Tạo giá trị khác biệt trên những địa hạt đã “thâm canh”

Tảo spirulina dễ nuôi và đã được nhiều công ty trong nước sản xuất đại trà trong những năm gần đây nhưng tối ưu hoá quy trình sản xuất lại không dễ. Quá trình nghiên cứu và sản xuất tảo Sprirulina của TS. Nguyễn Đức Bách và các đồng sự tại Khoa Công nghệ sinh học, Học viện Nông nghiệp Việt Nam đã minh chứng rằng, ngay cả trong những địa hạt đã được “thâm canh” nhiều, thì sự tìm tòi của nhà khoa học sẽ tạo ra những sản phẩm có giá trị vượt trội.

TS Nguyễn Đức Bách bên hệ thống photobioreactor. Ảnh: Bảo Như.

Không có khoảng cách giữa cơ bản và ứng dụng

Cách đây gần một năm, khi tôi gặp TS. Nguyễn Đức Bách, anh say mê nói về các đề tài nghiên cứu cơ bản nhằm tìm kiếm, chọn nguồn gene, phân lập các giống tảo … trong cả giờ đồng hồ và dẫn tôi đi tham quan phòng thí nghiệm (PTN), nơi các sinh viên của anh đều đang lui cui quan sát, ghi chép từng ống nghiệm nhỏ đang chứa giống tảo. Gần đây, khi tôi quay lại Học viện Nông nghiệp, tìm đường lên PTN của Khoa Công nghệ sinh học mới biết, anh và đồng sự đã thành lập Trung tâm nghiên cứu và phát triển Công nghệ sinh học vi tảo với các mô hình nghiên cứu và thử nghiệm sản xuất. Trước mắt tôi không phải là những bình nón thủy tinh nhỏ, hay các ống nghiệm lưu giữ các chủng giống tảo mà là hệ thống nuôi bao gồm khu thí nghiệm, khu nhân giống, bể sản xuất, và trong căn nhà xưởng vẫn còn chưa có nhiều đồ đạc, đang nóng hầm hập là… những lọ tảo Spirulina thành phẩm đã được kiểm nghiệm theo tiêu chuẩn chất lượng của Bộ Y tế.

Nhờ quá trình nghiên cứu đó, đến nay nhóm nghiên cứu đã có hơn 50 các chủng giống vi tảo có tiềm năng ứng dụng vào sản xuất chẳng hạn như Chlorella vulgaris, Haematococcus pluvialis, Dunalliella, Nannochloropsis… có thể ứng dụng làm thực phẩm chức năng, khai thác axit béo không no, ứng dụng trong nuôi trồng thủy sản và các loài có khả năng triển khai sản xuất ở quy mô lớn để thu sinh khối. “Việc nuôi vi tảo Spirulina chỉ là một ngã rẽ trong nghiên cứu của tôi, bởi vì tôi nghiên cứu rất nhiều giống, nhiều quy trình, và chỉ sử dụng một phần nhỏ trong đó để đưa ra sản xuất” TS. Bách nói.

Tuy nhiên, sau khi đã đảm bảo được nguồn giống, thì vấn đề tiếp theo là môi trường. Bởi tảo là loài dễ sinh trưởng trong các môi trường đơn giản nhờ vào khả năng quang tự dưỡng, nhưng cũng chính vì vậy nên rất dễ bị tạp nhiễm với các loài tảo khác hoặc nguyên sinh động vật, đặc biệt là khi nuôi hở. Chỉ cần sơ suất một yếu tố nhất định trong giai đoạn chuẩn bị giống hay nguồn nước hoặc nguồn dinh dưỡng bổ sung cho môi trường nuôi không đảm bảo đều dẫn đến hậu quả lớn, thậm chí có thể phải bỏ đi cả một bể nuôi tảo hàng chục mét khối.

Do đó để chủ động sản xuất ở quy mô công nghiệp, TS Nguyễn Đức Bách và các đồng nghiệp thiết kế hệ thống nuôi kín photobioreactor gồm 7 module, mỗi module lên tới 1000 lít. Hệ thống photobioreactor này giúp đảm bảo rằng giống được sản xuất với số lượng lớn nhất, mức độ tinh khiết cao nhất. “Số lượng giống được đảm bảo chuẩn lên tới cả nghìn lít thì sẽ giảm tối đa khả năng tạp nhiễm và rút ngắn quá trình nuôi tại các bể sản xuất”, TS. Bách giải thích.

Như vậy, gần như không có khoảng cách nào từ những ống nghiệm ra đến bể nuôi quy mô công nghiệp. Đồng nghĩa là không có khoảng cách giữa công nghệ sinh học và công nghiệp sinh học. “Sự khác biệt ở chỗ chúng tôi nghiên cứu, thử nghiệm xong thì đưa ra sản xuất thử ngay, chính vì thế, khi có chủng tảo nào có tiềm năng mà đã được chúng tôi đánh giá rồi, đồng nghĩa với việc bất kỳ đơn vị nào muốn tiếp nhận để sản xuất thì chắc chắn sẽ sản xuất được, nó là chủng sản xuất, không phải chủng nghiên cứu”, TS. Nguyễn Đức Bách nói.

Trong quá trình nghiên cứu và nuôi trồng tảo này, nhóm của TS Bách chỉ có nguồn kinh phí rất hạn chế. Anh và nhóm tận dụng tiền công lao động tiết kiệm được từ các các đề tài nghiên cứu khoa học cơ bản của PTN để đầu tư vào mua trang thiết bị mở rộng sản xuất thử nghiệm, đồng thời được Học viện Nông nghiệp hỗ trợ 250 triệu để xây dựng nhà lưới và cơ sở hạ tầng. Sau khi sản xuất thử nghiệm xong anh mới bắt đầu tìm kiếm hợp tác với các công ty sản xuất tảo để đầu tư vào sản xuất ở quy mô lớn (xây dựng bể nuôi ở Khu công nghệ cao Hòa Lạc).

Hệ thống bể nuôi trong race-way của nhóm TS. Nguyễn Đức Bách. Ảnh: Bảo Như. 

Know how là quá trình chăm chút … đến từng chi tiết

Sàng lọc chủng giống vi tảo; nhân giống cũng mới chỉ là những khâu đầu tiên, sau đó còn phải nhân sinh khối ở các quy mô, xử lý sinh khối hay tách chiết các hợp chất có hoạt tính sinh học. Câu hỏi là làm thế nào để tạo ra quy trình sản xuất hiệu quả? hay tạo ra sản phẩm có giá trị khác biệt? Câu trả lời của anh Bách là không có đột phá nào cả, mà cần chăm chút và điều chỉnh từng khâu một dựa trên những kiến thức tổng hợp và liên ngành bao gồm sinh học, công nghệ sinh học, vật lý và hóa học và xử lý thống kê…

Nắm được, điều khiển được toàn bộ quy trình đó với mức độ tối ưu chính là “know how”, mà nhóm TS Bách tự nhận là không gì hơn ngoài “kinh nghiệm và xương máu” của cả một quá trình lăn lộn với trải nghiệm thực, lắng nghe, quan sát và tìm cách giải quyết vấn đề. Một trong những ví dụ dễ nhận thấy ở đây là về những ống dẫn nước được thiết kế đan chéo vào nhau thay vì thẳng từ dưới đất lên “cách làm này sẽ giảm áp suất tác động đối với tảo, chúng tôi đã tính kỹ rồi”, TS Bách nói.
Ngoài ra, tất cả các nguồn nguyên vật liệu đều cần được đảm bảo, nhóm của TS. Bách tính toán từng chi tiết nào, vật liệu nào cần phải được nhập khẩu từ Mỹ, Đức, nguồn nào có thể tự tìm được ở trong nước. Ngay cả nguồn nước nuôi tảo cũng phải được lọc qua hệ thống RO, đủ sạch để có thể uống được.

Riêng khâu thu và xử lý sinh khối, vốn chiếm 1/3 chi phí của toàn bộ quy trình sản xuất tảo, lại “ngốn” của nhóm nghiên cứu một thời gian dài, dày công nghiên cứu để đưa ra giải pháp riêng. Bởi vì, lâu nay, khâu này vẫn được xử lý thủ công ở các cơ sở nhỏ hoặc bằng máy ly tâm với chi phí rất lớn ở các công ty. Vì vậy, nhóm của anh Bách nghiên cứu và tìm ra quy trình thu sinh khối bằng cách phát triển phương pháp lọc cơ học kết hợp với rung cơ học để rút ngắn quá trình thu và giảm chi phí nhân công. Quy trình riêng này đang được nhóm nghiên cứu hoàn thiện và đăng ký giải pháp hữu ích.

Chính việc luôn tự đặt câu hỏi để tối ưu hóa từng công đoạn đó đã đem lại kết quả khả quan. Chất lượng của tảo cũng đã được kiểm nghiệm và có giá trị dinh dưỡng cao vượt trội: Hàm lượng protein đạt khoảng 60-65%, thậm chí có thể lên tới 71%; hàm lượng phycocyanin chiếm 14% (bình thường đạt 9% được coi là cao), hàm lượng chlorophyll (diệp lục tố) chiếm khoảng 1,4-1,5%, Axit gamma-linolenic (GLA) đạt 1,5% (bình thường 1% được coi là cao).

Sản phẩm tảo Spirulina của TS. Bách và nhóm nghiên cứu đã được Công ty TNHH Đầu tư phát triển ứng dụng công nghệ sinh học ADB (cơ sở sản xuất tại Hòa Lạc), Công tyCổ phần Công nghệ Sinh học Bảo Khang (Tiên Du, Bắc Ninh) hợp tác để triển khai sản xuất, Công ty cổ phần Công nghệ và Dược phẩm Quốc tế (ITP-Pharma) đặt mua với số lượng lớn để sản xuất các sản phẩm thực phẩm chức năng.

Nguồn: Khoa học và Phát triển