Tải bản đầy đủ

TRÍCH LY DẦU TẢO CHLORELLA VULGARIS BẰNG HỆ DUNG MÔI ETHANOL – HEXANE VÀ HỆ CHLOROFORM METHANOL

TRÍCH LY DẦU TẢO CHLORELLA VULGARIS BẰNG HỆ DUNG MÔI
ETHANOL – HEXANE VÀ HỆ CHLOROFORM - METHANOL

Tác giả

NGUYỄN THỊ ÁI LIÊN
ĐẶNG KIM NGÂN

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 8 năm 2012

i


LỜI CẢM TẠ
Chúng con xin bày tỏ lòng biết ơn đến Cha Mẹ và Gia đình đã luôn động viên,

khích lệ chúng con trong suốt quá trình học tập và tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất cho
chúng con hoàn thành tốt khóa luận này.
Chúng tôi xin gởi lời cảm ơn chân thành nhất đến thầy PGS, TS. Trương Vĩnh –
người đã tận tình chỉ dạy, truyền đạt cho chúng tôi nhiều kinh nghiệm quý báu và luôn
tạo mọi điều kiện tốt nhất cho chúng tôi trong suốt quá trình học tập và đặc biệt là
trong khoảng thời gian chúng tôi thực hiện khóa luận.
Chúng tôi xin chân thành cảm ơn toàn thể quý thầy cô cũng như các anh chị của
Bộ môn Công nghệ hóa học đã giúp đỡ chúng tôi trong suốt thời gian chúng tôi thực
hiện khóa luận, đồng cảm ơn các bạn lớp DH08HH đã luôn là nguồn động viên to lớn
của chúng tôi.

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 08 năm 2012
Sinh viên thực hiện
Nguyễn Thị Ái Liên – Đặng Kim Ngân.

ii


TÓM TẮT
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Thị Ái Liên – Đặng Kim Ngân, đề tài được báo
cáo vào tháng 8 năm 2012, tên đề tài “ Trích ly dầu tảo Chlorella Vulgaris bằng hệ
dung môi Ethanol – Hexane và hệ dung môi Chloroform – Methanol”.
Giáo viên hướng dẫn: PGS, TS. Trương Vĩnh.
Đề tài được thực hiện từ tháng 2/ 2012 đến tháng 8/ 2012 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 Vulgaris 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:
a. Thực hiện thí nghiệm chiết Soxhlet bằng dung môi hexane để xác định hàm
lượng dầu tối đa thu được trong tảo nguyên liệu, dùng làm chuẩn để so sánh
với các phương pháp chiết khác
b. Sử dụng hệ dung môi ethanol – hexane trích ly dầu tảo bằng phương pháp
ngâm dầm, xác định hiệu suất của quá trình trích ly khi dùng hệ dung môi
trên.
c. Khảo sát ảnh hưởng của các yếu tố như tỷ lệ dung môi – nguyên liệu, ẩm độ
ban đầu của nguyên liệu, tỷ lệ giữa dung môi và lượng nước sử dụng, mỗi
thí nghiệm như vậy được lặp lại ba lần, xác định hiệu suất của quá trình
trích ly dầu bằng phương pháp ngâm dầm với hệ dung môi ethanol - hexane.
d. Thí nghiệm trên nguồn nguyên liệu là tảo ướt với hệ dung môi chloroform –
methanol ( C : M ) theo quy trình Folch, thay đổi tỷ lệ C:M từ 2: 0,6 đến 2:


1,4 từ đó xác định tỷ lệ dung môi tối ưu cho quy trình và hiệu suất của
phương pháp, so sánh với phương pháp chiết Soxhlet.
e. Thí nghiệm chiết ướt với cùng hệ dung môi chloroform – methanol nhưng
thực hiện theo quy trình cải tiến của Bligh – Dyer, với tỷ lệ C:M:H2O là
1:2:0,8 ( tương ứng với ẩm độ tảo là 80%). Xác định hiệu suất phương pháp.
Thực hiện đồng thời các thí nghiệm theo phương pháp Folch, Bligh, ngâm
dầm ethanol – hexane và thí nghiệm chiết Soxhlet với dung môi hexane trên
iii


cùng nguồn nguyên liệu từ đó tìm ra phương pháp hiệu quả nhất cho quá
trình trích ly dầu tảo Chlorella Vulgaris.
Kết quả thu được như sau:
1. Thí nghiệm ngâm dầm ethanol – hexane:
Thí nghiệm chiết ngâm dầm với hệ ethanol cho thấy, tỷ lệ nguyên liệu và dung
môi tối ưu nhất là tỷ lệ 1: 6 ( 1g tảo khô : 6 ml ethanol ).
Ẩm độ ban đầu của nguyên liệu không ảnh hưởng đến quá trình chiết dầu theo
phương pháp ngâm dầm ethanol, điều này có ý nghĩa về mặt kinh tế khi ta không cần
phải sấy khô hoàn toàn nguyên liệu và không cần dùng ethanol nồng độ cao.
Tỷ lệ nước : ethanol có ảnh hưởng đến quá trình trích ly dầu, kết quả cho thấy
lượng nước thêm vào từ 40% trở lên kết quả chiết dầu là như nhau, vậy lượng nước tối
ưu mà ta chọn là 40%.
Từ kết quả trên ta đã xây dựng được quy trình chiết tối ưu cho phương pháp
ngâm dầm ethanol.
Khi so sánh với phương pháp Soxhlet, ta thấy hiệu suất chiết ngâm dầm là
không cao.
2. Kết quả thu được khi thực hiện thí nghiệm chiết ướt theo phương pháp
Folch bằng hệ dung môi chloroform – methanol thu được như sau:
Tỷ lệ dung môi C : M tối ưu cho phương pháp này là tỷ lệ 2: 1, hiệu suất chiết
dầu của phương pháp tương đối cao ( trung bình đạt khoảng 30% so với phương pháp
Soxhlet ).
Đây là phương pháp có tiềm năng vì hiệu suất cao, thời gian chiết ngắn.
3. Kết quả chiết theo phương pháp Bligh – Dyer:
Phương pháp này cho hiệu suất chiết dầu trung bình, chỉ bằng 48,97 % so với
phương pháp Folch và 34,85 % so với phương pháp Soxhlet.

iv


ABSTRACT
The thesis entitled “ Lipid extraction from chlorella algae by ethanol – hexane &
chloroform – methanol solvents” was performed by Nguyen Thi Ai Lien- Dang Kim
Ngan.
Supervisor : Associate Professor Dr.Truong Vinh.
This work was practiced from February to August 2012, at laboratory of Chemical
Engineering Department – Nong Lam University Ho Chi Minh city.
Original Chlorella Vulgaric algae is provided by Chemical Engineering Department –
Nong Lam University Ho Chi Minh city.
Contents of thesis and the result obtained:
a. Conducting the experiments with Soxhlet extraction by Hexane solvent to
determine the maximum oil of algae in the raw materials, which was used as
the control for comparison with other extraction methods.
b. Using ethanol – hexane solvent extract oilgae by marceration and determining
the yield of extraction .
c. Studied the effect of factors such as the proportion of solvent - raw materials,
original moisture of raw materials, the proportion of solvent and water use on
the yield of oil by marceration. Each experiment was repeated three times.
d. Conducting wet extraction method by Chloroform - Methanol (C: M) using
Folch procedure in which the C: M proportion was changed from 2:0,6 to 2:1,4
M to determine the optimum proportion of solvent for optimal oil yield in
comparison to Soxhlet extraction method.
e. Conducting wet extraction experiments with the same Chloroform – Methanol
solvent but followed Blich – Dyer procedure in which , the proportion of C: M:
H2O was 1:2:0,8 (corresponding to 80% moisture of algae) . Determine a yield
of method . Concurrently experiments were practiced on the method of Folch,
Blich, marceration with Ethanol - Hexane and Soxhlet extraction with Hexane
solvent on the same material in order to compare the effectiveness of the

v


methods, to find the best effective methods for oil extraction of Chlorella
algae .
The results were as follows:
1. Marceration experiments with ethanol- hexane solvent had the best proportion
of raw materials and solvent of 1:6 (1 g dry algae: 6 ml ethanol).
Initial moisture of material in the range of 0 ÷ 30% did not affect the extraction of oil
by marceration method with Ethanol. This result had an economical significance
because the algae was not required to dry completely and lower concentration of
ethanol solution can be used.
The proportion of water: Ethanol affected oil extraction process, the results showed
that the amount of water added to 40% or more produced the same oil extraction
leading to the optimum amount of water of 40% could be chosen
From the above results the optimum extraction process for marceration by Ethanol
was built.
The yield of marceration extraction method was low (5%) in comparison to soxhlet
method (13%).
2. Wet extraction experiment of Folch method by the mixture of Chloroform Methanol solvent gave the following results:
The optimum proportion of C: M mixture solvent in method was 2:1 to give relative
high oil extraction efficiency (average of about 30% compared with the Soxhlet
method )
This method had the potential because of the high efficiency and short extraction
time and saving energy from drying of algae.
3. The results extracted by the method of Bligh-Dyer:
The oil extraction efficiency of this method was moderate, only 48,97% compared
with the Folch method and 34,85% compared with the Soxhlet method.

vi


MỤC LỤC
Trang
LỜI CẢM TẠ ................................................................................................................. ii
TÓM TẮT...................................................................................................................... iii
ABSTRACT ....................................................................................................................v
DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT .......................................................................... xi
DANH SÁCH CÁC HÌNH ........................................................................................... xii
DANH SÁCH CÁC BẢNG ........................................................................................ xiv
Chương 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 TỔNG QUAN TÀI LIỆU ...............................................................................3
2.1

Tổng quan về tảo Chlorella ................................................................................3

2.1.1 Giới thiệu về tảo Chlorella ................................................................................3
2.1.2 Hình thái và các đặc điểm sinh học của ngành tảo lục ......................................3
2.1.3 Thành phần hóa học của tảo Chlorella ..............................................................4
2.1.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến sự phát triển của tảo ................................................7
2.1.4.1Yếu tố hóa học .................................................................................................................... 7
2.1.4.2Yếu tố vật lý ........................................................................................................................ 8
2.1.4.3Yếu tố sinh học ................................................................................................................. 10
2.1.5 Tiềm năng của dầu sản xuất từ vi tảo ..............................................................10
2.2

Các phương pháp chiết dầu ..............................................................................12

2.2.1 Phương pháp ép................................................................................................12
2.2.2 Phương pháp trích ly ........................................................................................12
2.2.2.1Ý nghĩa của phương pháp .............................................................................................. 12
2.2.2.2Cơ chế của quá trình trích ly[14].................................................................................... 13
2.2.2.3Động học của quá trình trích ly[14]............................................................................... 14
2.2.2.4Cơ sở lý thuyết của quá trình trích ly ......................................................................... 14
vii


2.2.2.5Các nhân tố ảnh hưởng đến vận tốc và độ kiệt dầu khi trích ly[13] ..................... 14
2.2.2.6Vai trò của siêu âm trong trích ly ................................................................................ 15
2.2.3 Một số phương pháp trích ly ............................................................................16
2.2.3.1Phương pháp chiết suất sử dụng chất lỏng siêu tới hạn[17] ................................... 16
2.2.3.2Phương pháp chiết Soxhlet[12] ...................................................................................... 17
2.2.3.3Phương pháp ngấm kiệt[13] ............................................................................................ 19
2.2.3.4Phương pháp ngâm dầm................................................................................................. 20
2.3

Tổng quan về dung môi[13] ...............................................................................22

2.3.1 Một số tính chất của dung môi .........................................................................25
2.3.2 Tác dụng sinh học ............................................................................................27
2.3.3 Một số yêu cầu khi lựa chọn dung môi hữu cơ ................................................27
2.3.4 Các dung môi sử dụng .....................................................................................28
2.3.4.1Hexane ................................................................................................................................ 28
2.3.4.2Ethanol ................................................................................................................................ 28
2.3.4.3Chloroform ........................................................................................................................ 29
2.3.4.4Methanol ............................................................................................................................ 30
Chương 3 VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP ................................................................31
3.1

Vật liệu .............................................................................................................31

3.1.1 Thời gian và địa điểm thực hiện đề tài.............................................................31
3.1.2 Nguyên liệu ......................................................................................................31
3.1.3 Thiết bị và dụng cụ...........................................................................................31
3.1.4 Hóa chất thí nghiệm .........................................................................................31
3.2

Nội dung và phương pháp nghiên cứu .............................................................32

3.2.1 Nghiên cứu quá trình trích ly dầu từ tảo với nguồn nguyên liệu tảo khô ........32
3.2.1.1... Thí nghiệm đối chứng xác định hàm lượng dầu tối đa trong tảo bằng phương
pháp chiết Soxhlet bằng dung môi hexane .................................................................... 32
3.2.1.2.... Thí nghiệm nghiên cứu trích ly dầu từ tảo bằng phương pháp ngâm dầm với
hệ dung môi ethanol – hexane .......................................................................................... 33
3.2.1.3.... Thí nghiệm 1: Khảo sát ảnh hưởng của tỉ lệ giữa khối lượng tảo khô và hàm
lượng ethanol đến hiệu quả của quá trình trích ly dầu bằng phương pháp ngâm
dầm ethanol – hexane.......................................................................................................... 35
viii


3.2.1.4.. Thí nghiệm 2: Khảo sát ảnh hưởng của ẩm độ tảo đến hiệu suất của quá trình
trích ly dầu bằng phương pháp ngâm dầm ethanol – hexane ................................... 36
3.2.1.5..Thí nghiệm 3: Khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ nước thêm vào đến hiệu suất của
quá trình trích ly dầu bằng phương pháp ngâm dầm ethanol – hexane ................. 38
3.2.2 Nghiên cứu quá trình trích ly dầu từ tảo với nguồn nguyên liệu tảo ướt bằng
hệ dung môi chloroform – methanol ......................................................................39
3.2.2.1.... Thí nghiệm 4: Khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ chloroform – methanol đến quá
trình trích ly dầu theo phương pháp Folch .................................................................... 40
3.2.2.2........Thí nghiệm 5: Trích ly dầu bằng hệ dung môi chloroform – methanol theo
phương pháp Bligh – Dyer và so sánh với các phương pháp Soxhlet, Folch,
ngâm dầm ............................................................................................................................... 42
Chương 4 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ......................................................................45
4.1

Nghiên cứu quá trình trích ly dầu từ tảo với nguồn nguyên liệu tảo khô ........45

4.1.1 Thí nghiệm đối chứng: xác định hàm lượng dầu tối đa trong tảo bằng phương
pháp chiết Soxhlet với dung môi hexane ................................................................45
4.1.2 Thí nghiệm nghiên cứu trích ly dầu từ tảo bằng phương pháp ngâm dầm với
hệ dung môi ethanol – hexane ................................................................................45
4.1.2.1Thí nghiệm 1: Khảo sát ảnh hưởng của tỉ lệ giữa khối lượng tảo khô và hàm
lượng ethanol đến quá trình trích ly dầu bằng phương pháp ngâm dầm............... 45
4.1.2.2 Thí nghiệm 2: Khảo sát ảnh hưởng của ẩm độ tảo đến hiệu suất quá trình trích
ly dầu bằng phương pháp ngâm dầm ethanol – hexane............................................. 49
4.1.2.3..Thí nghiệm 3: Khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ nước thêm vào đến hiệu suất của
quá trình trích ly dầu bằng phương pháp ngâm dầm ethanol – hexane ................. 51
4.2

Nghiên cứu quá trình trích ly dầu từ tảo với nguồn nguyên liệu tảo ướt bằng

hệ dung môi Chloroform – Methanol ........................................................................54
4.2.1 Thí nghiệm 4: Khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ chloroform – methanol đến quá
trình trích ly dầu theo phương pháp Folch .............................................................54
4.2.2 Thí nghiệm 5: Trích ly dầu bằng hệ dung môi Chloroform – Methanol theo
phương pháp Bligh – Dyer và so sánh với các phương pháp Soxhlet, Folch và
ngâm dầm ................................................................................................................58

ix


Chương 5 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ ..........................................................................62
5.1

Kết luận ............................................................................................................62

5.2

Kiến nghị ..........................................................................................................63

TÀI LIỆU THAM KHẢO .............................................................................................64
PHỤ LỤC ......................................................................................................................66

x


DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT
 C:M : Hệ dung môi Chloroform – Methanol.
 C:M:H2O : Hỗn hợp dung môi chloroform – methanol - nước.
 đvC : đơn vị carbon.
 H: Hiệu suất chiết dầu thô.
 Htđ: Hiệu suất tương đương.
 md: Khối lượng dầu thô.
 mtk: Khối lượng tảo khô đem chiết ban đầu.
 mtư: Khối lượng tảo ướt.
 NT: nghiệm thức.
 TB: Trung bình.
 TL: Tỷ lệ.
 XL1: Xử lý 1.
 wt: Ẩm độ ban đầu của nguyên liệu.

xi


DANH SÁCH CÁC HÌNH
Hình 2.1: Một vài hình ảnh về tảo Chlorella.
Hình 2.2: Cấu tạo hệ thống chiết Soxhlet.
Hình 2.3: Sơ đồ hệ thống chiết bằng phương pháp ngấm kiệt.
Hình 2.4: Phương pháp chiết ngâm dầm.
Hình 3.1: Sơ đồ quy trình trích ly dầu bằng phương pháp chiết Soxhlet.
Hình 3.2: Quy trình chung chiết dầu từ tảo bằng phương pháp ngâm dầm với hệ dung
môi ethanol – hexane.
Hình 3.3: Quy trình trích ly dầu theo phương pháp Folch.
Hình 3.4: Quy trình trích ly dầu bằng phương pháp Bligh – Dyer.
Hình 4.1: Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của tỷ lệ tảo khô : ethanol đến hiệu suất quá
trình trích ly dầu bằng phương pháp ngâm dầm.
Hình 4.2: Hỗn hợp sau khi lắc tách thành hai lớp
Hình 4.3:Hỗn hợp hexane – dầu tách được từ phễu chiết.
Hình 4.4: Dầu thô thu được sau khi sấy khô.
Hình 4.5: Đồ thị so sánh hiệu suất chiết dầu thô của phương pháp ngâm dầm ethanol –
hexane và phương pháp Soxhlet.
Hình 4.6: Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của ẩm độ tảo đến quá trình trích ly dầu bằng
phương pháp ngâm dầm ethanol – hexane.
Hình 4.7: Đồ thị biểu diễn ảnh của hàm lượng nước thêm vào đến hiệu suất quá trình
trích ly dầu bằng phương pháp ngâm dầm ethanol – hexane.
Hình 4.8: Đồ thị so sánh hiệu suất chiết dầu thô của phương pháp ngâm dầm ethanol –
hexane và phương pháp Soxhlet.
Hình 4.9: Đường biểu diễn ảnh hưởng của hàm lượng nước lên hiệu suất chiết dầu
bằng phương pháp ngâm dầm ethanol – hexane.
Hình 4.10: Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của tỷ lệ C: M đến hiệu suất của quá trình trích
ly dầu bằng phương pháp Folch.
Hình 4.11: Đồ thị so sánh hiệu suất chiết dầu thô của phương pháp chiết ướt (theo quy
trình Folch ) và phương pháp chiết Soxhlet.
Hình 4.12: Hỗn hợp tách lớp sau khi cho vào phễu chiết.
xii


Hình 4.13: Hỗn hợp Chloroform – Dầu trước khi cô quay.
Hình 4.14: Dầu trước và sau khi sấy.
Hình 4.15: Đồ thị so sánh hiệu suất chiết dầu của phương pháp Bligh và các phương
pháp khác.
Hình 4.16: Tảo tươi sau ly tâm sau khi đồng hóa với hệ dung môi C:M.
Hình 4.17: Hỗn hợp sau khi lắc với nước.

xiii


DANH SÁCH CÁC BẢNG
Bảng 2.1. Thành phần hoá học chứa trong tảo Chlorella
Bảng 2.2. Thành phần hóa học có trong một số loại tảo
Bảng 2.3. Thành phần acid béo chính của một số loại tảo
Bảng 2.4. Năng suất dầu và diện tích canh tác của một số nguồn dầu thực vật và vi tảo
Bảng 2.5. So sánh một số phương pháp trích ly dầu
Bảng 2.6. Các giá trị tham số độ hòa tan Hansen
Bảng 2.7. Tính chất của một số dung môi
Bảng 3.1. Bố trí thí nghiệm 1
Bảng 3.2. Bố trí thí nghiệm 2
Bảng 3.3. Bố trí thí nghiệm 3
Bảng 3.4. Bố trí thí nghiệm 4
Bảng 3.5. Bố trí thí nghiệm 5
Bảng 4.1: Khối lượng dầu thô thu được của thí nghiệm ảnh hưởng của tỷ lệ tảo khô :
ethanol đến hiệu suất quá trình trích ly dầu bằng phương pháp ngâm dầm.
Bảng 4.2: Hiệu suất chiết dầu của thí nghiệm ảnh hưởng của tỷ lệ tảo khô : ethanol
đến hiệu suất quá trình trích ly dầu bằng phương pháp ngâm dầm ethanol – hexane.
Bảng 4.3: Hiệu suất chiết dầu của phương pháp chiết Soxhlet và phương pháp ngâm
dầm ethanol - hexane của thí nghiệm ảnh hưởng của tỷ lệ tảo khô: ethanol đến hiệu
suất quá trình chiết dầu.
Bảng 4.4: Khối lượng dầu thô thu được của thí nghiệm ảnh hưởng của ẩm độ tảo đến
hiệu suất quá trình trích ly dầu bằng phương pháp ngâm dầm ethanol – hexane.
Bảng 4.5: Hiệu suất chiết dầu của thí nghiệm ảnh hưởng của ẩm độ tảo đến hiệu suất
quá trình trích ly dầu bằng phương pháp ngâm dầm ethanol – hexane.
Bảng 4.6: Khối lượng dầu thô thu được của thí nghiệm ảnh hưởng của hàm lượng
nước thêm vào đến hiệu suất chiết dầu bằng phương pháp ngâm dầm ethanol – hexane
và phương pháp Soxhlet.

xiv


Bảng 4.7: Hiệu suất chiết dầu của thí nghiệm ảnh hưởng của hàm lượng nước thêm
vào đến hiệu suất chiết dầu bằng phương pháp ngâm dầm ethanol – hexane và của
phương pháp Soxhlet.
Bảng 4.8: Dầu thô chiết được của thí nghiệm ảnh hưởng của tỷ lệ C: M đến quá trình
trích ly dầu bằng phương pháp chiết ướt theo quy trình Folch.
Bảng 4.9: Hiệu suất chiết dầu thô của thí nghiệm ảnh hưởng của tỷ lệ C: M đến quá
trình trích ly dầu bằng phương pháp chiết ướt theo quy trình Folch.
Bảng 4.10: Dầu thô thu được của thí nghiệm chiết dầu theo các phương pháp khác
nhau.
Bảng 4.11: Hiệu suất chiết dầu thô của thí nghiệm chiết dầu bằng các phương pháp
khác nhau.

xv


Chương 1
MỞ ĐẦU
1.1

Đặt vấn đề
Ngày nay, xã hội ngày càng phát triển, việc sử dụng nhiên liệu ngày càng tăng

kéo theo vấn đề về ô nhiễm môi trường. Vấn đề cấp bách đặt ra là tìm ra nguồn
nguyên liệu thay thế dầu mỏ và hóa thạch đang ngày càng cạn kiệt và hạn chế tình
trạng ô nhiễm môi trường.
Đã có nhiều nghiên cứu trong việc điều chế biodiesel từ tảo lục. Người ta trích
ly dầu tảo bằng dung môi hexane từ đó thực hiện phản ứng điều chế biodiesel. Tuy
nhiên, việc trích ly dầu bằng hexane được thực hiện với nguồn nguyên liệu là tảo khô
bằng phương pháp chiết Soxhlet, phương pháp này tuy trích được dầu với hiệu suất
cao nhưng ta phải tốn rất nhiều năng lượng trong việc sấy khô tảo và nhiệt cung cấp
cho thiết bị, chưa kể đến việc sử dụng một lượng lớn hexane ảnh hưởng đến sức khỏe
con người và môi trường. Do đó, quá trình sản xuất biodiesel sẽ khó khăn và giá thành
cao gây khó khăn cho việc đưa vào sử dụng rộng rãi.
Vì vậy, hiện nay đang có những nghiên cứu về việc giảm hàm lượng dung môi
trong quá trình trích ly nhằm nâng cao hiệu quả kinh tế, tăng hiệu suất của quá trình
trích ly và ít gây tác hại cho con người.
Vấn đề đặt ra là phải tìm được phương pháp trích ly dầu bằng một loại dung
môi rẻ tiền, ít độc hại cho con người và môi trường, bên cạnh đó hiệu quả phải chấp
nhận được. Hiện các nhà hóa học đã tìm ra nhiều phương pháp trích ly dầu trong tảo
thay thế phương pháp chiết hexane bằng cách sử dụng những hệ dung môi như ethanol
– hexane hay chloroform – methanol.
Được sự phân công của bộ môn Công Nghệ Hóa Học, dưới sự hướng dẫn của
thầy PGS, TS. Trương Vĩnh, chúng tôi thực hiện đề tài: “ Trích Ly Dầu Tảo
Chlorella Vulgaris Bằng Hệ Dung Môi Ethanol - Hexane và Hệ Chloroform –
Methanol “.
1


1.2

Mục đích
Xây dựng quy trình chiết đối với hai hệ dung môi ethanol – hexane và hệ

chloroform – methanol. So sánh với phương pháp chiết Soxhlet.
Tìm ra quy trình chiết tối ưu của mỗi hệ.
Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng và không ảnh hưởng trong quá trình trích ly
dầu.
Xác định hệ dung môi tốt nhất cho quá trình trích ly dầu.
1.3

Nội dung
Tiến hành thí nghiệm chiết khô ( đối với nguồn nguyên liệu là tảo khô ) bằng hệ

dung môi ethanol – hexane theo phương pháp ngâm dầm.
Thay đổi các yếu tố ( tỷ lệ tảo khô : dung môi, ẩm độ ban đầu của nguyên
liệu… ), tìm ra nghiệm thức tối ưu, từ đó xây dựng quy trình chiết tối ưu cho phương
pháp chiết ngâm dầm.
Bước đầu khảo sát thí nghiệm chiết ướt (thí nghiệm được thực hiện với tảo
tươi) theo quy trình Folch, thay đổi tỷ lệ giữa chloroform – methanol từ đó tìm ra tỷ lệ
dung môi tối ưu cho quá trình chiết ướt.
Thử nghiệm phương pháp chiết ướt cải tiến theo quy trình của Bligh - Dyer, so
sánh với nghiệm thức tối ưu của phương pháp Folch và phương pháp ngâm dầm,
Soxhlet.
1.4

Yêu cầu
Xác định các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình trích ly dầu.
Xây dựng được quá trình chiết tối ưu cho mỗi phương pháp chiết.
So sánh hiệu quả của các phương pháp chiết với nhau, từ đó tìm ra phương

pháp chiết dầu hiệu quả nhất.

2


Chương 2
TỔNG QUAN TÀI LIỆU
2.1

Tổng quan về tảo Chlorella

2.1.1

Giới thiệu về tảo Chlorella

Tảo lục ( Chlorella ) được một nhà sinh vật học người Hà Lan phát hiện ra vào
năm 1890, 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 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 các đặc điểm sinh học của ngành tảo lục

Tảo lục đơn bào có chứa Chlorophyll a và b, Xanthophyll, 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 bằng nhau và trơn nhẵn. Có loại trên bề mặt lông roi có 1 hay vài tầng
vảy nhỏ. Lông roi của tế bào di động ở tảo lục thường có 2 sợi, một số ít có 4 sợi, 8 sợi
hay nhiều hơn. Cũng có khi chỉ có 1 sợi lông roi. Phần lớn tế bào tảo lục có 1 nhân,
một số ít có nhiều nhân. Thành tế bào của tảo lục chủ yếu chứa Cellulose.
Với những tế bào bình thường, một tế bào Chlorella sẽ phân chia thành 4 tế bào
con trong thời gian chưa đầy 24 giờ, kích thước tảo từ 2 đến 10 µm, tuổi thọ của một
vòng đời tế bào Chlorella phụ thuộc vào cường độ ánh sáng mặt trời, nhiệt độ và
nguồn dinh dưỡng.

3


( a)

( b)

Hình 2.1: Một vài hình ảnh về tảo Chlorella
Hình 2.1( a ): Cấu trúc tảo Chlorella
Hình 2.1 ( b): Hình thái tảo Chlorella
Trong đó:
Nucleus: Nhân
Nuclear envelope: Màng nhân
Starch: Tinh bột
Cell walls: Vách tế bào
Chloroplast: Thể sắc tố
Mitochondria: Ty thể
Tảo lục có 3 phương thức sinh sản :
Sinh sản sinh dưỡng: Phân cắt tế bào, phân cắt từng đoạn tảo .
Sinh sản vô tính: Hình thành các loại bào tử vô tính như bào tử tĩnh, bào tử
động, bào tử tự thân, bào tử màng dày.
Sinh sản hữu tính: Đẳng giao, dị giao và noãn giao.
2.1.3

Thành phần hóa học của tảo Chlorella

Thành phần hoá học của tế bào Chlorella tuỳ thuộc vào môi trường dinh dưỡng
trong quá trình phát triển. Tảo có thể phát triển tốt trong môi trường nước có hàm
lượng nitrate và photphat cao. 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

4


thì hàm lượng protein của Chlorella giảm xuống rõ rệt trong khi lượng carbonhydrate
và lipid lại tăng lên.
Bảng 2.1: Thành phần hoá học chứa trong tảo Chlorella [2]
Thành phần

Hàm lượng

Protein tổng số

40 – 60 %

Gluxit

25 – 35 %

Lipid

10 – 15 %

Sterol

0,1 – 0,2 %

Sterin

0,1 – 0,5 %

β - caroten

0,16 %

Xanthophyll

3,6 – 6,6 %

Chlorophyll a

2,2 %

Chlorophyll b

0,58 %

Acid nucleic

6,00 %

Tro

10 – 34 %

Vitamin B1

18,0 mg/g

C

0,3 – 0,6 mg/g

K

6 mg/g

B6

2,3 mg/100 g

B2

3,5 mg/100 g

B12

7 – 9 mg/100 g

Niacin

25 mg/100 g

Acid Nicotinic

145 mg/100 g

5


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

Protein

Carbohydrates

Lipids

Nucleic acid

50-56

10-17

12-14

3-6

47

-

1,9

8-18

21-52

16-40

48

17

21

51-58

12-17

14-22

4-5

57

26

2

-

6-20

33-64

11-21

-

49

4

8

Dunaliella salina

57

32

6

Euglena gracilis

39-61

14-18

14-20

28-45

25-33

22-38

52

15

3

28-39

40-57

9-14

Spirulina platensis

46-63

8-14

4-9

2-5

Spirulina maxima

60-71

13-16

6-7

3-4.5

Synechoccus sp.

63

15

11

5

43-56

25-30

4-7

Scenedesmus
obliquus
Scenedesmus
quadricauda

Scenedesmus
dimorphus
Chlamydomonas
reinhardtii
Chlorella vulgaris
Chlorella
pyrenoidosa
Spirogyra sp.
Dunaliella
bioculata

Prymnesium
parvum
Tetraselmis
maculata
Porphyridium
cruentum

Anabaena
cylindrica

6

1-2


Bảng 2.3: Thành phần acid béo chính của một số loại tảo [17]
Thành phần acid béo ( %)
16:0

16:1

16:2

16:3 16:4

2

Tr.

Tr.

18:1

18:2

18:3 18:4

9

6

30

2

34

20

20:5 20:6

Freshwater
spp.
Scenedesmus
obliquus
Chlorella
vulgaris
Chlamydomona
s reinhardtii

35

15

2

26

8

7

2

20

4

1

4

22

7

6

30

3

13

3

1

1

14

25

2

29

2

12

6

15

4

6

17

2

9

20

4

1

1

27

Salt-tolerant
spp.
Ankistrodesmus
spp.
Isochrysis spp.
Nannochloris
spp.

7

9

1
13

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. Chlorella rất giàu protein, vitamine và các khoáng chất. Các protein của loài
tảo này có chứa tất cả các amino acid cần thiết cho nhu cầu dinh dưỡng của người và
động vật. Rất nhiều vitamine có trong thành phần của Chlorella như: vitamine C, tiền
vitamine A, riboflavin, thấy có khả năng kháng tế bào ung bứu, giảm huyết áp, tăng
khả năng miễn dịch ở người. Tảo được sử dụng chủ yếu để xử lý môi trường, mỹ
phẩm, làm thức ăn cho thuỷ sản, người và động vật trong đó khả năng ứng dụng để sản
xuất biodiesel được đánh giá rất cao.
2.1.4

Các yếu tố ảnh hưởng đến sự phát triển của tảo

2.1.4.1 Yếu tố hóa học
 pH :

7


Một thông số quan trọng của môi trường là pH vì pH xác định độ hòa tan của
CO2 và muối khoáng ảnh hưởng đến quá trình trao đổi chất ở tảo. Thông số này lại
phụ thuộc vào thành phần khả năng đệm của môi trường, nhiệt độ cũng như hoạt tính
trao đổi chất của tế bào tảo.
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 thì 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 ([2], [6], [7])
 Các chất dinh dưỡng trong 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, Cu, Zn và Cl. Những vi lượng
khác có vai trò quan trọng đối với một số nhóm tảo là Co, B, Si,…
2.1.4.2 Yếu tố vật lý
 Nhiệt độ
Mỗi loài tảo thích hợp với nhiệt độ tối ưu và biên độ nhiệt khác nhau tùy theo
loài. Nhiệt độ đóng vai trò quan trọng. Chính vì vậy, việc chọn các chủng loại tảo chịu
nhiệt có ý nghĩa lớn đến năng suất tảo. Mặt khác, nhiệt độ thấp cũng ảnh hưởng xấu
đến sinh trưởng của tảo.
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. [6]

8


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[9]. 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[7].
 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 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.[2]
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[2].
 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 carbon vô cơ để
chuyển hóa thành carbon 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
9


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.
2.1.4.3 Yếu tố sinh học
 Các nguồn gây nhiễm và xử lý 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.
2.1.5

Tiềm năng của dầu sản xuất từ vi tảo

Ngày nay, việc dùng nhiên liệu diesel sinh học (biodiesel) thay thế dầu mỏ là
vấn đề cấp thiết do nhiên liệu dầu mỏ đang ngày càng cạn kiệt, ngoài ra, đốt nhiên liệu
dầu mỏ còn sinh ra nhiều CO2 gây ảnh hưởng tới môi trường. Biodiesel có nồng độ lưu
10


Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

Tải bản đầy đủ ngay

×