Khảo sát một số phương pháp trích ly lipid thô từ sinh khối vi tảo nannochloropsis oculata

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA KỸ THUẬT HÓA HỌC
BỘ MÔN CÔNG NGHỆ SINH HỌC





LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC


KHẢO SÁT MỘT SỐ PHƢƠNG PHÁP TRÍCH
LY LIPID THÔ TỪ SINH KHỐI VI TẢO
NANNOCHLOROPSIS OCULATA



SVTH: NGUYỄN ANH KHOA
MSSV: 60604190
CBDH: PGS. TS. NGUYỄN ĐỨC LƢỢNG



Tp. Hồ Chí Minh, 01/2011


ii

LỜI CẢM ƠN

Công trình nghiên cứu này được thực hiện tại Bộ môn Công Nghệ Sinh Học,
Khoa Kỹ Thuật Hóa Học, trường Đại học Bách Khoa Thành phố Hồ Chí Minh trong
thời gian từ 01/09/2010 đến 30/12/2010. Trong thời gian thực hiện nghiên cứu này, tôi
đã nhận được sự giúp đỡ và quan tâm từ nhiều người:
Phó Giáo Sư, Tiến Sĩ Nguyễn Đức Lượng – Bộ môn Công Nghệ Sinh Học,
Đại học Bách Khoa Thành phố Hồ Chí Minh đã gợi ý đề tài, cung cấp giống, và tận
tình giúp đỡ trong công tác nghiên cứu.
Kỹ sư Huỳnh Nguyễn Anh Khoa – Bộ môn Công Nghệ Sinh Học, Đại học
Bách Khoa Thành phố Hồ Chí Minh đã giúp tôi giải quyết một số vấn đề về kỹ
thuật nuôi trồng vi tảo thu sinh khối và kỹ thuật chiết tách lipid.
Toàn thể thầy cô cùng các cán bộ quản lý phòng thí nghiệm – Bộ môn Công
Nghệ Sinh Học, Đại học Bách Khoa Thành phố Hồ Chí Minh đã tạo điều kiện hết
sức thuận lợi cho tôi trong việc sử dụng các dụng cụ và trang thiết bị để nghiên cứu.
Gia đình tôi vì đã ủng hộ về mặt tinh thần và hỗ trợ tài chính để tôi có thể
hoàn thành nghiên cứu một cách tốt nhất.
Các bạn lớp HC06BSH, cùng toàn thể các anh chị thuộc khóa cao học 2008 đã
cùng tôi chia sẻ các hóa chất, dụng cụ, và động viên tinh thần lẫn nhau trong suốt
thời gian nghiên cứu này.
Xin gởi đến những người kể trên lời cảm ơn chân thành nhất!





iii

TÓM TẮT
Nannochloropsis oculata là loài vi tảo có khả năng tích lũy lipid với hàm lượng
cao thích hợp cho việc nuôi trồng ở quy mô lớn để cung cấp cho ngành công nghiệp
sản xuất biodiesel. Nghiên cứu trích ly lipid từ sinh khối Nannochloropsis oculata với

dung môi hữu cơ có kết hợp xử lý sóng siêu âm và vi sóng cho thấy hiệu suất trích ly
tăng lên đáng kể. Nghiên cứu tìm ra được rằng đối với dung môi n-hexane, quá trình
trích ly kết hợp với xử lý sóng siêu âm trong 15 phút, thể tích dung môi 20 ml/g sinh
khối khô, thời gian tiếp xúc pha từ 20-24 giờ cho hiệu suất trích ly là cao nhất. Bên
cạnh đó, trích ly sử dụng hỗn hợp dung môi chloroform:methanol:nước (3:1:1 v/v/v)
kết hợp xử lý với năng lượng vi sóng trong 10 phút, thể tích hỗn hợp chloroform +
methanol là 30 ml/g sinh khối khô, thời gian tiếp xúc pha từ 15-24 giờ cho hiệu suất
trích ly cao nhất.
ABSTRACT
Nannochloropsis oculata, a green microalgal strain with ability of accumulating
high lipid content has potential for large scale production of biomass supply to
biodiesel industry as a feedstock. In this research, the extraction of total lipid from
Nannochloropsis oculata biomass with the combination of organic solvent and
ultrasound irradiation or microwave energy give higher lipid yields. The optimal
procedure for using n-hexane as solvent involves the extraction of 1 g dry biomass
with 20 mL solvent for 15 minutes in a ultrasonic bath (average ouput of 100 W),
which immediately follow the sample to immerse in solvent for 20÷24 hours. The
optimal procedure for using the mixture chloroform:methanol:water (3:1:1 v/v/v) as
solvent involves the extraction of 1 g dry biomass with 30 mL solvent (mixture of
chloroform and methanol) for 10 minutes in a microwave oven (average output of 900
W), which immediately follow the sample to immerse in solvent for 15÷24 hours.



iv

MỤC LỤC
CÁC TỪ VIẾT TẮT vi
DANH MỤC BẢNG vii
DANH MỤC HÌNH viii

CHƢƠNG 1: MỞ ĐẦU 1
1.1. Đặt vấn đề 1
1.2. Mục tiêu nghiên cứu 2
1.3. Nội dung nghiên cứu 2
CHƢƠNG 2: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 3
2.1. Giới thiệu về lipid vi tảo 3
2.1.1. Lipid và vai trò của lipid trong tế bào 3
2.1.2. Sự hình thành lipid trong tế bào vi tảo 4
2.2. Nuôi trồng và thu nhận sinh khối vi tảo 8
2.2.1. Sơ lược về vi tảo 8
2.2.2. Lợi ích của việc sử dụng vi tảo trong sản xuất biodiesel 9
2.2.3. Tiến trình phát triển nuôi trồng vi tảo 10
2.2.4. Các kiểu nuôi trồng vi tảo thu nhận lipid 11
2.3. Nannochloropsis oculata và tiềm năng cho sản xuất biodiesel 12
2.3.1. Nguồn gốc – phân loại 12
2.3.2. Đặc điểm hình thái 13
2.3.3. Đặc điểm sinh lý 13
2.3.4. Đặc điểm sinh hóa 13
2.4. Các phương pháp trích ly lipid từ sinh khối 16
2.4.1. Các phương pháp phá vỡ tế bào 16
2.4.2. Lý thuyết trích ly với dung môi hữu cơ 22
2.5. Một số nghiên cứu có thu nhận và ứng dụng lipid vi tảo 26
2.5.1. Nghiên cứu sử dụng chất trợ lắng để thu sinh khối vi tảo 27
2.5.2. Nghiên cứu cải thiện khả năng tích lũy lipid của vi tảo 27
2.5.3. Nghiên cứu chuyển hóa lipid vi tảo thành nhiên liệu biodiesel 28
CHƢƠNG 3: VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 29


v

3.1. Nguyên vật liệu 29
3.1.1. Nguồn gốc và cách trữ giống 29
3.1.2. Môi trường nuôi cấy 29
3.2. Phương pháp nghiên cứu 30
3.2.1. Khảo sát hình thái 31
3.2.2. Nhân giống 31
3.2.3. Hệ thống nuôi cấy 31
3.2.4. Thiết bị phân tích 32
3.2.5. Thu hoạch và định lượng sinh khối 32
3.2.6. Các phương pháp trích ly lipid được sử dụng 33
3.3. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình chiết lipid 37
3.3.1. Khảo sát ảnh hưởng của thời gian xử lý mẫu. 39
3.3.2. Khảo sát ảnh hưởng của thể tích dung môi. 39
3.3.3. Khảo sát ảnh hưởng của thời gian tiếp xúc pha. 40
CHƢƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 41
4.1. Hình thái vi tảo Nannochloropsis oculata 41
4.2. Các vấn đề khi thu hoạch sinh khối 42
4.3. Ảnh hưởng của thời gian xử lý mẫu lên từng phương pháp trích ly 44
4.3.1. Sử dụng dung môi n-hexane 44
4.3.2. Sử dụng hỗn hợp chloroform-methanol-nước 46
4.4. Ảnh hưởng của thể tích dung môi trong quá trình trích ly 49
4.5. Ảnh hưởng của thời gian tiếp xúc pha 52
4.6. So sánh hiệu quả trích ly của hai loại dung môi 54
CHƢƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 56
5.1. Kết luận 56
5.2. Kiến nghị 56
TÀI LIỆU THAM KHẢO 58
PHỤ LỤC 62

vi

CÁC TỪ VIẾT TẮT
ACAC : Acetyl-CoA carboxylase
ACP: Acyl Carrier Protein.
ASP: Aquatic Species Program
ASTM: American Society for testing Materials.
EPA: Eicosapentaenoic acid
DHA: Docosahexaenoic acid
NADPH: Nicotinamide adenine dinucleotide.
NREL: National Renewable Energy Laboratory.


vii

DANH MỤC BẢNG
Bảng 2.1. Hàm lượng và năng suất lipid của các loài vi tảo khác nhau 15
Bảng 2.2. Tóm tắt các phương pháp pháp hóa học dùng để phá vỡ tế bào 21
Bảng 2.3. Các tính chất của một số dung môi thường dùng nhất 23


viii

DANH MỤC HÌNH
Hình 2.1. Cấu tạo triglyceride 3
Hình 2.2. Cấu tạo choline phospholipid 3
Hình 2.3. Cơ chế xúc tác của acetyl-CoA carboxylase hình thành malonyl-CoA 4
Hình 2.4. Con đường sinh tổng hợp acid béo 6
Hình 2.5. Con đường sinh tổng hợp triglyceride 7
Hình 2.6. Thành phần acid béo trong các nhóm lipid chính của loài

Nannochloropsis sp. 14
Hình 2.7. Các phương pháp phá vỡ tế bào 16
Hình 2.8. Cấu tạo thiết bị đồng hóa áp suất cao 17
Hình 2.9. Ảnh kính hiển vi điện tử mô tả tế bào Lactobacillus delbrueckii sau khi qua
các cấp đồng hóa 18
Hình 2.10. Hình kính hiển vi điện tử mô tả tế bào Lactobacillus delbrueckii trong sữa
gầy sau khi nghiền bi 19
Hình 2.11. Động học quá trinh trích ly lipid từ N. oculata sử dụng phương pháp Folch
kết hợp với sử dụng sóng siêu âm 24
Hình 2.12. Cấu trúc tế bào vi tảo trước và sau khi trích ly với các phương pháp khác
nhau 26
Hình 3.1. Sơ đồ nghiên cứu tổng quát 30
Hình 3.2. Hệ thống nuôi vi tảo quy mô bình 5 lít 31
Hình 3.3. Thiết bị hỗ trợ sục khí 32
Hình 3.4. Quy trình trích ly lipid có xử lý với sóng siêu âm 34
Hình 3.5. Sơ đồ thiết bị xử lý sóng siêu âm 35
Hình 3.6. Quy trình trích ly lipid có xử lý với lò vi sóng 36
Hình 3.7. Quy trình thí nghiệm khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến trích ly lipid 38
Hình 4.1. Tế bào N. oculata dưới vật kính ×100 ở ngày nuôi cấy thứ 2 41


ix

Hình 4.2. Hình thái N. oculata dưới vật kính ×100 ở ngày nuôi cấy thứ 11 41
Hình 4.3. Đồ thị sự phát triển sinh khối N. oculata theo thời gian 42
Hình 4.4. Phễu chiết thu dịch tảo cô đặc 44
Hình 4.5. Sinh khối khô 44
Hình 4.6. Đồ thị biểu diễn hàm lượng lipid thô thu được bằng dung môi n-hexane khi
xử lý mẫu ở các thời gian khác nhau 45
Hình 4.7. Đồ thị biểu diễn hàm lượng lipid thô thu được bằng dung môi chloroform-

methanol-nước sau khi xử lý mẫu với các thời gian khác nhau 47
Hình 4.8. Sự phụ thuộc của hàm lượng lipid thô vào thể tích dung môi khi xử lý với n-
hexane trong điều kiện sử dụng sóng siêu âm 49
Hình 4.9. Sự phụ thuộc của hàm lượng lipid thô vào thể tích dung môi khi xử lý với
hỗn hợp dung môi chloroform – methanol trong điều kiện sóng siêu âm 51
Hình 4.10. Sự ảnh hưởng của thời gian tiếp xúc pha lên hàm lượng lipid thô khi trích
ly bằng n-hexane kết hợp với sóng siêu âm 52
Hình 4.11. Sự ảnh hưởng của thời gian tiếp xúc pha lên hàm lượng lipid thô khi trích
ly bằng tổ hợp dung môi kết hợp với năng lượng vi sóng 53
Hình 4.12. Dịch chiết với n-hexane 54
Hình 4.13. Dịch chiết với hỗn hợp chloroform + methanol 54


Chương 1: Mở đầu
1

CHƢƠNG 1: MỞ ĐẦU
1.1. Đặt vấn đề
Ngày nay, nhân loại đã đạt được nhiều thành tựu khoa học kỹ thuật vượt bậc để
phục vụ cho cuộc sống, dẫn đến việc phát triển quá mức của các ngành công nghiệp.
Đồng thời, sự bùng nổ dân số đã khiến cho nhu cầu về năng lượng ngày càng cao. Các
nguồn năng lượng hóa thạch như dầu mỏ, than đá, khí đốt phục vụ cho công nghiệp và
dân dụng đang dần cạn kiệt. Hơn nữa, sử dụng các nguồn năng lượng này gây ra
những hậu quả nghiêm trọng như làm ô nhiễm môi trường sống, và đặc biệt là làm gia
tăng hiệu ứng nhà kính. Vì vậy, việc tìm ra một nguồn năng lượng mới có nhiều ưu
điểm hơn để thay thế cho nguồn năng lượng hóa thạch là hết sức cần thiết.
Nguồn sinh khối trên trái đất được xem là vô tận nếu được sử dụng một cách hợp
lý. Điển hình là dầu thực vật, mỡ động vật đã được nghiên cứu chuyển hóa thành nhiên
liệu biodiesel sử dụng được cho động cơ đốt trong. Nhiên liệu biodiesel có nhiều ưu
điểm so với nhiên liệu hóa thạch như: không độc hại, phân hủy được trong tự nhiên, có

khả năng tái sinh, đạt được các chỉ tiêu về môi trường, và nhiều ưu điểm khác nữa khi
ứng dụng cho động cơ đốt trong.
Dầu mỡ động thực vật là nguồn nguyên liệu chính để chuyển hóa thành biodiesel.
Tuy nhiên, nguồn nguyên liệu này không thể đáp ứng cho nhu cầu năng lượng đang
ngày một gia tăng hiện nay. Nguyên nhân là dầu thực vật có giá thành cao và yêu cầu
nhiều diện tích để canh tác cây trồng, còn mỡ động vật từ các quy trình thực phẩm có
chất lượng kém ảnh hưởng đến thành phẩm. Vì thế, việc tìm kiếm ra nguồn sinh khối
giàu lipid, chu trình phát triển ngắn để sản xuất biodiesel đạt tiêu chuẩn đã thu hút
được nhiều sự quan tâm. Một số loài vi tảo đã đáp ứng được yêu cầu này với các ưu
điểm như hiệu quả quang hợp cao, tốc độ sinh trưởng nhanh, tính chất nhiên liệu thành
phẩm đạt tiêu chuẩn của ASTM của Hoa Kỳ [27].
Với tình hình các nước trên thế giới đang chuyển dần qua sử dụng các loại nhiên
liệu sạch, việc tiến hành nghiên cứu và nuôi trồng vi tảo ở quy mô lớn là một hướng
thu nhận lipid làm nguyên liệu cho sản xuất biodiesel rất có tiềm năng. Điển hình là
Nannochloropsis oculata, một loài vi tảo với hàm lượng lipid 22.7-29.7 % sinh khối
khô [37].

Chương 1: Mở đầu
2

Trong quá trình sản xuất lipid từ vi tảo, khâu chiết xuất lipid từ sinh khối giữ vai
trò không kém phần quan trọng so với khâu nuôi trồng. Mỗi loại sinh khối khác nhau
sẽ phù hợp với một phương pháp trích ly lipid khác nhau. Việc tìm ra phương pháp
trích ly thích hợp sẽ đóng góp vào việc làm tăng hiệu quả sản xuất lipid từ vi tảo.
Trước đây đã có nhiều công trình nghiên cứu trích ly lipid từ sinh khối vi tảo.
Tuy nhiên, đối với trường hợp cụ thể là giống N. oculata thì vẫn chưa được tiến hành.
Từ thực trạng này, thấy rằng việc khảo sát các phương pháp trích ly lipid có trong sinh
khối vi tảo N. oculata phục vụ cho các nghiên cứu liên quan đến sản xuất biodiesel là
rất cần thiết.
1.2. Mục tiêu nghiên cứu

Trong đề tài này, hướng nghiên cứu tập trung vào hai mục tiêu chính sau đây:
- Tìm ra phương pháp xử lý sinh khối thích hợp cho từng loại dung môi.
- Tìm ra thể tích dung môi, thời gian tiếp xúc pha thích hợp cho từng phương
pháp.
- So sánh hiệu quả trích ly lipid giữa các phương pháp để tạo tiền đề cho các
nghiên cứu về sản xuất biodiesel từ vi tảo sau này.
1.3. Nội dung nghiên cứu
Với những mục tiêu như trên, tiến hành nghiên cứu các nội dung sau:
- Khảo sát lượng lipid thô thu được khi xử lý sinh khối với sóng siêu âm và vi
sóng với thời gian khác nhau cho từng loại dung môi.
- Khảo sát ảnh hưởng của thể tích dung môi lên lượng lipid thô trích ly được.
- Khảo sát ảnh hưởng của thời gian tiếp xúc pha giữa sinh khối với dung môi
lên lượng lipid thô trích ly được.

Chương 2: Tổng quan tài liệu
3

CHƢƠNG 2: TỔNG QUAN TÀI LIỆU
2.1. Giới thiệu về lipid vi tảo
2.1.1. Lipid và vai trò của lipid trong tế bào
Lipid là tập hợp nhiều hợp chất hữu cơ khác nhau có tính chất chung là không
tan trong nước. Trong tế bào tồn tại hai dạng chính, đó là các lipid dự trữ – trung
tính và lipid màng – phân cực, các lipid còn lại tuy hiện diện rất ít nhưng lại có các
hoạt tính sinh học cực kỳ quan trọng [3].
Triacylglycerol, hay còn gọi là triglyceride là lipid dự trữ có cấu tạo đơn giản
nhất gồm 3 acid béo nối với glycerol thông qua liên kết ester (hình 2.1). Ở đa số các
tế bào eukaryote, triacylglycerol thường tích lũy ở những phase riêng biệt dạng giọt
mỡ hoặc dầu, đó chính là những nơi dự trữ năng lượng. Đa số các chất béo trong tế
bào là hỗn hợp của các triacylglycerol cấu tạo từ các acid béo có độ dài và độ bão
hòa khác nhau. Thành phần của các acid béo quyết định các tính chất của chất béo

đó. Hơn nữa, do các acid béo có độ khử cao nên quá trình oxy hóa triacylglycerol
giải phóng ra một lượng lớn năng lượng [3].

Hình 2.1. Cấu tạo
triglyceride [3]


Hình 2.2. Cấu tạo choline phospholipid [3]
Mặt khác, các loại lipid cấu tạo nên màng tế bào bao gồm hai lớp có đầu ưa
nước hướng ra ngoài và đuôi kị nước nằm cuộn bên trong giữa hai lớp ưa nước
(hình 2.2). Màng lipid có nhiều loại là do sự đa dạng trong liên kết giữa đuôi kị
nước và đầu ưa nước. Có ba kiểu màng đó là màng sphinggolipid, màng
glycerophospholipid, và màng sterol [3].

Chương 2: Tổng quan tài liệu
4

Để xác định các thành phần của lipid, cần phải tách chiết chúng từ tế bào với
các loại dung môi hữu cơ. Sau đó dùng các phương pháp khác nhau để phân tích
chúng như sắc ký khí lỏng, sắc ký bản mỏng, phản ứng thủy giải enzyme, …
2.1.2. Sự hình thành lipid trong tế bào vi tảo
Thành phần của các loại dầu mỡ chủ yếu là các phân tử triglyceride. Điển hình
như lipid tách chiết từ thực vật có đến 90-98% là triglyceride, 1-5% acid béo tự do,
còn lại phosphospholipid và các lipid khác [38, 53]. Vì thế người ta chỉ quan tâm
nhiều đến triglyceride để sản xuất các sản phẩm như dầu ăn hoặc nhiên liệu.
Các loài quang tự dưỡng như thực vật, vi tảo có thể sử dụng nguồn carbon
dioxide và ánh sáng mặt trời để tổng hợp nên lipid ở các điều kiện nuôi cấy khác
nhau [32]. Còn ở cơ thể động vật, một lượng lớn triacylglycerol được tổng hợp và
dự trữ trong cơ thể từ các nguồn thức ăn khác nhau [3].
Tế bào vi tảo có khả năng sử dụng các nguồn carbon như CO

2
, glucose, muối
acetate, … để tổng hợp nên các phân tử lipid. Con đường hình thành triglyceride ở
vi tảo diễn ra theo ba bước:
Bước 1: phân tử acetyl coenzyme A (acetyl-CoA) hình thành từ quá trình
quang hợp và chu trình Calvin diễn ra trong tế bào chất. Đồng thời malonyl-CoA
cũng được hình thành từ phản ứng giữa aceyl-CoA và ion bicarbonate với sự xúc
tác của enzyme acetyl-CoA carboxylase.

Hình 2.3. Cơ chế xúc tác của enzyme acetyl-CoA carboxylase (ACAC)
hình thành malonyl-CoA [3]
Hình 2.3 thể hiện cơ chế xúc tác của enzyem acetyl-CoA carboxylase. Enzyme
này chứa ba tiểu đơn vị có chức năng khác nhau: tiểu đơn vị thứ nhất là protein
chứa biotin với hoạt tính biotincarboxylase có chức năng hoạt hóa và gắn CO
2
vào

Chương 2: Tổng quan tài liệu
5

nguyên tử nitơ trong vòng biotin, protein thứ hai có hoạt tính transcarboxylase xúc
tác quá trình chuyển CO
2
gắn lên acetyl-CoA để tạo ra malonyl-CoA.
Bước 2: kéo dài mạch và thêm các nối đôi vào mạch carbon của phân tử acid
béo.
Về tổng thể, acid béo được tổng hợp và kéo dài thêm từng 2 nguyên tử carbon
trong một chu trình gồm 4 phản ứng, kéo dài chuỗi carbon tới C16 hoặc C18 thì
dừng lại và chuỗi carbon sẽ tách khỏi phức xúc tác.
Quá trình tổng hợp acid béo sử dụng cofactor là NADPH và nhóm hoạt hóa là

hai nhóm –SH khác nhau liên kết với enzyme cùng nằm trong phức enzyme tổng
hợp acid béo (fatty acid synthase). Phức enzyme này có bảy tâm hoạt động nằm trên
bảy sợi polypeptide khác nhau và trong suốt quá trình tổng hợp sản phẩm trung gian
(chuỗi carbon đang kéo dài) luôn gắn vào một trong hai nhóm –SH nói trên.
Bảy tâm hoạt động nói trên sẽ lần lượt xúc tác quá trình gắn thêm hai nguyên
tử carbon vào sợi acid béo đang tổng hợp và được di chuyển bởi protein mang
nhóm acyl (acyl carrier protein – ACP). ACP chứa 4’phosphopantetheine dạng sợi
làm “tay nối” giữ sợi acyl của acid béo đang hình thành trên bề mặt của phức
enzyme và chuyển nó từ tâm hoạt động này sang tâm hoạt động kế tiếp nằm bên
cạnh.
Trong quá trình sinh tổng hợp acid béo, phân tử acetyl-CoA đóng vai trò là
mồi. Và quá trình kéo dài mạch carbon cần có sự kết hợp với malonyl-CoA. Nhưng
cơ chất mà các enzyme tác động lên là acetyl-ACP và malonyl-ACP.
Trước tiên, xảy ra phản ứng trùng ngưng acetyl-coA với nhóm –SH của
enzyme acetyl-CoA-ACP acyl transferase, tiếp theo malonyl-CoA được chuyển lên
nhóm –SH của ACP nhờ enzyme malonyl-CoA-ACP acyl transferase. Sau đó, hai
nhóm acetyl và malonyl được hoạt hóa để nối với nhau trong chu kỳ phản ứng sau:

Chương 2: Tổng quan tài liệu
6


Hình 2.4. Con đường sinh tổng hợp acid béo [27].
 Phản ứng trùng ngưng acetyl và malonyl tạo ra 3-Ketobutyryl-ACP,
giải phóng CO
2
được xúc tác bởi enzyme β-ketoacyl-ACP Condensing
enzyme.
 Phản ứng khử carbonyl ở vị trí C-3 do enzyme β-ketoacyl-ACP
reductase xúc tác tạo ra 3-hydroxybutyryl-ACP.

 Phản ứng tách nước ở vị trí C-2 và C-3 của 3-hydroxybutyryl-ACP nhờ
enzyme β-hydroxyacyl-ACP dehydrase tạo ra Trans-
3
-Butenoyl-ACP.
 Phản ứng khử liên kết đôi của Trans-
3
-Butenoyl-ACP nhờ enzyme
enoyl-ACP reductase tạo ra butyryl-ACP.
Sau đó, gốc butyryl sẽ di chuyển từ tâm hoạt động này lên nhóm –SH của tâm
hoạt động khác và sẵn sàng tham gia chu trình phản ứng mới. Khi chuỗi carbon đạt
16C-18C thì phân tử acid palmitic hoặc stearic tách ra khỏi phức ACP. Tùy theo
từng loài mà sự tổng hợp acid béo có thể kết thúc sớm hoặc muộn hơn, nên thành
phần các loại acid béo trong từng loài cũng khác nhau, thường là từ 8C-18C.

Chương 2: Tổng quan tài liệu
7

Bước 3: quá trình sinh tổng hợp triglyceride trong tế bào vi tảo
Cũng giống như các loài thực vật bậc cao và động vật, tế bào vi tảo có khả
năng sinh tổng hợp triglyceride để dự trữ năng lượng. Nhìn chung, L-α-
phosphoglycerol và acetyl-CoA là hai chất chính trong quá trình sinh tổng hợp
triglyceride. L-α-phosphoglycerol có nguồn gốc từ phosphodihydroxyacetone, sản
phẩm của quá trình đường phân. Các bước phản ứng được mô tả ở hình 2.5.



Hình 2.5. Con đường sinh tổng hợp triglyceride [27]
- Một trong các nhóm hydroxyl của L-α-phosphoglycerol phản ứng với phân tử
acetyl-CoA để hình thành acid lysophosphatidic và sau đó kết hợp với phân
tử acetyl-CoA khác để hình thành nên acid phosphatidic. Hai phản ứng này

được xúc tác bởi glycerol phosphate acyltrasferase.
- Trong các bước tiếp theo, acid phosphatidic bị thủy phân bởi enzyme
phosphatidic phosphatase để hình thành nên diglyceride.
- Hợp chất diglyceride này sau đó kết hợp với phân tử acetyl-CoA thứ ba để kết
thúc quá trình sinh tổng hợp ra triglyceride nhờ enzyme glyceryl diester
transacylase.

Chương 2: Tổng quan tài liệu
8

2.2. Nuôi trồng và thu nhận sinh khối vi tảo
2.2.1. Sơ lƣợc về vi tảo
Vi tảo là các loài vi sinh vật quang tự dưỡng prokaryote hoặc eukaryote có chu
kỳ sinh trưởng ngắn và có thể sống được trong những điều kiện khác nhau. Vi tảo
có mặt ở khắp nơi, từ môi trường nước cho đến trên cạn. Người ta ước tính có hơn
50,000 loài vi tảo tồn tại trên trái đất, nhưng chỉ có khoảng 30,000 loài được nghiên
cứu và phân tích [42].
Trong những thập kỷ vừa qua, nhiều trung tâm nghiên cứu ở các nước trên thế
giới đã nghiên cứu về vi tảo phục vụ cho con người với nhiều mục đích khác nhau.
Một số trung tâm điển hình có bộ sưu tập giống vi tảo lớn như [37]:
- Đại học Coimbra – Bồ Đào Nha có bộ sưu tập vi tảo nước ngọt lớn nhất thế
giới, có hơn 4000 chủng và 1000 loài.
- Đại học Goettingen – Đức có bộ sưu tập gồm 2213 chủng và 1273 loài. Trong
đó có 77% là tảo lục, 8% là cyanobacteria.
- Đại học Texas – Hoa Kỳ có bộ sưu tập tảo gồm 2300 chủng tảo nước ngọt.
- Viện nghiên cứu môi trường quốc gia ở Ibaraki, Nhật Bản có bộ sưu tập gồm
2150 chủng với 700 loài tảo khác nhau.
Qua đó cho thấy, vi tảo rất đa dạng về chủng loại. Và con người đã sử dụng
các loài vi tảo vào rất nhiều mục đích như dược phẩm, dinh dưỡng, hay năng lượng.
Trong đó, có ứng dụng lipid từ vi tảo phục vụ cho việc sản xuất biodiesel.

Thông thường, các loại thực vật sống trên cạn không có hiệu quả quang hợp
tốt. Người ta tính toán rằng cỏ Panicum virgatum, một loài cỏ có tốc độ phát triển
nhanh nhất chỉ có thể chuyển hóa năng lượng mặt trời thành năng lượng tồn tại ở
dạng sinh khối trong một năm là 1 W/m
2
, ít hơn 0.5% so với năng lượng mặt trời
chiếu xuống những vùng ở vĩ độ giữa – từ 200-300 W/m
2
[31]. Tuy nhiên, các
nghiên cứu chỉ ra rằng hiệu quả quang hợp của vi tảo có thể cao hơn nhiều với hiệu
suất thu nhận năng lượng từ ánh sáng trong khoảng 10-20% hoặc có thể cao hơn
[41]. Đặc biệt, khi so sánh cùng một đơn vị diện tích nuôi trồng thì sinh khối vi tảo
thu được có thể cao hơn 50 lần so với cỏ Panicum virgatum [33]. Do có hiệu quả
quang hợp cao như vậy nên vi tảo được xem là nguồn tài nguyên hứa hẹn để sản
xuất ra nhiều sản phẩm ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau như thực phẩm,
môi trường, năng lượng [51].

Chương 2: Tổng quan tài liệu
9

Quá trình quang hợp của vi sinh vật là quá trình tái sinh sử dụng năng lượng
mặt trời để chuyển hóa thành một dạng năng lượng dự trữ mới dưới dạng các liên
kết hóa học. Ngoài ra, con người hoàn toàn có thể chủ động sản xuất sinh khối vi
tảo với số lượng lớn. Vì vậy, với khả năng thu hồi năng lượng mặt trời với năng
suất cao như vậy thì sinh khối vi tảo có thể được xem là một nguồn tài nguyên đầy
hứa hẹn để sản xuất nhiên liệu tái sinh [4].
2.2.2. Lợi ích của việc sử dụng vi tảo trong sản xuất biodiesel
Có nhiều nghiên cứu đã cho thấy rằng vi tảo có rất nhiều ưu điểm khi sử dụng
để sản xuất biodiesel so với những nguồn nguyên liệu khác. Đó là:
- Tảo được xem là các cơ thể sống có khả năng thu nhận năng lượng mặt trời

để tạo ra các hợp chất hữu cơ rất hiệu quả [58].
- Tảo được xếp vào loài thực vật không có hệ mạch dẫn, thường tồn tại ở thể
đơn bào nên toàn bộ sinh khối tảo có thể dễ dàng thu hoạch và sử dụng cho
các mục đích khác nhau [58].
- Vi tảo dễ dàng nuôi cấy để sản xuất một số hợp chất đặc thù chọn lọc, có giá
trị kinh tế với nồng độ cao như protein, carbohydrate, lipid và các sắc tố tùy
theo các điều kiện nuôi cấy [58].
- Vi tảo thuộc vào nhóm vi sinh vật sinh sản theo kiểu phân đôi tế bào, chu kỳ
sinh trưởng ngắn. Do đó, rất dễ dàng thực hiện những nghiên cứu, cũng như
nuôi trồng thu sinh khối vi tảo [58].
- Vi tảo có thể dễ dàng thích nghi với với các điều kiện khác nhau như nước
mặn, nước lợ, nước ngọt. Thậm chí một số loài còn thích nghi được với môi
trường nước ô nhiễm. Do đó, không cần phải tốn chi phí cho việc sử dụng
nước sạch [37].
- Việc sản xuất sinh khối tảo có thể dễ dàng tiến hành ở các quy mô từ phòng
thí nghiệm cho đến quy mô công nghiệp đòi hỏi đầu tư cao [58].
- Năng suất dầu trên mỗi đơn vị nuôi trồng vi tảo có thể cao vượt trội năng suất
dầu của các loại thực vật chứa hàm lượng dầu nhiều nhất [43]. Ở điều kiện
phòng thí nghiệm, hàm lượng lipid lý tưởng của một số loài vi tảo có thể đạt
tới 56-60% trên tổng sinh khối khô nhờ vào kỹ thuật di truyền hoặc kỹ thuật
nuôi dị dưỡng [27].
- Việc nuôi thu sinh khối vi tảo không đòi hỏi nhiều diện tích như khi trồng các
loại cây lấy dầu khác. Do đó, việc nuôi trồng vi tảo không làm ảnh hưởng đến
sản xuất các sản phẩm từ cây trồng nông nghiệp [27].

Chương 2: Tổng quan tài liệu
10

- Nuôi trồng vi tảo là một hướng tích cực về môi trường, giúp giảm thiểu hàm
lượng CO

2
trong môi trường vì vi tảo có khả năng quang hợp rất cao. Trung
bình để tạo ra 1 kg sinh khối khô cần đến 1.8 kg CO
2
. Ngoài ra, còn giúp hạn
chế được việc sử dụng các loại thuốc trừ sâu, thuốc diệt cỏ so với sản xuất
lipid từ cây trồng [43].
- Các phụ phẩm của quá trình trích ly dầu từ vi tảo có thể được dùng làm thức
ăn cho gia súc, phân bón, hoặc lên men để tạo các sản phẩm ethanol hay
methane [43].
- Đặc biệt, biodiesel từ dầu vi tảo có các thuộc tính tương tự với biodiesel theo
tiêu chuẩn American Society for Testing Materials (ASTM), và thậm chí nó
còn an toàn hơn vì có nhiệt độ phát cháy cao [27].
Từ các ưu điểm trên cho thấy vi tảo là một đối tượng có tiềm năng vô cùng lớn
cho việc sản xuất biodiesel. Cùng với đó, những tiến bộ kỹ thuật ngày nay cho thấy
rằng trong tương lai việc sản xuất biodiesel từ vi tảo hoàn toàn có thể được thực
hiện trên quy mô công nghiệp.
2.2.3. Tiến trình phát triển nuôi trồng vi tảo
Nuôi trồng vi tảo thuộc về lĩnh vực công nghệ sinh học. Nuôi trồng tảo đơn
bào đã được bắt đầu từ rất sớm.
- Năm 1890, tảo đơn bào Chlorella vulgaris đã được nuôi cấy trong phòng thí
nghiệm bởi Beijerinck [9].
- Năm 1960, hệ thống nuôi trồng vi tảo quy mô lớn đầu tiên xuất hiện ở Nhật
Bản bởi Nihon Chlorella cũng với đối tượng là vi tảo Chlorella [55].
- Đầu thập niên 1970, công ty Sosa Texcoco S.A. đã tiến hành công trình nuôi
trồng và thu hoạch tảo Sprirulina [18].
- Những năm 1970 cũng là thời kỳ khủng hoảng dầu mỏ đầu tiên của nhân loại.
Và người ta đã bắt đầu quan tâm đến các loại nhiên liệu tái sinh. Trung tâm
nghiên cứu năng năng lượng tái sinh quốc gia của Hoa Kỳ – NREL đã đưa ra
chương trình nghiên cứu các sinh vật thủy sinh – chương trình ASP để tạo ra

những nguồn năng lượng tái sinh, trong đó có cả sản xuất biodiesel từ vi tảo
kéo dài từ năm 1978 đến năm 1996. Dự án đã được tiến hành trong trong các
hồ rộng 1000 m
2
ngoài trời ở Roswell, New Mexico từ năm 1987 đến năm
1990. Kết quả cho thấy việc sản xuất biodiesel giá thành thấp từ vi tảo có
nhiều triển vọng, nhưng cần phải đào sâu nghiên cứu và phát triển về chất
lượng giống, cũng như các phương pháp nuôi trồng để đạt được hiệu quả cao

Chương 2: Tổng quan tài liệu
11

nhất. Tuy nhiên vào năm 1995, Bộ năng lượng Hoa Kỳ đã cắt giảm ngân sách
hỗ trợ cho dự án này, cho nên các thí nghiệm không thể tiến xa hơn nữa [46].
- Năm 1977, Dai Nippon Ink và Chemical Inc. đưa ra phân xưởng nuôi trồng
tảo Sprirulina đặt tại Thái Lan, và sản phẩm này đã được thương mại hóa [9].
- Năm 1980, có tất cả 46 phân xưởng ở châu Á nuôi trồng tảo quy mô lớn với
sản lượng đạt 1 tấn/tháng [29].
- Năm 1996, trên thị trường Nhật Bản có gần 2 tấn tảo Chlorella [30].
Ngày nay, vi tảo đã nhận được nhiều sự quan tâm để đạt đến mục tiêu sản xuất
ra một lượng lớn nhiên liệu từ các kỹ thuật hiện đại và rẻ tiền nhất. Tuy nhiên, cho
đến nay nguồn nhiên liệu này vẫn chưa có tính cạnh tranh cao so với nguồn nhiên
liệu hóa thạch nếu không được sự hỗ trợ từ phía chính phủ. Xét về mặt lâu dài, dầu
mỏ đang dần cạn kiệt, nên đầu tư nghiên cứu phát triển loại nhiên liệu mới này đang
nhận được khá nhiều sự quan tâm từ khắp mọi nơi. Có nhiều công ty tham gia vào
thị trường nhỏ này, kinh doanh các quy trình sản xuất, hay các thiết bị chuyên dụng
như photo-bioreactor và các thiết bị khác để nuôi trồng vi tảo phục vụ cho sản xuất
biodiesel và các ứng dụng khác. Điển hình là 33 công ty lớn được đề cập đến trong
khảo sát của Torrey đã và đang nghiên cứu phát triển nguồn năng lượng từ vi tảo
[54].

2.2.4. Các kiểu nuôi trồng vi tảo thu nhận lipid
Nhìn chung, vi tảo có thể dễ dàng thích nghi với các điều kiện môi trường
khác nhau để tồn tại hoặc để tăng hiệu quả sử dụng nguồn dinh dưỡng có sẵn. Đặc
tính thích nghi có được là nhờ sự thay đổi các tính chất sinh lý, hóa sinh trong tế
bào, hoặc sự bài tiết ra môi trường các hợp chất thứ cấp để ức chế nhân tố cạnh
tranh khác [4].
Vi tảo có rất nhiều kiểu trao đổi chất khác nhau như tự dưỡng, dị dưỡng, tạp
dưỡng, quang dị dưỡng. Tùy theo từng loài tảo, cũng như điều kiện sinh trưởng
khác nhau mà vi tảo có các kiểu trao đổi chất khác nhau [15]:
- Quang tự dưỡng: chỉ sử dụng một nguồn năng lượng duy nhất lá ánh sáng để
chuyển hóa thành năng lượng dưới dạng các liên kết hóa học thông qua quá
trình quang hợp.
- Dị dưỡng: chỉ sử dụng các hợp chất hữu cơ để làm nguồn carbon cũng như
cung cấp năng lượng cho các quá trình trao đổi chất.

Chương 2: Tổng quan tài liệu
12

- Tạp dưỡng: quá trình quang hợp được xem là nhân tố chính trong tế bào, bên
cạnh đó chúng vẫn cần sử dụng các hợp chất hữu cơ. Điều này có nghĩa là vi
tảo có khả năng sống theo kiểu tự dưỡng hoặc dị dưỡng tùy theo nồng độ các
chất hữu cơ trong môi trường cũng như cường độ ánh sáng chiếu vào.
- Quang dị dưỡng: vi tảo cần có ánh sáng để có thể thực hiện quá trình đồng
hóa các hợp chất hữu cơ.
Như đã nói, thay đổi các điều kiện nuôi trồng có thể điều chỉnh được hàm
lượng các hợp chất, điển hình là lipid theo mong muốn. Do đó, tùy theo yêu cầu sản
phẩm mà chọn điều kiện nuôi trồng sao cho thích hợp để đạt được hiệu quả như ý
muốn.
Tuy nhiên, xét về mục tiêu tạo ra các dạng năng lượng tái sinh thì kiểu nuôi vi
tảo theo hình thức quang tự dưỡng là có hiệu quả hơn hết. Xét cân bằng năng lượng

trong quá trình trao đổi chất quang tự dưỡng, toàn bộ năng lượng dự trữ trong sản
phẩm có được là từ năng lượng mặt trời, vì vậy sẽ giảm một phần đáng kể chi phí
nguyên liệu cho quá trình sản xuất lipid.
2.3. Nannochloropsis oculata và tiềm năng cho sản xuất biodiesel
2.3.1. Nguồn gốc – phân loại
Vi tảo Nannochloropsis oculata thuộc ngành Heterokontophyta, lớp
Eustigmatophyceae, bộ Eustigmatales, họ Monodopsidaceae, chi Nannochloropsis.
Và thuật ngữ Nannocholoropsis là từ viết tắt của Nannochloridopsis [26].
Sự phân loại Nannochloropsis đã từng mắc phải nhiều nhầm lẫn. Đây là loài
tảo có kích thước rất nhỏ (nhỏ hơn 5 μm), màu hơi xanh. Cho nên, việc phân loại
ban đầu các loài tảo có đặc điểm như vậy là dựa trên ba nhóm chính đó là
Chlorophyceae, Tribophyceae và Eustigmatophyceae. Việc quan sát các loài tảo này
chỉ dựa vào kính hiển vi quang học thì không đủ để phân loại và có thể gây ra nhiều
nhầm lẫn. Hầu hết các tảo có đặc điểm chung như tảo đơn bào, có lớp lục lạp tại
vách tế bào, vách tế bào trong suốt không có chất nhầy bao quanh, và chỉ sinh sản
theo kiểu chia đôi thành hai phần bằng nhau đều được liệt vào Nannochloris
Naumann thuộc Chlorophyceae [26].
Nannochloropsis oculata được Droop phát hiện vào năm 1955 ở các hồ nước
lợ giữa những rặng đá. Sau đó, Droop đã xếp loài tảo này vào chi Nannochloris.
Nhưng năm 1975, Antia đã phát hiện ra những điểm không tương thích với sự phân
loại của Droop dựa trên thành phần các hợp chất trong lục lạp và cấu trúc tế bào

Chương 2: Tổng quan tài liệu
13

trong chi Nannochloris, qua đó N. coccoides được xếp vào lớp Chlorophyceae trong
khi N. oculata được xếp vào Eustigmatophyceae. Vì thế, Nannochloropsis là một
chi mới bao gồm các loài rất nhỏ thuộc lớp Eustigmatophyceae, trong đó phổ biến
nhất là loài Nannochloropsis oculata [6].
2.3.2. Đặc điểm hình thái

Nannochloropsis oculata là loài tảo đơn bào, tự nổi trong môi trường lỏng,
không tạo giao tử chuyển động để sinh sản hữu tính. Tế bào có dạng hình cầu với
đường kính khoảng 2-4 μm [26].
Nannochloropsis oculata có thành tế bào mỏng, trong suốt, hình dạng không
xác định mang một lớp đơn các sắc tố diệp lục màu vàng xanh – sắc tố đặc trưng
của nhóm Eustigmatophyceae. Ngoài ra, tế bào không có lớp màng nhầy bên ngoài
[26].
2.3.3. Đặc điểm sinh lý
Nannochloropsis sp. là một chi thuộc dạng phiêu sinh vật tự dưỡng, trong tế
bào có các hợp chất chlorophyll [26].
Nannochloropsis oculata thuộc vào thể đơn bội, sinh sản vô tính theo kiểu
phân đôi. Là loài vi tảo sống tối ưu trong môi trường nước mặn, tuy nhiên đôi khi
cũng hiện diện trong môi trường nước ngọt hay nước lợ và sự thay đổi về hình thái
là không đáng kể mấy [19].
Nannochloropsis oculata có khả năng sống trong một dải nhiệt độ khá rộng.
Thích nghi tốt trong điều kiện môi trường có nhiệt độ thấp, thậm chí là ở gần 0
0
C.
Điều kiện sinh trưởng tốt nhất ở khoảng 21
0
C, mức độ chiếu sáng 52 μmol
photon/m
2
.s, pH 8.4, mức độ sục khí 14.7 vvh [19, 52].
2.3.4. Đặc điểm sinh hóa
Loài Nannochloropsis được nhận dạng dựa và hai đặc điểm. Đặc điểm thứ
nhất đó là không chứa hợp chất chlorophyll b, đây là đặc điểm chung của lớp
Eustimatophyceae [59]. Cách nhận dạng thứ hai chính là dựa vào thành phần các
sắc tố xanthophyll [57].
Nhìn chung, tế bào tảo Nannochloropsis sp. có các thành phần sau:

- Các sắc tố bao gồm hai nhóm chính là chlorophyll a và carotenoid. Các hợp
chất carotenoid chủ yếu là xanthophyll như violaxanthin và vaucheraxanthin.
Ngoài ra còn có sự hiện diện các sắc tố khác với hàm lượng rất ít như
zeaxanthin và anteraxanthin [5, 28].

Chương 2: Tổng quan tài liệu
14

- Các hợp chất polysaccharide chủ yếu là đường glucose [10].
- Thành phần protein có các amino acid chính là aspartate, glutamate, proline.
Trái lại các amino acid như methionine, tryptophan, cystine, histidine, và
hydroxyproline hiện diện với lượng rất thấp [10].
- Lipid: các acid béo chủ yếu có trong Nannochloropsis sp. là C14:0, C16:0,
C16:1, C20:4 và C20:5. Ngoài ra cũng có sự hiện diện của một số acid béo
phụ khác như C18:0, C18:1, C18:2 và C18:4. Các acid béo này tồn tại ở ba
dạng lipid trong tế bào vi tảo, đó là galactolipid, phospholipid và lipid trung
tính [50]. Thành phần các acid béo trong các hợp chất này được mô tả ở hình
2.6.
 Galactolipid của Nannochloropsis sp. giàu các acid béo C20:5 và
C20:4, kết hợp với C16:0 và C16:1, một lượng nhỏ C14:0.
 Lipid trung tính của Nannochloropsis sp. chủ yếu là các
triacylglycerol, gồm các acid béo C16:0 và C16:1, một ít acid béo
C14:0 và C18:0.
 Phospholipid của Nannochloropsis sp. giàu C16:1, một lượng đáng kể
C18:1 và C18:4, hàm lượng C16:0 thấp.

Hình 2.6. Thành phần acid béo trong các nhóm lipid chính của loài
Nannochloropsis sp. [50].
-
5

10
15
20
25
30
35
40
45
C14:0
C16:0
C16:1
C18:0
C18:1
C18:2
C18:4
C20:4
C20:5
% mol acid béo
Lipid tổng
Lipid trung tính
Galactolipid
Phospholipid

Chương 2: Tổng quan tài liệu
15

Khi điều kiện dinh dưỡng đầy đủ, Nannochloropsis sp. có khuynh hướng đầu
tiên sẽ chuyển hóa nguồn carbon thành protein. Tuy nhiên, dưới các điều kiện thay
đổi khác nhau làm cho tế bào vi tảo bị kích ứng, sẽ có nhiều carbon được chuyển
hóa thành các hợp chất lipid và carbohydrate. Ảnh hưởng của các yếu tố môi trường

sẽ tác động lên thành phần lipid và các acid béo có trong tế bào vi tảo [50].
Đồ thị 2.6 chứng tỏ Nannochloropsis sp. là loài vi tảo quang tự dưỡng phù hợp
cho việc sản xuất acid eicosapentaenoic (C20:5ω3; EPA). Vì vậy, Nannochloropsis
sp. được xem là nguồn sản xuất EPA quan trọng cho con người [12]. Ngoài ra, tỷ lệ
acid palmitoleic (C16:1) cũng khá cao. Dưới các điều kiện môi trường khác nhau, tỷ
lệ các thành phần lipid và acid béo trong tế bào vi tảo có thể thay đổi [50]. Nghĩa là
ta hoàn toàn có khả năng điều khiển được quá trình sản xuất lipid trong tế bào
Nannochloropsis sp. theo ý muốn ứng với các thành phần môi trường và điều kiện
nuôi cấy khác nhau.
Bảng 2.1. Hàm lượng và năng suất lipid của các loài vi tảo khác nhau [37]
Các loài vi tảo nƣớc mặn
và nƣớc ngọt
Hàm lƣợng lipid
(% sinh khối khô)
Sinh khối khô
(g/L/ngày)
Năng suất
lipid
(mg/L/ngày)
Chlorella emersonii
25.0-63.0
0.036-0.041
10.3-50.0
Chlorella sorokiniana
19.0-22.0
0.23-1.47
44.7
Chlorella sp.
10.0-48.0
0.02-2.5

42.1
Chlorococcum sp.
19.3
0.28
53.7
Nannochloris sp.
20.0-56.0
0.17-0.51
60.9-76.5
Nannochloropsis oculata
22.7-29.7
0.37-0.48
84.0-142.0
Nannochloropsis sp.
12.0-53.0
0.17-1.43
37.6-90.0
Neochloris oleoabundans
29.0-65.0
-
90-134.0
Scenedesmus sp.
19.6-21.1
0.03-0.26
40.8-53.9
Spirulina maxima
4.0-9.0
0.21-0.25
-
Tetraselmis suecica

8.5-23.0
0.12-0.32
27.0-36.4
Tetraselmis sp.
12.6-14.7
0.30
43.4
Xét về hàm lượng lipid, Nannochloropsis oculata cũng có tiềm năng lớn.
Bảng 2.1 liệt kê hàm lượng lipid của một số loài vi tảo, trong đó có
Nannochloropsis oculata. Mặc dù hàm lượng lipid tính theo phần trăm sinh khối

Chương 2: Tổng quan tài liệu
16

khô chỉ trong khoảng 22.7-29.7%, thấp hơn một số loài như Chlorella emersonii,
Chlorella sp., Nannochloris sp., Neochloris oleoabundans… Nhưng do
Nannochloropsis oculata có lượng sinh khối trong ngày lớn, nên năng suất lipid của
loài này có giá trị cao đáng kể, từ 84.0 đến 142.0 mg lipid/L/ngày.
Kết hợp tất cả các yếu tố trên, ta có thể thấy rằng Nannochloropsis oculata hội
đủ các điều kiện để đưa vào sản xuất lipid với quy mô lớn phục vụ cho quá trình
điều chế nhiên liệu biodiesel.
2.4. Các phƣơng pháp trích ly lipid từ sinh khối
2.4.1. Các phƣơng pháp phá vỡ tế bào
Vi sinh vật có rất nhiều ứng dụng trong đời sống do chúng có khả năng sản
xuất ra nhiều loại hợp chất, điển hình là kháng sinh, enzyme, lipid, protein, ….
Thông thường các hợp chất thu nhận từ vi sinh vật là các hợp chất ngoại bào. Các
hợp chất này được tế bào vi sinh vật tạo ra và giải phóng vào môi trường. Tuy
nhiên, một lượng lớn các hợp chất khác tồn tại bên trong tế bào và chỉ có thể được
thu nhận bằng các phương pháp đặc biệt [13].
Phương pháp phá vỡ tế bào

Phương pháp cơ học Phương pháp phi cơ học
Nghiền Đồng hóa Vật lý EzymeHóa học
Nghiền cơ
học
- X-press
- Huge press
Sóng
siêu âm
- Đồng hóa áp lực cao
- Vi hóa lỏng
- French press
- Nhiệt phân
- Giảm áp
- Shock thẩm thấu
- Chất phá màng
tế bào
- Dung môi
- Chất tẩy
- Enzyme phá
màng tế bào
- Tự phân

Hình 2.7. Các phương pháp phá vỡ tế bào [13].
Các phương pháp phá vỡ tế bào vi tảo thu nhận lipid đóng một vai trò quan
trọng quá trình sản xuất biodiesel nói riêng cũng như trong các ngành công nghiệp
nói chung. Phương pháp phá vỡ tế bào bằng cơ học như đồng hóa áp suất cao hay