Ảnh minh họa: Internet

Sinh khối vi tảo được đánh giá là nguồn thực phẩm  tiềm  năng  cho  người  và  động vật nuôi nhờ có giá trị dinh dưỡng cao, tốc độ tăng sinh khối lớn, khả năng sống được trong nhiều điều kiện môi trường. Sinh khối vi tảo đặc biệt có ý nghĩa trong ngành nuôi trồng thủy sản, do cần thức ăn sống có giá trị dinh dưỡng cao. Nannochloropsis sp. là một trong những loài vi tảo biển có nguồn dinh dưỡng cao với đầy đủ các thành phần protein, carbohydrate, lipid, acid amin, acid béo không bão hòa, khoáng chất, chất chống oxy hóa và giàu sắc tố. Vi tảo Nannochloropsis sp. phân bố rộng rãi, có vai trò quan trọng trong việc tái tạo hệ sinh thái giảm thiểu ô nhiễm môi trường và được sử dụng làm thức ăn chính cho thuỷ sản như ấu trùng cá, giáp xác, động vật hai  mảnh  vỏ,  thân  mềm,...  (Phượng,  2023; Trung và cộng sự, 2023). Tuy nhiên, việc thu hồi vi tảo ở quy mô lớn hiện đang gặp nhiều thách thức về công nghệ, thiết bị và chi phí. Các phương pháp phổ biến hiện đang được áp dụng để thu hoạch vi tảo gồm ly tâm, siêu lọc, tuyển nổi, keo tụ..., mỗi phương pháp có ưu và nhược điểm riêng. Trong đó, phương pháp keo tụ thể hiện tính vượt trội trong thu hoạch sinh khối vi tảo ở quy mô lớn, giữ được tế bào vi tảo sống có thể tái nuôi cấy, tính khả thi cao về mặt công nghệ và chi phí đầu tư thấp. Gần đây, các nhà khoa học đã nghiên cứu thu hoạch vi tảo bằng polyme sinh học như chitosan nhằm đảm bảo an toàn cho động vật nuôi. Tuy nhiên, hầu hết phương pháp kết tủa vi tảo bằng chitosan được ứng dụng nhiều đối với các loài vi tảo nước ngọt và nước lợ. Hiệu quả thu hoạch vi tảo biển bằng chitosan thấp do bị ảnh hưởng bởi cường độ ion quá cao và độ pH của môi trường. Có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả thu hoạch vi tảo bằng polyme sinh học như chủng vi tảo, kích thước  tế  bào,  mật  độ  và  thành  phần  của  tế bào, loại polyme (trọng lượng phân tử, mật độ điện tích trên phân tử) và hàm lượng chất keo tụ, thành phần môi trường nuôi cấy (Yang và cộng sự, 2016; Pugazhendhi và cộng sự, 2019; Phượng, 2023).

Kết quả các nghiên cứu ứng dụng chitosan để  thu  hoạch  vi  tảo  biển Nannochloropsissp. (kích thước 2-4 mm) có sự khác nhau và được giải thích bởi nhiều cơ chế kết bông vi tảo, bao gồm trung hoà điện tích, quét, bắc cầu, vá và trọng lực (Trung và cộng sự, 2023; Phượng, 2023). Các tương tác giữa chitosan và vi tảo liên quan đến liên hết cộng hoá trị, tương tác tĩnh điện, liên kết hydro, lực van der Waals và các lực đặc hiệu cao khác dẫn đến các cơ chế keo tụ khác nhau (Yang và cộng sự, 2016; Trung và cộng sự, 2023). Trong môi trường dung dịch vi tảo Nannochloropsis sp. tích điện âm bắt gặp chitosan là một polyme tích điện dương làm trung hoà điện tích bề mặt trên tế bào, ngoài ra chitosan còn có thể liên kết các hạt lại với nhau bằng các liên kết bắc cầu thông qua lực hấp dẫn vật lý/hoá học. Tuy nhiên, trong môi trường dịch vi tảo biển có độ mặn cao, chitosan có xu hướng gấp chặt lại và không thể liên kết với các tế bào vi tảo gây ức chế quá trình kết bông (Pugazhendhi và cộng sự, 2019). Vấn đề này cần được nghiên cứu kỹ hơn về tính chất của chitosan ảnh hưởng đến quá trình keo tụ của bông vi tảo biển có kích thước siêu nhỏ (< 5 mm) và môi trường nước biển có pH kiềm trong khoảng 7,5 – 8,5. Trọng lượng phân tử, độ deacetyl, độ nhớt là những tính chất quan trọng quyết định việc ứng  dụng  của  chitosan  trong  các  lĩnh  vực công nghệ sản xuất khác nhau (y dược, thực phẩm, nông nghiệp và môi trường). Chitosan có  độ  deacetyl  cao  (DD  >  90%)  càng  có nhiều nhóm NH3+ tích điện dương và vi tảo Nannochoropsis sp. có điện tích âm, do đó sẽ tăng cường cả hiệu ứng trung hoà điện tích và liên kết bắc cầu nhờ lực đẩy tĩnh điện trong phân tử (Yang và cộng sự, 2016). Chitosan có trọng lượng phân tử cao với mật độ điện tích cao phù hợp ứng dụng thu hoạch vi tảo siêu nhỏ  (Pugazhendhi  và  cộng  sự,  2019; Trung và cộng sự, 2023). Như vậy, khả năng tương tác tĩnh điện của chitosan với các tế bào vi tảo thông qua cơ chế trung hoà điện tích và cơ chế bắc cầu (chitosan mạch dài, Mw cao) hoặc  cơ  chế  vá  (chitosan  mạch  ngắn,  Mw thấp) (Phượng, 2023).

Dịch  vi  tảo  cô  đặc  sau  thu  hoạch  bằng polyme sinh học (chitosan) được xem là thức ăn  sống  tiềm  năng  và  hiệu  quả  trong  nuôi trồng thuỷ sản, đặc biệt là dễ vận chuyển và bảo quản (Phượng, 2023). Kết quả công bố bởi Trung và cộng sự (2023) cho thấy phương pháp thu hoạch bằng muối chitosan có kết hợp điều chỉnh pH môi trường kiềm mang lại hiệu quả cao về hiệu suất thu sinh khối hơn là chỉ sử dụng muối chitosan, nhưng có ảnh hưởng đến hiệu suất thu các chất màu. Điều này được giải thích do sự tác động của độ pH đến quá trình keo tụ, ảnh hưởng đến thành tế bào vi tảo, gây vỡ tế bào (Pugazhendhi và cộng sự, 2019). Trong khi các chất màu ở dạng tự do rất dễ bị hư hỏng, nhưng chưa có nghiên cứu nào quan tâm ảnh hưởng của phương pháp thu đến quá trình bảo quản các chất màu của dịch vi tảo sống.

Mục tiêu của nghiên cứu này là xác định loại  chitosan  với  trọng  lượng  phân  tử  phù hợp để thu hồi sinh khối đậm đặc của vi tảo Nannochloropsis sp., đồng thời đánh giá khả năng bảo vệ các chất màu trong sinh khối theo thời gian bảo quản.

Nghiên cứu này đã xác định các điều kiện hiệu quả để thu hồi sinh khối đậm đặc của vi tảo Nannochloropsis sp. và bảo quản tốt các sắc tố có giá trị bằng phương pháp keo tụ sinh học. Cụ thể, việc sử dụng chitosan với trọng lượng phân tử 520 kDa ở nồng độ 60 ppm cho thấy hiệu suất thu hồi sinh khối cao (88,0%) cùng  khả  năng  bảo  toàn  các  sắc  tố  đáng  kể (thu  hồi  chlorophyll-a  ~95,0%,  carotenoid ~89,0%). Hơn nữa, sinh khối đậm đặc này có thể được bảo quản hiệu quả trong 10 tuần ở nhiệt độ 4±2°C khi bổ sung 0,1% vitamin C, với mức tổn thất các sắc tố thấp (carotenoid ~7%, chlorophyll-a ~5%). Những kết quả này cho  thấy  phương  pháp  thu  hồi  và  bảo  quản được đề xuất có tiềm năng ứng dụng thực tế trong việc cung cấp sinh khối Nannochloropsissp. chất lượng cao cho ngành công nghiệp nuôi trồng thủy sản.