Tảo xoắn (Spirulina) được dùng làm nguyên liệu trong việc bào chế thuốc, mỹ phẩm, thực phẩm chống suy dinh dưỡng và được nuôi trồng, chế biến nhiều ở các nước Mỹ, Nhật, Đài Loan, Ấn độ, Cu-ba, Paskistan, Việt Nam…Bài viết trình bày về qui trình nuôi và chế biến tảo Spirulina.
1. Các hệ thống nuôi tảo
Trên thế giới hiện có hai hệ thống nuôi tảo chính là nuôi theo hệ thống hở (Opened Ecosystem-O.E.S) và nuôi theo hệ thống kín (Closed Ecosystem-C.E.S). Công nghệ nuôi trồng Spirulina theo hệ thống hở (O.E.S): thường được áp dụng ở các trang trại nuôi có qui mô lớn (công nghiệp) hoặc nuôi ở qui mô gia đình (thủ công). Spirulina được nuôi trong môi trường dinh dưỡng đựng trong bình, chậu, bể, hệ thống ao nhiều kênh. Trong mô hình này tảo sử dụng trực tiếp ánh sáng từ mặt trời. Các trang trại qui mô lớn thường được lắp đặt hệ thống cánh quạt khuấy đảm bảo cho tảo hấp thụ tốt ánh sáng và tránh các sợi tảo bị chìm xuống đáy. Các mô hình nuôi có qui mô nhỏ thường khuấy bằng thủ công và diện tích nhỏ. Do đây là hệ thống nuôi hở nên kiểu nuôi này phụ thuộc rất lớn vào điều kiện thời tiết nên cần có giải pháp quản lý tốt. Công nghệ nuôi trồng tảo Spirulina theo hệ thống kín (C.E.S): Spirulina được nuôi trong các bể được đặt trong các nhà kính (green-house). Đây là mô hình nuôi cần đầu tư lớn và có khả năng kiểm soát được các yếu tố lý hoá học. Tảo sử dụng ánh sáng nhân tạo hay tự nhiên từ mặt trời.
Theo Lê Văn Lăng (1999) thì cần lưu ý một số vấn đề khi chuẩn bị nuôi tảo:
– Tìm hiểu và khảo sát về thị trường tiêu thụ.
– Hệ thống giao thông từ nơi nuôi tảo đến các nhà máy chế biến tảo phải thuận lợi. Tìm được thỏa thuận giữa người nuôi tảo và nhà chế biến tảo.
– Chuẩn bị nguyên vật liệu xây dựng ao, bể nuôi, hệ thống khuấy nước.
– Chuẩn bị nguồn giống tảo Spirulina tốt.
– Chuẩn bị hóa chất nuôi tảo, trang thiết bị đo các thông số của môi trường nuôi tảo như: máy đo pH, đo oxygen, nhiệt độ,…
– Chuẩn bị tốt kỹ thuật nuôi tảo.
Một hệ thống nuôi tảo Spirulina quy mô nhỏ (Ảnh: www.theguardian.com)
2. Lựa chọn địa điểm nuôi tảo
– Nơi nuôi tảo phải có lượng chiếu sáng thích hợp giúp tảo sinh trưởng bình thường, giảm chi phí chiếu sáng.
– Chủ động nguồn nước nuôi tảo, nước không bị ô nhiễm.
– Giao thông thuận tiện cho việc vận chuyển nguyên liệu đầu vào và sản phẩm sau thu hoạch.
– Nơi có hệ thống điện lưới tốt.
3. Thiết kế bể nuôi tảo
– Bể nuôi tảo thường có hình chữ nhật, các góc được vê tròn kết hợp với hệ thống cánh khuấy (paddle-wheel) hoặc có thể khuấy bằng thủ công (qui mô nhỏ). Tác dụng của các cánh khuấy nhằm: tạo sự tiếp xúc tốt hơn của tế bào tảo với dinh dưỡng, ánh sáng, CO2; giữ ổn định nhiệt độ trong nước giúp tảo phát triển tốt; tạo ra dòng chảy giúp cho tảo không bị lắng nhất là tại các góc của bể.
– Bể có thể lớn (hoặc nhỏ) về diện tích. Thể tích có thể lên tới 1 ha x 0,3 m3, thậm chí đến 200 ha x 0,3 m3. Bể nên xây cao 50-55 cm để đảm bảo độ sâu mực nước từ 20-30 cm. Bể được xây dựng bằng vật liệu xây dựng thông thường như: xi-măng, plastic, gạch cement hay gạch bê-tông cement chịu kiềm.
– Bể có xây một bức tường ngăn hụt ở giữa tạo dòng chảy lưu thông dòng nước khi khuấy sụt. Có thể đặt một hay hai máy khuấy ở các đầu để lưu thông nước.
– Ngoài ra, có thể xây mái che cho bể. Mái che là một kiểu nhà kính (green-house) đơn giản có thể thiết kế với hai mái, nóc nhọn. Khung mái bằng thép, lợp tole trong, nhựa plastic hay bằng kính để ánh sáng đi qua được. Mái che di động theo hướng một nửa mái có thể kéo nằm song song phía dưới phần mái cố định kế bên. Mái che được nằm ở vị trí chiếu sáng tốt nhất, thường hướng Đông-Tây. Công dụng của mái che là chống sự xâm nhiễm của bụi đất, cát theo gió đưa vào.
4. Nguồn nước dùng nuôi tảo Spirulina
Nước là dung môi quan trọng để hòa tan các chất dinh dưỡng nuôi tảo Spirulina. Có thể dùng nhiều nguồn nước khác nhau để nuôi tảo Spirulina như nước giếng khoan (có chứa nhiều chất vô cơ có ích, nhưng cần phải loại bỏ các chất độc như chì, arsen,…), nước máy đô thị (có nhiều khoáng tốt nhưng đắt), nước biển, suối nước khoáng (có chứa nhiều dưỡng chất tốt cho tảo phát triển). Tuỳ điều kiện khác nhau mà chọn nguồn nước nuôi tảo thích hợp.
5. Giống và tiêu chuẩn giống Spirulina
Ở nước ta thường dùng giống tảo Spirulina platensis nguồn gốc nhập ngoại, với bốn hình dạng chính là thẳng, xoắn lò xo, uốn sóng và xoắn nếp dày, sâu. Các giống Spirulina nhập ngoại thường có nguồn gốc Châu Phi đã qua quá trình phân lập ở các phòng thí nghiệm sinh học. Nguồn gene Spirulina ở nước ta khá phong phú, đặc biệt Spirulina phát triển tự nhiên ở hồ ba bể (Hà Nội) (Lê Văn Lăng, 1999).
Tuỳ theo mục đích khác nhau mà có tiêu chuẩn chọn giống thích hợp. Fox (1996) những vấn đề cần lưu ý khi chọn giống tảo là:
– Chọn giống theo mục đích của sử dụng: làm thực phẩm (chọn giống giàu protein, vitamin, không có hoặc chứa ít mùi khó chịu khi sử dụng), làm dược phẩm (chọn giống chiết xuất được chất mong muốn với liều lượng cao), làm mỹ phẩm ( chọn giống chiết xuất ra được nhiều chất dưỡng da, chống lão hóa da như Vitamin E- chống oxy hóa,…).
– Chọn giống ít hấp phụ, tích tụ các chất độc của môi trường nuôi cấy như chì, arsen. Giống Spirulina chất lượng tốt là giống hấp phụ ít nhất các chất độc trong cùng điều kiện thí nghiệm.
– Chọn giống cho năng suất cao, dễ thu hoạch, dễ thích nghi, sức chống chịu tốt với điều kiện môi trường.
– Giống Spirulina phải được mua ở những cơ sở uy tín. Đồng thời nơi nuôi trồng Spirulina cũng nên được trang bị những phòng thí nghiệm để phục vụ cho công tác giữ và nhân giống phục vụ sản xuất.
6. Các vấn đề về quản lý bể nuôi tảo
a. Các yếu tố môi trường, khí hậu
– Ánh sáng: Ánh sáng tự nhiên (hệ thống nuôi hở): thời gian chiếu sáng, cường độ chiếu sáng vừa phải để giúp tảo phát triển tốt (lượng chiếu sáng trong ngày bằng 30% lượng chiếu sáng ở vùng nhiệt đới là tốt nhất). Nếu thời gian chiếu sáng dài, cường độ gây gắt sẽ làm giảm sinh khối tảo, đồng thời ánh sáng cũng làm tăng nhiệt độ, thất thoát oxy trong ao và có thể làm phân huỷ diệp lục tố tảo. Ánh sáng nhân tạo (hệ thống nuôi Spirulina kín): có thể chủ động điều chỉẩónh sáng đúng với nhu cầu của tảo giúp tảo phát triển tốt, tuy nhiên chi phí tốn kém hơn. Thông thường, người ta tận dụng cả nguồn ánh sáng tự nhiên để giảm chi phí. Quản lý: đối với hệ thống hở, nếu lượng chiếu sáng nhiều quá có thể che mát cho ao bằng cách trồng cây xung quanh ao hoặc xây mái che cho ao. Đối hệ thống kín, điều chỉnh lượng chiếu sáng phù hợp bằng cách điều chỉnh hệ thống đèn hoặc hệ thống mái che.
– Nhiệt độ, pH: Nhiệt độ ảnh hưởng đến quá trình sinh trưởng và phát triển của tảo. Nhiệt độ nước cần kiểm tra hai lần trong ngày, cần thiết phải duy trì nhiệt độ không cao hơn 40oC và không thấp hơn 20oC trong suốt cả ngày. Nhiệt độ dưới 20oC tảo không chết nhưng phát triển chậm. Nhiệt độ trên 40oC tảo sẽ chết. Tảo Spirulina phát triển tốt nhất ở 35oC (Vonshak, 1997). Giá trị pH tối ưu cho tảo phát triển là 9,5, tuy nhiên trong các bể nuôi nó dao động từ 10-10,5. Vào buổi chiều do quang hợp mạnh nên pH có thể lên đến 11,5, nhưng ban đêm do quá trình hô hấp nên pH lại trở về khoảng 10-10,5 vào sáng hôm sau.
– Mưa: Ở những nơi có lượng chiếu sáng trong ngày cao, mưa sẽ tốt cho sự phát triển của tảo, nhưng nó có thể làm tràn bể nuôi tảo ra môi trường ngoài. Do đó, ta nên xây thành bể cao.
– Gió: Giúp hòa tan lượng oxygen trong không khí vào bể. Nhưng nó cũng có thể mang vật lạ vào bể, có thể ảnh hưởng không tốt cho tảo. Do đó, nên xây mái che cho bể cũng giúp hạn chế vật chất lạ theo gió rơi vào bể.
– Bổ sung các dưỡng chất: Trong quá trình nuôi cần bổ sung thêm các dưỡng chất cần thiết cho tảo theo định kỳ. Thiếu đạm sẽ gây biến đổi sắc tố lam phycocyanin làm tảo bị vàng, tế bào kém phát triển, năng suất thấp. Tỷ lệ K : Na phải ổn định K/Na ≤ 5 là tốt, thiếu K tảo bị vàng. Các cation và anion cần bổ sung trong quá trình nuôi tảo như sau: Carbonate: 2800 mg/lít; Bicarbonate: 720 mg/lít; Nitrate: 614 mg/lít; Phosphate: 80 mg/lít; Sulfate: 350 mg/lít; Chloride: 3030 mg/lít; Sodium: 4380 mg/lít; Potassium: 642 mg/lít; Calcium: 10 mg/lít; Magnesium: 10 mg/lít; Iron: 0,8 mg/lít.
– Ảnh hưởng của kim loại nặng và các chất độc khác: Ngoài chì, asen, còn nhiều ion kim loại gây độc cho tảo theo thứ tự: Cu > Ni > Co > Cr > Cd > Zn. Ảnh hưởng của các hóa chất khác như thuốc nhuộm, thuốc trừ sâu, thuốc diệt cỏ đều gây độc cho tảo. Các chất độc này gây ức chế quá trình phân chia của tảo.
b. Các yếu tố sinh học
Trong quá trình nuôi tảo cần chú ý tới các sinh vật có thể xâm nhập vào hệ thống nuôi và gây hại cho tảo. Sự xâm nhập của sinh vật có hại cho bể nuôi tảo là từ nguồn nước cấp. Do đó, cần chú ý xử lý nguồn nước cấp cẩn thận đảm bảo cho tảo phát triển tốt nhất.
– Động vật chân chèo (luân trùng – Rotifers): Đôi khi các luân trùng nhiễm vào hệ thống nuôi, chúng sẽ dùng tảo lam làm thức ăn. Do đó gây thiệt hại về sinh khối tảo. Có thể tiêu diệt luân trùng bằng cách dừng khuấy bể vào ban đêm, khi đó tảo sẽ sử dụng oxygen để hô hấp dẫn đến động vật chân chèo thiếu oxy rồi chết, tuy nhiên có làm làm tảo thiếu oxy cho quá trình hô hấp. Ngoài ra, có thể dùng lưới (với mắt lưới nhỏ) để vớt chúng hoặc có thể dùng hóa chất để diệt chúng nhưng phải đảm bảo không ảnh hưởng đến tảo và người tiêu dùng.
– Các động vật nguyên sinh: Chúng không độc cho người, cũng không hại tới tảo. Có lẽ chúng còn giúp cho tảo bởi vì tạo ra một lượng nhỏ CO2. Tuy nhiên cũng không nên giữ lại chúng trong hệ thống nuôi tảo.
– Amoeba: Những loài này khác với động vật nguyên sinh ở chỗ chúng ăn tảo. Hiện có khoảng 74 loài amoeba khác nhau. Có một loài trong số chúng gây nguy hiểm cho người đó là Entamoeba histolytica. Các dạng sống dinh dưỡng của amoeba hiếm khi nhìn thấy bên ngoài vật chủ (người, động vật). Chúng lan truyền bằng các bào tử hình trứng, các bào tử này bị tiêu diệt ở nhiệt độ 45oC trong thời gian 1 giờ và ở nhiệt độ 55oC chúng chỉ có thể tồn tại trong vài giây.
– Tảo tạp: Hệ thống nuôi còn có thể bị nhiễm một số loại tảo khác như tảo silic (Navicula), tảo lục (Chlorella). Tuy nhiên hầu hết các loài tảo này sống ở đáy nên khi mật độ Spirulina phát triển dày sẽ ức chế quá trình quang hợp của chúng do ánh sáng không thể xuống được tới đáy. Trong trường hợp các loại tảo này phát triển mạnh, người ta có thể tắt các máy khuấy sau đó thu vớt Spirulina trên mặt chuyển sang bể nuôi khác, sau đó xử lý các loại tảo tạp. Một số loại tảo lam có thể gây độc cho người, tuy nhiên do đặc thù môi trường nuôi tảo Spirulina có pH cao nên các loại tảo này hầu như khó phát triển được.
– Vi khuẩn: Chúng có thể gây tác hại cho con người khi sử dụng tảo. Tuy nhiên giới hạn pH của hầu hết các loài vi khuẩn gây bệnh cũng như nấm mốc, nấm men khoảng 6-8 nên chúng bị tiêu diệt trong bể nuôi tảo Spirulina. Trong trường hợp hệ thống nuôi chứa các vi khuẩn gây bệnh cho người, chúng có thể bị tiêu diệt trong quá trình chế biến sinh khối tảo.
7. Thu hoạch và chế biến tảo
a) Thời điểm thu hoạch Spirulina
– Khi sinh khối tảo đạt > 750 mg/lít thì tiến hành thu hoạch, và nên để sinh khối tảo đang sinh trưởng còn lại ≥ 300 mg/lít. Thời gian bắt đầu thu hoạch thường sau khi xuống giống 7-10 ngày, và quá trình nuôi thu hoạch liên tục kéo dài 3-4 tháng thì thu toàn bộ, làm vệ sinh hồ và chuẩn bị nuôi mẻ mới.
– Ngoài cách xác định thời điểm thu hoạch như trình bày ở trên, ta cũng có thể sử dụng đĩa Secchi (thiết bị đơn giản để đo độ trong của nước trong bể). Khi độ sâu nhìn thấy từ đĩa Secchi đạt từ 1,5-2 cm là thời điểm thích hợp để thu hoạch. Thu hoạch cho đến độ sâu nhìn thấy từ đĩa Secchi là 4 cm thì dừng và bổ sung hóa chất vào bể, tiếp tục vừa nuôi vừa thu hoạch. Đối với 1 kg tảo được thu vớt cần phải bổ sung 1,4 g Mg (tương đương với MgSO4), 7,6 g P (tương đương 42,72 g K2HPO4), 5,25 g sulfur (16,48 g K2SO4), 1 g Ca (2,77 g CaCl2), 4,48 g NaCl (dùng muối biển), 120 g N (260,86 g ure) và các chất vi lượng khác (Lê Văn Lăng, 1999).
Tảo Spirulina được chế biến thành dạng bột (Ảnh: spirulinapowder-review.com)
– Tốt nhất nên thu hoạch tảo vào lúc sáng sớm bởi những lý do sau đây: Nhiệt độ buổi sáng mát nên việc thu hoạch dễ dàng, đỡ mệt nhọc; Có nhiều thời để phơi khô sản phẩm; Lượng protein của Spirulina thu được vào buổi sáng cao hơn những thời điểm khác trong ngày. Nên thu hoạch vào những ngày nhiều nắng để đảm bảo tảo được phơi khô.
b) Phương pháp thu hoạch và chế biến tảo Spirulina
Thu hoạch tảo bằng cách lọc qua màng polyester, đường kính mắt lưới 30 μm. Thiết bị lọc được đặt nghiêng chút ít để có thể tiến hành lọc được liên tục đồng thời rửa và vớt. Sau đó chuyển qua giai đoạn vắt nước bằng máy vắt, ép hoặc nhờ màng rung cho nước chảy bớt xuống. Bánh tảo sau đó được cắt ra từng miếng, khúc nhờ dao; sau giai đoạn này nước vẫn chiếm 70-80 %. Trong giai đoạn này Spirulina do chứa nhiều đạm nên chúng dễ bị vi khuẩn tấn công và lên men tạo ra các sản phẩm không mong muốn trong vòng vài giờ tùy theo nhiệt độ. Vì vậy các trang trại thủ công nhỏ thường phơi bằng cách cho dịch tảo vào trong các hộp kim loại rồi đem phơi ngoài nắng để làm khô tảo.
Người ta còn sử dụng thiết bị đơn giản hình xylanh, một đầu có châm các lỗ nhỏ đường kính 2mm, rồi cho tảo vào trong sau đó ép mạnh một đầu, tảo sẽ chảy ra thành các sợi như sợi mì tiếp theo trải nhẹ lên các khung bằng kim loại hoặc bằng gỗ rồi đưa vào trong các hộp để làm khô. Hộp làm khô có kích thước các lỗ vào và ra bằng nhau cho phép không khí lưu thông được dễ dàng. Người ta có thể cải tiến hiệu quả bằng cách gia nhiệt không khí ở bên dưới tấm kính hoặc bạt plastic trước khi cho chúng vào hộp làm khô.
Ngoài ra để làm giảm lượng nước trong tảo, người ta còn dùng phương pháp đơn giản là trộn bánh tảo với một lượng ngũ cốc khô chưa chế biến như lúa mì, ngô, lúa mạch. Chẳng hạn, để có 5 g Spirulina khô cần có 26,3 ml bánh tảo có trọng lượng 25 g, tiến hành trộn ngũ cốc khô với bánh tảo theo tỉ lệ 10:1. Như vậy, hổn hợp sau khi trộn bao gồm 25 g bánh tảo cộng với 110 g bột.
Ở các trang trại sản xuất lớn, người ta thường sử dụng các máy làm khô tảo (máy sấy). Hệ thống máy thường được sử dụng là máy trộn đa bánh lái quay ngược hai trục được chế tạo bởi công ty Ingeniorfirmaet Halvor Forberg (Na-uy). Thiết bị này được chế tạo theo nhiều kích cỡ khác nhau, chúng được vận hành bởi môtơ điện hoặc có thể chạy bằng xăng đối với những nơi không có hệ thống điện. Đối với hỗn hợp Spirulina – ngũ cốc, đầu tiên cho bột mì vào máy, nhờ vào nguồn nhiệt bên dưới máy sẽ làm cho độ ẩm của bột mì thực tế gần bằng 0. Khi trộn bánh tảo ướt vào bột mì nóng (khoảng 85oC) phần nhiệt trong bột mì sẽ bị hấp thu nhanh chóng và quá trình khử trùng pasteur xảy ra. Hiệu quả của thiết bị này rất cao, chỉ sau 10 giây đã có thể tạo thành sản phẩm hỗn hợp khô. Sản phẩm dưới dạng bột sau đó có thể đem đóng thành bánh và bảo quản trong túi plastic, chống giảm oxy hoá và thất thoát chất dinh dưỡng cho đến khi sử dụng.
Một phương pháp khác để thu nhận được hỗn hợp khô với hàm lượng nước chỉ còn khoảng 40% là cho hỗn hợp chạy qua máy làm mì dẹt có đường kính các lổ khoảng 2 mm và sau đó phơi dưới ánh sáng mặt trời hoặc sấy trong lò. Tuỳ theo mức độ đầu tư và qui mô sản xuất mà có nhiều phương pháp chế biến khác nhau. Tuy nhiên, cần phải chế biến sau cho có thể giữ lại hàm lượng dinh dưỡng trong tảo cao nhất và có thể bảo quản trong thời gian dài.
© Triệu Tuấn, trieutuan.blog