Thời Sự > Giáo Dục

12/10/2011 09:432946 lượt xem

Bạn biết gì về Vi tảo?

Bạn biết gì về Vi tảo?

Tảo thuộc bộ Chlorococcales là các tảo lục đơn bào hay quần thể không di động. Tế bào có thể có hình cầu, hình thoi, hình đa giác. Sắc lạp chỉ có 1 hay nhiều, hình chén, hình phiến...

 1.    Khái niệm:

        Là những vi sinh vật nhỏ bé không thể nhìn thấy hoặc khó nhìn thấy.

Vi tảo (Microalgae) là tất cả các tảo có kích thước hiển vi.Muốn quan sát chúng phải sử dụng tới kính hiển vi. Trong số khoảng 50000 loài tảo trên thế giới thì vi tảo chiếm đến khoảng 2/3.

So sánh một số tính chất của nhóm vi sinh vật:

T/chất

VK

Nấm

Tảo

ĐV ĐBào

Ghi chú

Loại TB

Nhân sơ

Chuẩn

Chuẩn

Chuẩn

 

Kiểu dinh dưỡng

Hoá dị dưỡng(1 số quang dưỡng)

Hoá dị dưỡng hữu cơ

Quang tự dưỡng

Hoádịdưỡng hữu cơ

T/C số đông

đa bào,đơn bào

đơn bào

đa bào(trừ nấm men)

đơn bào,đa bào

đơn bào

 

Cách sắp xếp TB

Riêng lẻ,một số hình thành tập hợp

đơn bào ,sợi không vách ngăn(cộng bào) và sợi có vách ngăn

 

Riêng lẻ, tập hợp

 

PP thu nhận thức ăn

Hấp thụ

Hấp thụ

Quang hợp,Hấp thụ

Hấp thụ,thực bào

T/C số đông

T/C đặc trưng

Trực phân

Bào tử hữu tinh và vô tính

Sắc tố quang hợp và sắc tố hỗ trợ

Chuyển động

 

Thành TB

murein

Hemycelluloes và kitin

cellulose

Không hoặc có lipoprotein

 

pH tối ưu

6,5-7,5

3,8-5,6

Gần trung tính

Trung tính

 

Nhu cầu O2

kị khí đến hiếu khí

hiếu khí

hiếu khí

hiếu khí

 

Chất dự trữ chính

Các loại polysaccarit

glucogen

Tinh bột

Glicogen và nhiều loại polysaccarit

 

2. Phân loại:

          Năm 1969 R.H. Whitake đưa ra hệ thống phân loại 5 giới, trong đó toàn bộ Tảo được xếp trong giới Nguyên sinh. Sau khi đề xuất việc phân chia sinh giới thành 3 lĩnh giới (domain) Carl R. Woese đề xuất hệ thống phân loại 6 giới ( Vi khuẩn, Cổ khuẩn, Nguyên sinh, Nấm, Thực vật, Động vật) thì toàn bộ Tảo vẫn được xếp trong giới Nguyên sinh.

Gần đây, theo P.H. Raven và G.B. Johnson (2002) còn có hệ thống phân loại chia lĩnh giới Sinh vật nhân thật (Eukarya hay Eukaryotic Kingdoms) ra thành 6 giới, gồm có:

-Giới Archezoa: gồm các Nguyên sinh chưa có ty thể, bao gồm Pelomyxa, Giardia.

-Giới Protozoa (Động vật nguyên sinh): bao gồm 14 ngành Nguyên sinh- trong đó có Hypermastigotes, Euglenoides, Slime molds (Nấm nhầy), Choanoflagellates, Dinoglagellates, Ciliates, Apicomplexans, Rhizopods, Heliozoans, Foraminiferans, và Radiolarians.

-Giới Chromista: gồm 10 ngành Nguyên sinh, trong đó có Tảo nâu (Phaeophyta) và Tảo silic (Diatoms )

-Giới Fungi (Nấm): Bao gồm nấm và 1 ngành Nguyên sinh sống hoại sinh là ngành Chytridiomycota.

-Giới Plantae (Thực vật): bao gồm Thực vật và 5 ngành Nguyên sinh (nhiều Tảo lục như Volvox, Ulva, Spirogyra và Tảo đỏ (Rhodophyta).

-Giới Animalia (Động vật).              

Vi tảo thường thuộc về 2 bộ là VolvocalesChlorococcales:

          Bộ Volvocales gồm các vi tảo có lông roi, đơn bào hay thành nhóm, có dạng phân cắt bắc cầu (desmoschisis)

          Bộ Chlorococcales gồm các vi tảo không có tiên mao, đơn bào hay thành nhóm, có dạng phân cắt tách rời (eleutheroschisis)

          Vi tảo trong bộVolvocales là những đơn bào di động hay những nhóm di động đa bào có hình dạng nhất định. Quần thể tế bào là bội số của 2. Tế bào dinh dưỡng có lông roi, di động tự do. Tế bào hình cầu, hình trứng, hình tim, hình bầu dục, hình viên trụ, hình thoi... cũng có loại có hình vô quy tắc. Một số loài không có thành tế bào, chỉ là khối nguyên sinh chất trần. Phần lớn có thành tế bào vững chãi- tầng trong là cellulose, tầng ngoài là pectin. Một số loại có bao keo liên kết các tế bào thành quần thể. Tế bào thường có 2 lông roi dài bằng nhau, một số ít có 4 lông roi, một số rất ít có 1, 6 hay 8 lông roi. Tế bào có 1 hay nhiều sắc lạp, thường có hình chén, cũng có thể có hình phiến, hình đĩa, hình sao. Rất ít loài vô màu. Sắc lạp có 1 hay vài pyrenoid. Thường có điểm mắt ở một phía phần trên của tế bào, một số ít có điểm mắt ở giữa hay ở cuối tế bào. Tế bào dinh dưỡng có nhân đơn bội.

          Khi sinh sản vô tính mỗi tế bào mất đi lông roi, nguyên sinh chất trong tế bào bắt đầu phân cắt tạo ra 2,4,8,19 tế bào. Trong điều kiện môi trường bất lợi lông roi mất đi hay co lại, đình chỉ di động. tế bào tiết ra một tầng keo sau đó phân cắt liên tiếp tạo ra  một quần thể keo, đa bào, vô định hình, đó là giai đoạn quần thể keo (palmella stage). Khi môi trường thích hợp trở lại thì mọc ra lông roi, chuyển sang giai đoạn di động. Các loài nguyên thủy thì mỗi tế bào đều có thể sinh ra quần thể con. Ở các loài đã phân hóa thành tế bào dinh dưỡng và tế bào sinh sản thì chỉ có tế bào sinh sản mới có thể sinh ra quần thể con.

Khi sinh sản hữu tính có loại đẳng giao, dị giao hay noãn giao. Sau khi giao tử kết hợp sẽ hình thành hợp tử. Hợp tử nảy mầm sẽ sinh ra tế bào con hay quần thể con.

 

Sinh sản hữu tính ở vi tảo Chlamydomona

Trong bộ Volvales có cả thảy 6 họ, đều là vi tảo. Đáng chú ý là các chi Dunaliella, Tetraselmis, Haematococcus, Chlamydomonas...

   Tảo thuộc bộ Chlorococcales là các tảo lục đơn bào hay quần thể không di động. Tế bào có thể có hình cầu, hình thoi, hình đa giác. Sắc lạp chỉ có 1 hay nhiều, hình chén, hình phiến, đĩa hay hình lưới. Có 1, nhiều hay không có pyranoid, Tế bào 1 nhân, có lúc có nhiều nhân. Các chi có nhiều ứng dụng thực tiễn là Chlorella,Scenedesmus,...

3. Thuộc các ngành chính

Vi tảo chủ yếu thuộc về các chi trong các ngành sau đây:

1- Ngành Tảo lục (Chlorophyta):

Các chi Closterium, Coelastrum, Dyctyosphaerium, Scenedesmus, Pediastrum, Staurastrum, Dunaliella, Chlamydomonas, Haematococcus, Tetraselmis, Chlorella,...

2-  Ngành Tảo lông roi lệch (Heterokontophyta)

Các chi Melosira, Asterionella, Cymatopleurra, Somphonema, Fragilaria, Stephanodiscus, Navicula, Malomonas, Dinobryon, Peridinium, Isochrysis, Chaetoceros, Phaeodactylum, Skeletonema, Nitzschia......

3- Ngành Tảo mắt (Euglenophyta):

Các chi Phacus, Trachelomonas, Ceratium...

4- Ngành Tảo đỏ (Rhodophyta):

Các chi Porphyridium, Rhodella...

4.  Hình thái cấu tạo của tảo

Tảo có hình thái cơ thể rất đa dạng. Có thể chia thành 8 kiểu hình thái như sau:

1) Kiểu Monad: Tảo đơn bào, sống đơn độc hay thành tập đoàn, chuyển động nhờ lông roi

2) Kiểu Pamella: Tảo đơn bào, không có lông roi, cùng sống chung trong bọc chất keo thành tập đoàn dạng khối có hình dạng nhất định hoặc không. Các tế bào trong tập đoàn không có liên hệ phụ thuộc nhau

3) Kiểu Hạt: Tảo đơn bào, không có lông roi, sống đơn độc.

4) Kiểu Tập đoàn: Các tế bào sống thành tập đoàn và giữa các tế bào có liên hệ với nhau nhờ tiếp xúc trực tiếp hay thông qua các sợi sinh chất

5) Kiểu Sợi: Cấu tạo thành tản (thallus) đa bào do tế bào chỉ phân đôi theo cùng một mặt phẳng ngang, sợi có phân nhánh hoặc không.

6) Kiểu Bản: Tản đa bào hình lá do tế bào sinh trưởng ở đỉnh hay ở gốc phân đôi theo các mặtphẳng cả ngang lẫn dọc. Bản cấu tạo bởi một hay nhiều lớp tế bào.

7) Kiểu Ống: Tản là một ống chứa nhiều nhân, có dạng sợiphân nhánh hay dạng cây có thân , lá và rễ giả (rhizoid). các tế bào thông với nhau vì tuy phân chia nhưng không hình thành vách ngăn

8) Kiểu Cây: Tản dạng sợi hay dạng bản phân nhánh, hoặc có dạng thân- lá- rễ giả. Thường mang cơ quan sinh sản có mức độ phân hóa cao.

Tế bào của tảo có nhiều đặc điểm chung của các sinh vật có nhân thật (Eukarya).

Thành tế bàocủa tảo cấu tạo bởi polysaccharide. Thành tế bào gồm các sợi cellulose liên kết thành bộ xương (skeleton) nhằm bảo vệ và duy trì hình dạng ổn định cho tế bào. Một số tảo có mannan hay xylan thay thế cho cellulose. Ngoài ra còn có phần vô định hình tạo nên chất nền của thành tế bào. Bên ngoài thành tế bào ở một số tảo có màng keo chứa các polysaccharide có giá trị thực tiễn  như alginate, fucoidine, agar, carragenan, porphyrane, furcelleran, funoran... Nhiều tảo đơn bào thành tế bào chỉ là chất nguyên sinh đậm đặc hay chu chất (periplast). Thành tế bào của tảo silic cấu tạo bới chất silic. Một số tảo có lớp muối oxyd sắt calcium carbonat bên ngoài thành tế bào.

Tế bào của nhiều tảo vận động được là nhờ Lông roi (flagella). Roi cấu tạo bởi 9 cặp vi ống bao quanh 2 vi ống ở giữa và được bao bọc bởi màng sinh chất. Hai vi ống giữa xuất phát từ đĩa gốc (dense plates) và thể gốc (basal body).

Màng sinh chất cũng giống như ở các sinh vật khác. Trong tế bào chất có nhiều bào quan khác nhau. Sắc lạp (chromoplast) của tảo có cấu tạo như ở thực vật, gồm hai lớp màng bao bọc, bên trong có chất nền (stroma) cùng với hệ thống các túi dẹt gọi lầ thylakoid. Các thylakoid xếp chồng lên nhau tạo thành loại cấu trúc giống như grana ở thực vật. Trên màng của thylakoid có nhiều chất diệp lục (chlorophyll) và các enzim tham gia vào quá trình quang hợp. Ngoài chất diệp lục (a,b,c,d) còn có thể có các sắc tố carotenoid, phổ biến nhất là b-caroten. Nhiều tảo chứa sắc tố xanthophyll, phycobiliprotein...Trong chất nền của sắc lạp còn có ADN dạng vòng và ribôsom. Đôi khi sắc lạp có một vùng đậm đặc protein liên kết với các sản phẩm dự trữ tạo thành một cấu trúc gọi là nhân tinh bột hay nhân protein (pyranoid). Sắc lạp còn có chứa các giọt lipid nhỏ nằm giữa các thylakoid. Một số tảo còn có thêm một hai lớp mạng lưới nội chất lục lạp (CER- chloroplast endoplasmic reticulum). Còn có các vô sắc lạp gồm leucoplast và amyloplast. Chúng làm nhiệm vụ tích lũy chất dự trữ.

Ty thể của tảo cũng tương tự như ty thể của các sinh vật khác. Đó là bào quan có hai lớp màng bao bọc, màng ngoài trơn nhẵn còn màng trong ăn sâu vào phía trong chất nền và tạo thành những mào (crista) trên đó mang nhiều loại enzim hô hấp. Chất nền của ty thể có chứa ADN và ribosôm. Tế bào của tảo cũng có thể Golgi (Golgi body) như ở tế bào nhiều sinh vật khác. Đó là các túi dẹp xếp hầu như song song với nhau và có hình vòng cung, phía lồi gọi là mặt trans còn phía lõm gọi là mặt cis.

Thể Golgi ở tảo làm nhiệm vụ tổng hợp và tiết ra polysaccharide.

Tế bào chất (cytoplasm) của tảo có chứa ribosom 80S và các giọt lipid. Một số tảo di động có các nhóm hạt lipid màu vàng cam cấu tạo nên các điểm mắt (stigma). Chất dự trữ trong tế bào thuộc về nhiều dạng khác nhau: tinh bột ở tảo lục, floridean ở Tảo đỏ, laminarian ở Tảo nâu, leucosin ở Tảo roi Prymnesiophyta, fructosan ở Tảo lục Acetabularia... Ngoài ra còn có các chất dự trữ phân tử thấp như đường, glycoside, polyol...Tảo có không bào co rút (contractile vacuoles) giúp cho việc duy trì nước trong tế bào và loại bỏ chất thải ra khỏi tế bào.  

Nhân tế bào ở tảo cũng không khác mấy so với các tế bào nhân thực khác nhưng hầu hết là nhân đơn bội. Tảo silic và các pha bào tử thể ở Tảo nâu, Tảo lục và một số Tảo đỏ có nhân lưỡng bội. Nhân có màng kếp bao bọc, trong nhân có ADN.  

5.    Hình thái một số đại diện vi tảo

 

 

1 Dunaliella salina, 2 Chlamydomonas debaryana, 3 Chloromonas tatrae,

4 Chlorogonium elongatum,5 Phacotus lenticularis, 6 Polytoma uvella,

7 Carteria turfosa, 8 Haematococcus pluvialis, 9 Coccomonas orbicularis.

6. Vai trò của vi tảo trong tự nhiên và trong đời sống nhân loại

  Tảo nói chung và vi tảo nói riêng có vai trò rất quang trọng trong tự nhiên và trong đời sống nhân loại. Chúng ta biết rằng đại dương chiếm 71% diện tích bề mặt Trái đất. Một số tác giả Hoa Kỳ cho rằng hàng năm tảo có thể tổng hợp ra trong đại dương 70-280 tỷ tấn chất hữu cơ. Trong các thủy vực nước ngọt tảo cung cấp ôxy và hầu hết thức ăn sơ cấp cho cá và các động vật thủy sinh khác. Tảo góp phần bảo vệ môi trường nuôi thủy sản bằng cách tiêu thụ bớt lượng muối khoáng dư thừa. Canh tác biển là nhằm trồng và thu hoạch các tảo sinh khối lớn và có hàm lượng dinh dưỡng cao. Nhiều tảo biển còn khai thác để sản xuất thạch (agar), alginate, sản phẩm giàu iod... Nhiều tảo đơn bào được nuôi trồng công nghiệp để tạo ra những nguồn thức ăn cho ngành nuôi tôm hay thuốc bổ trợ giàu protein, vitamin và vi khoáng dùng cho người. Một số vi tảo được dùng để sản xuất carotenoid, astaxanthin, các acid béo không bão hòa... Tảo silic tạo ra các mỏ diatomid, đó là loại nguyên liệu xốp, nhẹ, mịn được dùng trong nhiều ngành công nghiệp.

Tảo phân bố hết sức rộng rãi khắp mọi nơi, từ đỉnh núi cao đến đáy biển sâu. Những tảo sống ở lớp nước phía trên được gọi là Tảo phù du (Phytoplankton) còn những tảo sống bám dưới đáy thủy vực, bám trên các vật sống hay thành tàu thuyền được gọi là Tảo đáy (Phytobentos).

Dạng tảo cộng sinh với nấm thành Địa y cũng là dạng phân bố rất rộng rãi và nhiều loài đã được khai thác dùng làm dược phẩm, nước hoa, phẩm nhuộm và các mục đích kinh tế khác (hiện đã biết tới 20000 loài Địa y thuộc 400 chi khác nhau).         

7. Ứng dụng vi tảo trong công nghệ sinh học

7.1.Trồng vi tảo bằng khí thải nhà máy nhiệt điện

Nhu cầu về nhiên liệu ngày một tăngtrongkhi các nguồn nhiên liệu hóa thạch đang có nguy cơ cạn kiện trong tương lai (Giá dầu có thời điểm tăng đến hơn 100USD/thùng), vấn đề đặt ra là tìm các nguồn nhiên liệu “xanh” mới để thay thế. Đồng thời nhu cầu về thực phẩm chức năng và axit béo Omega-3 cũng ngày một cao. Các công nghệ nuôi trồng vi tảo biển bằng khí thải CO2 từ các nhà máy nhà khoa học củaCông Ty TNHH Seambiotic (Israel) đã nghiên cứu và phát triển thành nhiệt điện.

Nuôi vi tảo biển không cần sử dụng đến nước ngọt do đó có thể tiết kiệm được nguồn nước sạch hiếm cót rong tự nhiên. Hơn nữa nuôi vi tảo biển cũng không cần dùng đến đất trồng. So với những giống thực vật được trồng để sản xuất nhiên liệu sinh học thì vi tảo có thể sản xuất lượng dầu lớn gấp 40 lần so với các giống thực vật khác. Mặt khác vi tảo biển được nuôi trồng bằng khí thải CO2 từ các nhà máy nhiệt điện sẽ làm giảm đáng kể lượng khí CO2 thải ra ngoài không khí, làm giảm tác động hiệu ứng nhà kính và góp phần làm sạch môi trường.

Theo nghiên cứu cho thấy khi được nuôi trong bể hở bằng khí CO2, vi tảo này sẽ sinh trưởng lớn hơn gấp 1 triệu lần so với khi chúng sống dưới đáy biển. Và vi tảo biển phát triển tốt và nhanh hơn khi sử dụng khí CO2 thải ra từ các nhà máy nhiệt điện (CO2 chiếm 13%-14%) so với khí CO2 nguyên chất.

Theo các nhà khoa học của Seambiotic Ltd, năng suất nuôi vi tảo đạt được là 20g tảo trên 1m2 bể nuôitrong 1 ngày. Trong đó, người ta có thể sản xuất ra 1 lít nhiên liệu từ 5kg tảo biển và giá của nhiên liệusinh học này là khoảng 1000$/tấn. Còn giá của Omega-3 từ tảo biển là khoảng 100,000$/tấn và thực phẩm chức năng từ tảo biển là khoảng 25,000$/tấn.

7.2. Ăn chay - nên dùng thêm tảo spirulina

Cơ thể của người chay trường, cụ thể hơn là lá gan, trái thận và khung ruột, tuy một mặt tránh được gánh nặng của phế phẩm sản sinh từ tiến trình biến dưỡng chất đạm và chất béo trong thực phẩm gốc động vật như cholesterol, acid uric .., nhưng mặt khác lại khó tránh một số nhược điểm như: Dễ bị bệnh tiểu đường vì người ăn chay có khuynh hướng nêm quá ngọt lại thêm tỷ lệ tinh bột thường quá cao trong khẩu phần. Thiếu các loại sinh tố có công năng phòng bệnh ác tính như A, E, D thường có nhiều trong thịt, trứng, sữa... Bằng chứng là tỷ lệ mắc bệnh ung thư ở người ăn chay, nói chung, không thấp hơn ở người ăn mặn.

Thiếu các loại sinh tố cần thiết cho hệ vận động, biến dưỡng và tạo huyết như tập thể sinh tố B, đặc biệt là acid folic và sinh tố B12. Do đó không lạ gì nếu nhiều người ăn chay dễ thiếu máu hay thậm chí mắc bệnh thống phong (gout) một cách oan uổng vì không hề ăn thịt, uống bia!

Thiếu một số khoáng tố tối cần thiết cho hoạt động của hệ miễn dịch như kẽm, selen, crôm, mangan... tuy cũng có trong mễ cốc nhưng với hàm lượng quá thấp. Không lạ gì nếu không ít người ăn chay hay dị ứng với hóa chất gia dụng, hay dễ bội nhiễm khi trở trời.

Thiếu nhiều chất đạm cơ bản (acid amin) đóng vai trò quan trọng trong tiến trình phục hồi cũng như trong hoạt động của hệ thần kinh, từ phản xạ cơ bắp cho đến chức năng tư duy.

Người ăn chay trường tất nhiên có thể nhưng không nên vì các lý do trên mà phải chấp nhận phản ứng phụ của việc dùng thuốc năm này qua tháng khác. Vấn đề tuy đúng là không đơn giản nhưng giải pháp lại không quá phức tạp nếu người ăn chay đừng quên một tặng vật độc đáo của thiên nhiên: Tảo Spirulina!

                  

 

Spirulina tất nhiên không vô cớ trở thành thực phẩm chức năng quan trọng cho người chay trường. Spirulina sở dĩ độc đáo là do Spirulina hầu như không có chất đường nên là món ăn an toàn cho người sợ béo phì cũng như cho đối tượng có cơ tạng dễ bị tiểu đường.

Spirulina với lượng chất đạm không dưới 70% là nguồn chất đạm nhiều gấp 3 lần thịt bò (20-25%), hơn xa thịt gia cầm (22-30%), và vượt xa sữa tươi (3-4%).

Chất đạm trong Spirulina là tổng hợp của 20 loại acid amin vừa dễ được dung nạp, vừa rất cần thiết cho nhiều chức năng, từ hoạt động của hệ miễn nhiễm bước qua chức năng tư duy cho đến tiến trình tái tạo tế bào.

Spirulina là nguồn bổ sung các loại sinh tố thuộc nhóm kháng ung thư, như sinh tố A với hàm lượng cao hơn trong gan bò, sinh tố E nhiều hơn trong dầu thực vật, tiền sinh tố A với tỷ lệ cao hơn trong rau quả.

Sự hiện diện của tập thể sinh tố B1, B2, B6, B12, PP... trong Spirulina giúp cho các acid amin trong tảo được biến dưỡng một cách tối ưu.

Spirulina nhờ dồi dào về thành phần khoáng tố, như vôi, magnê, phốt-pho, kali, sắt, kẽm, selen, crôm, molybdan ... với hàm lượng cao hơn trong sữa tươi, là biện pháp sinh học để kiện toàn hoạt động của hệ miễn nhiễm và ổn định quy trình biến dưỡng thông qua ảnh hưởng hài hòa trên trục thần kinh - nội tiết. Spirulina nhờ đó là đòn bẩy của nhiều chức năng, từ quy trình chống loãng xương bước qua biến dưỡng chất đường cho đến tiến trình tạo huyết.

Thành phần chất béo loại có cấu trúc hữu ích, như chất béo 3-Omega, là cơ sở để Spirulina triển khai tác dụng tương tranh với cholesterol nội sinh.
Nói một cách tóm lược, Spirulina không chỉ tốt do thành phần toàn diện mà nổi bật nhờ tỷ lệ phân bố lý tưởng giữa đạm, đường, béo, sinh tố, khoáng tố và chất kháng oxy-hóa. Spirulina nhờ đó là món ăn không gây gánh nặng cho đường tiêu hóa. Ngược lại, nhờ hoạt chất trong Spirulina mà các cơ quan giải độc như gan, thận, da hoạt động với hiệu năng tối đa. Không lạ gì nếu nhiều thầy thuốc đã xếp loại Spirulina vào nhóm dược liệu thiên nhiên với công năng kháng ung thư, chống xơ vữa mạch máu và phòng ngừa lão hóa.

Không chỉ có ích cho người ăn chay. Kết quả nghiên cứu gần đây ở Trung tâm Oxy Cao Áp TP HCM cho thấy tác dụng chống thiếu máu của Spirulina trên nhiều đối tượng có huyết áp thấp kinh niên vì hội chứng "văn phòng cao ốc", căn bệnh hiện rất phổ biến ở nhiều người phải làm việc suốt ngày trong văn phòng ô nhiễm vì khói thuốc lá, bụi máy điều hòa không khí, máy in laser, máy photocopy, hóa chất gia dụng như thuốc lau nhà, thuốc lau kính... Đáng tiếc vô cùng vì giải pháp lại tương đối đơn giản nếu đừng quên loài vi tảo mang tên Spirulina.

7.3. Sản xuất dầu sạch từ vi tảo

 Một nhóm khoa học thuộc Viện Nghiên cứu Công nghiệp Điện Trung ương (CRIEPI) hợp tác với Cơ quan Phát triển Năng lượng mới và Kỹ thuật Công nghiệp (NEDO) đã phát triển một phương pháp mới cho phép sản xuất “dầu thô sinh học” từ vi tảo. Phương pháp mới này sử dụng dimethyl ether (DME) trong quá trình chiết xuất dầu, giúp tiết kiệm năng lượng hơn so với các phương pháp trước đó. Dầu tạo ra có giá trị nhiệt khoảng 10.950 calo/g (tương đương 45.792

Trong thành phần tự nhiên của vi tảo có chứa dầu nặng và nhẹ được tổng hợp trong quá trình quang hợp. Xuất phát từ đặc điểm này, vi tảo đã được sử dụng làm nguyên liệu sản xuất “dầu thô sinh học”. Quá trình chiết xuất dầu rất phức tạp vì tảo sinh trưởng trong môi trường nước, do đó nước cũng chiếm một phần đáng kể trong thành phần cấu tạo của tảo. Hiện nay, các loại tảo được ép hoặc vắt ráo nước rồi phơi khô trong lò dưới ánh sáng mặt trời và cuối cùng được tán thành bột. Các công đoạn trên không phá hủy được thành tế bào, do đó cần phải có dung môi hữu cơ để “phá vỡ” các bức tường thành, sau đó mới có thể chiết xuất được dầu.Quy trình sản xuất phức tạp này đòi hỏi tiêu thụ năng lượng rất lớn.

Phương pháp mới của CRIEPI dựa trên việc sử dụng dimethyl ether (công thức hóa học là CH3OCH3) có đặc tính dễ liên kết với các phân tử dầu trong môi trường nước. Hợp chất này có thể thẩm thấu qua các thành tế bào (vốn được tạo nên phần lớn từ nước) để liên kết với các phân tử dầu.

Trong thí nghiệm của mình, nhóm nghiên cứu đã dùng 6,65g tảo và sử dụng phương pháp quay ly tâm để loại bỏ 9% nước của chúng. Sau đó, số tảo này được đưa ngâm trong dung dịch dimethyl ether 20oC trong 11 phút, dưới áp suất 0,5 Mpa và cho kết quả 0,24g “dầu sinh học” được chiết xuất (tương đương 40,1% trọng lượng khối vật liệu khô trong khi nếu áp dụng phương pháp cũ chỉ thu được 0,6%). Dimethyl ether và dầu sẽ được tách ra bằng cách làm bay hơi dung môi (nhiệt độ sôi -23oC). Lượng dung môi bốc hơi sẽ được thu lại và tái sử dụng cho những lần sau. Ngoài ra, có thể làm bay hơi dung môi dưới áp suất mạnh ở nhiệt độ 50oC.

CRIEPI hy vọng sẽ đưa vào áp dụng thực tiễn công nghiệp phương pháp mới này trong 2 năm tới

Theo các nhà khoa học Mỹ, chỉ cần trồng tảo trên 6 triệu ha đất hoang hóa ở Mỹ thì nước này đủ nhiên liệu để xài mà không cần nhập dầu mỏ.

Theo đánh giá của một nhà nghiên cứu sinh học ở Trường đại học California (Mỹ), nếu nước này đưa 15 triệu mẫu (1 mẫu = 0,4 héc-ta) đất hoang hóa vào việc nuôi trồng tảo thì có thể sản xuất ra lượng nhiên liệu đủ để không phải phụ thuộc vào nguồn nhập khẩu dầu mỏ từ Trung Đông.

Một công ty có tên gọi LiveFuels Inc. ở San Francisco (Mỹ), đang đầu tư vào khai thác và nuôi trồng tảo và dự tính 3 năm nữa, mỗi năm công ty có thể tái chế hơn 63.000 lít nhiên liệu trên mỗi mẫu diện tích nuôi trồng tảo.

Mỹ hiện đang nỗ lực tìm kiếm các nguồn nguyên liệu dùng cho việc tái chế nhiên liệu mới thay thế loại nhiên liệu truyền thống là xăng dầu.

Rất nhiều nước trên thế giới đã đầu tư và thử nghiệm việc sử dụng gỗ vụn, cỏ khô, ngô hạt, bã mía... để tái chế nhiên liệu sinh học.

Mới đây, việc khai thác, nuôi trồng tảo để tái chế nhiên liệu sinh học đang thu hút sự quan tâm của các nhà đầu tư Mỹ trong lĩnh vực này và tảo được coi như là một loại "vàng xanh".

Tảo có ưu thế là có khả năng quang hợp tự nhiên và quá trình này sản sinh ra nguồn cung cấp nhiên liệu sinh học dồi dào. Ngoài ra, hoạt động địa nhiệt ở vùng sa mạc có khả năng cung cấp miễn phí nguồn khí các-bon-đi-ô-xít tạo bọt giúp tảo hấp thụ và chuyển hóa thành chất hữu cơ để tái chế thành nhiên liệu.

Việc dùng tảo để sản xuất nhiên liệu sinh học thay thế dầu mỏ giống như một mũi tên bắn trúng hai đích: vừa tạo ra năng lượng vừa làm sạch môi trường.

Mỗi cá thể tảo là một nhà máy sinh học nhỏ xíu sử dụng quá trình quang hợp để chuyển hóa CO2 và ánh nắng thành năng lượng. Hoạt động chuyển đổi của chúng hiệu quả đến nỗi trọng lượng của chúng có thể tăng gấp nhiều lần trong một ngày. Ngoài ra, trong quá trình quang hợp, tảo còn sản xuất ra dầu. Trên cùng một đơn vị diện tích, lượng dầu mà tảo tạo ra nhiều gấp 30 lần đậu nành. Các động cơ diesel có thể đốt cháy trực tiếp dầu tảo. Các nhà khoa học cũng có tinh chế thứ dầu này thành diesel sinh học.

Các nhà khoa học thuộc Đại học Virginia (Mỹ) đang xây dựng kế hoạch tăng khả năng sản xuất dầu của tảo bằng cách cho chúng “ăn” thêm CO2 (chất khí gây hiệu ứng nhà kính chủ yếu) và thả chúng vào các môi trường giàu chất hữu cơ (như nước thải). Điều này vừa tạo ra nhiên liệu sinh học, vừa làm sạch môi trường.

Lisa Colosi, một giáo sư về cơ khí dân dụng và môi trường tại Đại học Virginia, cho biết, lượng dầu mà tảo sản xuất ra chỉ chiếm khoảng 1% trọng lượng của chúng. Bà khẳng định sản lượng sẽ tăng lên tới 40% nếu tảo được bổ sung thêm CO2 và chất hữu cơ.

Mark White, giáo sư tài chính tại Đại học Virginia, cho rằng nếu việc sản xuất nhiên liệu sinh học từ tảo trở nên phổ biến, chi phí xử lý và chôn lấp CO2 sẽ giảm. Thậm chí chất thải rắn có thể trở thành một mặt hàng để mua bán. Ngoài ra, do tảo có khả năng tách nitơ ra khỏi không khí và nước, người ta có thể tạo ra nitơ nguyên chất với chi phí cực rẻ

8.  Nghiên cứu sinh học và kĩ thuật nuôi trồng vi tảo và tảo biển ở Việt Nam

·         Nâng cao các đặc tính di truyền của tảo bằng việc nuôi cấy mô tế bào trong điều kiện phòng thí nghiệm.

·         Áp dung một số phương pháp nghiên cứu dựa trên các kỹ thuật sinh học phân tử (như RAPD, AFLP, đọc trình tự các đoạn gen 16S, 18S, ITS-1-5,8S-ITS2, phương pháp PCR đi từ 1 tế bào (Single – Cell PCR method), Real-Time PCR, điện di nồng độ gel biến tính, lai ADN hay lai RNA bằng phóng xạ hoặc huỳnh quang, kháng thể đơn dòng và đa dòng v..v.) trong việc hỗ trợ định tên khoa học nhanh chóng và  nghiên cứu tính đa dạng di truyền của các loài tảo Việt Nam.

8.1. Nghiên cứu cấu trúc và chức năng quần thể tảo trong các hệ sinh thái khác nhau đặc biệt là hệ sinh thái nước ngọt và biển

·         Khảo sát thực vật phù du và sự xuất hiện và tồn tại của tảo độc và tảo lam và thiết lập mối quan hệ giữa sự nở hoa của nước và các yếu tố môi trường khác nhau (pH, nhiệt độ, cường độ ánh sáng, thành phần dinh dưỡng, nước thải công nghiệp và nước thải dân dụng, thành phần dinh dưỡng của môi trường biển);

·         Nghiên cứu và phân tích độc tố tảo bằng phương pháp thử nghiệm sinh học trên chuột, thử nghiệm liên kết với chất nhận, ELISA, HPLC;

·         Nghiên cứu thành phần loài, xác định và định tên nhanh chóng các loài tảo độc, hại ở các ao hồ và vùng biển Việt Nam dựa trên các đặc điểm hình thái và các phương pháp sinh học phân tử như đọc và so sánh trình tự nucleotit của một số gen 18SrRNA, 16S rRNA, ITS1-5,8S-ITS2, 28S rRNA, 26S rRNA…và phương páp Single – Cell PCR

8.2.  Phát triển các kĩ thuật trong việc xử lí nước thải

·         Sử dụng các chất hấp thụ sinh học có sẵn ở Việt Nam để loại bỏ các kim loại nặng trong nước thải công nghiệp;

·         Áp dụng các phương pháp sinh học trong việc xử lí nước thải giàu N và P.

·          Xử lý sinh học môi trường (Bioremediation) của bùn hoạt tính và nước thải nuôi trồng thuỷ sản;

·         Nghiên cứu sử dụng vi tảo trong xử lý nước thải ở các làng nghề truyền thống như làng bún Phú Đô, sản xuất tinh bột sắn, miến, rong… theo định hướng sản xuất nguyên liệu cho công nghiệp như chất dẻo sinh học bioplastic;

·         Nghiên cứu sử dụng tảo biển Kappaphycus alvarezii, Gracilaria v.v… trong xử lý nước thải nuôi thuỷ sản tập trung và trong việc làm sạch nước thải sau quá trình đã nuôi trồng thuỷ sản.

Nghiên cứu cơ sở sinh lý, sinh hoá và các kĩ thuật nuôi sinh khối một số loài vi tảo (Spirulina, Chlorella, Dunalliella, Chaetoceros, Skeletonema, Labyrinthula, Thraustochytrium, Schizochytrium …) làm thuốc, thực phẩm chức năng và thức ăn tươi sống và nhân tạo cho nuôi trồng thuỷ sản.

·         Xây dựng một tập đoàn giống vi tảo (biển và nước ngọt) phân lập tại Việt Nam theo định hướng ứng dụng chúng trong thực phẩm chức năng cho người, làm thuốc chữa bệnh, phục vụ trong nuôi trồng thuỷ sản, khai thác các chất có hoạt tính sinh học, phục vụ cho xử lý các loại hình nước thải khác nhau và trong thời gian tới được sử dụng cho việc làm nguyên liệu sản xuất nhiên liệu sinh học, chất dẻo sinh học (thân thiện với môi trường và dễ phân huỷ)

·         Nghiên cứu sử dụng vi tảo biển (quang tự dưỡng và dị dưỡng) làm thực phẩm chức năng cho người

·         Nghiên cứu và đưa vào ứng dụng tại các trại nuôi trồng Thuỷ sản miền Bắc (Hải Phòng, Quảng Ninh, Nam Định, Thái Bình v.v…) qui trình công nghệ nuôi trồng một số loài tảo biển chính như Isochrysis, Chaetoceros, Nannochloropsis, Tetraselmis, Chlorella, Chroomonas... làm thức ăn tươi sống cho các đối tượng thuỷ hải đặc sản trong nuôi trồng thuỷ sản như: cá, tôm, ngao, cua, tu hài…

Nghiên cứu, khai thác và ứng dụng các chất có hoạt tính sinh học từ vi tảo và tảo biển Việt Nam

 Nghiên cứu và khai thác các chất có hoạt tính sinh học từ tảo biển như chất kháng viêm, chất chống bám, các axit béo không bão hoà đa nối đôi (EPA, DHA, n-6DPA)

Nghiên cứu sử dụng sinh khối tảo biển sau khi đã chiết rút các chất có hoạt tính (như agar, alginate, làm giấy…) để sản xuất Ethanol và dầu Diessel sinh học; nghiên cứu quá trìnhchuyển hoá sinh khối vi tảo biển tự dưỡng và dị dưỡng giàu hydrate carbon, lipit và PUFAs làm nguyên để sản xuất nhiên liệu sinh học.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1. Hồ Bích Liên, Giáo trình sinh lý thực vật.

2. http://google.vi tao.com.vn

3. http://google.ung dụng vi tao.com.vn

4. http://google.microalgar.com

(Tô Thị Nhựt - CNSH)

    Tin mới nhất

    Tin mới nhất