Công nghệ sản xuất vi tảo ứng dụng trong các trại sản xuất giống

CHUỖI CUNG ỨNG VINHTHINH BIOSTADT HƯỚNG ĐẾN PHÁT TRIỂN BỀN VỮNG

ESOMAX - HOẠT CHẤT TINH DẦU KHÁNG SINH - GIẢI PHÁP KIỂM SOÁT BỆNH GAN TỤY VÀ PHÂN TRẮNG

Wokozim đã được sử dụng trên 40 loại cây trồng và hơn 20 quốc gia trên thế giới

Liên doanh giữa Vinhthinh & tập đoàn Biostadt -Ấn Độ

Công ty thành viên

Trang chủTin tứcSẢN XUẤT GIỐNG CÁ, TÔMCông nghệ sản xuất vi tảo ứng dụng trong các trại sản xuất giống

Công nghệ sản xuất vi tảo ứng dụng trong các trại sản xuất giống

Ưu, nhược điểm của hệ thống sản xuất vi tảo dạng kín và hở

So với các hệ thống sản xuất thông thường thì rõ ràng hệ thống sản xuất dạng kín - được kiểm soát chặt chẽ có nhiều ưu điểm hơn. Tuy nhiên vẫn còn những thách thức về mặt chi phí đầu tư và kỹ thuật nuôi.

Có một nhu cầu lớn đối với các hệ thống sản xuất quy mô công nghiệp với chi phí đầu tư vừa phải. Mặc dù các hệ thống sản xuất liên tục hiện nay trên thị trường có chi phí tương đối cao, tuy nhiên, đã có nhiều tiến bộ về mặt công nghệ giúp đảm bảo sản xuất ổn định, mật độ nuôi (10⁶ tế bào/ml) và hàm lượng dinh dưỡng cao.

Hình - Hệ thống sản xuất vi tảo và các sinh vật quang tự dưỡng dạng ống thủy tinh. Thể tích thực của hệ thống là 4000L, được phát triển vào những năm 1990.

Vi tảo như một nguồn thức ăn sống

Vi tảo có những đặc tính nhất định giúp chúng trở thành nguồn thức ăn sống có giá trị cho tôm, cá ở giai đoạn ấu trùng. Mỗi tế bào được ví như một “nhà máy” mà ở đó chúng tổng hợp đường và các hợp chất sinh học khác.

Tất cả vi tảo đều thuộc loại có khả năng quang hợp, sử dụng ánh sáng (tia UV), carbonic (CO₂) và khoáng vô cơ để tăng trưởng và phát triển. Vi tảo là sinh vật đơn bào có cấu trúc cực kỳ đơn giản gồm các thành phần cơ bản: thành tế bào, không bào và nhân.

Cấu trúc đơn giản như vậy giúp vi tảo sinh trưởng và phát triển nhanh hơn rất nhiều so với các loài sinh vật có cấu trúc đa bào bởi toàn bộ năng lượng được tổng hợp từ ánh sáng (có bước sóng 400 – 700 nm) được sử dụng để tổng hợp carbohydrate của thành tế bào, protein của nhân và lipid của không bào. Khả năng chuyển hóa năng lượng tổng hợp các phân tử sinh học cao giúp vi tảo trở thành nguồn thức ăn giàu dinh dưỡng.

Theo truyền thống, vi tảo được nuôi trồng trong nguồn nước tự nhiên như sông, hồ. Đây là những hệ thống mở, chúng bị phụ thuộc vào nguồn ánh sáng tự nhiên. Ưu điểm lớn nhất của hệ thống mở là chi phí đầu vào thấp.

Tuy nhiên, hệ thống mở lại tiềm ẩn rất nhiều rủi ro như dễ bị lây nhiễm bởi các loài động vật ăn thịt, các vi sinh vật gây bệnh và/hoặc vi sinh vật cạnh tranh.

Ngoài ra còn nhiều khó khăn khác như sự thay đổi thời tiết, nguồn khoáng vô cơ, nguồn carbonic, … Hiện nay, hệ thống nuôi vi tảo dạng hở quy mô công nghiệp chỉ được ứng dụng tại những vùng không chứa axen nguyên thủy.

Hình - Vùng nuôi tôm thâm canh - bán thâm canh và vi tảo nhìn từ trên cao. Màu sắc khác nhau là minh chứng của sự đa dạng loài tảo khi nuôi ngoài trời và khó khăn khi duy trì một dòng tảo.

Ngược lại, hệ thống nuôi sinh vật đơn bào dạng kín (bể phản ứng sinh học - bioreactor) được sử dụng trong điều kiện môi trường chứa hoàn toàn axen, tại đây các tác nhân gây ô nhiễm được kiểm soát một cách chặt chẽ. Hệ thống nuôi vi tảo dạng kín ở quy mô công nghiệp tối ưu hóa chi phí đầu tư vẫn đang trong quá trình hoàn thiện. Tuy nhiên, trong hai năm qua, vi tảo được nuôi trong hệ thống quy mô trung bình đã cho thấy lợi ích trong việc ứng dụng làm thức ăn cho tôm giai đoạn ấu trùng, đặc biệt là cho cá biển và động vật hai mảnh vỏ ở Mỹ và Châu Âu.

Nhìn chung, các hệ thống bể sinh học phát quang được trang bị tia UV với bước sóng trong khoảng 400 – 700 nm. Hệ thống có thể đặt trong nhà hoặc ngoài trời mà điều kiện môi trường ban đầu không bị thay đổi, rất ổn định và cho phép duy trì mật độ nuôi cao với chất lượng dinh dưỡng luôn đồng nhất và tối ưu.

Bảng 1. So sánh hệ thống nuôi vi tảo dạng hở và kín

Hệ thống nuôi vi tảo dạng hở

Hệ thống nuôi vi tảo dạng hở là một phương pháp cổ điển. Các hệ thống này gồm hồ nhân tạo, bồn chứa và mương được xây dựng với chiều sâu từ 15 đến 45 cm, không bao giờ hơn 1m.

Trong 50 năm qua, đã có một số nước sản xuất vi tảo với nhiều kỹ thuật khác nhau, nhưng hiện nay đã có một quy chuẩn chung là những bồn chứa hình trụ với đòn tay xoay xung quanh giúp hỗn hợp luôn đồng nhất và hệ thống mương với dòng chảy theo chiều dọc giúp hạn chế những góc chết.

Hình - Hệ thống nuôi Spirulina spp dạng hở. Hệ thống bể hình trụ với đòn tay xoay xung quanh ở Nhật Bản và hệ thống mương với dòng chảy theo chiều dọc ở Trung Quốc.

Hệ thống nuôi vi tảo dạng hở có một số ưu điểm như tận dụng nguồn ánh sáng tự nhiên và dễ thi công. Tuy nhiên, trong 40 năm thực hiện đã có nhiều báo cáo cho thấy những hạn chế nhất định như:

- Chỉ giới hạn một số loài trong cùng hệ thống.
- Tốn nhiều diện tích.
- Hiệu quả đồng hóa carbonic không khí thấp.
- Năng suất cũng như mật độ nuôi thấp hơn rất nhiều so với hệ thống dạng kín.
- Đôi khi, chi phí vận hành/kg sinh khối cao hơn so với các hệ thống thông thường do phải chi trả phí nhân công, nước và năng lượng.
- Chất lượng sản phẩm cuối cùng không ổn định và khó bảo quản.
- Dễ bị nhiễm bởi các tác nhân gây bệnh, các loài đối kháng, … và do đó mất chi phí để xử lý hậu quả.

Mặc dù đã có nhiều đổi mới như lắp đặt thêm bộ phận điều khiển nhiệt độ; bổ sung khoáng vi lượng, carbonic và thiết bị khuấy nhưng hiệu suất vẫn còn rất thấp so với hệ thống nuôi dạng quang học mới nhất hiện nay.

Hệ thống nuôi vi tảo dạng kín

Việc sản xuất một lượng lớn vi tảo chất lượng cao mà không gây ô nhiễm môi trường luôn là một thách thức cho những phòng thí nghiệm nuôi ấu trùng. Điều này dẫn đến việc phải sử dụng những chất thay thế kém chất lượng hơn hoặc phải sử dụng lượng vi tảo ít đi hay thậm chí phải sử dụng nước nhuộm không chứa vi tảo.

Hệ thống dạng hở đòi hỏi nhiều nhân công, diện tích và nguồn nước. Trong trường hợp cần có axen (không có trong các sinh vật sống), chi phí vận hành có thể còn tăng theo cấp số nhân. Những hạn chế của hệ thống dạng hở lấn át cả những ưu điểm của chúng.

Chính vì vậy mà hệ thống sản xuất vi tảo dạng kín quy mô thương mại đã được nghiên cứu và phát triển. Một số hệ thống đã được vận hành tại các trại giống (tôm, cá, …) ở châu Âu và Mỹ; đặc biệt là tiềm năng ứng dụng của chúng trong các phòng thí nghiệm nuôi ấu trùng.

Hình - Một ví dụ về hệ thống bể phản ứng quang học trong phòng thí nghiệm thương mại sản xuất ấu trùng cá hồi ở Nova Scotia, Canada.

Hệ thống bể phản ứng sinh học hiện đại (FBRs)

Các hệ thống nuôi dạng quang học hiện đại cho phép tự động hóa toàn bộ quy trình sản xuất, mật độ nuôi cao (> 10⁶ tế bào/ml) với đa dạng thành phần tảo, chất lượng dinh dưỡng cao, chi phí vận hành đôi khi thấp hơn so với những hệ thống thông thường và khả năng kiểm soát mầm bệnh tốt. Thực tế, một trong những ưu điểm quan trọng nhất của FBRs là tính an toàn sinh học và rủi ro chi phí sản xuất thấp.

Với những hệ thống thông thường, mầm bệnh có thể phát triển cùng với vi tảo và lây nhiễm trực tiếp cho ấu trùng khi làm thức ăn. Và thực tế là vi khuẩn lây nhiễm và vi tảo sẽ phát triển đồng thời chứ không bị át chế.

Theo farm Pride (Galicia, Pháp) “các hệ thống phản ứng sinh học cung cấp môi trường an toàn sinh học, giảm thiểu rủi ro lây nhiễm mầm bệnh. Kiểm soát vi khuẩn lây nhiễm là một trong những nhiệm vụ quan trọng bởi nó ảnh hưởng đến tỷ lệ sống và từ đó làm quá trình vận hành mất ổn định”.

Hình - Các trại tôm giống sản xuất ấu trùng có tỷ lệ mắc bệnh cao và tính an toàn sinh học thấp. Hệ thống nuôi vi tảo dạng kín là một sự đầu tư hiệu quả kinh tế.

Nhận xét

Đối với các trại tôm giống ở Ecuado, ứng dụng công nghệ nuôi vi tảo dạng kín dưới sự kiểm soát mầm bệnh chặt chẽ có ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng tôm giống. Đối với những trại tôm giống nằm trong vùng có nguy cơ lây nhiễm cao thì hệ thống nuôi vi tảo dạng kín có lẽ là một giải pháp tuyệt vời mặc dù chi phí đầu tư ban đầu cao.

Nguồn: Philip Buike, Microalgae production technologies for hatcheries. https://www.aquaculturealliance.org

Người dịch: KS. Lưu Thị Hạnh - Công ty Vinhthinh Biostadt

Trở về