Tải bản đầy đủ

NGHIÊN CỨU CHẾ BIẾN KEFIR THANH LONG

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

Tác giả

TRẦN PHƯỚC SƠN
NGUYỄN BÁ HẢI

Khóa luận được đệ trình để đáp ứng yêu cầu cấp bằng Kỹ sư ngành
Công Nghệ Hóa Học

Giáo viên hướng dẫn:
PGS.TS. Trương Vĩnh

Tháng 08 năm 2012
i


LỜI CẢM TẠ
Chúng con kính ghi ơn ông bà, cha mẹ đã sinh thành ra chúng con và là

nguồn động viên, khích lệ cho chúng con suốt trong quá trình học tập cũng như
trong suốt thời gian thực hiên khóa luận tốt nghiệp.
Chúng tôi xin chân thành cảm ơn thầy PGS.TS. Trương Vĩnh – người thầy
kính yêu đã tận tình hướng dẫn chúng tôi. Trong suốt quá trình thực hiện, thầy
luôn nhắc nhở, sửa chữa những sai sót và cũng không ngừng động viên tạo điều
kiện cho chúng tôi hoàn thành tốt khóa luận tốt nghiệp.
Chúng tôi chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong Bộ môn Công Nghệ
Hóa Học trường Đại học Nông Lâm, các kỹ sư đã truyền đạt cho chúng tôi những
kiến thức và kinh nghiệm quý báu cùng các bạn trong lớp DH08HH đã nhiệt tình
giúp đỡ chúng tôi trong suốt thời gian 4 năm học tập tại trường. Trong quá trình
thí nghiệm tại phòng thí nghiệm I4; chúng tôi đã được sự hướng dẫn, giúp đỡ và
tạo mọi điều kiện thuận lợi của thầy cô giáo trong Bộ môn Công Nghệ Hóa Học
trường Đại học Nông Lâm cùng các bạn lớp DH08HH. Nhờ vậy chúng tôi đã
hoàn thành khóa luận một cách tốt đẹp.
Mặc dù đã có nhiều cố gắng nhưng do những hạn chế về kỹ thuật, kinh
nghiệm, thời gian,.. khóa luận của chúng tôi chắc chắn không tránh khỏi thiếu sót.
Chúng tôi mong nhận được những góp ý từ thầy cô và các bạn để luận văn được
hoàn thiện hơn.
Tp Hồ Chí Minh, Tháng 8 năm 2012
Sinh viên
Nguyễn Bá Hải – Trần Phước Sơn

ii


TÓM TẮT
Sinh viên thực hiện: Trần Phước Sơn – Nguyễn Bá Hải, đề tài được báo
cáo vào tháng 8 năm 2012, tên đề tài “ Nghiên cứu các biện pháp xử lí Stress
nhằm tăng hàm lượng Triglyceride trong dầu tảo để sản xuất Biodiesel”
Giáo viên hướng dẫn: PGS. TS Trương Vĩnh.
Đề tài được thực hiện từ tháng 2/ 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 Vulgaric 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. Đưa ra được các phương pháp xử lí vi sinh vật sống chung với tảo
Chlorella Vulgaric, từ đó tạo ra được dòng XL5 có khả năng cho
tốc độ tăng trưởng nhanh, sinh khối tế bào lớn hơn so với các dòng
còn lại.


b. Khảo sát được hàm lượng dinh dưỡng N cần thiết để tảo có khả
năng tổng hợp dầu từ carbonhidrat để sản xuất Biodiesel.
c. Khảo sát được tốc độ tăng trưởng của tảo khi nuôi với điều kiện đèn
neon bên trong.
d. Xác định được hàm lượng glucose trong rỉ đường bằng việc kết hợp
2 phương pháp AOAC
e. Khảo sát tốc độ tăng trưởng của tảo trong điều kiện nuôi kết hợp tự
dưỡng, dị dưỡng.

iii


ABSTRACT
Supervisor: Assoc. Prof. Truong Vinh.
Students: Trần Phước Sơn – Nguyễn Bá Hải, the project entitled “Study
treatment method to increase the levels of triglycerides in the algal oil to produce
Biodiesel ” .This project was completed from February 2012 to August 2012, at I4,I5
Laboratory of Chemiscal Engineering Department, Nong Lam University, Ho Chi
Minh city.
The algae Chlorella Vulgaris were used in experiments.
The content of thesis was summarized in the following results:
a.

Proposed the treatment methods of microorganisms in Chlorella

Vulgaric, algae medium thereby creating XL5 strain capable of rapid growth and
higher, cell dimension than the remaining strains.
b.

Determinate the suitable N content in the treatment for algae to be able

to synthesize oil from carbonhidrat to produce Biodiesel.
c.

Studied the algal growth under neon lights located inside the medium.

d.

Determined the amount of glucose in molasses by combining two

methods of AOAC.
e.

Examined the growth of algae in culture conditions combined

autotrophic and heterotrophic.

iv


Mục Lục
LỜI CẢM TẠ ........................................................................................................... ii
TÓM TẮT................................................................................................................ iii
DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT .................................................................. viii
DANH SÁCH CÁC BẢNG .................................................................................... ix
DANH SÁCH CÁC HÌNH ...................................................................................... xi
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 hoá học của tảo Chlorella .................................................... 4
2.1.4. Các yếu tố ảnh hưởng đến sự phát triển của tảo ...................................... 8
2.2.Các phương pháp chiết dầu ........................................................................... 13
2.2.1. Phương pháp ép ..................................................................................... 13
2.2.2. Phương pháp chiết suất sử dụng chất lỏng siêu tới hạn......................... 14
2.2.3. Phương pháp trích ly.............................................................................. 15
2.3. Tổng quan về dung môi: .............................................................................. 22
2.3.1. Điểm sôi: ................................................................................................ 25
2.3.2. Tỷ trọng: ................................................................................................ 25
2.3.3. Tính cháy: .............................................................................................. 25
v


2.3.4. Tác dụng sinh học: ................................................................................. 26
2.3.5. Một số yêu cầu khi lựa chọn dung môi hữu cơ: .................................... 27
2.3.6. Các dung môi sử dụng: .......................................................................... 28
Chương 3 VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP ......................................................... 31
3.1. Thời gian và địa điểm nghiên cứu,vật liệu nghiên cứu ................................ 31
3.1.1. Thời gian và địa điểm ............................................................................ 31
3.1.2. Nguồn tảo giống ChlorellaVulgaric ......................................................... 31
3.1.3. Thiết bị, dụng cụ thí nghiệm ..................................................................... 31
3.1.4. Hóa chất thí nghiệm ............................................................................... 32
3.1.5. Điều kiện nuôi cấy ................................................................................. 34
3.1.6. Quy trình sản xuất chung ....................................................................... 34
3.1.7.Theo dõi mật độ bằng phương pháp đếm tế bào .................................... 35
3.1.8. Định nghĩa các công thức tính toán ....................................................... 37
3.1.9. Xử lý số liệu ........................................................................................... 39
3.2. Nội dung và phương pháp nghiên cứu ......................................................... 39
3.2.1. Thí nghiệm 1:Cách xử lí vi sinh vật trong qua trình tạo giống từ giống
tảo gốc Chlorella Vulgaric: ............................................................................. 39
3.2.2. Thí nghiệm 2: Thí nghiệm nuôi xử lý thiếu đạm(N) trong bình nhựa 5L41
3.2.3. Thí nghiệm 3: Thí nghiệm nuôi xử lý thiếu đạm(N) trong bình thủy tinh
1.5L tại mật độ ban đầu 3trtb/ml ..................................................................... 43
3.2.4.Thí nghiệm 4: Xử lí thiếu N để tăng hàm lượng dầu trong tảo tại mật độ
ban đầu 8trtb/ml trong bình thủy tinh 1.5L ..................................................... 44
3.2.5.Thí nghiệm 5: Khảo sát mật độ tảo ban đầu cần nuôi trong điều kiện
môi trường thiếu N tại hàm lượng tốt của thí nghiệm thí nghiệm 3 và 4 ....... 46
3.2.6. Thí nghiệm 6: Nuôi khảo sát tốc độ tăng trưởng của giống tảo Chlorella
Vulgaric trong bình 5 lít với điều kiện đèn neon bên trong............................. 48
3.2.7. Thí nghiệm 7: Xác định hàm lượng glucose trong rỉ đường bằng
phương pháp đo quang..................................................................................... 49
3.2.8. Thí nghiệm 8: Khảo sát tốc độ tăng trưởng của tảo trong môi trường
nuôi kết hợp tự dưỡng, dị dưỡng. .................................................................... 50
Chương 4 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ............................................................... 52
vi


4.1. Thí nghiệm 1: Cách xử lí vi sinh vật trong qua trình tạo giống từ giống tảo
gốc Chlorella Vulgaric: ....................................................................................... 52
4.1.1. Đối với dòng XL1 ................................................................................. 54
4.1.2. Đối với dòng XL3 ................................................................................. 54
4.1.3. Đối với dòng XL4 ................................................................................. 55
4.1.4. Đối với dòng XL5 ................................................................................. 55
4.2. Thí nghiệm 2:Thí nghiệm nuôi xử lý thiếu đạm (N) trong bình 5L ............ 56
4.3. Thí nghiệm 3:Thí nghiệm nuôi xử lý thiếu đạm(N) trong bình 1.5L tại mật
độ ban đầu 3trtb/ml ............................................................................................. 58
4.4. Thí nghiệm 4: Xử lí thiếu N để tăng hàm lượng dầu trong tảo tại mật độ
ban đầu 8trtb/ml trong bình thủy tinh 1.5L ......................................................... 61
4.5. Thí nghiệm 5:Khảo sát mật độ tảo ban đầu cần nuôi trong điều kiện môi
trường thiếu N tại nồng độ tốt của thí nghiệm thí nghiệm 3 và 4 (CT) . ............ 65
4.6. Thí nghiệm 6:Nuôi khảo sát tốc độ tăng trưởng của giống tảo Chlorella
Vulgaric trong bình 5 lít với điều kiện đèn neon bên trong ................................ 69
4.7. Thí nghiệm 7: Xác định hàm lượng glucose trong rỉ đường bằng phương
pháp đo quang. .................................................................................................... 70
4.8. Thí nghiệm 8: Khảo sát tốc độ tăng trưởng của tảo trong môi trường nuôi
kết hợp tự dưỡng, dị dưỡng. ................................................................................ 72
Chương 5 ................................................................................................................ 74
KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ .................................................................................... 74
5.1 Kết luận ......................................................................................................... 74
5.2 Đề nghị .......................................................................................................... 74

vii


DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT
OD

:

Optical density (Mật độ quang).

trtb/ml

:

Triệu tế bào/ml.

K

:

Khối lượng tảo khô (mg/l).

P

:

Tỉ lệ trích ly dầu thô (%).

M

:

Hàm lượng dầu thô (mg/l).

MĐTB

:

Mật độ tế bào.

EDTA

:

Ethylenediaminetetraacetic acid.

RĐ1

:

Rỉ đường 1.

RĐ2

:

Rỉ đường 2.

TTB

:

Tốc độ tăng trưởng tế bào.

viii


DANH SÁCH CÁC BẢNG
Bảng 2.1: Thành phần hoá học chứa trong tảo Chlorella ........................................ 5
Bảng 2.2: Thành phần hóa học có trong một số loại tảo ( Becker, 1994) ............... 6
Bảng 2.3 : Thành phần acid béo chính của một số loại tảo ( Georgi P. and
Guillermo G., 2007) ................................................................................................. 7
Bảng 2.4 :So sánh một vài nguồn Biodiesel .......................................................... 13
Bảng 2.5 : Các giá trị tham số độ hòa tan Hansen ................................................. 23
Bảng 2.6:Các dung môi có độ phân cực tăng dần tùy theo hằng số điện môi và độ
nhớt ......................................................................................................................... 26
Bảng 3.1: Môi trường dinh dưỡng Basal ............................................................... 34
Bảng 3.2: Bảng theo dõi mật độ tế bào trong thí nghiệm nuôi xử lí thiếu N ở bình
nhựa 5L ................................................................................................................... 44
Bảng 3.3: Bảng theo dõi mật độ tế bào tảo trong thí nghiệm nuôi xử lí thiếu N ở
bình thủy tinh 1.5L tại mật độ ban đầu 3trtb/ml ..................................................... 45
Bảng 3.4: Bảng theo dõi mật độ tế bào tảo trong thí nghiệm xử lí thiếu N tại mật
độ ban đầu 8trtb/ml ................................................................................................. 46
Bảng 3.5: Bảng theo dõi mật độ tế bào tảo trong thí nghiệm xử lí tại hàm lương N
tốt nhất trong thí nghiệm 3 và thí nghiệm 4 ........................................................... 48
Bảng 3.5: Bảng theo dõi mật độ tế bào tảo trong thí nghiệm xử lí tại hàm lương N
tốt nhất trong thí nghiệm 3 và thí nghiệm 4 ........................................................... 48
Bảng 3.6: Bảng theo dõi tốc độ phát triển của tảo trong thí nghiệm nuôi với đèn
neon bên trong ........................................................................................................ 49
Bảng 3.7: Bảng theo dõi mật độ tế bào tảo trong thí nghiệm nuôi tự dưỡng kết
hợp dị dưỡng ........................................................................................................... 52
Bảng 3.8: Bảng số liệu cách bổ sung rỉ đường theo ngày nuôi ............................. 52
Bảng 4.1: Kết quả theo dõi tốc độ phát triển của các dòng tảo sau khi xử lí vi sinh
vật .......................................................................................................................... 53
Bảng 4.2: Bảng so sánh hệ số góc của các biểu đồ tăng trưởng của từng dòng tảo57
Bảng 4.3: Bảng kết quả số liệu nuôi xử lí thiếu N trong bình nhựa 5L ................. 57
ix


Bảng 4.4: Theo dõi mật độ tăng trưởng của tảo .................................................... 59
Bảng 4.5: Số liệu tảo khô sau khi xử lí thiếu N ..................................................... 60
Bảng 4.6: Số liệu tảo sau khi trích li ...................................................................... 61
Bảng 4.7: Theo dõi mật độ tăng trưởng của tảo trong thí nghiệm xử lí thiếu N tại
mật độ ban đầu 8trtb/ml .......................................................................................... 63
Bảng 4.8: Bảng kết quả số liệu trước trích li của thí nghiệm xử lí thiếu N tại mật
độ ban đầu 8trtb/ml ................................................................................................. 64
Bảng 4.9: Bảng kết quả số liệu sau trích li của thí nghiệm xử lí thiếu N tại mật độ
ban đầu 8trtb/ml ...................................................................................................... 65
Bảng 4.10: Bảng theo dõi mật độ tế bào tảo trong thí nghiệm xử lí tại hàm lượng
thiếu N tốt nhất trong thí nghiệm 3 và thí nghiệm 4 .............................................. 66
Bảng 4.11: Bảng kết quả số liệu trước trích li của thí nghiệm xử lí tại hàm lượng
thiếu N tốt nhất trong thí nghiệm 3 và thí nghiệm 4 .............................................. 67
Bảng 4.12: Bảng kết quả số liệu sau trích li của thí nghiệm xử lí tại hàm lượng
thiếu N tốt nhất trong thí nghiệm 3 và thí nghiệm 4 .............................................. 68
Bảng 4.13: Bảng kết quả đo OD để thiết lập đường chuẩn cho Glucose .............. 71
Bảng 4.14: Bảng theo dõi tốc độ tăng trưởng của tảo trong thí nghiệm nuôi kết
hợp tự dưỡng, dị dưỡng .......................................................................................... 73

x


DANH SÁCH CÁC HÌNH
Hình 2.1: Cấu tạo tảo Chlorella ............................................................................... 4
Hình 2.2: Hình thái tảo Chlorella............................................................................. 4
Hình 3.1: Sơ đồ quy trình các bước thí nghiệm..................................................... 35
Hình 3.2: Hình dạng ngoài của buồng đếm hồng cầu ........................................... 36
Hình 3.3: Kích thước các ô trong buồng đếm ....................................................... 37
Hình3.4: Sơ đồ khối hệ thống nuôi tảo có lọc khí ................................................. 41
Hình3.5: Hình ảnh vi sinh vật trong tảo ................................................................ 41
Hình 3.6: Kính hiển vi ........................................................................................... 50
Hình 3.7: Buồng đếm hồng cầu ............................................................................. 50
Hình 4.1: Hình ảnh tạo giống tảo từ giống tảo Chlorella Vulgaric ....................... 54
Hình 4.2:Hình ảnh thí nghiệm nuôi xử lí thiếu N trong bình 1.5L tại mật độ ban
đầu 3trtb/ml............................................................................................................. 59
Hình 4.3: Hình ảnh thí nghiệm xử lí thiếu N tại mật độ ban đầu 8trtb/ml trong
bình thủy tinh 1.5L ................................................................................................. 62
Hinh 4.4: Hình ảnh thí nghiệm xử lí thiếu N tại nồng độ tốt nhất trong thí nghiệm
3 và thí nghiệm 4 .................................................................................................... 66
Hình 4.5: Hình ảnh thí nghiệm nuôi tảo với đèn neon bên trong ......................... 70

xi


Chương 1
MỞ ĐẦU
1.1. Đặt vấn đề
Với sự phát triển vượt bậc không ngừng của khoa học kỹ thuật, không những
các nước tiên tiến mà các nước đang phát triển và chậm phát triển cũng rất quan
tâm đến vấn đề ô nhiễm không khí và sự cạn kiệt nguồn nhiên liệu truyền thống.
Nguồn nhiên liệu dầu mỏ đang cạn kiệt dần. Bên cạnh đó, đốt nhiên liệu dầu mỏ
sinh ra khí CO2 gây nên vấn đề môi trường. Do vậy, dùng nhiên liệu sinh học để
thay thế nhiên liệu dầu mỏ là vấn đề cấp thiết. Đây là vấn đề đòi hỏi nhân loại ra
sức tìm hiểu nghiên cứu để đưa ra giải pháp tốt nhất.
Những nghiên cứu về nhiên liệu thay thế trên thế giới bắt đầu từ những
năm cuối thế kỷ XIX và đầu thế kỷ XX. Ngày nay, một số dạng năng lượng và
nhiên liệu thay thế đã được sử dụng thực tế tại một số nước trên thế giới. Việc tìm
kiếm các loại nhiên liệu, năng lượng sạch không những giải quyết được vần
đề ô nhiễm không khí mà còn có thể chủ động được các nguồn nhiên liệu,
hạn chế sự phụ thuộc vào các biến động trên thế giới.
Những năm gần đây, các loài tảo đã thu hút sự chú ý ngày càng cao của các
nhà khoa học, công nghệ và thương mại do những ưu thế của cơ thể này so với
thực vật bậc cao như: sự phát triển đơn giản, vòng đời ngắn, năng suất cao, hệ số
sử dụng năng lượng ánh sáng cao, thành phần sinh hóa dễ được điều khiển tùy
điều kiện nuôi cấy và nhờ kỹ thuật di truyền, nuôi trồng đơn giản, thích hợp với
quy mô sản xuất công nghiệp. Ứng dụng tốt trong việc nghiên cứu sản xuất
biodiesel. Biodiesel đã được nghiên cứu và sử dụng như là một loại nhiên liệu thay
thế cho nhiên liệu diesel truyền thống. Do đó tiềm năng về việc sản xuất biodiesel
nhằm thay thế cho nhiên liệu truyền thống trong tương lai là rất lớn nhằm tạo ra
nguồn năng lượng sạch đối với môi trường.
1


Biodiesel từ tảo trên thế giới đã được nghiên cứu trong những năm gần đây.
Tảo ChlorellaVulgaric là một trong những giống được quan tâm. Ở Việt Nam
nguồn nguyên liệu tảo khá đa dạng và phong phú, chủ yếu dùng làm thực phẩm.
Tuy nhiên thông tin về sản xuất Biodiesel từ tảo ở Việt Nam chưa có nhiều. Do
vậy, được sự phân công của bộ môn Công nghệ hóa học và dưới sự hướng dẫn của
PGS.TS. Trương Vĩnh chúng em thực hiện đề tài: “Xử lí Stress để tăng hàm lượng
Triglyceride trong dầu nhằm sản xuất Biodiesel”.
1.2 .Mục đích
• Tăng hàm lượng dầu trong tảo.
1.3. Nội dung
• Đưa ra một số biện pháp xử lý vi sinh vật cản trở sự phát triển
của tảo,từ đó phân lập được chủng tảo mạnh nhất.
• Thí ngiệm nuôi tảo nước ngọt trong môi trường thiếu đạm.
• Thí nghiệm nuôi tảo nước ngọt trong môi trường Basal được
chiếu sáng bởi đèn Neol bên trong.
• Thí nghiệm nuôi tảo nước ngọt kết hợp tự dưỡng dị dưỡng.
1.4. Yêu cầu
• Đánh giá được khả năng nuôi tảo trong môi trường xử lý
thiếu đạm.
• Xác định được điều kiện xử lý đạm (N) để tăng hàm lượng
dầu trong tảo với bình 1.5 lít và bình 5 lít.
• Đánh giá được khả năng nuôi tảo trong môi trường được
chiếu sáng bởi đèn Neol.
• Đánh giá được khả năng nuôi tảo trong môi trường kết hợp tự
dưỡng dị dưỡng.

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

họOocystaceae,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 vẫy 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.

3


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 sang mặt trời,
nhiệt độ và nguồn dinh dưỡng.

Hình 2.1: Cấu tạo tảo Chlorella

Hình 2.2: 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 than,bào tử màng dày.
Sinh sản hữu tính: Đẳng giao, dị giao và noãn giao.
2.1.3. Thành phần hoá học của tảo Chlorella
Thành phần hoá học của tế bào Chlorella tuỳ thuộc vào tốc độ sử dụng môi
trường dinh dưỡng trong quá trình phát triển. Tảo có thể phát triển tốt trong môi
4


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 thì hàm lượng Protein của Chlorella giảm xuống rõ rệt
trong khi lượng Carbonhydrat và Lipid lại tăng lên.
Bảng 2.1: Thành phần hoá học chứa trong tảo Chlorella( Đặng Đình Kim,
Đặng Hoàng Phước Hiền, 1999).
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

Prymnesium

28-45

25-33

22-38

52

15

3

28-39

40-57

9-14

Scenedesmus
obliquus
Scenedesmus
quadricauda

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

parvum
Tetraselmis
maculata
Porphyridium
cruentum
6

1-2


Spirulina

46-63

8-14

4-9

2-5

60-71

13-16

6-7

3-4.5

63

15

11

5

43-56

25-30

4-7

platensis
Spirulina maxima
Synechoccus sp.
Anabaena
cylindrica
Nguồn : Becker (1994)
Bảng 2.3 : Thành phần acid béo chính của một số loại tảo ( Georgi P. and
Guillermo G., 2007).
Fatty acid composition (% total)
16:0 16:1 16:2 16:3 16:4 18:1 18:2 18:3 18:4 20:5 20:6
Fresh
water spp.
Scenedesmus

35

2

Tr.

Tr.

26

8

7

2

20

4

1

4

15

9

6

30

2

2

34

20

7

6

30

3

2

obliquus
Chlorella
vulgaris
Chlamydomonas

22

reinhardtii
Salttolerant
spp.
Ankistrode

13

3

12

6

9

20

1

1

14

25

2

29

1

15

4

6

17

2 13

4

1

1

27

smus spp.
Isochrysis
spp.
Nannochlo

7

9

ris spp.

7


Tảo có khả năng hấp thu CO2 và các muối khoáng cần thiết để tổng hợp
Protein, Glucid, Lipid … Có thể thay đổi tuỳ 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 u 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:
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 pH tối ưu
là 8,2 - 8,7. Bên cạnh đó khi thay đổi pH đột ngột có thể làm cho tảo nhanh chóng
bị tàn lụi. Trong trường hợp nuôi tảo với mật độ cao thì việc bổ sung CO2 sẽ giúp
điều chỉnh pH thích hợp trong quá trình tảo phát triển, độ pH có thể đạt đến giá trị
tới hạn là 9. Nhiều trường hợp việc nuôi trồng tảo thất bại có thể do pH không
thích hợp. Điều này có thể khắc phục bằng cách sục khí môi trường nuôi (Đặng
Đình Kim, Đặng Hoàng Phước Hiền, 1999; Cao Tuấn Kiệt, 2007; Trần Thị Mỹ
Xuyên, 2008)
Các chất dinh dưỡng / môi trường nuôi:

8


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. Các yếu tố vật lí
Nhiệt độ
Mỗi loài tảo thích hợp với nhiệt độ tối ưu và biên độ nhiệt khác nhau tùy
theo loài (Trịnh Trường Giang, 1997). 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 (Lavens và Sordeloos, 1996;
trích bởi Cao Tuấn Kiệt, 2007).
Trong điều kiện tự nhiên nên nuôi cấy Chlorella vào mùa có nhiệt độ ít thay
đổi (khoảng từ tháng 4 - 10, thời gian này nhiệt độ trung bình 25 – 30oC) và chú ý
đến nhiệt độ dao động hằng ngày, tạo mọi điều kiện thuận lợi để nhiệt độ không
chênh lệch quá nhiều giữa các buổi trong ngày (Võ Thị Bích Duyên và Ngô Thạch
Minh Thảo, 2000). Nếu cần thiết ta có thể làm mát môi trường nuôi bằng cách cho
dòng nước lạnh chảy trên bề mặt của bình nuôi hoặc kiểm soát nhiệt độ không khí
bằng các thiết bị điều hòa nhiệt độ (Trần Thị Mỹ Xuyên, 2008).
Khuấy sục môi trường nuôi:
9


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 (Lavens và Sorgeloos,
1996; Đặng Đình Kim và Đặng Hoàng Phước Hiền, 1999).
Như vậy, kỹ thuật khuấy sục là vấn đề rất cần được quan tâm nhằm mục tiêu
tăng năng suất tảo mà không làm ảnh hưởng tới trạng thái tế bào. Về mặt kinh tế,
chọn giải pháp khuấy sục sao cho chi phí thấp nhất là yêu cầu đầu tiên (Đặng Đình
Kim, Đặng Hoàng Phước Hiền, 1999).
Ánh sáng
Việc cung cấp ánh sáng cho nuôi tảo là vấn đề thiết yếu và cần thiết không
thể thiếu. Bởi vì giống như tất cả các loài thực vật, hệ số sử dụng năng lượng ánh
sáng ở tảo cao hơn ở thực vật bậc cao, điều này có nghĩa là chúng hấp thụ cacbon
vô cơ để chuyển hóa thành cacbon hữu cơ. Nhiều loại vi tảo có quang hợp bão hòa
ở khoảng 33% tổng lượng cường độ chiếu sáng. Vì vậy, trong điều kiện ánh sáng
có cường độ cao và thời gian chiếu sáng dài, người ta thấy xuất hiện hiện tượng
quang ức chế có thể làm tảo chết hoặc làm giảm đáng kể năng suất nuôi trồng.
Cường độ ánh sáng đóng vai trò quan trọng nhưng yêu cầu về cường độ ánh
sáng thay đổi rất lớn theo độ sâu của môi trường nuôi và mật độ tảo nuôi. Khi nuôi
ở độ sâu lớn và mật độ cao thì cường độ ánh sáng thay đổi từ 1000 - 10000 lux, tối
ưu 2500 - 5000 lux tùy vào thể tích. Có thể là ánh sáng tự nhiên hoặc ánh sáng của
đèn huỳnh quang, chu kỳ chiếu sáng tối thiểu là 18 h/ngày, tối đa là 24 h/ngày tùy
10


vào thể tích. Tuy nhiên không phải tất cả các phiêu sinh vật đều chịu được ánh
sáng liên tục nhưng phần lớn các giống tảo làm thức ăn đều chịu được ánh sáng
liên tục. Điều này không có nghĩa là cứ cung cấp thêm năng lượng ánh sáng cho
một dịch nuôi là sinh khối sẽ tăng (Robert, 1971; Trích bởi Đậu Thị Như Quỳnh,
2001).

11


2.1.4.3. Các yếu tố sinh học
Các nguồn gây nhiễm và xử lí nước:
Lây nhiễm vi khuẩn, nguyên sinh động vật hoặc của các loài tảo khác là
vấn đề khó khắc phục đối với việc nuôi cấy tảo thuần chủng cũng như nuôi cấy vô
trùng. Các nguồn gây nhiễm phổ biến nhất gồm có môi trường nuôi (nước và các
chất dinh dưỡng), không khí, bình nuôi và tình trạng giống nuôi cấy ban đầu.
Tảo bị nhiễm tạp sẽ ức chế về nhiều mặt trong quá trình phát triển dẫn đến
sinh khối đạt được không cao và chất lượng tảo giảm đi rất nhiều, thậm chí không
thể sử dụng được. Sự cạnh tranh về dinh dưỡng, ánh sáng, CO2 và ảnh hưởng của
một số chất độc gây ức chế từ các tác nhân gây nhiễm đối với tảo nuôi là những
tác hại chính của sự tạp nhiễm
Việc chuẩn bị các bình nuôi có dung tích nhỏ là khâu quyết định trong việc
tăng môi trường nuôi cấy tảo:
+ Rửa bằng xà phòng
+ Tráng rửa bằng nước nóng
+ Làm sạch với 30% acid muriatic
+ Tráng sạch lại bằng nước nóng
+ Sấy khô trước khi sử dụng
Theo cách khác, các ống, bình và bình lớn bằng thủy tinh có thể được khử
trùng bằng nồi hấp, có thể sử dụng các bình nuôi dùng một lần rồi vứt bỏ như túi
polyetylen.

12


2.1.4.4.Tiềm năng của dầu sản xuất từ vi tảo :
Bảng 2.4 :So sánh một vài nguồn Biodiesel:

Cây trồng

Năng suất dầu

Diện tích canh tác

( l/ha)

( triệu ha )

Bắp

172

1540

Đậu nành

446

594

Canola

1190

223

Jatropha

1892

140

Dầu dừa

2689

99

Dầu cọ

5950

45

Vi tảo

136900

2

58700

4.5

( 70 % dầu )
Vi tảo
( 30 % dầu )
Nguồn: Bài giảng kỹ thuật hệ thống sinh học, PGS.TS Trương Vĩnh – Bộ Môn
Công Nghệ Hóa Học – trường Đại Học Nông Lâm Tp.HCM.
Từ bảng 2.4 ta thấy,vi tảo là nguồn sản xuất Biodiesel tối ưu nhất có thể
thay thế nhiên liệu dầu mỏ. Khác với các nguồn dầu từ các cây trồng khác,vi tảo
phát triển cực kì nhanh và hàm lượng dầu cao vượt trội ( có thể lên tới 80% ).
2.2.Các phương pháp chiết dầu
2.2.1. Phương pháp ép
Hiện nay, việc sản xuất dầuở qui mô trung bình và qui mô lớn thường sử
dụng các loại máy ép vít với cơ cấu khác nhau.
Khi ép, dưới tác dụng của ngoại lực, trong khối bột tảo xảy ra sự liên kết bề
mặt bên trong cũng như bên ngoài của các phân tử, ta có thể chia ra làm hai quá
trình chủ yếu:

13


Quá trình xảy ra đối với phần lỏng: Đây là quá trình làm dầu thoát ra khỏi
các khe vách giữa các bề mặt bên trong cũng như bên ngoài của tế bào. Khi bắt
đầuép, do lực nén các phần tử bột sít lại gần nhau, khi lực nén tăng lên, các phần
tử bột bị biến dạng. Các khoảng trống chứa dầu bị thu hẹp lại và đến khi lớp dầu
có chiều dày nhấtđịnh, dầu bắt đầu thoát ra. Tốc độ thoát dầu phụ thuộc vào độ
nhớt của lớp dầu và phụ thuộc vàoáp lựcép, độ nhớt càng bé, áp lực càng lớn thì
dầu thoát ra càng nhanh.
Quá trình xảy ra đối với phần rắn: Khi lực nén tăng lên, sự biến dạng xảy ra
càng mạnh cho đến khi các phần tử liên kết chặt chẽ với nhau thì sự biến dạng
không xảy ra nữa. Nếu như trong các khe vách không bị giữ lại một ít dầu và áp
lực còn có thể tiếp tục tăng lên thì từ các phần tử bột riêng biệt sẽ tạo thành một
khối chắc dính liền nhau. Trên thực tế, áp lự cép cũng chỉ đạt đến một giới hạn
nhất định, có một lượng nhỏ dầu còn nằm lại ở những chỗ tiếp giáp nhau, cho nên
bột khô dầu vẫn còn có tính xốp. Đặc biệt khi ra khỏi máy ép, tính xốp của bột khô
dầu lại tăng lên khi không còn tác dụng của lực nén nữa.
Một điều quan trọng ảnh hưởng đến hiệu quả lấy dầu là nếu tốc độ tăng áp
lực quá nhanh thì sẽ làm bịt kín các đường thoát dầu làm dầu không thoát ra được,
điều này thấy rất rõ ở các máyép mà trong đó nguyên liệu không đượcđảo trộn
(máy ép thủ công).
2.2.2. Phương pháp chiết suất sử dụng chất lỏng siêu tới hạn
Nguyên tắc:
Chất lỏng siêu tới hạn có khả năng khuếch tán thấm vào bên trong mẫu
chiết và lôi kéo dầu.
Hỗn hợp rắn cần chiết được đặt vào một nồi hấp áp suất ở nhiệt độ phòng.
Nồi này được khóa chặt lại và cho luồng khí CO2 sục vào để đuổi hết không khí ra
khỏi nồi. Khi nồi hấp áp suất đươc đun lên đến nhiệt độ mong muốn và được
chỉnh áp suất đến 300 ± 5 bar, khí CO2 sẽ hóa lỏng, cho chất lỏng siêu tới hạn CO2
đi ngang qua mẫu chiết đặt trong nồi và ra khỏi nồi để đi đến bộ phận giảm áp. Tại
bộ phận giảm áp, áp suất bị hạ xuống đưa đến hệ quả là chất lỏng siêu tới hạn CO2
14


Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

Tải bản đầy đủ ngay

×