Haematococcus pluvialis là một loài vi tảo lục có nhiều triển vọng trong việc sản xuất astaxanthin ở quy mô lớn. Hợp chất astaxanthin được chiết xuất từ loài tảo này là sản phẩm có giá trị cao, với nhiều ứng dụng như trong chăn nuôi thủy sinh vật, thực phẩm chức năng và trị bệnh cho người nhờ hoạt tính chống oxy hóa cao.
Mô hình hai lớp (Twin layer) là mô hình nuôi tảo cố định được phát triển bởi giáo sư Melkonian và cộng sự (2007) và sau đó được ứng dụng thành công trong nuôi cấy nhiều loài vi tảo khác nhau, bao gồm cả H. pluvialis, đạt năng suất cao. Các nghiên cứu trước đây đã khảo sát ảnh hưởng của các yếu tố đến sinh trưởng của loài vi tảo này khi nuôi cố định nhưng chỉ ở quy mô phòng thí nghiệm nhỏ, ánh sáng nhân tạo, theo chiều thẳng đứng và chủ yếu cho pha cảm biến tế bào tạo astaxanthin.
Hiện nay, kỹ thuật nuôi vi tảo cố định trên hệ thống màng đôi đã và đang được chuyển giao. Đối với điều kiện ở Việt Nam, giáo sư Melkonian đề xuất phương án nuôi cố định trên hệ thống màng đôi theo phương nghiêng để phù hợp với điều kiện ở Việt Nam và có thể mở rộng quy mô sản xuất.
Nhóm tác giả đã tính toán thiết kế, chế tạo thành công hệ thống thiết bị nuôi vi tảo trên hệ thống quang sinh học hai lớp màng quy mô nhỏ theo phương ngang (hệ thống nhỏ) từ các nguyên vật liệu có sẵn trong nước. Tiến hành tuyển chọn khả năng tăng trưởng và sinh astaxanthin từ các chủng tảo CCAC 0125, CCAP 34/13, NIES 144 và HB cho thấy các chủng đều sinh trưởng khá cao và khả năng tích lũy astaxanthin khi gặp điều kiện bất lợi tương đối lớn. Trong đó, chủng CCAP 34/13 cho khả năng tích lũy astaxanthin cao nhất, có thể đảm bảo cho quá trình sản xuất và thu nhận astaxanthin trên quy mô lớn.
Tối ưu hóa quá trình nuôi cấy chủng H. pluvialis có năng suất cao chọn được trên hệ thống nhỏ theo phương ngang, xác định được một số điều kiện nuôi trên hệ thống nhỏ: bổ sung CO2 1,0% vào môi trường dinh dưỡng và cường độ chiếu sáng 470 – 790 μmol photon m-2 s-1 là phù hợp nhất để đạt mức tăng sinh khối khô là 4,92 g/ngày/m2 với tỷ lệ astaxanthin chiếm 1,53% sinh khối khô.
Đồng thời, thiết kế, chế tạo thành công hệ thống thiết bị nuôi vi tảo trên hệ thống quang sinh học hai lớp màng quy mô lớn theo phương ngang (hệ thống lớn) từ các nguyên vật liệu có sẵn trong nước. Tối ưu hóa được quy trình nuôi cấy chủng H. pluvialis có năng suất cao được chọn trên hệ thống lớn theo phương ngang:
+ Đảm bảo nhiệt độ, độ ẩm phù hợp bằng các hệ thống làm mát, hút ẩm để đảm bảo sinh trưởng của vi tảo.
+ Mật độ tảo ban đầu phù hợp nhất là 7,5 g sinh khối khô/m2.
+ Phương thức bổ sung CO2 cho vi tảo phù hợp: sục khí bổ sung CO2 vào môi trường nuôi kết hợp phun không khí sạch lên bề mặt.
+ Hệ thống chiếu sáng hệ thống lớn cho kết quả tăng sinh khối và hàm lượng astaxanthin cao nhất: hệ thống 2 đèn natri cao áp 400W.
Nhóm đề tài cũng xây dựng được quy trình cấy chủng H. pluvialis có năng suất cao trên hệ thống lớn theo phương ngang. Nuôi cấy vi tảo trên hệ thống lớn với quy trình và điều kiện trên cho thấy kết quả tăng sinh khối đạt tối đa là 6,08 g/ngày/m2 với tỷ lệ astaxanthin đạt mức 1,75% lượng sinh khối khô của tế bào.