Nghiên cứu và ứng dụng hệ thống chiếu sáng đơn sắc trong mô hình nuôi trồng vi tảo chlorella vulgaris để xử lý nước thải thủy sản

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA HÓA ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH: CÔNG NGHỆ SINH HỌC ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU VÀ ỨNG DỤNG HỆ THỐNG CHIẾU SÁNG ĐƠN SẮC TRONG MÔ HÌNH NUÔI TRỒNG VI TẢO CHLORELLA VU

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

KHOA HÓA

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

NGÀNH: CÔNG NGHỆ SINH HỌC

ĐỀ TÀI:

NGHIÊN CỨU VÀ ỨNG DỤNG HỆ THỐNG CHIẾU SÁNG ĐƠN

SẮC TRONG MÔ HÌNH NUÔI TRỒNG VI TẢO CHLORELLA

VULGARIS ĐỂ XỬ LÝ NƯỚC THẢI THỦY SẢN

Người hướng dẫn: TS LÊ LÝ THÙY TRÂM

Sinh viên thực hiện: NGUYỄN THỊ NGÂN GIANG - STSV: 107120248

Sinh viên thực hiện: NGUYỄN QUỐC BẢO - STSV: 107120241

Lớp: 12SH

Đà Nẵng, 5/2017

Tên đề tài: “Nghiên cứu và ứng dụng hệ thống chiếu sáng đơn sắc trong mô

hình nuôi trồng vi tảo Chlorella vulgaris để xử lý nước thải thủy sản”

Sinh viên thực hiện:

1) Nguyễn Thị Ngân Giang Lớp 12SH Số thẻ sinh viên: 107120248

2) Nguyễn Quốc Bảo Lớp 12SH Số thẻ sinh viên: 107120241

Hiện nay việc nuôi trồng vi tảo để xử lý nước thải thủy sản đồng thời thu nhận sinh khối phục vụ cho sản xuất biodiesel hoặc làm thức ăn chăn nuôi đang rất được quan tâm và chú trọng Đây không chỉ là giải pháp xử lý nước ô nhiễm mà còn có thể tận dụng nguồn lipid trong tảo để tạo nhiên liệu mới thân thiện với môi trường Tuy nhiên lượng sinh khối thu hồi vẫn còn quá ít dẫn đến việc áp dụng giải pháp này vẫn còn là một vấn đề lớn chưa được giải quyết Nhận thấy tầm quan trọng của việc làm thế nào để gia tăng lượng sinh khối thu hồi, chúng tôi tiến hành thực hiện đề tài

“Nghiên cứu và ứng dụng hệ thống chiếu sáng đơn sắc trong mô hình nuôi trồng vi tảo

Chlorella vulgaris để xử lý nước thải thủy sản”, với mục đích nhằm cải thiện hiệu suất

quang hợp, thông qua việc thay thế hệ thống chiếu sáng bằng ánh sáng trắng từ đèn huỳnh quang trước đây, sang đèn LED đơn sắc xanh và đỏ Việc tập trung chỉ những nguồn sáng cần thiết sẽ giúp tối ưu hơn quá trình quang hợp của vi tảo, gia tăng tổng hợp vật chất hữu cơ, từ đó tăng lượng sinh khối thu hồi

Nội dung đồ án tốt nghiệp gồm 2 phần chính là nghiên cứu lý thuyết và thiết kế

mô hình dựa trên kết quả nghiên cứu lý thuyết:

Chương 1: Tổng quan tài liệu

Chương 2: Nội dung, vật liệu và phương pháp nghiên cứu

Chương 3: Kết quả và thảo luận

Chương 4: Áp dụng kết quả nghiên cứu lý thuyết vào việc triển khai mô hình

nuôi trồng vi tảo Chlorella vulgaris trong nước thải thủy sản

Qua thời gian thực hiện đề tài, chúng tôi đã đạt được những kết quả nghiên cứu

lý thuyết nhất định, cũng như đã xây dựng thành công mô hình thực tế để nuôi trồng vi tảo xử lý nước thải thủy sản Từ các kết quả này, chúng tôi hi vọng đề tài sẽ có thể được áp dụng trong thực tế và định hướng phát triển nuôi trồng các loại vi tảo khác nhằm mục đích thương mại

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

KHOA HÓA

CỘNG HÒA XÃ HÔI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

01 Nguyễn Thị Ngân Giang 107120248 12SH Công nghệ sinh học

1 Tên đề tài đồ án:

NGHIÊN CỨU VÀ ỨNG DỤNG HỆ THỐNG CHIẾU SÁNG ĐƠN SẮC TRONG MÔ HÌNH NUÔI TRỒNG VI TẢO CHLORELLA VULGARIS ĐỂ XỬ LÝ NƯỚC THẢI

THỦY SẢN

2 Đề tài thuộc diện: ☐ Có ký kết thỏa thuận sở hữu trí tuệ đối với kết quả thực hiện

3 Nội dung các phần thuyết minh và tính toán:

a Phần chung:

01 Nguyễn Thị Ngân Giang Nghiên cứu, đọc tài liệu và viết tổng quan, thực

hiện các thí nghiệm lý thuyết, lên ý tưởng thiết kế

mô hình nuôi trồng vi tảo

02 Nguyễn Quốc Bảo

b Phần riêng:

01 Nguyễn Thị Ngân Giang

+ Nghiên cứu và viết tổng quan tài liệu, chịu trách nhiệm nội dung nghiên cứu lý thuyết

+ Xử lý kết quả số liệu thực nghiệm, thuyết minh nội dung nghiên cứu

02 Nguyễn Quốc Bảo

+ Tính toán xây dựng mô hình thực nghiệm, chịu trách nhiệm nội dung thiết kế và thuyết minh mô hình

+ Lựa chọn vật liệu, lắp đặt và thi công, đánh giá hiệu quả của mô hình

4 Họ tên người hướng dẫn: Phần/ Nội dung:

5 Ngày giao nhiệm vụ đồ án: 20/2/2017

LỜI CẢM ƠN

Trải qua quãng thời gian Đại học, được ngồi trên ghế nhà trường và nhận được

sự chỉ dạy, giúp đỡ tận tình từ các thầy cô bộ môn Công nghệ sinh học nói riêng và khoa Hóa nói chung, chúng tôi cảm thấy bản thân mình đã dần trưởng thành và học hỏi được thật nhiều điều bổ ích Đó không chỉ là những bài học chuyên môn lôi cuốn mà còn là những bài học đạo đức đáng giá, giúp chúng tôi thêm hoàn thiện con người và nhân cách của mình

Và để đi đến giai đoạn hôm nay, khi hoàn thành Đồ án tốt nghiệp của mình, chúng tôi xin được gửi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc nhất đến cô, Tiến sĩ Lê Lý Thùy Trâm, trưởng bộ môn Công Nghệ Sinh Học, Đại Học Bách Khoa, Đại Học Đà Nẵng Cô không chỉ là người dẫn dắt, định hướng công việc nghiên cứu của chúng tôi,

mà còn giúp đỡ và hỗ trợ cả về vật chất và tinh thần, đưa chúng tôi đến được với rất nhiều thành công mà chúng tôi thật sự tự hào Cảm ơn cô đã luôn ở bên cạnh, chia sẻ

và giúp chúng tôi vượt qua những khó khăn và thử thách trong học tập cũng như trong cuộc sống

Bên cạnh đó, chúng tôi xin được gửi lời cảm ơn đến Thầy Võ Công Tuấn và Cô Phạm Thị Kim Thảo, đã luôn nhiệt tình hỗ trợ và giúp đỡ chúng tôi trong suốt thời gian thực hiện nghiên cứu tại phòng thí nghiệm bộ môn, cũng như toàn thể thầy cô bộ môn Công nghệ sinh học và khoa Hóa đã sát cánh cùng chũng tôi trong suốt toàn bộ thời gian học tập và lĩnh hội kiến thức tại ngôi trường này

Cuối cùng, chúng tôi xin được cảm ơn đến gia đình, bạn bè, người thân đã luôn quan tâm động viên để giúp chúng tôi hoàn thiện công việc nghiên cứu cũng như đồ án tốt nghiệp

Tôi xin cam đoan nội dung đồ án tốt nghiệp này là kết quả của riêng nhóm chúng tôi dựa trên sự nghiên cứu, tìm hiểu từ các số liệu thực tế và đuợc thực hiện theo đúng sự chỉ dẫn, định hướng của giáo viên huớng dẫn Mọi tài liệu, thông tin sử dụng trong đồ án đều đuợc trích dẫn đúng từ các nguồn tài liệu nằm trong danh mục tài liệu tham khảo

Người cam đoan

Ký tên

TÓM TẮT

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP i

LỜI CẢM ƠN iii

LỜI CAM ĐOAN iv

MỤC LỤC v

DANH MỤC HÌNH ẢNH vii

DANH MỤC BẢNG ix

DANH MỤC TỪ VÀ KÝ HIỆU VIẾT TẮT x

LỜI MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 2

1.1 Giới thiệu về vi tảo Chlorella vulgaris 2

1.1.1 Đặc điểm phân loại, hình thái và cấu trúc tế bào 2

1.1.2 Đặc điểm sinh sản 3

1.1.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến sự phát triển của tảo Chlorella vulgaris 3

1.2 Vai trò, ứng dụng của Chlorella vulgaris 6

1.2.1 Vai trò trong tự nhiên 6

1.2.1 Vai trò đối với đời sống 6

1.3 Tình hình nghiên cứu và nuôi trồng tảo Chlorella vulgaris trên thế giới và tại Việt Nam 11

1.3.1 Trên thế giới 11

1.3.2 Tại Việt Nam 13

CHƯƠNG 2: VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 15

2.1 Nội dung nghiên cứu 15

2.2 Vật liệu nghiên cứu 16

2.2.1 Nguồn giống vi tảo 16

2.2.2 Dụng cụ, hóa chất và trang bể sử dụng 16

2.3 Phương pháp nghiên cứu 17

2.3.1 Quan sát hình thái tế bào vi tảo C.vulgaris 17

2.3.2 Phương pháp nuôi trồng C.vulgaris 17

2.3.3 Phương pháp đo đạc 17

2.3.4 Phương pháp thu hoạch vi tảo 18

2.3.5 Phương pháp bảo quản giống 18

2.3.6 Phương pháp xử lý số liệu 19

3.1 Nghiên cứu các điều kiện ảnh hưởng đến quá trình hoạt hóa, nhân giống và bảo

quản giống 20

3.1.1 Ảnh hưởng của môi trường lên việc hoạt hóa và nhân giống 20

3.1.2 Ảnh hưởng của pH lên việc hoạt hóa và nhân giống 22

3.1.3 Ảnh hưởng của chu kỳ quang (sáng:tối) lên sự sinh trưởng của C.vulgaris 24 3.1.4 Ảnh hưởng của tốc độ sục khí lên sự sinh trưởng của C.vulgaris 25

3.1.5 Ảnh hưởng của nồng độ glycerol lên việc bảo quản giống 26

3.2 Nghiên cứu việc nuôi trồng C.vulgaris trong hệ thống chiếu sáng đơn sắc bằng đèn LED 28

3.3 Nghiên cứu nuôi trồng Chlorella vulgaris trong nước thải thủy sản 30

3.3.1 Nghiên cứu sự phát triển của C.vulgaris dưới các tỷ lệ chiếu sáng bằng đèn LED đơn sắc khác nhau 30

3.3.2 Đánh giá hiệu quả xử lý nước thải của C.vulgaris 32

3.3.3 Khảo sát tỷ lệ cấp giống ban đầu lên sự sinh trưởng và hiệu quả xử lý nước thải của C.vulgaris 34

CHƯƠNG 4: ÁP DỤNG KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU LÝ THUYẾT VÀO VIỆC TRIỂN KHAI MÔ HÌNH NUÔI TRỒNG VI TẢO CHLORELLA VULGARIS TRONG NƯỚC THẢI THỦY SẢN 37

4.1 Mô hình nuôi trồng vi tảo Chlorella vulgaris đề xuất 37

4.1.1 Quy trình vận hành mô hình 37

4.1.2 Thuyết minh quy trình vận hành mô hình đề xuất 37

4.1.3 Xây dựng và thiết kế mô hình lý thuyết 42

4.2 Xây dựng và vận hành mô hình nuôi trồng vi tảo C.vulgaris trên thực nghiệm 61 4.2.1 Thùng điều chỉnh 62

4.2.2 Hệ thống nuôi trồng vi tảo 63

4.2.3 Vận hành mô hình 69

KẾT LUẬN 73

TÀI LIỆU THAM KHẢO 74

Hình 1.1 Tế bào Chlorella vulgaris 2

Hình 1.2 Các sản phẩm dinh dưỡng từ tảo Chlorella vulgaris 7

Hình 1.3 Thực trạng ô nhễm nước thải thủy sản tại khu vực Âu thuyền Thọ Quang, Đà Nẵng 10

Hình 1.4 Nước thải thủy sản tại trạm xử lý Sơn Trà, Đà Nẵng 10

Hình 1.4 Mô hình nuôi trồng tảo theo phương pháp đơn giản làm thức ăn cho thủy hải sản tại các khu vực miền Tây Nam Bộ 14

Hình 2.1 Sơ đồ qui trình và nội dung nghiên cứu

Hình 2.2 Giống tảo và dịch dưỡng Hutner sau khi lấy về 16

Hình 2.3 Hình thái tế bào C.vulgaris quan sát dưới kính hiển vi vật kính 40x 17

Hình 3.1 Biểu đồ chu kỳ sinh trưởng của C.vulgaris trong môi trường BBM và Antonie 21

Hình 3.2 Sự phát triển của C.vulgaris ở ngày thứ 11 trong 2 môi trường BBM và Antonie 22

Hình 3.3 Biểu đồ thể hiện ảnh hưởng của pH lên sự sinh trưởng của C.vulgaris 23

Hình 3.4 Tiến hành khảo sát thu hẹp vùng pH 23

Hình 3.6 Sự phát triển của C.vulgaris trong 2 chu kỳ quang 16:8 và 12:12 25

Hình 3.7 Sự phát triển của C.vulgaris trong các tộc độ sục khí khác nhau 26

Hình 3.8 Giống vi tảo được bảo quản trong Glycerol 26

Hình 3.9 Sự sinh trưởng của C.vulgaris sau thời gian bảo quản 1 tháng 27

Hình 3.10 Sự sinh trưởng của C.vulgaris sau thời gian bảo quản 1,5 tháng 27

Hình 3.11 Các nghiệm thức chiếu sáng bằng đèn LED ở các tỷ lệ xanh:đỏ (%:%) khác nhau 29

Hình 3.12 Các bình nuôi C.vulgaris trong các nghiệm thức chiếu sáng đơn sắc vào ngày thứ 11 29

Hình 3.12 Sự sinh trưởng của Chlorella vulgaris trong các nghiệm thức chiếu sáng bằng đèn LED đơn sắc khác nhau 30

Hình 3.13 Sự sinh trưởng của C.vulgaris trong các nghiệm thức chiếu sáng bằng đèn LED đơn sắc ở các mức tỷ lệ khác nhau khi nuôi trồng trong nước thải thủy sản 31

Hình 3.13 Kết quả sự phát triển của C.vulgaris trong môi trường nước thải thủy sản dưới các nghiệm thức chiếu sáng với các tỷ lệ LED đơn sắc khác nhau 32

Hình 3.14 Mẫu nước thải đầu vào trước khi nuôi tảo và đầu ra sau khi xử lý bằng vi tảo 33

đầu khác nhau 34

Hình 4.1 Quy trình vận hành mô hình xử lý 37

Hình 4.2 Bể điều chỉnh 37

Hình 4.3 Sơ đồ nhân giống 39

Hình 4.4 Hệ thống nuôi trồng vi tảo 39

Hình 4.5 Bể xử lý 40

Hình 4.6 Thiết bị ly tâm 41

Hình 4.7 Chai nhựa 5lit 61

Hình 4.8 Bể điều chỉnh thực tế 62

Hình 4.9 Bể xử lý nước thải thức tế 63

Hình 4.10 Kích thước của bình nhựa 5lit 64

Hình 4.11 Sục không khí 65

Hình 4.12 Bình giống 66

Hình 4.13 Giàn đỡ của mô hình thực tế 69

Hình 4.14 Mô hình thức tế 69

Hình 4.15 Mô hình thức tế đã hoàn thiện 70

Hình 4.16 Mô hình thức tế chạy với nước thải 71

Bảng 1.1 So sánh một số giá trị thành phần dinh dưỡng của C.vulgaris và Spirulina 7

Bảng 1.2 So sánh các thông số đầu vào và đầu ra của nước thải trước và sau quá trình nuôi trồng vi tảo 11

Bảng 3.1: Thành phần đa lượng của môi trường Antonie 20

Bảng 3.2: Thành phần vi lượng của môi trường Antonie 20

Bảng 3.3: Thành phần môi trường BBM 20

Bảng 3.4 Lượng sinh khối thu hồi ở các nghiệm thức chiếu sáng bằng đèn LED đơn sắc 32

Bảng 3.6 Đánh giá hiệu quả xử lý nước thải của C.vulgaris trong mẫu chiếu ánh sáng trắng và mẫu chiếu sáng bằng đèn LED tỷ lệ 50%X:50%Đ 33

Bảng 3.7 Giá trị đầu vào và hiệu suất xử lý của vi tảo ứng với các nghiệm thức tỷ lệ cấp giống ban đầu khác nhau 35

Bảng 3.8 Lượng sinh khối thu hồi ứng với các nghiệm thức tỷ lệ cấp giống ban đầu khác nhau 36

Bảng 4.1 Hao phí thể tích nước thải trong các công đoạn 42

Bảng 4.2 Thể tích nước thải thủy sản trong các công đoạn xử lý 59

Bảng 4.3 Thể tích nước thải thủy sản trong các công đoạn xử lý với mô hình thực tế 68 Bảng 4.4 Hao phí trong các công đoạn trên mô hình thực tế 68

Bảng 4.5 Giá trị đầu vào và hiệu suất xử lý của vi tảo trong mô hình thực tế 71

C.vulgaris : Chlorella vulgaris

BOD : Biochemical Oxygen Demand – nhu cầu oxy sinh hóa (là lượng

oxy cần thiết để vi sinh vật oxy hoá các chất hữu cơ) COD : Chemical Oxygen Demand - nhu cầu oxy hóa học (là lượng oxy

cần thiết để oxy hoá các hợp chất hoá học trong nước bao gồm cả

vô cơ và hữu cơ) LED : Light Emitting Diode, chỉ các loại đèn điốt phát quang

BBM : Bold-Basal Medium, môi trường Bold-Basal dùng để nuôi các

loại vi tảo lục 50%X:50Đ :Tỷ lệ phối trộn đèn Led đơn sắc, trong tổng số 100% năng lượng,

thì đèn Led xanh chiếm 50%, đèn Led đỏ chiểm 50%

LỜI MỞ ĐẦU

Chlorella vulgaris đang là một trong số các chủng vi tảo có rất nhiều tiềm năng

mang tính ứng dụng thiết thực cho đời sống con người hiện nay Không chỉ là nguồn

thực phẩm giàu dinh dưỡng, C.vulgaris còn có khả năng làm giảm các chỉ số ô nhiễm cao trong nước như BOD, COD, Nito, Photpho Chính vì vậy, việc sử dụng C.vulgaris

để nuôi trồng trong các nguồn nước thải (sinh hoạt, chế biến thủy hải sản) không chỉ giúp xử lý nước một cách hiệu quả mà sinh khối tảo thu hồi được có thể tận dụng để sản xuất biodiesel, một loại nhiên liệu mới, sạch và thân thiện với môi trường Ngoài

ra lượng sinh khối này còn có thể phục vụ cho các mục đích khác như sản xuất thức ăn chăn nuôi Tuy nhiên, cho đến nay các nghiên cứu cũng như mô hình ứng dụng giải pháp này vẫn chưa được ứng dụng vào thực tiễn, nguyên nhân chính là do lượng sinh khối thu hồi còn quá ít, khiến các quá trình theo sau không đủ nguyên liệu để thực hiện Như vậy, để giải quyết vấn đề này, yêu cầu đặt ra là làm thế nào để gia tăng

lượng sinh khối tảo thu được

C.vulgaris có khả năng quang hợp nhằm tổng hợp vật chất hữu cơ phục vụ các

hoạt động sống và sinh trưởng tế bào, nhờ chúng chứa các sắc tố chlorophyll tương tự như cây xanh, vì vậy việc cung cấp nguồn sáng là yếu tố quyết định cho sự phát triển của tảo Sử dụng ánh sáng trắng nhân tạo là một giải pháp tối ưu về mặt cung cấp nguồn sáng ổn định và dễ dàng kiểm soát quá trình, thay cho việc nuôi trồng ngoài trời chiếm diện tích cũng như phụ thuộc thời tiết Tuy nhiên, giải pháp này vẫn không thể cải thiện sinh khối là bởi vì, chlorophyll chỉ hấp thụ mạnh ánh sáng màu xanh dương

và màu đỏ trong vùng khả kiến, cho nên việc dùng ánh sáng trắng như trong các mô hình nuôi trồng hiện nay là không cần thiết hết cho tảo quang hợp lại vừa hao tổn điện năng sử dụng Xét về mặt tiêu thụ năng lượng thì đèn LED mang giá trị kinh tế cao hơn các loại đèn khác Trên cơ sở đó chúng tôi tiến hành thực hiện đề tài “Nghiên cứu

và ứng dụng hệ thống chiếu sáng đơn sắc trong mô hình nuôi trồng vi tảo Chlorella vulgaris để xử lý nước thải thủy sản” với hai nội dung chính, thứ nhất là phần nghiên

cứu lý thuyết nhằm tìm ra một số điều kiện tối ưu cho việc hoạt hóa, nhân giống và bảo quản giống, đồng thời chứng minh và tìm ra các tỷ lệ LED xanh: đỏ phù hợp nhất

để làm tăng hiệu suất quang hợp, từ đó gia tăng sinh khối tảo thu hồi Thứ hai, áp dụng các kết quả nghiên cứu lý thuyết để xây dựng mô hình thực nghiệm nhằm đánh giá

hiệu quả thu hồi sinh khối cũng như khả năng xử lý nước thải thủy sản của C.vulgaris

khi nuôi trồng trong thưc tế

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU

1.1 Giới thiệu về vi tảo Chlorella vulgaris

1.1.1 Đặc điểm phân loại, hình thái và cấu trúc tế bào

1.1.1.1 Phân loại

Chlorella vulgaris có kích thước hiển vi, thuộc ngành tảo lục (Chlorophyta), lớp Chlorophyceae, bộ Chlorellales, chi Chlorella [25], phân bố hầu hết mọi nơi, trong cả

môi trường nước ngọt và mặn, trôi nổi hoặc lơ lửng ở các tầng nước

Hình 1.1 Tế bào Chlorella vulgaris [19]

1.1.1.2 Hình thái và cấu trúc tế bào

Cấu tạo tế bào đơn bào, kích thước 2-10µm [25], hình cầu hoặc ovan, không có tiên mao nên không có khả năng di động

Tế bào được bao bọc bởi plasmalemma, có chiều dày khoảng 100Å trên đó có rất nhiều lỗ để tham gia quá trình trao đổi chất, khi tiến hành sinh sản các bao vỏ của chlorella không tham gia Các tế bào con được sinh ra trong tế bào mẹ và chui qua lớp bao này Khi ra ngoài chúng hình thành bao vỏ mới

Thành tế bào C.vulgaris chỉ chiếm 13-15% trọng lượng khô của tế bào Thành

tế bào cấu tạo chủ chủ yếu từ cellulose có thể chịu được các tác động cơ học nhẹ

Tế bào chất là một lớp nhầy trong suốt, không màu Bên trong có chứa các bào

quan như lục lạp, ty thể, nhân, không bào, thể golgi Đáng lưu ý là C.vulgaris có chứa

hoạt chất chlorellin có khả năng ức chế vi khuẩn

+ Lục lạp: là cơ quan rất quan trọng của tảo, chúng tham gia vào quá trình quang hợp, lục lạp chứa các sắc tố màu xanh giống như chlorophyll gồm các sắc tố a,

b, c, d, e

+ Nhân: Tảo C.vulgrais chỉ chứa một nhân, đây là cơ quan quan trọng nhất

của tế bào Cấu trúc của nhân giống như cấu trúc nhân cuả các sinh vật eukaryote: màng nhân, dịch nhân, hạch nhân và mạng lưới nhiễm sắc thể [25]

1.1.2 Đặc điểm sinh sản

Chlorella vulgaris có tốc độ sinh trưởng nhanh, mạnh, không cần nước sạch,

đặc biệt có khả năng phát triển trong môi trường nước thải, vòng đời kéo dài khoảng 16-20 ngày trong điều kiện môi trường tự nhiên hay khi có dinh dưỡng vừa đủ, và thường trải qua 4 giai đoạn phát triển, đi từ pha lag (pha thích nghi), pha tăng trưởng (log), pha cân bằng và pha chết Đối với nuôi thu sinh khối tảo, thường thu hoạch cuối pha log, đầu pha cân bằng hay ổn định

Chlorella vulgaris sinh sản bằng bào tử hình thành bên trong tế bào mẹ, tùy vào

điều kiện bên ngoài mà số lượng bào tử có thể tăng giảm, từ 2, 4, 8, 32 hoặc 64 Sau khi kết thúc quá trình phân chia, bào tử phá vỡ tế bào mẹ chui ra ngoài để tiếp tục chu

trình Bên cạnh đó, nhờ vào nhân tố sinh trưởng CGF (Chlorella Growth factor) dạng

nucleotide-peptide phức tạp được tạo ra trong quá trình quang hợp mạnh, thúc đẩy quá trình phân chia cũng như sản xuất các protein và enzyme, hormone cần thiết cho tế bào Cứ 20-24 giờ thì sinh khối tảo tăng lên gấp 4 lần [3]

1.1.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến sự phát triển của tảo Chlorella vulgaris

Tảo C.vulgaris thường phát triển khá phổ biến ở các ao, hồ, vùng nước ngọt Trong quá trình sinh trưởng và phát triển tảo C.vulgaris chịu ảnh hưởng của các yếu tố

môi trường sau:

1.1.3.1 Ánh sáng

Ánh sáng rất cần thiết cho sự sinh trưởng và phát triển của vi tảo Bởi vì, vi tảo

là sinh vật quang tự dưỡng Tảo hấp thụ năng lượng ánh sáng mặt trời và khí CO2 có trong không khí để chuyển hóa chúng thành các hợp chất hữu cơ cho cơ thể và hình thành sinh khối tảo, thông qua quá trình hô hấp

Vi tảo đòi hỏi ánh sáng và bóng tối để quang hợp và hô hấp Quang hợp được thực hiện khi các sắc tố chlorophyll chứa trong diệp lục, bị kích thích bởi ánh sáng, sẽ chuyển đổi nước, CO2 và các chất khoáng thành đường [3]

6CO2 + 12H2O + ánh sáng → C12H12O6 + 6O2 + 6H2O Quá trình chuyển đổi này chỉ được thực hiện ở vùng ánh sáng có bước sóng từ 400nm đến 700nm Đặc biệt chlorophyll chỉ hấp thụ mạnh ánh sáng đơn sắc trong vùng khả kiến màu xanh (420 – 480nm) và màu đỏ (635 – 685nm) Trong khi ánh sáng

là điều cần thiết cho sự phát triển vi tảo thì thời gian tối cũng cần thiết cho quá trình hô hấp của vi tảo Tỷ lệ giữa thời gian chiếu sáng và thời gian tối được gọi là photperiod

hay chu kỳ quang Photoperiod tương tự như cơ chế nhịp điệu sinh học của các sinh vật sống Sự cân bằng giữa ánh sáng và bóng tối là cần thiết cho tế bào quan và chuyển hóa cacbon [3]

1.1.3.2 Nhiệt độ

Mỗi quá trình phát triển của tảo sẽ yêu cầu nhiệt độ khác nhau để tốc độ tăng

trưởng đạt tối đa C.vulgaris sinh trưởng tốt trong môi trường có nhiệt độ 25-32°C, có

thể chịu được nhiệt độ 37°C, tuy nhiên ở giới hạn nhiệt độ này, tế bào dễ bị biến dạng, sinh trưởng kém, chu kỳ sống ngắn lại và dễ chết

Nhiệt độ tối ưu cho nuôi trồng Chlorella vulgaris dao động từ 28-30°C [5] 1.1.3.3 Sục khí

CO2 là yếu tố cần thiết để cho tảo thực hiện quá trình quang hợp Lượng CO2

thích hợp sẽ giúp tảo sinh trưởng và phát triển nhanh gấp hàng trăm lần so với không

bổ sung CO2 Các nghiên cứu đã chỉ ra việc bổ sung CO2 vào môi trường khoảng 1% thể tích, hoặc kết hợp sục khívà CO2 sẽ cho hiệu quả quang hợp cao hơn gấp nhiều lần

so với chỉ sục không khí hoặc không sục [16]

1.1.3.4 pH môi trường

Nhiều quá trình sinh học của tảo bị tác động bởi giá trị pH Giá trị pH ảnh hưởng tới: khả năng phân ly muối và phức chất và như vậy gián tiếp gây độc và tác động ức chế sinh trưởng của tảo, tính hòa tan của các muối kim loại, hàm lượng độc tố trong một số tảo

Tuy nhiên pH là yếu tố nội tại luôn luôn thay đổi, không những do chế độ chiếu sáng, nhiệt độ hàm lượng các chất dinh dưỡng tạo nên mà còn do tác động ngược lại của chính trạng thái sinh trưởng của quần thể tảo Khi tảo phát triển càng mạnh, pH môi trường bị thay đổi và trở thành yếu tố kìm hãm cho sự sinh trưởng và phát triển

Do đó, pH môi trường quá cao hay quá thấp đều làm chậm quá trình sinh trưởng của tảo [14]

1.1.3.5 Các thành phần dinh dưỡng chính của tảo

Phương thức dinh dưỡng ở tảo được chia thành 3 loại chính đó là: quang tự dưỡng (photoautotrophy) và dị dưỡng (heterotrophy) và hình thức trung gian kết hợp giữa dị dưỡng và tự dưỡng là tạp dưỡng (mixotrophy) [17] Ở dạng quang tự dưỡng, tảo sử dụng năng lượng ánh sáng để tổng hợp nên các nguồn chất hữu cơ từ các nguồn chất vô cơ Ở dạng tạp dưỡng, quang hợp vẫn là quá trình cơ bản để tạo ra chất hữu cơ Nhưng trong một số trường hợp, tảo sử dụng được cả các chất hữu cơ có sẵn để sinh trưởng Ngoài ra, phương thức dị dưỡng ở tảo còn tồn tại dạng khuyết dưỡng

(auxotrophy) tức là để sinh trưởng bình thường, tế bào tảo cần một lượng rất nhỏ chất hữu cơ quan trọng (như vitamin) [17]

+ Nguồn cacbon

Nguồn cacbon vô cơ duy nhất mà tảo sử dụng trực tiếp cho quá trình quang hợp

đó là CO2, ngoài ra vi tảo còn có khả năng sử dụng HCO3-thông qua bổ sung các muối như NaHCO3, nguồn cacbon này sẽ được các enzym trong tế bào tảo chuyển hóa để phục vụ cho việc quang hợp tạo ra glucose Ngoài nguồn cacbon vô cơ, trong quá trình sinh trưởng một số tảo có khả năng đồng hóa nguồn cacbon hữu cơ dưới dạng đường (glucose, fructose, galactose ) bằng con đường dị dưỡng ngoài ánh sáng Một số hợp chất cacbon ở dạng axit hữu cơ (pyruvate, fumarate, malate, axetate, butyrate ) hoặc dạng rượu (ethanol) cũng được một số loài tảo sử dụng Phương thức dinh dưỡng sử dụng cacbon hữu cơ trong trường hợp này rất đa dạng và phụ thuộc vào từng loài tảo cũng như điều kiện sống cụ thể

+ Nguồn nitơ

Nitơ là nguồn dinh dưỡng quan trọng và cần thiết cho việc tổng hợp nên các chất hữu cơ trong cơ thể của tảo Đặc biệt, nitơ có ý nghĩa đối với quá trình sinh tổng hợp protein, axit nucleic Trong tế bào tảo, nitơ chiếm khoảng 1 – 10% trọng lượng khô Phần lớn, các loài tảo sử dụng nitơ dưới dạng NO3- và NH4+ Nitrit cũng được tảo

sử dụng nhưng với nồng độ rất thấp Urea cũng là nguồn nitơ tốt cho nhiều loài tảo, thông thường urea bị thủy phân trước khi được tảo sử dụng, do những tảo đó có enzym urease hoặc ualase [10,12] Ngoài dạng nitơ vô cơ, nhiều tảo có phương thức tạp dưỡng hoặc dị dưỡng có khả năng sử dụng các hợp chất nitơ hữu cơ như axit amin (glutamin, asparagin, glyxin, serin, alanin, axit glutamic, axit aspartic ) để duy trì sinh trưởng

+ Nguồn photpho [3]

Photpho là một trong những nguyên tố chính trong thành phần tế bào của tảo Photpho không chỉ có vai trò trong đa số các quá trình xảy ra ở tế bào, đặc biệt là quá trình truyền năng lượng và tổng hợp ATP, mà còn có vai trò rất to lớn trong quá trình trao đổi chất, vì ATP đóng vai trò trung tâm trong việc cung cấp năng lượng cho quá trình cố định CO2, hấp thụ và vận chuyển ion, hình thành axit nucleic cũng như các hoạt động sinh hóa khác bên trong tế bào

Nguồn photpho được tảo chủ yếu sử dụng là nguồn photpho vô cơ (muối photphat, axit photphoric) Ngoài ra chỉ ở những loài tảo có enzym ngoại bào như phosphoesterase, phosphatase mới sử dụng photpho hữu cơ thủy phân thành photpho

vô cơ để cơ thể tảo hấp thụ Việc hấp thụ photpho ở tảo được kích thích bởi ánh sáng, nồng độ photpho, pH, Na+, K+, hoặc Mg2+ trong môi trường

+ Khoáng vi lượng

Các nguyên tố vi lượng được coi là không thay thế đối với sinh trưởng của tảo gồm sắt, mangan, đồng, coban, kẽm, molipđen, Sắt tham gia vào quá trình đồng hóa nitơ, vì sắt có mặt trong ferredoxin là chất cho điện tử trong hoạt động của nitrat reductase và nitrit reductase Sắt rất quan trọng đối với quá trình quang hợp vì nó tác động đến việc tổng hợp chlorophyll a, b, c – phycocyanin và cytocrom

Đặc biệt là Mg2+, Ca2+ cần cho quá trình quang hợp và trao đổi chất bên trong tế bào Ion magie rất cần thiết cho hoạt động của các hệ enzyme cũng các phản ứng sinh hóa của tảo [3]

Mangan và đồng là các yếu tố quan trọng trong hệ thống truyền điện tử quang hợp và cần cho tất cả các loài tảo Các nguyên tố này cũng tham gia vào hoạt động của

tế bào tảo với tư cách là thành phần hoặc cofactor của enzym

1.2 Vai trò, ứng dụng của Chlorella vulgaris

1.2.1 Vai trò trong tự nhiên

Chlorella vulgaris đóng vai trò như là mắt xích đầu tiên trong chuỗi thức ăn của

một số loài động vật, tôm cá, thủy hải sản

Nhờ vào khả năng quang hợp, hấp thu CO2 và thải ra O2 vào không khí làm trong lành môi trường nước, cũng như hỗ trợ quá trình hô hấp của động vật ở nước, hỗ trợ hoạt động phân hủy chất hữu cơ của vi sinh vật trong nước Chính vì yếu tố này mà Chlorella rất có tiềm năng trong việc xử lý các nguồn nước thải ô nhiễm

Cũng như địa y, vi tảo là những sinh vật đầu tiên xuất hiện tại những vùng địa lý khắc nghiệt, mở đường cho sự định cư và phát triển của các loài sinh vật khác trên Trái Đất

1.2.1 Vai trò đối với đời sống

1.2.1.1 Thực phẩm

Chlorella vulgaris có hàm lượng dinh dưỡng rất cao [20]

- Hàm lượng protein cao, chiếm 40-60%, lipid 10-15%, glucid 25-15% Có hầu hết các acid amine thiết yếu cho cơ thể người như Histidine, Lysine, Proline, Glycine, Alanine, Cysteine, Serine, Valine, Tryptophan, Leucine, Methionine,

- Có chứa các vitamin A, các vitamin nhóm B, Bitotin, vitamin C, K1, E Các sắc tố như β-carotene, Chlorophyll, xanthophyll, các carotenoid

- Trong tảo còn có hàm lượng Ca cực kỳ cao, khoảng 125mg/100g tảo khô Các nguyên tố như Fe, Zn, K, Mg, các ion khoáng, acid folic, insobitol

Chính vì lẽ đó, mà tảo có thể xem như một nguồn thực phẩm đầy đủ dinh dưỡng cho cơ thể, với thành phần tường tự như trong thịt, cá, rau và các loại hoa quả khác Đặc biệt khi so sánh với nhiều loại tảo khác có giá trị trên thị trường hiện nay như

Spirulina, thì C.vulgaris có nhiều thành phần cũng như hàm lượng nổi trội, giàu dinh dưỡng hơn hẳn Chlorella có nhiều enzyme hỗ trợ hệ tiêu hóa, thúc đẩy hoạt động của

các vi sinh có lợi ở đường ruột, hơn nữa lượng chất xơ nhiều trong tảo cũng giúp cải thiện tình trạng táo bón, giúp hấp thu dinh dưỡng tốt hơn Các sản phẩm dạng bột và dạng viên uống từ tảo vì vậy được tin dùng nhiều trên thế giới

Hình 1.2 Các sản phẩm dinh dưỡng từ tảo Chlorella vulgaris [20]

Bảng 1.1 So sánh một số giá trị thành phần dinh dưỡng của C.vulgaris và

Ngoài ra, sinh khối thô của tảo cũng còn một nguồn thức ăn thích hợp cho chăn nuôi gia súc, gia cầm, thủy hải sản, giúp săn chắc thịt cũng như tăng sức đề kháng cho vật nuôi Lượng protein/ha nuôi tảo tương đương với 8ha đậu tương và 40ha trồng các loại đậu khác, mặt khác cũng trong 1 thời gian chờ thu hoạch 1 vụ đậu ta có thể thu hoạch đến cả trăm vụ tảo Không những giàu dinh dưỡng mà còn có ý nghĩa kinh tế vô cùng to lớn

- Chlorophyll chứa nhân Mg là yếu tố thiết yếu cho hoạt động của tim, hơn nữa, nguồn dầu omega-3 trong tảo giúp làm hạ huyết áp, giảm chlolesterol xấu trong máu, kích thích sản xuất hồng cầu, phòng ngựa bệnh thiếu máu

- Chlorella còn giúp khử độc tố trong ruột, khôi phục các neuron thần kinh ở

bệnh nhân Alzheimers, điều trị viêm thấp khớp nhờ có chứa Glucosamine, chữa lành vết thương, béo phì, và đặc biệt tốt cho phụ nữ mang thai, bệnh nhân viêm gan, viêm loét dạ dày, tiểu đường, trẻ biếng ăn

- Đối với người già, phụ nữ, có thể xem Chlorella vulgaris như dược phẩm

chống lão hóa, viên uống và mặt nạ từ tảo còn giúp làm đẹp da, tăng cường độ đàn hôi cho da và tẩy tế bào chết [20, 21]

1.2.1.3 Sản xuất biodiesel và các sản phẩm khác

Biodiesel hay còn gọi là diesel sinh học, là một loại dầu diesel nhưng không phải sản xuất từ dầu mỏ mà có nguồn gốc từ lipid thực vật hay động vật Biodiesel là một loại năng lượng sạch, không độc và dễ phân giải trong tự nhiên, có độ an toàn cao

Có thể được sử dụng trực tiếp hoặc phối trộn với diesel truyền thống Trong tương lai,

sử dụng biodiesel là một giải pháp thiết thực thay thế cho nguồn diesel có nguồn gốc

từ dầu mỏ, không chỉ gây ô nhiễm môi trường, gia tăng các hiệu ứng nhà kính và còn đẩy việc khai thác loại nhiên liệu này đi vào con đường phá hủy các tầng địa chất, gây hủy hoại thiên nhiên

Hiện nay, biodiesel được sản xuất chủ yếu từ thực vật, thông qua việc tách chiết lipid từ các nguồn nông sản như ngô, các cây họ đậu Tuy nhiên, giá thành sản xuất từ thực vật hay động vật lại khá cao, đồng thời lại gây tranh cãi về vấn đề an ninh lương thực, khiến nó chưa được thay thế và sử dụng rộng rãi Vì vậy, việc tìm một nguồn lipid mới có giá thành rẻ, dễ sản xuất, không ảnh hưởng đến nguồn lương thực đang được quan tâm chú trọng

Mặt khác, lượng lipid trong Chlorella rất cao chiếm từ 5-58% tổng khối lượng

tế bào [15, 16], đồng thời được nghiên cứu có các thành phần acid béo phù hợp cho

sản xuất biodiesel Lượng dầu tảo đảm bảo nhiều hơn gấp nhiều lần so với các loại cây trồng nông nghiệp khác Vì thế, sản xuất biodiesel từ tảo vừa mang lại hiệu quả kinh

tế, vừa rút gọn thời gian, cũng như vấn đề an ninh lương thực được đảm bảo Đó là

chưa kể, Chlorella có khả năng sinh trưởng nhanh, dễ nuôi trồng có thể điều khiển

điều kiện để cho lượng tích lũy lipid cao

Ngoài ra, Chlorella vulgaris còn được sử dụng để sản xuất các sản phẩm công

nghiệp khác như hồ dán, agar, nhựa sinh học, sợi hữu cơ Đặc biệt là phân bón cho đất, giúp tăng độ màu mỡ cho đất cũng như tăng sản lượng cây trồng

1.1.1.4 Xử lý nước thải

a) Vấn đề xử lý nước thải hiện nay

Các nguồn nước thải hữu cơ, như từ hầm biogas, các khu công nghiệp thực phẩm, sản xuất đậu phụ, nước thải sinh hoạt đặc biệt là nước thải thủy hải sản, là một trong các nguồn gây ô nhiễm nước nghiêm trọng hiện nay

Đối với ngành chế biến thủy sản, nước thải chủ yếu sinh ra trong quá trình rửa sạch và sơ chế nguyên liệu Trong nước thải chứa chủ yếu các mảnh thịt vụn, ruột các loại thuỷ sản, ngoài ra trong nước thải còn chứa các loại vảy cá, các chất hữu cơ, các chất rắn lơ lửng, chất cặn bã, và dầu mỡ Các thành phần này chính là nguồn hữu cơ (chủ yếu là N, P từ protein, và các muối khoáng) dồi dào cho các vi sinh vật có hại phát triển Khi thải ra ao hồ sẽ gây có hiện tượng phú dưỡng nước, khiến các loại tảo cũng như vi khuẩn có hại phát triển nhiều, hiện tượng nở hoa, thiếu O2, làm suy giảm chất lượng nước, gây bệnh cho người và động thực vật tại khu vực ô nhiễm

Do tính chất phức tạp về thành phần, nên phương pháp xử lý cũng cần triệt để

và trải qua nhiều kỹ thuật, vì vậy mà giá thành xử lý khá cao, nhiều công ty cũng vì vậy mà bỏ qua bước này, trực tiếp xả thẳng ra sông ngòi, kênh, rạch, bờ biển

Hình 1.3 Thực trạng ô nhễm nước thải thủy sản tại khu vực Âu thuyền Thọ

Quang, Đà Nẵng [24]

Hình 1.4 Nước thải thủy sản tại trạm xử lý Sơn Trà, Đà Nẵng

b) Tiềm năng trong xử lý nước thải của vi tảo

Lợi dụng đặc điểm về nhu cầu dinh dưỡng cũng như vai trò của Chlorella trong

tự nhiên, có thể thấy nước thải từ thủy sản là một nguồn giàu N, P và các chất khoáng khác phù hợp cho sự sinh trưởng của tảo Bên cạnh đó, nguồn O2 do tảo thải ra từ quang hợp cũng tạo điều kiện thuận lợi cho các vi sinh vật phân giải các chất hữu cơ

có trong nước thải

Trên thực tế, đã có nhiều nghiên cứu và thử nghiệm cho thấy nước thải sau khi nuôi tảo đã có lượng N, P giảm đi rất đáng kể, chất lượng nước thải cũng được cải thiện rõ rệt [8, 9], vi tảo có thể xử lý đến 98% lượng P tổng số và 97~98% lượng N

tổng số trong nước thải sinh hoạt Vì vậy, nuôi trồng Chlorella vulgaris trên nước thải

là rất thực tế và tiềm năng, khi mà các mô hình nuôi trồng bằng nước sạch, sử dụng môi trường vô cơ vừa tốn kém vừa không mang tính hiệu quả về mặt kinh tế Hơn nữa, điểm tích cực ở đây là ta có thể vừa tận dụng nước thải để thu sinh khối tảo phục vụ cho các mục đích khác, vừa có thể xử lý được ô nhiễm nước hiệu quả

Bảng 1.2 So sánh các thông số đầu vào và đầu ra của nước thải trước và

sau quá trình nuôi trồng vi tảo [1]

Photpho tổng

1.3 Tình hình nghiên cứu và nuôi trồng tảo Chlorella vulgaris trên thế giới

và tại Việt Nam

1.3.1 Trên thế giới

Nhìn thấy được tầm quan trọng của tảo, hầu hết các quốc gia trên thế giới đều nuôi trồng và ưu tiên cho phát triển tảo từ rất sớm, đặc biệt là tại Nhật Đến năm 1980,

đã có 46 nhà máy sản xuất tảo qui mô lớn với hàng ngàn tấn khô/năm

Ở điều kiện nuôi trồng nhân tạo trong nước sạch, để hạn chế việc phụ thuộc ánh sáng tự nhiên, cường độ và thời gian không ổn định cũng như phụ thuộc thời tiết, các nghiên cứu đã tập trung vào việc chiếu sáng nhân tạo Nghiên cứu của Zahra Amini Khoeyi, 2012 [18] (Effect of light intensity and photoperiod on biomass and fatty acid

composition of the microalgae, Chlorella vulgaris) và Matthew Forrest Blair, 2014 [12] (Light and growth medium effect on Chlorella vulgaris biomass production) đã chỉ ra cường độ ánh sáng thích hợp cho C.vulgaris phát triển là từ 4000-6000lux, với

chu kỳ quang chiếu sáng tối ưu là 16 giờ sáng liên tục: 8 giờ tối

Bên cạnh đó, Qitao Gong, 2014 [14] cùng cộng sự cũng tiến hành khảo sát ảnh

hưởng của pH và ánh sáng lên sự sinh trưởng của C.vulgaris Nhóm đã đi đến kết luận,

pH của môi trường nuôi thích hợp cho vi tảo là từ 8,0-8,5, cường độ chiếu sáng thích hợp từ 6000-7000lux

Đặc biệt, việc nuôi trồng C.vulgaris trong ánh sáng đèn LED thay thế cho đèn

huỳnh quang là một bước phát triển mới, không chỉ tiết kiệm điện năng tiêu thụ trên

80% mà cho lượng sinh khối thu hồi cao hơn hẳn so với đèn huỳnh quang và các loại ánh sáng trắng khác Arezoo Khalili, Ghasem D Najafpour, Ghazaleh Amini, và Faezeh Samkhaniyani đã nghiên cứu ảnh hưởng của cường độ ánh sáng đèn LED lên

khả năng tăng sinh khối của C.vulgaris [10], 2015 (Influence of nutrients and led light intensities on biomass production of microalgae Chlorella vulgaris) và cho thấy ánh

sáng đèn LED hiệu quả hơn ánh sáng trắng, đồng thời tác giả cũng tiến hành khảo sát

ở cùng cường độ chiếu sáng tối ưu 80µmol/l/s2, với việc chiếu sáng 100% LED đơn sắc xanh và 100% LED đơn sắc đỏ Kết quả chỉ ra rằng việc chiếu ánh sáng đơn sắc có hiệu quả tương tự như ánh sáng trắng, thậm chí lượng sinh khối thu hồi trong ánh sáng đơn sắc đỏ cao hơn hẳn so với trong ánh sáng xanh, ánh sáng tự nhiên và ánh sáng trắng Ngoài ra tác giả cũng đề cập đến vấn đề giữa việc phối hợp ánh sáng xanh và đỏ cho việc tăng sinh khối Ánh sáng xanh có năng lượng lớn hơn so vớ ánh sáng đỏ, vì vậy đa phần năng lượng này ít được hấp thụ mà dễ bị khuếch tán dưới dạng nhiệt, tuy nhiên, ở một tỷ lệ nào đó, ánh sáng xanh vẫn cần thiết và có lợi cho quá trình quang hợp của vi tảo

Bên cạnh đó, nghiên cứu [5], cho thấy đèn LED không chỉ mang lại hiệu quả tiết kiệm điện năng chiếu sáng, mà nguồn sáng từ đèn LED còn thân thiện với môi trường, không chứa thủy ngân và các chất độc hại Đồng thời, phổ sáng của đèn LED khá chân thực, có lợi trong nuôi trồng các loại vi tảo, ít ánh sáng màu xanh lá hơn so với đèn huỳnh quang

Các nghiên cứu về Chlorella vulgaris hiện nay chủ yếu tập trung vào việc tăng

cường các yếu tố cho tích lũy lipid, trong sản xuất biodiesel, và ứng dụng xử lý hỗn hợp nhiều loại nước thải

Yanna Liang và cộng sự đã khảo sát khả năng phát triển của C.vulgaris trong

môi trường dị dưỡng, tạp dưỡng và tự dưỡng, năm 2009 [17], và dựa trên kết quả

nghiên cứu, có thể thấy C.vulgaris có khả năng sinh trưởng tốt trong môi trường tạp

dưỡng có chiếu sáng và bổ sung 1% glucose hoặc 2% glycerol như là nguồn Carbon

bổ trợ, cho khả năng cải thiện sinh khối và lượng lipid tích lũy bên trong tế bào gần tương tự như trong môi trường tự dưỡng

Liang Wang, năm 2009 [8] và Ana P Abreu cùng các cộng sự, năm 2012,

nghiên cứu và kết luận C.vulgaris có khả năng xử lý rất nhiều loại nước thải khác

nhau, đặc biệt là nước thải có độ ô nhiễm cao, nước thải công nghiệp, sinh hoạt

Nghiên cứu của Farooq Ahmad, Amin u Khan và Abdullah Yasar “The

potential of chlorella vulgaris for wastewater treatment and biodiesel production” (2013) [9], đã chỉ rõ khả năng xử lý nhiều loại nước thải của C.vulgaris, khả năng làm

giảm hàm lượng N, P, BOD, COD > 99%, đồng thời, biodiesel sản xuất từ lipid trích

ly từ tảo có chất lượng cao, hoàn toàn dùng được cho các loại phương tiện chạy xăng

Năm 2014, Thangapandi Marudhupandi [15] và các cộng sự đã nghiên cứu ảnh

hưởng của citrate lên quá trình tích lũy lipid (Influence of citrate on Chlorella vulgaris for biodiesel production) của C.vulgaris và cho thấy ở nồng độ 1g citrate/L có khả

năng tăng sinh khối và tích lũy dầu trong tế bào tảo

Nghiên cứu của K.Wong và cộng sự, năm 2016, “Cultivation of Chlorella vulgaris in column photobioreactor for biomass production and lipid accumulation”

[16] chỉ ra rằng chế độ sục khí ở tốc độ 2.7l/p có thể thay cho việc sục CO2 ở nồng độ thấp mà vẫn đảm bảo hiệu quả thu sinh khối Tuy nhiên việc tích lũy lipid chủ yếu vẫn

do ảnh hưởng của việc sục CO2, vì vậy cần thay thế sục CO2, cho mục đích thu hồi lipid

1.3.2 Tại Việt Nam

Nước ta là nước nhiệt đới có khí hậu nóng ẩm rất thuận lợi cho sự phát triển của vi sinh vật Đó là lợi thế to lớn giúp ngành công nghiệp sản xuất sinh khối tảo ngày cành phát triển

Từ năm 1972 các nhà khoa học bắt đầu đặt vấn đề nghiên cứu tảo do GS.TS Nguyễn Hữu Thước chủ trì

Vào năm 1985, Sở Y Tế thành phố Hồ Chí Minh đã tiếp nhận giống tảo đầu tiên do ông bà R.D.Fox tặng Sau đó, tảo giống được giao cho trạm nghiên cứu dược liệu giữ giống và nuôi trồng

Trong những năm gần đây, việc nghiên cứu và ứng dụng vi tảo Chlorella vulgaris đang được quan tâm chú ý Một số đề tài thực hiện tại Việt Nam đã đem lại nhiều kết quả khả quan như “Nghiên cứu nuôi trồng vi tảo Chlorella vulgaris làm

nguyên liệu sản xuất Biodiesel” của Nguyễn Thị Thanh Xuân cũng các cộng sự, trường ĐH Bách Khoa Đà Nẵng năm 2012 [1], kết quả cho thấy việc tăng khả năng tích lũy lipid trong tảo bằng cách điều khiển các điều kiện môi trường là hoàn toàn khả

thi, đồng thời hiệu quả xử lý nước thải thủy sản của C.vulgaris khá cao, trên 98% (kết

quả cũng tương tự khi nuôi trồng trong nước thải từ hầm biogas) Đề tài còn định hướng áp dụng các phương pháp thu hoạch vi tảo hiệu quả trong qui mô công nghiệp như keo tụ, điện phân, kết tủa bằng điểm đẳng điện

Nghiên cứu “Sản xuất chất béo từ vi tảo Chlorella sp sử dụng tổng hợp diesel

sinh học” của Hồ Quốc Phong và nhóm tác giả đến từ các trường ĐH Cần Thơ, ĐH Bách Khoa TP Hồ Chí Minh cũng cho các kết quả nghiên cứu mang tính tiềm năng trong việc ứng dụng vi tảo để trích ly lipid, sản xuất nhiên liệu sinh học

Nghiên cứu nuôi trồng tảo Chlorella sp của Đào Việt Thủy, Dương Đức Tiến,

1979 trong nước thải với quy mô đại trà ngoài trời, được dùng làm thức ăn để nuôi các loại cá bột: mè trắng, cá trắm cỏ cho năng suất tăng 17 lần

Về nuôi trồng, hiện trên cả nước đã có nhiều trang trại nhân nuôi Chlorella vulgaris nhằm mục đích tạo nguồn thức ăn giàu protein và chất xơ cho thủy hải sản

như cá, tôm Tuy nhiên qui mô còn hạn chế, điều kiện nuôi trồng còn tạm bợ và chưa phát triển Đa số các trại giống nuôi đều sử dụng phương pháp nuôi sục khí trong các túi, hay bình thủy tinh lớn, phục vụ cho ngư nghiệp Các sản phẩm như thức ăn cho người, dạng protein từ vi tảo còn phải nhập nhẩu Đặc biệt các ứng dụng nuôi trồng

C.vulgaris để xử lý nước thải và tận dụng sinh khối làm thức ăn chăn nuôi hay sản

xuất biodiesel đều chưa được áp dụng

Hình 1.4 Mô hình nuôi trồng tảo theo phương pháp đơn giản làm thức ăn cho

thủy hải sản tại các khu vực miền Tây Nam Bộ [25]

Vấn đề chính đặt ra ở đây đó chính là mặc dù kết quả nghiên cứu và khảo sát

cho thấy C.vulgaris có rất nhiều tiềm năng ứng dụng song trên thực tế các mô hình

nhân nuôi loại vi tảo này vẫn chưa phổ biến Lý do chính tồn tại đó là do lượng sinh khối thu hồi được vẫn còn quá thấp, dẫn đến hiệu suất của các quá trình theo sau không đảm bảo Chính vì vậy, ưu tiên hàng đầu lúc này vẫn là làm thế nào để cải thiện

và nâng cao chất lượng cũng như tổng lượng sinh khối tảo thu hồi

CHƯƠNG 2: VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1 Nội dung nghiên cứu

Nội dung

nghiên cứu

Nguồn giống vi tảo

Áp dụng kết quả nghiên cứu vào xây dựng mô hình xử lý nước thải

trên thực tế

Nghiên cứu nuôi trồng

C.vulgaris trong

hệ thống chiếu sáng đơn sắc

TN6: Chứng minh tăng sinh khối bằng

hệ thống chiếu sáng đơn sắc, và tìm ra tỷ

lệ LED đơn sắc tối ưu

Thực nghiệm nuôi trồng tảo trong nước thải thủy sản

TN8: tỷ lệ LED đơn sắc khi nuôi tảo trong nước thải

TN9: Khảo sát tỷ lệ cấp giống ban đầu tối

ưu cho việc tăng sinh

và xử lý nước thải

Nghiên cứu các điều kiện tối ưu cho việc hoạt hóa và nhân giống

TN1: Ảnh hưởng của môi trường

TN2: Ảnh hưởng của

pH

TN3: Ảnh hưởng của chu kỳ quang (thời gian sáng: thời gian tối)

TN4: Ảnh hưởng của tốc độ sục khí

TN5: Ảnh hưởng của nồng độ glycerol lên việc bảo quản giống

Hình 2.1 Sơ đồ qui trình và nội dung nghiên cứu

2.2 Vật liệu nghiên cứu

2.2.1 Nguồn giống vi tảo

Giống vi tảo Chlorella vulgaris và dung dịch dưỡng Hutner (có vai trò như môi

trường kích thích và tăng cường khả năng thích nghi của vi tảo) được cung cấp từ TS.Nguyễn Thị Đông Phương, bộ môn Công Nghệ Sinh Học, trường Cao Đẳng Công Nghệ, Đại Học Đà Nẵng Giống được hoạt hóa với tỷ lệ 0,1ml giống + 0,5ml dịch Hutner/1l môi trường Giống được chứa trong các eppendorf, bảo quản ở nhiệt độ 4°C, cùng với dịch Hutner trong tủ lạnh

Hình 2.2 Giống tảo và dịch dưỡng Hutner sau khi lấy về

2.2.2 Dụng cụ, hóa chất và trang bể sử dụng

Quá trình nghiên cứu được thực hiện tại phòng thí nghiệm bộ môn CNSH, trường Đại Học Bách Khoa Đà Nẵng Các dụng cụ, hóa chất và trang bể được sử dụng bao gồm:

+ Các hóa chất phục vụ cho quá trình hoạt hóa, nhân giống và bảo quản giống; tách chiết và đo nồng độ Chlorophyll a

+ Dụng cụ: bình tam giác 500ml, 1l; bình nước biển 500ml; bình penicillin; ống nhựa eppendorf; cốc và ống đong; buồng đếm hồng cầu; nhiệt kế; đầu típ, micropipet, pipet Pasteur; sục khí; hệ thống bóng đèn LED trắng và đèn LED đơn sắc xanh và đỏ;

- Máy đo độ hấp thụ quang

(OD): Smartspec - BioRad

- Máy li tâm nhỏ: Mikko 200 – Hettich zentrifugen

2.3 Phương pháp nghiên cứu

2.3.1 Quan sát hình thái tế bào vi tảo C.vulgaris

Sau khi nhận nguồn giống, tiến hành quan sát tế bào vi tảo C.vulgaris dưới kính

hiển vi điện tử để kiểm tra độ đồng nhất, hình dạng cũng như kích thước vi tảo

Hình 2.3 Hình thái tế bào C.vulgaris quan sát dưới kính hiển vi vật kính 40x

Kết quả quan sát cho thấy giống có các đặc điểm đặc trưng của tế bào vi tảo, tế bào hình cầu có màu xanh, đơn bào, đồng nhất, kích thước từ 2-10µm

2.3.2 Phương pháp nuôi trồng C.vulgaris

Giống tảo ban đầu được hoạt hóa trong các bình tam giác ở thể tích 100ml, sau 3-4 ngày sẽ được chuyển sang các bình tam giác 500ml ở điều kiện chiếu sáng cố định bằng 2 bóng đèn LED trắng ấm 12W với cường độ 80µmol/m2/s [10] Áp dụng các công thức chuyển đổi để cường độ chiếu sáng tương đương 6000lux, tính trên đơn vị diện tích bề mặt chiếu sáng Tốc độ sục khí đạt 2l/p [5], nhiệt độ dao động trong khoảng 26 ± 2°C [5] và được theo dõi bằng nhiệt kế Sau đó giống sẽ được sử dụng cho các nghiên cứu khảo sát một số điều kiện ảnh hưởng đến tốc độ sinh trưởng (pH, môi trường, thời gian chiếu sáng) để tìm ra các thông số tối ưu cho việc nhân giống cấp 2, 3 phục vụ nuôi trồng trong môi trường nước thải thủy sản

Nguồn nước thải được lấy từ trạm xử lý nước thải tập trung Sơn Trà, Đà Nẵng Sau khi lấy về, nước thải được lọc bớt cặn và đo đạc thông số đầu vào trước khi nuôi

trồng C.vulgaris cho các mục đích nghiên cứu tiếp theo

Phương pháp đo mật độ quang OD ở bước sóng 420nm để xác định gián tiếp tốc

độ sinh trưởng của vi tảo Theo phương pháp này, số lượng photon ánh sáng bị hấp thụ

tỉ lệ thuận với lượng sinh khối tế bào trong mẫu đem đo (trừ những mẫu có nồng độ tế bào quá đậm đặc), hay nói cách khác là trong những điều kiện sinh trưởng nhất định thì OD tỉ lệ thuận với mật độ tế bào Bên cạnh đó, phương pháp đếm hồng cầu cũng được sử dụng để xác định trực tiếp số lượng tế bào Mẫu được lấy hằng ngày và đếm tế bào vào cùng một thời điểm Trước khi đưa vào đếm dưới kính hiển vi, mẫu được nhuộm qua dung dịch Methylene Blue 0,1% để phân biệt các tế bào sống và chết Các

tế bào sống sẽ bắt màu nhạt hơn so với các tế bào chết

2.3.3.2 Phương pháp đo nồng độ Chlorophyll a

Mục đích: nhằm xác định tốc độ sinh trưởng của C.vulgaris trong nước thải có

độ đục lớn và nhiều tạp chất thông qua hàm lượng chlorophyll có trong tế bào

Dựa vào độ hấp thụ quang của sắc tố chlorophyll ở những bước sóng nhất định,

từ đó xác định hàm lượng của chúng trong mẫu Mẫu được lấy hằng ngày vào cùng một thời điểm, ly tâm 6000 vòng/phút, trong 5 phút để thu sinh khối mẫu Phần sinh khối này được bổ sung 1ml acetone 90%, sau đó ly tâm ở 10000 vòng/phút trong 5phút, thu dịch nổi và đem đi đo độ hấp thụ quang ở bước sóng 664 nm và 647 nm Áp dụng công thức tính nồng độ chlorophyll a của Jeffrey và Humphrey [13]:

Chlorophyll a (µg/ml) = 11,93*E664 – 1,93*E647

2.3.4 Phương pháp thu hoạch vi tảo

Các bình mẫu nuôi trồng vi tảo sẽ được thu hoạch khi tảo bắt đầu đi vào cuối pha ổn định, tức ngày thứ 2 liên tiếp giá trị trên đường cong sinh trưởng giảm Canh trường được li tâm ở tốc độ 6000 vòng/phút, trong vòng 10-15 phút tùy theo thể tích li tâm Sinh khối tảo được thu hồi, và được sấy trong tủ sấy ở 50°C đến khối lượng không đổi

2.3.5 Phương pháp bảo quản giống

Giống được tiến hành bảo quản trong dung dịch glycerol dựa trên nguyên tắc: glycerol là dung dịch có khả năng bảo vệ màng tế bào của tảo tránh hiện tượng vỡ tế bào làm chết mẫu khi bảo quản ở nhiệt độ -200C Phương pháp bảo quản này có ưu điểm là giống có thể bảo quản được lâu, ít nguy cơ nhiễm các nguồn vi sinh vật khác

Dung dịch Glycerol đem đi khử trùng ở 1210C, lấy ra làm nguội Tiến hành cho dịch giống tảo vào các ống eppendof khoảng 1ml rồi tiến hành cho dung dịch glycerol

ở các nồng độ khác nhau gồm 30%, 50% và bảo quản ở tủ lạnh -200C Sau khoảng thời gian 1 tháng và 1,5 tháng tiến hành lấy mẫu bảo quản ra hoạt hóa để tìm ra nồng độ glycerol tối ưu nhất cho việc bảo quản và hoạt hóa giống

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

3.1 Nghiên cứu các điều kiện ảnh hưởng đến quá trình hoạt hóa, nhân giống và bảo quản giống

3.1.1 Ảnh hưởng của môi trường lên việc hoạt hóa và nhân giống

Hai môi trường được chọn để khảo sát là môi trường Antonie đang được sử dụng khá phổ biến cho việc nghiên cứu vi tảo tại Việt Nam và môi trường BBM là môi trường cơ bản được sử dụng cho nuôi trồng các loại tảo lục trên thế giới Thành phần môi trường BBM và Antonie ở các bảng bên dưới, môi trường Antionie bao gồm các nguyên tố đa lượng và vi lượng như trong bảng 2-1 và 2-2

Bảng 3.1: Thành phần đa lượng của môi trường Antonie [1]

Môi trường sau khi pha được hiệu chỉnh pH về cùng một giá trị, đem đi hấp khử trùng ở 121°C, 1 atm, 15 phút, làm nguội và bổ sung vào cùng một thể tích giống Các bình nuôi được cố định trong điều kiện như nhau: sục khí 2l/phút; cường độ chiếu sáng 6000lux Sau thời gian nuôi trồng, đường cong sinh trưởng của vi tảo được xác định dựa theo biểu đồ sau:

Hình 3.1 Biểu đồ chu kỳ sinh trưởng của C.vulgaris trong môi trường BBM

và Antonie

Dựa vào kết quả trên, cho thấy C.vulgaris có chu kỳ sinh trưởng từ 16-20 ngày,

pha lag kéo dài khoảng 7-9 ngày Sau quá trình thích nghi với sự thay đổi môi trường

vi tảo bắt đầu chuyển sang giai đoạn pha log (pha sinh trưởng), từ ngày thứ 9 đến ngày

13, với tốc độ sinh trưởng rất nhanh Số lượng tế bào đạt đỉnh xấp xỉ vào khoảng 108 triệu tế bào/ml vào ngày thứ 13, so với ban đầu vào khoảng 600000 tế bào/ml Pha sinh trưởng kết thúc khi số lượng tế bào bắt đầu ổn định từ 2-3 ngày, và cuối cùng đi vào pha chết Cũng từ kết quả trên, khi quan sát mật độ tế bào trong toàn bộ chu kỳ và trong từng ngày riêng biệt, có thể thấy trong môi trường Antonie tảo có tốc độ sinh trưởng cao hơn hẳn (màu sắc bình nuôi ở ngày thứ 11 xanh đậm hơn và số lượng tế bào nhiều hơn, hình 3.2) so với trong môi trường BBM

Hình 3.2 Sự phát triển của C.vulgaris ở ngày thứ 11 trong 2 môi trường BBM và

Antonie

Điều này có thể lý giải là vì thứ nhất, môi trường muối amoni phù hợp với vi tảo hơn là muối nitrate [7,10], môi trường amoni có sự ổn định về mặt pH hơn so với môi trường nitrate, đồng thời so với môi trường BBM, thì môi trường Antonie chứa một lượng các nguyên tố vi lượng, dù với nồng độ rất thấp song các nguyên tố vi lượng luôn đóng một vai trò quan trọng trong việc tham gia vào các chuỗi chuyển hóa cũng như phản ứng hóa sinh bên trong tế bào Chính vì vậy môi trường Antonie được chọn

để làm môi trường nuôi thực hiện các nghiên cứu tiếp theo

3.1.2 Ảnh hưởng của pH lên việc hoạt hóa và nhân giống

pH là một trong những yếu tố ảnh hưởng rất nhiều đến quá trình phát triển của

C.vulgaris [14], pH tối ưu của C.vulgaris thường dao động trong khoảng 8,0-8,5; tuy

nhiên vi tảo vẫn có thể sinh trưởng tốt trong môi trường trung tính từ 7,0-8,0 hoặc hơi kiềm 8,0-9,5 [18] Dựa trên cơ sở đó, thí nghiệm bước đầu sẽ tiến hành xác định vùng

pH thích hợp cho C.vulgaris Tiến hành pha môi trường Antonie, hiệu chỉnh pH bằng

NaOH 1M và HCl 1M để đạt các giá trị tương ứng 7,4; 8,0 và 8,4 Điều kiện thí nghiệm tương tự sục khí 2l/phút, chiếu sáng 6000lux Kết quả cho thấy chu kỳ sinh trưởng của vi tảo không thay đổi so với thí nghiệm đầu tiên khi khảo sát yếu tố môi

trường Ở giá trị pH=8,4 C.vulgaris có tốc độ sinh trưởng cao nhất (số lượng tế bào đạt

cực đại khoảng 115 triệu tế bào/ml) và thấp nhất ở pH=7,4 Chính vì vậy, bước đầu có

thể khẳng định vùng pH thích hợp cho C.vugaris nghiêng về vùng hơi kiềm > 8,0

BBM Antonie

Hình 3.3 Biểu đồ thể hiện ảnh hưởng của pH lên sự sinh trưởng của C.vulgaris

Từ nhận định trên, chúng tôi tiến hành thu hẹp vùng pH để tìm ra điểm pH tối

ưu cho vi tảo phát triển Một dãy các điểm pH được khảo sát có giá trị lần lượt từ 8,0; 8,1; 8,2; 8,3; 8,4; 8,5; 8,6 với điều kiện thí nghiệm tương tự

Hình 3.4 Tiến hành khảo sát thu hẹp vùng pH

Kết quả từ biểu đồ 2.4 cho giá trị pH tối ưu đối với sự sinh trưởng của

C.vulgaris là 8,2 Bên cạnh đó, đường cong sinh trưởng của vi tảo ở giá trị trong

khoảng pH 8,0-8,5 không có sự chênh lệch nhiều, riêng điểm pH=8,6 có tốc độ sinh trưởng nhanh nhưng ít ổn định, có sự biến thiên lớn về số lượng tế bào giữa pha log và

pha ổn định Chính vì vậy, để tối ưu cho việc nhân giống và nuôi trồng C.vulgaris, pH

môi trường nuôi nên đạt gái trị 8,2, đồng thời giá trị pH này cũng có thể dao động trong vùng từ 8,0-8,5 Kết quả nghiên cứu này cũng phù hợp với nghiên cứu của Qitao Gong [4]

Hình 3.5 Sự phát triển của Chlorella vulgaris trong các giá trị pH khác

nhau từ 8,0-8,6

3.1.3 Ảnh hưởng của chu kỳ quang (sáng: tối) lên sự sinh trưởng của C.vulgaris

Như đã đề cập ở trên, ánh sáng là một nhân tố quan trọng ảnh hưởng rất nhiều

đến sự phát triển của C.vulgaris, là nguồn năng lượng chính trong quá trình quang hợp

tổng hợp hợp chất hữu cơ Cũng như cây xanh, vi tảo cũng cần cả ánh sáng và bóng tối

để quang hợp, hô hấp, điều hòa các hoạt động chuyển hóa [6,18] Việc chiếu sáng liên tục 24 giờ hay để vi tảo trong bóng tối liên tục 24 giờ đều không có lợi có sự sinh trưởng Đặc biệt, việc chiếu sáng liên tục từ 20 giờ trở lên dễ gây hiện tượng “ức chế quang hợp” (photoinhibition) làm tổn thương và phá vỡ tế bào vi tảo Dựa trên cơ sở

đó, 2 chu kỳ quang thích hợp nhất cho C.vulgaris được khảo sát, là chu kỳ 16:8 (sáng:

tối) và 12:12 (sáng: tối) Điều kiện sục khí 2l/phút, cường độ quang 6000lux, pH=8,2

Hình 3.6 Sự phát triển của C.vulgaris trong 2 chu kỳ quang 16:8 và 12:12

Hình 3.5 cho thấy ở chu kỳ quang 16:8, vi tảo phát triển tốt hơn, nồng độ tế bào đạt xấp xỉ 120 triệu tế bào/ml, nhiều hơn so với trong chu kỳ quang 12:12, đạt 106 triệu tế bào/ml vào ngày thứ 15 của chu kỳ sinh trưởng Vì vậy, chu kỳ quang 16 giờ chiếu sáng liên tục, xen kẽ 8 giờ tối được chọn để phục vụ cho việc nhân giống và nuôi

trồng C.vulgaris sau này

3.1.4 Ảnh hưởng của tốc độ sục khí lên sự sinh trưởng của C.vulgaris

Chlorella vulgaris có khả năng quang hợp, vì vậy CO2 là nguồn khí không thể thiếu cho hoạt động này Nhiều nghiên cứu [1,11] đã chỉ ra việc sục CO2 mang lại rất nhiều lợi ích trong nuôi trồng vi tảo Không chỉ tăng cường khả năng quang hợp, mà

CO2 còn thúc đẩy quá trình tích lũy lipid bên trong tế bào Tuy nhiên, do điều kiện còn nhiều hạn chế, nên việc sục CO2 chưa được nhóm khảo sát Thay vào đó, nhóm tiến hành sục khí thay thế cho sục CO2 Tốc độ sục khí dao động từ 2-2,7l/phút []16 có thể thay thế cho việc sục CO2 ở một mức độ tương đối Bơm sục nhóm sử dụng là bơm sử dụng cho sục khí trong các bể nuôi cá, với 2 mức độ sục 2l/p và 4l/p Các bình nuôi được chiếu sáng với cường độ 6000lux, pH môi trường hiệu chỉnh về 8,2; chu kỳ quang 16:8

Hình 3.7 Sự phát triển của C.vulgaris trong các tộc độ sục khí khác nhau

Kết quả trên biểu đồ 3.7 cho thấy ở mức độ sục 2l/p, C.vulgaris phát triển ổn

định và lượng sinh khối cũng nhiều hơn so với mức độ sục khí 4l/p Có thể lý giải điều này là bởi vì, việc sục khí quá mạnh, bao gồm cả các thành phần khí khác như O2

trong bình nuôi là không cần thiết, đồng thời việc sục khí với tốc độ quá cao làm gia tăng sự khuấy trộn, tạo áp lực lên tế bào vi tảo, khiển thành tế bào dễ bị biến dạng cũng như phát triển không bình thường Mặc dù ban đầu, việc sục khí nhiều làm tăng hàm lượng CO2 trong môi trường, giúp vi tảo quang hợp tốt hơn Tuy nhiên, ở một mức độ vừa phải (2l/p), việc sục khí giúp tế bào tiếp xúc đều với môi trường cũng như ánh sáng bên ngoài, và ít tạo áp lực lên thành tế bào

3.1.5 Ảnh hưởng của nồng độ glycerol lên việc bảo quản giống

Hình 3.8 Giống vi tảo được bảo quản trong Glycerol

Sau thời gian bảo quản lạnh -20°C 1 tháng và 1,5 tháng, giống được mang đi hoạt hóa để kiểm tra sự phát triển cũng như hình thái của tế bào Giống được cấp một lượng như nhau vào môi trường Antonie đã hấp khử trùng, áp dụng các điều kiện nuôi trồng tối ưu đã khảo sát ở trên

Hình 3.9 Sự sinh trưởng của C.vulgaris sau thời gian bảo quản 1 tháng

Hình 3.10 Sự sinh trưởng của C.vulgaris sau thời gian bảo quản 1,5 tháng

Kết quả trên hình 3.9 và 3.10 cho thấy, trong cả 2 giai đoạn thời gian 1 tháng và

1,5 tháng, C.vulgaris đều phát triển tốt hơn trong nồng độ glycerol 30%, với chu kỳ

phát triển như bình thường và số lượng tế bào đạt yêu cầu để phục vụ cho các mục đích nhân giống tiếp theo Có thể thấy glycerol giúp bao bọc và bảo vệ tế bào khỏi ảnh hưởng của nhiệt độ lạnh đông, tuy nhiên ở một mức quá cao thì glycerol cũng ảnh hưởng không tốt đến sự sinh trưởng của tế bào, hàm lượng 50% hoặc lớn hơn có thể làm cản trở sự tiếp xúc của tế bào với môi trường bên ngoài, dẫn đến tốc độ phát triển chậm hơn và lượng tế bào cũng ít hơn Vì vậy, nồng độ glycerol 30% chính là nồng độ phù hợp để bảo quản nguồn giống vi tảo

3.2 Nghiên cứu việc nuôi trồng C.vulgaris trong hệ thống chiếu sáng đơn

sắc bằng đèn LED

Nhằm mục đích cải thiện và nâng cao hiệu suất quá trình quang hợp, từ đó tăng lượng sinh khối thu hồi, việc ứng dụng chiếu sáng đơn sắc là cần thiết Ánh sáng đơn sắc xanh và đỏ và 2 nguồn ánh sáng chính được các sắc tố chlorophyll hấp thụ mạnh nhất, vì vậy việc chiếu ánh sáng trắng như các mô hình hiện nay vẫn sử dụng là không cần thiết hết cho vi tảo quang hợp, đồng thời việc chiếu sáng đèn huỳnh quang cũng gây tiêu hao năng lượng lớn (đèn huỳn quang có chỉ số tiêu hao năng lượng nhiều hơn đèn LED đến 80%) Và để giải quyết vẫn đề này, đèn LED tiết kiệm điện năng được

sử dụng để thay thế cho đèn huỳnh quang

Sau các nghiên cứu các điều kiện tối ưu cho C.vulgaris phát triển, các kết quả

này được áp dụng để nhân giống cấp 2 và cấp 3 Giống cấp 2 và cấp 3 được nhân trong vòng 6 đến 8 ngày, trước khi được cấp vào các bình nuôi trong đèn LED với tỷ lệ 10% thể tích

Các thí nghiệm trong đèn LED được bố trí với 6 nghiệm thức như hình 3.11, gồm 1 nghiệm thức là mẫu đối chứng nuôi trong đèn trắng, và 5 nghiệm thức còn lại gồm các tỷ lệ LED xanh:đỏ (X:Đ) khác nhau Dựa theo kết quả nghiên cứu khảo sát của Nguyễn Bá Nam [2], các tỷ lệ LED đơn sắc được áp dụng cho nghiên cứu trên cây trồng chạy từ 10%X-90%X và tương tự tỷ lệ LED đỏ phối trộn sẽ là 90%Đ-10%Đ trên tổng 100% cường độ chiếu sáng như nhau

Trắng 50:50 10:90 20:80 30:70