NGHIÊN CỨU CÁC BIỆN PHÁP XỬ LÝ STRESS ĐỂ TĂNG HÀM LƯỢNG TRIGLYCERIDE TRONG DẦU TẢO ĐỂ SẢN XUẤT BIODIESEL Họ và tên sinh viên: VÕ LƯƠNG NGHI NGUYỄN NGỌC THÚY HÀ Ngành: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT HÓA HỌC Niên khóa: 20092013 Tp.HCM,

Nội dung khóa luận và kết quả thu được: Thăm dò được môi trường nước biển tốt nhất có hàm lượng nước biển trong khoảng 70-100% để giống tảo Chlorella Sp sinh sản và phát triển tốt, đạt m

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐẠO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

NGHIÊN CỨU CÁC BIỆN PHÁP XỬ LÝ STRESS ĐỂ TĂNG HÀM LƯỢNG TRIGLYCERIDE TRONG DẦU

TẢO ĐỂ SẢN XUẤT BIODIESEL

Họ và tên sinh viên: VÕ LƯƠNG NGHI

NGUYỄN NGỌC THÚY HÀ

Ngành: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT HÓA HỌC

Niên khóa: 2009-2013

Tp.HCM, 08/2013

NGHIÊN CỨU CÁC BIỆN PHÁP XỬ LÝ STRESS ĐỂ TĂNG HÀM LƯỢNG TRIGLYCERIDE TRONG DẦU TẢO ĐỂ SẢN XUẤT BIODIESEL

Tác giả

VÕ LƯƠNG NGHI NGUYỄN NGỌC THÚY HÀ

Khóa luận được đệ trình để đáp ứng yêu cầu cấp bằng Kỹ sư ngành

Công Nghệ Hóa Học

Giáo viên hướng dẫn:

PGS.TS Trương Vĩnh

Tháng 08 năm 2013

i

LỜI CẢM ƠN

Trước hết chúng con thành kính ghi nhớ công ơn sinh thành và nuôi dưỡng của cha mẹ Chúng con vô cùng biết ơn cha mẹ và gia đình đã luôn yêu thương, giúp đỡ, là nguồn động viên, khích lệ cho chúng con trong quá trình học tập cũng như trong suốt thời gian thực hiên khóa luận tốt nghiệp

Chúng tôi xin chân thành cảm ơn thầy PGS.TS Trương Vĩnh – người thầy kính yêu đã tận tình hướng dẫn chúng tôi Trong suốt quá trình thực hiện, thầy luôn nhắc nhở, sửa chữa những sai sót và cũng không ngừng động viên, giúp đỡ tạo điều kiện cho chúng tôi hoàn thành tốt khóa luận tốt nghiệp

Chúng tôi chân thành cảm ơn quý thầy cô giáo trong Bộ môn Công Nghệ Hóa Học trường Đại học Nông Lâm đã hết lòng giảng dạy, truyền đạt cho chúng tôi những kiến thức bổ ích và kinh nghiệm quý báu cả về chuyên môn và cuộc sống trong thời gian học tập tại trường

Xin cảm ơn những người bạn đã cùng chúng tôi chia sẽ vui buồn trong cuộc sống, khó khăn trong học tập, luôn sát cánh cùng chúng tôi trong suốt quãng đời sinh viên Trong quá trình thí nghiệm tại phòng thí nghiệm I4; chúng tôi đã được

sự hướng dẫn, giúp đỡ của thầy cô giáo trong Bộ môn cùng các bạn lớp DH09HH Nhờ vậy chúng tôi đã hoàn thành khóa luận một cách tốt đẹp

Mặc dù đã có nhiều cố gắng nhưng do những hạn chế về kỹ thuật, kinh nghiệm, thời gian, khóa luận của chúng tôi chắc chắn không tránh khỏi thiếu sót Chúng tôi mong nhận được những góp ý từ thầy cô và các bạn để luận văn được hoàn thiện hơn

Tp Hồ Chí Minh, tháng 08 năm 2013

Võ Lương Nghi – Nguyễn Ngọc Thúy Hà

ii

TÓM TẮT

Sinh viên thực hiện: Võ Lương Nghi – Nguyễn Ngọc Thúy Hà đề tài được báo cáo vào tháng 8 năm 2013, tên đề tài “ Nghiên cứu các biện pháp xử lí Stress nhằm tăng hàm lượng Triglyceride trong dầu tảo để sản xuất Biodiesel”

Giáo viên hướng dẫn: PGS TS Trương Vĩnh

Đề tài được thực hiện từ tháng 2/ 2013 đến tháng 8/ 2013 tại phòng thí nghiệm I4 và I5- Bộ môn Công nghệ hóa học – Trường Đại học Nông Lâm Tp.Hồ Chí Minh

Nguồn nguyên liệu tảo Chlorella Vulgaric và Chlorella Sp được cung cấp

bởi Bộ môn Công nghệ hóa học trường Đại học Nông Lâm Tp Hồ Chí Minh Nội dung khóa luận và kết quả thu được:

Thăm dò được môi trường nước biển tốt nhất có hàm lượng nước biển trong khoảng 70-100% để giống tảo Chlorella Sp sinh sản và phát triển tốt, đạt mật độ cao

Khảo sát được hàm lượng sinh khối và hàm lượng dầu cao nhất thu được khi nuôi tảo Chlorella Sp trong môi trường có hàm lượng nước biển

đã thăm dò ở thí nghiệm 1 Kết quả thu được cho thấy trong môi trường chứa 83% nước biển tảo Chlorella Sp cho hàm lượng dầu thô cao nhất đạt tỉ lệ 46,31%

Khảo sát được hàm lượng dinh dưỡng N cần thiết để tảo có khả năng tổng hợp dầu từ carbonhidrat để sản xuất Biodiesel Hàm lượng dinh dưỡng còn 30% và có bổ sung 0,4 g/lít MgSO4.7H2O tảo cho dầu cao 41,76% Và trong môi trường nuôi xử lý ở mật độ ban đầu 15trtb/ml tảo cho dầu tôt nhất 51,93%

iii

ABSTRACT

The report is performed by Vo Luong Nghi and Nguyen Ngoc Thuy Ha, The subject is being reported in August 2013, called the project "Study of Stress treatment measures to increase levels of triglycerides in the algal oil to produce Biodiesel"

Instructors: Assoc Dr Truong Vinh

The study has been carried out from Feb 2013 to August 2013 at the I4 and I5laboratory - Department of Chemical Technology - Agriculture and Forestry University of Ho Chi Minh City

The Source of Chlorella Vulgaris and Chlorella Sp algae is provided by the Department of Chemical Technology University of Agriculture and Forest City

Ho Chi Minh City

The content of the thesis and obtained results:

• Exploring the best sea environment with the brine content about 70 100% to allow Chlorella Spalga to have good reproduction and development and

-to achieve high density

• Surveying the highestthe biomass concentration and oil obtained when breed Chlorella Spalgae in the environmentcontainingbrine content exploring in experiment 1 The obtained result showed that the environment containing 83% brinebrings Chlorella Spalgae for the highest level of crude oil at the rate of 46.31 percent

• Surveying the content of thenecessary N nutrients to allow algae to be capable of synthesizing oil from carbonhidrat for Biodiesel production Nutrient content remains 30% and is supplemented with 0.4 gram / liter ofMgSO4.7H2O, algae gives the high level of oil with 41.76 percent And the culture medium is

iv treated in the initial density, 15 million cell of algae on a millilitergives the best

oil content with 51.93 percent

v

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN i

TÓM TẮT ii

SUMMARIZE Error! Bookmark not defined MỤC LỤC v

DANH SÁCH HÌNH xi

DANH SÁCH BẢNG xii

DANH SÁCH CHỮ VIẾT TẮT xv

CHƯƠNG 1 1

MỞ ĐẦU 1

1.1 Đặt vấn đề 1

1.2 Mục đích 2

1.3 Nội dung 2

1.4 Yêu cầu 2

CHƯƠNG 2 3

TỔNG QUAN 3

2.1 Tổng quan về tảo Chlorella 3

2.1.1 Giới thiệu tảo Chlorella 3

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

2.1.3 Thành phần hóa học của tảo Chlorella 5

2.1.4 Tăng trưởng 9

2.1.4.1 Pha log (pha chậm hoặc cảm ứng) 9

vi

2.1.4.2 Pha log (pha sinh trưởng theo hàm số mũ) 9

2.1.4.3 Pha giảm tốc độ sinh trưởng (pha ngừng tăng trưởng tương đối) 10

2.1.4.4 Pha ổn định 10

2.1.4.5 Pha suy tàn 10

2.1.5 Các yếu tố ảnh hưởng đến sự phát triển của tảo 11

2.1.5.1 Yếu tố hóa học 11

2.1.5.2 Các yếu tốt vật lý 12

2.1.5.3 Các yếu tố sinh học 14

2.1.6 Tiềm năng của dầu sản xuất từ vi tảo 15

2.2 Các phương pháp nuôi tảo 15

2.3 Định lượng sinh khối tảo 20

2.4 Tách sinh khối tảo 21

2.4.1 Phương pháp ly tâm 21

2.4.2 Phương pháp lọc 21

2.4.3 Phương pháp tạo bông 22

2.5 Sấy sinh khối tảo 22

2.6 Các phương pháp chiết dầu 24

2.6.1 Phương pháp ép 24

2.6.2 Phương pháp chiết suất sử dụng chất lỏng siêu tới hạn 25

2.6.3 Phương pháp trích ly 25

2.6.3.1 Ý nghĩa của phương pháp 25

2.6.3.2 Động học của quy trình 26

2.6.3.3 Cơ sở lý thuyết 26

vii

2.6.3.4 Yếu tố ảnh hưởng 27

2.6.4 Phương pháp Soxhlet 28

2.6.5 Phương pháp ngâm kiệt 29

2.6.6 Phương pháp ngâm dầm 31

2.7 Tổng quan về dung môi 33

2.7.1 Điểm sôi 35

2.7.2 Tỷ trọng 36

2.7.3 Tính cháy 36

2.7.4 Tác dụng sinh học 36

2.7.5 Một số yêu cầu khi lựa chọn dung môi hữu cơ 37

2.7.6 Các dung môi sử dụng 38

CHƯƠNG 3 41

VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP 41

3.1 Thời gian và địa điểm nghiên cứu, vật liệu nghiên cứu: 41

3.1.1 Thời gian và địa điểm: 41

3.1.2 Nguồn tảo giống: 41

3.1.3 Thiết bị, dụng cụ thí nghiệm 41

3.1.4 Hóa chất thí nghiệm 42

3.1.5 Điều kiện nuôi cấy 45

3.1.6 Quy trình sản xuất chung 45

3.1.7 Theo dõi mật độ bằng phương pháp đếm tế bào 46

3.1.8 Định nghĩa các công thức tính toán 48

3.1.9 Xử lý số liệu 50

viii

3.2 Nội dung và phương pháp nghiên cứu 50

3.2.1 Thí nghiệm 1: Thí nghiệm nuôi thăm dò tảo với môi trường có hàm lượng nước biển khác nhau trong bình thủy tinh 0,5 lít 50

3.2.1.1 Thí nghiệm nuôi thăm dò tảo Chlorella Vulgris với môi trường có hàm lượng nước biển khác nhau trong bình thủy tinh 0,5 lít 50

3.2.1.1.1. Mục đích 50

3.2.1.1.2. Phương pháp thí nghiệm 51

3.2.1.1.3 Cách thực hiện 51

3.2.1.1.4 Các chỉ tiêu theo dõi 52

3.2.1.1.5 Các yếu tố cố định 52

3.2.1.2 Thí nghiệm nuôi thăm dò tảo Chlorella Sp với môi trường có nước biển tự nhiên, hàm lượng khác nhau trong bình thủy tinh 0,5 lít 53

3.2.1.2.1 Mục đích 53

3.2.1.2.2 Phương pháp thí nghiệm 53

3.2.1.2.3 Cách thực hiện 53

3.2.1.2.4 Các chỉ tiêu theo dõi 54

3.2.1.2.5 Các yếu tố cố định 54

3.2.1.3 Thí nghiệm nuôi thăm dò tảo Chlorella Sp với môi trường nước biển có bổ sung dinh dưỡng và hàm lượng khác nhau trong bình thủy tinh 0,5 lít 55

3.2.1.3.1 Mục đích 55

3.2.1.3.2 Phương pháp thí nghiệm 55

3.2.1.3.3 Cách thực hiện 55

3.2.1.3.4 Các chỉ tiêu theo dõi 56

ix

3.2.2 Thí nghiệm 2: Thí nghiệm nuôi thu dầu trong những môi trường tốt nhất ở thí

nghiệm 1 57

3.2.2.1 Mục đích 57

3.2.2.2 Phương pháp thí nghiệm: 57

3.2.2.3 Cách thực hiện 57

3.2.2.4 Các chỉ tiêu theo dõi 58

3.2.2.5 Các yếu tố cố định 59

3.2.3 Thí nghiệm 3: Thí nghiệm nuôi xử lý thiếu đạm của giống tảo Chlorella Sp trong môi trường nước biển 59

3.2.3.1 Thí nghiệm 3.1: Thí nghiệm nuôi tảo thu dầu trong môi trường nước biển có bổ sung thêm MgSO 4 7H 2 O với bỉnh thủy tinh dung tích 1,5 lít: 59

3.2.3.1.1 Mục đích 59

3.2.3.1.2 Phương pháp thí nghiệm 60

3.2.3.1.3 Cách thực hiện 60

3.2.3.1.4 Các chỉ tiêu theo dõi 61

3.2.3.1.5 Các yếu tố cố định 61

3.2.3.2 Thí nghiệm 3.2: thí nghiệm nuôi xử lý thiếu đạm (N) trong bình thủy tinh 1.5 lít tại mật độ ban đầu 5trtb/ml 62

3.2.3.2.1 Mục đích 62

3.2.3.2.2 Phương pháp thí nghiệm 62

3.2.3.2.3 Cách thực hiện 62

3.2.3.2.4 Các chỉ tiêu theo dõi 63

3.2.3.3 Thí nghiệm 3.3: thí nghiệm nuôi xử lý thiếu đạm (N) trong bình thủy tinh 1.5 lít tại mật độ khác nhau 64

x

3.2.3.3.1 Mục đích 64

3.2.3.3.2 Phương pháp thí nghiệm 64

3.2.3.3.3 Cách thực hiện 64

3.2.3.3.4 Các chỉ tiêu theo dõi 65

Chương 4 66

KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 66

4.1 Thí nghiệm 1.1: thí nghiệm nuôi thăm dò tảo Chlorella Vulgaris với môi trường có hàm lượng nước biển khác nhau trong bình thủy tinh 0,5 lít 66

4.2 Thí nghiệm 1.2: thí nghiệm nuôi thăm dò tảo Chlorella Sp với môi trường có hàm lượng nước biển khác nhau trong bình thủy tinh 0,5 lít 69

4.3 Thí nghiệm 1.3: nuôi thăm dò tảo Chlorella Sp với môi trường có hàm lượng nước biển khác nhau, dinh dưỡng như nhau trong bình thủy tinh 0.5 lít 71

4.4 Thí nghiệm 2: nuôi thu dầu trong môi trường tốt nhất ở thí nghiệm 1 73

4.5 Thí nghiệm 3.1: Thí nghiệm nuôi tảo thu dầu trong môi trường nước biển có bỏ sung thêm MgSO4.7H2O với bình thủy tinh dung tích 1,5 lít 77

4.6 Thí nghiệm 3.2: Thí nghiệm nuôi xử lý thiếu đạm (N) trong bình thủy tinh 1,5 lít tại mật độ ban đầu 5trtb/ml 80

4.7 Thí nghiệm 3.3: thí nghiệm nuôi xử lý thiếu đạm (N) trong bình thủy tinh 1.5 lít tại mật độ khác nhau 83

5.1 Kết luận 87

5.2 Đề nghị 87

Tài liệu tham khảo 89

PHỤ LỤC 92

xi

DANH SÁCH HÌNH

Hình 2.1: Cấu tạo tảo Chlorella 4

Hình 2.2: Hình thái tảo Chlorella Sp………4

Hình 2.3: Các pha tăng trưởng trong nuôi vi tảo (Lavens và Sorgeloos, 1996) 9 

Hình 2.4: Thiết bị nuôi sản xuất sinh khối tảo trong ống xoắn ở Úc 16 

Hình 2.5: Mô hình Soxhlet 29 

Hình 2.6: Mô hình chiết ngâm kiệt 31 

Hình 3.1: Sơ đồ quy trình các bước thí nghiệm 45 

Hình 3.2: Hình dạng ngoài của buồng đếm hồng cầu 46 

Hình 3.3: Kích thước các ô trong buồng đếm 47 

Hình 4.1: Hình ảnh tạo giống tảo từ giống tảo Chlorella Vulgaric 67 

Hình 4.2: Các mẫu dầu thô thu được: 76 

xii

DANH SÁCH BẢNG

Bảng 2.1: Thành phần hóa học chứa trong tảo Chlorella Sp 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 ( Georgi P and Guillermo G., 2007) 7 

Bảng 2.4: Thành phần aminoacid (%) của ChlorellaSp 8 

Bảng 2.5: So sánh một vài nguồn Biodiesel: 15 

Bảng 2.6: Tóm tắt ưu điểm và nhược điểm của các phương pháp nuôi tảo 19 

Bảng 2.7: Một số phương pháp sấy sinh khối tảo (Đặng Đình Kim và Đặng Hoàng Phước Hiền, 1999) 23 

Bảng 2.8 : Các giá trị tham số độ hòa tan Hansen : 34 

Bảng 3.1: Môi trường dinh dưỡng F2 – Si 43 

Bảng 3.2: Môi trường dinh dưỡng F2 – Si thay thế 44 

Bảng 3.3: Hàm lượng dinh dưỡng của các bình thí nghiệm 51 

Bảng 3.4: Bảng theo dõi mật độ tế bào tảo trong thí nghiệm nuôi thăm dò tảo Chlorella Vulgaris tại mật độ ban đầu 3trtb/ml 52 

Bảng 3.5: Hàm lượng dinh dưỡng của các bình thí nghiệm 53 

Bảng 3.6: Bảng theo dõi mật độ tế bào tảo trong thí nghiệm nuôi thăm dò tảo Chlorella Sp tại mật độ ban đầu 10 trtb/ml 54 

Bảng 3.7: Hàm lượng dinh dưỡng của các bình thí nghiệm 55 

Bảng 3.9: Hàm lượng dinh dưỡng của các bình thí nghiệm 57 

Bảng 3.10: Bảng theo dõi mật độ tế bào tảo trong thí nghiệm nuôi tảo Chlorella Sp tại các nghiệm thức tốt để xác định hàm lượng dầu thô mật độ ban đầu 9 trtb/ml 58 

Bảng 3.11: Bảng kết quả hàm lượng sinh khối 59 

Bảng 3.12: Hàm lượng dinh dưỡng của các bình thí nghiệm 60 

xiii

Bảng 3.13: Bảng theo dõi mật độ tế bào tảo trong thí nghiệm nuôi tảo thu dầu trong môi trường nước biển có bổ sung thêm MgSO4.7H2O 61 Bảng 3.14: Bảng kết quả hàm lượng sinh khối và dầu thô thu được trong thí nghiệm nuôi tảo thu dầu trong môi trường nước biển có bổ sung thêm MgSO4.7H2O 61 Bảng 3.15: Bảng theo dõi mật độ tế bào tảo trong thí nghiệm nuôi xử lí thiếu N ở bình thủy tinh 1.5 lít tại mật độ ban đầu 5trtb/ml 63 Bảng 3.16: Bảng theo dõi mật độ tế bào tảo trong thí nghiệm nuôi xử lí thiếu N ở bình thủy tinh 1,5 lít tại mật độ ban đầu khác nhau 65 Bảng 4.1: Kết quả theo dõi mật độ tế bào tảo trong thí nghiệm nuôi thăm dò tảo Chlorella Vulgaris tại mật độ ban đầu 3trtb/ml 66 Bảng 4.2: Kết quả theo dõi mật độ tế bào tảo trong thí nghiệm nuôi thăm dò tảo Chlorella

Sp tại mật độ ban đầu 10 trtb/ml 69 Bảng 4.3: Kết quả theo dõi mật độ tế bào tảo trong thí nghiệm nuôi thăm dò tảo Chlorella

Sp tại mật độ ban đầu 9 trtb/ml 71 Bảng 4.4: Hàm lượng môi trường tính đúng: 73 Bảng 4.5: Kết quả mật độ tế bào tảo trong thí nghiệm nuôi tảo Chlorella Sp tại các nghiệm thức tốt để xác định hàm lượng dầu thô mật độ ban đầu 9trtb/ml 74 Bảng 4.6: Bảng kết quả hàm lượng sinh khối và dầu thô thu được trong thí nghiệm nuôi tảo Chlorella Sp tại các nghiệm thức tốt để xác định hàm lượng dầu thô mật độ ban đầu 9trtb/ml 74 Bảng 4.7: Bảng trung bình mật độ tế bào của các nghiệm thức thí nghiệm 77 Bảng 4.8: Bảng kết quả hàm lượng sinh khối và dầu thô thu được trong thí nghiệm nuôi tảo thu dầu trong môi trường nước biển có bổ sung thêm MgSO4.7H2O 78 Bảng 4.9: Bảng bảng trung bình mật độ tế bào tảo trong thí nghiệm nuôi xử lí thiếu N ở bình thủy tinh 1,5 lít tại mật độ ban đầu 5trtb/ml 80 Bảng 4.10: Bảng kết quả hàm lượng sinh khối và dầu thô thu được trong thí nghiệm nuôi tảo thu dầu trong môi trường nước biển xừ lý thiếu N 81 

xiv

Bảng 4.11: Bảng bảng trung bình mật độ tế bào tảo trong thí nghiệm nuôi xử lí thiếu N ở bình thủy tinh 1,5 lít tại mật độ khác nhau 83 Bảng 4.12: Bảng kết quả hàm lượng sinh khối và dầu thô thu được trong thí nghiệm nuôi tảo thu dầu trong môi trường nước biển xừ lý thiếu N 85 

EDTA : Ethylenediaminetetraacetic acid

TTB : Tốc độ tăng trưởng tế bào

Những nghiên cứu về nhiên liệu thay thế trên thế giới bắt đầu từ những năm cuối thế kỷ XIX và đầu thế kỷ XX Ngày nay, một số dạng năng lượng và nhiên liệu thay thế đã được sử dụng thực tế tại một số nước trên thế giới Việc tìm kiếm các loại nhiên liệu, năng lượng sạch không những giải quyết được vấn đề ô nhiễm không khí mà còn có thểchủđộng được các nguồn nhiên liệu, hạn chế sự phụ thuộc vào các biến động trên thế giới

Những năm gần đây, các loài 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 cơ thể này so với thực vật bậc cao như: sự phát triển đơn giản, vòng đời ngắn, năng suất cao, hệ số

sử dụng năng lượng ánh sáng cao, thành phần sinh hóa dễ được điều khiển tùy điều kiện nuôi cấy và nhờ kỹ thuật di truyền, nuôi trồng đơn giản, thích hợp với quy mô sản xuất công nghiệp Ứng dụng tốt trong việc nghiên cứu sản xuất biodiesel Biodiesel đã được nghiên cứu và sử dụng như là một loại nhiên liệu thay thếcho nhiên liệu diesel truyền thống Do đó tiềm năng về việc sản xuất

2

biodiesel nhằm thay thế cho nhiên liệu truyền thống trong tương lai là rất lớn nhằm tạo ra nguồn năng lượng sạch đối với môi trường

Biodiesel từ tảo trên thế giới đã được nghiên cứu trong những năm gần đây

Tảo ChlorellaVulgaric 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

và sản xuất Biodiesel từ tảo nước ngọt Chlorella Vulgariscũng đã được quan tâm

nhiều Tuy nhiên bên cạnh đó tiềm năng sản xuất Biodiesel từ tảo nước mặn

Chlorella Sp vẫn là nghiên cứu khá mới Do vậy, được sự phân công của bộ môn

Công nghệ hóa học và dưới sự hướng dẫn của PGS.TS Trương Vĩnh chúng em thực hiện đề tài: “Xử lí Stress để tăng hàm lượng Triglyceride trong dầu nhằm sản xuất Biodiesel”

1.2 Mục đích

Tăng hàm lượng dầu trong tảo

1.3 Nội dung

Thí nghiệm nuôi thăm dò tảo Chlorella Vulgaris và Chlorella Sp với môi

trường có hàm lượng nước biển khác nhau trong bình thủy tinh 0,5 lít

Thí nghiệm khảo sát hàm lượng dầu thu được khi nuôi tảo Chlorella Sp

trong những môi trường nuôi tốt nhất

Thí ngiệm nuôi tảo Chlorella Sp trong môi trường thiếu đạm

1.4 Yêu cầu

Khảo sát được môi trường để tảo Chlorella Sp sinh sản và phát triển tốt

Đánh giá được hàm lượng dầu thô khi nuôi tảo trong môi trường có nước biển phù hợp

Xác định được điều kiện xử lý đạm (N) để tăng hàm lượng dầu trong tảo với bình 1,5 lít

3

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN

2.1 Tổng quan về tảo Chlorella

2.1.1 Giới thiệu tảo Chlorella

Tảo lục (Chlorella) là một chi của tảo xanh đơn bào, thuộc về ngành

Chlorophyta được một nhà sinh vật học người Hà Lan phát hiện ra vào năm 1890 Tên Chlorella được lấy từ tiếng Hy Lạp chloros có nghĩa là màu xanh lá cây và ella có nghĩa là nhỏ bé 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 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 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, 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 đặc điểm sinh học của ngành tảo lục

Tảo lục đơn bào có dạng hình cầu, đường kính khoảng 2-10 μm và không có

tiên mao.Chlorella có màu xanh lá cây nhờ sắc tố quang hợp chlorophyll -a và b

trong lục lạp, 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 1 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

à trơn nhẵn

tế bào di đCũng có khinhiều nhân

ững tế bào

g thời gian

g đời tế bàguồn dinh d

2.1: Cấu tạo

đó:

hân velope: Màn

h bột ia: Ty thể : Thể sắc tốVách tế bào

i chỉ có 1 sThành tế bbình thườnchưa đầy 2

lông roi có

có 2 sợi, mộ Phần lớn lục chủ yếu

tầng vẫy n

4 sợi, 8 sợi lục có 1 nhulose

chia thành 4

0 µm Tuổi sáng mặt t

o Chlorella

ảo;

ào tử tĩnh,

nhỏ hay hân,

4 tế thọ trời,

Sp

bào

5

Sinh sản hữu tính: Đẳng giao, dị giao và noãn giao

(Nguồn:http://wwwvietsciences.free)

2.1.3 Thành phần hóa học của tảo Chlorella

Thành phần hoá học của tế bào Chlorella Sp phụ thuộc vào tốc độ sử dụng

môi trường dinh dưỡng trong quá trình phát triển Ở môi trường nước có hàm

lượng Nitrate và Photphat cao tảo có thể phát triển tốt 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 Sp giảm

xuống rõ rệt trong khi lượng Carbonhydrat và Lipid lại tăng lên

Bảng 2.1:Thành phần hóa học chứa trong tảo Chlorella Sp

(Đặng Đình Kim và Đặng Hoàng Phước Hiền, 1999)

Protein tổng số Gluxit Lipid Sterol Sterin β-Caroten Xanthophyll Chlorophyll a Chlorophyll b Tro Vitamin B1

10 – 34 % 18,0 mg/gr 0,3 – 0,6 mg/gr

6 mg/gr

6

B6 B2 B12 Niacin Acid Nicotinic

2,3 mg/100gr 3,5 mg/100gr

7 - 9 mg/100gr

25 mg/100gr

145 mg/100gr

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

Một số loại tảo Protein Carbohydrates Lipids Nucleic acid

8

Bảng 0.4: Thành phần aminoacid (%) của ChlorellaSp

(Webb 1983; Nguyễn Hữu Đại,1999)

Arginine Aspartic Threonine Serine Glutamic acid Proline Glucine Alanine Valine Cystein Methionine Isoleucine Leucine Tyrocine Phenyl Lycine Trytophan Histidine Taurin

5,17 9,24 5,44 5,32 15,10 5,19 9,23 10,97 6,24 0,40 0,22 4,08 8,30 2,47 4,12 5,63 1,23 1,59 0,04

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… (Vũ Thị Tám, 1982) Các nguyên tố vô cơ cũng có chức năng sinh lý quan trọng đối với thực vật (C, H, O, K, Mg, Fe, Cu,…) Ngoài ra,

9

Chlorella Sp còn chứa glucid, acid amine thiết yếu, nhiều loại vitamin như:

carotene, thiamine, niacine, paridoxine, choline, acid lipoic, acidpentonoid, ….các vitamin nhóm C, A, B1, B2, B6, K… có nhiều trong tế bào tảo tươi

(Nguồn: http://www.tuberosr.com/chlorella.htm )

2.1.4 Tăng trưởng

Tăng trưởng là biểu hiện cho sự gia tăng về số lượng so với số lượng tảo

cấy ban đầu (Pelczar sửng trưởng của các vi tảo nói chung và Chlorella Sp nói

riêng nuôi trong điều kiện vô trùng đều thông qua 5 pha như sau:

Hình2.3: Các pha tăng trưởng trong nuôi vi tảo (Lavens và Sorgeloos,

1996)

2.1.4.1 Pha log (pha chậm hoặc cảm ứng)

Sau khi cấy vào môi trường nuôi, quần thể tạm thời không thay đổi Điều này không có nghĩa là các tế bào không hoạt động Việc chậm phát triển là do sự thích nghi sinh lí của chuyển hóa tế bào để phát triển, như mức tăng enzyme và các chất chuyển hóa liên quan đến sự phân chia tế bào và cố định cacbon, ở giai đoạn này các tế bào cũng gia tăng về kích thước của chúng Ở cuối pha này, mỗi sinh vật bắt đầu phân chia

2.1.4.2 Pha log (pha sinh trưởng theo hàm số mũ)

Ở pha này, mật độ tế bào tăng như là hàm số của thời gian theo hàm logarit:

10

Với Co và Ct là các nồng độ tế bào tại thời điểm 0 và t tương ứng với m là tốc độ sinh trưởng đặc thù Tốc độ sinh trưởng đặc thù phụ thuộc chủ yếu vào loài tảo, cường độ ánh sáng và nhiệt độ Nếu nuôi trong các điều kiện tối ưu, tốc độ tăng trưởng là tối đa trong suốt giai đọan này

2.1.4.3 Pha giảm tốc độ sinh trưởng (pha ngừng tăng trưởng tương đối)

Sự phân chia tế bào sẽ chậm lại khi các điều kiện về dinh dưỡng, ánh sáng,

độ pH, CO2 hoặc các yếu tố lý hóa khác bắt đầu hạn chế sự sinh trưởng

2.1.4.4 Pha ổn định

Tại đây sự tăng trưởng theo pha hàm số mũ dần bắt đầu ngừng lại sau vài giờ hoặc vài ngày Quần thể duy trì ở mức ít hơn hoặc nhiều hơn ở một giá trị không đổi nào đó trong một thời gian, có thế đó là kết quả của sự ngừng phân chia hoàn toàn hoặc phân chia để bù vào số tế bào bị chết

2.1.4.5 Pha suy tàn

Ở giai đoạn này các nhà nuôi tảo đều không mong muốn tuy nhiên không thể tránh khỏi giai đoạn này Đây là giai đoạn mà các tế bào tảo chết nhanh hơn là tốc độ sản sinh ra tế bào mới Do chất lượng nước bị giảm, nguồn dinh dưỡng bị cạn kiệt đến mức không thể duy trì được sự sinh trưởng và phát triển của tảo Lúc này mật độ tế bào giảm theo cấp số nhân và việc nuôi cũng kết thúc

Sự tăng trưởng ổn định chỉ có thể đạt đến giá trị tối đa khi được nuôi dưới những điều kiện tăng trưởng tối ưu đặc biệt là về nhiệt độ, ánh sáng và dinh dưỡng Nhưng nếu chuyển sang môi trường không thích hợp thì mật độ tảo sẽ giảm đi một cách đáng kể

Vấn đề cấp thiết trong việc nuôi tảo là phải kiểm soát được điều kiện nuôi Điều kiện này chỉ có thể đạt được khi nuôi trong điều kiện môi trường được vô trùng, kiểm soát không khí và cường độ chiếu sáng, nhiệt độ, pH có thể thay đổi theo ý muốn

11

Vấn đề cần quan tâm trong sự suy tàn của tảo có thể do một số nguyên nhân như thiếu nguồn dưỡng chất, thiếu CO2, nhiệt độ cao, pH không ổn định do tình trạng nhiễm bẩn từ không khí Yếu tố then chốt giúp thành công trong nuôi tảo là duy trì tảo nuôi luôn ở pha log, có thể nói đây là pha luôn ổn định về số lượng và

Hầu hết các giống tảo được nuôi trong môi trường đều có giá trị pH nhất định Thông thường khoảng pH cho phép là 7 - 9 và theo nhiều tài liệu 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 (Đặng Đình Kim, Đặng Hoàng Phước Hiền, 1999; Cao Tuấn Kiệt, 2007; Trần Thị Mỹ Xuyên, 2008)

Các chất dinh dưỡng / 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,

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 (Lavens và Sordeloos, 1996; trích bởi Cao Tuấn Kiệt, 2007)

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 (Võ Thị Bích Duyên và Ngô Thạch Minh Thảo, 2000) 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 (Trần Thị Mỹ Xuyên, 2008)

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

13

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 (Lavens và Sorgeloos,

1996; Đặng Đình Kim và Đặng Hoàng Phước Hiền, 1999)

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 (Đặng Đình Kim, Đặng Hoàng Phước Hiền, 1999)

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 cacbon

vô cơ để chuyển hóa thành cacbon 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 (Robert, 1971; Trích bởi Đậu Thị Như Quỳnh, 2001)

14

2.1.5.3 Các yếu tố sinh học

Các nguồn gây nhiễm và xử lí 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 sự tạp nhiễm

Việc chuẩn bị các bình nuôi có dung tích nhỏ là khâu quyết định trong việc tăng môi trường nuôi cấy tảo:

+ Rửa bằng xà phòng + Tráng rửa bằng nước nóng + Làm sạch với 30% acid muriatic + Tráng sạch lại bằng nước nóng + 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

15

2.1.6 Tiềm năng của dầu sản xuất từ vi tảo

Bảng 2.5: So sánh một vài nguồn Biodiesel:

2.1.7

2.1.8 2.1.9 2.1.10 2.1.11

Nguồn: Bài giảng kỹ thuật hệ thống sinh học, PGS.TS Trương Vĩnh – Bộ Môn Công Nghệ Hóa Học – trường Đại Học Nông Lâm Tp.HCM

Từ bảng 2.5 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% )

2.2 Các phương pháp nuôi tảo

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

Cây trồng Năng suất dầu

( l/ha)

Diện tích canh tác ( triệu ha )

136900 2

Vi tảo ( 30 % dầu )

58700 4.5

16

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

Hình 2.4: Thiết bị nuôi sản xuất sinh khối tảo trong ống xoắn ở Úc

(Yusuf Chisti, 2007)

Hệ thống nuôi tảo hở hoặc kín

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 các ống nghiệm, bình tam giác, túi…

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

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

a hoặc gần tích lớn hơ

g lên với mđây: các ốnhình trụ 16

00 lít tới 25

Hình 0.5: S

eo nồng độ đoạn trướcuối cùng

ng nuôi mẻ

a chúng cho

m có việc cthời kì pháttối đa Tron

ơn trước khmật độ tối đ

ể nuôi trong

xuất dùng ch

và Tamaru

ích nguyên trình tăng

g được áp

y đổi các lo

ác tế bào trngày và tiến

nh, tảo đượ

ha ổn định vhoạch Có th

g các giai đlớn 5 lít vànuôi ngoài

mẻ

g ứng với du

2 – 10 % k

nh đơn giảnphục các sự

môi quần ùng nuôi đoạn

à 10 trời

ung khối

n và

ự cố

18

trong hệ thống nhanh chóng Tuy nhiên, nuôi mẻ có hạn chế là chất lượng của các

tế bào tảo thu hoạch có thể ít đoán trước được so với chất lượng ở các hệ thống nuôi liên tục và biến động theo lịch thời gian thu hoạch (thời gian của ngày, pha sinh trưởng chính xác)

Một hạn chế khác của nuôi từng mẻ là phải ngăn ngừa sự nhiễm bẩn trong lần cấy ban đầu và thời kỳ sinh trưởng lúc đầu Do mật độ của thực vật phù du mong muốn thấp và nồng độ các chất dinh dưỡng cao nên các chất gây ô nhiễm có

tốc độ sinh trưởng nhanh sẽ có khả năng phát triển vượt đối tượng nuôi (Cao Tuấn

Kiệt, 2007; Trần Thị Mỹ Xuyên, 2008)

Nuôi liên tục

Phương pháp nuôi liên tục cho phép duy trì giống nuôi cấy có tốc độ rất gần tốc độ sinh trưởng tối đa Người ta phân biệt một số dạng nuôi liên tục như sau: 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

Nuôi bán liên tục

19

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

(Theo một tác giả giấu tên, 1991; Lavens và Sorgeloos, 1996)

1 Nuôi trong nhà Độ kiểm soát cao (có thể dự

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

20

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

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

- 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

21

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 ly tâm

Phương pháp ly tâm có ưu điểm chính là đơn giản và không phải sử dụng hóa chất bổ sung Trong quá trình ly tâm thì các tế bào sẽ đọng lại ở thành của đầu máy ly tâm ở dạng bột nhão lắng Sau đó bột này được treo lơ lửng trở lại trong một dung dịch nước hạn chế Tuy vậy, chi phí năng lượng cho phương pháp thu hoạch này là khá lớn (khoảng 1 KWh/m3) khiến việc sử dụng nó chỉ khả thi trong những cơ sở sản xuất cho ra các sản phẩm chất lượng cao

2.4.2 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 bít tắc 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)

22

2.4.3 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 lắng bằng các chất hóa học

Những chất được coi là gây hiệu ứng tạo bông tốt đối với vi tảo là

Al2(SO4)3, Ca(OH)2, FeSO4, clorua sắt và một số polymer khác Yếu điểm của phương pháp này là sinh khối tảo sau khi thu hoạch sẽ chứa một lượng lớn chất hòa tan không mong muốn và bản thân phương pháp sẽ làm ô nhiễm môi trường nuôi trồng nếu sau thu hoạch môi trường được hoàn lưu Ngoài ra, phương pháp kết bông dùng các hóa chất hòa tan trên sẽ làm cho các tế bào đông tụ và lắng xuống đáy hoặc nổi lên trên bề mặt Sau đó, thu sinh khối tảo bằng cách dùng ống

siphon hút tảo lắng dưới đáy hoặc vớt tảo ra khỏi bề mặt (Trần Thị Mỹ Xuyên,

2008)

2.5 Sấy sinh khối tảo

Sau khi tách tảo khỏi môi trường và cô đặc, phải tiến hành ngay việc sấy để giữ sinh khối khỏi bị vi sinh vật hủy hoại Người ta sử dụng nhiều phương pháp sấy tuy nhiên mỗi phương pháp đều có ưu và nhược điểm khác nhau như sau:

23

Bảng 0.7: Một số phương pháp sấy sinh khối tảo

(Đặng Đình Kim và Đặng Hoàng Phước Hiền, 1999)

Phương pháp Ưu và nhược điểm Dùng cho tảo

1.Sấy tiếp xúc Nhanh, hiệu quả nhưng giá

thành cao

Chlorella, Scenedesmus, Spirulina

2.Phơi nắng Đầu tư thấp nhưng chậm và

phụ thuộc thời tiết

Chlorella, Scenedesmus, Spirulina

4 Sấy phun khô Nhanh, hiệu quả nhưng tiêu

tốn điện năng

Chlorella, Scenedesmus, Spirulina, Dunaliella

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)

- 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