvialis, cho thấy ở điều kiện chiếu sáng 2 klux ở phổ ánh sáng kết hợp 1 xanh:1 đỏ (thời gian chiếu sáng 16:8h) đạt sinh khối cao nhất với mật độ 4,9 x106 TB/L sau 9 ngày nuôi. Để đánh giá sơ bộ khả năng tích lũy astaxanthin nội bào ở vi tảo H.pluvialis chúng tôi sử dụng các điều kiện kích ứng của cường độ ánh sáng và nồng độ NaCl trong ánh sáng màu xanh. Kết quả nghiên cứu cho thấy ở nồng độ NaCl 0,014% cường độ chiếu sáng 4 klux cho khả năng tích lũy cao nhất sau 4 ngày.
Hình 3. Hình ảnh tảo Heamatococcus pluvialis dưới kính hiển vi và hình ảnh bố trí thí nghiệm
Bên cạnh đó, hướng nghiên cứu ứng dụng vi tảo trong xử lý ô nhiễm môi trường và sản xuất nhiên liệu sinh học cũng được chú trọng. Nhóm đã phân lập thành công vi tảo Chlorella vulgaris ở các thủy vực tại Đà Nẵng để sử dụng trong xử lý chất ô nhiễm hữu cơ và được đánh giá có hiệu quả cao với hiệu suất xử lý (PO4)3- đạt 66% và (NO3)– 48%. Song song với nghiên cứu này, việc nghiên cứu sử dụng tảo trong xử lý ô nhiễm môi trường để chiết nhiên liệu sinh học cũng đang được tiến hành.
Hình 4. Thí nghiệm sử dụng tảo C. vulgaris xử lý ô nhiễm môi trường
Kết hợp với quá trình này, nhóm nghiên cứu còn chú trọng nghiên cứu ứng dụng thiết bị công nghệ vào trong quá trình sản xuất vi tảo. Bước đầu nhóm nghiên cứu đã thử nghiệm thành công thiết bị theo dõi tốc độ sinh trưởng của vi tảo, yếu tố pH trong môi trường nuôi và các điều kiện vi khí hậu bằng thiết bị tự động. Trong đó, thiết bị được nhóm nghiên cứu chủ động thực hiện nhằm có các thiết bị với giá thành phù hợp với điều kiện kinh tế Việt Nam và hỗ trợ cho quá trình sản xuất vi tảo mà không làm tăng giá thành sản xuất. Hướng nghiên cứu nhằm tiến tới hệ thống thu sinh khối tảo tự động, kiểm soát được các điều kiện pH trong bể nuôi và đánh giá ảnh hưởng của các điều kiện vi khí hậu khác tới sinh trưởng và phát triển của vi tảo.
Kết luận
Mặc dù hướng nghiên cứu ứng dụng vi tảo mới được triển khai ở Đại học Đà Nẵng, tuy nhiên với định hướng nghiên cứu, phát triển rõ ràng, cùng với sự hỗ trợ giúp đỡ của các phòng nghiên cứu vi tảo khác trong nước, bước đầu chúng tôi đã đạt được những thành quả nghiên cứu nhất định. Để đạt được những định hướng đề ra và khai thác hết những điểm thuận lợi sẵn có ở Đà Nẵng, cần nhiều hơn nữa sự quan tâm đầu tư cho các cơ sở sản xuất vi tảo, đồng thời cũng cần có sự phối hợp hỗ trợ chặt chẽ với các phòng nghiên cứu công nghệ vi tảo trong cả nước.