nghiên cứu nuôi spirulina trong môi trường tạp dưỡng có cung cấp co2 ở hệ thống kín

SỞ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THÀNH ĐOÀN TP. HỒ CHÍ MINH TP. HỒ CHÍ MINH CHƯƠNG TRÌNH VƯỜN ƯƠM SÁNG TẠO KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ TRẺ X * W B B Á Á O O C C Á Á O O N N G G H H I I Ệ Ệ M M T T H H U U N N G G H H I I Ê Ê N N C C Ứ Ứ U U N N U U Ô Ô I I S S P P I I R R U U L L I I N N A A T T R R O O N N G G M M Ô Ô I I T T R R ƯỜ ƯỜ N N G G TẠ TẠ P P D D ƯỠ ƯỠ N N G G CÓ CÓ C C U U N N G G C C Ấ Ấ P P C C O O 2 2 Ở Ở H H Ệ Ệ T T H H Ố Ố N N G G KÍ KÍ N N (Đã được chỉnh sửa theo góp ý của Hội đồng nghiệm thu ngày18 tháng 3 năm 2010) Chủ nhiệm đề tài: PHAN VĂN DÂN Cơ quan chủ trì: TRUNG TÂM PHÁT TRIỂN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ TRẺ THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH THÁNG 5/2010 LỜI CẢM ƠN Xin được gửi lời cảm ơn chân thành đến: Sở Khoa học và Công nghệ TP. Hồ Chí Minh đã tạo điều kiện và cấp kinh phí để chúng tôi thực hiện đề tài và nâng cao kỹ năng thực hiện công việc. Trung Tâm phát triển Khoa học và Công nghệ trẻ TP. Hồ Chí Minh, đặc biệt là chị Đoàn Lê Mỹ Hạnh đã giúp đỡ chúng tôi trong quá trình thực hiện đề tài vườn ươm này. Viện Sinh H ọc Nhiệt Đới đã giúp đỡ và tạo mọi điều kiện trong thời gian chúng tôi thực hiện đề tài này. Các cá nhân tham gia thực hiện đề tài đã cùng phối hợp làm việc trong thời gian thực hiện đề tài. Lời cảm ơn chân thành xin gửi đến các em sinh viên đã giúp chúng tôi hoàn thành các nội dung của đề tài TP. HCM, ngày 11 tháng 11 năm 2009 II MỤC LỤC Trang Tóm tắt đề tài (gồm tiếng Việt và tiếng Anh) I Mục lục II Danh sách bảng III Danh sách hình IV Danh sách đồ thị V Danh mục sơ đồ VI PHẦN MỞ ĐẦU 1 1. Tên đề tài Chủ nhiệm đề tài Cơ quan chủ trì Thời gian thực hiện đề tài Kinh phí được duyệt Kinh phí đã cấp 1 2. Mục tiêu 1 3. Nội dung 1 4. Sản phẩm của đề tài 1 CHƯƠNG 1. T T Ổ Ổ N N G G Q Q U U A A N N 1 1 . . 1 1 . . Tổng quan về Spirulina 1.1.1. Lịch sử phát hiện và sử dụng Spirulina 3 1.1.2. Phân loại học 4 1.1.3. Phân bố 5 1.1.4. Về khả năng tạp dưỡng của Spirulina 5 1.1.5. Đặc điểm sinh học của Spirulina 6 1.1.6. Giá trị dinh dưỡng 7 1.1.6.1. Protein 8 II 1.1.6.2. Acid amin 8 1.1.6.3. Lipid 9 1.1.6.4. Các acid béo 10 1.1.6.5. Carbohydrate 11 1.1.6.6. Acid nucleic 11 1.1.6.7. Sắc tố 12 1.1.6.8. Vitamin 13 1.1.6.9. Khoáng chất 13 1.2. Tổng quan về hệ thống nuôi Spirulina 1.2.1. Hệ hở 14 1.2.2. Hệ kín 16 1.3. Tổng quan về khí carbon dioxide và methane 1.3.1. Carbon dioxide (CO 2 ) 19 1.3.2. Methane (CH 4 ) 20 1.4. Tổng quan về biogas 1.4.1. Khí sinh học (biogas) 20 1.4.2. Những lợi ích của khí sinh học 20 1.4.3. Phân huỷ hữu cơ trong điều kiện kỵ khí 21 1.4.4. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lên men biogas 22 1.4.4.1. Nguyên liệu 22 1.4.5.2. Nhiệt độ 22 1.4.5.3. pH 22 1.5. Tổng quan về okara và dịch tương đậu nành 1.5.1. Giới thiệu về okara và dịch tương đậu nành 22 1.5.2. Quy trình thu nhận okara và d ịch tương đậu nành 24 CHƯƠNG 2. NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP 2.1. Chế tạo bể lên men biogas 26 2.1.1. Mô tả thí nghiệm 26 2.1.2. Phương pháp nghiên cứu 26 II 2.1.3. Các chỉ tiêu theo dõi 26 2.1.4. Sản phẩm cần đạt 26 2.2. Xây dựng mô hình hệ thống kín nuôi Spirulina 26 2.2.1. Mô tả thí nghiệm 26 2.2.2. Phương pháp nghiên cứu 26 2.2.3. Các chỉ tiêu theo dõi 26 2.2.4. Sản phẩm cần đạt 27 2.3. Nuôi Spirulina 2.3.1. Thí nghiệm 1: xác định nồng độ tế bào ban đầu để nuôi Spirulina trên môi trường Zarrouk 27 2.3.1.1. Mô tả thí nghiệm 27 2.3.1.2. Phương pháp nghiên cứu 27 2.3.1.3. Chỉ tiêu theo dõi 27 2.3.1.4. Sản phẩm cần đạt 27 2.3.2. Thí nghiệm 2: nuôi Spirulina trong hệ hở trên môi trường Zarrouk 27 2.3.2.1. Mô tả thí nghiệm 27 2.3.2.2. Phương pháp nghiên cứu 28 2.3.2.3. Chỉ tiêu theo dõi 28 2.3.2.4. Sản phẩm cần đạt 28 2.3.3. Thí nghiệm 3: nuôi Spirulina trong hệ kín trên môi trường Zarrouk sục không khí liên tục ở ba vận tốc khác nhau 28 2.3.3.1. Mô tả thí nghiệm 28 2.3.3.2. Phương pháp nghiên cứu 28 2.3.3.3. Chỉ tiêu theo dõi 28 2.3.3.4. Sản phẩm cần đạt 28 2.3.4. Thí nghiệm 4: xác định tỷ lệ dịch tương đậu nành thích hợp để nuôi Spirulina 28 2.3.4.1. Mô tả thí nghiệm 28 2.3.4.2. Phương pháp nghiên cứu 29 2.3.4.3. Chỉ tiêu theo dõi 29 II 2.3.4.4. Sản phẩm cần đạt 29 2.3.5. Thí nghiệm 5: nuôi Spirulina trong hệ kín trên môi trường Zar- (môi trường Zarrouk không có NaHCO 3 ) và DTĐN (Zar-+DTĐN), sục không khí 29 2.3.5.1. Mô tả thí nghiệm 29 2.3.5.2. Phương pháp nghiên cứu 29 2.3.5.3. Chỉ tiêu theo dõi 29 2.3.5.4. Sản phẩm cần đạt 29 2.3.6. Thí nghiệm 6: nuôi Spirulina trong hệ kín trên môi trường Zar-, sục biogas 29 2.3.6.1. Mô tả thí nghiệm 29 2.3.6.2. Phương pháp nghiên cứu 30 2.3.6.3. Chỉ tiêu theo dõi 30 2.3.6.4. Sản phẩm cần đạt 30 2.4. Định tính ba loại enzyme protease, amylase, lipase 30 2.4.1. Mô tả thí nghiệ m 30 2.4.2. Phương pháp nghiên cứu 30 2.4.3. Chỉ tiêu theo dõi 30 2.4.4. Sản phẩm cần đạt 30 2.5. Một số phương pháp sử dụng trong đề tài 30 2.5.1. Phương pháp xác định trọng lượng khô của sinh khối 30 2.5.2. Tính năng suất sinh khối (P) 31 2.5.3. Định lượng chlorophyll 31 2.5.4. Định lượng carotenoid 32 2.5.5. Định lượng carbohydrate 33 2.5.6. Xác định carbon hữu cơ tổng số 35 2.5.7. Định lượng đạm tổng số theo phương pháp Kjeldahl 36 2.5.8. Định lượng lipid bằng phương pháp Soxhlet 37 2.5.9. Xác định nồng độ CO 2 38 2.5.10. Xác định hàm lượng khí O 2 theo phương pháp thể tích 38 2.5.11. Xác định cường độ ánh sáng và độ truyền suốt II của vật liệu làm hệ thống 38 2.5.12. Phương pháp xác định tổng nấm men, nấm mốc 39 2.5.13. Kiểm tra E. coli 40 2.5.14. Kiểm tra Salmonella 40 CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1. Kết quả chế tạo bình lên men biogas 42 3.2. Kết quả xây dựng mô hình hệ thống kín nuôi Spirulina 43 3.3. Kết quả nuôi Spirulina 45 3.3.1. Kết quả thí nghiệm 1: xác định nồ ng độ sinh khối ban đầu để nuôi Spirulina trên môi trường Zarrouk 45 3.3.2. Kết quả thí nghiệm 2: nuôi Spirulina trong hệ hở trên môi trường Zarrouk 47 3.3.3. Kết quả thí nghiệm 3: nuôi Spirulina trong hệ kín trên môi trường Zarrouk sục không khí liên tục ở ba vận tốc khác nhau 50 3.3.4. Kết quả thí nghiệm 4: xác định tỷ lệ dịch tương đậu nành thích hợp để nuôi Spirulina 54 3.3.5. Kết quả thí nghiệm 5: nuôi Spirulina trong hệ kín trên môi trường Zar-+ 10% DTĐN (Zar- là môi trường Zarrouk không có NaHCO 3 ), sục không khí liên tục 56 3.3.6. Kết quả thí nghiệm 6: nuôi Spirulina trong hệ kín trên môi trường Zar-, sục biogas 58 3.4. Kết quả định tính ba loại enzyme protease, amylase, lipase 60 3.5. Kết quả xác định chlorophyll và carotenoid 61 3.6. Kết quả xác định tổng nấm men, nấm mốc 62 3.7. Kết quả kiểm tra E. Coli 62 3.8. Kết quả kiểm tra Salmonella 62 3.9. Kết quả xác định cường độ ánh sáng 62 3.10. Kết quả xác định nồng độ CO 2 62 CHƯƠNG 4. KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ II 4.1. Kết luận 64 4.2. Đề nghị 65 PHỤ LỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO III DANH SÁCH BẢNG Bảng 1.1 Thành phần acid amin của sinh khối Spirulina 9 Bảng 1.2 Một số loại acid béo chính của sinh khối hai chủng Spirulina 10 Bảng 1.3 Hàm lượng sắc tố tự nhiên của sinh khối Spirulina 12 Bảng 1.4 Hàm lượng vitamin của sinh khối Spirulina so với nhu cầu hàng ngày 13 Bảng 1.5 Khoáng và các nguyên tố vết của sinh khối Spirulina 14 Bảng 1.6 Ưu, nhược điểm của hệ hở và h ệ kín 16 Bảng 1.7 Các phản ứng sinh methane 22 Bảng 1.8 Thành phần dinh dưỡng của DTĐN từ quá trình chế biến đậu hũ 23 Bảng 2.1 Thí nghiệm xây dựng đường chuẩn saccharose 34 Bảng 2.2 Thí nghiệm phản ứng mầu của đường saccharose 34 Bảng 2.3 Thí nghiệm xây dựng đường chuẩn carbon hữu cơ tổng 35 Bảng 3.1 Hàm lượng carbon tổng số và nitơ tổng số của bã mía và okara 42 Bảng 3.2 Tốc độ tăng sinh của Spirulina với nồng độ sinh khối ban đầu 0,1; 0,2; 0,3; và 0,4 g/l 46 Bảng 3.3 Nồng độ sinh khối Spirulina nuôi trong h ệ hở 48 Bảng 3.4 Hàm lượng các chất của sinh khối Spirulina nuôi ở hệ hở 50 Bảng 3.5 Cường độ ánh sáng và nhiệt độ của dịch nuôi Spirulina trong hệ kín 52 Bảng 3.6 Nồng độ sinh khối Spirulina ở ba vận tốc dòng khí 0,1; 0,3 và 0,5 m/giây 53 Bảng 3.7 Nồng độ sinh khối Spirulina ở tỷ lệ 5, 10, 15% DTĐN 55 Bảng 3.8 Nồng độ sinh khối Spirulina ở hai môi trường nuôi khác nhau 56 Bảng 3.9 Hàm lượng carbon hữ u cơ tổng trong dịch nuôi Spirulina 57 Bảng 3.10 Hàm lượng các chất của sinh khối Spirulina nuôi ở hệ kín trên hai nguồn carbon khác nhau 58 Bảng 3.11 Nồng độ sinh khối Spirulina trong hệ kín trên môi trường Zar-, sục biogas 59 Bảng 3.12 Hàm lượng các chất của sinh khối Spirulina khi nuôi bằng carbon của CO 2 từ lên men biogas 60 Bảng 3.13 Hàm lượng chlorophyll và carotenoid của sinh khối Spirulina trong điều kiện nuôi khác nhau 61 IV DANH SÁCH HÌNH Hình 1.1 Bánh Spirulina bán ở Chad và hóa thạch của sợi đa bào Spirulina 3 Hình 1.2 Lát cắt tế bào S. platensis 6 Hình 1.3 Mô hình sắp xếp vách tế bào S. platensis 7 Hình 1.4 Mô hình bể raceway 15 Hình 1.5 Hệ ống PVC bán rắn 17 Hình 1.6 Hệ tấm PVC rắn 18 Hình 1.7 Hệ kín nằm có nước làm mát 19 Hình 1.8 Bã okara 23 Hình 1.9 Dịch tương đậu nành 23 Hình 3.1 Bình lên men biogas 42 Hình 3.2 Hệ kín nuôi Spirulina 44 Hình 3.3 L ưới lọc sinh khối 44 [...]... Tên đề tài: Nghiên cứu nuôi Spirulina trong môi trường tạp dưỡng có cung cấp CO2 ở hệ thống kín Chủ nhiệm đề tài: KS Phan Văn Dân Cơ quan chủ trì: Trung tâm Phát triển Khoa học – Công nghệ trẻ Thời gian thực hiện đề tài: 12 tháng Kinh phí được duyệt: 80 000.000 Kinh phí đã cấp: 59 000.000 Mục tiêu: 1 Đánh giá được hiệu quả tăng trưởng của S platensis nuôi trong hệ thống kín có cung cấp CO2 từ biogas... tài: 1 Hệ thống kín nuôi Spirulina 2 Quy trình nuôi Spirulina trong hệ kín 3 Bài báo 4 Báo cáo kết quả nghiên cứu 1 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 2 1.1 Tổng quan về Spirulina 1.1.1 Lịch sử phát hiện và sử dụng Spirulina [4], [5], [12], [19], [21] Spirulina là sinh vật sống nguyên thủy cách đây khoảng 3,5 tỉ năm, được cho là có khả năng sử dụng nitơ tan trong nước biển làm nguồn dinh dưỡng cho sự tăng trưởng và... biogas 2 Giảm lượng CO2 nhằm tăng tỉ lệ khí CH4 trong biogas 3 Tận dụng hữu hiệu chất thải lỏng của công nghiệp chế biến đậu nành để nuôi Spirulina 4 Xây dựng quy trình nuôi Spirulina trong hệ kín Nội dung: Công việc dự kiến Công việc đã thực hiện Tạo nguồn cung cấp CO2 và chế tạo mô hình hệ kín 100% Nuôi Spirulina 100% Xác định sự thay đổi tỷ lệ thành phần khí (chủ yếu là CH4 /CO2) 50% Tỷ lệ CH4/O2... hình dạng kín cho phép sản xuất ngay trong thời tiết xấu 1.2.2 Hệ kín [10], [17], [18], [22], [23], [24], [26] Các hệ kín dựa trên những khái niệm thiết kế rất khác nhau và đã được kiểm tra ở quy mô pilot Hệ quang sinh học (photobioreactor, PBR) được coi như là hệ kín (close system) Trong hệ này, các điều kiện nuôi tối ưu thu được nhờ điều khiển toàn bộ hệ thống Dựa vào nhiều kết quả nghiên cứu và phát... Spirulina có thể thu được từ nước có chứa 85 - 270 g muối/lít, môi trường sống tốt nhất chỉ có 20 – 70 g muối/lít Giá trị pH tế bào chất khá cao (4,2-8,5) là một ưu thế cho loài này sử dụng amonia như là nguồn nitơ trong môi trường pH kiềm Môi trường nước thích hợp cho Spirulina có đặc tính: rất giàu Na+ và HCO-3, khá giàu K+ và SO-4, không có hoặc rất thấp Ca++, Mg++ và Cl- 1.1.4 Về khả năng tạp dưỡng. .. thai và trẻ em Calcium, phosphorus và magnesium trong Spirulina có thể so với sữa về số lượng các khoáng này 1.2 Tổng quan về hệ thống nuôi Spirulina 1.2.1 Hệ hở [20], [26], [27] Hệ hở có thể chia thành các nguồn nước tự nhiên (các hồ, các phá, các ao) và các bể nhân tạo hoặc các thùng chứa Sự phát triển cao nhất về mặt kỹ thuật của hệ hở biểu hiện rõ nhất ở thiết kế của các bể raceway, cùng với kích... thực phẩm có chất lượng cao Spirulina được nhắc đến nhiều do có thể sống trong điều kiện nuôi có độ mặn và pH 7 cao, nên bảo đảm vệ sinh trong nuôi cấy, vì có rất ít những của vi sinh vật khác có khả năng sống sót trong điều kiện như vậy 1.1.6.1 Protein Hàm lượng protein trong Spirulina dao động từ 50-70% trọng lượng khô Hàm lượng protein này thấp hơn từ 5-10% tùy vào thời gian thu hoạch và môi trường. .. Sosa-Texcoco Ltd, công việc nghiên cứu này được thực hiện bởi Zarrouk Những kết quả nghiên cứu đạt được là cơ sở cho đánh giá ban đầu về nuôi Spirulina ở quy mô lớn Cho đến nay có rất nhiều nước trên thế giới sản xuất và sử dụng sinh khối Spirulina làm thực phẩm cho người Nhiều tổ chức sức khỏe, tổ chức xã hội ở nhiều nước trên thế giới công nhận Spirulina là thức ăn bổ dưỡng và nó còn được gọi là... thuộc một số nước có nền kinh tế phát triển như Mỹ, Nhật Bản, Đài Loan 15 Bảng 1.6 Ưu, nhược điểm của hệ hở và hệ kín [17], [26] Thông số Bể hở (raceway ponds) Hệ kín Nguy cơ nhiễm Vô cùng cao Thấp Yêu cầu về không gian Cao Thấp Sự mất nước Vô cùng cao Hầu như không Sự mất CO2 Cao Hầu như không Chất lượng sinh khối Không dễ bị ảnh hưởng Dễ bị ảnh hưởng Khả năng biến đổi để có thể nuôi nhiều loài Không... [20] Spirulina trong tự nhiên sống ở các hồ chứa nước giàu bicacbonat (HCO3-), pH từ 8,5 – 11 Hồ lớn nhất nuôi Spirulina ở miền trung châu Phi chạy quanh Lakes Chad và Niger, phía đông châu Phi chạy dọc theo vịnh Great Rift Nhiệt độ sống thích hợp từ 35-370C Khi ở ngoài trời, nhiệt độ 390C trong vài giờ không có tác hại lên khuẩn lam hoặc khả năng quang hợp của chúng Spirulina có thể tăng trưởng ở nhiệt . tài: Nghiên cứu nuôi Spirulina trong môi trường tạp dưỡng có cung cấp CO 2 ở hệ thống kín Chủ nhiệm đề tài: KS. Phan Văn Dân Cơ quan chủ trì: Trung tâm Phát triển Khoa học – Công nghệ trẻ. quả thí nghiệm 2: nuôi Spirulina trong hệ hở trên môi trường Zarrouk 47 3.3.3. Kết quả thí nghiệm 3: nuôi Spirulina trong hệ kín trên môi trường Zarrouk sục không khí liên tục ở ba vận tốc khác. để nuôi Spirulina. 4. Xây dựng quy trình nuôi Spirulina trong hệ kín. Nội dung: Công việc dự kiến Công việc đã thực hiện Tạo nguồn cung cấp CO 2 và chế tạo mô hình hệ kín 100% Nuôi Spirulina