Thông tin kết quả nhiệm vụ KH&CN

Nghiên cứu tuyển chọn chủng vi tảo Spirulina platensis phù hợp với điều kiện khí hậu miền Bắc Việt Nam, xây dựng quy trình công nghệ nhân giống và nuôi thu sinh khối tảo khô (06/10/2025)

Hiện nay nhu cầu sử dụng tảo xoắn Spirulina ở Việt Nam ngày càng tăng để làm thực phẩm thực dưỡng, thực phẩm chức năng, mỹ phẩm. Trên thị trường, nhiều loại sản phẩm tảo xoắn có nguồn gốc từ Mỹ, Nhật, Thái Lan, Nga đang được nhập nội vào nước ta, trong đó năng lực sản xuất trong nước còn nhiều hạn chế, chưa đáp ứng được nhu cầu. Do đó, việc chủ động sản xuất để thu được lượng sinh khối tảo lớn và nâng cao chất lượng tảo sẽ là hướng tiếp cận đúng để từng bước tạo ra các sản phẩm tảo sản xuất trong nước với chất lượng cao, giá thành cạnh tranh với các sản phẩm nhập khẩu.

Về sản xuất tảo xoắn trong nước, ngoài công ty tảo xoắn Vĩnh Hảo (Bình Thuận) có ưu thế về nguồn ánh sáng, nguồn nước khoáng đã sản xuất quy mô lớn từ những năm 2000, tuy nhiên sản lượng chưa đáp ứng được nhu cầu của thị trường hiện nay. Ở miền Bắc, một số công ty nuôi tảo lớn như HIDUMI (Nghệ An), ADB (Hoà Lạc), HIRA (Khu công nghệ cao Hoà Lạc), Bảo Khang (Bắc Ninh) và Học viện Nông nghiệp Việt Nam là những đơn vị nuôi tảo ở diện tích tương đối nhưng sản lượng vẫn chưa đáp ứng được nhu cầu thực tiễn nên giá thành còn cao.

Để tăng sản lượng, trước hết cần có nguồn giống tốt có khả năng thích nghi rộng, sinh trưởng nhanh, quy trình nuôi phù hợp với điều kiện thực tiễn ở Việt Nam, đặc biệt ở miền Bắc. Do đặc thù miền Bắc có mùa đông lạnh, mùa hè nắng nóng và biến động nhiệt độ trong ngày rộng, cần phải có các giống tảo thích ứng rộng, sinh trưởng nhanh, chịu được các yếu tố stress trong quá trình sản xuất ở quy mô lớn. Do đó, bộ chủng giống đưa vào sản xuất ở miền Bắc Việt Nam phải đáp chịu được biến động nhiệt độ mạnh, chịu được nồng độ oxy cao, cường độ ánh sáng mạnh, cường độ hô hấp pha tối thấp để tăng năng suất sinh khối.

Để đẩy mạnh năng lực sản xuất và hiệu quả sản xuất, ngoài yêu cầu về giống thì quy trình nhân giống và các giải pháp kỹ thuật sẽ góp phần nâng cao năng suất, thu hoạch tảo nhanh và cải thiện chất lượng sản phẩm cuối cùng. Đề tài “Nghiên cứu tuyển chọn chủng vi tảo Spirulina platensis phù hợp với điều kiện khí hậu miền Bắc Việt Nam, xây dựng quy trình công nghệ nhân giống và nuôi thu sinh khối tảo khô” do Học viện Nông nghiệp Việt Nam chủ trì thực hiện, ThS. Phí Thị Cẩm Miện làm chủ nhiệm nhằm sàng lọc và tuyển chọn được bộ giống tảo xoắn phù hợp với điều kiện khí hậu biến động mạnh ở miền Bắc Việt Nam và xây dựng quy trình nhân giống phù hợp với điều kiện sản xuất ở quy mô công nghiệp. Đề tài cũng thử nghiệm quy trình thu hoạch tảo, chế tạo thiết bị thu sinh khối và xử lý sinh khối để tạo nguyên liệu khô. Kết quả nghiên cứu góp phần vào định hướng nhân rộng và phát triển nuôi tảo xoắn nhằm cung cấp nguyên liệu tảo xoắn đầu vào cho các công ty, doanh nghiệp chế biến tảo xoắn.

Sấy khô lạnh ở nhiệt độ 18⁰C.

Bên cạnh nghiên cứu tổng quan tài liệu và các vấn đề liên quan đến tảo xoắn cũng như phương pháp nghiên cứu (thu thập mẫu tảo và phân lập để tạo nguồn gen cho nghiên cứu; các phương pháp xác định sinh trưởng của tảo xoắn; xác định các thông số kỹ thuật nuôi tảo xoắn; các phương pháp phân tích hoá sinh; phương pháp đánh giá lẫn tạp), đề tài tiến hành triển khai thực nghiệm. Theo đó, nhóm nghiên cứu tuyển chọn 2-3 chủng vi tảo phù hợp điều kiện khí hậu miền Bắc Việt Nam, thích ứng với dải nhiệt độ rộng từ 15-45⁰C. Nghiên cứu đã phân lập, sàng lọc được 3 chủng giống vi tảo có tốc độ sinh trưởng tốt có khả năng chịu nhiệt cao từ 40°C đến 42°C trong mùa hè, chịu lạnh từ 13-15°C trong mùa đông và có khả năng thích ứng rộng trong dải nhiệt độ từ 15-40°C. Các chủng giống được ký hiệu Sp2, Sp6 và Sp9, trong đó chủng Sp9 có khả năng thích ứng rộng, có tốc độ sinh trưởng riêng cao nhất đạt 0,19 ± 0,04/ngày. Các chủng có năng suất sinh khối cao đạt 17g/m²/ngày. Kết hợp với các kết quả đánh giá các dòng có tốc độ sinh trưởng nhanh, cho năng suất sinh khối cao, nghiên cứu tiếp tục sàng lọc các chủng có khả năng tổng hợp phycocyanin cao. Kết quả cho thấy các chủng Sp2, Sp3, Sp6, Sp8, Sp9 cho hàm lượng phycocyanin cao từ 11,3 đến 13,8% trong điều kiện nuôi pH 10 (ngưỡng pH tối ưu cho tảo sinh trưởng cao nhất). Trong đó các chủng Sp2, Sp6 và Sp9 cho hàm lượng phycocyanin đạt cao nhất ở pH10. Bên cạnh đó, nghiên cứu đã phân lập, sàng lọc được 3 chủng giống vi tảo có tốc độ sinh trưởng tốt có khả năng chịu nhiệt cao từ 40-42°C trong mùa hè, chịu lạnh từ 13-15°C trong mùa đông và có khả năng thích ứng rộng trong dải nhiệt độ từ 15-40°C. Các chủng giống được ký hiệu Sp2, Sp6 và Sp9, trong đó chủng Sp9 có khả năng thích ứng rộng, có tốc độ sinh trưởng riêng cao nhất đạt 0,19 ± 0,04/ngày. Các chủng có năng suất sinh khối cao đạt 17g/m²/ngày. Sau khi khảo sát đánh giá các chủng ưu tú, nhóm nghiên cứu đã làm thuần được 03 chủng Sp2, Sp6 và Sp9. Các chủng này có khả năng thích ứng tốt trong điều kiện khí hậu miền Bắc Việt Nam. Trong đó chủng Sp2 và Sp9 có khả năng thích ứng rộng, đặc biệt phù hợp trong điều kiện mùa hè và chủng Sp6 phù hợp với điều kiện thời tiết vào mùa đông. Ngoài ra, chủng Sp2, Sp6 và Sp9 có hình thái có dạng xoắn nên việc thu hoạch sẽ thuận lợi hơn nên khả năng đưa ra sản xuất sẽ phù hợp hơn.Các chủng Sp2, Sp6 và Sp9 có khả năng đưa vào sản xuất. Nhóm nghiên cứu cũng xây dựng hồ sơ lý lịch các chủng giống vi tảo chọn lọc.

Đã xây dựng được quy trình nhân giống ở quy mô phòng thí nghiệm sử dụng đèn LED đơn sắc đỏ (660 nm) và xanh (450 nm). Đã xác định được các bước nhân giống trong quy trình sản xuất giống bao gồm nhân gốc từ giống thuần chủng lưu giữ trong đĩa thạch nghiêng hoặc đĩa thạch. Giống khởi gốc ban đầu được nhân trong các bình thuỷ tinh từ 0,5 đến 1 lít bổ sung CO₂ 0,2% điều kiện chiếu sáng 2 klux (28 µmol photon/m²/s² đo ở bề mặt của các bình), nhiệt độ 30⁰C. Giống khởi động cần nhân 10 bình, mỗi bình 1 lít. Giống cấp 1 được nhân trong các bình thuỷ tinh 2 lít hoặc dạng ống thuỷ tinh 3 lít, chiếu sáng LED trắng ở cường độ 2 klux. Khi OD750>0,2 sẽ bổ sung đèn LED đỏ 630-660nm với cường độ 90 µmol photon/m²/s² và sục khí CO₂ ở tốc độ 0,4% (theo thể tích/phút) và được lắc tay 3-4 lần/ngày. Thời gian nhân giống được hạn chế từ 5-7 ngày để đảm bảo tảo ở trong giai đoạn sinh trưởng logarit. Giá trị OD750 của tảo giống khởi động trong khoảng từ 0,5 đến 0,7. Tỉ lệ đèn LED đỏ: xanh (8:2) và nồng độ CO₂ 0,6% là phù hợp nhất. Việc xử lý ánh sáng xanh và bổ sung (NH₄)₂HCO₃ hoặc urea có thể hạn chế đáng kể sự nhiễm khuẩn và các loài tảo khác. Giống cấp 2 được nhân trong hệ thống photobioreactor ở các quy mô từ lớn 600-700 lít với tỉ lệ tiếp giống theo thể tích (1:5). Giống cấp 2 được nhân trong hệ thống PBR mái che được điều khiển nhiệt độ và ánh sáng tự động. Mật độ tảo giống thường phải đủ lớn (OD750 từ 0,6 đến 0,8) tuy nhiên, khi mật độ quá cao hoặc thời gian lưu trong bể quá lâu tảo sẽ bị stress và khi chuyển vào các bể sản xuất tảo sẽ chậm phát triển.

Đã xây dựng được quy trình công nghệ nhân nuôi tảo ở quy mô 5.000 lít/mẻ trong hệ thống bể raceway với kích thước bể 2x25 m với hệ thống khuấy 6 cánh, tốc độ 36-48 cm/s cho tốc độ sinh trưởng của tảo tốt nhất. Việc bổ sung NaHCO₃ với hàm lượng 200 mM trở lên sẽ không bị tạp nhiễm. Tỉ lệ tiếp giống từ 1/10 cho tốc độ sinh trưởng tốt (tương đương 0,12 g/lít). Điều kiện pH tối ưu trong khoảng từ 9,5-10. Việc bổ sung dinh dưỡng sau khi thu để tái sử dụng môi trường tính theo 30 kg tảo tươi được xác định trong đó hàm lượng NaHCO₃ là 15kg, K₂HPO₄ 3 kg, NaCl 0,3 kg và các nguyên tố vi lượng khác. Việc xử lý tạp nhiễm trong quá trình nuôi có thể bổ sung bằng amonium bicarbonate với nồng độ từ 3-5 mM để loại bỏ động vật nguyên sinh, vi khuẩn và một số loài tảo tạp khác (chẳng hạn như Cholorella). Hiệu quả thu sinh khối theo dạng bán liên tục đạt hiệu quả tốt nhất. Với thể tích mỗi bể 50 m², đối với 1 đơn vị nuôi tảo trên diện tích từ 2000 m² có thể xây dựng được 20 bể (diện tích nuôi thực tế là 1000 m²). Thông thường, mỗi bể sẽ thu được 50kg tảo tươi sau 13-14 ngày nuôi/mẻ. Với số lượng 20 bể trung bình (trừ các bể để trống trong quá trình chuyển tiếp giống) sẽ thu được > 50 kg tảo tươi/ngày. Tảo tươi sau khi thu sẽ được sấy khô trong điều kiện không khí khô và lạnh. Phương pháp tạo sợi có đường kính 2 mm bằng máy tạo sợi, sau đó tảo sấy trong điều kiện nhiệt độ mát trong phòng điều hòa không khí đặt ở nhiệt độ 18°C, quạt gió, máy hút ẩm. Theo cách thiết kế này, mỗi phòng diện tích 30 m² có thể sấy được 250 kg tảo tươi khô trong thời gian 12h ở nhiệt độ 18°C, độ ẩm khoảng 10%. Để giảm độ ẩm sau khi sấy nhằm bảo quản lâu, tảo được sấy ở nhiệt độ 40⁰C trong 1 giờ, sau đó được cho vào túi nylon và hút chân không. Bảo quản trong tới ở nhiệt độ phòng.

Với kết quả nghiên cứu trên, đề tài tiếp tục xây dựng quy trình công nghệ, thiết kế, chế tạo thiết bị thu và xử lý sinh khối thành bột tảo khô quy mô 100kg tảo tươi/ngày. Các thông số quan trọng trong quá trình thu và xử lý bao gồm: mật độ tảo đạt ở mức OD750≥1,0 bắt đầu thu sinh khối. Tảo được thu bằng thiết bị lọc sử dụng khung lọc và màng lọc. Màng lọc kích thước dao động từ 250 mesh đến 550 mesh tương ứng với kích thước lỗ trung bình từ 55 micromet đến 30 micromet. Tảo tươi sau khi thu sẽ được loại bỏ muối, xử lý ozone và tạo sợi đường kính 1-2 mm bằng máy tạo sợi. Sợi tảo được sấy trong điều kiện nhiệt độ 10-15⁰C trong phòng sấy lạnh sử dụng máy lạnh công nghiệp, điều hoà và máy hút ẩm. Tảo sau khi sấy được loại bỏ ẩm và đưa vào túi nylon hút chân không, bảo quản ở nhiệt độ mát trong tối. Tảo dạng sợi khô được nghiền bằng máy nghiền lạnh thành bột mịn kích thước 60-100 micromet.

Việc khảo nghiệm giống và quy trình tại doanh nghiệp sản xuất tảo trên địa bàn Hà Nội qua 2 vụ (Đông và Hè) và sản xuất thử nghiệm 50kg tảo khô đã thu được tổng cộng 234 kg tảo khô từ 3 địa điểm nuôi khảo nghiệm, năng suất trung bình mùa hè đạt 20,06 g/m²/ngày và mùa đông đạt 13,86 g/m²/ngày, năng suất trung bình cả năm đạt 17 g/m²/ngày.

Về hiệu quả kinh tế, nghiên cứu cho thấy, chi phí sản xuất trung bình 1 đến 900.000 đến 1.000.000 đồng/kg tảo khô (bao gồm nguyên vật liệu, nhân công, điện nước và tiêu hao). Tính đến thời điểm tháng 6/2020, giá tảo khô nguyên liệu khoảng 1,5 triệu/kg (giá các công ty dược mua với lượng lớn từ 100 kg khô trở lên). Chênh lệch thu về đạt khoảng 500.000 đồng/1 kg tảo khô. Như vậy với sản lượng đạt 1,5 tấn thu từ 9 bể trên tổng diện tích nhà lưới 1000 m² sẽ thu được từ 750 triệu đồng/năm.

Có thể tìm đọc toàn văn Báo cáo kết quả nghiên cứu dự án tại Trung tâm Thông tin và Truyền thông Hải Phòng./.