NGHIÊN CỨU THU HOẠCH TẢO CHLORELLA VULGARIS BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐÔNG TỤ

Xác định được pH của dịch tảo tốt nhất cho thu hoạch tảo bằng phương pháp lắng là pH 11 xử lý bằng dung dịch NaOH 1M... Giới thiệu về Chlorella Tảo lục Chlorella được một nhà sinh vật

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

NGHIÊN CỨU THU HOẠCH TẢO CHLORELLA VULGARIS

BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐÔNG TỤ

Họ và tên sinh viên: LÊ QUANG TÂN

Ngành: CÔNG NGHỆ HÓA HỌC Niên khoá: 2009 – 2013

Tháng 8/2013

NGHIÊN CỨU THU HOẠCH TẢO CHLORELLA VULGARIS

LỜI CẢM TẠ

 

Với lòng biết ơn sâu sắc nhất chúng con xin bày tỏ đến Cha Mẹ và Gia Đình những người đã luôn động viên, khích lệ chúng con trong suốt quá trình học tập và tạo mọi điều kiện tốt nhất cho chúng con hoàn thành khóa luận này

Chúng tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến thầy PGS.TS Trương Vĩnh − Người

đã tận tình truyền đạt cho chúng tôi những kiến thức, những kinh nghiệm quý báu trong suốt quá trình học tập, và đặc biệt trong quá trình thực hiện khóa luận này

Chúng tôi xin gửi lời cảm ơn đến các thầy cô, các anh chị trong Bộ môn Công Nghệ Hóa Học, cùng với tri thức và tâm huyết của mình đã truyền đạt và giúp đỡ chúng tôi trong suốt quá trình thực hiện khóa luận Đồng cảm ơn đến tập thể lớp DH09HH đã luôn là nguồn động viên to lớn cho chúng tôi

TPHCM tháng 8 năm 2013 Sinh viên thực hiện :

Lê Quang Tân – Phạm Đức Hậu

TÓM TẮT

 

Sinh viên thực hiện: Lê Quang Tân – Phạm Đức Hậu, đề tài được báo cáo vào

tháng 8 năm 2013, tên đề tài “Nghiên cứu thu hoạch tảo Chlorella vulgaris bằng

phương pháp đông tụ”

Giáo viên hướng dẫn: PGS, TS Trương Vĩnh

Đề tài đã được thực hiện từ tháng 3/ 2013 đến tháng 8/ 2013 tại phòng thí nghiệm Bộ môn CÔNG NGHỆ HÓA HỌC – Trường Đại học Nông Lâm Tp.Hồ Chí Minh

Nguồn nguyên liệu tảo Chlorella Vulgaris được cung cấp bởi Bộ môn CÔNG

NGHỆ HÓA HỌC trường Đại học Nông Lâm Tp Hồ Chí Minh

Nội dung khóa luận:

a Thực hiện thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của độ pH lên độ lắng của tảo, bằng cách tăng độ pH của dịch tảo bằng dung dịch NaOH, thí nghiệm với ba

e Khảo sát ảnh hưởng của thời gian lắng đến hiệu suất thu hoạch tảo với thời gian lắng là 2 ngày, 3 ngày, 4 ngày, 5 ngày, với hai độ pH là pH 3 và pH 11

f Tiến hành thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của ion Mg2+ lên hiệu suất lắng của tảo, so sánh với khi xử lý tăng pH mà không bổ sung Mg2+, chọn ra nồng độ Mg2+ tối ưu để hiệu suất của quá trình cao nhất

Kết quả thu được như sau:

1 Xác định được pH của dịch tảo tốt nhất cho thu hoạch tảo bằng phương pháp lắng là pH 11 xử lý bằng dung dịch NaOH 1M

2 Chứng minh độ cao dịch tảo và diện tích mặt thoáng dịch tảo có ảnh hưởng đến hiệu suất lắng Độ cao dịch tảo càng thấp thì hiệu suất lắng càng cao và diện tích mặt thoáng càng rộng càng tăng hiệu suất lắng

3 Xác định thời gian cho tảo lắng tốt nhất là 2 ngày Hiệu suất lắng đạt trung bình 87%

4 Chứng minh ion Mg2+ có ảnh hưởng làm tăng hiệu suất lắng tảo Nồng độ

Mg2+càng cao thì hiệu suất lắng càng tăng

ABSTRACT

 

The thesis entitled “A study in harvesting Chlorella vulgarisalgae by

coagulation method”, was carried out by Le Quang Tan and Pham Duc Hau and

completed in August, 2013

Supervisor: Associate Professor Dr.Truong Vinh

This work was practiced from March to August 2013, at laboratory of Chemical Engineering Department – Nong Lam University Ho Chi Minh city

Original Chlorella Vulgaris algae were provided by Chemical Engineering

Department – Nong Lam University Ho Chi Minh city

Contentsof thesis and the obtained results:

a Conducting experiments in the effect of pH level on the algal sedimentation This was done by using Sodium Hydroxide to increase the pH level of the broth

to pH 11, pH 11.5 and pH 12

b Conducting experiments to compare the algal sedimentation efficiency between

pH 3 and pH 11 of algal broth

c Examining the effect the height of algal broth and the surface area of air-liquid interface on the algal sedimentation efficiency

d Examining the effect of pH level and the height of algal brothon the yield of algae harvesting process Complete block design for 2 factors was conducted where the height (8cm, 10cm, 12cm and 14cm) and the pH ( 3 and 11)

e Examining the effect of the time of algal sedimentation on the yield of algae harvesting process Conducting experiments with pH 3 and pH 11, and the time

of sedimentation was 2 days, 3 days, 4 days, 5 days

f Conducting experiments to examine the effect of Magnesium ion on the algal sedimentation efficiency to compare with the process of pH treatment without Magnesium ion.The optimum concentration of Magnesium ion for the highest yield of the process

The results were as follows:

1 pH 11 with the treatment of NaOH 1M was found to be most appropriate to harvesting algae by sedimentation

2 The height and surface of algae broth affected the efficiency of sedimentation process The potential height of algae brothwas as low as possible while its surface was as wide as possible

3 The most sufficient time for the sedimentation was found to be 2 days The average efficiency of sedimentation made up for about 87%

4 Mg2+was proved to increase the sedimentation efficiency.The higher the concentration of Magnesium ion, the better the algal sedimentation efficiency

MỤC LỤC

TRANG TỰA ii

LỜI CẢM TẠ iii

TÓM TẮT iv

ABSTRACT vi

MỤC LỤC viii

DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT x

Chương 1 MỞ ĐẦU 1

1.1 Đặt vấn đề 1

1.2 Mục đích đề tài 1

1.3 Nội dung đề tài 1

1.4 Yêu cầu 2

Chương 2 TỔNG QUAN 2

2.1 Tổng quan về Chlorella 3

2.1.1 Giới thiệu về Chlorella 3

2.1.2 Hình thái và các đặc điểm sinh học về ngành tảo lục 3

2.1.3 Thành phần hóa học của tảo Chlorella 5

2.1.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến sự phát triển của tảo 7

2.1.5 Tiềm năng của dầu sản xuất từ vi tảo 10

2.2 Sản xuất Chlorella Vulgaris 12

2.2.1 Nuôi từng mẻ 13

2.2.2 Nuôi liên tục 14

2.2.3 Nuôi bán liên tục 15

2.3 Định lượng sinh khối tảo 16

2.4 Tách sinh khối tảo 18

2.4.1 Phương pháp lọc: 18

2.4.2 Phương pháp tạo bông: 19

2.4.3 Sấy sinh khối tảo: 20

2.5 Phương pháp trích ly dầu tảo bằng Sohxlet [5] 22

2.6 Phương pháp xử lý số liệu 23

Chương 3 VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP 24

3.1 Vật liệu 24

3.1.1 Thời gian và địa điểm thực hiện đề tài 24

3.1.2 Nguyên liệu 24

3.1.3 Thiết bị và dụng cụ 24

3.1.4 Hóa chất thí nghiệm 24

3.2 Nội dung và phương pháp thí nghiệm 25

3.2.1 Thí nghiệm 1: Khảo sát ảnh hưởng của độ pH lên độ lắng của tảo bằng cách tăng độ pH bằng dung dịch NaOH 25

3.2.2 Thí nghiệm 2: So sánh hiệu suất lắng tảo của pH 3 và pH 11 26

3.2.2.1 Thí nghiệm 2a: So sánh hiệu suất lắng tảo của pH 3 và pH 11 mẻ lắng 3 lít 26

3.2.2.2 Thí nghiệm 2b: So sánh sinh khối và lượng dầu của pH 3 và pH 11 mẻ lắng 500 lít 29

3.2.3 Thí nghiệm 3: Khảo sát ảnh hưởng của độ cao và diện tích mặt thoáng đến hiệu suất lắng tảo 29

3.2.3.1 Thí nghiệm 3a: Khảo sát ảnh hưởng của độ cao 29

3.2.3.2 Thí nghiệm 3b: Khảo sát ảnh hưởng của diện tích mặt thoáng (DTMT) 30

3.2.4 Thí nghiệm 4: Khảo sát ảnh hưởng của độ cao và pH lên thu hoạch tảo 31

3.2.5 Thí nghiệm 5: Ảnh hưởng của thời gian lắng đến chất lượng tảo 32

3.2.6 Thí nghiệm 6: Khảo sát ảnh hưởng của ion Mg 2+ đến hiệu suất lắng tảo 33

Chương 4 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 35

4.1 Thí nghiệm 1: Khảo sát ảnh hưởng của độ pH lên độ lắng của tảo bằng cách tăng độ pH bằng dung dịch NaOH 35

4.2 Thí nghiệm 2: So sánh hiệu suất lắng tảo của pH 3 và pH 11 37

4.2.1 Thí nghiệm 2a: So sánh hiệu suất của pH 3 và pH 11 mẻ lắng 3 lít 37

4.2.2 Thí nghiệm 2b: So sánh sinh khối và lượng dầu của pH 3 và pH 11 mẻ lắng 500 lít 40 4.3 Thí nghiệm 3: Khảo sát ảnh hưởng của độ cao và diện tích mặt thoáng đến hiệu suất lắng tảo 42

4.3.1 Thí nghiệm 3a: Khảo sát ảnh hưởng của độ cao dịch tảo trong thiết bị lắng 42

4.3.2 Thí nghiệm 3b: Khảo sát ảnh hưởng của diện tích mặt thoáng 43

4.4 Thí nghiệm 4: Khảo sát ảnh hưởng của độ cao và pH lên thu hoạch tảo 44

4.5 Thí nghiệm 5: Ảnh hưởng của thời gian lắng đến chất lượng tảo 49

4.6 Thí nghiệm 6: Khảo sát ảnh hưởng của ion Mg 2+ đến hiệu suất lắng tảo 55

Chương 5 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 61

5.1 Kết luận 61

5.2 Đề nghị 61

TÀI LIỆU THAM KHẢO 63

PHỤ LỤC 65

 

DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT

η f : Hiệu suất lắng tảo

DTMT : Diện tích mặt thoáng

DANH SÁCH CÁC HÌNH

Hình 2.1: Một vài hình ảnh Chlorella 4 

Hình 2.2: Cấu tạo Chlorella 4 

Hình 2.3: Quy trình công nghệ thu hoạch và chế biến biodiesel từ vi tảo 12 

Hình 2.4: Sơ đồ sản xuất dùng cho nuôi tảo theo từng mẻ 14 

Hình 2.5: Kích thước các ô trong buồng đếm 17 

Hình 2.6: Các hạt keo kết lại tạo thành các hạt flocs 20 

Hình 2.7: Cấu tạo hệ thống chiết Sohxlet 23 

Hình 4.1: Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của độ pH đến hiệu suất lắng tảo 35 

Hình 4.2: Dung dịch tảo trước khi xử lý pH 36 

Hình 4.3: Dung dịch tảo sau khi lắng được 6 giờ 36 

Hình 4.4: Đồ thị hiệu suất lắng tảo của pH 3 và pH 11 37 

Hình 4.5: Đồ thị hiệu suất trích ly dầu của thí nghiệm so sánh pH 3 và pH 11 38 

Hình 4.6: Dịch tảo lắng sau 48h của pH 3 – pH 11 39 

Hình 4.7: Tảo sấy khô 40 

Hình 4.8: Đồ thị hiệu suất trích ly dầu của thí nghiệm so sánh pH 3 và pH 11 41 

Hình 4.9: Dầu thô sau khi sấy 41 

Hình 4.10: Đồ thị hiệu suất lắng tảo ảnh hưởng bởi độ cao dịch tảo 42 

Hình 4.11: Dung dịch tảo lắng sau 24 giờ của thí nghiệm độ cao 43 

Hình 4.12: Đồ thị hiệu suất lắng tảo ảnh hưởng bởi DTMT của dịch tảo 44 

Hình 4.13: Tảo lắng sau 24 giờ với DTMT khác nhau 44 

Hình 4.14: Đồ thị hiệu suất lắng tảo sau 48 giờ theo độ cao và pH 45 

Hình 4.15: Bố trí các bình tảo lắng với độ cao khác nhau với pH 3 và pH 11 46 

Hình 4.16: Đồ thị khối lượng tảo thu hoạch của thí nghiệm với độ cao và pH 47 

Hình 4.17: Đồ thị so sánh lượng dầu trích ly của pH 3 và pH 11 48 

Hình 4.18: Dầu thô của thí nghiệm 49 

Hình 4.19: Đồ thị khối lượng tảo thu hoạch thay đổi bởi thời gian lắng 51 

Hình 4.20: Đồ thị hiệu suất thu hoạch tảo ảnh hưởng bởi thời gian lắng 51 

Hình 4.21: Đồ thị so sánh hiệu suất trích ly dầu của thí nghiệm ảnh hưởng của thời gian lắng 52 

Hình 4.22: Bố trí thí nghiệm lắng theo thời gian 53 

Hình 4.23: Dầu thô của thí nghiệm lắng theo thời gian 54 

Hình 4.24: Dầu tinh của thời gian lắng 2 ngày 54 

Hình 4.25: Đồ thị hiệu suất lắng tảo (trung bình) thí nghiệm sử dụng ion Mg2+ 55 

Hình 4.26: Tảo trước khi lắng   Hình 4.27: Tảo sau khi lắng 56 

Hình 4.28: Đồ thị hiệu suất lắng tảo của thí nghiệm tỷ lệ Mg/trtb 57 

Hình 4.29: Tảo lắng sau 24 giờ 58 

Hình 4.30: Tảo lắng sau 24 giờ của tảo nuôi 3 ngày 59 

Hình 4.31: Tảo nuôi 4 ngày lắng sau 30 phút 60 

DANH SÁCH CÁC BẢNG

Bảng 2.1: Thành phần hoá học chứa trong tảo Chlorella 5 

Bảng 2.2: Thành phần hóa học có trong một số loại tảo ( Becker, 1994) 6 

Bảng 2.3: Thành phần acid béo chính của một số loại tảo 7 

Bảng 2.4: Năng suất dầu và diện tích canh tác của một số nguồn dầu thực vật và vi tảo.[9] 11 

Bảng 2.5: Tóm tắt ưu điểm và nhược điểm của các phương pháp nuôi tảo 16 

Bảng 2.6: Một số phương pháp sấy sinh khối tảo 20 

Bảng 3.1: Bố trí thí nghiệm độ cao và pH 31 

Bảng 3.2: Bố trí thí nghiệm thời gian lắng và pH 32 

Bảng 4.1: Hiệu suất lắng tảo khi xử lý tăng độ pH của dung dịch tảo bằng dung dịch NaOH (đơn vị %) 35 

Bảng 4.2: Hiệu suất lắng của thí nghiệm so sánh pH 3 và pH 11 37 

Bảng 4.3: Kết quả xử lý sấy khô tảo và trích ly dầu thô 38 

Bảng 4.4: Kết quả sinh khối tảo của thí nghiệm mẻ 500 lít 40 

Bảng 4.5: Kết quả trích ly dầu của thí nghiệm mẻ 500 lít 40 

Bảng 4.6: Hiệu suất lắng (%) theo độ cao dịch tảo 42 

Bảng 4.7: Hiệu suất lắng (%) theo diện tích mặt thoáng 43 

Bảng 4.8: Hiệu suất lắng (%) sau 48 giờ của thí nghiệm ảnh hưởng của độ cao và pH lên thu hoạch tảo 45 

Bảng 4.9: Kết quả khối lượng tảo khô của thí nghiệm ảnh hưởng của độ cao và pH lên thu hoạch tảo 47 

Bảng 4.10: Kết quả thí nghiệm trích ly dầu tảo ở 2 bình thí nghiệm độ cao 10 cm 48 

Bảng 4.11: Kết quả thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng thời gian lắng đến chất lượng tảo50  Bảng 4.12: Hiệu suất thu hoạch của thí nghiệm ảnh hưởng của thời gian lắng 50 

Bảng 4.13: Kết quả trích ly dầu của thí nghiệm ảnh hưởng của thời gian lắng 52 

Bảng 4.14: Hiệu suất lắng (%) của thí nghiệm ảnh hưởng của ion Mg2+ 55 

Bảng 4.15: Hiệu suất lắng tảo của thí nghiệm tỷ lệ Mg/trtb 56 

Bảng 4.16: Hiệu suất lắng tảo của tảo nuôi 3 ngày 59 

Bảng 4.17: Hiệu suất lắng tảo của tảo nuôi 4 ngày 60 

Một trong những hướng nghiên cứu cho thấy nhiều triển vọng là nhiên liệu sinh học biodiesel sản xuất từ tảo Thực tế trên thế giới đã có nhiều nghiên cứu về biodiesel

từ tảo trong những năm gần đây.Tảo Chlorella Vulgaris là một trong những giống

được quan tâm.Ở Việt Nam nguồn nguyên liệu tảo khá đa dạng và phong phú, chủ yếu dùng làm thực phẩm Tuy nhiên những nghiên cứu về Tảo và sản xuất biodiesel từ tảo

ở Việt Nam hiện chưa có nhiều

Trong các quá trình sản xuất thì khâu thu hoạch tảo là một trong các khâuquan trọng quyết địnhtính khả thi của sản xuấtbiodieseltừ tảo Cần phải nghiên cứu cho ra phương pháp thu hoạch tối ưu đáp ứng chi phí và hiệu quả cho các quá trìnhthu hoạch tảo

Vì thế dưới sự phân công của bộ môn Công Nghệ Hóa Học trường Đại Học Nông Lâm TP.HCM và dưới sự hướng dẫn của PGS.TS Trương Vĩnhchúng tôi thực

hiện đề tài: “Nghiên Cứu Thu Hoạch Tảo Chlorella Vulgaris Bằng Phương Pháp

Đông Tụ”

1.2 Mục đích đề tài

- Nâng cao hiệu suất thu hoạch tảo Chlorella Vulgaris bằng phương pháp đông

tụ

- Xác định các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất lắng tảo

1.3 Nội dung đề tài

- Thí nghiệm thu hoạch tảobằng cách tăng độ pH

- Thí nghiệm xác định các yếu tố khác ảnh hưởng đến hiệu suất thu hoạch tảo

như độ cao dịch tảo, thời gian lắng…

- Kết hợp các yếu tố độ pH và ion Mg2+ nhằm tăng hiệu suất thu hoạch tảo bằng

TỔNG QUAN TÀI LIỆU

2.1 Tổng quan về Chlorella

2.1.1 Giới thiệu về Chlorella

Tảo lục (Chlorella ) được một nhà sinh vật học người Hà Lan phát hiện ra vào năm 1890, Chlorella là một loài rong đặc biệt, còn được gọi tên khoa học là

Pyrenoidosa (tên cấu trúc pyrenoid trong chloroplast ), thuộc họ Oocystaceae, thường

sống ở vùng nước ngọt và có hàm lượng Chlorophyll cao nhất (đạt 28,9 g/kg) so với bất kì thực vật quang hợp nào được biết đến trên trái đất

Chlorella sinh sản với tốc độ vô cùng lớn, quá trình sinh sản nói chung được

chia thành nhiều bước: sinh trưởng – trưởng thành – thành thực – phân chia

2.1.2 Hình thái và các đặc điểm sinh học về ngành tảo lục

Tảo lục đơn bào có chứa chlorophyll a và b, xanthophyll, hình thái rất đa dạng

có loại đơn bào, có loại thành nhóm, có loại dạng sợi, có loại dạng màng, có loại dạng ống…phần lớn có màu lục như cỏ Sắc lạp có thể có hình phiến, hình lưới, hình trụ, hình sao… Thường có 2 - 6 thylakoid xếp chồng lên nhau Phần lớn có một hay nhiều pyrenoid nằm trong sắc lạp Nhiệm vụ chủ yếu của pyrenoid là tổng hợp tinh bột Trên sắc lạp của tảo lục đơn bào hay tế bào sinh sản di động của tảo lục có sợi lông roi (tiêm mao) dài bằng nhau và trơn nhẵn Có loại trên bề mặt lông roi có một hay vài tầng vẫy nhỏ Lông roi của tế bào di động ở tảo lục thường có hai sợi, một số ít có bốn sợi, tám sợi hay nhiều hơn Cũng có khi chỉ có một sợi lông roi Phần lớn tế bào tảo lục có một nhân, một số ít có nhiều nhân Thành tế bào của tảo lục chủ yếu chứa

cellulose

Với những tế bào bình thường, một tế bào Chlorella sẽ phân chia thành 4 tế bào

con trong thời gian chưa đầy 24 giờ, kích thước tảo từ 2 đến 10 µm, tuổi thọ của một

vòng đời tế bào Chlorella phụ thuộc vào cường độ ánh sáng mặt trời, nhiệt độ và

nguồn dinh dưỡng

Tảo lục có 3 phương thức sinh sản:

Sinh sản sinh dưỡng: phân cắt tế bào, phân cắt từng đoạn tảo

Sinh sản vô tính: hình thành các loại bào tử vô tính, như bào tử tĩnh, bào

tử động, bào tử tự thân, bào tử màng dày

Sinh sản hữu tính: có đẳng giao, dị giao và noãn giao

(Nguồn: http://www.vietsciences.free.fr/khaocuu/Nguyenlandung/vitao01.htm)

Hình 2.2: Cấu tạo Chlorella

2.1.3 Thành phần hóa học của tảo Chlorella

Thành phần hoá học của tế bào Chlorella tuỳ thuộc vào môi trường dinh dưỡng

trong quá trình phát triển Tảo có thể phát triển tốt trong môi trường nước có hàm lượng nitrate và photphat cao Thành phần hoá học của các loài tảo lục phụ thuộc nhiều vào sự có mặt của nitơ trong môi trường Khi lượng nitơ trong môi trường thấp

thì hàm lượng protein của Chlorella giảm xuống rõ rệt trong khi lượng carbonhydrate

và lipid lại tăng lên

Bảng 2.1: Thành phần hoá học chứa trong tảo Chlorella

(Nguồn: Đặng Đình Kim, Đặng Hoàng Phước Hiền (1999), công nghệ sinh học vi tảo,

NXB Nông Nghiệp, Hà Nội, Trang 25-36)

Bảng 2.2: Thành phần hóa học có trong một số loại tảo ( Becker, 1994)

Một số loại tảo Protein Carbohydrates Lipids Nucleic acid

Bảng 2.3: Thành phần acid béo chính của một số loại tảo

(nguồn: Gouveia L., Nobre B.P., Marcelo F.M (2007), Functional food oil coloured

by pigment extracted form microalgae with supercritical CO2, Food chemistry, 101,

pp.717-723)

Tảo có khả năng hấp thu CO2 và các muối khoáng cần thiết để tổng hợp protein, glucid, lipid … Có thể thay đổi tùy theo điều kiện môi trường như ánh sáng,nhiệt

độ,độ mặn Chlorella rất giàu protein, vitamine và các khoáng chất.Các protein của

loài tảo này có chứa tất cả các amino acid cần thiết cho nhu cầu dinh dưỡng của người

và động vật.Rất nhiều vitamine có trong thành phần của Chlorella như: vitamine

C,tiền vitamine A, riboflavin, thấy có khả năng kháng tế bào ung bứu,giảm huyết áp,tăng khả năng miễn dịch ở người Tảo được sử dụng chủ yếu để xử lý môi trường,mỹ phẩm,làm thức ăn cho thuỷ sản,người và động vật trong đó khả năng ứng dụng để sản xuất biodiesel được đánh giá rất cao

2.1.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến sự phát triển của tảo

a) Yếu tố hóa học

pH :

Một thông số quan trọng của môi trường là pH vì pH xác định độ hòa tan của

CO2 và muối khoáng ảnh hưởng đến quá trình trao đổi chất ở tảo Thông số này lại phụ thuộc vào thành phần khả năng đệm của môi trường, nhiệt độ cũng như hoạt tính trao đổi chất của tế bào tảo

Hầu hết các giống tảo được nuôi trong môi trường đều có giá trị pHnhất định Thông thường khoảng pH cho phép là 7 ÷ 9 và theo nhiều tài liệu thì pH tối ưu là 8,2÷ 8,7 Bên cạnh đó khi thay đổi pH đột ngột có thể làm cho tảo nhanh chóng bị tàn lụi Trong trường hợp nuôi tảo với mật độ cao thì việc bổ sung CO2 sẽ giúp điều chỉnh pH thích hợp trong quá trình tảo phát triển, độ pH có thể đạt đến giá trị tới hạn là 9 Nhiều trường hợp việc nuôi trồng tảo thất bại có thể do pH không thích hợp Điều này có thể khắc phục bằng cách sục khí môi trường nuôi([2],[1],[6])

 Các chất dinh dưỡng trong môi trường nuôi

Các môi trường dinh dưỡng dùng cho nuôi trồng tảo phải dựa theo nhu cầu dinh dưỡng của từng loài tảo Việc xác định chính xác nồng độ của từng yếu tố dinh dưỡng cho một loài nào đó là vô cùng khó khăn Vì môi trường dinh dưỡng tối ưu phụ thuộc rất nhiều vào mật độ quần thể, ánh sáng và pH môi trường Các chất dinh dưỡng đa lượng bao gồm: nitrat, phosphat…Các nguyên tố vi lượng được coi là không thể thay thế đối với sinh trưởng và phát triển của tảo là Fe, Mn, Cu, Zn và Cl Những vi lượng khác có vai trò quan trọng đối với một số nhóm tảo là Co, B, Si,…

b) Yếu tố vật lý

 Nhiệt độ:

Mỗi loài tảo thích hợp với nhiệt độ tối ưu và biên độ nhiệt khác nhau tùy theo loài Nhiệt độ đóng vai trò quan trọng.Chính vì vậy, việc chọn các chủng loại tảo chịu nhiệt có ý nghĩa lớn đến năng suất tảo.Mặt khác, nhiệt độ thấp cũng ảnh hưởng xấu đến sinh trưởng của tảo

Nhiệt độ tối ưu cho quá trình nuôi tảo trong khoảng từ 18 ÷ 25oC mặc dù chúng

có thể thay đổi tùy theo thành phần môi trường nuôi, loài nuôi và dòng nuôi Nhìn chung các loài tảo nuôi thường chịu đựơc nhiệt độ trong khoảng 16 ÷ 27oC Nhiệt độ thấp hơn 16oC sẽ làm chậm sự tăng trưởng, trong khi đó nhiệt độ tăng cao hơn 35oC sẽ gây thiệt hại cho một số loài.[1]

Trong điều kiện tự nhiên nên nuôi cấy Chlorella vào mùa có nhiệt độ ít thay đổi

(khoảng từ tháng 4 ÷ 10, thời gian này nhiệt độ trung bình 25 ÷ 30oC) và chú ý đến nhiệt độ dao động hằng ngày, tạo mọi điều kiện thuận lợi để nhiệt độ không chênh lệch quá nhiều giữa các buổi trong ngày.[8] Nếu cần thiết ta có thể làm mát môi trường nuôi bằng cách cho dòng nước lạnh chảy trên bề mặt của bình nuôi hoặc kiểm soát nhiệt độ không khí bằng các thiết bị điều hòa nhiệt độ.[6]

 Khuấy sục môi trường nuôi

Trong quá trình nuôi tảo việc khuấy sục có tác dụng: giúp ngăn ngừa hiện tượng phân tầng nhiệt độ trong dịch nuôi, giúp tế bào tảo tiếp xúc đều với ánh sáng, ngăn ngừa tảo lắng xuống bể, cải thiện trao đổi khí giữa môi trường nuôi và không khí, quan trọng hơn là cung cấp CO2 cho quá trình quang hợp Trong trường hợp nuôi với mật độ cao, CO2 từ không khí (chỉ chứa 0,03 % CO2) sẽ làm hạn chế sinh trưởng của tảo Vì vậy việc bổ sung CO2 tinh khiết với tỉ lệ 1 % thể tích không khí Việc bổ sung

CO2 có tác dụng giúp ổn định pH do cân bằng giữa CO2 và H2CO3 Tùy thuộc vào quy

mô của hệ thống nuôi mà ta có thể sục khuấy hằng ngày bằng tay (ống nghiệm, các bình tam giác), sục khí (các túi, các bể) hoặc các guồng hay bơm chạy bằng điện (ao) Tuy nhiên không phải tất cả các loài tảo đều có thể chịu đựng được với chế độ sục khuấy mạnh.[2]

Như vậy, kỹ thuật khuấy sục là vấn đề rất cần được quan tâm nhằm mục tiêu tăng năng suất tảo mà không làm ảnh hưởng tới trạng thái tế bào Về mặt kinh tế, chọn giải pháp khuấy sục sao cho chi phí thấp nhất là yêu cầu đầu tiên.[2]

 Ánh sáng

Việc cung cấp ánh sáng cho nuôi tảo là vấn đề thiết yếu và cần thiết không thể thiếu Bởi vì giống như tất cả các loài thực vật, hệ số sử dụng năng lượng ánh sáng ở tảo cao hơn ở thực vật bậc cao, điều này có nghĩa là chúng hấp thụ carbon vô cơ để chuyển hóa thành carbon hữu cơ Nhiều loại vi tảo có quang hợp bão hòa ở khoảng 33% tổng lượng cường độ chiếu sáng Vì vậy, trong điều kiện ánh sáng có cường độ cao và thời gian chiếu sáng dài, người ta thấy xuất hiện hiện tượng quang ức chế có thể làm tảo chết hoặc làm giảm đáng kể năng suất nuôi trồng

Cường độ ánh sáng đóng vai trò quan trọng nhưng yêu cầu về cường độ ánh sáng thay đổi rất lớn theo độ sâu của môi trường nuôi và mật độ tảo nuôi Khi nuôi ở

độ sâu lớn và mật độ cao thì cường độ ánh sáng thay đổi từ 1000 ÷ 10000 lux, tối ưu

2500 ÷ 5000 lux tùy vào thể tích Có thể là ánh sáng tự nhiên hoặc ánh sáng của đèn huỳnh quang, chu kỳ chiếu sáng tối thiểu là 18 h/ngày, tối đa là 24 h/ngày tùy vào thể tích Tuy nhiên không phải tất cả các phiêu sinh vật đều chịu được ánh sáng liên tục nhưng phần lớn các giống tảo làm thức ăn đều chịu được ánh sáng liên tục Điều này không có nghĩa là cứ cung cấp thêm năng lượng ánh sáng cho một dịch nuôi là sinh khối sẽ tăng

c) Yếu tố sinh học

Các nguồn gây nhiễm và xử lý nước: Lây nhiễm vi khuẩn, nguyên sinh động vật hoặc của các loài tảo khác là vấn đề khó khắc phục đối với việc nuôi cấy tảo thuần chủng cũng như nuôi cấy vô trùng Các nguồn gây nhiễm phổ biến nhất gồm có môi trường nuôi (nước và các chất dinh dưỡng), không khí, bình nuôi và tình trạng giống nuôi cấy ban đầu

Tảo bị nhiễm tạp sẽ ức chế về nhiều mặt trong quá trình phát triển dẫn đến sinh khối đạt được không cao và chất lượng tảo giảm đi rất nhiều, thậm chí không thể sử dụng được Sự cạnh tranh về dinh dưỡng, ánh sáng, CO2 và ảnh hưởng của một số chất độc gây ức chế từ các tác nhân gây nhiễm đối với tảo nuôi là những tác hại chính của

- Sấy khô trước khi sử dụng

Theo cách khác, các ống, bình và bình lớn bằng thủy tinh có thể được khử trùng bằng nồi hấp, có thể sử dụng các bình nuôi dùng một lần rồi vứt bỏ như túi polyetylen

2.1.5 Tiềm năng của dầu sản xuất từ vi tảo

Ngày nay, việc dùng nhiên liệu diesel sinh học (biodiesel) thay thế dầu mỏ là vấn đề cấp thiết do nhiên liệu dầu mỏ đang ngày càng cạn kiệt, ngoài ra, đốt nhiên liệu dầu mỏ còn sinh ra nhiều CO2 gây ảnh hưởng tới môi trường Biodiesel có nồng độ lưu

huỳnh thấp nên khi đốt ít sinh ra CO2, bên cạnh đó, việc sử dụng biodiesel ít gây độc

và đặc biệt là chúng có thể bị phân hủy bởi vi sinh vật

Một trong những nguồn nguyên liệu có thể dùng để sản xuất biodiesel là tảo biển.Ý tưởng sản xuất biodiesel từ tảo biển đã có từ lâu đời, tuy nhiên, gần đây mới được nghiên cứu và phát triển rộng rãi

Ưu điểm của dầu tảo trong việc sản xuất biodiesel:

- Tảo dùng ánh sáng và CO2 để tổng hợp nên năng lượng và carbon nên đây được coi là nguồn năng lượng tái tạo

- Không ảnh hưởng đến an ninh lương thực

- Giảm giá thành sản xuất vì tảo có năng suất sinh khối cao, tốc độ phát triển nhanh và hàm lượng dầu cao từ 15 ÷ 77 %

Bảng 2.4: Năng suất dầu và diện tích canh tác của một số nguồn dầu thực vật và vi

tảo.[9]

Từ bảng 2.4 ta thấy, vi tảo là nguồn sản xuất biodiesel tối ưu nhất có thể thay thế nhiên liệu dầu mỏ Khác với các nguồn dầu từ các cây trồng khác, vi tảo phát triển cực kì nhanh và hàm lượng dầu cao vượt trội ( có thể lên tới 80% )

tác ( triệu ha )

Bắp 172 1540

Canola 1190 223 Jatropha 1892 140 Dầu dừa 2689 99 Dầu cọ 5950 45

Vi tảo

Vi tảo

2.2 Sản xuất Chlorella Vulgaris

Tảo có thể được sản xuất bằng cách áp dụng một loạt các phương pháp khác nhau, từ các phương pháp được áp dụng trong phòng thí nghiệm đến các phương pháp

ít đoán trước trong các bể nuôi ngoài trời Hình 2.3 là một sơ đồ quy trình từ nuôi tảo

và sản xuất dầu biodiesel từ tảo[7]

Thu hồi dung môi

Sấy

Bả tảo Trích ly hexan

Sấy, nghiền Tách dầu

Tinh chế dầu thô (hấp phụ + acid)

Phân bón, biofilm KOH + Methanol

Hỗn hợp glycerin

và tạp chất

Trung hòa acid, Rữa

Glycerin thô

Hình 2.3: Quy trình công nghệ thu hoạch và chế biến biodiesel từ vi tảo

Thuật ngữ dùng để mô tả các điều kiện nuôi gồm có:

 Hệ thống nuôi tảo trong nhà hoặc ngoài trời

Nuôi trong nhà cho phép kiểm soát cường độ chiếu sáng, nhiệt độ, hàm lượng chất dinh dưỡng, tạp nhiễm các sinh vật ăn mồi sống và các tảo cạnh tranh Ngược lại, các hệ thống nuôi ngoài trời làm cho việc nuôi trồng duy trì một loài tảo thuần trong thời gian dài là rất khó khăn

 Hệ thống nuôi tảo hở hoặc kín

Hệ thống nuôi hở như nuôi ở các ao, hồ, bể nuôi không có mái che sẽ dễ bị nhiễm tạp bẩn hơn so với các dụng cụ nuôi kín như nuôi trong ống nghiệm, bình tam giác, túi nhựa …

 Nuôi sạch (vô trùng) hoặc không vô trùng

Nuôi vô trùng là nuôi không có bất kỳ sinh vật ngoại lai nào và đòi hỏi khử trùng rất cẩn thận tất cả các dụng cụ thủy tinh, môi trường và các bình nuôi để tránh nhiễm tạp Tuy nhiên, phương pháp này còn hạn chế đối với quy mô công nghiệp do yêu cầu cao về điều kiện vô trùng, đòi hỏi sự đầu tư cao về trang thiết bị, quy trình kĩ thuật hiện đại khép kín

 Nuôi từng mẻ, nuôi liên tục và bán liên tục

Dưới đây là ba kiểu nuôi thực vật phù du cơ bản, trong đó có tảo:

2.2.1 Nuôi từng mẻ

Nuôi từng mẻ gồm có việc cấy đơn các tế bào trong một thùng chứa môi trường, tiếp theo là một thời kì phát triển vài ngày và tiến hành thu hoạch khi quần thể đạt tối đa hoặc gần tối đa Trong thực hành, tảo được chuyển sang các thùng nuôi có dung tích lớn hơn trước khi đạt tới pha ổn định và sau đó khối lượng nuôi lớn được tăng lên với mật độ tối đa và thu hoạch Có thể áp dụng các giai đoạn liên tiếp sau đây: các ống nghiệm, các bình tam giác 2 lít, các bình lớn 5 lít và 10 lít, các bình hình trụ

160 lít, các bể nuôi trong nhà 500 lít, các bể nuôi ngoài trời dung tích 5000 lít tới

25000 lít

ể ít đoán trưlịch thời gi

hế khác củathời kỳ sinồng độ các

ảo, dung tíc

ng quá trình

gày càng đhay đổi cáchiên, nuôi mước được soian thu hoạ

a nuôi từng

nh trưởng lchất dinh khả năng ph

g mẻ là phảlúc đầu Dodưỡng cao hát triển vư

phép duy triệt một số d

nuôi tảo th1993) liệu cấy thưlượng tảo,

ng phổ biếnnuôi và khắchế là chấtlượng ở cácian của ngà

ải ngăn ngừ

o mật độ cnên các chượt đối tượ

rì giống nuôdạng nuôi li

heo từng mẻ

ường tươngbằng 2 – 1

ợng nuôi (C

ôi cấy có tốiên tục như

nh trưởng c

m bẩn trong

ật phù du mnhiễm có tố

Cao Tuấn K

ốc độ rất gầnsau:

dung ượng

linh

ng hệ

o tảo

ục và chính

g lần mong

ốc độ

Kiệt,

n tốc

Turbidostat (nuôi cho lên men liên tục): Trong đó mật độ tảo được duy trì ở mức độ xác định trước bằng cách pha loãng tảo nuôi với môi trường Có thể nói đây là

hệ thống tự động Trong trường hợp này, dinh dưỡng là không hạn chế nhưng ánh sáng

là yếu tố hạn chế trừ khi mật độ tảo quá thấp

Chemostat (nuôi ở trạng thái hóa tính): Ở đây môi trường nước được đưa vào

hệ thống nuôi với tốc độ chính xác Tuy nhiên một phần dịch mới liên tục được bổ sung để thay đổi dịch môi trường đã dùng Hệ thống này thường đơn giản và ít tốn kém so với turbidostat

Các nhược điểm của hệ thống nuôi liên tục là chi phí tương đối cao và phức tạp

Do yêu cầu phải chiếu sáng liên tục, duy trì nhiệt độ nên đòi hỏi phải bố trí trong nhà

và điều này chỉ có tính khả thi đối với các cơ sở có quy mô sản xuất tương đối nhỏ Tuy nhiên nuôi liên tục có ưu điểm là mật độ tảo thu được từ môi trường luôn ổn định Mặt khác, hệ thống này có thể kiểm soát và dễ dàng điều khiển về mặt công nghệ và

có thể tự động hóa, điều này làm tăng độ tin cậy của hệ thống với người sản xuất và giảm nhu cầu về lao động

2.2.3 Nuôi bán liên tục

Kỹ thuật nuôi bán liên tục kéo dài thời gian nuôi tảo, thực chất là một dạng nuôi theo mẻ nhưng sinh khối được kiểm tra định kỳ và giữ ổn định bằng phương pháp pha loãng môi trường Nuôi bán liên tục có thể thực hiện trong nhà hoặc ở ngoài trời, nhưng thời gian nuôi thường không đoán trước được Do tảo nuôi không được thu hoạch toàn bộ mà thu hoạch từng phần nên phương pháp nuôi bán liên tục cho khối lượng tảo nhiều hơn so với phương pháp nuôi từng mẻ với cùng một kích thước bể nuôi

Bảng 2.5: Tóm tắt ưu điểm và nhược điểm của các phương pháp nuôi tảo

1 Nuôi trong nhà Độ kiểm soát cao (có thể

dự đoán trước) Tốn kém

2 Nuôi ngoài trời Rẻ hơn Ít kiểm soát (ít đoán

trước được)

3 Nuôi kín Ít bị nhiễm bẩn Đắt tiền

5 Nuôi vô trùng Có thể dự đoán trước, ít

có khả năng sụp đổ Tốn kém, khó thực hiện

6 Nuôi không vô

trùng Rẻ và dễ thực hiện hơn Dễ thất bại

7 Nuôi liên tục

Hiệu quả, cung cấp tảo chất lượng cao và ổn định, vận hành tự động, khả năng sản xuất trong thời gian dài

Khó thực hiện, chỉ có thể nuôi với số lượng nhỏ, phức tạp, trang thiết bị tốn kém

8 Nuôi bán liên tục Dễ hơn, tương đối hiệu

quả

Chất lượng không ổn định, ít chắc chắn

9 Nuôi theo mẻ Dễ nhất, chắc chắn nhất

Hiệu quả thấp nhất, chất lượng có thể thay đổi nhiều

(Nguồn: Lavens và Sorgeloos, 1996 Trích bởi Trần Phong Nhã, Lưu Hồng Thắm,

2009)

2.3 Định lượng sinh khối tảo

Định lượng sinh khối tảo: Sinh khối tảo trong môi trường là tổng lượng tảo tươi

hay khô có trong một đơn vị thể tích nước đó (Đặng Thị Sy, 2005)

Có một số phương pháp xác định khối lượng sinh khối tảo có trong môi trường nuôi hoặc bằng cách đếm số tế bào hoặc thông qua việc xác định dung tích, mật độ

quang hoặc trọng lượng nhưng phổ biến nhất vẫn là 2 phương pháp sau:

 Phương pháp đếm tế bào: Có thể đếm các tế bào bằng máy đếm hạt điện tử hoặc dùng buồng đếm hồng cầu để đếm trực tiếp dưới kính hiển vi Khó khăn chủ yếu của việc đếm bằng kính hiển vi là sự tái sinh sản, mà hoạt động này lại biến đổi theo việc lấy mẫu, sự pha loãng và sự chứa đầy của buồng đếm cũng như việc lựa chọn đúng kiểu buồng đếm và thang mật độ tế bào

o Buồng đếm và lamelle phải được rửa sạch và lau khô trước khi đếm

o Pha loãng mẫu nếu cần thiết Dùng pipette nhỏ dịch tảo vào buồng đếm (tránh tạo bọt khí) và đếm dưới kính hiển vi ở vật kính 40x

o Đếm tổng số các tế bào trong năm ô lớn: bốn ô ở bốn góc và một ô ở giữa của buồng đếm Đếm các tế bào chạm vào mép trái và mép trên nhưng không đếm các tế bào chạm vào mép phải và mép bên dưới

 

Công thức tính mật độ tảo:

6

10.4.10

N K

d : mật độ tảo, tế bào/ml

N : tổng số tế bào đếm được ở cả 2 buồng đếm

10: là số ô vuông đếm trong 2 buồng đếm (mỗi buồng đếm 5 ô)

4 x 10-6 : thể tích mẫu của mỗi ô vuông nhỏ

(tương đương 0,2 x 0,2 x 0,1 = 0,004 mm3 = 4 x 10-6 cm3)

K : hệ số pha loãng

Để có độ chính xác cao hơn, tiến hành đếm 3 lần (3 độ loãng riêng nếu mật độ

quá dày, mỗi độ loãng đếm ở 2 thanh)

Nên để mẫu cố định trong khoảng 50 – 60 giây rồi mới tiến hành đếm mẫu thì

kết quả sẽ chính xác hơn

 Phương pháp cân trọng lượng khô của tảo nuôi là cách tốt nhất để đánh giá sinh

khối tảo Phương pháp này gồm các bước : thu mẫu, tách tảo khỏi pha loãng bằng cách

ly tâm hoặc bằng các bộ lọc như lọc tiếp tuyến, sấy và cân trọng lượng khô

Ngoài ra còn có các phương pháp như: đo độ đục (OD), xác định hàm lượng

chlorophyll, phương pháp đo thải O2 quang hợp, xác định huỳnh quang chlorophyll…

Đây là những phương pháp tương đối mới với công nghệ vi tảo cần có nhiều kĩ thuật

và chuyên môn để hoàn chỉnh với các phương pháp trên và đây cũng là tiềm năng lớn

của công nghệ vi tảo trong tương lai

2.4 Tách sinh khối tảo

Cho tới nay nhiều phương pháp thu sinh khối đã được ứng dụng như: ly tâm,

lắng lọc, kết lắng hóa học, kết lắng bằng điện trường, tự kết lắng, lọc trọng trường, lọc

chân không…khâu thu hoạch tảo là khâu có ảnh hưởng lớn đến giá thành sản xuất

2.4.1 Phương pháp lọc:

Đây là phương pháp khả thi cho thu hoạch nhiều loài tảo nói chung và

Chlorella sp nói riêng Vật liệu dùng cho lọc cơ học là cát mịn, sợi cellulos Tốc độ lọc

chậm và màng lọc hay bị tắc nghẽn do chính sinh khối tảo và vi sinh vật khiến phương

pháp này cần lượng nước khá lớn để rửa thường xuyên Trong các phương pháp lọc thì

lọc nén áp suất thấp có triển vọng hơn cả do tốc độ nhanh và khả thi cho sản xuất lớn

vì giá thành không cao Những tảo đơn bào (Dunaliella, Chlorella, Scenedesmus…)

thường đòi hỏi thu hoạch bằng ly tâm, lọc hoặc bằng phương pháp tạo bông (Đặng

Đình Kim, Đặng Hoàng Phước Hiền (1999), công nghệ sinh học vi tảo, NXB Nông

Nghiệp, Hà Nội, Trang 25-36)

2.4.2 Phương pháp tạo bông:

 Tự kết lắng:

Hiện tượng tự kết lắng xảy ra khi pH tăng.Khi tế bào lắng xuống cùng với Ca2+,

Mg2+ và muối photphat hoặc cacbonat Mặt khác đây cũng là hậu quả của sự tương tác giữa tảo và vi khuẩn hoặc giữa tảo và các polymer hữu cơ trong môi trường

Kết quả nghiên cứu của Dries Vandamme (2012) cho thấy rằng sự đông tụ được tạo ra bằng cách tăng pH trung bình lên 11 Mặc dù cả Ca và Mg kết tụ khi tăng pH, tuy nhiên chỉ Mg (0.15mM) cho thấy là yếu tố gây ra đông tụ Tính kinh tế của 4 phương pháp khác nhau (NaOH, KOH, Ca(OH)2, Mg(OH)2 và Na2CO3) đã được tính toán và so sánh và sử dụng vôi cho thấy hiệu quả kinh tế nhất Đông tụ bằng tăng pH

do đó có vai trò đầy đủ như là 1 phương pháp thu hoạch sinh khối tảo nước sạch

tảo ra khỏi bề mặt (Trần Thị Mỹ Xuyên, 2008)

 Sắt - cơ chế tạo keo tụ:

Các hạt lơ lửng trong nước bền vững do các điện tích trái dấu trên bề mặt, làm cho các hạt đẩy nhau.Keo tụ bằng sắt là quá trình kết hợp các hạt lơ lửng khi cho các chất cao phân tử vào nước Khi keo tụ thì sự kết hợp diễn ra không chỉ do tiếp xúc trực tiếp mà còn do tương tác lẫn nhau giữa các phân tử chất keo tụ bị hấp phụ trên các hạt

Các hạt kechất keo tụ

àm cho các

e3+ + He(OH)2+ + He(OH)2+ + H

hụ thuộc thờ

g dịch bằnghạt keo nhằnhau thành

o kết lại tạokhông sử d

hệ keo tái bHOH ↔ Fe(

o thành các dụng quá liềbền vững trở(OH)2+ + H(OH)2+ + H+(OH)3 + H+OH)3 + 3H

hạt flocs

ều vì nó có

ở lại

+ + +

H+

hành ngay hiều phươn

u như sau:

khối tảo

ng cho tảo

lorella, Sce rulina lorella, Sce rulina

hất keo tụ ccủa các hạtocs)

thể dẫn đến

việc sấy để

ng pháp sấy

enedesmus, enedesmus,

3 Sấy mặt trời sử

dụng hiệu ứng

lồng kính

Hiệu quả hơn phương pháp

2 nhưng phụ thuộc thời tiết

Chlorella, Scenedesmus, Spirulina

4 Sấy phun khô Nhanh, hiệu quả nhưng tiêu

tốn điện năng

Chlorella, Scenedesmus, Spirulina, Dunaliella

5 Cô chân không Hiệu quả nhưng vốn đầu tư

cao hơn phương pháp 4

Spirulina

6 Sấy đông khô Đảm bào chất lượng nhưng

chậm và đắt

Chlorella, Scenedesmus, Spirulina

(Nguồn: Đặng Đình Kim, Đặng Hoàng Phước Hiền (1999), công nghệ sinh học vi tảo,

NXB Nông Nghiệp, Hà Nội, Trang 25-36)

Tính toán cho việc sấy sinh khối tảo chiếm tỉ lệ chi phí khá cao của quá trình sản xuất tảo.Các phương pháp sấy được đề xuất phụ thuộc vào nguồn vốn đầu tư, nhu cầu năng lượng và có ảnh hưởng rõ rệt đến chất lượng sản phẩm, đặc biệt đối với tảo

lục có thành tế bào rất chắc (Đặng Đình Kim, Đặng Hoàng Phước Hiền (1999), công

nghệ sinh học vi tảo, NXB Nông Nghiệp, Hà Nội, Trang 25-36)

Phương pháp sấy phun cho sản phẩm bột rất đồng đều nhưng chi phí cao Việc

bổ sung một số chất chống oxy hóa vào dịch tảo trước khi sấy phun có thể giữ nguyên chất lượng sắc tố và vitamin của sinh khối Nhưng khả năng tiêu hóa của dịch tảo sấy phun khô chỉ đạt 50 % so với 80 % khi tảo này được sấy tiếp xúc Tuy nhiên phương pháp sấy tiếp xúc làm biến tính protein hơn so với sấy phun

Sấy mặt trời: đây là phương pháp sấy rẻ nhất Tính toán cho thấy để làm khô lớp sinh khối tảo dày 0,75 cm cần ít nhất 1 ngày Vì tốc độ sấy khô rất chậm và phụ thuộc thời tiết nên phương pháp tỏ ra không hiệu quả khi áp dụng cho sản xuất quy mô lớn Phương pháp sấy đông khô tỏ ra hiệu quả trong việc ổn định thành phần sinh hóa của tảo nhưng không có triển vọng được ứng dụng rộng rãi trong công nghệ sản xuất đại trà vi tảo

2.5 Phương pháp trích ly dầu tảo bằng Sohxlet [5]

 Dụng cụ:

Gồm một bình cầu A đặt trên bếp đun có thể chỉnh nhiệt độ Một bộ phận chứa mẫu bột nguyên liệu gồm 3 ống: ống D có đường kính lớn được đặt ở giữa để chứa bột nguyên liệu Ống B có đường kính trung bình để dẫn dung môi từ bình A bay lên đi vào bình D chứa bột nguyên liệu Ống E có đường kính nhỏ là ống thông nhau để dẫn dung môi từ bình D trả ngược lại bình cầu A, trên cao nhất là bộ phận ngưng tụ hơi dung môi bay lên.( cấu tạo như hình 2.6)

 Cách thức thực hiện:

Bột nguyên liệu đã được sấy khô và ở dạng mịn, hỗn hợp bột này được cho vào túi vải để thuận tiện cho việc lấy khối bột ra khỏi ống Lượng bột trong ống D không được cao vượt quá mức cong của ống thông nhau E

Rót dung môi đã lựa chọn vào bình cầu, kiểm tra hệ thống kín, mở nước chảy hoàn lưu trong bộ phận ngưng tụ hơi dung môi

Cắm bếp điện và điều chỉnh nhiệt độ sao cho trong bình cầu sôi nhẹ Dung môi tinh khiết khi đun nóng tới nhiệt độ đạt được điểm sôi sẽ bốc hơi lên cao, hơi dung môi theo ống B lên cao đến bộ phận ngưng tụ, hơi dung môi được làm lạnh, ngưng tụ thành thể lỏng, rớt xuống túi vải chứa bột nguyên liệu

Dung môi ngấm vào bột nguyên liệu và chiết những chất hữu cơ có thể hòa tan vào dung môi Theo quá trình đun nóng, lượng dung môi rơi vào túi vải càng nhiều, mức dung môi dâng lên cao trong ống D và đồng thời cũng dâng cao trong ống E (ống thông nhau) Đến mức cao nhất trong ống E, dung môi sẽ hút về bình cầu A, lực hút này sẽ rút hết lượng dung môi đang chứa trong ống D

Bếp vẫn tiếp tục đun và một quy trình mới vận chuyển dung môi như ban đầu các hợp chất được hút xuống bình cầu và nằm tại đó, chỉ có dung môi tinh khiết là bốc hơi bay lên để tiếp tục quá trình chiết Tiếp tục cho đến khi chiết kiệt các chất trong bột nguyên liệu

Tiến hành chiết trong khoảng 2-3 giờ, phải điều chỉnh nhiệt độ để tốc độ tuần hoàn của dung môi từ 6-8 lần trong một giờ

o chiết

Hình pháp xử lý

ược xử lý vương trình p

môi từ ống Cất thu hồ

 

vẽ đồ giữa

Chương 3

VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP

3.1 Vật liệu

3.1.1 Thời gian và địa điểm thực hiện đề tài

 Thời gian: Đề tài đã được thực hiện từ tháng 3/ 2013 đến tháng 8/2013

 Địa điểm tại Phòng thí nghiệm I4, I5 Bộ môn CÔNG NGHỆ HÓA HỌC,

Trường Đại Học Nông Lâm TP.HCM

3.1.2 Nguyên liệu

 Tảo Chlorella Vulgaris được nuôi tại Khu thực nghiệm thuộc Bộ môn

CÔNG NGHỆ HÓA HỌC – trường Đại học Nông Lâm Tp.HCM

 NaOH (xuất xứ Trung Quốc, độ tinh khiết 96 %)

 HCl (xuất xứ Trung Quốc, độ tinh khiết 36.4 %)

 n – Hexane (xuất xứ Trung Quốc, độ tinh khiết 97 %)

 MgSO4.7H2O(xuất xứ Trung Quốc, độ tinh khiết 99%)

 Nước cất

3.2 Nội dung và phương pháp thí nghiệm

3.2.1 Thí nghiệm 1: Khảo sát ảnh hưởng của độ pH lên độ lắng của tảo bằng cách tăng độ pH bằng dung dịch NaOH

Mục đích thí nghiệm:

- Nghiên cứu sát ảnh hưởng của độ pH cao lên độ lắng của tảo

- Xác định độ pH tốt nhất cho hiệu suất lắng tảo cao nhất

Yếu tố cố định: Mật độ tảo 10 triệu tế bào/mL

Yếu tố nghiên cứu: Độ pH của tảo

Bố trí thí nghiệm: Thí nghiệm 1 yếu tố, kiểu hoàn toàn ngẫu nhiên Thí nghiệm

với 3 mức pH 11 – 11,5 – 12 , lặp lại 2 lần

Các chỉ tiêu đo: độ hấp thu OD

Phương pháp thí nghiệm:

a Đo pH dung dịch tảo ban đầu

Kiểm tra máy đo pH với 1 mẫu nước cất và 1 mẫu có pH = 7, điều chỉnh và sau đó đo pH của mẫu dung dịch tảo ban đầu

b Điều chỉnh pH cho dung dịch tảo

Tiến hành thí nghiệm với 3 mức pH 11 – 11,5 – 12, mỗi mức pH ta lặp lại 1 lần

Bình 0: 100ml dung dịch tảo không qua xử lý pH để làm mẫu đối chứng

Bình 1: Cho 0,1ml NaOH 1M vào 99,9ml dung dịch tảo ta được 100ml dung dịch tảo có pH = 11

Bình 2: Cho khoảng 0,3ml NaOH 1M vào 99,7ml dung dịch tảo, điều chỉnh để được 100ml dung dịch tảo có pH = 11,5

Bình 3: Cho 1ml NaOH 1M vào 99ml dung dịch tảo ta được 100ml dung dịch tảo có pH = 12

Đo pH của các bình sau khi xử lý

c Trong quá trình vừa pha dung dịch tạo pH ta phải vừa khuấy bằng máy khuấy

từ với tốc độ 1000 vòng/phút trong 10 phút để tránh hiện tượng lắng tảo không đều Sau đó hạ tốc độ khuấy với tốc độ 250 vòng/phút trong vòng 20 phút Sau

đó để yên cho dung dịch lắng trong vòng 30 phút

d Lấy dịch mẫu đem đo quang OD

Tiến hành lấy dịch mẫu bằng cách nghiêng bình và rót thật nhẹ khoảng 10ml dung dịch đã cho lắng, lắc đều trong 30 giây, rồi từ đây mới hút đem đi đo

OD Không hút trực tiếp từ trong bình tránh hiện tượng gây khuấy trộn dung dịch tảo đã lắng

Đo quang OD bằng máy đo quang OD ở bước sóng 550nm

η alà hiệu suất lắng tảo

ODα : OD đọc được sau khi để lắng 30 phút ở mẫu không có xử lý pH

ODf : OD đọc được sau khi để lắng 30 phút của mẫu đã xử lý pH

3.2.2 Thí nghiệm 2:So sánh hiệu suất lắng tảo của pH 3 và pH 11

3.2.2.1 Thí nghiệm 2a: So sánh hiệu suất lắng tảo của pH 3 và pH 11 mẻ lắng 3 lít

Mục đích thí nghiệm: So sánh hiệu quả của hai phương pháp Chọn ra phương

pháp cho hiệu quả tốt nhất

Yếu tố nghiên cứu: pH 3 và pH 11

Bố trí thí nghiệm: bố trí ba bình Bình 1 đối chứng, bình 2 pH 3, bình 3 pH 11 Các chỉ tiêu đo: đo độ hấp thu OD, khối lượng dầu thô

Đo OD bằng máy đo quang OD ở bước sóng 550 nm

Bình pH 11: 3 lít tảo được xử lý nhỏ NaOH 1M từ từ lên đến pH = 11, sau đó

để lắng, trong quá trình lắng hút mẫu đem đo OD thời gian tương ứng với bình pH 3

để so sánh hiệu suất lắng của hai bình Đo OD bằng máy đo quang OD ở bước sóng

550 nm

Tính hiệu suất lắng n f bằng công thức:

η flà hiệu suất lắng tảo

ODi : OD đo được của các mẫu lúc ban đầu

ODf : OD đo được của các mẫu sau thời gian lắng f

Sau 48 giờ lắng, tách phần nước trong và tảo lắng ở dưới bằng cách hút bỏ nước

phía trên Còn lại khoảng 200 mL tảo đậm đặc đem đi ly tâm lại rồi sấy khô bằng máy

sấy khay ở 40oC trong 48 giờ Sau đó cân xác định trọng lượng khô của sinh khối tảo

Hiệu suất thu hoạch tính so với mẫu đối chứng:

T= ୫ౡ

Trong đó:

T: hiệu suất thu hoạch (%)

mtk: khối lượng tảo khô sau sấy (g)

mDC: khối lượng tảo khô của mẫu đối chứng (g)

Khối lượng tảo khô K (g/L) được tính:

K= ୫౪ౡ

Trong đó:

K: khối lượng tảo khô (g/L)

mtk: khối lượng tảo khô (g)

V: thể tích tảo (L)

Sau đó tiến hành trích ly dầu để so sánh hiệu suất thu dầu thô, trích ly bằng

phương pháp Sohxlet Phương pháp trích ly Sohxlet tiến hành như sau:

Tảo khô được cho vào cối nghiền mịn Cân 2g tảo khô đã nghiền cho vào túi

chiết Soxhlet Đong 250 ml hexane cho vào bình cầu Lắp bộ chiết Soxhlet như hình

2.2 Tiến hành thí nghiệm cho tới khi ta thấy dung môi trắng hoàn toàn