Tác chiết dầu từ tảo chlorella vulgaris bằng phương pháp sắc kí

Tác chiết dầu từ tảo chlorella vulgaris bằng phương pháp sắc kí

MỤC LỤC

Trang

Mở đầu……… 1 Chương I: Tổng quan………

3 1.1.Ngoài nước………

3 1.2 Trong nước……… 3

Chương II: Đặc điểm tảo Chlorella Vulgaris……….

6

2.1 Giới thiệu tảo Chlorella Vulgaris………

6

2.2 Thành phần hóa học của Chlorella

Chương III: Các phương pháp tách chiết dầu từ

3.1 Phương pháp ép……… 8

3.2 Hòa tan bằng

hexan……… 9

3.3 Sử dụng chất lỏng siêu tới

3.4 Phương pháp trích ly……… 10

3.4.1 Ý nghĩa của phương pháp……… 10

3.4.2 Cơ sở lý thuyết của phương

3.4.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến vận tốc và độ kiệt dầu khi trích ly… 11 3.4.3.1.Tốc độ phá vỡ cấu trúc tế bào nguyên liệu……… 11

3.4.3.2.Kích thước và hình dáng nguyên liệu……… 11

3.4.3.3.Nhiệt độ của dung môi……… 11

3.4.3.4.Độ ẩm của nguyên liệu……… 11

3.4.3.5.Vận tốc chuyển động của dung môi trong lớp nguyên liệu… 11 3.4.4.Dung môi dùng để trích ly……… 12

3.4.5 Phương pháp Bligh và Dyer….……… 12

Chương IV: Phân tích axid béo bằng sắc ký khí……… 13

4.1.Cấu tạo máy sắc ký………14

4.2 Nguyên tắc sắc ký……… 15

4.3.Các yếu tố ảnh hưởng khả năng tách……… 15

Kết luận………16

Tài liệu tham khảo……… 17

MỞ ĐẦU

Cùng với sự phát triển vượt bậc không ngừng của khoa học kỹ thuật, không những các nước tiên tiến mà các nước đang phát triển cũng rất quan tâm đến vấn đề ô nhiễm không khí và sự cạn kiệt nguồn nhiên liệu truyền thống Nguồn nhiên liệu hóa thạch đang cạn kiệt dần Bên cạnh đó, đốt nhiên liệu dầu mỏ còn sinh ra khí CO2 gây nên vấn đề môi trường Ngày nay, một số dạng năng lượng và nhiên liệu thay thế đã được sử dụng thực tế tại một số nước Việc tìm kiếm các loại nhiên liệu, năng lượng sạch không những giải quyết được vần đề ô nhiễm không khí mà còn có thể chủ động được các nguồn nhiên liệu, hạn chế sự phụ thuộc vào các biến động trên thế giới Do vậy, dùng nhiên liệu sinh học để thay thế nhiên liệu dầu mỏ là vấn

đề cấp thiết, góp phần đa dạng hóa và tạo ra nguồn năng lượng sạch trong tương lai Đây là vấn đề đòi hỏi nhân loại ra sức tìm hiểu nghiên cứu để đưa

ra giải pháp tốt nhất

Theo dự báo của các chuyên gia trong lĩnh vực xăng dầu thì trong 10 đến 20năm nữa, có ít nhất khoảng 60 % xe hơi trên thế giới sẽ vận hành qua việc

sử dụngloại nhiên liệu sinh học thay cho xăng, dầu: các nguồn nhiên liệu không thể tái tạo đang cạn kiệt Biodiesel có thể tạo ra từ các nguồn nguyên

liệu khác nhau bao gồm dầu thực vật, chất béo động vật và dầu mỡ thải bỏ

từ nhà hàng…

Những năm gần đây, các loai tảo đã thu hút sự chú ý ngày càng cao của các nhà khoa học, công nghệ và thương mại do những ưu thế của cá thể này

so với thực vật bậc cao như: khả năng quang hợp cao, sản xuất lượng sinh khối lớn và tăng trưởng nhanh hơn so với các loại cây trồng đã được dùng trong công nghiệp sản xuất năng lượng sinh học trước đây Mặt khác, vi tảo

có khả năng sử dụng khí CO2 trong quá trình trao đổi chất, như vậy có thể góp phần làm giảm hiệu ứng nhà kính nuôi trồng đơn giản phù hợp với quy

mô sản xuất công nghiệp Do có tiềm năng về sản xuất biodiesel nhằm thay thế cho nhiên liệu truyền thống trong tương lai là rất lớn nhằm tạo ra nguồn

năng lượng xanh, sạch và thân thiện với môi trường.Tảo Chlorella vulgaris

là một trong những giống được quan tâm để tiến hành sản xuất biodiesel.Với

hy vọng tạo ra một hướng nghiên cứu mới khả thi về nguồn nhiên liệu xanh, sạch trong tương lai

Chương I: TỔNG QUAN

1.1.Ngoài nước:

Ý tưởng đầu tiên của việc dung vi tảo là nguồn nhiên liệu sinh học ra đời đầu tiên ở Mỹ vào những năm 1950 Các nhà nghiên cứu khi đó đã phát hiện khả năng sinh ra một số hợp chất dầu ở vi tảo và việc sử dụng nước thải là môi trường sống và cung cấp dinh dưỡng cho tảo Ý tưởng này thực sự có chỗ đứng vào những năm đầu đầu của thập niên 70 khi cuộc khủng hoảng dầu mỏ xảy ra, nó đã baó động cho toàn nhân loại về tình trạng cạn kiệt của nguồn tài nguyên không thể tái tạo

Sự thành công trong nghiên cứu nuôi cấy và chiết suất dầu từ tảo của

Mỹ đã thu hút nhiều sự quan tâm từ phía Liên minh Châu Âu

Hiện nay, nuôi trồng và chiết xuất dầu từ vi tảo để sản xuất biodiesel đã được tiến hành trên quy mô công nghiệp New Zealand trở thành quốc gia đầu tiên ứng dụng việc trồng tảo để sản xuất diesel sinh học trên quy mô công nghiệp

1.2.Trong nước:

Hiện nay, các nguồn tài nguyên thiên nhiên như than, dầu mỏ… đang

lương thực, thực phẩm luôn là mối quan tâm hàng đầu của Việt Nam và nhiều nước trên thế giới.Các nguồn nhiên liệu chế biến diesel sinh học hay còn gọi là biodiesel tại Việt Nam là rất phong phú

Có nhiều dự án về sản xuất nhiên liệu sinh học ở Việt Nam sử dụng từ bã mía, rơm rạ, trấu, vỏ cà phê, trái điều, vỏ điều Việc nghiên cứu và sản xuất nhiên liệu sinh học từ tảo mới chỉ dừng ở mức độ nghiên cứu

Ở Việt Nam nguồn nguyên liệu tảo khá đa dạng và phong phú, chủ yếu dùng làm thực phẩm.Tuy nhiên thông tin về sản xuất biodiesel từ tảo ở Việt Nam chưa có nhiều Do vậy, việc tiến hành thực hiện nghiên cứu bước đầu

trong phòng thí nghiệm: ly trích dầu từ tảo Chlorellavulgaris nhằm làm

nguyên liệu cho việc sản xuất biodiesel Với hy vọng tạo ra một hướng nghiên cứu mới khả thi về nguồn nhiên liệu xanh, sạch trong tương lai

1.3.Giới thiệu chung về biodiesel:

Hiện nay, khi nói về biodiesel người ta thường nghĩ ngay đến các cây như cải dầu, hướng dương, đậu nành…còn diesel sinh học từ tảo khá xa lạ với nhiều người Biodiesel từ vi tảo (tảo dầu), nhiên liệu sinh học thế hệ 3 nổi lên như một nguyên liệu có triển vọng nhất để sản xuất nhiên liệu sinh học, là một sự thay thế hoàn hảo cho các nhiên liệu hóa thạch không tái tạo

Biodiesel là hỗn hợp các ankyl monoester thu nhận được từ quá trình chuyển vị ester dầu thực vật, mỡ động vật có khả năng thay thế cho diesel từ dầu mỏ

Biodiesel được sản xuất từ sinh khối dầu và trở thành nguồn năng lượng đáng chú ý bởi các lý do sau:

 Giảm lượng phát thải khí CO2, do đó giảm được lượng khí thải gây

ra hiệu ứng nhà kính, giảm ô nhiễm môi trường nước và đất

 Không có hoặc chứa rất ít các hợp chất của lưu huỳnh (<0,001% so với đến 0,2% trong dầu Diesel)

 Hàm lượng các hợp chất khác trong khói thải như: CO, SOX, HC chưa cháy, bồ hóng giảm đi đáng kể nên có lợi rất lớn đến môi trường và sức khoẻ con người

 Không chứa HC thơm nên không gây ung thư

 Có khả năng tự phân huỷ và không độc (phân huỷ nhanh hơn Diesel

4 lần, phân huỷ từ 85 ¸ 88% trong nước sau 28 ngày

 Giảm ô nhiễm môi trường nước và đất

 Giảm sự tiêu dung các sản phẩm dầu mỏ

Chương II: Đặc điểm tảo Chlorella Vulgaris

2.1 Giới thiệu về tảo chlorella:

Tảo lục chlorella được một nhà sinh vật học người Hà Lan phát hiện vào năm 1980 Chlorella là một loại rong đặc biệt còn được gọi tên khoa học là

pyrenoidosa, thuộc họ Oocystaceae, thường sống ở vùng nước ngọt và

có hàm lượng chloropyll cao nhất trong bất kỳ thực vật quang hợp nào được biết đến trên trái đất

Chlorella đã xuất hiện cách đây 2,5 tỷ năm Chlorella nằm trong

nhóm sinh vật nhân thật sống ở nước ngọt dưới dạng một tế bào riêng lẻ.Kích thước của rong chỉ bằng tế bào 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

Tảo chlorella nhìn dưới kính hiển vi

Tảo có sắc tố quang hợp nên có khả năng chuyển hóa năng lượng ánh sáng mặt trời thành chất hữu cơ Hấp thụ một lượng lớn CO2 là đặc tính quan trọng nhất của tảo, do vậy việc dung vi tảo có thể giúp giảm hàm lượng lớn CO2 có mặt trong khí quyển hiện nay Vì vậy, người ta thường xây dựng các trang trại tảo ở những nơi thải ra nguồn CO2 lớn, đặc biệt là các nhà máy điện và các khu công nghiệp Bằng

những hệ thống ống dẫn người ta thu

CO2 phát thải ra đưa vào cung cấp cho

tảo

Với những tế bào bình thường, một

tế bào Chlorella sẽ phân chia thành 4

tế bào con trong thời gian chưa đến 24

giờ.Kích thước tảo từ 2-10 μm Tuổim Tuổi

thọ của mộtvòng đời tế bào Chlorella

phụ thuộc vào cường độ ánh sáng mặt trời, nhiệt độ vànguồn dinh dưỡng

2.2 Thành phần hóa học:

Thành phần hóa học của tế bào Chlorella vulgaris tùy thuộc vào tốc độ

sử dụng môi trường dinh dưỡng trong quá trình phát triển.Tảo có thể phát triển tốt trong điềukiện môi trường nước có hàm lượng nitrat và photphat cao.Thành phần hóa học củacác loài tảo lục phụ thuộc nhiều vào sự có mặt của nitơ trong môi trường Khi lượngnitơ có trong môi trường thấp thì hàm

lượng protein của Chlorella vulgaris giảmxuống rõ rệt trong khi lượng

cacbohydrat và lipid lại tăng lên

lượng phần Protein tổng

số

B1

18mg/g

C

0.3-0.6mg/g

0.1-0.2%

Vitamin K

6mg/g

0.1-0.5%

Vitamin B6

2.3mg/100g

B2

3.5mg/100g

Xanthophyl

l

3.6-6.6%

Vitamin B12

7-9mg/100g

Chlorophyll

A

Chlorophyll

B

Nicotic

145mg/100g

Chlorella vulgaris được tìm thấy có khả năng kháng tế bào u bướu, giảm

huyết áp, tăng khả năngmiễn dịch ở người Tảo được sử dụng chủ yếu để xử

lý môi trường (làm sạch khôngkhí và nước), mỹ phẩm, làm thức ăn cho thủy sản, người và động vật trong đó khảnăng ứng dụng để sản xuất biodiesel được đánh giá rất cao

Chương III: CÁC PHƯƠNG PHÁP TÁCH CHIẾT DẦU

TỪ TẢO 3.1.Phương pháp ép:

Tảo được sấy khô thì lipid được giữ lại, sau đó được lấy ra bằng phương pháp nén.Khi ép, dưới tác dụng của ngoại lực, trong khối nguyên liệu xảy ra

sự liên kết bềmặt bên trong cũng như bên ngoài của các phần tử, gồm hai quá trìnhchủ yếu:

- Quá trình xảy ra đối với phần lỏng: đây là quá trình làm dầu thoát ra khỏi các khe vách giữa các bề mặt bên trong cũng như bên ngoài của tế bào Khi bắt đầu ép, do lực nén các phần tử nguyên liệu sát lại gần nhau, khi lực nén tăng lên, các phần tử nguyên liệu bị biến dạng Các khoảng trống chứa dầu

bị thu hẹp lại và đến khi lớp dầu có chiều dày nhất định, dầu bắt đầu thoát

ra Tốc độ thoát dầu phụ thuộc vào độ nhớt của lớp dầu và phụ thuộc vào áp lực ép, độ nhớt càng bé, áp lực càng lớn thì dầu thoát ra càng nhanh

- Quá trình xảy ra đối với phần rắn: khi lực nén tăng lên, sự biến dạng xảy ra càng mạnh cho đến khi các phần tử liên kết chặt chẽ với nhau thì sự biến dạng không xảy ra nữa Nếu như trong các khe vách không bị giữ lại một ít dầu và áp lực còn có thể tiếp tục tăng lên thì từ các phần tử nguyên liệu riêng biệt sẽ tạo thành một khối chắc dính liền nhau.Trên thực tế, áp lực ép cũng chỉ đạt đến một giới hạn nhất định, có một lượng nhỏ dầu còn nằm lại

ở những chỗ tiếp giáp nhau, cho nên nguyên liệu khô dầu vẫn còn có tính xốp.Đặc biệt khi ra khỏi máy ép, tính xốp của nguyên liệu khô dầu lại tăng lên khi không còn tác dụng của lực nén nữa

Thiết bị ép: hai vít quay ngược chiều và nằm trong xilanh đột lỗ Hai vít vừa làm nhiệm vụ vận chuyển trong xilanh vừa làm nhiệm vụ ép Vít được gắn chặt trên trục Côn điều chỉnh sẽ chuyển dịch theo tang quay được gắn trên trục Mức độ vắt bã phụ thuộc vào kích thước khe hỡ giữa côn và xilanh Vít tải chuyển bã từ phễu chứa vào vít ép rồi vào khoang áp suất Bã sau khi ép được thải qua khe hỡ giữa côn và xilanh, chất lọc qua các lỗ trong xilanh vào thùng chứa theo các đoạn ống

1 Điều chỉnh bằng thủy lực 6,8 Vít 12 Động cơ

2 Giá đỡ 7 Trục 13 Bệ máy

3 Côn điều chỉnh 9 Phễu chứa 14, 15, 17 Các đoạn ống

4 Nắp 10 Vỏ thiết bị 16 Bộ phận thu gốp

5 Xilanh 11 Bộ truyền động 18 Đai

19 Tang quay 20 Tháo bã

Đảm bảo vắt bã từ 85-90% ở nhiệt độ 58-60% ở nhiệt 65-70%

3.2.Phương pháp hòa tan bằng hexan:

Dầu trong tảo có thể tách ra bằng một số hợp chất hóa học như benzene

và một số chất khác, hexan cũng là một chất hiệu quả.Nó thường được sử dụng kết hợp với phương pháp nén ép Sau khi dầu tảo được lấy ra bằng phương pháp nén ép được trộn với hexan, dầu tảo tan trong hexan rồi lọc để lấy phần dung dịch, phần dịch bao gồm dầu tảo và cyclo-hexan sẽ được tách riêng ra mỗi loại bằng phương pháp chưng cất

Sự kết hợp hai phương pháp này có thể tách hơn 95% lượng dầu có trong tảo, tuy nhiên đây là phương pháp không an toàn vì hexan là chất độc

có thể gây hiểm cho người, sinh vật, môi trường

3.3 Sử dụng chất lỏng siêu tới hạn:

Xử lý CO2 dưới áp suất 700bar và nhiệt độ thích hợp, tại đó tính chất vật

lí của CO2 thay đổi Dưới những điều kiện này, nó có khả năng hòa tan giống chất lỏng và khả năng khuếch tán như chất khí Nó có khả năng tách các chất chọn lọc, nghĩa là có khả năng nhận biết và tách các chất cần thiết, khả năng này thực hiện được nhờ sự điều chỉnh chính xác các thông sốnhiệt

độ, áp suất, lưu lượng khí CO2 đưa vào, thời gian tiến hành

Người ta sử dụng CO2 để tách lipid ra khỏi tảo với độ tinh khiết cao và thân thiện với môi trường

Sau khi trích ly xong ở áp suất thường CO2 sẽ tự bốc hơi.Đây là ưu điểm lớn nhất của phương pháp

3.4.Chiết dầu bằng phương pháp trích ly:

3.4.1.Ý nghĩa của phương pháp:

Ngày nay, phương pháp trích ly đã được áp dụng rộng rãi vì nó mang lại hiệu quả kinh tế cao hơn phương pháp ép và có khả năng tự động hóa cao Phương pháp trích ly có thể lấy được triệt để hàm lượng dầu có trong nguyên liệu, hàm lượng dầu còn lại trong bả trích ly khoảng từ 1 ÷ 1,8 %, ít hơn nhiều so với phương pháp thủ công (5 ÷ 6%) Trong thực tế sản xuất,

người ta thường kết hợp cả hai phương pháp: ép và trích ly Ngoài ra, phương pháp trích ly có thể khai thác được những loại dầu có hàm lượng bé trong nguyên liệu và có thể khai thác dầu với năng suất lớn Tuy nhiên, do dung môi còn khá đắt tiền, các vùng nguyên liệu nằm rải rác không tập trung nên phương pháp này chưa được ứng dụng rộng rãi trong nước ta

3.4.2.Cơ sở lý thuyết của phương pháp trích ly:

Quá trình ly trích được dựa trên tính hòa tan tốt của dầu trong dung môi hữu cơ không phân cực (xăng, n-hexan, dicloroetan…) Độ hòa tan vào nhau của hai chất lỏng phụ thuộc vào hằng số điện môi, hai chất lỏng có hằng số điện môi càng gần nhau thì khả năng hòa tan vào nhau càng lớn Dầu có hằng số điện môi từ 2-3 , các dung môi hữu cơ có hằng số điện môi khoảng 2-10, do đó có thể dùng các dung môi hữu cơ để ly trích dầu chứa trong nguyên liệu

Chuyển dần phân bố bên trong cũng như mặt ngoài các cấu trúc vật thể rắn của nguyên liệu vào pha lỏng dung môi, là một quá trình chuyển khối xảy ra trong lớp chuyển động, do sự chênh lệch nồng độ đầu trong nguyên liệu và dòng chảy bên ngoài Vì vậy, bản chất của quá trình ly trích là một quá trình ngâm chiết hòa tan, làm chuyển dầu từ trong nguyên liệu vào dung môi, thực hiện bằng khuếch tán phân tử và khuếch tán đối lưu, sau đó tiếp tục thẩm thấu qua vách tế bào

3.4.3.Các yếu tố ảnh hưởng đến vận tốc và độ kiệt dầu khi trích ly: 3.4.3.1.Tốc độ phá vỡ cấu trúc tế bào nguyên liệu: là yếu tố cơ bản thúc

đẩy quá trình lytrích nhanh chóng và hoàn toàn, tạo điều kiện cho nguyên liệu tiếp xúc triệt để vớidung môi

3.4.3.2.Kích thước và hình dáng nguyên liệu: ảnh hưởng nhiều đến vận

tốc chuyển động của dung môi qua lớp nguyên liệu, từ đó xúc tiến nhanh hoặc làm chậm quá trình ly trích Nếu nguyên liệu có kích thước và hình dạng thích hợp, sẽ có được vận tốc chuyển động tốt nhất của dung môi vào trong các khe vách cũng như các hệ mao quản của nguyên liệu

3.4.3.3.Nhiệt độ của dung môi: bản chất của quá trình ly trích là quá trình

khuếch tán, vìvậy khi tăng nhiệt độ, quá trình khuếch tán sẽ được tăng