Nghiên cứu ảnh hưởng của độ mặn khác nhau đến quá trình sinh trưởng của tảo chlorella vulgaris

4

n
Bộ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NGUYỄN TÁT THÀNH

KHOA KỲ THUẬT THỤC PHẨM VÀ MƠI TRƯỜNG

NGUYEN TAT THANH

KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA
Độ MẶN KHÁC NHAU ĐÉN QUÁ

TRÌNH SINH TRƯỞNG CỦA TẢO
CHLORELLA VULGARIS

Sinh viên thực hiện: NGUYÊN PHÚC VINH

Tp. HCM, tháng 10 năm 2020
*


TĨM TẮT
Cơng nghệ táo lục đang là xu hướng mới cùa thế giới với những ứng dụng đa dạng

trong nhiều lĩnh vực khác nhau, về ứng dụng trong môi trường, tào là ứng cữ viên số một để
phát triển năng lượng sinh học. Ngồi ra, táo cịn được biết đên như một giải pháp xử lý môi

trường xanh với sán phàm thu được khơng những khơng độc hại mà cịn là một loại nguyên liệu

có nhiều ứng dụng khác như làm thực phàm, phân bón ... Tuy nhiên, hiện nay, việc ni táo ở
Việt Nam vẫn cịn hạn chế và chưa đáp ứng được yêu cầu kỹ thuật. Các nghiên cứu về tào đã

đirợc thực hiện từ lâu nhưng chủ yếu là kháo sát thành phần, phản loại, và đa dạng loài ở các
vùng khác nhau, việc nghiên cứu phát triển thu sinh khối táo cịn rất hạn chế. Vì vậy, nghiên

cứu được thực hiện đê đảnh giá ánh hường cùa các chất dinh dưỡng và độ mặn khác nhau đên
sự sinh trường của chlorella Vulgaris. Thứ nhất, thiết lập mơ hình ni 2S8L cung cấp đầy đũ

ảnh sảng và khơng khỉ thích hợp cho táo phát triên. Sau đó, 3 thí nghiệm được tiên hành đê
đánh giả ảnh hirởng đến sự phát triển cùa táo với các nồng độ khác nhau cùa NaHCŨ3, phân

NPK, muối NaCl. Ket quá cho thấy sau 30 ngày nuôi cung cấp lượng NaHCỠ3 30 mg/l và NPK
100 mg/l cho sinh khối cao nhất. Tảo thích nghi tốt với độ mặn tăng dần và có thê giúp táo đạt
sinh khối cao nhất (1036 mg/l) với muối NaCỈ (20g/L).


MỤC LỤC
MỤC LỤC.................................................................................................................... I

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT................................................................................... V
DANH MỤC HÌNH.................................................................................................... VI
DANH MỤC
• BẢNG................................................................................................ VIII
MỞ ĐẦU.........................................................................................................................1
1.

Đặt ván đè................................................................................................................ 1

2.

Mục TIÊU CỦA ĐÉ TÀI..................................................................................................................... 2

3.

Ý NGHÌA KHOA HỌC-KINH TẺ-XÃ HỘI.................................................................................. 2

4.

Giói HẠN ĐÈ TÀI................................................................................................................................ 3

5.

NỘI DUNG ĐÉ TÀI..............................................................................................................................3

6.

PhUƠNG pháp nghiên cúu......................................................................................................... 4

7.

két quả mong đợi sau khi két thúc đè tài...................................................... 5

CHƯƠNG 1. TÓNG QUAN NGHIÊN cứu............................................................. 6
1.1.

ĐẶC điêm, phân loại của tào Chlorella...................................................... 6

1.1.1. Phân loại và tên khoa học tảo Chlorella.......................................................... 6
1.1.2. Quá trình phát triển của tảo.............................................................................. 7

1.1.3. Hình thái cấu tạo, sinh sản.................................................................................8

1.2.

CÁC úng dụng của tảo Chlorella.................................................................8

1.3.

CÁC mó hình ni và thu hoạch tảo........................................................................10

1.3.1. Các phương pháp nuôi tảo............................................................................... 10
1.3.2. Các phương pháp thu hoạch tảo..................................................................... 11

1.4.

CÁC nghiên cứu vé các yéu tố ảnh HUỚNG đèn quá trình sinh trường

CỦA TẢO........................................................................................................................................................ 12

1


1.4.1.

Điều kiện môi trường nền............................................................................... 12

1.4.2.

Yếu tố độ mặn.................................................................................................15

1.4.3.

Yeu to sinh học................................................................................................15

1.4.4.

Điều kiện dinh dưỡng..................................................................................... 16

1.5.

CÁC nghiên cứu vè quá trình ni tảo ó Việt Nam và Qc tê......... 18

1.6.

CÁC nghiên củu vẻ ảnh hường của độ mặn đên tào............................... 20

1.7.

Đánh giá tỏng quan chung........................................................................... 22

CHƯƠNG 2. NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN củu...........................24
2.1.

Tiên trình nội dung nghiên củu.................................................................... 24

2.2.

VẬT LIỆU VÀ PHƯONG PHÁP NGHIÊN cúu........................................................... 25

2.2.1. Thiết bị và vật liệu nghiên cứu....................................................................... 25

2.2.2. Thiết lập môi trường nuôi và tăng sinh khối................................................ 25
2.2.3. Điều kiện nuôi..................................................................................................26

2.2.4. ND 1 - Thiết kế và xây dựng mơ hình ni................................................... 26
2.2.5. ND2 - Thử nghiệm các yeu tố nâng cao hiệu quả tăng sinh khối............. 27
2.2.6. ND3: Xây dựng đường cong sinh trưởng và khả năng thích nghi của tảo

với từng độ mặn khác nhau......................................................................................... 29
2.3.

Phuong pháp phân tích.....................................................................................30

2.3.1. Phưong pháp đo quang phổ.......................................................................... 30
2.3.2. Phưong pháp phân tích TSS:........................................................................ 31
2.3.3. Phân tích phân Nito Photpho.......................................................................... 33
2.4.

Phuong pháp bảo nhân giống và quản giống............................................36

CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN............................................................. 37
3.1.

Tính tốn, TH1ÉT KÉ VÀ XÂY DựNG MỊ HÌNH TÁO Chlorella Vulgaris.37

3.1.1. Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả của mơ hình........................................ 37
ii


3.1.2. Nguyên lý hoạt động - vận hành................................................................... 42
3.1.3. Công suất điện sử dụng cho cả hệ hoạt động............................................... 44

3.1.4. Tính tốn chi phí thiết kế và xây dựng mơ hình cơng suất 120L.............. 45
3.1.5. Đánh giá tổng chi phí...................................................................................... 47
3.2.

Đánh giá ảnh hướng các điéu kiện nuôi khác nhau lên sự SINH

TRƯỞNG VÀ PHÁT TRIẼN CỦA TẢO................................................................................................... 48

3.2.1. Đánh giá ảnh huởng của NaHCƠ3 đến tảo:................................................48
3.2.2. Đánh giá ảnh hưởng của phân NPK đến tảo:............................................. 51

3.3.

Đánh giá khả năng thích nghi của tảo trong mói trường mặn........54

3.3.1. Sự phát triển của tảo trong môi trường mặn khác nhau.............................. 54
3.3.2. Đánh giá sự tương quan giữa OD và sinh khối của tảo mặn.....................57

3.4.

CÂN BẰNG DINH DƯỜNG THÊM VÀO VÀ sử DỤNG CỦA TẢO................................. 58

3.4.1. Lượng nito của KNƠ3 trong môi trường cơ bản là....................................... 58
3.4.2. Lượng nito của (NH4)ó MO7O24.4H2O trong môi trường vi lượng là....... 59
3.4.3. Lượng nito trong mơi trường nước ni.......................................................59
3.4.4. Tính tốn lượng Photpho của thành phần cơ bản thêm vào....................... 60
3.4.5. Lượng Photpho trong môi trường nước ni................................................60
3.4.6. Thành phần Nito và Photpho cịn lại sau chu trình ni........................... 61
3.4.7. Lượng Nito và photpho trong phân NPK bổ sung..................................... 62
3.4.8.

Cân bằng dinh dưỡng Nito và Photpho cho sự phát triến của sinh khối tảo.
.............................................................................................................. 63

3.5.

Lượng dinh dường cần thiểt đê phát triẽn sinh khói tảo................... 64

3.5.1. Lượng dinh dưỡng cần thiết đe phát triển sinh khối tảo trong điều kiện
nước ngọt....................................................................................................................... 64

iii


3.5.2. Lượng dinh dưỡng cần thiết để phát triến sinh khối tảo trong điều kiện
nước mặn....................................................................................................................... 65

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ.................................................................................... 67
1.

Két Luận.................................................................................................................. 67

2.

Kiénnghị...................................................................................................................67

TÀI LIỆU THAM KHẢO.......................................................................................... 69

IV

DANH MỤC CHỮ VIẾT TÁT

c.vulgaris

Tảo Chlorelỉ Vulgaris

DD

Dung dịch

Nhựa PET

Nhựa Polyethylene terephthalate

NT

Nghiệm thức

OD

Mật độ quang học (Optical Density)

TSS

Tong chat ran lo lửng

V

DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1. Hình thái cấu tạo của tảo qua kính hiến vi.......................................................... 6
Hình 1.2. Các giai đoạn phát triển đặc trung của tảo.......................................................... 8
Hình 2.1. Sơ đồ tiến trình nghiên cứu................................................................................ 24
Hình 2.2. Phân tích OD cùa tảo 2 ngày 1 lần.....................................................................31
Hình 2.3. Giấy lọc sợi thủy tinh 0.47 pm........................................................................... 32
Hình 2.4. Chuẩn bị và ghi so thứ tự giấy trước khi sấy.................................................... 32
Hình 2.5. Phân tích TSS của tảo bằng tủ sấy và máy hút chân khơng............................33
Hình 2.6. Quy trình phân tích photpho............................................................................... 34
Hình 2.7. Cấy tảo thuần trên đĩa Petri................................................................................ 36
Hình 3.1. Sơ đồ bản vẽ cấu tạo mơ hình ni tảo............................................................ 39
Hình 3.2. Sơ đồ cấu tạo và phân bố các bình ni.......................................................... 40
Hình 3.3. Bình ni tảo thể tích 5 lít...................................................................................42
Hình 3.4. Mơ tả vị trí đặt bóng đèn..................................................................................... 43
Hình 3.5. Mơ tả hoạt động của mơ hình ni.....................................................................43
Hình 3.6. Sơ đồ tăng trưởng OD tảo qua các ngày............................................................ 49
Hình 3.7. Sơ đo tăng trưởng sinh khối tảo qua các ngày................................................. 50
Hình 3.8. Biểu đồ đường cong sinh trưởng OD biểu hiện những ảnh hưởng của phân
NPK đến tảo............................................................................................................................ 51

Hình 3.9. Biểu đồ những ảnh hưởng của phân NPK đến sinh khối tảo..........................52
Hình 3.10. Kết quả OD đánh giá sự phát triển của tảo thích nghi với độ mặn khác nhau
................................................................................................................................................ 54

Hình 3.11. Biếu đồ những ảnh hưởng của độ mặn đến sinh khối tảo............................. 55
Hình 3.12. Nghiệm thức MI................................................................................................ 57

VI

Hình 3.13. Nghiệm thức M2................................................................................................. 57
Hình 3.14. Nghiệm thức M3................................................................................................. 57
Hình 3.15. Nghiệm thức M4................................................................................................. 57
Hình 3.16. Nghiệm thức M5................................................................................................. 58
Hình 3.17. Nghiệm thức M6................................................................................................. 58
Hình 3.18. Nghiệm thức M7................................................................................................. 58
Hình 3.19. Nghiệm thức tảo thuần (Control)..................................................................... 58

vii


DANH MỤC BANG
Bảng 2.1. Các nồng độ NaHCO? thêm vào........................................................................ 27
Bảng 2.2. Các nồng độ NPK thêm vào............................................................................... 28
Bảng 2.3. Các nồng độ muối NaCL thêm vào....................................................................30
Bảng 2.4. Bước 1. Chuẩn bị dụng cụ..................................................................................31

Bảng 3.1. Chi phí vận hành cho 1 thí nghiệm 96L............................................................ 44
Bảng 3.2. Thiết bị mơ hình................................................................................................... 45
Bảng 3.3. Đánh giá chi phí hoạt động - vận hành mơ hình hàng tháng......................... 47

Bảng 3.4. Thành phần Nito đầu ra (mg) trong bình ni 4L............................................ 61
Bảng 3.5. Thành phần Photpho đầu ra (mg) trong bình ni 4L.................................... 61

Bảng 3.6. Phân tích phân NPK............................................................................................ 62
Bảng 3.7. Giá trị Nito Photpho trong bình 41it................................................................. 63
Bảng 3.8. Bảng Ket quả cân bằng dinh dưỡng Nito đuợc tính tốn như sau................. 63

Bảng 3.9. Bảng Ket quả cân bằng dinh dưỡng Photpho đuợc tính tốn như sau.......... 64
Bảng 3.10. Năng suất tiêu thụ Nito, Photpho của tảo trong nước ngọt.......................... 65

Bảng 3.11. Năng suất tiêu thụ Nito, Photpho của tảo trong nước mặn.......................... 65

viii


MỞ ĐẦU
1. Đặt vấn đề
Công nghệ tảo lục đang là xu hướng mới của Thế Giới, nó có nhiều ứng dụng đa

dạng trong những lĩnh vực khác nhau, về ứng dụng trong môi trường, tảo là ứng cử viên
số một để phát triển năng lượng sinh học (Devgoswami, Kalita, Talukdar, Bora, &

Sharma, 2011). Ngồi ra, tảo cịn được biết đến như một giải pháp xử lý môi trường

xanh, với những sản phấm thu được không chỉ không độc hại mà cịn là một loại ngun

liệu có nhiều ứng dụng khác như làm thực phẩm, phân bón ...(Vo Thi Kieu, Vu Thi

Lan, & Phung Huy, 2012).
Hơn thế, tảo còn được sử dụng rộng rãi như một thực phâm sức khỏe, thực phâm
bố sung, và dược phâm (Morita, Matsueda, Iida, & Hasegawa, 1999). Hoa Kỳ, Nhật

Bản, Trung Quốc, Đài Loan và Indonesia sản xuất hơn 2500 tấn Chlorella khô mồi năm

(Gupta, 2001). Nó được coi là một loại thực phẩm chức năng quan trọng và có nguồn
dinh dường cao ứng dụng trong nhiều lình vực, do sự phong phú và ảnh hưởng sức khỏe
tích cực của nó. Chlorella bao gom 55-67% protein, 1-4% diệp lục, 9-18% chất xơ và

nhiều khoáng chất và Vitamin (Shim et al., 2008).

Đe nuôi được và phát triển mơ hình tảo là một đều vơ cùng khó khăn. Vì tảo
Chlorella là lồi tảo đơn bào kén mơi trường song. Vi tảo Chlorella có khả năng hấp

thụ CƠ2 cao gấp 10 đến 50 lần so với các loài thực vật trên cạn khác (Wang và cộng sự,

2008). Một số nghiên cứu đã chứng minh được Chlorella có khả năng sử dụng cacbonat
như Na2CO3 và NaHCƠ3 đế phát triển các tế bào (Huertas và cộng sự, 2000), (Ginzburg,
1993). Trong đó NaHCO3 được xem là nguồn cacbon tốt hơn so với dùng Na2CƠ3.
2011, Devgoswami và cộng sự đã nghiên cứu ảnh hưởng của nguồn cacbon NaHCƠ3 ở
các nghiệm thức khác nhau kết quả cho thấy ở nghiệm thức 75mg/L cho kết quả tốt nhất

(Devgoswami et al., 2011).

Saad Hanash Ammar của đại học Nahrain vào năm 2015 đã nghiên cứu tảo
Chlorella đế thu sinh khối bằng cách dùng phân NPK làm chất dinh dường chi phí thấp
trong các điều kiện thí nghiệm khác nhau. Tuy nhiên lượng sinh khối tối đa thu được

chỉ ở mức 0.143 g/L (Ammar, 2016).
1


Vi tảo có thể sống trong các mơi trường khác nhau như môi trường nước ngọt,

nước lợ hoặc nước mặn (Chen và Chang, 2016). Tảo Chlorelỉa còn được ứng dụng tốt

trong việc xử lý nước thải như nước thải nuôi tơm vì chúng có hàm lượng chất hữu cơ

cao. Trong thủy hải sản, tảo còn là nguồn thức ăn dinh dưỡng cho luân trùng, artemia,

và các loài ấu trùng cá (Tran & Huynh, 2017).

Tuy nhiên, hiện nay việc nuôi tảo ở Việt Nam vần còn hạn chế và chưa đáp ứng

được yêu cầu kỹ thuật. Các nghiên cứu về tảo đã được thực hiện từ lâu nhưng chủ yếu

là khảo sát thành phần, phân loại và đa dạng loài ở các vùng khác nhau, việc nghiên cứu
phát triển thu sinh khối tảo cịn rất hạn chế. Vì vậy, đề tài nghiên cứu “Nghiên cứu ảnh

hưởng cùa độ mặn khác nhau đến quá trình sinh trưởng của tảo Chlorella Vulgaris”
được thực nghiệm bằng cách đánh giá những yếu tố ảnh hưởng đến quá trinh sinh trưởng

và phát triến của tảo với những nồng độ dinh dường NPK, NaHCOa và khả năng thích
nghi của tảo với từng độ mặn khác nhau.

2. Mục tiêu của đề tài
Mục tiêu chung:
Thiết lập mơ hình ni, xây dựng các đường cong sinh trưởng và đánh giá khả

năng thích nghi của tảo với từng độ mặn khác nhau.

Mục tiêu cụ thể:
Thiết lập giàn nuôi tận thu được lượng ánh sáng và đều khí.

Đánh giá sự ảnh hưởng của NaHCOs và nguồn dinh dưỡng phân NPK đen quá
trình sinh trưởng và phát triển của tảo.

Đánh giá khả năng thích nghi của tảo với từng độ măn khác nhau.

3. Ý nghĩa khoa học - kinh tế - xã hội
❖ Ý nghĩa khoa học

Chứng minh được khả năng sinh trưởng và phát trien sinh khối Chỉorella

Vulgaris với qui trình ni chuẩn.
Vận hành mơ hình đe ni tảo có nhiều sinh khối cho ra sản phàm chất lượng.

2


Tảo giúp hấp thu các chất gây ra ô nhiễm của cacbon (CO2, HCO3, cabon hừu
cơ), nitơ, photpho để làm chất dinh dưỡng và ánh sáng mặt trời làm năng lượng để tổng

hợp thành sinh khối tảo có nhiều dinh dưỡng và sản xuất ra oxy (Doan et al., 2019).
❖ Ý nghĩa kinh tế - xã hội

-

Hạ thấp chi phí nuôi tảo.

-

Là nguồn dinh dưỡng chất lượng đe nhân giống thủy hải sản.

-

Tăng sinh khối tạo giá trị kinh tế cao trên thị trường.

-

Là nguồn nguyên liệu xanh sạch cho các ngành khác như mỹ phẩm, dược liệu,

thực phẩm.
-

Xử lý được nguồn nước thải hạ thấp giá thành.

-

Tạo ra nguồn thức ăn xanh an tồn hiệu quả cho chăn ni.

-

Là nguồn thức ăn chủ lực cho artemia một loài sinh vật mang lại giá trị kinh te
cao (Olsen et al., 2000).

❖ Ý nghĩa môi trường

-

Là nguồn nguyên liệu thay thế an tồn (ví dụ như xăng sinh học được sản xuất từ
tảo)

-

Nhờ quá trình quang hợp tổng họp các chất hữu cơ, tảo trong nước tạo ra oxy

giúp giảm đáng ke lượng khí độc trong nước tạo điều kiện phát trien tốt cho sinh
vật đặc biệt là tơm có thể lột xác nhanh.

-

Xử lý được nước thải nuôi tôm tạo môi trường sống khỏe mạnh cho tôm phát
trien tốt giảm dịch bệnh.

4. Giới hạn đề tài
Đe tài “ Nghiên cứu ảnh hưởng của độ mặn khác nhau đến quá trình sinh trưởng
của tảo Chlorella Vulgaris" được nuôi trong phát triến sinh khối qui mơ phịng thí
nghiệm. Tại Khoa Kỳ Thuật Thực Pham và Môi Trường của trường đaị học Nguyễn Tất

Thành.

5. Nội dung đề tài
Thiết kế, xây dựng mơ hình cung cấp ánh sáng và khơng khí đe ni sinh khối
tảo.
3


Đánh giả lượng dinh dưỡng thêm vào tối ưu, hồ trợ quá trình sinh trường và phát
triển của tảo.

Xây dựng các đường cong sinh trưởng và đánh giá khả năng thích nghi của tảo

với từng độ mặn khác nhau.

6. Phương pháp nghiên cứu
❖ Phương pháp thu thập tài liệu:

Đọc hiểu tài liệu và thu thập các thông tin mới nhất đến năm 2020 về đặc điếm
hình thái, sinh sản, quá trình thích nghi của tảo.

Tìm hiếu thêm những bài nghiên cứu đã được cơng bố trên các tạp chí khoa học

nổi tiếng, những bài báo trong nước và cả quốc tế mang lại hiệu quả cao.

Học hỏi kế thừa và nghiên cứu cái mới về qui trình ni tảo Chlorella.
❖ Phương pháp kỹ thuật phịng thí nghiệm:

Tiến hành nghiên cứu tìm ra quy trình chuẩn của việc ni tảo. Vận dụng kiến

thức đã học áp dụng vào các thí nghiệm.
❖ Phương pháp phân tích OD:

Các nghiệm thức được đo 2 ngày 1 lần với sự hồ trợ của máy đo quang phố điện

tử bằng độ hấp thụ bước sóng ở mức 680 nm với sự trợ giúp của máy quang pho

systronics 104 (Devgoswami và cộng sự). Tuy nhiên ở mồi máy đo quang phố sẽ có
những thơng số phù hợp khác nhau, ở nghiên cứu này được đo với bước sóng 690 nm.
❖ Phương pháp phân tích TSS: Các nghiệm thức được đo 2 ngày 1 lần bằng cách

lọc giấy hút chân không và sấy giấy ở 105°C trong 1 giờ, hút ẩm 30 phút và tiến hành
cân giấy ghi kết quả số liệu.
❖ Phương pháp đánh giá: Từ quá trình thí nghiệm và ni tảo, đánh giá được khả

năng phát triển, khả năng thích nghi của tảo từ đó đề ra phương pháp nâng cao chuẩn
quy trình ni tảo Chloreỉla.

4


7. Ket quả mong đợi sau khi kết thúc đề tài
Thiết lập được quy trình chuẩn ni tảo, tìm được phương pháp giúp đều lượng

khí và ánh sáng thêm vào.

Xây dựng phương pháp nuôi tảo cho sinh khối tốt nhất từ các thí nghiệm.
Vận hành tốt mơ hình ni tảo từ đó làm nền tảng cho các nghiên cứu khác về

sau.

5


CHƯƠNG 1. TÓNG QUAN NGHIÊN cứu
1.1.

Đặc điểm, phân loại của tăo Chlorella
Là lồi tảo xanh đon bào có hình cầu hoặc hình elip, khơng có tiêm mao, có nhân

ở giừa. Chlorella có kích thước từ 2 pm đến 10 pm tùy lồi và điều kiện mơi trường
sống khác nhau của chúng, là lồi thực vật khơng có khả năng chủ động di chuyển được
(Tuan). Te bào có dạng hình oval, có thành tế bào dày (100 Hay 200nm) đây là đặc điểm

chính của tảo Chlorella dùng để nhận dạng. Chúng có rất nhiều chất dinh dưỡng nên

thường được dùng làm thực phẩm, thức ăn cho người và các loài thủy hải sản và chăn
nuôi. Chịu được những tác động cơ học nhẹ do màng tế bào có vách cellulose bao bọc.

Cholorelỉa phân bố được ở các thủy vực nước lợ và nước ngọt. Hình thái và chất lượng
tế bào của tảo sẽ bị ảnh hưởng nếu như phải chịu sự thay đổi của môi trường như nhiệt
độ, ánh sáng, các chất dinh dường. Chúng sinh sản rất nhanh và là lồi sinh sản vơ tính.

Thường có su hướng chìm xuống đáy nước, sống tối ưu ở những điều kiện như: Nhiệt

độ, ánh sáng, mơi trường tính kiềm và cần có khơng khí sạch.

Hình 1.1. Hình thái cấu tạo của tảo qua kính hiển vi

1.1.1. Phân loại và tên khoa học tảo Chlorella
• Lớp: Chlorophyceae
6


•

Họ: Occystaceae

•

Bộ: Chlorococcales

•

Chi: Chloreỉỉa

•

Loài: Chlorella Vulgaris Pyrenoidosa (Chlorella Pyrenoidosa)

•

Ngành: Chlorophyta

•

Giới: Plantae (Thực vật) (Bold, 1978).

1.1.2. Quá trình phát triển của tảo
Với nguồn dinh dưỡng phù hợp và điều kiện vật lý, hóa học thuận lợi thì q
trình sinh trưởng của tảo sè trải qua 5 pha phát triển như sau:

Pha chậm: Vi tảo bắt đầu có sự dần thích nghi và tiếp xúc vói mơi trường sống.
Cơ thể tảo tiến hành hấp thu các chất dinh dưỡng và phân cắt tế bào. ớ điều kiện thuận
lợi và có nguồn dinh dưỡng dồi giàu thì quần thể có tốc độ phát triển nhanh.

Pha tăng trưởng: Sau pha chậm, quần thể vi tảo đã đạt đến một mật độ nhất
định, môi trường dinh dưỡng vần còn thuận lợi, vi tảo đẩy nhanh tốc độ tăng trưởng và

đấy mạnh quá trình hấp thu dưỡng chất. Mật độ và sinh khối tảo ở giai đoạn này tăng

lên với tốc độ nhanh nhất.

Pha tăng trưởng chậm: Xuất hiện các yếu tố bất lợi cho tảo phát triển như yếu
tố dinh dưỡng và sự gia tăng các chất kìm hãm trong mơi trường sống. Do vậy tốc độ

sinh trưởng của tảo diễn ra chậm hơn nhiều so với pha tăng trưởng.

Pha cân bang: Sự cân bằng được tạo ra do số lượng vi tảo sinh ra và chết đi gần
bằng nhau.

Pha suy tàn: Khi đạt giá trị cực đại. số lượng vi tảo giảm đi một cách rõ rệt do
khả năng sinh sản của tảo mất dần (Trang, 2013).

7

Thói gian

Hình 1.2. Các giai đoạn phát triển đặc trưng của tảo

1.1.3. Hình thái cấu tạo, sinh sản
Là loại tảo đơn bào và chỉ có một chi. Tảo Chlorella tự sinh sản bằng cách sản

xuất tự động vơ tính ở các tế bào, nên quá trình sinh sản được bắt đầu từ việc tạo nên
bào tử từ trong cơ thể mẹ. Thành tế bào mẹ lúc này bị vờ ra và giải phóng các Autospores

với số lượng từ khoảng 2 đến 16. Tảo Chlorella có cấu trúc khác nhau so với các lồi
và có thành tế bào cứng, dày. Chúng được tìm thấy ở nhiều mơi trường khác nhau, phân
bố rộng khắp như có thể sống ở nước mặn và nước ngọt, đất, sống cộng sinh với các loài

động vật nguyên sinh khác hoặc tảo có the sống tự do một mình (Liu, Sun, & Chen,

2014).
Trong 3 giờ có khả năng tăng gấp đôi mật độ, nên được xem là loài sinh sản

nhanh. Dưới những điều kiện sống tối ưu thì tảo Chloralla sinh sản với tốc độ vơ cùng
lớn. Q trình sinh sản nói chung được chia thành nhiều bước: Sinh trưởng - trưởng

thành - thành thục - phân chia (Toai, 2005). số lượng các loại bài tử có thế là 2-4-8-1632, có trường hợp có the tạo ra đến 64 tự bào tử.

1.2.

Các ứng dụng ciia tảo Chlorella
Tảo Chlorella có rất nhiều cơng dụng trong đời sống và sản xuất. Dùng để bổ

xung các thành phần cần thiết trong thức ăn chăn ni vì trong tảo có chứa các sắc to,
vitamin, chất chống oxy hóa và một chất tăng trưởng. Ngồi ra tảo Chlorella cịn dùng

đế tăng cường hệ miễn dịch và sử dụng thức ăn thúc đấy sinh sản do đó việc sử dụng
sinh khối Chlorella có thể làm tăng giá trị của các sản phẩm động vật cho con người
(Kotrbácek, Doubek, & Doucha, 2015). Với hiện tượng trái đất nóng lên thì vẫn đang là
chủ đề nóng được mọi người quan tâm và tìm tịi ra các giải pháp khắc phục, đặt biệt là

8


làm giảm lượng khí CO2 trên trái đất. Trong đó tảo Chlorella được dùng để làm giảm
đáng ke lượng khí co2 (Keffer & Kleinheinz, 2002). Ngoài ra trên thế giới hiện nay
đang phải đối mặt với việc thiếu nguồn nhiên liệu hóa thạch trong tương lai nếu khai

khác quá mức sè ảnh hưởng nghiêm trọng tới việc phục hoi nhiên liệu, vì vậy tảo
Chlorella có vai trị thai thế các nguồn nhiên liệu hóa thạch cịn là nguồn ngun liệu
sạch góp phần giảm thiểu ơ nhiễm mơi trường (Tuan). Chlorella được xem là một trong
những ứng cử viên tiềm năng cho sản xuất sinh khối được sử dụng trong nuôi trồng thủy
sản, phụ gia, thực phẩm dinh dưỡng và thức ăn chăn ni vì chúng rất giàu Vitamin

(Devgoswami et al., 2011).

Trong hệ sinh thái sinh vật dưới nước, tảo đóng vai trò rất quan trọng ở trong
chuồi thức ăn và chu trình vật chất vì tảo có thể hấp thu các muối dinh dường vơ cơ hịa

tan được ở trong nước và từ đó tổng hợp các chất hữu cơ qua q trình quang hợp (Liên
& Nguyệt, 2011).

Bênh cạnh đó không thể không nhắc đến vi tảo, tảo trong y khoa được dùng làm chất tá
dược bao viên thuốc, thuốc sủi hoặc thuốc viên nang kể cả những loại thuốc khơng tan

ở dạ dày. Ngồi ra tảo cịn được nghiên cứu làm thuốc cầm máu và sát trùng và một số
loại thực phẩm chức năng khác được sản xuất từ tảo giúp tăng cường sức đề kháng cho

hệ miễn dịch (Europe, India, & According to Babadzhanov).
Trong đó những vật liệu hừu cơ được sản xuất từ vi tảo có chứa những chất hữu
ích khác nhau (ví dụ, Protein, Vitamin, Polysacarit, Axit béo khơng bão hịa). Có thể sử

dụng được cho thuốc sinh học, bổ sung chế độ ăn uống, hoạt chất sinh lý. Cịn có thể sử
dụng trong q trình sản xuất các sản phàm giá trị gia tăng (Kotrbácek et al., 2015).
Chlorella là một loại tảo xanh đơn bào được tìm thấy trong nhiều hệ thống thủy

sinh và được bán rộng rãi như một thực phẩm sức khỏe, thực phẩm bổ sung, và dược
phẩm (Morita et al., 1999). Hoa Kỳ, Nhật Bản, Trung Quốc, Đài Loan và Indonesia sản

xuất hơn 2500 tấn Chlorelỉa khơ mồi năm (Gupta, 2001). Nó được coi là một thực phâm
chức năng quan trọng và nguồn dinh dưỡng trong nhiều lĩnh vực do sự phong phú và
ảnh hưởng sức khỏe tích cực của nó. Chlorella bao gom 55-67% protein, 1-4% diệp lục,

9-18% chất xơ và nhiều khoáng chất và vitamin (Shim et al., 2008). Protein của
Chlorella chứa tất cả các axit amin thiết yếu cần thiết cho dinh dường sinh vật dị dưỡng.

9


Chiết xuất của Chlorella đã được ghi nhận là sở hữu đa dạng chống ung thư, chống oxy
hóa, chong viêm (Guzman, Gato, Lamela, Freire-Garabal, & Calleja, 2003), và hoạt

động kháng khuẩn (Hasegawa et al., 1989). Chloreỉla có thể làm giảm huyết áp, giảm

mức cholesterol, tăng tốc chừa lành vết thương và tăng cường hệ thống miễn dịch. Nó

cũng có khả năng làm giảm các triệu chứng và cải thiện chất lượng cuộc sống ở những
người bị đau cơ xơ, tăng huyết áp, hoặc viêm loét đại tràng (Merchant & Andre, 2001)
(Bishop & Zubeck, 2012).
Với nguồn năng lượng hóa thạch đang dần cạn kiệt cùng với việc ô nhiễm môi

trường ngày một tăng và đe lại hậu quả vô cùng lớn. Đã và đang là nguồn thúc đấy thế
giới phải nhanh chóng tìm ra được nguồn ngun liệu mới thay thế và hiệu quả cho vấn

đề năng lượng môi trường. Như vậy Biodiesel được ra đời và giải quyết được những vấn
đề trên. Hiện nay nguyên liệu sản xuất Biodiesel chủ yếu là các nguồn nguyên liệu từ
các phế phẩm vật ni đã qua sửa dụng, các nguồn nơng sản có giá trị thấp như ngô, dầu

ăn phế thải, sắn, dầu dừa, mỡ cá, mỡ lợn (Nguyen, 2016). Nhưng bênh cạnh đó nhừng

nguồn nguyên liệu sản xuất Biodiesel tại Việt Nam có lượng dầu thấp, rất khó khăn trong
thu hoạch, tốn nhiều diện tích ni trồng và đặc biệt là gây ảnh hưởng đến vấn đề lương

thực (Tuan). Đe khắc phục những khó khăn trên thì ngun liệu sinh khối sản xuất
Biodiesel từ tảo được ra đời. Đây sè là nguồn nhiên liệu thay thế và hầu het được làm từ

thực vật nên ít gây độc hại cho con người.

1.3.

Các mơ hình ni và thu hoạch tảo

1.3.1. Các phương pháp ni tảo
Mơ hình ni tảo Chlorella rất đa dạng tảo được ni trong hệ thống kín, hệ
thống hở, trong các ham biogas, trong hình hoặc túi nilon...

Ni từng mẻ: Ni từng mẻ gồm có việc cấy đơn các tế bào trong một thùng

chứa mơi trường, tiếp theo là một thời kì phát triến vài ngày và tiến hành thu hoạch khi

quần the đạt tối đa hoặc gần tối đa. Trong thực hành, tảo được chuyến sang các thùng
ni có dung tích lớn hơn trước khi đạt tới pha on định và sau đó khối lượng ni lớn
được tăng lên với mật độ tối đa và thu hoạch.

10


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

sau

Turbidostat (nuôi cho lên men liên tục): Là hệ thống tự động, mật độ tảo duy trì

ở mức độ xác định trước bằng cách pha lỗng tảo ni với mơi trường. Dinh dưỡng là

khơng hạn che nhưng ánh sáng là bị hạn chế trừ khi mật độ tảo q thấp.
Chemostat (ni ở trạng thái hóa tính): Mơi trường nước được đưa vào hệ thống

ni tuần hoàn nhất định. Một phần dung dịch mới liên tục được bổ sung. Hệ thống này

thường đơn giản và ít tốn kém so với turbidostat.

Nuôi bán liên tục: Kỳ thuật nuôi bán liên tục kéo dài thời gian nuôi tảo, là một

dạng nuôi theo mẻ nhưng sinh khối được kiểm tra định kỳ và giữ ổn định bằng phương
pháp pha lỗng mơi trường. Ni bán liên tục có the thực hiện trong nhà hoặc ở ngồi
trời, nhưng thời gian ni thường khơng đốn trước được. Do tảo ni khơng được thu
hoạch toàn bộ mà thu hoạch từng phần nên phương pháp nuôi bán liên tục cho khối

lượng tảo nhiều hơn so với phương pháp nuôi từng mẻ với cùng một kích thước be ni.

1.3.2. Các phương pháp thu hoạch tảo
Có rất nhiều phương pháp thu hoạch tảo khác nhau. Nhưng đối với tảo Chlorella
vì kích thước của tảo vơ cùng nhở nên khó khăn trong q trình thu hoạch, đặt biệt là

khơng thể dùng được vải lọc có kích thước thông thường.
❖ Phương pháp ly tâm

Theo Glueke và Oswald (1965) đã nghiên cứu ảnh hưởng của phèn,

cacbonmetylxenluloz bentonid và vôi đến hiệu quả thu hồi tảo bằng phương pháp ly
tâm, họ đã rút ra kết luận là khi cho các chất phụ gia đó vào dung dịch và đưa độ pH tới
6,8 thì việc thu hoi tảo bằng việc ly tâm khá tốt. Nhưng giá thành khi thu hoạch tảo có

the sử dụng phụ gia khá cao, cho thấy phương pháp này chua thật sự hiệu quả về mặt
kinh tế.
❖ Phương pháp kết tụ và tuyển nổi

11


Nhiều nhà khoa học đẫ sử dụng thành công phương pháp kết tụ và tuyến nối đế

thu hoạch tảo. Theo phương pháp này đầu tiên ngươi ta cho phèn (là chất kết tụ) đe kết
tụ tảo lại sau đó sục khơng khí vào để các cụm kết tủa đó nổi lên và người ta vớt ra

ngoài.

Tuy nhiên theo phương pháp này phải tiêu tốn khá nhiều hoá chất (liều lượng
phèn tới 70 - 100 mmg/1 lít dung dịch), do hàm lượng phèn cao như vậy trong sản phẩm

có thể gây độc hại đối với các động vật nuôi.
❖

Phương pháp tự kết tủa

Tự kết tủa là hiện tượng lắng đọng tảo sau một thời gian nuôi cấy do độ pH tăng
lên rất cao. Vì tảo tiêu thụ CO2 nên độ pH tăng lên dần dần tới việc kết tủa của hydroxyt
magie (Mg(OH)2) và cacbonatcanxi (CaCCh) sẽ kéo theo tảo lắng xuống.
Việc thu hoạch tảo theo phương pháp này có một số nhược điểm: Do thu hoạch
bằng lắng trọng lực dẫn tới yêu cầu phải tuyệt đoi tĩnh, nhiệt độ và thời tiết có thế ảnh

hưởng tới việc tăng cao pH do đó ảnh hưởng tới việc lang đọng tảo, mặt khác theo

phương pháp này cần một diện tích khá rộng.

1.4.

Các nghiên cứu về các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình sinh trưởng của tảo

1.4.1. Điều kiện môi trường nền
Tảo muốn phát trien tốt cần phải được sống trong môi trường ánh sáng nhất định.

Trong giai đoạn tăng trưởng quang tự dưỡng của tảo thì ánh sáng được xem là nguồn

năng lượng chính. Hiện nay ni tảo với nguồn sáng tự nhiên còn rất hạn chế, nhất là
vào những lúc trời mưa ánh ánh sẽ rất yếu và trong những tháng hè ánh sáng rất mạnh,

chúng đều là những yếu to ảnh hưởng đến vi tảo. Đe có được lượng ánh sáng tối ưu,
đảm bảo được nguồn dinh dưỡng của tảo thì việc tìm ra giải pháp ni tảo bằng ánh

sáng nhân tạo là phù hợp nhất (Yan, Zhao, Zheng, & Luo, 2013).

1.4.1.1. Nhiệt độ:
ớ một mức nhiệt độ vừa phải sẽ tác động tích cực cho các q trình quang hợp
cùa tảo, giúp cho các hoạt động emzym bên trong tế bào và sự phân chia tế bào được

diễn ra thuận lợi hơn. Nhiệt độ toi ưu phù hợp nhất với tảo Chlorella là 37°c phù họp
12


cho sự phát triển trong điều kiện khác nhau cùa Nitơ. Ngồi ra cịn một số lồi Chlorelỉa

song tốt ở nhiệt độ cao hơn từ 38°c đến 42°c còn được gọi là nhùng loài ưa nhiệt (Saad

et al.,2019).
Ngoài ra ở một số loài Chlorella theo Attilio Convert! và cộng sự thì nhiệt độ tốt

nhất của tảo Chlorella Vulgaris nằm trong khoảng từ 25°c đến 30°C tùy loài. Và dường

như quá trình phát triển của Chlorella đều bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ trên 30°C. Đặc biệt

nhiệt độ tối ưu là 25°c và có thể phát triển đến 38°c. Nếu nhiệt độ quá 38°c thì các tế

bào tảo sẽ bị chết và chuyến từ màu xanh sang màu nâu (A. Convert!, A. Casazza, E.
Ortiz, p. Perego, & M. Del Borghi, 2009).

1.4.1.2.

Ánh sáng

Là nguồn năng lượng chính cho q trình quang tong họp vật chất hữu cơ từ
cacbondioxide của tảo. Ánh sáng là yếu tố môi trường quan trọng đối với sự phát triển

của tảo, Ảnh hưởng của ánh sáng đến sự sinh trưởng của tảo được thể hiện ở chất lượng
ánh sáng (phố màu), cường độ ánh sáng và thời gian chiếu sáng. Khi tảo sinh trưởng
trong điều kiện nhiệt độ và cơ chất ổn định thì tốc độ sinh trưởng chỉ phụ thuộc vào điều

kiện ánh sáng.
Tảo Chlorella cũng như tất cả các lồi thực vật khác, có thể tổng hợp cacbon vô
cơ thành vật chất hữu cơ nhờ vào q trình quang hợp trong đó ánh sáng đóng vai trị

quan trọng như một nguồn năng lượng cho q trình quang họp. Theo Graham và
Wilcox (2000), tảo có đặc điểm hiệu ứng lại với sự tăng lên của cường độ ánh sáng. Khi
cường độ ánh sáng ở mức thấp thì tỉ lệ quang hợp sè cân bằng với tỉ lệ hô hấp, đây gọi

là điểm đền bù, khi cường độ ánh sáng lớn hơn điểm đền bù, thì quang họp sè cao hơn
so với hô hap. Neu tảo ở trong điều kiện ánh sáng thấp nhiều giờ chúng sè thích nghi

bằng cách tăng hàm lượng chlorophyll trong cơ the. Khi ánh sáng nằm trong mức giới

hạn thì quá trình quang họp sè tăng lên với sự tăng lên của cường độ ánh sáng. Khi ánh

sáng tiếp tục tăng lên tốc độ quang hợp giảm và tốc độ quang họp sẽ ngược với ánh sáng

khi vượt qua giới hạn giá trị cao nhất mồi lồi tảo khác nhau sẽ thích họp với mức ánh

sáng khác nhau. Tảo sè giảm lượng chlorophyll trong tế bào khi cường độ ánh sáng vượt

13


qua giới hạn thích ứng, khi tảo ở trong điều kiện ánh sáng cao kéo dài sè dẫn đến sự tốn

hại quá trình quang tổng hợp trong tế bào.
Tùy thuộc vào điều kiện nuôi đe biết được cường độ ánh sáng đó có thích hợp

hay khơng. Trong điều kiện bình thủy tinh, dung tích nhỏ cường độ ảnh sáng địi hởi

càng lớn, khoảng 5000 - 10000 lux. Neu sử dụng ánh sáng nhân tạo thì thời gian chiếu
sáng ít nhất 18 giờ/ngày.
Ánh sáng trắng (ánh sáng đèn huỳnh quang) cho ra ánh sáng rất gần với ánh sáng
mặt trời. Ánh sáng trắng (đa sắc) cho hiệu quả xử lý ở mức trung bình bởi nó chửa cả

những ánh sáng hiệu quả cao và hiệu quả thấp (Cheng Yan, Yongjun Zhao, Zheng

Zheng, & Luo., (2013)). Tuy nhiên, kết quả nghiên cứu của Kim và cộng sự (2012)
(Kim, Lee, Han, & Hwang, 2013) lại chỉ ra rằng tốc độ sinh trưởng của tảo khi sử dụng
ánh sáng trắng (400 - 700 nm) tăng 45% so với sử dụng từng ánh sáng đơn sắc (đỏ, xanh

lam, xanh lục).

1.4.1.3.

Độ sục khí

Điều kiện khuấy sục của mơi trường ni góp phần quyết định đến năng suất của

tảo. Một so nhận xét về sự khuấy sục môi trường cho thấy, ở che độ khuấy sục môi

trường thì năng suất sinh khối tảo thu được cao hơn 30% so với ở chế độ khơng khuấy
sục. Nhờ có khuấy sục môi trường mà các chất dinh dưỡng được phân bố đều trong môi
trường, tránh được cường độ ánh sáng quá mạnh đồng thời tăng hiệu suất sử dụng ánh

sáng của tế bào tảo do khả năng tiếp nhận ánh sáng của tảo ở lớp sâu sẽ được xáo trộn
lên lóp trên, phịng ngừa điều kiện yếm khí. Tuy nhiên nếu cường độ xáo trộn quá mạnh
sẽ làm giảm khả năng hấp thu ánh sáng cùa tảo, giảm sự tăng trương của tảo do xảy ra
sự va đập quá mạnh.
Việc cung cấp khí cịn có những vai trị quan trọng như tránh làm cho tảo lắng

xuống đáy, đảm bảo cho tế bào tảo hấp được đầy đủ các chất dinh dưỡng và ánh sáng.

Mặt khác sục khí cịn hạn chế cho sự phân tầng nhiệt độ, trong kim loại nặng có sự kết
tủa như sự lẳng đáy và dần đến sự kết tủa các hợp chất hữu cơ. Trong trường hợp ni

với mật độ cao, CƠ2 từ khơng khí (chỉ chứa 0,03% CO2) sẽ làm hạn chế sinh trưởng của
tảo. Việc bổ sung CO2 có tác dụng giúp ổn định pH do cân bằng giữa CO2 và H2CO3.

14


1.4.1.4.

Yeu tố pH

Khi pH của môi trường quá thấp hoặc quá cao đều làm chậm tốc độ tăng trưởng

của tảo, có thể dẫn tới tàn lụi. pH của mơi trường có ảnh hưởng rất lớn đến sự phát triển
của tảo, mồi loại tảo đều sinh trưởng và phát triển ở một khoảng giá trị pH nhất định.

Giống tảo Chlorella vulgaris phát triển bình thường ở giá trị pH thích hợp từ 6 - 8,5,
nếu pH lớn hơn 8,5 thì ta sục thêm khí CƠ2 vào cịn ph nhỏ hơn 8,5 thì ngưng sục khí.

Thơng thường khoảng pH cho phép dao động trong khoảng từ 7-9. Trong đó, tảo cho
sinh khối lớn nhất tải khoảng pH từ 5,5 đến 7,0 còn tại pH 11,5 gần như tảo không phát
triển được, tại pH = 3,0 thì tảo vẫn có thể tồn tại nhưng bị kìm hãm mọi hoạt động

(Trang, 2013).

1.4.2. Yeti tố độ mặn
Khi một lượng nhỏ NaCl được thêm vào môi trường nuôi tảo, sắc tố quang hợp

trong tảo tăng mạnh. Do đó, q trình quang hợp diễn ra tích cực hơn và nó dường như
làm tăng sinh khối của vi tảo (Yun, Hwang, Han, & Ri, 2019). Sankar và

Ramasubramanian (2012) cho thấy rằng mồi môi trường sinh trưởng khác nhau có ảnh
hưởng khác nhau đến tảo Chlorella Vulgaris. Khi mà nong độ của NaCl trên 30,0 g/L,
Chlorella không the chịu được lượng muối q lớn và do đó khơng quan sát thấy sự phát

triển của tảo (Barghbani et al 2012) (Fathi & Asem, 2013).

1.4.3. Yen tố sinh học
Các nguồn gây ô nhiễm sinh học chủ yếu:
Lây nhiễm vi khuẩn, nguyên sinh động vật hoặc của các loài tảo khác là vấn đề
khó khắc phục đối với việc ni cấy tảo thuần chủng cũng như nuôi cấy vô trùng. Các

nguồn gây nhiễm phố biến nhất gom có mơi trường ni (nước và các chất dinh dưỡng),
khơng khí, bình ni và tình trạng giống nuôi cấy ban đầu.

Tảo bị nhiễm tạp sẽ ức chế về nhiều mặt trong quá trình phát triển dần đến sinh
khối đạt được không cao và chất lượng tảo giảm đi rất nhiều, thậm chí khơng thể sử

dụng được. Sự cạnh tranh về dinh dưỡng, ánh sáng, CO2 và ảnh hưởng của một số chất

15