QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ NUÔI TẢO SPIRULINA SPP

TÓM TẮT NỘI DUNGPHẦN I: MỞ ĐẦUGiới thiệu về tảo Spirulina spp Những Đặc Điểm Chính Về Tảo Spirulina SPP Bảng phân loại khoa học về tảo spirulina spp Phân bố và sinh thái về tảo spirulina

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ TP.HCM

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

  

KHOA MÔI TRƯỜNG & CÔNG NGHỆ SINH HỌC

ĐỀ TÀI:

QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ NUÔI TẢO SPIRULINA SPP

Giảng viên hướng dẫn: TH.S Nguyễn Thị Thu Hương Sinh viên thực hiện:

Trần thị Lý - 0851110013

Lê trung Hiếu - 0851110081

Dân số thế giới đang phát triển không ngừng, cùng với tiến trình công nghiệp hóa hiện đại hóa làm cho diện tích canh tác ngày càng bị thu hẹp Từ chiến tranh thế giới thứ hai trở lại đây, theo tính toán đã có tới 300 triệu người chết do thiếu dinh dưỡng chủ yếu ở các nước châu Phi và châu Á Với xã hội phát triển như ngày nay không ai nghĩ rằng mỗi ngày có tới 33000 trẻ em dưới

5 tuổi chết đói, con số ấy lên tới 12 triệu mỗi năm

Không thể làm ngơ trước tình trạng ấy các nhà khoa học đều nỗ lực không ngừng, và đến năm 1970 nữ Tiến sĩ Clement người Pháp đã nuôi cấy và sản xuất thành công tảo Spirunila thì vấn

đề trên dường như đã được giải đáp Nhưng chỉ đến năm 1990, khi tổ chức nhân đạo Antenna ở Thụy Sĩ đã thành công với ý tưởng dùng tảo Spirulina spp để chống đói nghèo ở những nước kém

và đang phát triển, thì tảo Spirulina spp mới được đưa vào nghiên cứu và nuôi trồng rộng rãi.

Khi đọc nội dung các chuyên đề tốt nghiệp được giao, chúng em đã không ngần ngại chọn tảo spirulina làm đề tài, nuôi trồng và phân tích tảo này là một đề tài rất thú vị và thiết thực đối với nước ta, nhưng vẫn chưa được chú trọng đầu tư nghiên cứu rộng rãi.

Trước tiên em xin chân trọng cảm ơn Th.s Nguyễn Thị Thu Hương giảng viên khoa CNSH Trường Đại Học Kỹ Thuật Công Nghệ TP.HCM đã tận tình hướng dẫn giúp nhóm em hoàn thành chuyên đề này.

MT-Sau cùng, nhóm em xin gửi lời cảm ơn đến quý thầy cô và ban lãnh đạo trong trường.

Nhóm sinh viên thực hiện:

Lê trung Hiếu - 0851110081 Trần Thị Lý - 0851110138

Trang 2/27

Quy trình sản xuất sinh khối tảo Spirulina spp: trung Hiếu và Lý_09CSH01

TÓM TẮT NỘI DUNGPHẦN I: MỞ ĐẦU

Giới thiệu về tảo Spirulina spp

Những Đặc Điểm Chính Về Tảo Spirulina SPP

Bảng phân loại khoa học về tảo spirulina spp

Phân bố và sinh thái về tảo spirulina spp

Lịch sử phát hiện tảo spirulina spp mang tính khoa học

Trên thế giới

Tại việt nam

Sự sinh sản tảo spirulina spp

Điều kiện sinh trường và phát triển tảo spirulina spp

Điều kiện nhiệt độ

Điều kiện pH

Chế độ thổi khí

Nhân tố ánh sán

PHẦN II: Quy trình sản xuất tảo spirulina spp:

Nguyên liệu dùng trong quá trình nuôi tảo

Phân tích thành phần môi trường

Quy trình công nghệ của quá trình sản xuất sinh khối spirulina spp

Những thông số quan trọng trong quá trình nuôi tảo

Thuyết minh quy trình sản xuất sinh khối spirulina spp

Những thiết bị liên quan đến nuôi cấy sinh khối spirulina spp

Những tiêu chuẩn quốc gia liên quan đến sản phẩm sinh khối spirulina spp

PHẦN III: Kết luận và đề nghị đến sản phẩm sinh khối spirulina spp

PHẦN IV: Tài Liệu Tham Khảo Và Bảng Ghi Chú

PHẦN I: TỔNG QUAN

Trang 4/27

Quy trình sản xuất sinh khối tảo Spirulina spp: trung Hiếu và Lý_09CSH01

1 Bối cảnh tại Việt Nam và Nước Ngoài về vấn đề nuôi sinh khối tảo spirulina spp:

ại Việt Nam: đầu tiên, tảo spirulina spp được giáo sư

Ripky D.Fox người Đức (là nhà nghiên cứu các chế

phẩm “tại Hiệp Hội Chống Suy Dinh Dưỡng bằng Những

Sản Phẩm Từ Tảo”) đưa vào Việt Nam từ năm 1985

T

Lãnh vực nghiên cứu: từ năm 1985 – 1995, trong 10 năm

đó đã có những nghiên cứu thuộc lãnh vực công nghệ sinh

học cấp nhà nước được biết đến có nghiên cứu của G.S T.S

Nguyễn Hữu Thước và cộng sự (“thuộc viện công nghệ sinh học viện khoa học và công nghệ Việt Nam”) đề tài “Công Nghiệp Nuôi Trồng và Sử dụng Tảo Spirulina”

Lãnh vực y học: có đề tài cấp thành phố là nghiên cứu của B.S Nguyễn Thị Kim Hưng và cộng sự với đề tài “Nghiên cứu sản xuất và sử dụng thức ăn có tảo spirulina spp trong dinh dưỡng điều trị”

Những cơ sở nuôi tảo spirulina spp tại Việt Nam:

Cơ sở Châu Lát tại sông Thuận Hải

Cơ sở Suối Nghệ tại Đồng Nai

Cơ sở Dacminh tại Đắc lắc

(thông tin từ một nhóm sinh viên trường Đại học Nông Lâm)

ại các quốc gia khác: được kể đến là nước Mỹ, nước Nga, nước Pháp, nước Nhật

và những nước khác nữa

T

Tại nước Mỹ: có hệ thống nuôi tảo spirulina spp bằng ống nhựa trong suốt dạnh chữ U, với tổng chiều dài ống là 21m, đường kính ống là 1.2m, tổng chiều cao ống nhựa là 6.25m Trong hệ thống này: không khí bên ngoài được bơm vào hệ thống ống vào phần dung dịch bên trong để tế bào tảo đồng hóa Đồng thời, năng lượng ánh sáng mặt trời xuyên qua ống để đến những tế bào tảo spirulina spp để thực hiện quá trình quang hợp

Tại nước Pháp: có và đang sử dụng hệ thống nuôi tảo spirulina spp với tổng diện tích đến 5,000m2

giáo sư Ripky D.Fox người

Tại nước Nhật, và Nga: có hệ thống nuôi tảo spirulina spp với dạng hình trụ, kích thước đường kính từ 6 – 8m, chiều cao trụ từ 1 – 2m Trong đó, tổng chiều cao dung dịch đề nuôi tảo spirulina spp là từ 0.7 – 1.4m (chiếm 70% tổng chiều cao trụ).

2 Lịch sử phát hiện tảo spirulina spp mang tính khoa hoc:

Lịch sử phát hiện đầu tiên về tảo spirulina spp mang tính khoa học: vào năm 1960, bà tiến sĩ Clement nhà khoa học người Pháp khi đến bờ hồ TChad tại Trung Phi, một vùng đất khô cằn quanh năm Tuy nhiên, những người tại đây thể lực rất cường tráng và khỏe mạnh Khi bà được biết về thức ăn mà những người tại đây sử dụng là một loại bánh màu xanh được làm từ một loại, thứ nằm rãi rác trên bờ hồ TChad được vớt về, đem phơi làm bánh Đem về, qua phân tích: tiến sĩ Clement phát hiện ra loại thức ăn những người đang sử dụng là một loại tảo giàu dinh dưỡng là tảo spirulina spp

Trang 6/27

Quy trình sản xuất sinh khối tảo Spirulina spp: trung Hiếu và Lý_09CSH01

Những thành phần hóa học về tảo spirulina spp

Sốthứ tự Thành phần

Lượng %chất khô

Bảng thành phần dinh dưỡng từ tảo spirulina spp (thông tin từ Avigad Vónhak):

Trang 8/27

Quy trình sản xuất sinh khối tảo Spirulina spp: trung Hiếu và Lý_09CSH01

Đặc điểm sinh lý tảo spirulina spp: hình thái tảo Spirulina spp có những đặc điểm

sau: khi quan sát tảo spirulina spp dưới kính hiển vi, hình dạng tảo spirulina spp cụ thể

như sau:

− Tảo spirulina spp có màu xanh lục, thuộc dạng đa bào và có vác ngăn giữa những tế bào đơn tảo

− Xoắn theo kiểu lò xo từ phải qua trái

− Tổng chiều dài tảo spirulina spp 0.25 mm

− Đường kính tảo spirulina spp từ 35 - 50µm

− Mỗi bước xoắn của tảo spirulina spp 60µm

− Cách thức di chuyển của tảo spirulina spp trượt xung quanh trục của tảo, vận tốc 5µm

− Thuộc nhóm tự dưỡng quang năng vô cơ

− Thuộc nhóm hiếu khí bắt buộc

Đặc điểm hóa sinh của tảo spirulina spp

Bộ máy quang hợp spirulina spp

Quá trình quang hợp của tảo spirulina spp được thực hiện trên màng thylakoid nằm trên màng tế bào

Quang hợp là quá trình trao đổi chất bắt buộc đối với những tế bào thuộc nhóm

tự dưỡng quang năng vô cơ Trong đó, quang hợp thực chất là một quá trình chuyển đổi năng lượng từ dạng năng lượng ánh sáng (quang năng) thành dạng năng lượng hóa năng dưới dạng các nguồn đường đơn glucose Đó là một quá trình xảy ra liên tục từ năng lượng ánh sáng mặt trời được những sắc tố của tảo spirulina spp hấp thu để phân

ly nước (H2O) thành dòng điện tử electron để tạo năng lượng sinh học thông qua chuổi chuyền điện tử; đồng thời, dòng điện tử được xảy ra thì luôn có sự tái tạo phân tử NADPH2 từ NADP+ Cuối cùng, ATP và NADPH2 sinh ra được hai enzyme đặc hiệu là

ribulose kinase phosphate và ribulose carboxylase dùng để cố định phân tử CO2 thông qua nhiều phản ứng hóa học để tạo thành đường glucose Tổng thể quá trình như sau:

Trước tiên, quá trình quang phân ly nước để tạo ATP và tái tạo NADP+ thành NADPH2 thông qua chuổi chuyền điện tử sau:

Đồng thời, lượng ATP và NADPH2 được sinh ra được hai enzyme đặc hiệu dùng để cố định CO2 như sau:

Enzyme ribulose carboxylase cố định

3 phân tử CO2 vào 3 đường ribulose –

5 – phosphate có sự tham gia của 3

phân tử H2O và tạo thành 6 phân tử

glycerate 3 – phosphate Tiếp theo,

ngay lập tức enzyme glucerate kinase

sử dụng 12 phân tử ATP gắn lên 12

phân tử glycerate 3 – phosphate này

tạo thành 12 phân tử glycerate 1,3 –

diphosphat và đồng thời trả lại 12 phân

tử ADP Kế đến, enzyme glycerate 1,3 – diphosphat dehydrogenase và coenzyme

NADPH 2 được dùng để khử 12 phân tử glycerate 1,3 – diphosphat thành 12 phân tử

glyceraldehyde – 3 phosphat; đồng thời giải phóng 12 phân tử phosphate vô cơ và trả

lại 12 phân tử NADP + Cuối cùng, glyceraldehyde – 3 phosphat thông qua hàng loạt

phản ứng hóa học trong tế bào tảo để tạo thành những thành phần cần thiết cho tế bào thông qua hình sau

Tổng thể quá trình cố định CO2, tế bào tảo đã phải sử dụng và hoàn trả lại

− 18 phân tử ATP (12 phân tử cho

cố định CO2 và 6 phân tử để tái tạo

đường Ribulose – 5 phosphat)

− 12 phân tử NADPH2

− 6 phân tử H2O

− Và một lượng H2O được dùng

trong quá trình quang phân ly H2O

− Một lượng lớn nguồn năng

Sự tăng trưởng tảo spirulina spp:

I.4.1 Bảng phân loại tảo spirulina spp theo khoa học:

Giống (Species): Spirulina

Loài (genus): S.plentasisvà S.Chlorella

Những nhu cầu dinh dưỡng cho tảo spirulina spp

Nguồn dinh dưỡng Carbon: được cung cấp dạng NaHCO3, và khí CO2 hòa tan với vai trò làm bộ khung sườn Carbon, và tổng hợp năng lượng sinh học ATP

Nguồn dinh dưỡng Nitơ: được cung cấp dạng NaNO3 hòa tan Nitơ là thành phần cấu tạo 20 acid mine để tổng hợp những enzyme, những protein, hiện diện trong pyrine, pyryminde, thành phần quan trọng trong cấu trúc chlorophyll a, b và phycocyanine, ATP, RNA, tại đầu ưa nước của những phân tử lipide… và, những

thành phần quan trọng cần thiết cho sự sống tảo spirulina spp.

Nguồn dinh dưỡng khoáng đa lượng: những nguyên tố Mg2+, Ca2+, S4+, K+, Na+,

P4+, Cl- là những thành phần tham gia cấu tạo cấu trúc tế bào tảo spirulina spp.

Nguồn dinh dưỡng khoáng đa lượng bổ sung: là những nguyên tố Ni2+, Co2+, Ti3+,

Cr5+ với nồng độ lớn được bổ sung vào môi trường để tạo môi trường thích hợp cho tảo spirulina spp Vì, tảo spirulina spp là loại tảo sống tại biển nên cần phải có những nguyên tố với lượng cao này

Nguồn dinh dưỡng khoáng vi lượng: những nguyên tố Bo4+, Zn2+, Mn2+, Cu2+,

Mo là những cofactor kim loại của một số enzyme trong tảo Với vai trò hoạt hóa và

là thành phần liên kết tại tâm hoạt động của những enzyme giúp những enzyme

thực hiện chức năng sinh học thông qua sự cho - nhận điện tử của những nguyên tố

Trang 14/27

Quy trình sản xuất sinh khối tảo Spirulina spp: trung Hiếu và Lý_09CSH01

này Dù là một lượng nhỏ, nhưng không thể thiếu cho sự sống của tảo spirulina spp Nếu những nguyên tố vi lượng này thiếu thì tảo không thể tổng hợp được những thành phần quan trọng cho sự sống của những tế bào của tảo spirulina spp.

Những nhân tố ảnh hưởng đến sự sinh trưởng và phát triển của tảo spirulina spp.

Nhân tố nhiệt độ

− Nhiệt độ là yếu tố vật lý ảnh hưởng lớn đến những phản ứng hóa sinh bên trong tế bào tảo spirulina spp Đồng thời, ảnh hưởng mạnh đến sự sinh trưởng và sinh sản của tảo spirulina spp thông qua sự ổn định của cấu trúc không gian 3 chiều và những bào quan của tảo spirulina spp

− cho phát triển tảo spirulina spp: 18 – 40oC

phát triển và sinh sản của tảo: 32 – 40oC Trong đó,

là 35oC

Chý ý: Nhiệt độ > 40oC tảo spirulina spp chết sau 6 ngày

Nhiệt độ <18oC tảo sẽ chết

Nhiệt độ < 25oC tốc độ sinh trưởng của tảo spirulina spp chậm

Nhân tố pH: là yếu tố hóa học rất quan trọng trong sự trong sự sinh trưởng và phát

triển của tảo spirulina spp Liên quan đến sự bền vững cấu trúc không gian 3 chiều của những enzyme và protein trong tảo

Chú ý: nếu pH trong vùng 10 - 11 tảo vẫn phát triển nhưng với tốc độ tạo sinh khối rất chậm.

Nếu pH 7: tảo spirulina spp vẫn sống nhưng tốc độ tạo sinh khối chậm

Chế độ thổi khí: lượng khí được cung cấp 2% liên tục trong chế độ có ánh

sáng mạnh và có mặt của là điều kiện tối ưu cho sự hình thành sinh khối tảo spirulina spp

Nhân tố ánh sáng: là yếu tố vật lý rất quan trọng rất cần thiết cho sự phát triển

của tảo spirulina spp Lượng ánh sáng cần được cung cấp liên tục để hình thành sinh khối tảo tối đa (tảo spirulina spp không bị ảnh hưởng trong chu kỳ ngày và đêm)

Cường độ ánh sáng thích hợp được sắc tố tảo hấp thụ:

Trang 16/27

Quy trình sản xuất sinh khối tảo Spirulina spp: trung Hiếu và Lý_09CSH01

PHẦN II

3 QUY TRÌNH SẢN XUẤT TẢO SPIRULINA SPP

a Nguyên liệu dùng trong quá trình nuôi tảo

Trang 18/27

Quy trình sản xuất sinh khối tảo Spirulina spp: trung Hiếu và Lý_09CSH01

Môi trường cơ bản

(môi trường Zarrouk)

Thành phần Lượng sử dụng

0.1g/200ml0.5g/200ml7H2O 0.04g/200ml

Trình tự tiến hành pha môi trường:

1 Cân chính xác và hòa tan 16.8g NaHCO3 trong 500ml nước cất bằng một becher sạch thứ 1

2 Cân và pha chính xác cách thành phần trong môi trường cơ bản đúng với lượng sử dụng theo

số liệu trong becher thứ 2

3 Cân và pha chính xác cách thành phần trong môi trường bổ sung 1 đúng với lượng sử dụng theo số liệu trong becher thứ 3

4 Cân và pha chính xác cách thành phần trong môi trường bổ sung 2 đúng với lượng sử dụng theo số liệu trong trong becher thứ 4

5 Lắc đều và hút chính xác 10ml dung dịch môi trường cơ bản cho vào becher 1000ml

6 Lắc đều và hút chính xác 1ml dung dịch bổ sung 1 cho vào becher trên

7 Lắc đều và hút chính xác 1ml dung dịch bổ sung 2 cho vào becher trên

8 Thêm đến vạch bằng nước cất

Hấp khử trùng môi trường Nếu sử dụng hồ lớn thì vẫn pha môi

b Phân tích thành phần của môi trường:

Môi trường cơ bản (môi trường Zarrauk)

K2HPO4 cung cấp phosphate và ion K+ tồn tại dạng hòa tan ion K+ và HPO4 Vai trò:

Phosphate: là thành phần tham gia cấu tạo ATP, Purin, Pyrinmidin, lipide, RNA, Pyruvate, được gắn vào những phân tử giúp enzyme thực hiện chức năng sinh học

Trang 20/27

Quy trình sản xuất sinh khối tảo Spirulina spp: trung Hiếu và Lý_09CSH01

Quy trình nuôi tảo Spirulian spp:

Lọc

Rửa

Tảo ướt 20% nước

Bể chứa những hóa chất bổ sung Tảo giống

Không khí

Dạng tươi: chế biến thành bột dinh dưỡng

Sấy khô: sản xuất dạng thuốc, hoặc bảo quản

Chiếc xuất

Thực phẩm chăn nuôi

Những acid amin Phycocyanin Polysacharide Karotenoid

Xử lý nước thải Năng lượng

ánh sáng

Thuyết Minh Quy Trình Sản Xuất Tảo:

Mục đích nhân giống: là cung cấp đủ số lượng tảo spirulina spp cho thiết bị nuôi chính.Mục đích xử lý nước: là loại bỏ những chất, phân tử, những vi sinh vật lạ độc hại hiện diện trong nước ảnh hưởng đến quá trình sinh trưởng và phát triển của tảo

Mục đích của cung cấp không khí: cung cấp nguồn Carbon thông qua khí CO2 và khí O2 cho tảo

Mục đích sử dụng bể chứa những hóa chất bổ sung: được dùng để cung cấp những nguồn dinh dưỡng cho tảo trong quá trình nuôi tảo

Mục đích hồ nuôi tảo: được dùng để tăng sinh khối tảo như mong muốn

Mục đích của lọc: loại bỏ nước (còn xót lại một ít thành phần môi trường) và thu nhận sinh khối tảo spirulina

Mục đích của xử lý nước thải: để trả lại nguồn nước sạch cho môi trường sinh thái không gây ô nhiễm môi trường sống của những sinh vật khác

Mục đích của rửa: để loại bỏ những chất, phân tử còn sót lại trên sợi tế bào tảo

Mục đích của chiếc xuất: để phá vỡ cấu trúc tế bào và giải phóng những acid amin, Phycocyanin, Polysacharide, Karotenoid và thu nhận những phân tử này dạng tinh khiết Đồng thời, phân xác sinh khối tảo được sử dụng làm nguồn dinh dưỡng trong chăn nuôi

Mục đích cung cấp nguồn ánh sáng: ánh sáng là yếu tố quan trọng và rất cần thiết để tạo năng lượng ATP giúp tảo tăng sinh khối và thực hiện những chức năng khác cho tế bào sống của tảo