Nguyễn Minh Phương Luận văn thạc sỹ khoa học
MỞ ĐẦU
Nền kinh tế xã hội nông nghiệp ở nước ta đã hình thành và phát triển từ rất lâu
đời cùng với lịch sử lâu dài dựng nước và giữ nước của dân tộc. Trong suốt tiến trình
phát triển lâu dài ấy, các làng nghề truyền thống cũng đã hình thành và phát triển
trong nông thôn Việt Nam và đóng một vai trò quan trọng trong nền kinh tế. Sự phát
triển của các làng nghề không những góp phần giải quyết việc làm cho nhiều lao
động, nâng cao thu nhập cho người dân địa phương nói riêng mà còn góp phần vào
sự phát triển nền kinh tế của cả nước nói chung. Đặc biệt, trong nền kinh tế thị
trường với chính sách phát triển kinh tế nhiều thành phần ở nước ta hiện nay, các
làng nghề truyền thống vẫn đang phát triển mạnh mẽ.
Sự phát triển của làng nghề đem lại nhiều lợi ích kinh tế nhưng song song với
nó là tiềm ẩn những nguy cơ gây ô nhiễm môi trường. Thực trạng ô nhiễm môi
trường trong các làng nghề truyền thống và các cơ sở ngành nghề nông thôn ngày nay
đang ngày càng gia tăng. Do ý thức bảo vệ môi trường còn thấp của con người trong
quá trình sản xuất, các loại chất thải được thải ra môi trường sống xung quanh mà
không được thu gom và xử lý triệt để nên tình trạng ô nhiễm môi trường đã và đang
xảy ra rất nghiêm trọng ở các làng nghề truyền thống ở Việt Nam.
Là một trong những làng nghề truyền thống vốn có từ lâu đời của thành phố
Hà Nội, làng nghề sản xuất bún Phú Đô cũng đang phải đối mặt với vấn đề ô nhiễm
môi trường nghiêm trọng. Từ trước tới nay, nước thải của làng nghề này vẫn được xả
trực tiếp xuống một con mương chung của làng mà không qua bất kỳ một hệ thống
xử lý nước thải nào. Vì vậy, nước thải của làng nghề bún Phú Đô luôn trong tình
trạng bị ô nhiễm hữu cơ nặng nề với nồng độ nitơ, photpho và hàm lượng BOD
5
,
COD trong nước thải rất lớn. Do đặc thù của nước thải sản xuất bún là ô nhiễm chất
hữu cơ dễ phân hủy sinh học nên việc áp dụng các biện pháp sinh học nói chung hay
xử lý bằng bùn hoạt tính nói riêng để xử lý nước thải là hoàn toàn phù hợp. Việc kết
hợp sử dụng các loài tảo cùng các vi sinh vật (VSV) để xử lý nước thải ô nhiễm hữu
cơ được coi là một giải pháp khá hợp lý do trong nước thải, hàm lượng nitơ và
Nguyễn Minh Phương Luận văn thạc sỹ khoa học
- Đánh giá khả năng sinh trưởng và phát triển của chủng tảo lam Spirulina
platensis qua các ngày nuôi cấy trong nước thải;
- Xác định hàm lượng PHA trong sinh khối tảo Spirulina thu được sau xử lý;
- Sơ bộ đánh giá hiệu quả xử lý nước thải làng bún Phú Đô bằng bùn hoạt tính
và vi tảo lam Spirulina platensis.
3
Nguyễn Minh Phương Luận văn thạc sỹ khoa học
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU
1.1 Điều kiện tự nhiên, kinh tế xã hội vùng nghiên cứu
1.1.1 Điều kiện tự nhiên
Làng bún Phú Đô thuộc xã Mễ Trì, huyện Từ Liêm, ở cách trung tâm thành
phố Hà Nội khoảng 10 km về phía Tây Nam. Vị trí ranh giới cụ thể của làng bún Phú
Đô như sau:
- Phía Bắc giáp xã Mỹ Đình;
- Phía Nam giáp đường cao tốc Láng -Hoà lạc;
- Phía Đông giáp thôn Mễ Trì Thượng (thuộc xã Mễ Trì);
- Phía Tây giáp với sông Nhuệ.
Tổng diện tích tự nhiên của làng nghề là 258,6 ha, trong đó đất nông nghiệp là
164,6 ha [79].
Bao quanh phía Bắc của làng nghề sản xuất bún Phú Đô có một con mương
tiêu nước chảy qua và chảy vào sông Nhuệ. Tình trạng ô nhiễm môi trường xảy ra
nghiêm trọng khi vào mùa mưa, lưu lượng nước lớn gây ra tình trạng ngập úng do
nước thải sản xuất bún hòa trộn cùng toàn bộ nước thải sinh hoạt và chăn nuôi từ các
chuồng trại của các hộ gia đình đều đổ ra kênh dẫn. Nước thải sản xuất bún cùng
nước thải sinh hoạt và nước thải chăn nuôi đều chưa qua xử lý mà xả thải trực tiếp
vào hệ thống cống chung cuối làng. Sau đó, nước được thải trực tiếp xuống con
mương chảy ra sông Nhuệ, gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng, ảnh hưởng đến
đời sống của người dân trong vùng.
1.1.2 Đặc điểm kinh tế xã hội
vải thô rộng, ở giữa khăn có khoét một khoảng hình tròn để khâu vào miệng khuôn
bún có nhiều lỗ nhỏ. Bột bún sau đó được vắt mạnh cho chảy thành dòng qua khuôn
xuống nồi nước đang sôi tạo thành sợi bún. Sau khi luộc khoảng vài ba phút, sợi bún
trong nồi sẽ được vớt ra và đem tráng qua nước lạnh cho khỏi bết dính và trở nên săn
chắc. Công đoạn cuối cùng là vớt bún trong nồi nước tráng. Sau khi vớt ra khỏi nồi
nước tráng, bún thành phẩm được đặt trên các thúng bằng tre có lót sẵn lá chuối xanh
rồi mới được đem ra chợ bán [79].
5
Nguyễn Minh Phương Luận văn thạc sỹ khoa học
Như vậy, quy trình sản xuất bún tiêu thụ một lượng nước khá lớn. Hầu hết các
công đoạn như vo gạo, ngâm gạo, vắt bột, luộc bột…đều thải ra một lượng nước thải
giàu tinh bột đáng kể. Chính vì vậy, đặc thù của nước thải sản xuất bún là giàu chất
hữu cơ dễ phân hủy sinh học.
1.2 Nước thải và phương pháp xử lý nước thải bằng bùn hoạt tính
1.2.1 Phân loại nước thải và các chất gây ô nhiễm trong nước thải
Nước thải là nước đã qua sử dụng vào các mục đích như sinh hoạt, dịch vụ,
tưới tiêu, thủy lợi, chế biến công nghiệp, chăn nuôi... Dựa vào nguồn gốc phát sinh,
nước thải có thể phân thành các loại chính sau đây:
+/ Nước thải sinh hoạt: là nước thải từ các khu vực dân cư bao gồm nước sau
khi sử dụng từ các hộ gia đình, bệnh viện, khách sạn, trường học, cơ quan, khu vui
chơi giải trí. Đặc trưng của nước thải sinh hoạt thường chứa các chất hữu cơ dễ phân
hủy sinh học (cacbonhydrat, protein, lipit), các chất vô cơ dinh dưỡng (nitơ,
photpho). Các VSV trong nước thải sinh hoạt phần lớn ở dạng các vi khuẩn gây bệnh
như vi khuẩn tả, lỵ, thương hàn và một số loài kí sinh trùng như trứng giun, sán…
Ngoài ra, trong nước thải còn chứa các chất như H
2
S, NH
3
gây mùi khó chịu.
+/ Nước thải công nghiệp: Nước thải từ các cơ sở sản xuất công nghiệp, tiểu
hủy gồm các chất protein, cacbonhydrat, các chất béo có nguồn gốc động và thực vật.
Các chất gây ô nhiễm này thường có trong nước thải sinh hoạt, nước thải từ các xí
nghiệp chế biến nông sản, thực phẩm, thủy sản…Trong thành phần các chất hữu cơ từ
nước thải ở các khu dân cư có khoảng 40 – 60% protein, 25 – 50% cacbonhydrat, 10%
chất béo. Các hợp chất này chủ yếu làm suy giảm oxy hòa tan trong nước dẫn đến suy
thoái tài nguyên thủy sản và làm giảm chất lượng nước cấp sinh hoạt. Trong thực tế,
người ta thường áp dụng các biện pháp sinh học để xử lý nước thải bị ô nhiễm bởi các
chất hữu cơ dễ bị phân hủy sinh học.
+/ Các chất hữu cơ khó bị phân hủy sinh học: Nhóm các chất hữu cơ khó bị
phân hủy sinh học gồm các chất thuộc dạng chất hữu cơ có vòng thơm (cacbuahydro
của dầu khí), các chất đa vòng ngưng tụ, các hợp chất clo hữu cơ, photpho hữu cơ.
7
Nguyễn Minh Phương Luận văn thạc sỹ khoa học
Trong đó, có nhiều chất là các chất hữu cơ tổng hợp và có độc tính cao đối với con
người và động thực vật. Hàng năm, trên thế giới có khoảng 60.10
6
tấn các chất hữu cơ
tổng hợp khó phân hủy sinh học được sản xuất trên thế giới như các chất màu, chất hóa
dẻo, thuốc trừ sâu...[2]. Trong tự nhiên, các chất hữu cơ khó bị phân hủy sinh học khá
bền vững, có khả năng tích lũy và lưu giữ lâu dài trong môi trường và cơ thể sinh vật,
làm ảnh hưởng xấu đến hệ sinh thái và sức khỏe con người. Các chất này thường có
trong nước thải công nghiệp và nguồn nước ở các vùng nông, lâm nghiệp sử dụng
nhiều thuốc trừ sâu, thuốc kích thích sinh trưởng cây trồng, các chất làm rụng lá, thuốc
diệt cỏ...[
16].
1.2.2 Hệ vi sinh vật trong nước thải
VSV là những sinh vật có kích thước vô cùng nhỏ bé. Tế bào của chúng không
thể nhìn thấy được bằng mắt thường mà phải sử dụng kính hiển vi với độ phóng đại
từ 400 đến 1000 lần.
Số lượng và chủng loại VSV trong nước phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: các
].
1.2.3 Cơ sở sinh học của quá trình làm sạch nước thải
Các quá trình vật lý, hóa học như sự sa lắng và sự oxy hóa giữ vai trò quan
trọng trong quá trình làm sạch nước thải. Tuy nhiên, đóng vai trò quyết định trong làm
sạch nước thải vẫn là các quá trình sinh học. Tại chỗ nước thải đổ ra, thường tụ tập các
loại chim, cá. Chúng sử dụng các phế thải từ đồ ăn và rác làm thức ăn. Tiếp sau đó là
các động vật bậc thấp như ấu trùng của côn trùng, giun và nguyên sinh động vật.
Chúng sử dụng các hạt thức ăn cực nhỏ làm nguồn dinh dưỡng. Song cần phải nhấn
mạnh vai trò quyết định của các VSV trong quá trình làm sạch nước thải. Cơ chế của
quá trình làm sạch nước thải do các VSV bao gồm ba giai đoạn sau:
+/ Các hợp chất hữu cơ tiếp xúc với bề mặt tế bào VSV;
+/ Quá trình khuyếch tán và hấp thụ các chất ô nhiễm nước qua màng bán thấm
vào trong tế bào VSV;
+/ Chuyển hóa các chất ô nhiễm trong nội bào để sinh ra năng lượng và tổng
hợp vật liệu mới cho tế bào VSV.
Cả ba giai đoạn này có mối liên quan rất chặt chẽ với nhau làm nồng độ các
chất gây ô nhiễm trong nước giảm dần.
9
Nguyễn Minh Phương Luận văn thạc sỹ khoa học
Theo phương thức dinh dưỡng, các VSV được chia làm hai nhóm chính:
- Nhóm VSV tự dưỡng: Nhóm VSV này có khả năng oxi hóa chất vô cơ để thu
năng lượng và sử dụng CO
2
làm nguồn cacbon cho quá trình sinh tổng hợp. Trong
nhóm này có các vi khuẩn nitrat hóa, vi khuẩn sắt, vi khuẩn lưu huỳnh...
- Nhóm VSV dị dưỡng: Nhóm VSV này sử dụng các chất hữu cơ làm nguồn
cacbon dinh dưỡng và nguồn năng lượng để sinh trưởng, xây dựng tế bào và phát triển.
Các VSV dị dưỡng có thể chia thành ba nhóm nhỏ dựa theo hoạt động sống của chúng
đối với nhu cầu oxy:
+/ Nhóm VSV hiếu khí: là nhóm VSV cần oxy để sống, giống như quá trình hô
ở điều kiện kị khí được thể hiện ở các phản ứng sau:
VSV kị khí
Chất hữu cơ + NO
3
-
+ SO
4
2-
CO
2
+ H
2
O + CH
4
+ N
2
+ H
2
S + NH
4
+
+
axit hữu cơ + CH
4
+ sinh khối VSV + năng lượng
+/ VSV tùy nghi hay còn gọi là VSV kỵ khí tùy tiện: Nhóm VSV này có thể
sinh trưởng trong điều kiện có hoặc không có oxy. Chúng luôn có mặt trong nước thải.
Năng lượng được giải phóng ngoài một phần thoát ra ở dạng nhiệt, phần còn lại được
Nguyễn Minh Phương Luận văn thạc sỹ khoa học
+/ Glucoamilaza phân giải tinh bột thành glucoza và các oligosaccarit. Enzym
này có khả năng phân cắt cả hai loại liên kết 1,4 và 1,6 glucozit.
Dưới tác động của 4 loại enzym trên, phân tử tinh bột được phân giải thành
đường glucoza.
VSV có hệ amilaza rất phong phú và đa dạng. Rất nhiều nhóm VSV ở trong đất
và nước thải như: vi khuẩn, nấm mốc, nấm men, xạ khuẩn có khả năng sinh amilaza.
Những vi khuẩn hiếu khí có khả năng sinh amilaza cao phần lớn thuộc loài
Bacillus subtilis, B. lichenifomic, B. Circulan chịu nhiệt cao và nhóm vi khuẩn
Cytophaga. Nhóm vi khuẩn kị khí sinh amilaza thường gặp là Clochidium
thermosulfurrogens và Thermoanaerobacter, Pyrococceus thuộc vi khuẩn cổ.
Các loài nấm mốc sinh amilaza thường gặp là Aspergillus niger, A. awamori,
Rizopus niveus, Chalara paradoxa, còn nấm men thường gặp loài Cryptococcus spp.,
Endomycopsis fibulegera, Lipomyces spp.. Xạ khuẩn cũng có một số chi có khả năng
phân hủy tinh bột.
Trong các loại VSV kể trên thì các vi khuẩn nhóm Bacillus có khả năng sinh
amilaza mạnh nhất. Một số VSV có khả năng tiết ra môi trường đầy đủ các loại enzym
trong hệ enzym amilaza nhưng một số loài khác chỉ có thể tiết ra một hoặc vài enzyme
trong hệ đó, các nhóm này cộng tác với nhau trong quá trình phân hủy tinh bột thành
đường [24].
1.2.5 Xử lý nước thải bằng phương pháp bùn hoạt tính
Có nhiều phương pháp khác nhau để xử lý nước thải nhưng có thể chia thành
các phương pháp chính sau: cơ học, hoá lý, hoá học và sinh học. Trong đó, phương
pháp sinh học được sử dụng chủ yếu để xử lý nước thải chứa hàm lượng chất hữu cơ
cao. So với biện pháp vật lý và hóa học, phương pháp sinh học có ưu điểm hơn cả là
giá thành thiết bị không đắt tiền, nguyên liệu xử lý dễ kiếm lại không gây tái ô nhiễm
môi trường. Phương pháp xử lý nước thải bằng bùn hoạt tính là một trong những
phương pháp sinh học điển hình được áp dụng để xử lý nước thải giàu hữu cơ.
12
Nguyễn Minh Phương Luận văn thạc sỹ khoa học
13
Nguyễn Minh Phương Luận văn thạc sỹ khoa học
Bảng 1. Quần thể VSV trong bùn hoạt tính
TT Vi khuẩn Chức năng
1
Pseudomonas Phân huỷ cacbonhydrat, protein, các hợp chất hữu cơ
và phản nitrat hóa
2 Arthrobacter Phân huỷ cacbonhydrat
3 Bacillus Phân huỷ cacbonhydrat, protein
4 Cytophaga Phân huỷ các polyme
5 Zooglea Tạo thành chất nhầy, hình thành các chất keo tụ
6 Acinetobacter Tích luỹ polyphotphat, phản nitrat
7 Nitrobacter N
itrat hoá
8 Sphaerotilus Sinh nhiều tiên mao
, phân hủy các chất hữu cơ
9 Acaligenes Phân hủy protein, phản nitrat hóa
10 Flavobacterium Phân hủy protein
11 Acinetobacter Phản nitrat hóa
12 Hyphomicrobium Phản nitrat hóa
13 Desulfovibrio Khử sunfat, khử nitrat
Các động vật nguyên sinh cũng có mặt trong bùn hoạt tính và tham gia vào quá
trình làm sạch nước thải. Chúng ăn các vi khuẩn già hoặc đã chết, tăng cường loại bỏ
vi khuẩn gây bệnh, làm đậm đặc màng nhầy nhưng lại làm xốp khối bùn, kích thích
VSV tiết enzyme ngoại bào để phân hủy chất hữu cơ nhiễm bẩn và làm kết lắng bùn
nhanh.
Để xử lý nước thải bằng bùn hoạt tính có hiệu quả, cần sử dụng nhiều biện pháp
khác nhau để tạo bùn hoạt tính nhằm tăng số lượng cũng như hoạt lực của các VSV có
trong đó như: lấy bùn hoạt tính ở nơi xử lý khác có tính chất giống như nước thải
nghiên cứu, hồi lưu bùn đã dùng ở những bể xử lý nước thải trước trở lại các bể sục
hàm lượng khoảng 50 g/l môi trường;
+/ Giống VSV: là bùn hoạt tính lấy từ các nơi khác hoặc những bể chứa nước thải
cần xử lý đã hình thành bùn ở điều kiện hiếu khí trong các nguồn nước thải giống nhau.
Bùn này được cho vào bình tam giác theo tỷ lệ 5 – 10% rồi đặt trên máy lắc có tốc độ
180 – 200 vòng/phút ở 25- 30
0
C, trong thời gian từ 24 – 48 tiếng. Sau đó lấy cặn bùn
từ bình tam giác đưa vào các thùng lớn chứa môi trường có sục khí để kích thích sinh
trưởng trong điều kiện hiếu khí rồi chuyển sang hệ thống xử lý. Bùn hồi lưu có thể
15
Nguyễn Minh Phương Luận văn thạc sỹ khoa học
được làm tái sinh hay hoạt hóa để tăng hoạt lực của bùn trong các bể xử lý đã có tỉ lệ
môi trường thích hợp và sục khí tích cực trong vài giờ, sau đó bùn được quay trở lại các
bể xử lý hiếu khí khác [1].
1.3 Nghiên cứu khả năng xử lý nước ô nhiễm bằng vi tảo
Tảo là thực vật bậc thấp, sống theo kiểu quang tự dưỡng, dị dưỡng hoặc tạp
dưỡng. Có loại tảo có cấu trúc đơn bào, có loại mọc nhánh dài. Chúng là thực vật phù
du, có thể trôi nổi ở trong nước hay móc vào các giá đỡ (loài thực vật khác). Trong số
khoảng 50.000 loài tảo trên thế giới thì vi tảo chiếm đến 2/3 [90]. Nhiều loài tảo, như
vi tảo còn được xếp vào nhóm VSV, tảo lam được xếp vào nhóm vi khuẩn lam. Tảo
phát triển làm nước có màu sắc, thực chất là màu sắc của tảo (tảo lam Anabaena
cylindrica làm cho nước có màu xanh lam, Oscilatoria rubecens làm cho nước ngả
màu hồng, các loài khuê tảo Melorisa, Navicula làm cho nước có màu vàng nâu...)
[16].
Trong nước thải giàu nguồn N và P là điều kiện tốt cho tảo phát triển. Nguồn
CO
2
có thể do VSV hoạt động thải ra trong nước, phân hủy các chất hữu cơ tạo thành
và cung cấp cho tảo hoặc từ không khí.
Cơ sở sinh học của việc sử dụng một số loài tảo để xử lý nước thải là dựa vào
loài tảo có khả năng phát triển trên một số loại nước thải đóng vai trò quan trọng
trong quá trình làm sạch nước thải. Cùng với các VSV khác, vi tảo giữ vai trò như
máy lọc sinh học tự nhiên, trực tiếp hấp thu tất cả những sản phẩm thừa, sản phẩm
sau cùng của phân huỷ hữu cơ và chuyển hoá chúng sang dạng ít độc hại hơn hoặc
phân giải chúng thành những vật chất khác đơn giản và vô hại. Những loại tảo và vi
khuẩn lam nước ngọt được sử dụng phổ biến trong quá trình xử lý nước thải chủ yếu
thuộc các chi Chlorella, Spirulina, Scenedessmus…Từ nhiều năm qua đã có nhiều
nghiên cứu trong và ngoài nước về việc ứng dụng các loài tảo trong xử lý nước ô
nhiễm. Tại Việt Nam, năm 2010, nghiên cứu tại trường Đại học Bách khoa TP. Hồ
Chí Minh đã chứng minh loài tảo Tetraselmis sp. có khả năng làm sạch nước thải
nuôi tôm sú [80]. Tại Trung Quốc, năm 2009, nghiên cứu của trường Đại học
Nanchang cũng đã chứng minh được khả năng xử lý nước thải đô thị rất hiệu quả của
loài tảo Chlorella [47]. Năm 2010, các nhà nghiên cứu của Thụy Điển cũng chỉ ra các
loài vi tảo có hiệu quả xử lý nitơ và photpho có trong nước thải rất tốt, hiệu suất xử lý
nitơ đạt 60 - 80% và photpho đạt từ 60 – 100% trong các tháng của mùa hè [43].
1.4 Giới thiệu chung về tảo lam Spirulina
1.4.1 Đặc điểm hình thái và cấu trúc tế bào của tảo lam Spirulina
Tảo lam được xếp vào nhóm vi khuẩn lam, là loài VSV đầu tiên có khả năng
quang hợp và sinh ra khí oxy được phát hiện từ hơn 3,5 tỷ năm trước [39].
Spirulina (Athrospira) platensis thuộc ngành vi khuẩn lam (Cyanophyta), lớp
Cyanophyceae, bộ Oscillatoriales, họ Oscillatoraceae, chi Spirulina.
Spirulina là tảo đa bào, dạng sợi. Có hai loài quan trọng là Spirulina maxima
và Spirulina platensis. Chiều dài sợi tảo Spirulina có thể đạt 250 µm. Spirulina có 5 –
7 vòng xoắn, dạng lò xo không phân nhánh. Bước xoắn có chiều dài khoảng 60 µm,
đường kính xoắn khoảng 35 – 50 µm [13]. Sợi tảo có khả năng tự chuyển động theo
17
Nguyễn Minh Phương Luận văn thạc sỹ khoa học
kiểu thanh trượt quanh trục của sợi. Một số hình ảnh về tảo Spirulina được minh họa
trên hình 1.
§
chịu ảnh hưởng bởi một số yếu tố vật lý như sau:
+/ Yếu tố nhiệt độ: Sinh trưởng của Spirulina đạt tối ưu ở 35 – 37
0
C trong điều
kiện phòng thí nghiệm. Spirulina phát triển rất chậm dưới 25
0
C. Ở những nguồn
nước có nhiệt độ 45
0
C hay những suối nước nước nóng có nhiệt độ 60
0
C vẫn thấy sự
hiện diện của tảo này [82].
+/ Yếu tố ánh sáng: Tảo Spirulina ít bị chi phối bởi chu kì sáng tối. Cường độ
ánh sáng thích hợp nhất cho Spirulina phát triển nằm trong khoảng 25 – 30 klux.
+/ Yếu tố pH: Spirulina phát triển trong khoảng pH từ 8,3 – 11. Tuy nhiên, pH
của môi trường tối ưu cho sinh trưởng và phát triển của tảo là từ 8,5 – 9. Tại khoảng
pH này, nguồn cacbon vô cơ được đồng hóa nhiều nhất [30].
Chu kì phát triển của tảo Spirulina rất ngắn, thời gian thế hệ chỉ kéo dài trong
24 giờ. Tảo lam Spirulina có hai hình thức sinh sản:
+/ Sinh sản sinh dưỡng: Hình thức sinh sản này được thực hiện bằng cách đứt
từng khúc trên sợi tảo;
+/ Sinh sản vô tính: Spirulina sinh sản vô tính bằng cách tạo bào tử khi điều
kiện sống không thuận lợi [13].
1.4.2.2 Đặc điểm sinh hóa
Đặc điểm sinh hóa nổi bật của Spirulina là có hàm lượng protein rất cao,
chiếm khoảng 50 – 70% trọng lượng của tế bào, trong khi các thực phẩm được coi là
giàu đạm như đậu đỗ, thịt, phomat cũng chỉ có 20% đạm. Nhiều nghiên cứu đã chỉ ra
rằng đạm trong Spirulina hoàn toàn không có hại. Và cũng khác với các loại đạm
19
sắc tố màu lam phycocyanil, không tồn tại trong bất kỳ thực phẩm nào khác.
Phycocyanil giúp ổn định quá trình trao đổi chất và tăng cường hệ miễn dịch, hỗ trợ
20
Nguyễn Minh Phương Luận văn thạc sỹ khoa học
hoạt động của gan trong các trường hợp phải điều trị bằng nhiều loại thuốc. Kết hợp
cùng với các vitamin, phycocyanil được sử dụng trong điều chế các dược phẩm điều
trị ung thư [74].
1.4.2.3 Thành phần dinh dưỡng
Năm 1964, nhà thực vật học người Bỉ đã phát hiện ra một bộ tộc thổ dân ở
châu Phi có nhiều người già ở tuổi bách niên, hơn nữa họ hầu như không đau ốm,
trong khi tuổi thọ trung bình của người dân châu Phi thời đó chỉ là 35. Nguyên nhân
là do trong khẩu phần ăn hàng ngày của bộ tộc đó đều có một loại bánh màu xanh,
hình thù tương tự như bánh mỳ dẹt. Những chiếc bánh này được làm từ loại rong vớt
trên mặt hồ và sau đó được sấy khô dưới nắng. Loại tảo đó chính là Spirulina
platensis [72]. Hai mươi năm sau, vào những năm cuối thập kỷ tám mươi thế kỷ 20 -
nhiều giá trị dinh dưỡng và chức năng sinh học của tảo Spirulina đã được khám phá
và công bố rộng rãi ở nhiều nước khác trên thế giới như Mỹ, Nhật, Canada, Mehico,
Đài Loan…
Là một loại tảo quang tự dưỡng, Spirulina sử dụng CO
2
và đồng hóa nitơ chủ
yếu ở dạng NO
3
-
và nhiều dạng nitơ khác như NH
4
+
, NO
2
-
triển. Hàm lượng nitrat cho vào môi trường phải lớn hơn 100 mg/l. Urê cũng là
nguồn nitơ thông dụng với nồng độ thường được sử dụng là 1,5 mg/l. Ngoài ra, axit
21
Nguyễn Minh Phương Luận văn thạc sỹ khoa học
nitric cũng được sử dụng làm nguồn nitơ cho tảo Spirulina nhưng ở nồng độ thấp
[13].
- Dinh dưỡng photpho: Photpho được tế bào tảo sử dụng để tổng hợp ATP, axit
nucleic và các hợp chất cấu tạo khác. Năng suất của tảo Spirulina đạt tối đa ở nồng
độ photpho là 90 – 180 mg/l sau 14 ngày [21]. Nếu thiếu hoàn toàn photpho trong
môi trường nuôi, quang hợp của tảo Spirulina giảm sau 14 ngày, còn sinh trưởng
giảm sau 5 ngày [23].
- Dinh dưỡng khoáng: là nguồn dinh dưỡng đóng vai trò quan trọng cho sự sinh
trưởng và phát triển của tảo.
+/ Tảo Spirulina rất ưa muối. Trong môi trường ưu trương, hàm lượng kali có
thể lên tới 5 g/l và natri có thể lên tới 18 g/l. Trong nuôi trồng tảo Spirulina, cần chú
ý đến tỉ lệ K/Na phải nhỏ hơn 5. Nếu tỉ lệ này lớn hơn 5, tảo sẽ bị chậm phát triển
hoặc cấu trúc tảo sẽ bị phá vỡ.
+/ Mg đóng vai trò tương tự như photpho trong việc tổng hợp các
polyphotphat. Canxi không ảnh hưởng rõ đến sinh trưởng của tảo.
+/ Fe ảnh hưởng trực tiếp đến sinh trưởng và hàm lượng protein trong tảo. Tảo
Spirulina có thể sinh trưởng bình thường trong giới hạn nồng độ sắt khá rộng, từ 0,55
– 56 mg/l môi trường [21].
+/ Các nguyên tố vi lượng khác như Zn, Cu, Mn….không ảnh hưởng rõ rệt
đến hàm lượng protein, nhưng có ảnh hưởng tới một số thành phần vitamin của tảo
Spirulina [13].
Nhờ những đặc điểm về sinh hóa và thành phần dinh dưỡng mà tảo Spirulina được
coi là nguồn thực phẩm bổ sung rất tốt để chăm sóc và tăng cường sức khỏe cho con người ở
mọi lứa tuổi. Bắt đầu từ việc đưa tảo Spirulina vào khẩu phần dinh dưỡng không thể thiếu
cho các phi hành gia vũ trụ, các nhà thám hiểm và các lực lượng tác chiến cơ động trong
quân đội, từ những năm 1980 đến nay, tảo Spirulina đã trở nên rất thông dụng trên toàn thế
bệnh của thế kỉ 21 [88].
1.4.3 Tình hình nghiên cứu tảo lam Spirulina
1.4.3.1 Tình hình nghiên cứu tảo lam Spirulina trên thế giới
Năm 1974, DIC – một tập đoàn hóa chất lớn của Nhật Bản đã bắt đầu tập
trung nghiên cứu tảo Spirulina. Đây là tập đoàn đầu tiên đã thành công trong việc
nuôi trồng Spirulina ở qui mô công nghiệp và thương mại hóa tảo Spirulina trên thế
giới [35]. Ngày nay, với 3 trang trại nuôi trồng tại Mỹ, Trung Quốc và Thái Lan, tập
đoàn DIC đã nuôi trồng và sản xuất tảo Spirulina với sản lượng hàng năm lên đến
900 tấn. Năm 1979, tại Mỹ, tập đoàn Earthrise cũng đã nghiên cứu và đưa Spirulina
đến với thị trường thực phẩm thiên nhiên. Sau đó, vào năm 1982, Earthrise xây dựng
trang trại nuôi trồng Spirulina đầu tiên tại Mỹ. Cho đến nay đây là trang trại nuôi
trồng Spirulina lớn nhất trên thế giới [86].
Không chỉ được biết đến như một nguồn thực phẩm chức năng trên thế giới,
khả năng xử lý môi trường của tảo lam Spirulina đã được nghiên cứu tại nhiều nước.
Năm 2000, tại Malaysia, Spirulina được ứng dụng trong xử lý nước thải từ nhà máy
sản xuất dầu cọ [57]. Năm 2003, tại Thái Lan, khả năng làm sạch nước thải ao nuôi
tôm của Spirulina cũng đã được chứng minh [32]. Tại Nhật Bản, cùng với chủng vi
khuẩn tía Rhodobacter sphaeroides và một chủng Chlorella sorokiniana, tảo lam
Spirulina cũng được nghiên cứu để ứng dụng trong xử lý nước thải giàu hàm lượng
hữu cơ. Hiện nay, việc áp dụng kỹ thuật ADN tái tổ hợp và công nghệ gen để chuyển
gen vào tảo Spirulina đang được tiến hành ở Nhật Bản nhằm tạo ra những chủng
giống tảo có đặc tính mong muốn là một hướng đầy triển vọng trong việc sử dụng tảo
này trong xử lý một số loại nước thải [53]. Các nhà khoa học tại Mehico đã nghiên
cứu sử dụng Spirulina để loại bỏ NH
4
+
và PO
4
3-
trong nước thải chăn nuôi lợn có hiệu
) với năng suất 8 – 10g khô/m
2
/ngày. Cũng
trong thời gian này, hàng loạt nghiên cứu ứng dụng sinh khối Spirulina cho gia cầm,
cá, vịt, ong, tằm cũng đã được thực hiện.
25
Copyright: Tài liệu đại học ©