Nghiên cứu điều kiện nuôi sinh khối tảo spirulina trong hệ thống kín dạng ống

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - TRẦN HẢI ANH NGHIÊN CỨU ĐIỀU KIỆN NI SINH KHỐI TẢO SPIRULINA TRONG HỆ THỐNG KÍN DẠNG ỐNG Chuyên ngành: CÔNG NGHỆ SINH HỌC LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ SINH HỌC NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS Nguyễn Lan Hƣơng Hà Nội – Năm 2016 CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc BẢN XÁC NHẬN CHỈNH SỬA LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên tác giả luận văn : TRẦN HẢI ANH Đề tài luận văn: Nghiên cứu điều kiện nuôi sinh khối tảo Spirulina hệ thống kín dạng ống Chun ngành: Cơng nghệ sinh học Mã số HV: CA140127 Tác giả, Ngƣời hƣớng dẫn khoa học Hội đồng chấm luận văn xác nhận tác giả sửa chữa, bổ sung luận văn theo biên họp Hội đồng ngày 29/04/2016 với nội dung sau: Đã chỉnh sửa kết luận luận văn (trang 49) Đã chỉnh sửa theo góp ý thành viên hội đồng: - Bổ sung danh mục chữ viết tắt (trang v) - Bổ sung miêu tả cụ thể phần phƣơng pháp (trang 28, 29, 33 34) - Sắp xếp lại cƣờng độ chiếu sáng trƣớc thời gian chiếu sáng phần trình bày kết (trang 36, 37, 42 43) - Bổ sung thêm bình luận tăng dần quy mô so sáng quy mô 250 mL 1,5 L so với quy mơ hệ thống kín dạng ống (50-100 L) Ngày tháng năm Giáo viên hƣớng dẫn Tác giả luận văn PGS.TS Nguyễn Lan Hƣơng Trần Hải Anh CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG PGS.TS Phạm Thu Thủy Nghiên cứu điều kiện nuôi sinh khối tảo Spirulina hệ thống kín dạng ống LỜI CAM ĐOAN Tơi Trần Hải Anh xin cam đoan nội dung luận văn với đề tài: “Nghiên cứu điều kiện nuôi sinh khối tảo Spirulina hệ thống kín dạng ống” cơng trình nghiên cứu sáng tạo thực dƣới hƣớng dẫn PGS.TS Nguyễn Lan Hƣơng Các số liệu, kết trình bày luận văn hồn tồn trung thực chƣa cơng bố cơng trình khoa học khác Trần Hải Anh i CNSH2014A Nghiên cứu điều kiện nuôi sinh khối tảo Spirulina hệ thống kín dạng ống LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành đƣợc luận văn này, ngồi cố gắng nỗ lực thân, tơi nhận đƣợc ủng hộ, giúp đỡ tận tình thầy giáo, gia đình bạn bè Tơi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS.TS Nguyễn Lan Hƣơng - Viện Công nghệ sinh học & Công nghệ thực phẩm, trƣờng Đại học Bách khoa Hà Nội tận tình giúp đỡ, hƣớng dẫn dạy cho phƣơng pháp làm việc hiệu suốt trình thực luận văn tốt nghiệp Tôi xin chân thành cảm ơn tới thầy cô giáo thuộc Viện Công nghệ sinh học & Công nghệ thực phẩm – Trƣờng Đại học Bách khoa Hà Nội giảng dạy giúp đỡ suốt trình học tập thực đề tài Tơi xin chân thành cảm ơn! Học viên Trần Hải Anh ii CNSH2014A Nghiên cứu điều kiện nuôi sinh khối tảo Spirulina hệ thống kín dạng ống MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN ii LỜI CẢM ƠN ii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT v DANH MỤC CÁC HÌNH vi DANH MỤC CÁC BẢNG viii MỞ ĐẦU CHƢƠNG – TỒNG QUAN 1.1 Giới thiệu tảo Spirulina 1.1.1 Đặc điểm hình thái, cấu tạo sinh sản 1.1.2 Thành phần hóa học giá trị dinh dƣỡng 1.1.3 Ứng dụng tảo Spirulina 10 1.2 Giới thiệu công nghệ nghệ nuôi tảo Spirulina 11 1.2.1 Tổng quan hệ thống nuôi Spirulina 11 1.2.2 Tình hình nghiên cứu nuôi tảo giới Việt nam 17 1.3 Một số yếu tố ảnh hƣởng đến q trình ni tảo Spirulina 18 1.3.1 Nhu cầu dinh dƣỡng tảo Spirulina 18 1.3.2 Ảnh hƣởng mật độ giống ban đầu 20 1.3.3 Ảnh hƣởng ánh sáng 20 1.3.4 Ảnh hƣởng tốc độ dòng chảy 21 1.3.5 Ảnh hƣởng nhiệt độ 21 CHƢƠNG – NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 23 2.1 Nguyên vật liệu 23 2.1.1 Nguyên vật liệu 23 2.1.2 Hóa chất 23 2.1.3 Thiết bị 25 2.2 Phƣơng pháp phân tích 25 2.2.1 Đo mật độ quang 25 2.2.2 Đo cƣờng độ chiếu sáng 26 2.2.3 Xác định lƣợng sinh khối khô dịch nuôi tảo 26 2.2.4 Xác định vận tốc dòng chảy chuẩn số Reynolds 27 2.3 Phƣơng pháp nghiên cứu 27 Trần Hải Anh iii CNSH2014A Nghiên cứu điều kiện nuôi sinh khối tảo Spirulina hệ thống kín dạng ống 2.3.1 Lựa chọn giống tảo Spirulina 27 2.3.2 Một số yếu tố ảnh hƣởng đến khả sinh trƣởng tảo quy mơ bình tam giác 250 mL chai nhựa 1,5L 28 2.3.3 Nghiên cứu điều kiện nuôi sinh khối tảo Spirulina hệ thống kín dạng ống 29 CHƢƠNG – KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 33 3.1 Lựa chọn giống tảo Spirulina 33 3.2 Một số yếu tố ảnh hƣởng đến khả sinh trƣởng tảo quy mơ bình tam giác 250 mL chai nhựa 1,5L 34 3.2.1 Ảnh hưởng mật độ giống ban đầu 34 3.2.2 Ảnh hưởng cường độ chiếu sáng 36 3.2.3 Ảnh hưởng thời gian chiếu sáng 37 3.2.4 Ảnh hưởng nhiệt độ 38 3.3 Nghiên cứu điều kiện nuôi sinh khối tảo S platensis hệ thống kín dạng ống 39 3.3.1 Ảnh hưởng môi trường dinh dưỡng 39 3.3.2 Ảnh hưởng mật độ giống ban đầu 40 3.3.3 Ảnh hưởng cường độ chiếu sáng 42 3.3.4 Ảnh hưởng thời gian chiếu sáng 43 3.3.5 Ảnh hưởng vận tốc dòng chảy 44 3.4 Đề xuất quy trình ni tảo hệ thống kín dạng ống 46 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 49 TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC Trần Hải Anh iv CNSH2014A Nghiên cứu điều kiện nuôi sinh khối tảo Spirulina hệ thống kín dạng ống DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT KÝ HIỆU TÊN ĐẦY ĐỦ TÊN TIẾNG VIỆT PBR Photobioreactor Thiết bị quang sinh học T-PBR Tubular Photobioriactor Thiết bị quang sinh học dạng ống OD Optical Density Độ hấp thụ quang phổ O.E.S Opened Ecosystem Hệ thống hở C.E.S Closed Ecosystem Hệ thống kín Trần Hải Anh v CNSH2014A Nghiên cứu điều kiện nuôi sinh khối tảo Spirulina hệ thống kín dạng ống DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1 Hình vẽ thu hoạch tảo Mexico (a) Thu tảo tự nhiên (b) sản phẩm sau chế biến (c) Hình 1.2 Vịng đời tảo Spirulina Hình 1.3 Thành phần dinh dƣỡng Spirulina Hình 1.4 Các mơ hình ni tảo Spirulina cơng nghiệp 12 Hình 1.5 Sơ đồ hệ thống thiết bị quang sinh học kiểu ống nằm ngang 14 Hình 1.6 Sơ đồ hệ thống thiết bị phản ứng quang sinh học kiểu ống nằm nghiêng 16 Hình 1.7 Sơ đồ hệ thống thiết bị phản ứng quang sinh học kiểu ống xoắn 16 Hình 2.1 Hóa chất (I) (II) 24 Hình 2.2 Vệ sinh hệ thống 25 Hình 2.3 Máy quang phổ (so màu) 25 Hình 2.4 Máy đo cƣờng độ chiếu sáng 26 n Sơ đồ nguyên lý hệ thống T-PBR nuôi tảo Spirulina (A) hệ thống T- PBR phòng 101-102-C10 (B) 30 Hình 3.1 Sự phát triển tảo Spirulina với giống khác (A) khối lƣợng tảo khô cực đại (B) 33 Hình 3.2 Hình dạng tảo Spirulina 34 Hình 3.3 Ảnh hƣởng mật độ giống ban đầu đến phát triển Spirulina quy mơ bình tam giác 250 mL (A) chai nhựa 1,5L (B) 34 Hình 3.4 Sự phát triển tảo với mật độ khác quy mơ bình tam giác 250 mL (a) chai nhựa 1,5L (b) 35 Hình 3.5 Ảnh hƣởng thời gian chiếu sáng đến phát triển Spirulina quy quy mơ bình tam giác 250 mL (A) chai nhựa 1,5L (B) 37 Hình 3.6 Ảnh hƣởng thời gian chiến sáng đến hình dạng tảo Spirulina 38 Hình 3.7 Ảnh hƣởng cƣờng độ chiếu sáng đến phát triển Spirulina quy mơ bình tam giác 250 mL (A) chai nhựa 1,5L (B) 36 Hình 3.8 Ảnh hƣởng nhiệt độ đến phát triển Spirulina quy mơ bình tam giác 250 mL (A) chai nhựa 1,5L (B) 38 Trần Hải Anh vi CNSH2014A Nghiên cứu điều kiện ni sinh khối tảo Spirulina hệ thống kín dạng ống Hình 3.9 Ảnh hƣởng mơi trƣờng dinh dƣỡng đến phát triển Spirulina (A) khối lƣợng khô cực đại thu đƣợc (B) 40 Hình 3.10 Ảnh hƣởng mật độ giống ban đầu đến phát triển Spirulina (A) khối lƣợng khô cực đại thu đƣợc (B) 41 Hình 3.11 Tảo Spirulina với OD560 ban đầu 0,1 ngày nuôi thứ (a), OD560 ban đầu 0,3 ngày nuôi thứ (b) ngày nuôi thứ (c) 42 Hình 3.12 Ảnh hƣởng thời gian chiếu sáng đến phát triển Spirulina (A) khối lƣợng khô cực đại thu đƣợc (B) 44 Hình 3.13 Ảnh hƣởng cƣờng độ chiếu sáng đến phát triển Sprulina (A) khối lƣợng khô cực đại thu đƣợc (B) 42 Hình 3.14 Ảnh hƣởng vận tốc dòng chảy đến phát triển Spirulina (A) khối lƣợng khô cực đại thu đƣợc (B) 44 Hình 3.15 (a) Dấu hiệu tảo bắt đầu bị phân hủy (có màu vàng), (b) Cấu trúc sợi tảo bị phá vỡ 45 Hình 3.16 Quy trình ni tảo với quy mơ 50–100L 46 n 3.17 Hệ thống T-PBR1 nuôi tảo Spirulina sử dụng (a) hệ thống T-PBR2 cải tiến (b) 48 Trần Hải Anh vii CNSH2014A Nghiên cứu điều kiện nuôi sinh khối tảo Spirulina hệ thống kín dạng ống DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1 Thành phần vitamin tảo xoắn Spirulina Bảng Bảng Hàm lƣợng sắc tố tự nhiên sinh khối S platensis Thành phần môi trƣờng Zarrouk 23 Trần Hải Anh viii CNSH2014A Nghiên cứu điều kiện ni sinh khối tảo Spirulina hệ thống kín dạng ống A B Hình 3.10 Ảnh hƣởng mật độ giống ban đầu đến phát triển Spirulina (A) khối lƣợng khơ cực đại thu đƣợc (B) Hình 3.10.A cho thấy sinh trƣởng tảo giống với quy mô đƣợc nêu trên, với OD560 ban đầu từ 0,3-0,5 tảo phát triển tốt so với OD560 ban đầu 0,1 – 0,2 Điều thể rõ lƣợng sinh khối khô thu đƣợc đƣợc thể hình 3.10 (B) Với mật độ OD560 khởi đầu 0,5 cho thấy thời gian tăng trƣởng thời gian đạt mật độ cực đại ngắn nhất, OD560 ban đầu 0,4 cho tốc độ tăng trƣởng ngày đầu nhanh so với OD560 ban đầu từ 0,1 – 0,3 nhƣng vào pha tăng trƣởng phát triển lại không cao nhiều so với OD560 ban đầu 0,3 Và OD560 ban đầu 0,3 S platensis tăng sinh nhanh chóng đến nồng độ sinh khối cao Kết thí nghiệm cho thấy OD560 ban đầu 0,3 tảo có phát triển vƣợt trội so với mật độ giống ban đầu lại, đạt cực đại vào ngày nuôi với lƣợng sinh khối khô thu đƣợc 5,05 ± 0,03 g/L Kết cho thấy phù hợp với nghiên cứu Azgin cộng (2014) lƣợng sinh khối khô thu đƣợc nuôi S platensis T-PBR đạt 3,492 - 4,959 g/L [8] nghiên cứu Travieso et al (2003) nuôi Spirulina thiết bị quang sinh học dạng ống khối lƣợng khơ đạt đƣợc 5,82 g/L [53] Do đó, giá trị OD560 ban đầu 0,3 đƣợc chọn làm nồng độ sinh khối ban đầu để tiến hành thí nghiệm sau, giảm đƣợc lƣợng tảo bố trí ban đầu nhƣ tiết kiệm đƣợc chi phí sản xuất ni cấy qui mô lớn mà đạt đƣợc mật độ cao Trần Hải Anh 41 CNSH2014A Nghiên cứu điều kiện ni sinh khối tảo Spirulina hệ thống kín dạng ống b a c Hình 3.11 Tảo Spirulina với OD560 ban đầu 0,1 ngày nuôi thứ (a), OD560 ban đầu 0,3 ngày nuôi thứ (b) ngày nuôi thứ (c) 3.3.3 Ản ưởng cường độ c iếu sáng Cƣờng độ sáng thông số ảnh hƣởng mạnh đến phát triển sinh khối tảo thể hình 3.12 A B Hình 3.12 Ảnh hƣởng cƣờng độ chiếu sáng đến phát triển Sprulina (A) khối lƣợng khô cực đại thu đƣợc (B) Theo kết hình 3.12 thấy với cƣờng độ chiếu sáng mạnh 4500–5500 lux, tảo có tốc độ phát triển ban đầu tốt, nhiên đến ngày ni thứ sinh trƣởng có dấu hiệu chậm lại, khơng ổn định đạt OD560 cực đại 1,232 vào ngày thứ Sự phát triển bất thƣờng cƣờng độ chiếu sáng cao làm tổn thƣơng sắc tố quang hợp nhƣ chlorophyll, phycocyanin, bắt đầu xuất hiện tƣợng ức chế quang hợp làm tảo chết làm giảm suất [1] Với cƣờng độ chiếu sáng 3500–4000 lux, cho thấy đƣờng cong sinh trƣởng có phần ổn định đạt mật độ tế bào cao OD560 cực đại 1,436 tƣơng ứng với lƣợng sinh khối khô thu đƣợc 4,76 g/L (hình 3.12.B) Cho đến ngày ni thứ sinh trƣởng phát triển cao sơn so với cƣờng độ chiếu sáng 800–1200 lux Trần Hải Anh 42 CNSH2014A Nghiên cứu điều kiện nuôi sinh khối tảo Spirulina hệ thống kín dạng ống 1500–1800 lux tảo có biểu phát triển yếu đạt cực đại sau 10 ngày S platensis phát triển cƣờng độ chiếu sáng 1500 – 2000 lux [44] Reichert (2006) lại nuôi S platensis với cƣờng độ chiếu sáng 2500 lux [45] Henrard A et al (2011) phát triển tốt tảo cƣờng độ chiếu sáng 3200 lux [24] Manoj kumar et al (2011) nhận thấy điều kiện nuôi tối ƣu cho phát triển tảo S platensis với cƣờng độ chiếu sáng 3500 lux [31].Có nhiều nhận định khác cƣờng độ chiếu sáng nuôi tảo, nhƣng nhìn chung giá trị thích hợp đƣợc đƣa nằm khoảng 2000 – 3500 lux Kết thí nghiệm thu đƣợc khẳng định tảo S platensis phát triển mạnh đạt sinh khối nhiều ổn định điều kiện chiếu sáng từ 3500 – 4000 lux 3.3.4 Ản ưởng t ời gian c iếu sáng Thời gian chiếu sáng đóng vai trị quan trọng ảnh hƣởng trực tiếp việc phát triển sinh khối tảo Ảnh hƣởng thời gian chiếu sáng đến phát triển sinh khối tảo đƣợc thể hình 3.13 Khi đƣợc chiếu 16 giờ/ngày S platensis tăng sinh nhanh chóng đạt nồng độ sinh khối cao vào ngày nuôi với lƣợng sinh khối khơ đạt đƣợc 4,77 g/L (hình 3.13.B) Tại thời gian chiếu sáng 24 giờ/ngày cho tốc độ tăng trƣởng ngày đầu nhanh nhƣng đến ngày ni phát triển bắt đầu suy giảm, điều nhận thấy với thời gian chiếu sáng thích hợp có lợi cho sinh trƣởng phát triển S platensis, nhƣng với thời gian chiếu sáng mức gây tổn hại tế bào tảo nên tránh [7] Khi chiếu sáng với 12 giờ/ngày phát triển tảo yếu hẳn so với thời gian chiếu sáng lại, thời điểm mật độ tảo tăng cao, sợi tảo phát triển dày đặc làm hạn chế lƣợng ánh sáng, lƣợng ánh sáng khơng đủ cho trình quang hợp tế bào tảo [47] Pareek and Srivastava (2001) tiến hành thử nghiệm để xác định chu kỳ sáng tối ƣu cho phát triển suất tảo Họ nhận thấy với thời gian chiếu sáng tối ƣu cho phát triển S platensis 16 giờ/ngày [38] Trần Hải Anh 43 CNSH2014A Nghiên cứu điều kiện nuôi sinh khối tảo Spirulina hệ thống kín dạng ống B A Hình 3.13 Ảnh hƣởng thời gian chiếu sáng đến phát triển Spirulina (A) khối lƣợng khô cực đại thu đƣợc (B) Kết thu đƣợc khẳng định S platensis sinh trƣởng mạnh với thời gian chiếu sáng 16 giờ/ngày, điều phù hợp với nhận định tác giả 3.3.5 Ản ưởng vận tốc dòng c ảy Đối với vận hành hệ thống kín dạng ống tốc độ dịng chảy ống thơng số ảnh hƣởng lớn đến phát triển tảo Quan sát hình 3.14 nhận thấy có khác biệt đáng kể tăng trƣởng sinh khối S platensis vận tốc dòng 0,14 m/s với 0,33 m/s 0,49 m/s Với vận tốc dịng chảy 0,14 m/s tốc độ tăng trƣởng chậm so với giá trị lại, khác biệt thể ngày thứ Trong đó, với hai vận tốc 0,33 0,49m/s khơng có khác biệt đáng kể tính đến ngày thứ Tuy nhiên sang ngày thứ 8, giá trị OD560 đột ngột giảm mẫu thí nghiệm vận tốc 0,49m/s, cịn 0,35 m/s tiếp tục tăng đến ngày Có thể lý giải tƣợng đến ngày 7, dinh dƣỡng môi trƣờng cạn, đồng thời vận tốc di chuyển nhanh khiến cấu trúc sợi tảo bị phá vỡ nên dễ bị phân hủy, biểu thấy dấu hiệu tảo bắt đầu ngả sang màu vàng (Hình 3.15) B A Hình 3.14 Ảnh hƣởng vận tốc dòng chảy đến phát triển Spirulina (A) khối lƣợng khô cực đại thu đƣợc (B) Trần Hải Anh 44 CNSH2014A Nghiên cứu điều kiện ni sinh khối tảo Spirulina hệ thống kín dạng ống Khía cạnh vận tốc dịng ni tảo Spirulina có nhiều ý kiến khác nhau, nhƣng nhìn chung giá trị mà tác giả đề cập tới nằm khoảng 0,05 – 0,8 m/s Masojídek et al (2003) thực nghiệm xác định vận tốc dịng chảy thích hợp cho tảo Spirulina khoảng 0,2 m/s [34] Nhƣng nghiên cứu Carlozzi Torzillo (2005) lại cho tảo Spirulina thích hợp phát triển khoảng vận tốc 0,18 – 0,75 m/s [13] Carlozzi (2008) cho biết tiến hành thực nghiệm nuôi trồng tảo Spirulina vận tốc dòng từ 0,2 đến 0,5 m/s [12] Kết thí nghiệm cho thấy khoảng vận tốc dòng từ 0,14 m/s – 0,49m/s, tảo S platensis có tốc độ sinh trƣởng khác nhƣng cho thấy sinh trƣởng tốt, phù hợp với nhận định tác giả Bên cạnh tác động học vào dịch tảo, vận tốc dòng ảnh hƣởng tới khả hòa tan oxi dịch ni qua chế độ chảy dịng hay chảy xốy Chế độ chảy xốy làm giảm khả hịa tan oxi, đồng thời thải bỏ oxi trình quang hợp sinh nhanh hơn, khiến cho tảo sinh trƣởng tốt Trong giá trị khảo sát, giá trị v 0,33 m/s (Re = 8150) v 0,49m/s (Re = 13585) cho chế độ chảy chuyển tiếp sang chảy xoáy (2300 < Re < 10000) chảy xoáy (Re > 10000), Giá trị v 0,14 m/s (Re = 2121) cho chế độ chảy dòng (Re < 2300) [6] Nhƣ vậy, chọn giá trị vận tốc dịng 0,33 m/s giá trị thích hợp để ni tảo Spirulina, với lƣợng sinh khối khô thu đƣợc sau ngày ni 4,85 g/L a b Hình 3.15 (a) Dấu hiệu tảo bắt đầu bị phân hủy (có màu vàng), (b) Cấu trúc sợi tảo bị phá vỡ (quan sát kính hiển vi độ phóng đại 400X) Trần Hải Anh 45 CNSH2014A Nghiên cứu điều kiện nuôi sinh khối tảo Spirulina hệ thống kín dạng ống Đã lựa chọn đƣợc điều kiện thích hợp ni sinh khối tảo Spirulina hệ thống kín dạng ống quy mô 50–100 L nhƣ sau: mật độ giống ban đầu OD560 0,3; cƣờng độ chiếu sáng 3500–4000 lux, thời gian chiếu sáng 16 giờ/ngày, vận tốc dòng 0,33 m/s Sau ngày nuôi lƣợng sinh khối khô đạt cực đại 4,82 ± 0,14 g/L Nhƣ kết đạt đƣợc ni Spirulina hệ thống kín dạng ống cho thấy lƣợng sinh khối khô tăng 50,16% so với ni quy mơ bình tam giác 250 mL chai nhựa 1,5 L 3.4 Đề xuất quy trình ni tảo hệ thống kín dạng ống Từ nghiên cứu chúng tơi đề xuất quy trình nuôi tảo S platensis quy mô 50–100L hệ thống kín dạng ống nhƣ hình 3.16 Tảo giống S platensis Mơi trƣờng Zarrouk Bình tam giác 250mL Chai nhựa 1,5L Hệ thống kín dạng ống (50–100L) - OD560 ban đầu 0,3 Chiếu sáng 24 giờ/ngày Cƣờng độ ánh sáng 3,5–4 klux Nhiệt độ 35oC - OD560 ban đầu 0,3 Chiếu sáng 16 giờ/ngày Cƣờng độ ánh sáng 3,5–4 klux Tốc độ dịng 0,33 m/s Sinh khối tảo khơ Hình 3.16 Quy trình ni tảo với quy mơ 50–100L T uyết quy tr n : tảo giống đƣợc nhân giống bình tam giác 250mL với 100mL mơi trƣờng Zarrouk với điều kiện nhƣ sau: OD560 ban đầu Trần Hải Anh 46 CNSH2014A Nghiên cứu điều kiện ni sinh khối tảo Spirulina hệ thống kín dạng ống 0,3; thời gian chiếu sáng 24 giờ/ngày, cƣờng độ chiếu sáng 3500–4000 lux, nhiệt độ 35oC, tốc độ lắc 160 rpm thời gian ngày OD560 cực đại đạt đƣợc 1,095 Canh trƣờng tảo (300mL) đƣợc chuyển giống sang chai nhựa 1,5L với 700mL môi trƣờng Zarrouk, để đƣợc OD560 ban đầu đạt 0,3 Tảo S platensis nuôi chai nhựa với điều kiện tối ƣu tƣơng tự nhƣ trên: (thời gian chiếu sáng 24 giờ/ngày, cƣờng độ chiếu sáng 3500–4000 lux, nhiệt độ 35oC), tốc sục khí lít/phút thời gian ngày OD560 cực đại đạt đƣợc 1,097 Sau canh trƣờng (15L) đƣợc chuyển lên hệ thống kín dạng ống với 35L mơi trƣờng Zarrouk Điều kiện vận hành hệ thống kín dạng ống nhƣ sau: OD560 ban đầu 0,3; chiếu sáng 16 giờ/ngày, cƣờng độ chiếu sáng 3500–4000 lux, vận tốc dòng 0,33 m/s Sau ngày nuôi canh trƣờng đƣợc tiếp tục chuyển lên hệ thống kín dạng ống với quy mô 100L, với điều kiện tƣơng tự nhƣ Khi tiến hành nuôi sinh khối tảo hệ thống T–PBR1 bƣớc đầu cho thấy nhiều ƣu điểm nhƣ: tránh đƣợc nhiễm tạp, dễ dàng nâng quy mơ thay đổi đƣợc thể tích ni cấy từ 10-50L cách sử dụng van (Hình 3.17a), nhiên q trình tiến hành thí nghiệm có số nhƣợc điểm nhƣ: tăng thể tích ni lên 100L xuất hiện tƣợng rò van cao, bơm khơng đủ áp lực, thể tích bình tuần hồn nhỏ so với lƣợng dịch (Hình 3.17a) Để khắc phục nhƣợc điểm chúng tơi tiến hành cải tiến hệ thống kín dạng ống nhƣ hình 3.17.b Với hệ thống ni đƣợc thiết kế thu hẹp khoảng cách ống để khả thu nhận đƣợc ánh sáng tối đa Hệ thống van điều chỉnh dòng vào đƣợc giảm bớt nhằm hạn chế tích tụ tảo điểm van Và thùng chứa tảo bình nƣớc lavie 19L có vịi đƣợc thay thùng nhựa có nắp 60L đƣợc thiết kế thành hệ kín hoàn toàn tránh đƣợc tối đa nhiễm tạp mơi trƣờng bên ngồi tới sinh trƣởng phát triển tảo Trần Hải Anh 47 CNSH2014A Nghiên cứu điều kiện nuôi sinh khối tảo Spirulina hệ thống kín dạng ống a b n 3.17 Hệ thống T-PBR1 nuôi tảo Spirulina sử dụng (a) hệ thống T-PBR2 cải tiến (b) Trần Hải Anh 48 CNSH2014A Nghiên cứu điều kiện nuôi sinh khối tảo Spirulina hệ thống kín dạng ống KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận Từ ba giống tảo ban đầu có chất lƣợng tốt tiến hành nuôi điều kiện, lựa chọn giống Spirulina T1 có sinh trƣởng phát triển vƣợt trội so với giống Spirulina T2 T3, cho nghiên cứu Tảo Spirulina đƣợc ni quy mơ bình tam giác 250 mL chai nhựa 1,5 L Đã lựa chọn đƣợc điều kiện thích hợp ni thu sinh khối tảo là: mật độ giống ban đầu OD560 0,3; cƣờng độ chiếu sáng 3500–4000 lux, thời gian chiếu sáng 24 giờ/ngày, nhiệt độ nuôi 35oC, thời gian ngày Lƣợng sinh khối khô đạt cực đại 3,21 ± 0,08 g/L Đã lựa chọn điều kiện thích hợp ni sinh khối tảo Spirulina hệ thống kín dạng ống quy mô 50-100 L nhƣ sau: mật độ giống ban đầu OD560 0,3; cƣờng độ chiếu sáng 3500–4000 lux, thời gian chiếu sáng 16 giờ/ngày, vận tốc dòng 0,33 m/s Sau ngày lƣợng sinh khối khô đạt cực đại 4,82 ± 0,14 g/L Đã đề xuất quy trình ni thu sinh khối tảo hệ thống kín dạng ống quy mơ 50-100L Kiến nghị - Tiếp tục nghiên cứu hồn thiện q trình ni Spirulina hệ thống kín dạng ống quy mơ lớn (200 lít/mẻ) nhằm cung cấp giống quy mô thực nghiệm Trần Hải Anh 49 CNSH2014A Nghiên cứu điều kiện nuôi sinh khối tảo Spirulina hệ thống kín dạng ống TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu tiếng việt [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] Đặng Đình Kim Đ H P H (1999), Công nghệ sinh học vi tảo, Nhà xuất Nông nghiệp, pp 5-125 Lê Văn Cát Đ T H N., Ngô Ngọc Cát (2006), "Nƣớc Nuôi Thủy Sản, Chất Lƣợng Và Giải Pháp Cải Thiện Chất Lƣợng nƣớc", Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật Liêm D T (2009), "Thực phẩm chức sức khỏe bền vững", NXB ĐH Nơng Lâm, Tp Hồ Chí Minh Loan H T T (2010), "Nghiên cứu phân lập, bảo quản nhân giống tảo Spirulina platensis", Đồ án tốt nghiệp, Đại học Bách Khoa Đà Nẵng Sơn H N (2000), "Nghiên cứu sản xuất sử dụng tảo Spirulina platensis làm thức ăn bổ sung chăn nuôi gà qui mơ gia đình", Luận án tiến sĩ nông nghiệp, Viện khoa học kỹ thuật nông nghiệp miền Nam, TP HCM Trần Xoa N n T n K (2006), "Sổ tay q trình thiết bị cơng nghệ hóa chất", NXB Khoa học kỹ thuật tập 1, pp 359-374 Barbosa M J et al (2003), "Microalgae cultivation in air‐lift reactors: Modeling biomass yield and growth rate as a function of mixing frequency", Biotechnology and Bioengineering 82 (2), pp 170-179 Azgın C et al (2014), "A Comparison the Biomass of Productivity, Protein and Lipid Content of Spirulina platensis Cultured in the Pond and Photobioreactor", Journal of Biological and Environmental Sciences (24) Ben-Amotz A et al (1989), "Mode of action of the massively accumulated β-carotene of Dunaliella bardawil in protecting the alga against damage by excess irradiation", Plant Physiology 91 (3), pp 1040-1043 Boussiba S (1989), "Ammonia uptake in the alkalophilic cyanobacterium Spirulina platensis", Plant and cell physiology 30 (2), pp 303-308 Boussiba S et al (2005), "An insight into the future of microalgal biotechnology", Innov Food Technol 28, pp 37-39 Carlozzi P (2008), "Closed photobioreactor assessments to grow, intensively, light dependent microorganisms: a twenty-year Italian outdoor investigation", The Open Biotechnology Journal 2, pp 63-72 Carlozzi P et al (2005), "Growth characteristics of Arthrospira platensis cultured inside a new close‐coil photobioreactor incorporating a mandrel to control culture temperature", Biotechnology and Bioengineering 90 (6), pp 675-684 Chauhan U et al (2010), "Effect of different conditions on the production of chlorophyll by Spirulina platensis", J Algal Biomass Utln 1, pp 89-99 Chisti Y (2007), "Biodiesel from microalgae", Biotechnology advances 25 (3), pp 294-306 Trần Hải Anh CNSH2014A Nghiên cứu điều kiện nuôi sinh khối tảo Spirulina hệ thống kín dạng ống [16] [17] [18] [19] [20] [21] [22] [23] [24] [25] [26] [27] [28] [29] [30] [31] Ciferri O (1983), "Spirulina, the edible microorganism", Microbiological reviews 47 (4), pp 551 Danesi E et al (2004), "Effect of reducing the light intensity on the growth and production of chlorophyll by Spirulina platensis", Biomass and Bioenergy 26 (4), pp 329-335 Danesi E et al (2001), Production of Spirulina platensis under different temperatures and urea feeding regimes for chlorophyll attainment, Proceedings: Eighth International Congress in Engineering and Food, pp 1978-1982 Dubey R C (2006), "A textbook of Biotechnology Fourth revised and enlarge edition", S Chand and company limited, pp 419-421 Falquet J (1997), "The nutritional aspects of Spirulina", Antenna Technology Graham L E L W W (2000), "Algae", Prentice Hall, Upper Saddle River, NJ 07458, pp 42-43 Habib M A B et al (2008), A review on culture, production and use of spirulina as food for humans and feeds for domestic animals and fish, Food and agriculture organization of the united nations Hall D O et al (1995), "The potential applications of cyanobacterial photosynthesis for clean technologies", Photosynthesis research 46 (1-2), pp 159-167 Henrard A et al (2011), "Vertical tubular photobioreactor for semicontinuous culture of Cyanobium sp", Bioresource technology 102 (7), pp 4897-4900 Henrikson R (2009), "Earth Food Spirulina: How This Remarkable Blue– Green Algae Can Transform Your Health and Our Planet Ronore Enterprises", Inc., Hana Hu Q (2004), "12 Industrial Production of Microalgal Cell-mass and Secondary Products–Major Industrial Species", Handbook of microalgal culture: biotechnology and applied phycology, pp 264-272 Janssen M (2002), Cultivation of microalgae: effect of light/dark cycles on biomass yield, publisher not identified Jensen S et al (1993), "Influence of light and temperature on photoinhibition of photosynthesis in Spirulina platensis", Journal of applied phycology (5), pp 495-504 Jiménez C et al (2003), "The feasibility of industrial production of Spirulina (Arthrospira) in Southern Spain", Aquaculture 217 (1), pp 179-190 JOURDAN J.-P (2003), Grow your own Spirulina, pp Kumar M et al (2011), "Growth and biopigment accumulation of cyanobacterium Spirulina platensis at different light intensities and temperature", Brazilian Journal of Microbiology 42 (3), pp 1128-1135 Trần Hải Anh CNSH2014A Nghiên cứu điều kiện nuôi sinh khối tảo Spirulina hệ thống kín dạng ống [32] [33] [34] [35] [36] [37] [38] [39] [40] [41] [42] [43] [44] [45] Leduy A T., N (1977), "An improved method for optical density measurement of the semimicroscopic blue green alga Spirulina maxima", Biotechnology and Bioengineering 19 (8), pp 1219-1224 Lu Y.-M et al (2011), "Spirulina (Arthrospira) industry in Inner Mongolia of China: current status and prospects", Journal of applied phycology 23 (2), pp 265-269 Masojídek J et al (2003), "A closed solar photobioreactor for cultivation of microalgae under supra-high irradiance: basic design and performance", Journal of applied phycology 15 (2-3), pp 239-248 Moraes C C et al (2011), "C-phycocyanin extraction from Spirulina platensis wet biomass", Brazilian Journal of Chemical Engineering 28 (1), pp 45-49 Nhu N T H et al (2014), "The effect of pH, dark-light cycle and light colour on the chlorophyll and carotenoid production of Spirulina sp", KKU Research Journal 19, pp 190-197 Pandey J et al (2010), "Evaluation of biomass production of Spirulina maxima on different reported media", J Algal Biomass Utln (3), pp 7081 Pareek A et al (2001), "Optimum photoperiod for the growth of Spirulina platensis", J Phytol Res 14, pp 219-220 Pulz O (1994), "Open-air and semi-closed cultivation systems for the mass cultivation of microalgae", Algal Biotechnology in the Asia-Pasific Region Institute of Advenced Studies, University of Malaya, Kuala Lumpur, pp 113117 Pulz O (2001), "Photobioreactors: production systems for phototrophic microorganisms", Applied microbiology and biotechnology 57 (3), pp 287293 Qasim M et al (2012), "Physico-chemical growth requirements and molecular characterization of indigenous Spirulina", African Journal of Microbiology Research (11), pp 2788-2792 Radmann E M et al (2007), "Optimization of the repeated batch cultivation of microalga Spirulina platensis in open raceway ponds", Aquaculture 265 (1), pp 118-126 Ramírez-Duque J.-L et al (2011), "HYDRODYNAMIC COMPUTATIONAL EVALUATION IN SOLAR TUBULAR PHOTOBIOREACTORS BENDS", CT&F-Ciencia, Tecnología y Futuro (4), pp 59-72 Rehab Mahmoud M I., Gamila Ali (2016), "Closed photobioreactor for microalgae Closed photobioreactor for microalgae biomass production under indoor growth conditions", J Algal Biomass Utln (1), pp 86-92 Reichert C d C et al (2006), "Semicontinuous cultivation of the cyanobacterium Spirulina platensis in a closed photobioreactor", Brazilian Journal of Chemical Engineering 23 (1), pp 23-28 Trần Hải Anh CNSH2014A Nghiên cứu điều kiện nuôi sinh khối tảo Spirulina hệ thống kín dạng ống [46] [47] [48] [49] [50] [51] [52] [53] [54] [55] [56] [57] [58] [59] [60] Richmond A (2008), Handbook of microalgal culture: biotechnology and applied phycology, John Wiley & Sons Richmond A et al (1986), "Factors affecting the output rate of Spirulina platensis with reference to mass cultivation", Biomass 10 (4), pp 253-264 Rodrigues M S et al (2011), "Influence of ammonium sulphate feeding time on fed-batch Arthrospira (Spirulina) platensis cultivation and biomass composition with and without pH control", Bioresource technology 102 (11), pp 6587-6592 Solisio C et al (2006), "Copper removal by dry and re-hydrated biomass of Spirulina platensis", Bioresource technology 97 (14), pp 1756-1760 Tadros M G., Robert, D.M., (1998), "Characterization of Spirulina Biomass for cell diet potential", NASA Contrator NCC 53, pp 2-501 Tietze H (2004), Spirulina Micro Food Macro Blessing, ke-4 Australia: Harald W Tietze Publishing Torzillo G et al (1993), "A two‐plane tubular photobioreactor for outdoor culture of Spirulina", Biotechnology and Bioengineering 42 (7), pp 891898 Travieso L et al (2001), "A helical tubular photobioreactor producing Spirulina in a semicontinuous mode", International Biodeterioration & Biodegradation 47 (3), pp 151-155 Tredici M R et al (1998), "Efficiency of sunlight utilization: tubular versus flat photobioreactors", Biotechnology and Bioengineering 57 (2), pp 187197 Vetayasuporn S (2004), "The potential for using wastewater from household scale fermented Thai rice noodle factories for cultivating Spirulina platensis", Pakistan J Biol Sci 7, pp 1554-1558 Vonshak A et al (1982), "Production of Spirulina biomass: effects of environmental factors and population density", Biomass (3), pp 175-185 Vonshak A et al (1988), "Photoinhibition and its recovery in two strains of the cyanobacterium Spirulina platensis", Plant and cell physiology 29 (4), pp 721-726 Vonshak A et al (2000), "Arthrospira (Spirulina): systematics and ecophysioIogy", The ecology of cyanobacteria, Springer, pp 505-522 Wang B et al (2012), "Closed photobioreactors for production of microalgal biomasses", Biotechnology advances 30 (4), pp 904-912 Zarouk C (1966), "Contribution A L’etude D’une cyanophyceae.(Influence de divers facteurs physiques el chimiques sur la croissance et la photosynthese de Spirulina maxima (Setch et Gardna) Geitler", Thesis (Ph D.) Trần Hải Anh CNSH2014A Nghiên cứu điều kiện nuôi sinh khối tảo Spirulina hệ thống kín dạng ống PHỤ LỤC Vải lọc tảo Kính hiển vi Trần Hải Anh Cân phân tích Thiết bị đo nhiệt độ CNSH2014A Nghiên cứu điều kiện nuôi sinh khối tảo Spirulina hệ thống kín dạng ống Sợi tảo phân đơi Vệ sinh hệ thống kín dạng ống hóa chất Lọc tảo qua giấy lọc Dàn tảo chạy thời điểm bắt đầu Trần Hải Anh Thời điểm thu hoạch CNSH2014A ... CNSH2014A Nghiên cứu điều kiện nuôi sinh khối tảo Spirulina hệ thống kín dạng ống Xuất phát từ thực tế, đề tài ? ?Nghiên cứu điều kiện nuôi sinh khối tảo Spirulina hệ thống kín dạng ống? ?? đƣợc thực... CNSH2014A Nghiên cứu điều kiện ni sinh khối tảo Spirulina hệ thống kín dạng ống Hệ thống nuôi tảo theo kiểu hở phƣơng pháp nuôi trồng đơn giản đƣợc sử dụng tƣơng đối phổ biến Hệ thống nuôi tảo hở... kiện nuôi sinh khối tảo Spirulina hệ thống kín dạng ống 1.2.2 Tình hình nghiên cứu ni tảo giới Việt nam Trên giới có nhiều nƣớc sử dụng hệ thống ống để nuôi sinh khối tảo cho suất cao Các hệ thống