công nghệ sinh học thực phẩm Đề tài Công Nghệ Sản Xuất Tảo Chlorella

Dưới những điều kiện sống tối ưu: nhiều ánh sáng, nước trong và không khí sạch Chlorella sinh sản với tốc độ vô cùng lớn.. Có diệp lục => Tảo là sinh vật tự dưỡng Hiệu quả quang hợp là 8

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ TPHCM

KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM



CÔNG NGHỆ SINH HỌC THỰC PHẨM

Đề tài: Công Nghệ Sản Xuất Tảo Chlorella

GVHD : Chu Thị Bích Phượng

SVTH : Nhóm 13

1- Lê Phúc Nguyên 1191100066

2- Lê Minh Thiện 1191100117

3- Lê Thị Trang 1191100137

4- Hà Ngọc Tâm 1191100103

5- Hồ Vĩnh Tài 1191100100

6-Trần Văn Tuấn 1191100147

7-Trương Thị Thanh Tuyền 1191100151

Tp.Hồ Chí Minh, tháng 07 năm 2012

LỜI CẢM ƠN

Nhóm chúng em xin gửi lời biết ơn chân thành đến trường Đại Học Kỹ Thuật Công Nghệ TP Hồ Chí Minh đã tạo điều kiện cho chúng em thực hiện bài tiểu luận một cách thuận lợi nhất Cảm ơn thư viện trường đã cung cấp và phục vụ các tài liệu cho nhóm trong quá trình thực hiện đề tài.

Chúng em vô cùng biết ơn sự hướng dẫn của cô Chu Thị Bích Phượng đã truyền đạt kiến thức cũng như cách hoàn thành một bài tiểu luận có khoa học nhất Cảm ơn

cô đã luôn theo sát chúng em trong thời gian qua.

Do kiến thức và khả năng tìm hiểu có hạn, nên bài tiểu luận nhóm em chỉ dừng lại những điểm cơ bản chưa đi sâu vào các vấn đề mà cô yêu cầu Mong cô và các bạn đóng góp thêm ý kiến để nhóm chúng em hoàn thành tốt seminar này và để củng

cố kiến thức khi hoàn thành môn học này.

LỜI MỞ ĐẦU

Con người không bao giờ hài lòng với chính bản thân mình Con người luôn suy nghĩ, hoạt dộng và tìm ra những thành tựu khoa học mới để phục vụ cho cuộc sống, cải tạo giới tự nhiên và bắt chúng phục vụ cho những lợi ích cho cuộc sống của mình.

Trong vài chục năm trở lại đây thì ngành khoa học về sinh học trên thế gới đã đạt được những thành tựu nổi trội như: Thực phẩm chuyển gen, thực phẩm chức năng, vật liệu bao bì có nguồn gốc sinh học…

Đặc biệt hơn là con người đã thành công trong việc tìm ra một số hoạt chất sinh học có nguồn gốc hoàn toàn tự nhiên dể ứng dụng vào trong công nghệ dược phẩm và thực phẩm để trị bệnh, tăng cường sức khỏe cũng như tăng cường khả năng dung nạp và đào thải Hôm nay chúng em xin gới thiệu công nghệ sản xuất tảo Chlorella và ứng dụng của nó.

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN 2

LỜI MỞ ĐẦU 2

MỤC LỤC 4

Phần 1: GIỚI THIỆU 6

1.1 Tổng quan 6

1.2 Cấu tạo và phân loại 6

1.3 Đặc tính sinh sản 7

1.4 Thành phần hóa học của tảo Chlorella 8

1.5 Bộ gen 8

Phần 2 QUY TRÌNH SẢN XUẤT TẢO CHLORELLA 10

2.1 Quy trình sản xuất 10

2.2 Chuẩn bị giống và nuôi cấy trên thạch nghiêng 12

2.3 Nguyên liệu 12

2.4 Môi trường nuôi cấy 12

2.5 Các hình thức nuôi trồng 13

2.5.1 -Nuôi trong hệ thống hở 13

2.5.2 Nuôi trong hệ thống kín 18

2.6 Thu hoạch sinh khối tảo 21

2.7 Các yếu tố ảnh hưởng 23

2.7.1 Ánh sáng 23

2.7.2 Nồng độ muối 24

2.7.3 pH 24

Phần 3 ỨNG DỤNG CỦA TẢO CHLORELLA 27

3.1 Trong Y học, thực phẩm chức năng 27

3.2 Trong nuôi trồng thủy hải sản 28

3.3 Trong mỹ phẩm 28

3.4 Dùng nước thải để sản xuất dầu sinh học 29

3.5 Để sản xuất Biodiesel 29

Phần 4 TIÊU CHUẨN VỀ MẶT DINH DƯỠNG CỦA TẢO 31 Phần 5 Hiện trạng sử dụng tảo ở Việt Nam và trên thế giới và tiềm năng phát triển của tảo 34 TÀI LIỆU THAM KHẢO 35

Phần 1: GIỚI THIỆU 1.1 Tổng quan

Chlorella là một loại rong đặc biệt, còn được gọi tên khoa học là Pyrenoidosa

(tên cấu trúc pyrenoid trong Chloroplast) thường sống ở vùng nước ngọt và có hàm

lượng chlorophyll cao nhất (đạt 28,9 g/kg) so với bất kỳ thực vật quang hợp nào được

biết đến trên trái đất

Chlorella là một loại rong đã xuất hiện cách đây 2,5 tỷ năm và là dạng sống

đầu tiên có nhân thật Các hóa thạch kỷ tiền Cambri đã chỉ ra sự tồn tại của Chlorella thời kỳ bấy giờ Vì Chlorella là một vi sinh vật nên nó không được biết đến cho đến

cuối thế kỷ 19 và tên của nó cũng bắt nguồn từ một từ gốc Hy lạp, chloros có nghĩa là

màu xanh và ella có nghĩa là nhỏ bé Chlorella nằm trong nhóm sinh vật nhân thật của

giới sống ở nước ngọt dưới dạng một tế bào riêng lẻ Kích thước của rong chỉ bằng tếbào hồng cầu người Dưới những điều kiện sống tối ưu: nhiều ánh sáng, nước trong và

không khí sạch 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 thục - phânchia

Mỗi tế bào Chlorella pyrenoidosa có cấu trúc gồm nhân thật, hạt tinh bột, lục

lạp và ti thể với vách tế bào chủ yếu là Xellulose Dưới những tế bào bình thường, một

tế bào Chlorella sẽ phân chia thành 4 tế bào con trong thời gian chưa đến 24 giờ Tuổi thọ của một vòng đời tế bào Chlorella phụ thuộc vào cường độ ánh sáng mặt trời,

nhiệt độ và nguồn dinh dưỡng

1.2 Cấu tạo và phân loại

Cấu tạo.

Tảo Chlorella là tảo đơn bào, có hình cầu không di động, đường kính tế bào từ

2-10μm.μm.m

- Thành tế bào: cấu tạo bởi lớp plasmalemma có thành phần hóa hôc từ protein

tham gia quá trình trao đổi chất

- Tế bào chất: Là khối dịch nhày trong suốt chứa các bào quan dạng hạt Trong

đó có các thành phần chính sau:

+ Nước chiếm từ 50μm.-60μm.% trọng lượng tế bào

+ Protein là thành phần cơ bản của chất khô dịch bào, chiếm 70μm.-75% chất khôdịch bào

+ Các bào quan: Lục lạp , ty thể, ribosome …Trong đó lục lạp là bào quan đặcbiệt của tảo, chúng tham gia vào quá trình quang hợp

- Nhân: Tảo đã có màng nhân thuộc Eukaryote

Điều kiện sống tối ưu: nhiều ánh sáng, môi trường axit yếu và không khí sạch

Có xu hướng chìm xuống đáy nước

Có diệp lục => Tảo là sinh vật tự dưỡng

Hiệu quả quang hợp là 8%

Không bị virut tấn công, môi trường nuôi cấy đơn giản

Sinh sản vô tính, nhanh , lớp vỏ bao này không tham gia, các tế bào con đượcphân cắt trong tế bào mẹ, lớp vỏ vỡ ra ngoài chúng hình thành lớp vỏ mới

1.4 Thành phần hóa học của tảo Chlorella.

Bảng 1: Thành phần hóa học của tảo Chlorella

Chlamydomonas, Micromonas hay Ostreicoccus) trong khi bộ gen của tảo lụcChlorella với tiềm năng kinh tế lớn nhất nhờ ứng dụng làm thức bổ sung , đến nay vẫnchưa được thực hiện

tổng số lượng gen của tảo Micromonas Những thông tin di truyền này giúp hợp lý

hóa việc sử dụng tảo lục Chlorella trong nhiều ứng dụng công nghiệp khác nhau Việc

đối chiếu phân tích với các bộ gen của nhiều loại tảo xanh khác nhau hiện nay cũnggiúp phác thảo được chân dung di truyền của loài tảo tổ tiên chung của chúng Ở tảothủy tổ dường như đã tập trung được phần lớn đặc điểm sinh học tổng hợp các kíchthích tố cần thiết cho sinh trưởng và phát triển thực vật trên cạn

gen tương đối chi phối hoạt động tổng hợp protein lông roi Điều này cho thấy trước

đó tảo lục Chlorella có thể đã hình thành một chu kỳ giới tính mà đến nay vẫn chưa

được khám phá ra Ngoài ra, khả năng tổng hợp kitin của tảo lục Chlorella cũng rất có

khả năng được thừa hưởng từ một loài virus - bản thân virus này cũng có enzymkitinaza để đảm bảo độc quyền kí sinh vật chủ của nó so với các loài khác không cókhả năng đục xuyên vỏ Cơ chế “độc quyền” này là minh chứng cho một phương thứccùng tiến hóa mới giữa virus và vật chủ

Phần 2 QUY TRÌNH SẢN XUẤT TẢO CHLORELLA

2.1 Quy trình sản xuất.

Thu hồi khoáng chất còn lại

Hình 1: Quy trình sản xuất tảo

2.2 Chuẩn bị giống và nuôi cấy trên thạch nghiêng.

Tên giống: Chlorella pyrenoidosa

- Giống được bảo quản trên các thạch nghiêng, sau đó được đặt dưới tia sángnhân tạo và điều kiện nhiệt độ tối ưu để tăng sinh khối

2.3 Nguyên liệu.

- Nước: Nước biển, nước khoáng, nước giếng khoan, nước máy

- Ánh sáng: cấp đầy đủ nhu cầu sinh trưởng phát triển của tảo

- pH: 6-6,5

- Nguồn N: muối amoni, muối nitrat

- Khoáng: Ca, P, Fe, Cu,

2.4 Môi trường nuôi cấy.

Bảng 2: Môi trường nuôi cấy tảo

Cách pha như sau: Cân 0μm.,0μm.0μm.5g natri acetat hòa tan trong 50μm.0μm.ml nước cất,

thêm 10μm.ml môi trường cơ bản, 1 ml dung dịch vi lượng, thêm nước cất vào đủ10μm.0μm.0μm.ml, điều chình pH 5,5-7,5

(PGS.TS.Nguyễn Đức Lượng, 2006).

- Chlorella tăng sinh trong các thạch nghiêng sau đó được chuyển đến các

bào Chlorella quang hợp và phân chia tế bào Cứ mỗi lần thực hiện quá trình phân

chia thì số lượng Chlorella tăng lên, đến một nồng độ nhất định, chúng sẽ được vận

chuyển đến các bình lớn hơn và tiếp tục quá trình tăng sinh

- Chlorella được di chuyển ra ngoài trời và phát triển trong môi trường tự nhiên Chlorella tiếp tục sinh sản dưới ánh sáng mặt trời, số lượng tế bào tiếp tục tăng,

và được chuyển đến các hồ lớn hơn

2.5 Các hình thức nuôi trồng

2.5.1 -Nuôi trong hệ thống hở.

Khi giống đã chuẩn bị xong, Chlorella được chuyển đến các bể nuôi, với

đường kính khoảng 36m, được xây bằng bê tông Các máy trộn khuấy liên tục để đảmbảo tiếp xúc tối đa với ánh sáng mặt trời Việc nuôi trồng luôn được kiểm soát vềnguồn thức ăn sao cho phù hợp với điều kiện thời tiết Nước được sử dụng trong hồnuôi là nguồn nước ngầm, bắt nguồn từ trên các dãy núi cao khảng 30μm.0μm.0μm m Ngoài ra,chất lượng và số lượng nước phải ổn định, nước không bị ô nhiễm và có độ cứng thấp.Ánh sáng có vai trò quan trọng cho tảo phát triển Năng lượng ánh sáng cần cho tảo làloại ánh sáng nhìn thấy có bước sóng nằm trong vùng 40μm.0μm – 70μm.0μm nm Cường độ ánh

lớp nước cho nên càng ở dưới sâu ánh sáng càng ít Trong giải ánh sáng nhìn thấy cónhiều loại màu sắc Ánh sáng màu đỏ (bước sóng lớn) bị nước hấp thụ mạnh nên tắtnhanh, ánh sáng màu vàng, lục, lam, bị nước hấp thụ kém hơn cho nên truyền sâu hơnvào nước Sắc tố màu hấp thụ ánh sáng của tảo chủ yếu là Chlorophyll hấp thụ mạnhánh sáng đỏ và lục Vì vậy những loài tảo ở sâu trong nước là loài có sắc tố quang hợpphù hợp với khả năng hấp thụ ánh sáng có khả năng truyền sâu, tức là loại ánh sáng ít

bị nước hấp thụ

Cường độ ánh sáng cần thiết để tảo phát triển nằm trong khoảng 5 -20μm µE/

tảo phát triển cần 1% ánh sáng tự nhiên vào buổi trưa ở các vùng nhiệt đới độ sâu củalớp nước mà ánh sáng xuyên tới được 1% gọi là điểm cân bằng, tại đó quá trình quanghợp ngang bằng với quá trình hô hấp Sự phát triển thật sự của tảo là tốc độ sinh rachất hữu cơ chính là hiệu số của quá trình quang hợp tổng thể và sự tiêu hao do hôhấp, lớp nước trên điểm cân bằng gọi là lớp thấu quang, trong lớpđó có sự phát triểnthật sự của tảo.

Khi nguồn nước bị đục hay có màu, tảo phát triển chậm và chỉ xảy ra ở vài cmcủa lớp nước trên bề mặt

Do phải sống ở dưới nước nên bộ máy quang hợp của tảo phải thích hợp vớiđiều kiện thiếu ánh sáng và cũng vì lí do đó chúng sẽ bị ức chế khi ánh sáng quá

Sự có mặt của tảo trong ao hồ tự chúng cũng điều hòa về mức độ ánh sáng trongnước Ví dụ khi mật độ tảo cao sẽ che chắn bớt ánh sáng và hãm lại sự phát triển tiếptheo của tảo, quá trình quang hợp kém đi, ít sinh ra Oxy Quá trình đó được gọi là tạo

ra “bong mát” Quá trình tạo bóng mát cũng ảnh hưởng đến thành phần loại tảo trong

ao hồ Ví dụ, dưới điều kiện “bóng mát” loại tảo lam phát triển được dưới điều kiệnthiếu ánh sáng vì vậy tỉ trọng của chúng tăng lên Một số loài tảo khi bị thiếu ánh sáng

sẽ tìm cách nổi lên trên mặt nước bằng cách làm giảm khối lượng riêng của tế bào đểthu được nhiều ánh sáng

Nhu cầu các hợp chất vô cơ:

Để phát triển tảo cần tới 12 nguyên tố đa lượng và 8 nguyên tố vi lượng Tất cảcác nguyên tố trên được tảo hấp thu từ môi trường nước (còn gọi là sự đồng hóa).Những chất cần thiết này tồn tại trong nước với nồng độ rất khác nhau, biến động liêntục và tỉ lệ giữa chúng cũng thay đổi và vì vậy tỉ lệ giữa các loài tảo trong ao hồ cũngthay đổi theo thời gian Giả sử trong một ao hồ nào đó có đầy đủ mọi chất cần thiết trừmột chất nào đó thì khi đưa thêm chất thiếu đó vào tảo sẽ phát triển nhanh, tuy vậynếu vượt quá nhu cầu thì có thể có tác dụng gây độc Sự phát triển của tảo chỉ thíchhợp trong một khoảng nhất định nào đó, giống như trong trường hợp của cường độánh sáng

Trong phần lớn các ao hồ, chất hay bị thiếu nhất là Phospho và sau đó là Nito.Nếu so sánh hàm lượng các nguyên tố có mặt trong nước cũng như trong tế bào củatảo thì cho thấy tỉ lệ hàm lượng phosphor trong tảo so với trong nước biển là 3286 lần,trong nước ngọt là 7667 lần Tỉ lệ trên đối với Nito so với nước biển là 360μm.0μm., trongnước ngọt là 60μm.0μm.0μm lần Điều ấy chứng tỏ nồng độ của Phospho và Nito trong nướcbiển cao hơn (gần gấp đôi).

Bảng 3: Tỉ lệ (K) của một số nguyên tố trong tế bào của tảo và trong nước biển, nước ngọt.

có những thành phần hóa học khác nhau

Ưu điểm: Dễ nuôi, ít tốn kém, chu kì nuôi kéo dài

Phân loại:

- Ao hồ tự nhiên

Không sử dụng hệ thống khuấy và sự quản lí cũng ở mức thấp

Ưu điểm: không tốn chi phí nhiều, có thể nuôi liên tục

Nhược điểm:năng suất tảo không cao và không đảm bảo sạch khuẩn

Hinh 2: Nuôi tảo ở môi trường tự nhiên

- Hệ thống mặt nghiêng

Hệ thống mặt nghiêng gây lên sự chuyển động hỗn loạn của tảo được tạo rabởi trọng lực

Mật độ nuôi của hệ thống có thể lên đến 10μm.g/l

Ưu điểm: cho năng suất sinh khối cao và khá ổn định

Nhược điểm :

Có thể bị lắng ở phần thấp của mặt nghiêng

Sự bốc hơi diễn ra mạnh mẽ

Tiêu tốn nhiều năng lượng cho việc bơm nước

Chi phí đầu tư ban đầu cũng như vận hành cao

Hình 3: Nuôi tảo ở hệ thống mặt nghiêng

- Hệ thống bể tròn

Nuôi Chlorella trong bể tròn

sử dụng hệ thống khấy đảo liên tục

Ưu điểm: nâng suất cao

Nhược điểm:

Chi phí xây dựng, vận hành

cao

Tiêu tốn nhiều năng lượng

cho việc đảo nước

Hình 4: Nuôi tảo ở hệ thống bể tròn

- Hệ thống ao nước chảy

Nước chảy lớn đòi hỏi mức nước phải sâu hơn 15cm

Ưu điểm:

Có giá trị sản xuất thương mại cao, thích hợp cho nuôi thâm canh

Chi phí xây dựng rẻ

Nhược điểm:

Năng suất phụ thuộc vào thổ nhưỡng của vùng nuôi

Nước bốc hơi rất mạnh, đặc biệt trong mùa khô, không kiểm soát được nhiệt

độ

Hình 5: Nuôi tảo ở hệ thống ao nước chảy.

2.5.2 Nuôi trong hệ thống kín.

Là hệ thống nuôi với tỷ lệ chiếu sáng rất cao (>90μm.%)

Ánh sáng không tác động trực tiếp lên bề mặt tảo nuôi mà phải xuyên quathành thiết bị nuôi

Hệ thống này cho phép giới hạn sự trao đổi trực tiếp của không khí và các chấtgây ô nhiễm (bụi, vi sinh vật…) giữa tảo nuôi với môi trường ngoài

Hình 6: Nuôi tảo trong hệ thống kín

Ưu điểm.

Hình 7: Sơ đồ hệ thống nuôi cấy trong bình kín

2.6 Thu hoạch sinh khối tảo.

Huyền phù tảo

Hình 8: thu sinh khối tảo.

Lưu trữ

Sản phẩm

+ Lọc, loại nước, rửa và cô đặc

Chlorella sau khi đạt được nồng độ yêu cầu sẽ được thu hoạch Quá trình lọc sẽ

loại bỏ nước, sau đó ly tâm và giặt rửa nhiều lần để loại nước và tạp chất Tiếp tục quátrình lọc và cô đặc tảo sạch

+Nghiền

Phương pháp nghiền sẽ phá vỡ cấu trúc thành tế bào cứng cáp, giúp cho quá trình tiêuhóa của con người dễ dàng hơn

+ Tiệt trùng và vô hoạt enzyme chlorophyllase

Enzyme chlorophyllase có trong Chlorella sản sinh ra pheophorbide, một chất

gây nên chứng photohypersensitivity Quy trình tiệt trùng và vô hoạt Chlorophyllaseđược thực hiện bằng hơi nước ở nhiệt độ cao

+ Sấy

Chlorella thô dễ bị phân hủy, nhưng chúng lại bền khi được sấy khô và có thểbảo quản trong thời gian dài Nhìn chung, phương pháp sấy phun được sử dụng phổ

biến hơn cả Sau khi sấy, Chlorella dưới dạng bột màu xanh lá cây Bột Chlorella rất

bền vững và nếu bảo quản dưới điều kiện không phù hợp sẽ không bị suy giảm chấtlượng sau nhiều năm

+Ép viên, bao gói, dán nhãn

Chlorella “A” được sản xuất theo GMP ( good manufacturing practice) Qua

mỗi công đoạn trong quá trình sản xuất đều được tiến hành phân tích thành phần vàtiến hành kiểm tra hình dáng bên ngoài, trọng lương, chất ô nhiễm, vi sinh vật và cácđặc tính vật lý Quá trình kiểm soát chất lượng phải thực hiện nghiêm ngặc và đảm

bảo tiêu chuẩn cho các thành phần quan trọng của Chlorella.

2.7 Các yếu tố ảnh hưởng.

2.7.1 Ánh sáng.

Chất lượng quang phổ và chu kỳ quang có ảnh hưởng, quyết định đến sinh

trưởng của tảo

Chlorella đạt được khả năng sinh tổng hợp cao nhất khi chiếu ánh sáng liên

tục và ít bị chi phối bởi chu kỳ sáng tối