Khóa luận tốt nghiệp nghiên cứu các điều kiện phù hợp để nuôi tảo isochrysis galbana trong hệ thống photobioreactor

HỌC VIỆN NƠNG NGHIỆP VIỆT NAM
KHOA CƠNG NGHỆ SINH HỌC

KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP
ĐỀ TÀI:
NGHIÊN CỨU CÁC ĐIỀU KIỆN PHÙ HỢP ĐỂ NUÔI
TẢO ISOCHRYSIS GALBANA TRONG HỆ THỐNG
PHOTOBIOREACTOR

Sinh viên thực hiện

: Đào Thu Hậu

Mã sinh viên

: 620489

Lớp

: K62CNSHB

Giảng viên hướng dẫn : PGS.TS.Nguyễn Đức Bách

HÀ NỘI - 2021


LỜI CAM ĐOAN
Tơi xin cam đoan kết quả, hình ảnh, số liệu nghiên cứu được sử dụng
trong luận văn này là trung thực, chưa được sử dụng trong bất kỳ một báo cáo
nào. Tất cả các thơng tin được trích dẫn trong khóa luận đều được chỉ rõ nguồn
gốc và mọi sự giúp đỡ đều được cảm ơn.

Tôi xin chịu trách nhiệm về lời cam đoan của mình trước Học viện và
Hội đồng
Hà Nội, ngày

tháng năm 2021

Sinh viên

Đào Thu Hậu

 

i


LỜI CẢM ƠN
Sau thời gian học tập tại Khoa Công nghệ Sinh học và thực tập tại Bộ
môn Sinh học phân tử và Công nghệ sinh học ứng dụng, tôi đã nhận được sự
quan tâm dạy dỗ tận tình của các Thầy, Cơ, các cán bộ tại phịng thí nghiệm
cùng sự cố gắng, nỗ lực của bản thân, tôi đã hồn thành khóa luận tốt nghiệp
của mình.
Tơi xin bày tỏ lòng cảm ơn chân thành và sâu sắc đến Ban chủ nhiệm
khoa Cơng nghệ Sinh học cùng tồn thể các Thầy, Cô đã truyền đạt cho tôi
những kiến thức, kỹ năng quý báu và quan trọng trong suốt thời gian học tập,
rèn luyện tại Học viện Nông nghiệp Việt Nam.
Đặc biệt, tôi xin gửi lời cảm ơn và biết ơn sâu sắc tới PGS.TS Nguyễn
Đức Bách đã tận tình hướng dẫn, dạy dỗ trong suốt quá trình học tập cũng như
nghiên cứu.
Cuối cùng, với tất cả lịng kính trọng và biết ơn vô hạn, tôi xin gửi lời
cảm ơn sâu sắc tới gia đình cùng những người thân và bạn bè đã luôn động viên,

giúp đỡ, tạo động lực cho tơi trong suốt q trình học tập, nghiên cứu cũng như
trong q trình làm khóa luận.
Tơi xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, ngày tháng

năm 2021

Sinh viên

Đào Thu Hậu

ii


MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN .................................................................................................. i 
LỜI CẢM ƠN ....................................................................................................... ii 
MỤC LỤC

.....................................................................................................iii 

DANH MỤC BẢNG ........................................................................................... vi 
DANH MỤC HÌNH

....................................................................................... vii 

DANH MỤC BIỂU ĐỒ .....................................................................................viii 
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT ........................................................................... ix 
PHẦN I. MỞ ĐẦU ............................................................................................... 1 
1.1.  Đặt vấn đề ................................................................................................... 1 

1.2. Mục đích và yêu cầu của đề tài ...................................................................... 2 
1.2.1. Mục đích ..................................................................................................... 2 
1.2.2. Yêu cầu ....................................................................................................... 2 
PHẦN II. TỔNG QUAN TÀI TÀI LIỆU ............................................................. 3 
2.1. Giới thiệu vi tảo Isochrysis galbana ............................................................. 3 
2.1.1. Vị trí phân loại của Isochrysis galbana ...................................................... 3 
2.1.2. Đặc điểm sinh học của tảo Isochrysis galbana........................................... 4 
2.1.3. Giá trị dinh dưỡng của tảo Isochrysis galbana ........................................... 5 
2.1.4. Các yếu tố ảnh hưởng đến sinh trưởng và phát triển của vi tảo
Isochrysis galbana ...................................................................................... 8 
2.2. Ứng dụng của vi tảo Isochrysis galbana .................................................... 11 
2.2.1. Thức ăn trong nuôi trồng thủy sản ............................................................ 11 
2.2.2. Thực phẩm chức năng ............................................................................... 11 
2.2.3. Sản xuất nhiên liệu sinh học ..................................................................... 12 
2.3. Các hệ thống nuôi vi tảo hiện nay .............................................................. 12 
2.3.1. Hệ thống ni tảo hở................................................................................. 12 
2.3.2. Hệ thống ni tảo kín................................................................................ 14 
2.3.3. So sánh hệ thống ni kín và hệ thống nuôi hở........................................ 15 
iii


2.4. Hệ thống photobioreactor ........................................................................... 16 
PHẦN III. VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .......................... 18 
3.1. Thời gian và địa điểm nghiên cứu ............................................................... 18 
3.2. Vật liệu nghiên cli ........................................................................................ 18 
3.2.1. Chủng giống .............................................................................................. 18 
3.2.2. Hóa chất .................................................................................................... 19 
3.3. Phương pháp nghiên cứu ............................................................................. 21 
3.3.1. Nhân giống tảo Isochrysis galbana ......................................................... 21 
3.3.2. Xác định điều kiện nuôi cấy phù hợp cho Isochrysis galbana ................. 21 

3.4 Thử nghiệm nuôi tảo Isochrysis galbana trong hệ thống photobioreactor ........ 22 
3.5. Phương pháp nghiên cứu ............................................................................. 23 
3.5.1. Quy trình nhân giống ................................................................................ 23 
3.5.2. Phương pháp lưu giữ giống tảo ................................................................ 24 
3.5.3. Xác định tốc độ sinh trưởng của Isochrysis galbana ............................... 24 
3.5.4. Xác định tốc độ sinh trưởng riêng (/ngày) ................................................ 26 
3.5.5. Mối quan hệ giữa mật độ tảo và độ hấp thụ quang học ............................ 26 
3.5.6. Lắp đặt và nguyên lý hoạt động hệ thống photobioreactor. ..................... 26 
PHẦN IV. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .......................................................... 29 
4.1. Đặc điểm sinh học của tảo Isochrysis galbana

....................................... 29 

4.1.1. Đặc điểm hình thái của Isochrysis galbana .............................................. 29 
4.1.2. Đặc điểm sinh sản của Isochrysis galbana ............................................... 29 
4.2. Mối tương quan giữa mật độ tảo và độ hấp thụ quang học ........................ 30 
4.3. Ảnh hưởng của môi trường nuôi cấy đến khả năng sinh trưởng của vi
tảo Isochrysis galbana .............................................................................. 31 
4.4. Ảnh hưởng của mật độ tế bào ban đầu đến khả năng sinh trưởng của
tảo Isochrysis galbana ............................................................................. 34 
4.5. Ả.5 hư5. cư5 cư5. đư ánh sáng đán khn năng sinh trưh m crư trư
Isochrysis galbana

.............................................................................. 37 

iv


4.6. Ảnh hưởng của pH môi trường đến khả năng sinh trưởng của vi tảo
Isochrysis galbana .................................................................................... 40 

4.7. Thử nghiệm nuôi tảo Isochrysis galbana trong hệ thống photobioreactor
.................................................................................................................. 43 
PHẦN V. KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ................................................................ 46 
5.1. Kết luận ........................................................................................................ 46 
5.2. Đề nghị ........................................................................................................ 46 
PHỤ LỤC............................................................................................................ 51 

v


DANH MỤC BẢNG
Bảng 2.1. Hệ thống phân loại ............................................................................... 3
Bảng 2.2. Thành phần acid amin trong Isochrysis galbana ................................. 6
Bảng 2.3. Thành phần một số acid béo của Isochrysis galbana........................... 7
Bảng 2.4. So sánh hệ thống ni kín và hệ thống nuôi hở ................................. 16
Bảng 3.1. Thành phần môi trường F/2................................................................ 19
Bảng 3.2. Thành phần môi trường Walne .......................................................... 20
Bảng 3.3. Thành phần môi trường dịch chiết đất .............................................. 20
Bảng 4.1. Tương quan giữa mật độ tế bào và độ hấp thụ quang học (OD ......... 30

vi


DANH MỤC HÌNH
Hình 2.1. Tế bào tảo Isochrysis galbana .............................................................. 4
Hình 2.2 Hồ ni trồng tảo Galbana ở Almeria ................................................ 13
Hình 2.3 Hệ thống photobioreactor ni tảo xoắn ở Almeria. ........................... 15
Hình 3.1. Chủng tảo Isochrysis galbana ............................................................ 18
Hình 3.2. Sơ đồ nhân giống ................................................................................ 23
Hình 3.3. Buồng đếm hồng cầu Neubauer .......................................................... 24

Hình 3.4. Lắp đặt hệ thống photobioreactor ....................................................... 28
Hình 4.1. Hình thái Isochrysis galbana .............................................................. 29
Hình 4.2. Tế bào Isochrysis galbana .................................................................. 30
Hình 4.3. Ảnh hưởng của mơi trường sau 15 ngày ni cấy .............................. 33
Hình 4.4. Ảnh hưởng mật độ ban đầu sau 15 ngày nuôi cấy .............................. 36
Hình 4.5. Ảnh hưởng cường độ ánh sáng sau 15 ngày ni cấy ........................ 39
Hình 4.6. Ảnh hưởng của pH môi trường sau 15 ngày nuôi cấy ........................ 42
Hình 4.7. Hệ thống photobioreactor ................................................................... 44

vii


DANH MỤC BIỂU ĐỒ
Biểu đồ 4.1. Phương trình tuyến tính giữa mật độ tế bào và độ hấp thụ
quang học (OD) ........................................................................................ 31
Biểu đồ 4.2. Ảnh hưởng của môi trường dinh dưỡng đến khả năng sinh
trưởng của tảo Isochrysis galbana............................................................ 32
Biểu đồ 4.3. Tốc độ sinh trưởng riêng của Isochrysis galbana ở các môi
trường nuôi cấy khác nhau ....................................................................... 32
Biểu đồ 4.4. Ảnh hưởng của mật độ tế bào ban đầu đến khả năng sinh
trưởng của vi tảo Isochrysis galbana ....................................................... 34
Biểu đồ 4.5. Tốc độ sinh trưởng riêng của Isochrysis galbana ở các mật
độ tế bào khác nhau .................................................................................. 35
Biểu đồ 4.6. Ảnh hưởng của cường độ ánh sáng đến khả năng sinh trưởng
của vi tảo Isochrysis galbana ................................................................... 37
Biểu đồ 4.7. Tốc độ sinh trưởng riêng của Isochrysis galbana ở các
cường độ ánh sáng khác nhau................................................................... 38
Biểu đồ 4.8. Ảnh hưởng của pH môi trường đến khả năng sinh trưởng của
vi tảo Isochrysis galbana .......................................................................... 40
Biểu đồ 4.9. Tốc độ sinh trưởng riêng của Isochrysis galbana ở các

mức pH môi trường khác nhau ................................................................ 41
Biểu đồ 4.10. Mật độ tế bào của Isochrysis galbana theo thời gian .................. 43

viii


DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
I.galbana

Isochrysis galbana

OD

Optical density

PBR

Photobioreactor

ix


PHẦN I. MỞ ĐẦU
1.1.

Đặt vấn đề
Isochrysis galbana là một loài tảo đơn bào nước mặn, có kích thước từ 4-

5µm, chứa hàm lượng dinh dưỡng cao. Người ta chú ý đến giá trị dinh dưỡng
của tảo Isochrysis galbana chủ yếu là protein, vitamin và acid béo không no

cao. Isochrysis galbana là nguồn dinh dưỡng không thể thiếu được đối với ấu
trùng của các lồi thủy hải sản do nó sinh trưởng nhanh và tế bào có kích thước
nhỏ phù hợp với lồi ăn lọc của ấu trùng. Bên cạnh đó, tảo Isochrysis galbana còn
được ứng dụng làm thực phẩm chức năng cho con người do có chứa các hợp chất
giá trị hoạt tính sinh học có tác dụng chống ung thư, kháng khuẩn, chống oxy hóa
và chống viêm. Bởi những giá trị dinh dưỡng cao của Isochrysis galbana nên đã
thu hút rất nhiều sự quan tâm nghiên cứu của nhiều nhà khoa học.
Cho đến nay, ở Việt Nam đã có những cơng trình nghiên cứu điều kiện
ni trồng tối ưu của vi tảo Isochrysis galbana. Tuy nhiên, việc nuôi vi tảo còn
rất nhiều hạn chế, chưa được đầu tư phát triển nhiều, hầu hết chỉ nuôi ở túi nilon
tại các cơ sở sản xuất. Trong q trình ni sinh khối vi tảo Isochrysis galbana
có thể khơng ổn định, gặp rủi ro nhiều do nhiễm bẩn và tàn lụi đột ngột, mật độ
thấp. Chính vì vậy, cần phải có giải pháp về kĩ thuật nhằm ổn định việc nuôi
trồng và đảm bảo chất lượng tốt, kèm theo giảm giá thành. Nghiên cứu nhân
sinh khối vi tảo Isochrysis galbana bằng hệ thống photobioreactor có thể khắc
phục được các nhược điểm của hệ thống nuôi hiện nay và mang lại nhiều ưu
điểm như tăng mật độ, ít tố cơng lao động, ít bị tạp nhiễm trong q trình ni,
kiểm sốt được các yếu tố như pH, nhiệt độ, ánh sáng.
Vì vậy, nhằm tìm ra điều kiện nuôi cấy phù hợp nhất cho nhân sinh khối
vi tảo Isochrysis galbana làm tăng tốc độ sinh trưởng, hàm lượng các axit béo,
mật độ nuôi cấy và thời gian đạt mật độ cao nhất tôi đã thực hiện đề tài: “nghiên
cứu các điều kiện phù hợp để nuôi tảo Isochrysis galbana trong hệ thống
photobioreactor”.

1


1.2. Mục đích và yêu cầu của đề tài
1.2.1. Mục đích
Xác định một số yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ sinh trưởng của vi tảo

Isochrysis galbana ở quy mô phịng thí nghiệm như là mơi trường ni cấy, mật
độ ban đầu, cường độ ánh sáng và pH môi trường.
Vận hành thử nghiệm nuôi tảo Isochrysis galbana trong hệ thống
photobioreactor bằng khí đẩy.
1.2.2. Yêu cầu
Xác định được các điều kiện ảnh hưởng đến khả năng sinh trưởng của vi
tảo Isochrysis galbana.
Thử nghiệm nhân vi tảo Isochrysis galbana bằng hệ thống photobioreactor
với thể tích 15 lít.

2


PHẦN II. TỔNG QUAN TÀI TÀI LIỆU
2.1. Giới thiệu vi tảo Isochrysis galbana
Isochrysis galbana là loài tảo đơn bào màu nâu vàng, có kích thước 4 – 5
µm. Isochrysis galbana có thành phần dinh dưỡng phong phú, đặc biệt là hàm
lượng các acid béo khơng bão hịa đa nối đơi cao. Đây là lồi tảo tích lũy được
acid béo với hàm lường cao nên nó được xem là đối tượng ni trồng đầy tiềm
năng. Vi tảo khơng chỉ có ứng dụng trong ngành ni trồng thủy sản mà cịn
dùng trong nhiều lĩnh vực khác.
2.1.1. Vị trí phân loại của Isochrysis galbana
Isochrysis galbana được Bruce, Knight và Parke phát hiện và phân lập
vào năm 1939 để nuôi ấu trùng thủy sản (Florence et al., 2017). Các nghiên cứu
cho thấy Isochrysis galbana thường xuất hiện ở các vùng biển hay ở các vùng
nuôi thủy sản nước mặn hoặc nước lợ. Môi trường có độ mặn và độ kiềm cao rất
thích hợp cho sản xuất I. galbana, đặt biệt là nơi có nhiều ánh sáng.Vị trí
của Isochrysis galbana trong hệ thống phân loại như sau (Guiry MD, 2014):
Bảng 2.1. Hệ thống phân loại
Nhóm

Eukaryota

Giới

Chromista

Phân giới

Hacrobia

Ngành

Haptophyta

Lớp

Coccolithophore

Phân lớp

Prymnesiophyceae

Họ

Isochrysidaceae

Chi

Isochrysis

Loài

Isochrysis galbana Parke 1949

3


2.1.2. Đặc điểm sinh học của tảo Isochrysis galbana
2.1.2.1. Đặc điểm hình thái của tảo Isochrysis galbana
Isochrysis galbana là một lồi tảo đơn bào hình thoi dài hoặc hình trịn
đường kính 4-5 µm. Vi tảo có hai roi bằng nhau hoặc gần bằng nhau, sợi bám
ngắn thường hay biến mất, mỗi roi dài khoảng 7µm nên chúng có khả năng di
động nhanh trong nước theo kiểu quay tròn tịnh tiến. Thể lục lạp của I. galbana
có dạng hình chén và chiếm khoảng 1/3 thể tích của tế bào. Ngồi ra, tế bào có
một nhân và khơng có lớp màng nhầy bên ngồi.

Hình 2.1. Tế bào tảo Isochrysis galbana
2.1.2.2. Đặc điểm sinh lý, sinh sản của tảo Isochrysis galbana
Isochrysis galbana thuộc thể đơn bội là loài tảo sống tối ưu trong môi
trường nước mặn, tuy nhiên đôi khi cũng xuất hiện trong môi trường nước lợ
hay nước ngọt. Sắc tố chủ yếu của Isochrysis galbana là Chlorophyll, c (Zapata
et al.,1997). Carotenoid chứa nhiều fucoxanthin đặc trưng nên khi quan sát trên
kính hiển vi điện tử các tế bào I. galbana có màu vàng đậm đến màu nâu nhạt.
Isochrysis galbana sinh sản vơ tính theo hình thức phân cắt làm hai tế bào
con giống tế bào mẹ ban đầu. Điều đặc biệt của I. galbana là khi sinh sản một

4

đầu tế bào thường to hơn đầu còn lại và xuất hiện eo phân cắt ở giữa tế bào nên
rất dễ nhận thấy khi quan sát dưới kính hiển vi.
Isochrysis galbana là lồi tảo đơn bào màu nâu vàng, có kích thước 4 – 5
µm. Isochrysis galbana có thành phần dinh dưỡng phong phú, đặc biệt là hàm
lượng các acid béo khơng bão hịa đa nối đơi cao. Đây là lồi tảo tích lũy được
acid béo với hàm lường cao nên nó được xem là đối tượng ni trồng đầy tiềm
năng. Vi tảo khơng chỉ có ứng dụng trong ngành ni trồng thủy sản mà cịn
dùng trong nhiều lĩnh vực khác.
2.1.3. Giá trị dinh dưỡng của tảo Isochrysis galbana
Isochrysis galbana không chỉ được sử dụng trong nuôi trồng thủy sản làm
thức ăn chăn nuôi trong gần 100 năm qua mà nó có giá trị dinh dưỡng cao với
nhiều loại hợp chất hoạt tính sinh học được tìm thấy gần đây. Thành phần dinh
dưỡng của các loài vi tảo cũng như Isochrysis galbana thay đổi theo giai đoạn
tăng trưởng và dưới các điều kiện ni cấy khác nhau. Isochrysis galbana có
hàm lượng protein khá cao, trong điều kiện tối ưu thường chứa 12% - 50,8%
protein, hàm lượng lipid chiếm 21,7% - 21,9% và 7,6% - 14,2% carbohydrate
(Brown et al., 1997; Becker et al., 2004).
2.1.3.1. Hàm lượng protein và thành phần acid amin
Hàm lượng protein trong Isochrysis galbana rất cao, chiếm 47,9% protein
tổng số, nhiều hơn thịt động vật (43%), đậu nành (37%) và trứng (26%) (Patil et
al., 2007). Isochrysis galbana có thể được sử dụng trong chế độ ăn uống của
con người, động vật như thực phẩm tự nhiên có lợi cho sức khỏe bởi hàm lượng
protein cao và hầu như có đầy đủ các amino acid thiết yếu (Fabregas et al.,
1985). Dưới đây là thành phần acid amin trong Isochrysis galbana (Patil et al.,
2007).

5


Bảng 2.2. Thành phần acid amin trong Isochrysis galbana

Acid amin

Hàm lượng (g / 100g sinh khối khô)

Histidine

2,5

Arginine

8,7
6,0

Valine

12,1

Lysine
Isoleucine

4,9

Leucine

10,5

Threonine

6,1

Phenylalanine

6,1

Methionin

1,42

2.1.3.2. Lipit và thành phần acid béo
Lipid là một yếu tố quan trọng quyết định đến giá trị dinh dưỡng của
Isochrysis galbana, chiếm 17,07% tổng khối lượng khơ (Đặng Đình Kim và
cộng sự., 2018). Thành phần acid béo đặc trưng của một số loài vi tảo như
Nannochloropsis là acid eicosapentaenoic (EPA), Isochrysis galbana là acid
docosahexaenoic (DHA), Pavlova lutheri là EPA và DHA (Volkman et al.,
1993). Trong thành phần các acid béo nhóm PUFA, đáng kể nhất là EPA (chiếm
2,5% tổng acid béo), DHA chiếm 10,2% trong khi ARA chỉ chiếm 0.52%
(Đặng Đình Kim và cộng sự., 2018). Thành phần acid béo được trình bày trong
bảng 2.3 (Ohse et al., 2015):

6


Bảng 2.3. Thành phần một số acid béo của Isochrysis galbana
STT
1
2
3
4
5

Acid béo
𝐶10:0
𝐶14:0
𝐶14:1
𝐶16:0

6
7
8
9
10

Hàm lượng %
0,97
15,47
0,92
12,61
3,59

𝐶16:1
𝐶18:0
𝐶18:1
𝐶18:1𝑡
𝐶18:2
𝐶18:3𝑑

1,59
18,29
0,94
3,54

18,36
9,46

𝐶20:0
11
12
𝐶20:5
13
𝐶22:0
14
𝐶22:2
15
𝐶22:6
16
𝐶24:0
17
𝐶24:1
Trong vi tảo Isochrysis galbana, tỉ lệ axit béo

3,05
0,16
2,18
0,18
1,48
0,67
chưa no chiếm gần 60%

tổng lượng axit béo và các axit béo rất có giá trị là EPA, 𝐶18:2 và 𝐶18:3.
2.1.3.3. Carbohydrate
Carbohydrate trong vi tảo chủ yếu là tinh bột và một số loài đường

(glucose, fructose và sucrose). Hàm lượng carbohydrate của Isochrysis galbana
chiếm khoảng 13% khối lượng khô và chứa cả carbohydrate hịa tan, khơng hịa
tan với khả năng tiêu hóa tốt (Batista et al., 2013). Tinh bột từ tảo có thể dùng
để sản xuất ethanol bằng cách thủy phân và cho lên men. Một trong những vi
tảo có hàm lượng tinh bột cao là Chlorella vulgaris (37% khối lượng khô của tế
bào) (Hirano et al., 1997).

7


2.1.3.4. Vitamin
Vitamin là một yếu tố rất cần thiết mà các lồi tảo cần cung cấp trong
ni trồng thủy sản. Các yêu cầu dinh dưỡng đối với các loài cá biển và tôm cho
thấy vi tảo cung cấp lượng vitamin dư thừa hoặc đầy đủ cho chuỗi thức ăn nuôi
trồng thủy sản (Brown et al., 1999). Trong vi tảo Isochrysis galbana rất giàu các
loại vitamin, đáng kể nhất là vitamin PP chiếm 2690 µg g−1 trọng lượng khơ và
183 µg g−1 vitamin B6, ngồi ra cịn có vitamin A, vitamin E, vitamin C với hàm
lượng thấp hơn (Yannick et al., 1991).
2.1.3.5. Sắc tố
Sắc tố là những chất được tạo ra bởi các sinh vật sống, sinh vật sống có
thể tự tổng hợp hoặc được cung cấp tiền chất để tổng hợp được các hormone
cần thiết. Đây là yếu tố quan trọng giúp tổng hợp các loại hormone cần thiết để
điều khiển hoạt động của cơ thể. Sắc tố của Isochrysis galbana là Chlorophyll a
và c, diadinoxanthin và Carotenoid chứa nhiều fucoxanthin đặc trưng (Liu et al.,
2001; Plaza et al., 2008).
2.1.4. Các yếu tố ảnh hưởng đến sinh trưởng và phát triển của vi tảo
Isochrysis galbana
Trong quá trình quang hợp, tảo Isochrysis galbana sử dụng ánh sáng và
các chất dinh dưỡng để sản xuất protein, lipid và carbohydrate. Các sản phẩm
được tạo ra liên quan trực tiếp đến điều kiện môi trường và dinh dưỡng bao gồm

cường độ ánh sáng, nồng độ CO2, pH, nhiệt độ, chất dinh dưỡng và vi sinh vật
cạnh tranh. Không những các yếu tố môi trường (đặc biệt là ánh sáng và nhiệt
độ), bên cạnh đó thành phần vi lượng cũng ảnh hưởng rất lớn đến thành phần
sinh hóa của vi tảo. Tảo Isochrysis galbana có thể phát triển trong phạm vi độ
mặn rộng từ 10 đến 65‰ nhưng mức tối ưu nhất là 30‰, dải nhiệt thích ứng
cũng khá rộng.
2.1.4.1. Ánh sáng
Ánh sáng là một yếu tố ảnh hưởng rất lớn đến sự sinh trưởng và phát triển
của Isochrysis galbana vì đây là nguồn năng lượng cho quang hợp. Cường độ
8


ánh sáng cần thiết cho nuôi cấy tảo thay đổi tùy theo mật độ tảo, độ sâu nước
nuôi, dụng cụ nuôi cấy. Cường độ ánh sáng không những phải cung cấp thật đầy
đủ nhất để xuyên qua được môi trường ni cấy mà cịn đảm bảo cho vi tảo có
mật độ lớn cũng có thể nhận được ánh sáng quang hợp. Quá trình quang hợp
của tảo sẽ gia tăng khi cường độ bức xạ mặt trời tăng và giảm khi cường độ bức
xạ mặt trời giảm (Trương Quốc Phú, 2003&2004). Dựa theo mỗi lồi tảo mà có
khoảng cường độ chiếu sáng tối ưu và thời gian chiếu sáng thích hợp riêng.
Thơng thường, các lồi tảo được ni trong cường độ ánh sáng là 1000 đến
10000 lux, với thời gian chiếu sáng từ 16-24 giờ/ ngày (Acien et al., 2016). Ở
điều kiện phịng thí nghiệm, cường độ ánh sáng tối ưu cho sinh trưởng của tảo
là 2500 đến 5000 lux (Zhang et al., 2014). Để cho tảo phát triển cần một mức độ
nhất định về cường độ ánh sáng, tuy nhiên nếu ánh sáng quá mạnh sẽ hạn chế sự
phát triển của tảo do đó tảo sẽ giảm quang hợp, tốt nhất nên dùng đèn huỳnh
quang phát sáng ở phổ ánh sáng xanh da trời hoặc đỏ (Coutteau, 1996).
2.1.4.2. Nhiệt độ
Mỗi lồi tảo cần ni ở một khoảng nhiệt độ nước thích hợp, ngồi
ngưỡng nhiệt độ tảo sẽ khơng phát triển và có thể bị chết. Theo Coutteau (1996)
nhiệt độ thích hợp để tảo phát triển là 16- 35ᵒC và nhiệt độ tối ưu để tảo phát

triển là 20-24ᵒC. Nhiệt độ thích hợp cho Isochrysis galbana là 10-35ᵒC, đây là
lồi tảo khó thích nghi được với điều kiện nhiệt độ thấp, nếu đưa các tế bào vi tảo
này vào nhiệt độ dưới 10ᵒC chúng chỉ sống được một thời gian ngắn hoặc có thể bị
chết, nhưng ngưỡng nhiệt độ tối ưu là 25-30ᵒC (Frank et al., 1987). Ni tảo trong
phịng dễ dàng khống chế được nhiệt độ trong khi ni ngồi trời thời tiết thay đổi
bất thường nên không khống chế được nhiệt độ. Khi ni tảo ngồi trời nhiệt độ tối
ưu để tảo có tốc độ sinh trưởng tốt nhất là 27ᵒC, trong khi nhiệt độ lớn hơn 32ᵒC
hoặc thấp hơn 19ᵒC tốc độ sinh trưởng sẽ chậm lại (Roessler, 1009).
2.1.4.3. pH mơi trường
Phạm vi pH thích hợp cho sự phát triển của hầu hết các loài tảo là 7 – 9,
nhưng pH tối ưu từ 8,2 – 8,7, nếu pH khơng ổn định có thể dẫn tới các tế bào bị
9


phá vỡ và tảo chết đột ngột (Coutteau, 1996). Đối với Isochrysis galbana có khả
năng thích ứng với khoảng pH rộng từ 5 đến 9, nhưng pH thích hợp nhất là 7,8 8,75 . Tảo có thể thích nghi với môi trường thay đổi pH, tuy nhiên sự thay đổi
này xảy ra đột ngột sẽ dẫn đến sự phá hủy tế bào, điều này xảy ra đối với mơi
trường có dung dịch đệm không tốt. Sự hấp thụ ion NH4+ dẫn đến sự giảm pH
của môi trường và ngược lại sự hấp thu NO3- sẽ làm tăng pH (Oh-Hama et al.,
1986). Có thể điều chỉnh pH trong phạm vi thích hợp bằng cách sục khí hay bổ
sung Ca(HCO3)2. Trong quá trình ni cấy mật độ tảo càng cao sự thay đổi pH
trong ngày càng lớn, thấp nhất vào sáng sớm và cao nhất vào lúc xế chiều.
2.1.4.4. Nồng độ NaCl
Độ mặn là một trong những nhân tố quan trọng nhất làm thay đổi thành
phần sinh hóa của các tế bào tảo (độ mặn là hàm lượng NaCl trong môi trường
nuôi). Độ mặn tăng càng cao hơn so với tự nhiên có thể làm thay đổi tốc độ tăng
trưởng và thành phần sinh hóa của vi tảo ví dụ như độ mặn tăng thì hàm lượng
lipit trong vi tảo tăng (Renaud et al., 1994). Độ mặn thay đổi kéo theo sự biến đổi
áp suất thẩm thấu của tế bào, hạn chế q trình quang hợp và cịn ảnh hưởng đến
thành phần sinh hóa cũng như thành phần acid béo của tảo. Isochrysis galbana có

thể phát triển trong phạm vi độ mặn rộng từ 10 - 65‰ (Kaplan et al., 1986),
nhưng phát triển tốt nhất ở độ mặn 30‰ tuy nhiên nếu ni tảo ở quy mơ sản
xuất đại trà thì nên tiến hành nuôi tảo ở độ mặn 25‰ ( Lê Thị Hương, 2012).
2.1.4.5. Ảnh hưởng của chế độ sục khí
Sục khí và đảo trộn có vai trị quan trọng giúp tảo không bị lắng xuống
đáy, để đảm bảo tất cả các tế bào có cơ hội tiếp xúc với ánh sáng và chất dinh
dưỡng như nhau. Đồng thời, sục khí cũng hạn chế sự phân tầng nhiệt độ, sự kết
tủa của các kim loại nặng và nâng cao khả năng trao đổi khí giữa mơi trường
ni cấy và khơng khí (Đặng Đình Kim và cộng sự, 1999). Sự tác động của sục
khí là yếu tố quan trọng hàng đầu vì nó chứa nguồn carbon ở dạng CO2 để tảo
tổng hợp vật chất hữu cơ, hạn chế sự thay đổi pH như là sự cân bằng giữa CO2
và HCO₃⁻ ( Coutteau, 1996). Tùy vào quy mô hệ thống nuôi, việc đảo nước
10


thực hiện hằng ngày bằng cách thủ cơng, sục khí hoặc sử dụng máy bơm phun
tia, nhưng không phải tất cả các loài tảo đều chịu được sức khuấy đảo mạnh.
Đối với Isochrysis galbana thì sục khí được liên tục giúp tăng sinh trưởng cho
tế bào.
2.2. Ứng dụng của vi tảo Isochrysis galbana
Vi tảo đã được biết đến từ rất lâu, chúng rất đa dạng về chủng loại và
được nhiều nhà nghiên cứu ở nhiều nước trên thế giới chú ý, bởi chúng có thành
phần dinh dưỡng đa dạng điển hình như protein, lipit, carbohydrate, vitamin. Có
thể nói vi tảo là nguồn thức ăn bổ sung dinh dưỡng có giá trị cho người và động
vật, bên cạnh đó chúng cịn được biết đến như dược phẩm điều trị một số bệnh về
tim mạch, ung thư, tiểu đường, bệnh truyền nhiễm. Ngồi ra, vi tảo cịn biết đến
trong ứng dụng ni trồng thủy sản , mỹ phẩm và sản xuất vật liệu sinh hóa. Với
các cơng dụng như vậy mọi người biết đến loại tảo này ngày càng nhiều hơn.
2.2.1. Thức ăn trong ni trồng thủy sản
Isochrysis galbana là lồi tảo được Bruce phân lập và nuôi làm thức ăn

trong nuôi trồng thủy sản, nó là một trong những vi tảo phổ biến trong nuôi luân
trùng cũng như ấu trùng một số đối tượng như: tôm, cua, điệp quạt, điệp seo,
bào ngư, trai ngọc, ốc hương, tu hài, sò huyết, hải sâm. Isochrysis galbana
khơng chỉ có hàm lượng protein rất cao, bên cạnh đó lượng lipit và carbohydrate
cũng tương đối lớn. Bên cạnh đó, Isochrysis galbana cịn chứa hàm lượng
PUFA lớn với DHA cao đã giải quyết được phần nào khó khăn về cung cấp chất
dinh dưỡng đầy đủ chất lượng và số lượng cho việc nuôi trồng thủy hải sản
(Devos et al., 2006). Vì thế tảo Isochrysis galbana được sử dụng rộng rãi trong
nghề nuôi trồng thủy sản. Bên cạnh đó Isochrysis galbana tạo mơi trường nước
xanh, điều hịa các khí hịa tan, cân bằng độ đục cần thiết và ổn định pH của môi
trường nuôi.
2.2.2. Thực phẩm chức năng
Isochrysis galbana có rất nhiều thành phần dinh dưỡng quan trọng đó là
protein, carbohydrate, acid béo, carotenoid, vitamin và sterol có khả năng cải
11


thiện giá trị dinh dưỡng của thức ăn cho con người. Nghiên cứu đã cho thấy
carotenoid, omega 3 FA, carbohydrate trong Isochrysis galbana có vai trị
chống bệnh tim mạch, bệnh thối hóa thần kinh (Lin et al., 2007). Ngồi ra lồi
tảo này cịn có fucoxanthin là một caroten chính có thể hoạt động chống oxy
hóa mạnh, giúp ngăn ngừa bệnh ung thư ở người.
Galbana CCMP 1324 in a batch photoreactor. Biochemical Engineering
Journal, 37, 166-176.
Glbana CCMP 1324 in a batch photoreactor. Biochemical Engineering
Journal, 37, 166 galbana CCMP 1324 in a batch photoreactor. Biochemical
Engineering Journal, 37, 166-176
2.2.3. Sản xuất nhiên liệu sinh học
Isochrysis galbana là một nguồn nguyên liệu thích hợp cho việc sản xuất
biodiesel, được rất nhiều nhà nghiên cứu quan tâm. Isochrysis galbana có chu

kỳ sinh trưởng ngắn, tốc độ tăng trưởng nhanh, hàm lượng protein,
carbohydrate, các sắc tố và sự tích lũy lipid cao, q trình ni vi tảo khơng địi
hỏi nhiều dinh dưỡng để phát triển. Hàm lượng tích lũy lipid là một yếu tố quan
trọng để sản xuất biodiesel, có thể tăng nồng độ lipid tích lũy bằng cách tối ưu
hóa các yếu tố tăng trưởng như kiểm soát mức độ nitơ, cường độ ánh sáng, nhiệt
độ, độ mặn, nồng độ 𝐶𝑂2 và quy trình thu hoạch. Vi tảo có thể phát triển trong
điều kiện muối cho phép sử dụng nước nơng nghiệp để ni và có thể nuôi
trong hệ thống photobioreactor. Đặc biệt, nhiên liệu sinh học từ dầu vi tảo có
các thuộc tính tương tự với biodiesel theo tiêu chuẩn hiệp hội kiểm tra vật liệu
của Mỹ (ASTM), và thậm chí nó cịn an tồn hơn vì có nhiệt độ phát cháy cao
(Huang et al., 2010)
2.3. Các hệ thống nuôi vi tảo hiện nay
2.3.1. Hệ thống nuôi tảo hở
Về cơ bản, hiện nay tồn tại hai hệ thống nuôi Isochrysis galbana với quy
mô công nghiệp là hệ hở và hệ kín. Đối với hệ hở Isochrysis galbana có thể
được ni trong các bể nhân tạo, các thùng chứa hay ở các túi nilon ở các cơ sở.
Các bể nhân tạo ban đầu được thiết kế giống hình chữ U hoặc hình elip, sau đó
12


là các bể hình trịn và bể Raceway (Miyamoto và cộng sự, 1988). Dung dịch
nuôi tảo di chuyển theo một vịng khép kín nhờ hệ thống buồng quay. Các bể
raceway đã được sử dụng phổ biến để nuôi Isochrysis galbana với quy mô
công nghiệp, tuy nhiên các hệ thống hở này vẫn mang những nhược điểm
không thể khắc phục như năng suất thấp, phục thuộc vào thời tiết, hiệu suất của
quy trình thấp. Để khắc phục các hạn chế của hệ hở, hệ kín được nghiên cứu và
phát triển. Các hệ thống ni kín dựa trên những khái niệm thiết kế rất khác
nhau và được kiểm tra ở quy mô pilot. Những xu hướng phát triển sau cùng
định hướng theo hệ quang sinh học hình ống hoặc hình tấm ghép lại với nhau để
thu lấy ánh sáng qua việc mở rộng diện tích bề mặt với nguyên tắc đảm bảo khả

năng điều chỉnh hầu hết các thông số công nghệ sinh học quan trọng nhằm thu
được năng suất sinh khối cao nhất (Vũ Văn Vụ và cộng sự, 1994). Hiện nay
người ta sử dụng hệ thống hở để nuôi trồng các loài tảo như Chlorella,
Scenedesmus, Spirulina và nhiều loài vi tảo khác.

Hình 2.2 Hồ ni trồng tảo Isochrysis Galbana ở Armenia
(R. Pistocchi, D. Ippoliti, 2015)
13


2.3.2. Hệ thống ni tảo kín
Hệ thống ni tảo kín dựa trên những khái niệm rất khác nhau và được
kiểm tra ở quy mô pilot. Những xu hướng phát triển gần đây sử dụng hệ quang
sinh học hình ống hoặc hình tấm ghép lại với nhau, cũng như sự kết hợp giữa
hai nguyên tắc thiết kế chính này cốt để thu lấy ánh sáng qua việc mở rộng diện
tích bề mặt.
Hệ quang sinh học (photobioreactor, PBR). Trong hệ này, các điều kiện
ni tối ưu thu được nhờ điều khiển tồn bộ hệ thống. Dựa vào nhiều kết quả
nghiên cứu và phát triển sản xuất – thương mại, hệ thống nuôi tảo kín có những
đặc điểm chung mà có thể đưa ra một nguyên tắc thiết kế như sau.
Nguyên tắc thiết kế hệ thống ni tảo kín: đảm bảo khả năng điều chỉnh hầu
hết các thông số công nghệ sinh học quan trọng nhằm thu năng suất sinh khối cao
nhất. Các thơng số chính bao gồm nhiệt độ, ánh sáng, sự đảo trộn, nguy cơ nhiễm
tạp, sự thất thốt CO2, có điều kiện tái sản xuất và thiết kế linh hoạt.
Quá trình phát triển hệ thống ni tảo kín.
Những nghiên cứu đầu tiên là nuôi Chlorella bằng ống nhựa và ống thủy
tinh, được thực hiện vào đầu những năm 1950 bởi Davis và cộng sự (1953) ở
Carnegie Institution of Washington. Davis và cộng sự đã kết luận rằng các ống
làm bằng nhựa hay thủy tinh đều thích hợp cho ni Chlorella ngồi trời. Cùng
thời điểm trên, một hệ thống ni ngồi trời cũng được thực hiện tại Nhật Bản,

môi trường nuôi được tuần hồn trong ba ống thủy tinh, đường kính 3cm, nhúng
ngập trong nước nhằm điều chỉnh nhiệt độ. Năm 1951 một quy mô pilot được
làm nghiên cứu những lợi ích của việc sản xuất sinh khối tảo trong ống
polyethylene kích thước lớn, thành ống mỏng đã được sử dụng. Năm 1980, lý
thuyết thiết kế mơ hình ni Chlorella dạng ống được xây dựng, mở ra giai
đoạn mới và phát triển cho đến tận nay. Năm 1986, hệ thống làm bằng ống
trong suốt ra đời. Ban đầu, vật liệu là polyethylen sau đó do kém chống chịu với
hóa chất nên thay bằng thủy tinh. Năm 1987, hệ thống gồm nhiều ống thủy tinh
chịu nhiệt để khảo sát tăng trưởng Spirulina platensis được tạo ra. Năm 1991,
14


hệ kín được thiết kế bao gồm các thiết bị: nguồn sáng, hệ lọc khí, bơm áp lực
khí. Năm 2004, hệ thống photobioreactor dạng ống được thiết kế bởi Tredici
bao gồm hệ thống dàn ống thủy tinh, bể chứa dịch ni, hệ thống khuấy sục khí,
hệ thống chiếu sáng, đây là bước phát triển mới cho quá trình nhân sinh khối
tảo, sản phẩm sạch, an tồn.
Những loại hệ kín sau đã được sử dụng:
(i): Các ống PVC mềm dẻo, đường kính 3cm
(ii): Các ống nhựa PVC trong suốt, bán rắn, đường kính trong 2cm
(iii): Các tấm PVC rắn hoặc polycarbonate
Tất cả các hệ thống trên đều dùng bơm để khuấy đảo dịch ni.
 

Hình 2.3 Hệ thống photobioreactor ni tảo Isochrysis galbana ở Almeria.
(R. Pistocchi, D. Ippoliti, 2015)
2.3.3. So sánh hệ thống ni kín và hệ thống ni hở.
Trên cơ sở tập hợp các nghiên cứu, sự khác nhau giữa hai hệ thống nuôi
tảo được tổng hợp ở bảng sau:

15