Thử nghiệm và đánh giá các phương pháp thu hoạch sinh khối vi tảo thalassiosira weissflogii (grunow fryxell hasle 1977) phục vụ sản xuất giống hải sản

Nội dung text: Thử nghiệm và đánh giá các phương pháp thu hoạch sinh khối vi tảo thalassiosira weissflogii (grunow fryxell hasle 1977) phục vụ sản xuất giống hải sản

1. VIỆN NGHIÊN CỨU NUÔI TRỒNG THỦY SẢN II THỬ NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ CÁC PHƯƠNG PHÁP THU HOẠCH SINH KHỐI VI TẢO Thalassiosira weissflogii (Grunow Fryxell Hasle 1977) PHỤC VỤ SẢN XUẤT GIỐNG HẢI SẢN Hồ Hồng Nhung1∗, Trần Văn Nhiên1, Nguyễn Thị Mai Anh1, Nguyễn Hữu Thanh1 TÓM TẮT Nghiên cứu được thực hiện nhằm thử nghiệm và đánh giá các phương pháp thu hoạch để thu sinh khối, tạo sản phẩm tảo cô đặc của vi tảo Thalassiosira weissflogii,ứng dụng làm thức ăn trong nuôi trồng thủy sản. Sinh khối tảo được nuôi ở quy mô pilot (thể tích 1 m3) và được thu hoạch bằng các phương pháp kết bông sử dụng hóa chất hữu cơ và ly tâm. Kết quả cho thấy, phương pháp ly tâm (ở tốc độ 3000 rpm) cho hiệu suất thu hồi cao nhất (97 ±1,7%) với tỷ lệ sống tế bào đạt 99,2 ±0,8%. Ở các thí nghiệm kết bông, nồng độ Chitosan và Magnafloc LT25 thích hợp để đạt hiệu suất thu hồi cao hơn 90%, lần lượt là 20 mg/L và 0,10%. Tuy nhiên, khi thử nghiệm tách kết bông thì tỷ lệ tế bào tách khối rất thấp, chỉ đạt 12-13% (ở nghiệm thức kết bông bằng Chitosan) và 26% (ở nghiệm thức kết bông bằng Magnafloc LT25). Bên cạnh đó, sản phẩm tảo cô đặc thu bằng phương pháp kết bông thường có kích thước hạt lớn, tế bào rất khó phân tách trở lại thành tế bào riêng lẻ nên không phù hợp để làm thức ăn trong ương nuôi một số đối tượng thủy sản. Trái lại, đối với phương pháp ly tâm mặc dù chi phí đầu tư và chi phí vận hành cao nhưng hiệu quả thu hoạch rất cao, không cần bổ sung hóa chất nên có thể áp dụng để thu sinh khối vi tảo Thalassiosira weisflogii. Sản phẩm sau ly tâm có mật độ tế bào rất cao, tế bào dễ dàng tách rời, thích hợp làm thức ăn trong nuôi trồng thủy sản. Từ khóa: kết bông, ly tâm, tảo cô đặc, Thalassiosira weissflogii, thu hoạch I. GIỚI THIỆU Vì thế, việc bổ sung loài tảo này vào khẩu phần Vi tảo Thalassiosira weissflogii là loài có ăn trong ương nuôi ấu trùng tôm thẻ và ấu trùng giá trị dinh dưỡng cao, đặc biệt là chứa hàm nhuyễn thể là rất cần thiết nhằm nâng cao chất lượng các acid béo không no như EPA, DHA lượng con giống. cao hơn so với các loài tảo khác (Pratoomyot Trong sản xuất giống thủy sản, các loài vi và ctv., 2005). Với ưu điểm như kích thước tế tảo luôn được nuôi ở thể tích lớn và sản phẩm bào nhỏ, dễ tiêu hóa nên loài tảo này đã được sử tảo cần được lưu trữ trong thời gian dài để đáp dụng làm thức ăn trong ương nuôi ấu trùng tôm, ứng kịp thời nhu cầu thức ăn cho con giống. ấu trùng nhuyễn thể, artemia T. weissflogii Vì vậy, ngoài công nghệ nuôi sinh khối cũng còn là một trong những nguồn thức ăn tốt nhất cần có phương pháp thu hoạch thích hợp để đạt cho ấu trùng tôm mà không cần kết hợp với hiệu quả thu hoạch với tỷ lệ tế bào sống cao; mà các loài tảo khác (Heimaiswarya và ctv., 2011). không làm thay đổi các đặc tính sinh học, hàm Theo Kiametha và ctv. (2011), khi sử dụng vi lượng dinh dưỡng của vi tảo; cũng như tạo điều tảo T. weissflogii trong ương ấu trùng tôm sú kiện thuận lợi cho việc lưu trữ và bảo quản sản (Penaeus monodon) cho thấy thời gian biến thái phẩm tảo thu hoạch được tốt nhất. Việc thu sinh ngắn, khả năng sinh trưởng tốt và tỷ lệ sống cao. khối cũng có ý nghĩa thiết thực hơn khi tạo ra 1 Viện Nghiện cứu Nuôi trồng Thủy sản II * Email: nhungho1625@gmail.com. 34 TẠP CHÍ NGHỀ CÁ SÔNG CỬU LONG - SỐ 18 - THÁNG 12/2020
2. VIỆN NGHIÊN CỨU NUÔI TRỒNG THỦY SẢN II sản phẩm tảo cô đặc thay thế cho vi tảo tươi, mô sản xuất và giá trị của sản phẩm như máy hạn chế việc đưa trực tiếp hóa chất (môi trường ly tâm dạng đĩa chồng, dạng bình Heasman dinh dưỡng còn sót lại trong dịch tảo tươi) và vi và ctv. (2000) đã thử nghiệm siêu ly tâm với 9 khuẩn vào bể nuôi gây ảnh hưởng không tốt đến loài vi tảo khác nhau cho kết quả hiệu suất thu ấu trùng (Griffith và ctv., 1973). hoạch đạt được hơn 95% (với loài C. calcitrans, Có nhiều phương pháp được sử dụng để S. costatum, P. tricornutum, C. muelleri, N. thu hoạch sinh khối vi tảo như: phương pháp oculata) và đạt 100% (với các loài P. lutheri, làm đặc sử dụng các biện pháp keo tụ hóa học, Isochrysis sp., T. chuii) ở 3 tốc độ, thấp (1300 sinh học (sử dụng vi sinh vật) của Vandamme rpm), cao (6000 rpm) và rất cao (13000 rpm). và ctv. (2013); phương pháp vật lý (lắng, tuyển Tác giả cũng kết luận phương pháp này cũng nổi) của Milledge và Heaven (2013) và phương được xem là rất phù hợp với các loài tảo có cấu pháp loại nước như lọc, ly tâm va nhiêu phương trúc ngoài rắn chắc như T. suecica, S. costatum phap khac (Barros và ctv., 2015, Heasman và hoặc Chaetoceros sp. ctv., 2000). Các loài vi tảo có kích thước nhỏ Nhìn chung, việc lựa chọn phương pháp được ứng dụng làm thức ăn trong nuôi trồng thu hoạch còn dựa vào đặc điểm sinh học của thủy sản thường được thu hoạch bằng phương từng loài vi tảo, hiệu quả kinh tế và mục đích pháp hóa học hay phương pháp kết bông (sử sử dụng. Mặc dù có nhiều phương pháp thu dụng hóa chất hữu cơ) và phương pháp ly tâm. hoạch đã được nghiên cứu, tuy nhiên cũng chỉ (1) Phương pháp kết bông: Khi sử dụng chất giới hạn ở một số loài tảo nhất định và chưa có kết bông là chitosan, Morales và ctv. (1985) đã nhiều thử nghiệm để thu hoạch sinh khối vi tảo thử nghiệm kết bông 5 loài tảo khác nhau như: Thalassiosira weissflogii sử dụng làm thức ăn Skeletonema costatum, Dunaliella tertiolecta, trong nuôi trồng thủy sản. Thalassiosira nordenskoldii, Chlorella sp. và Mục tiêu của nghiên cứu này là xác định Thalassionema sp. Tác giả đã kết luận nếu nồng độ của các chất kết bông hữu cơ và tốc không điều chỉnh pH, hiệu quả kết bông đạt độ ly tâm thích hợp để thu hoạch sinh khối loài 100% khi sử dụng nồng độ Chitosan >40 mg/L; T. weissflogii. Hiệu quả của các phương pháp nhưng khi pH dịch tảo được điều chỉnh về 7,0 thu hoạch được đánh giá thông qua các tiêu chí: hoặc =85%. (2) Phương pháp ly Hóa chất: Chitosan (Aldrich Chemicals), tâm: Nhiều loại máy ly tâm đã được sử dụng dựa Magnafloc LT25, NaOH, HCl, các acid hữu trên chi phí đầu tư, mức tiêu tốn năng lượng, quy cơ bao gồm acid citric (Merck), acid Acetic TẠP CHÍ NGHỀ CÁ SÔNG CỬU LONG - SỐ 18 - THÁNG 12/2020 35
3. VIỆN NGHIÊN CỨU NUÔI TRỒNG THỦY SẢN II (Ajax UN), thuốc nhuộm Evan’s Blue (Sigma 2.2.1.1. Thu sinh khối bằng phương pháp Chemical P/L, Cat. No. E-2129). kết bông Dụng cụ và thiết bị: Kính hiển vi, máy đo Thí nghiệm sử dụng chất kết bông là pH để bàn hiệu HANNA-HI 8424, máy ly tâm chitosan liên tục dạng bình hiệu SHARPLES (Model (1) Kết bông: Chitosan đã được hòa tan với AE-12V), tốc độ bơm 200 L/giờ. hai loại acid khác nhau (Acetic acid hoặc Citric Thí nghiệm được tiến hành tại Trung tâm acid) được kết hợp kết bông ở 03 mức nồng độ Quốc gia Giống Hải sản Nam Bộ, Viên Nghiên 10, 20 và 50 mg/L; Thí nghiệm gồm 06 nghiệm cưu Nuôi trông Thuy san II. thức được bố trí như Bảng 1. Mỗi nghiệm thức 2.2. Phương pháp nghiên cứu được lặp lại 3 lần. 2.2.1. Bố trí thí nghiệm Bảng 1. Bố trí thí nghiệm kết bông bằng Chitosan, với các nghiệm thức là sự kết hợp giữa acid dùng để hòa tan Chitosan và các mức nồng độ. Nghiệm thức Acid hòa tan Chitosan Nồng độ Chitosan (mg/L) 1 Acetic acid 50 2 Citric acid 50 3 Acetic acid 20 4 Citric acid 20 5 Acetic acid 10 6 Citric acid 10 (2) Tách khối kết bông: từ kết quả hiệu tan chitosan trước đó, hoặc thay thế bằng HCl suất thu hoạch kết bông, chọn nồng độ chitosan để hiệu chỉnh pH về 6,5; Thí nghiệm gồm 04 thích hợp nhất để tiến hành tách khối kết bông. nghiệm thức được bố trí như Bảng 2. Mỗi Thí nghiệm sẽ sử dụng acid cùng loại đã hòa nghiệm thức lặp lại 3 lần. Bảng 2. Bố trí thí nghiệm tách khối kết bông sử dụng các loại acid hoà tan Chitosan và acid làm giảm pH khác nhau, ở mức nồng độ Chitosan thích hợp nhất (từ kết quả kết bông). Nghiệm thức Acid hòa tan Chitosan Acid làm giảm PH 1 Acetic acid Acetic acid 2 Acetic acid HCl 3 Citric acid Citric acid 4 Citric acid HCl Thí nghiệm sử dụng chất kết bông là ly tâm Magnafloc LT25: (1) Kết bông: thử nghiệm với Thí nghiệm gồm 03 nghiệm thức tương ứng 02 nghiệm thức nồng độ 0,05% và 0,10%. Mỗi với các tốc độ ly tâm 1500, 2000, 3000 rpm. nghiệm thức được bố trí ngẫu nhiên và được lặp Mỗi nghiệm thức được lặp lại 03 lần tương ứng lại 3 lần. (2) Tách khối kết bông: sử dụng acid với 03 mẻ tảo sinh khối T. weissflogii. HCl 0,1 M để điều chỉnh pH về 7,5-8,0. Mỗi 2.2.2. Phương pháp thực hiện nghiệm thức lặp lại 3 lần. 2.2.2.1. Thu sinh khối bằng phương 2.2.1.2. Thu sinh khối bằng phương pháp pháp kết bông 36 TẠP CHÍ NGHỀ CÁ SÔNG CỬU LONG - SỐ 18 - THÁNG 12/2020
4. VIỆN NGHIÊN CỨU NUÔI TRỒNG THỦY SẢN II Hình 1. (a): Sơ đồ khối kết bông bằng Chitosan; (b): Sơ đồ khối kết bông bằng Magnafloc LT25. Kết bông bằng Chitosan hành phân tách tảo kết chùm. Quy trình kết bông: Mẫu tảo được cho vào Phân tách tảo kết chùm: Trước tiên, 10 mL cốc thủy tinh 1 L và đặt trên máy khuấy từ trong khối tảo kết chùm được thêm vào 100 mL nước 1 phút. Xác định pH của dịch nuôi tảo bằng muối có nồng độ 70 g/L, cho vào cốc thủy tinh máy đo pH để bàn HANNA HI 8424 (Rumani), và đặt trên máy khuấy từ trong 10-15 phút, hiệu hiệu chỉnh về pH 6,5 (Heasman và ctv., 2000). chỉnh dung dịch về pH 5,0 bằng cách bổ sung Sau đó, bổ sung dung dịch Chitosan 0,5% (w/v) dung dịch acid hữu cơ (acetic acid hoặc citric được pha với 2 loại acid hữu cơ là acetic acid acid đã sử dụng để hòa tan Chitosan) hoặc dung 1% hoặc citric acid 0,5 M (Lubián, 1989) dần dịch HCl 0,1 M. Chất hòa tan Chitosan có ảnh dần vào dung dịch nuôi tảo, nồng độ Chitosan hưởng đến tính tan của khối kết bông, sử dụng thử nghiệm theo các mức nồng độ 10, 20 và 2 loại acid hữu cơ được thử nghiệm ở các nồng 50 mg/L. Ở mỗi mức thí nghiệm nồng độ của độ như sau: Citric acid 0,5 M, Acetic acid 1,0% Chitosan, dịch nuôi tảo và dịch Chitosan được w/v (Hayes và ctv., 1978). Giảm pH của dịch trộn trong 1 phút và hiệu chỉnh về pH = 8,0 bằng tảo kết chùm bằng hai loại acid đã sử dụng để cách thêm dung dịch NaOH 1N. Đưa cốc thủy hòa tan Chitosan (citric acid hoặc acetic acid) tinh ra khỏi máy khuấy từ, để yên dịch tảo nuôi hoặc HCl 0,1 M. trong khoảng 15-30 phút cho đến khi hình thành Kết bông bằng magnafloc LT25 khối kết bông ở đáy cốc. Dịch nước lỏng bên Quy trình kết bông: Sử dụng phương pháp trên được loại bỏ bằng cách xi - phông, khối kết của Knuckey và ctv. (2006) theo tiến trình như bông còn lại được loại bỏ nước hoàn toàn bằng sau: Lấy dung dịch NaOH 1M cho từ từ vào cách lọc qua lưới 75 μm và có thể lưu giữ ở dung dịch tảo (trong vòng 15 phút), khuấy mạnh nhiệt độ 2±0,5oC trong 1 tuần, cho đến khi tiến để điều chỉnh pH của dịch nuôi về 10,2-10,3. TẠP CHÍ NGHỀ CÁ SÔNG CỬU LONG - SỐ 18 - THÁNG 12/2020 37
5. VIỆN NGHIÊN CỨU NUÔI TRỒNG THỦY SẢN II Tại giá trị pH đó sẽ xuất hiện một lượng nhỏ Xác định mật độ tảo: mật độ tảo trước và chất lắng tụ màu trắng của hợp chất cacbonate sau thu hoạch kết bông, trước và sau ly tâm được hay hydroxide, khi đó thêm dung dịch LT25 xác định bằng buồng đếm Neubauer (Superior (0,05% và 0,1%) ở nồng độ 1 ml/L, khuấy trộn Co., Berlin, Germany) dưới kính hiển vi ở độ nhẹ trong 2 phút. Sau 15-20 phút, tảo sẽ lắng phóng đại 100x - 400x. xuống. Dịch nước lỏng bên trên được loại bỏ Hiệu suất thu hồi sau kết bông: [(OC-SC)/ bằng cách xi-phông, tảo kết bông còn lại được OC] * 100 (Ponis và ctv., 2003) với OC là mật loại bỏ nước hoàn toàn bằng cách lọc qua lưới độ tảo trước kết bông; SC là mật độ tảo sau kết 75 µm. bông ở dịch nổi bên trên khối kết bông. Phân tách tảo kết chùm: Dịch tảo cô đặc Hiệu suất thu hồi sau ly tâm: [(Cb - Ca)/ được điều chỉnh pH về 7,5-8,0 (bằng cách thêm Cb] * 100 (Ponis và ctv., 2003). Trong đó: Cb từ từ 0,1M HCl trong vòng 5 phút và khuấy đều là mật độ tảo trước khi ly tâm; Ca là mật độ tảo bằng đũa thủy tinh) để tách rời các tế bào trở trong dịch nổi sau khi ly tâm. lại như ban đầu. Dung dịch tảo cô đặc hầu hết Phương pháp xác định tỷ lệ tế bào sống: chuyển thành màu đậm hơn do các chất kết tủa sử dụng phương pháp nhuộm màu với dung dịch của gốc carbonate hoặc hydroxide tan vào nước. Evan’s Blue (Molina Grima và ctv., 1994). Hòa Dung dịch này được để qua đêm ở nhiệt độ 40C. sản phẩm tảo cô đặc trong nước biển đã được 2.2.2.2. Thu sinh khối bằng phương pháp hấp tiệt trùng (tỷ lệ 0,1 mL/100 mL nước). Sau ly tâm đó, tiến hành lọc qua lưới 10 µm. Sử dụng thuốc Sử dụng máy ly tâm liên tục dạng bình, hiệu nhuộm Evan’s blue 1% (w/v) theo tỷ lệ 20 mL SHARPLES - Model AE 12 V, công suất động mẫu: 1 mL thuốc nhuộm, để ở nhiệt độ phòng cơ 1,5 Kw/3P/380 VAC, điều tốc băng biến tầng trong vòng 30 phút rồi mới kiểm tra mẫu. Mẫu ABB, tốc độ tối đa: 15.000 rpm. Bơm cấp nước đã nhuộm được kiểm tra và đếm bằng buồng liên tục, công suất 1/2HP-1P/220VAC/50Hz, đếm Neubauer, dưới KHV ở độ phóng đại 250x. tốc độ bơm 200 L/giờ, đường ống cấp dịch tảo Xác định tỷ lệ tế bào sống bằng cách phân biệt φ21 bằng inox. Thân máy bằng thép đúc gắn màu sắc: tế bào chết sẽ bắt màu thuốc nhuộm liền với chân máy tạo độ vững chắc chống rung, trong khi các tế bào sống không bị nhuộm bởi lõi ly tâm được làm bằng inox 304, tủ điều thành tế bào còn nguyên vẹn. khiển có màn hình hiển thị tốc độ, tần số, điện Tỷ lệ sống của tế bào (%) = (tế bào sống/ áp. Bồn chứa bằng composite, thể tích 500 L, có tổng số tế bào) x 100. hệ thống sục khí đảm bảo sự đảo trộn của sinh Xử lý số liệu khối tảo trong suốt thời gian ly tâm. Sử dụng phân tích phương sai ANOVA hai Sinh khối tảo từ hệ thống nuôi ống dẫn yếu tố và phép thử Duncan (SPSS version 19.0) được thu hoạch bằng cách chảy tự động vào để so sánh hiệu suất kết bông ở thí nghiệm kết bồn chứa 500 L, rồi được bơm vào máy ly tâm. bông chitosan, gồm hai biến là acid hòa tan Trước khi vận hành máy, mật độ tảo trước ly chitosan và nồng độ. Số liệu phần trăm được tâm được xác định. Vận hành máy ở 03 tốc độ ly chuyển sang arcsine trước khi xử lý. tâm khác nhau, ở mỗi tốc độ tiến hành thu mẫu Sử dụng phân tích One-way ANOVA và tảo ở ống thu hoạch và mẫu nước sau ly tâm ở phép thử Duncan (SPSS version 19.0) để so ống xả. Rửa sạch ống thu hoạch trước khi thay sánh hiệu suất kết bông bằng Magnafloc LT25, đổi tốc độ ly tâm. tỷ lệ tế bào phân tách, tỷ lệ sống sau khi kết 2.3. Phương pháp thu thập và xử lý số liệu bông bằng chitosan và magnafloc LT25; so sánh 38 TẠP CHÍ NGHỀ CÁ SÔNG CỬU LONG - SỐ 18 - THÁNG 12/2020
6. VIỆN NGHIÊN CỨU NUÔI TRỒNG THỦY SẢN II hiệu suất thu hoạch và tỷ lệ sống của tế bào sau sự khác biệt, nhưng kết quả ở 2 nồng độ này đều ly tâm. Số liệu phần trăm được chuyển sang cao khác biệt so có ý nghĩa với nồng độ 10 mg/L arcsine trước khi xử lý. (p 0,05). Điều chỉnh pH dịch nuôi: sản phẩm tảo ban Vậy, nồng độ Chitosan tối thiểu để thu đầu có pH là 8,4±0,1, hiệu suất kết bông được hoạch sinh khối loài Thalassiosira weisflogii là cải thiện nhờ việc hiệu chỉnh pH về 6,5. 20 mg/L, giá trị pH được điều chỉnh giảm xuống Kết quả từ Bảng 3 cho thấy, hiệu suất thu 6,1 và 3,4 với lần lượt các chất hòa tan Chitosan hoạch đạt cao nhất ở các nồng độ 20 và 50 là acetic acid và citric acid. mg/L, từ (98,6 ±1,2) – (99,6±0,7)% và không có Bảng 3. Kết quả kết bông vi tảo T. weissflogii ở các nồng độ Chitosan và loại acid hòa tan Chitosan khác nhau. Acid Liều pH dịch pH sau Mật độ tảo Mật độ tảo Hiệu suất hòa tan Chitosan nuôi khi thêm trước kết bông trong dịch nổi kết bông Chitosan (mg/L) Chitosan (x104 tb/mL) sau kết bông (%) (x104 tb/mL) Acetic acid 50 8,4±0,1 6,1±0,1 51,6 0,3 99,6±0,7b Citric acid 50 8,4±0,1 3,3±0,1 51,7 0,3 99,5±0,3b Acetic acid 20 8,4±0,1 6,1±0,1 51,3 0,8 98,8±0,6b Citric acid 20 8,4±0,1 3,4±0,1 51,8 0,6 98,6±1,2b Acetic acid 10 8,4±0,1 6,1±0,1 52,0 8,0 85,4±1,0a Citric acid 10 8,4±0,1 3,5±0,1 54,3 8,6 84,2±1,9a Số liệu trong bảng là giá trị TB±SD (n=3). Giá trị có ký hiệu chữ cái khác nhau trong cùng một cột thể hiện sự khác biệt có ý nghĩa thống kê (p<0,05). Khi sử dụng Chitosan để kết bông, pH dịch tích âm sẽ dễ dàng tiếp xúc với bề mặt điện tích tảo nuôi có ảnh hưởng đến hiệu suất thu hồi sinh dương của Chitosan thông qua lực tương tác khối vi tảo. Kết quả nghiên cứu của Xu và ctv. tĩnh điện. Hơn nữa, Chitosan có điểm đẳng điện (2013) cho thấy, khi sử dụng Chitosan để thu ở pH khoảng 6,5 (Cheng và ctv., 2011), vì vậy hoạch sinh khối vi tảo Chlorella sorokiniana thì Chitosan sẽ tích điện dương ở pH = 6 nhiều hơn giá trị pH dưới 7 cho hiệu suất thu hồi lên đến ở pH = 7 và những giá trị pH cao hơn, điều này 99% và hiệu suất thu hồi giảm đi khi pH tăng làm cho chitosan như là một chất keo tụ dương lên 7. có hiệu quả môi trường acid yếu. Hiệu suất thu sinh khối cao ở vùng pH acid Phân tách tảo kết chùm yếu có thể được giải thích như sau: ở môi trường Tế bào vi tảo T. weissflogii sau khi kết bông pH acid yếu sẽ làm tăng hoạt tính của Chitosan, không có khả năng phân tách riêng lẻ trở lại khi từ đó làm tăng hiệu suất thu hồi sinh khối nhờ sử dụng dụng cụ khuấy từ. Tế bào chỉ có khả việc giảm độ nhớt của môi trường và làm giảm năng tách rời bằng cách hiệu chỉnh môi trường điện tích trung bình bề mặt của tế bào vi tảo của dịch tảo về pH = 5,0 nhưng chỉ trong trường (Morales và ctv., 1985), các tế bào vi tảo có điện hợp sử dụng môi trường là nước muối có nồng TẠP CHÍ NGHỀ CÁ SÔNG CỬU LONG - SỐ 18 - THÁNG 12/2020 39
7. VIỆN NGHIÊN CỨU NUÔI TRỒNG THỦY SẢN II độ 70 g/L. Sử dụng nước biển (32 g/L) không hồi sinh khối cao (98,6-98,8%). Tuy nhiên, khi cho kết quả. chọn mức nồng độ này để tách khối kết bông Kết quả ở Bảng 4 trình bày ảnh hưởng của thì tỷ lệ tế bào phân tách sau kết bông rất thấp, 02 loại acid hữu cơ làm chất hòa tan Chitosan và chỉ đạt (12±0,93)% - (13±1,55)%. Việc sử dụng 02 loại acid làm giảm pH lên tỷ lệ tế bào vi tảo các acid hòa tan Chitosan và acid làm giảm pH phân tách. Kết quả cho thấy nồng độ Chitosan khác nhau đều cho kết quả khác biệt không có ý 20 mg/L là mức thích hợp nhất để thu hoạch nghĩa thống kê. sinh khối loài T. weissflogii, vì cho hiệu suất thu Bảng 4. Tỷ lệ tế bào tách kết bông khi sử dụng kết hợp acid hoà tan Chitosan và acid làm giảm pH khác nhau, ở nồng độ Chitosan 20 mg/L. Acid hòa tan Chitosan/ Acid Tỷ lệ tế bào tách kết bông (%) làm giảm pH Acetic acid/ Acetic acid 12±3,43a Acetic acid/ HCl 12±0,93a Citric acid/ Citric acid 13±1,55a Citric acid/ HCl 12±2,08a Số liệu trong bảng là giá trị TB±SD (n=3). Giá trị có cùng ký hiệu chữ cái trong cùng một cột thể hiện sự khác biệt không có ý nghĩa (p>0,05). Vì tế bào tảo hầu như không tách rời, lượng kết quả tỷ lệ tế bào tách kết bông. Chitosan trong khối kết bông cũng rất dày và Phương pháp sử dụng Chitosan để thu sinh cũng bắt màu thuốc nhuộm nên nhóm nghiên khối vi tảo là phương pháp đơn giản, chi phí cứu cũng không xác định được chính xác được thấp, hiệu suất thu hoạch cao nên được khuyến tỷ lệ sống của tế bào. Nhìn chung, mật độ tế bào cáo sử dụng để thu sinh khối vi tảo làm thức ăn còn sống cũng khá cao. cho các loài sống đáy (Heasman và ctv., 2000). Theo Harun và ctv. (2010), liều lượng tối Hiệu quả thu sinh khối vi tảo của Chitosan bị ưu của Chitosan để kết bông loài Thalassiosira ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố của môi trường pseudonana và Isochrysis sp. là 40 mg/L. Theo như pH, nhiệt độ, mật độ sinh khối, đặc điểm Morales và ctv. (1985), khi sử dụng Chitosan của sinh khối vi tảo, tính chất của Chitosan kết bông 05 loài tảo, đối với loài Thalassiosira (độ deacetyl, khối lượng phân tử, kích thước nordenskoldii nồng độ Chitosan 40 mg/L cho phân tử, độ tinh sạch), thời gian thu và nồng độ hiệu suất kết bông lên đến 100%. Ở nồng độ Chitosan sử dụng (Chen và ctv., 2014). Chitosan 40 mg/L, Heasman và ctv. (2000) đã 3.1.2. Kết bông bằng Magnafloc LT25 thử nghiệm kết bông Thalassiosira pseudonana Ở pH 9-10, các khối keo tụ hình thành lớn với hiệu suất đạt 90%, ở pH = 8,0. Cũng với loài hơn, nhanh hơn và việc lắng khối tảo kết bông T. pseudonana, Trang Si Trung và ctv. (2016) đã cũng dễ dàng hơn. Kết quả sử dụng LT25 để thu sử dụng Chitosan được chiết xuất từ vỏ tôm thẻ sinh khối vi tảo T. weissflogii cho hiệu suất kết chân trắng có độ deacetyl 85, với liều 4 mg/L ở bông là 81 ±1,13% và 99 ±0,32% lần lượt ở các pH = 6 cho hiệu suất thu hoạch đạt đến 100%. nồng độ 0,05% và 0,10% (Bảng 5). Tuy nhiên, các nghiên cứu trên không trình bày 40 TẠP CHÍ NGHỀ CÁ SÔNG CỬU LONG - SỐ 18 - THÁNG 12/2020
8. VIỆN NGHIÊN CỨU NUÔI TRỒNG THỦY SẢN II Bảng 5. Hiệu suất và tỷ lệ tách kết bông tế bào vi tảo T. weissflogii ở 2 nồng độ Magnafloc LT25. Nồng độ LT 25 0,05% 0,10% Hiệu suất kết bông (%) 81±1,13a 99±0,32b Tỷ lệ tách kết bông (%) 64±3,02b 26±3,04a Tỷ lệ sống tế bào (%) 97±2,52b 83±2,73a Số liệu trong bảng là giá trị TB±SD (n=3). Giá trị có ký hiệu chữ cái khác nhau trong cùng một hàng thể hiện sự khác nhau có ý nghĩa thống kê (p<0,05) Tuy nhiên sinh khối tảo T. weissflogii kết Nồng độ 0,10% LT25 cho hiệu suất thu hoạch chùm chỉ có khả năng phân tách hoàn toàn với cao hơn (99%) nhưng tỷ lệ tách kết bông rất tỷ lệ đạt 64 ±3,02%, ở nồng độ LT25 tương thấp, chỉ đạt 26%. ứng với hiệu suất thu hoạch thấp hơn là 0,05%. Bảng 6. Giá trị pH sau khi được điều chỉnh để thu hoạch bằng kết bông Magnafloc T25.L Nồng độ LT 25 pH dịch nuôi pH hiệu chỉnh pH sau khi cho pH hiệu chỉnh lần 1 LT25 lần 2 0,05% 8,4 10,0 9,7 8,0 0,10% 8,4 10,0 10,2 8,0 Theo Knuckey và ctv. (2006), khi thu hoạch chất lượng vi tảo. kết bông các loài vi tảo C. calcitrans, C. muelleri, 3.2. Thu sinh khối bằng phương pháp ly Thalassiosira pseudonana, Skeletonema sp., tâm Tetraselmis suecica điều chỉnh pH dịch tảo Máy ly tâm là một thiết bị hữu ích để thu nuôi trong khoảng 10 – 10,6; sau đó bổ sung hoạch sinh khối vi tảo trong sản xuất dầu diesel Magnafloc LT25 đến nồng độ cuối cùng là sinh học. Trong số tất cả các phương pháp thu 0,05% cho hiệu suất kết bông đạt 80%. hoạch, ly tâm là phương pháp nhanh nhất, hiệu Magnafloc LT25 đã được chứng nhận để sử quả thu hoạch cao mặc dù tốn kém năng lượng dụng trong xử lý nước hay làm chất trợ lắng cũng như chi phí đầu tư cao và hao mòn thiết bị. trong ngành công nghiệp sản xuất bia và được Chế độ ly tâm phù hợp phải có sự hài hòa giữa phân loại là chất không độc hại (Harith và ctv., hiệu quả, chi phí thu hoạch cũng như chất lượng 2009). Do đó, việc sử dụng Magnafloc LT25 sản phẩm thu được. thay thế các chất trợ lắng thông thường là một Loài T. weisflogii được thu hoạch bằng giải pháp thu hoạch đạt hiệu suất kết bông và phương pháp ly tâm, thử nghiệm tại 3 tốc độ tốc độ lắng nhanh mà không ảnh hưởng đến 1500, 2000 và 3000 rpm. Bảng 7. Hiệu suất ly tâm và tỷ lệ sống của tế bào vi tảo T. weissflogii ở các tốc độ ly tâm khác nhau. Tốc độ ly tâm (rpm) 1500 2000 3000 Hiệu suất ly tâm (%) 61 ± 2,8a 75 ± 2,7b 97 ± 1, 7c Tỷ lệ sống của tế bào (%) 99,7 ± 0,5a 99,5 ± 0,4a 99,2 ± 0,8a Số liệu trong bảng là giá trị TB±SD (n=3). Giá trị có ký hiệu chữ cái khác nhau trong cùng một hàng thể hiện sự sai khác có ý nghĩa thống kê (p<0,05). TẠP CHÍ NGHỀ CÁ SÔNG CỬU LONG - SỐ 18 - THÁNG 12/2020 41
9. VIỆN NGHIÊN CỨU NUÔI TRỒNG THỦY SẢN II Đối với T. weissflogii, hiệu suất thu hoạch hồi sinh khối hiệu quả >90 có thể áp dụng để thu khác biệt nhau giữa 03 tốc độ thử nghiệm lần sinh khối hầu hết cho các loài vi tảo. Sản phẩm lượt là 61 ±2,8%, 75 ±2,7% và 97 ±1,7% theo tảo sau ly tâm có thể tích nhỏ, mật độ rất cao, chiều hướng tỉ lệ thuận với tốc độ ly tâm, tức là với loài T. weissflogii sinh khối 1000 L (mật độ tốc độ ly tâm càng lớn sẽ có kết quả hiệu suất 40 – 50 x104 tb/mL) sau ly tâm thu được 300- thu hoạch càng cao. Tỷ lệ sống của tế bào tảo 400 gram tảo cô đặc (mật độ 320 – 370 x106 ở các tốc độ ly tâm không có sự khác biệt có ý tb/g), tạo điều kiện thuận lợi cho việc bảo quản nghĩa thống kê (Bảng 7). và vận chuyển sản phẩm. Như vậy, tốc độ 3000 rpm là thích hợp nhất Từ kết quả nghiên cứu, ly tâm được chọn đối với việc thu hoạch T. weissflogii với hiệu làm phương pháp thu hoạch để thu sinh khối vi suất ly tâm đạt cao nhất là 97 ±1,67% và tỷ lệ tảo T. weissflogii phục vụ cho nuôi trồng thủy sống tế bào đạt 99,2 ±0,8%. sản. Ở tốc độ 3000 rpm, hiệu suất ly tâm đạt 3.3. Đánh giá các phương pháp thu hoạch 97 ±1,7% và tỷ lệ sống tế bào đạt 99,2 ±0,8%. vi tảo Phương pháp thu hoạch ly tâm cũng được sử Việc phân tách và thu sinh khối vi tảo từ dụng phổ biến để tạo sản phẩm tảo cô đặc được môi trường nuôi là một giai đoạn rất quan trọng ứng dụng làm thức ăn thủy sản. trong quy trình sản xuất sinh khối tảo cho nhiều IV. KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT mục đích khác nhau, chiếm 20-30% giá thành 4.1. Kết luận sản xuất tảo (Uduman và ctv., 2010). Mật độ Phương pháp ly tâm là phương pháp thích tế bào của các loài vi tảo được nuôi sinh khối hợp để thu hoạch sinh khối vi tảo T. weissflogii khá thấp (chỉ khoảng 0,5 g/L đối với hệ thống làm thức ăn trong nuôi trồng thủy sản. Tốc độ hở và 5 g/L đối với hệ thống kín), kích thước tế ly tâm thích hợp nhất là 3000 rpm, với hiệu suất bào nhỏ (2-20 µm) là một trong những vấn đề ly tâm đạt 97 ±1,67% và tỷ lệ sống tế bào đạt khó khăn cho việc thu hoạch các loài vi tảo nói 99,2 ±0,8%. chung (Vandamme và ctv., 2013). Từ khoảng 1000 L tảo sinh khối sau thu Phương pháp kết bông cũng đã được áp dụng hoạch bằng phương pháp ly tâm thường thu để thu hoạch nhiều loài vi tảo sử dụng làm thức được 300 - 400 gram tảo cô đặc dạng nhão (mật ăn trong nuôi trồng thủy sản. Tuy nhiên, việc thu độ 320-370 triệu tb/g), với mật độ sinh khối ban sinh khối vi tảo bằng phương pháp này làm cho đầu 40-50 x104 tb/mL. kích thước hạt tăng lên, khối tảo kết bông rất khó 4.2. Đề xuất phân tách thành các tế bào riêng lẻ nên không Cần nghiên cứu việc sử dụng phương pháp còn phù hợp với các loài ăn lọc như nhuyễn thể ly tâm với các công nghệ thu hoạch khác. Tùy hai mảnh vỏ (Pachiappan và ctv., 2015). Ngoài theo giá trị và mục đích sử dụng sản phẩm tảo ra, phương pháp này cũng không khả thi để ứng cô đặc, cũng như phụ thuộc vào tập tính bắt mồi dụng ở quy mô lớn, sản phẩm thu hoạch của của một số đối tượng nuôi thủy sản để lựa chọn phương pháp kết bông có thể tích lớn (khoảng phương pháp thu hoạch thích hợp. Ví dụ như có 5-10 L khi thu 1000 L tảo sinh khối), điều này bất thể kết hợp hai phương pháp kết bông và ly tâm lợi cho việc bảo quản và vận chuyển sinh khối để thu hoạch sinh khối loài T. weissflogii. Việc tảo đến các trại sản xuất giống. kết hợp này sẽ góp phần làm giảm thể tích sinh Mặc dù phương pháp ly tâm tốn kém năng khối nhờ kết bông; sau đó chỉ sử dụng tốc độ ly lượng và chi phí vận hành, nhưng hiệu quả thu tâm nhẹ để thu sinh khối trong thời gian ngắn, sẽ hoạch lại rất cao, nhanh chóng, khả năng phục góp phần tiết kiệm chi phí sử dụng năng lượng. 42 TẠP CHÍ NGHỀ CÁ SÔNG CỬU LONG - SỐ 18 - THÁNG 12/2020
10. VIỆN NGHIÊN CỨU NUÔI TRỒNG THỦY SẢN II TÀI LIỆU THAM KHẢO as aquaculture feeds. Aquacultural Engineering, Barros, A. I., Gonçalves, A. L., Simões, M., & 35(3), 300–313. Pires, J. C. M., 2015. Harvesting techniques Lubián, L.M., 1989. Concentrating cultured applied to microalgae: A review. Renewable and marine microalgae with chitosan. Aquacultural Sustainable Energy Reviews, 41, 1489–1500. Engineering, 8(4), 257–265. Chen, G., Zhao, L., Qi, Y., & Cui, Y. L., 2014. Chitosan Milledge, J., Heaven, S., 2013. A review of harvesting and its derivatives applied in harvesting microalgae of micro-algae for biofuel production. Rev Environ for biodiesel production: An outlook. Journal of Sci Biotechnol 12: 165-178. Nanomaterials, 2014(1). Molina Grima, E., Sánchez Pérez, J. A., García Cheng, Y. S., Zheng, Y., Labavitch, J. M., & Camacho, F., Acién Fernández, F. G., López Alonso, Vandergheynst, J. S., 2011. The impact of cell D., & Segura del Castillo, C. I., 1994. Preservation wall carbohydrate composition on the chitosan of the marine microalga, Isochrysis galbana: flocculation of Chlorella. Process Biochemistry, influence on the fatty acid profile. Aquaculture, 46(10), 1927–1933. 123(3–4), 377–385. Griffith, G. W., Kenslow, M. A. M., & Ross, L.A., Morales, J., de la Noüe, J., & Picard, G., 1985. 1973. A mass culture method for Tetraselmis sp. a Harvesting marine microalgae species by chitosan promising food for larval crustaceans. Proceedings flocculation. Aquacultural Engineering, 4(4), 257– of the Annual Workshop. World Mariculture 270. Society, 4(1–4), 289–294. Pachiappan, P., Prasath, B. B., Perumal, S., Ananth, Harith, Z. T., Yusoff, F. M., Mohamed, M. S., Mohamed S., Shenbaga Devi, A., Kumar, S. D., & Jeyanthi, Din, M. S., & Ariff, A. B., 2009. Effect of different S., 2015. Isolation and Culture of Microalagae. flocculants on the flocculation performance of Advances in Marine and Brackishwater microalgae, Chaetoceros calcitrans, cells. African Aquaculture, 1–15. Journal of Biotechnology, 8(21), 5971–5978. Ponis, E., Robert, R., & Parisi, G., 2003. Nutritional Harun, R., Singh, M., Forde, G.M., Danquah, M.K., value of fresh and concentrated algal diets for larval 2010. Bioprocess engineering of microalgae to and juvenile Pacific oysters (Crassostrea gigas). produce a variety of cunsumer products. Renew Aquaculture, 221(1–4), 491–505. Sustain Energy Rev 14: 1037-1047. Pratoomyot, Jarunan, Piyawan Srivilas, and Thidarat Hayes, E.R., Davies, D.H., Munroe, V.G., 1978. Organic Noiraksar., 2005. Fatty Acids Composition of 10 acid solvent systems for Chitosan. Department of Microalgal Species. Songklanakrin. J. Sci. Technol Chemistry, Acadia University, Wolfville, N.S., 103- 27(6): 1179–87. 106. Trang Si Trung, Nguyen Thi Khanh Huyen, Nguyen Heasman, M., Diemar, J., Connor, W.O., Sushames, Cong Minh, Tran Thi Le Trang and Nguyen The T., & Foulkes, L., 2000. Development of extended Han, 2016. Optimization of harvesting of shelf life microalgae concentrate diets harvested microalgal Thalassiosira pseudonana biomass by centrifugation for bivalve moilluscs a summary. using chitosan prepared from shrimp shell waste. Aquaculture Research, (1989), 637–659. Asian J. Agric. Res., 10: 162-174. Hemaiswarya, S., Raja, R., Ravi Kumar, R., Ganesan, Uduman, N., Qi, Y., Danquah, M.K., Forde, G.M., V., Anabazhagan, C., 2011. Microalgae: a & Hoadley, A., 2010. Dewatering of microalgal sustainable feed source for aquaculture. World J. cultures: A major bottleneck to algae-based fuels. Microbiol. Biotechnol. 27, 1737 – 1746. Journal of Renewable and Sustainable Energy, Kiatmetha, P., Siangdang, W., Bunnag, B., Senapin, 2(1). S., Withyachumnarnkul, B., 2011. Enhancement Vandamme, D., Foubert, I., & Muylaert, K., 2013. of survival and metamorphosis rates of Penaeus Flocculation as a low-cost method for harvesting monodon larvae by feeding with the diatom microalgae for bulk biomass production. Trends Thalassiosira weissflogii. Aquaculture International in Biotechnology, 31(4), 233–239. 19 (4), 599 - 609. Xu, Y., Purton, S., & Baganz, F., 2013. Chitosan Knuckey, R. M., Brown, M. R., Robert, R., & flocculation to aid the harvesting of the microalga Frampton, D.M. F., 2006. Production of microalgal Chlorella sorokiniana. Bioresource Technology, concentrates by flocculation and their assessment 129, 296–301. TẠP CHÍ NGHỀ CÁ SÔNG CỬU LONG - SỐ 18 - THÁNG 12/2020 43
11. VIỆN NGHIÊN CỨU NUÔI TRỒNG THỦY SẢN II EVALUATION OF DIFFERENT HARVEST METHODS FOR MICROALGAE Thalassiosira weissflogii (Grunow Fryxell Hasle 1977) Ho Hong Nhung1∗, Tran Van Nhien1, Nguyen Thi Mai Anh1, Nguyen Huu Thanh1 ABSTRACT The aim of this study was to evaluate different methods to harvest Thalassiosira weissflogii for feeding aquaculture species. Samples of a culture of T. weissflogii grown in a pilot-scale photobioreactor (1000 L) were treated with two harvest methods including organic flocculation and centrifugation. The result showed that centrifugation had the highest biomass-recovery-rate up to 97 ±1.7% with 99.2 ±0.8% of viability at a speed of 3000 rpm. The flocculation experiments showed that the optimal doses for Chitosan and Magnafloc LT25 to achieve more than 90% biomass-recovery-rate were 20 mg/L and 0.10%, respectively. However, subsequent dissociation and efficient re-suspension of single cells from the flocs were shown to be difficult, with only 12-13% (if Chitosan was used) and 26% (if Magnagfloc LT25 was used) of cells dissociating. The main limitation of flocculation was that most of the cells lost motility and it would be difficult to disaggregate them back to a single cell state which is a required condition for feeding the algae to bivalves. In contrast, centrifugal recovery was a fast and efficient method for biomass recovery without chemical additives. Keywords: centrifugation, concentrated microalgae, flocculation, harverst, Thalassiosira weissflogii. Người phản biện: TS. Nguyễn Thi Ngoc Tinh Người phản biện: PGS. TS. Trân Sương Ngoc Ngày nhận bài: 15/11/2020 Ngày nhận bài: 15/11/2020 Ngày thông qua phản biện: 20/12/2020 Ngày thông qua phản biện: 23/12/2020 Ngày duyệt đăng: 25/12/2020 Ngày duyệt đăng: 25/12/2020 1 Research Institue for Aquaculture No.2 ∗ Email: nhungho1625@gmail.com. 44 TẠP CHÍ NGHỀ CÁ SÔNG CỬU LONG - SỐ 18 - THÁNG 12/2020