Nghiên cứu điều kiện nuôi sinh khối tảo spirulina trong hệ thống kín dạng ống

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
---------------------------------------

TRẦN HẢI ANH

NGHIÊN CỨU ĐIỀU KIỆN NUÔI SINH KHỐI TẢO
SPIRULINA TRONG HỆ THỐNG KÍN DẠNG ỐNG

Chuyên ngành: CÔNG NGHỆ SINH HỌC

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
CÔNG NGHỆ SINH HỌC

NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC:
PGS.TS. Nguyễn Lan Hƣơng

Hà Nội – Năm 2016


CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

BẢN XÁC NHẬN CHỈNH SỬA LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ và tên tác giả luận văn : TRẦN HẢI ANH
Đề tài luận văn: Nghiên cứu điều kiện nuôi sinh khối tảo Spirulina trong hệ
thống kín dạng ống
Chuyên ngành: Công nghệ sinh học
Mã số HV: CA140127
Tác giả, Ngƣời hƣớng dẫn khoa học và Hội đồng chấm luận văn xác
nhận tác giả đã sửa chữa, bổ sung luận văn theo biên bản họp Hội đồng ngày

29/04/2016 với các nội dung sau:
1. Đã chỉnh sửa kết luận của luận văn (trang 49).
2. Đã chỉnh sửa theo các góp ý của thành viên hội đồng:
- Bổ sung danh mục chữ viết tắt (trang v).
- Bổ sung miêu tả cụ thể ở phần phƣơng pháp (trang 28, 29, 33 và 34).
- Sắp xếp lại cƣờng độ chiếu sáng trƣớc thời gian chiếu sáng trong phần
trình bày kết quả (trang 36, 37, 42 và 43).
- Bổ sung thêm các bình luận khi tăng dần quy mô và so sáng giữa quy mô
250 mL và 1,5 L so với quy mô hệ thống kín dạng ống (50-100 L).
Ngày

tháng

năm

Giáo viên hƣớng dẫn

Tác giả luận văn

PGS.TS. Nguyễn Lan Hƣơng

Trần Hải Anh

CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG

PGS.TS. Phạm Thu Thủy


Nghiên cứu điều kiện nuôi sinh khối tảo Spirulina trong hệ thống kín dạng ống

LỜI CAM ĐOAN

Tôi là Trần Hải Anh xin cam đoan nội dung trong luận văn này với đề tài:
“Nghiên cứu điều kiện nuôi sinh khối tảo Spirulina trong hệ thống kín dạng
ống” là công trình nghiên cứu và sáng tạo do chính tôi thực hiện dƣới sự hƣớng dẫn
của PGS.TS. Nguyễn Lan Hƣơng. Các số liệu, kết quả trình bày trong luận văn là
hoàn toàn trung thực và chƣa công bố trong bất cứ công trình khoa học nào khác.

Trần Hải Anh

i

CNSH2014A


Nghiên cứu điều kiện nuôi sinh khối tảo Spirulina trong hệ thống kín dạng ống

LỜI CẢM ƠN
Để hoàn thành đƣợc luận văn này, ngoài sự cố gắng nỗ lực của bản thân, tôi
đã nhận đƣợc sự ủng hộ, giúp đỡ tận tình của thầy cô giáo, gia đình và bạn bè.
Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS.TS. Nguyễn Lan Hƣơng - Viện
Công nghệ sinh học & Công nghệ thực phẩm, trƣờng Đại học Bách khoa Hà Nội đã
tận tình giúp đỡ, hƣớng dẫn và chỉ dạy cho tôi phƣơng pháp làm việc hiệu quả trong
suốt quá trình thực hiện luận văn tốt nghiệp này.
Tôi xin chân thành cảm ơn tới các thầy cô giáo thuộc Viện Công nghệ sinh
học & Công nghệ thực phẩm – Trƣờng Đại học Bách khoa Hà Nội đã giảng dạy và
giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập và thực hiện đề tài.
Tôi xin chân thành cảm ơn!

Học viên

Trần Hải Anh

ii

CNSH2014A


Nghiên cứu điều kiện nuôi sinh khối tảo Spirulina trong hệ thống kín dạng ống

MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ....................................................................................................ii
LỜI CẢM ƠN ......................................................................................................... ii
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT ............................................ v
DANH MỤC CÁC HÌNH ...................................................................................... vi
DANH MỤC CÁC BẢNG ................................................................................... viii
MỞ ĐẦU ................................................................................................................ 1
CHƢƠNG 1 – TỒNG QUAN.................................................................................. 3
1.1. Giới thiệu về tảo Spirulina.......................................................................... 3
1.1.1.

Đặc điểm hình thái, cấu tạo và sinh sản ............................................ 4

1.1.2.

Thành phần hóa học và giá trị dinh dƣỡng ........................................ 6

1.1.3.

Ứng dụng của tảo Spirulina ............................................................ 10

1.2. Giới thiệu các công nghệ nghệ nuôi tảo Spirulina ..................................... 11
1.2.1.

Tổng quan hệ thống nuôi Spirulina ................................................. 11

1.2.2.

Tình hình nghiên cứu nuôi tảo trên thế giới và ở Việt nam ............. 17

1.3. Một số yếu tố ảnh hƣởng đến quá trình nuôi tảo Spirulina ........................ 18
1.3.1.

Nhu cầu dinh dƣỡng của tảo Spirulina ............................................ 18

1.3.2.

Ảnh hƣởng của mật độ giống ban đầu ............................................. 20

1.3.3.

Ảnh hƣởng của ánh sáng................................................................. 20

1.3.4.

Ảnh hƣởng của tốc độ dòng chảy .................................................... 21

1.3.5.

Ảnh hƣởng của nhiệt độ.................................................................. 21

CHƢƠNG 2 – NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ........ 23
2.1. Nguyên vật liệu ........................................................................................ 23
2.1.1. Nguyên vật liệu .................................................................................... 23
2.1.2. Hóa chất ............................................................................................... 23
2.1.3. Thiết bị ................................................................................................ 25
2.2. Phƣơng pháp phân tích ............................................................................. 25
2.2.1. Đo mật độ quang .................................................................................. 25
2.2.2. Đo cƣờng độ chiếu sáng ....................................................................... 26
2.2.3. Xác định lƣợng sinh khối khô trong dịch nuôi tảo ................................ 26
2.2.4. Xác định vận tốc dòng chảy và chuẩn số Reynolds .............................. 27
2.3. Phƣơng pháp nghiên cứu .......................................................................... 27
Trần Hải Anh

iii

CNSH2014A


Nghiên cứu điều kiện nuôi sinh khối tảo Spirulina trong hệ thống kín dạng ống

2.3.1. Lựa chọn giống tảo Spirulina ............................................................... 27
2.3.2. Một số yếu tố ảnh hƣởng đến khả năng sinh trƣởng của tảo ở quy mô
bình tam giác 250 mL và chai nhựa 1,5L ....................................................... 28
2.3.3. Nghiên cứu điều kiện nuôi sinh khối tảo Spirulina trong hệ thống kín
dạng ống ........................................................................................................ 29
CHƢƠNG 3 – KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ........................................................ 33
3.1. Lựa chọn giống tảo Spirulina ................................................................... 33
3.2. Một số yếu tố ảnh hƣởng đến khả năng sinh trƣởng của tảo ở quy mô bình
tam giác 250 mL và chai nhựa 1,5L ................................................................... 34

3.2.1.

Ảnh hưởng của mật độ giống ban đầu ............................................ 34

3.2.2.

Ảnh hưởng của cường độ chiếu sáng .............................................. 36

3.2.3.

Ảnh hưởng của thời gian chiếu sáng .............................................. 37

3.2.4.

Ảnh hưởng của nhiệt độ .................................................................. 38

3.3. Nghiên cứu điều kiện nuôi sinh khối tảo S. platensis trong hệ thống kín
dạng ống ............................................................................................................ 39
3.3.1.

Ảnh hưởng của môi trường dinh dưỡng .......................................... 39

3.3.2.

Ảnh hưởng của mật độ giống ban đầu ............................................ 40

3.3.3.

Ảnh hưởng của cường độ chiếu sáng .............................................. 42

3.3.4.

Ảnh hưởng của thời gian chiếu sáng ............................................... 43

3.3.5.

Ảnh hưởng của vận tốc dòng chảy .................................................. 44

3.4. Đề xuất quy trình nuôi tảo ở hệ thống kín dạng ống .................................. 46
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ............................................................................... 49
TÀI LIỆU THAM KHẢO .........................................................................................
PHỤ LỤC..................................................................................................................

Trần Hải Anh

iv

CNSH2014A


Nghiên cứu điều kiện nuôi sinh khối tảo Spirulina trong hệ thống kín dạng ống

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT
KÝ HIỆU

TÊN ĐẦY ĐỦ

TÊN TIẾNG VIỆT

PBR

Photobioreactor

Thiết bị quang sinh học

T-PBR

Tubular Photobioriactor

Thiết bị quang sinh học dạng ống

OD

Optical Density

Độ hấp thụ quang phổ

O.E.S

Opened Ecosystem

Hệ thống hở

C.E.S

Closed Ecosystem

Hệ thống kín

Trần Hải Anh

v

CNSH2014A


Nghiên cứu điều kiện nuôi sinh khối tảo Spirulina trong hệ thống kín dạng ống

DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 1.1. Hình vẽ thu hoạch tảo ở Mexico (a). Thu tảo trong tự nhiên (b) và sản
phẩm sau chế biến (c) .............................................................................................. 4
Hình 1.2. Vòng đời của tảo Spirulina ...................................................................... 6
Hình 1.3. Thành phần dinh dƣỡng của Spirulina ..................................................... 7
Hình 1.4. Các mô hình nuôi tảo Spirulina công nghiệp ......................................... 12
Hình 1.5. Sơ đồ hệ thống thiết bị quang sinh học kiểu ống nằm ngang ................. 14
Hình 1.6. Sơ đồ hệ thống thiết bị phản ứng quang sinh học kiểu ống nằm nghiêng 16
Hình 1.7. Sơ đồ hệ thống thiết bị phản ứng quang sinh học kiểu ống xoắn ............ 16
Hình 2.1. Hóa chất (I) và (II) ................................................................................ 24
Hình 2.2. Vệ sinh hệ thống.................................................................................... 25
Hình 2.3. Máy quang phổ (so màu) ....................................................................... 25
Hình 2.4. Máy đo cƣờng độ chiếu sáng ................................................................. 26
n

5. Sơ đồ nguyên lý hệ thống T-PBR nuôi tảo Spirulina (A) và hệ thống T-

PBR ở phòng 101-102-C10 (B) ............................................................................. 30
Hình 3.1. Sự phát triển của tảo Spirulina với các giống khác nhau (A) và khối
lƣợng tảo khô cực đại (B). ..................................................................................... 33
Hình 3.2. Hình dạng tảo Spirulina......................................................................... 34
Hình 3.3. Ảnh hƣởng của mật độ giống ban đầu đến sự phát triển của Spirulina ở

quy mô bình tam giác 250 mL (A) và chai nhựa 1,5L (B) ...................................... 34
Hình 3.4. Sự phát triển của tảo với các mật độ khác nhau ở quy mô bình tam giác
250 mL (a) và chai nhựa 1,5L (b) .......................................................................... 35
Hình 3.5. Ảnh hƣởng của thời gian chiếu sáng đến sự phát triển của Spirulina ở quy
quy mô bình tam giác 250 mL (A) và chai nhựa 1,5L (B) ...................................... 37
Hình 3.6. Ảnh hƣởng của thời gian chiến sáng đến hình dạng tảo Spirulina .......... 38
Hình 3.7. Ảnh hƣởng của cƣờng độ chiếu sáng đến sự phát triển của Spirulina ở
quy mô bình tam giác 250 mL (A) và chai nhựa 1,5L (B) ...................................... 36
Hình 3.8. Ảnh hƣởng của nhiệt độ đến sự phát triển của Spirulina ở quy mô bình
tam giác 250 mL (A) và chai nhựa 1,5L (B) .......................................................... 38

Trần Hải Anh

vi

CNSH2014A


Nghiên cứu điều kiện nuôi sinh khối tảo Spirulina trong hệ thống kín dạng ống

Hình 3.9. Ảnh hƣởng của môi trƣờng dinh dƣỡng đến sự phát triển của Spirulina
(A) và khối lƣợng khô cực đại thu đƣợc (B) .......................................................... 40
Hình 3.10. Ảnh hƣởng của mật độ giống ban đầu đến sự phát triển của Spirulina
(A) và khối lƣợng khô cực đại thu đƣợc (B). ......................................................... 41
Hình 3.11. Tảo Spirulina với OD560 ban đầu 0,1 ở ngày nuôi thứ 1 (a), OD560 ban
đầu 0,3 ở ngày nuôi thứ 1 (b) và ngày nuôi thứ 5 (c).............................................. 42
Hình 3.12. Ảnh hƣởng của thời gian chiếu sáng đến sự phát triển của Spirulina (A)
và khối lƣợng khô cực đại thu đƣợc (B) ................................................................. 44
Hình 3.13. Ảnh hƣởng của cƣờng độ chiếu sáng đến sự phát triển của Sprulina (A)
và khối lƣợng khô cực đại thu đƣợc (B) ................................................................. 42

Hình 3.14. Ảnh hƣởng của vận tốc dòng chảy đến sự phát triển của Spirulina (A) và
khối lƣợng khô cực đại thu đƣợc (B) ..................................................................... 44
Hình 3.15. (a) Dấu hiệu tảo bắt đầu bị phân hủy (có màu vàng), (b) Cấu trúc sợi tảo
bị phá vỡ ............................................................................................................... 45
Hình 3.16. Quy trình nuôi tảo với quy mô 50–100L .............................................. 46
n 3.17. Hệ thống T-PBR1 nuôi tảo Spirulina hiện đang sử dụng (a) và hệ thống
T-PBR2 cải tiến (b) ............................................................................................... 48

Trần Hải Anh

vii

CNSH2014A


Nghiên cứu điều kiện nuôi sinh khối tảo Spirulina trong hệ thống kín dạng ống

DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1 1 Thành phần vitamin của tảo xoắn Spirulina............................................. 7
Bảng 1
Bảng

Hàm lƣợng sắc tố tự nhiên trong sinh khối S. platensis............................ 9
1 Thành phần môi trƣờng Zarrouk............................................................ 23

Trần Hải Anh

viii

CNSH2014A

Nghiên cứu điều kiện nuôi sinh khối tảo Spirulina trong hệ thống kín dạng ống

MỞ ĐẦU
Trong số các loài vi tảo, tảo Chlorella và Scenedesmus là hai loài tảo sớm
đƣợc đề cập và đã đƣợc nghiên cứu kỹ. Chúng sinh trƣởng và phát triển trong môi
trƣờng pH trung tính, có tính chịu đựng cao và có khả năng sinh sản rất nhanh.
Nhƣng vì kích thƣớc của chúng quá nhỏ (3–10 µm) nên khó thu hoạch, đòi hỏi thiết
bị đặc chủng, tiêu tốn nhiều năng lƣợng. Việc phát hiện ra tảo Spirulina (1964–
1965) đã mở ra một hƣớng phát triển mới của ngành sản xuất tảo. Tảo Spirulina
thƣờng sinh trƣởng và phát triển trong môi trƣờng giàu natri hidrocacbonat và có
pH kiềm. So với tảo Chlorella, tảo Spirulina có nhiều ƣu điểm hơn. Theo số liệu
của Tổ chức Y tế thế giới WHO, tảo Spirulina có thể giúp con ngƣời phòng chống ít
nhất là 70% các loại bệnh. Chính vì vậy, tảo Spirulina đã đƣợc EC khuyến cáo,
đƣợc WHO và các Bộ Y tế của nhiều quốc gia trên thế giới công nhận không chỉ là
nguồn thực phẩm sạch mà còn là giải pháp cho phòng và điều trị bệnh của thế kỷ
21.
Việc sản xuất công nghiệp Spirulina đƣợc thực hiện chủ yếu trong điều kiện
ngoài trời bằng cách sử dụng hệ thống nuôi hở (các ao tròn và kênh dẫn nƣớc) và
ánh sáng mặt trời tự nhiên. Đây là quy trình khá đơn giản là do tính kinh tế của quy
trình sản xuất và đƣợc áp dụng rộng rãi ở một số nƣớc nhƣ Nhật, Đài Loan, Mỹ,
Trung Quốc... Tuy nhiên hạn chế của phƣơng pháp này luôn tồn tại những khó khăn
nhƣ khó kiểm soát các điều kiện thích hợp cho sinh trƣởng của tảo, không ổn định,
khó kiểm soát chất lƣợng sinh khối và quan trọng nhất là nguy cơ ô nhiễm rất cao từ
đó gây ảnh hƣởng xấu tới chất lƣợng sinh khối và gây phức tạp cho quá trình chế
biến về sau. Chính vì thế, trên thế giới hiện nay đã dần từ bỏ nuôi theo phƣơng pháp
truyền thống (ví dụ nhƣ Ý, Israel, Đức...), thay vào đó là việc nghiên cứu và ứng
dụng hệ thống quang sinh học (photobioreactor – PBR). Tại Việt Nam một số đơn
vị sản xuất nhƣ Vina Tảo, Vĩnh Hảo,.. cũng đang bắt đầu áp dụng việc nuôi sinh

khối tảo bằng hệ thống PBR, tuy nhiên mới chỉ ở quy mô nhỏ. Việc nghiên cứu điều
kiện nuôi cấy tảo Spirulia trong hệ thống PBR để đƣa ra quy trình nuôi cấy vi tảo
một cách hiệu quả và phù hợp với điều kiện tại Việt Nam là rất cần thiết.

Trần Hải Anh

1

CNSH2014A


Nghiên cứu điều kiện nuôi sinh khối tảo Spirulina trong hệ thống kín dạng ống

Xuất phát từ thực tế, đề tài “Nghiên cứu điều kiện nuôi sinh khối tảo
Spirulina trong hệ thống kín dạng ống” đƣợc thực hiện.
Để đạt đƣợc mục tiêu trên, đề tài tiến hành thực hiện các nội dung chính sau:
-

Lựa chọn giống tảo Spirilina.

-

Một số yếu tố ảnh hƣởng đến khả năng sinh trƣởng của tảo ở quy mô bình
tam giác 250mL và chai nhựa 1,5L.

-

Nghiên cứu điều kiện nuôi sinh khối tảo Spirulina trong hệ thống kín
dạng ống.

Trần Hải Anh

2

CNSH2014A


Nghiên cứu điều kiện nuôi sinh khối tảo Spirulina trong hệ thống kín dạng ống

CHƢƠNG 1 – TỒNG QUAN
1.1.

Giới thiệu về tảo Spirulina

Spirulina xuất hiện cách đây hơn 3 tỷ năm. Nó là vi khuẩn lam cổ có lịch sử lâu
đời hơn tảo lam nhân thật hoặc thực vật bậc cao tới hơn 1 tỷ năm. Cho đến nay có
rất nhiều nƣớc trên thế giới sản xuất và sử dụng sinh khối Spirulina làm thực phẩm
cho ngƣời. Nhiều tổ chức sức khỏe, tổ chức xã hội ở nhiều nƣớc trên thế giới công
nhận Spirulina là thực phẩm của tƣơng lai (Food of Future).
Chúng sống trong môi trƣờng giàu bicarbonat (HCO3-) và độ kiềm cao (pH từ
8,5 – 9,5). Chúng có các đặc tính ƣu việt và giá trị dinh dƣỡng cao. Spirulina là sinh
vật phiêu sinh (Plankton) sống tự do trong nƣớc kiềm, giàu khoáng chất. Chúng có
thể sống ở độ sâu lên tới 50 cm và trong môi trƣờng nhân tạo thƣờng nuôi ở mức 10
– 30 cm (nuôi hồ hở), hoặc có thể trong hồ sâu 1 – 1,5 m (có sục khí) với điều kiện
tảo nhận đƣợc đủ ánh sáng. Thông thƣờng, với độ sâu 1 – 1,5 m ngƣời ta cần có
biện pháp bổ sung ánh sáng thích hợp [5].
Spirulina (Arthrospira) maxima và Spirulina (Arthrospira) platensis là hai loài
quan trọng nhất trong chi, chúng đƣợc phân biệt do sự khác nhau về hình dạng sợi,
không bào, sự bao phủ bên ngoài do vỏ hay màng nhầy chiếm ƣu thế. Spirulina
thuộc nhóm vi sinh vật nhân nguyên thủy thuộc vi khuẩn thật, gọi là vi khuẩn lam

(Cyanobacteria) thƣờng đƣợc gọi là tảo lam (Cyanophyta hay blue algae) hay tảo
lam lục (Blue green algae).
Loài Spirulina (Arthrospira) platensis thuộc:
■

Chi Spirulina (Arthrospira)

■

Họ Oscillatoriceae

■

Bộ Oscillatoriales

■

Lớp Cyanophyceae

■

Ngành Cyanophyta

Trần Hải Anh

3

CNSH2014A

Nghiên cứu điều kiện nuôi sinh khối tảo Spirulina trong hệ thống kín dạng ống

a

c

b

Hình 1.1. Hình vẽ thu hoạch tảo ở Mexico (a). Thu tảo trong tự nhiên (b) và sản
phẩm sau chế biến (c) [25]
1.1.1. Đặc điểm hình thái, cấu tạo và sinh sản
Đặc điểm

n t ái

Tên “Spirulina ” xuất phát từ tiếng Latinh “helix” hoặc “spiral” biểu hiện hình
dạng xoắn của nó. Spirulina có màu xanh lam với kích thƣớc chỉ khoảng 0,25 mm,
là tảo đa bào, dạng sợi, sống cộng sinh, các tế bào đƣợc phân biệt bởi vách ngăn,
dạng sợi xoắn hình lò xo không phân nhánh. Đƣờng kính xoắn khoảng 35 – 50m,
bƣớc xoắn là 60m, chiều dài sợi tảo có thể đạt 250m. Nhiều trƣờng hợp Spirulina
có kích thƣớc lớn hơn. Các vách ngang chia sợi Spirulina thành nhiều tế bào riêng
rẽ liên kết với nhau bằng cầu liên bào. Sợi tảo Spirulina có khả năng chuyển động
và tự vận động theo kiểu trƣợt quanh trục của sợi [4].
Đặc điểm cấu tạo
Tế bào Spirulina có cấu trúc giống với sinh vật prokaryote, thiếu các hạt liên kết
với màng. Thuộc gram âm, thành tế bào nhiều lớp và đƣợc bao bọc bởi màng
polysaccharide nhầy. Thành tế bào Spirulina không chứa cellulose mà hệ tiêu hóa
con ngƣời không phân cắt đƣợc. Spirulina có tỷ lệ chuyển hóa quang hợp khoảng
10%, so với 3% của các thực vật sống trên cạn khác. Sắc tố quang hợp chính là

Trần Hải Anh

4

CNSH2014A


Nghiên cứu điều kiện nuôi sinh khối tảo Spirulina trong hệ thống kín dạng ống

phycocyanin, bên cạnh đó còn có chlorophyll a. Tế bào Spirulina không có lục lạp
mà thay vào đó là các thylakoid phân bố trong toàn bộ tế bào. Màng thylakoid bao
quanh các hạt polyphosphat có đƣờng kính 0,5 – 1 μm thƣờng nằm ở trung tâm tế
bào. Tế bào Spirulina cũng nhƣ các vi khuẩn lam khác chƣa có nhân điển hình,
vùng nhân chỉ là vùng giàu axit nucleic chƣa có màng nhân bao bọc, phân bố trong
nguyên sinh chất [22]. Ngoài ra, tế bào Spirulina không có không bào thực, chỉ có
không bào chứa khí làm chức năng điều chỉnh tỉ trọng tế bào. Không bào khí có vai
trò rất quan trọng trong việc làm cho Spirulina nổi lên mặt nƣớc [1].
Spirulina là một chi tảo thuộc ngành tảo lam, tế bào Spirulina không có ty thể và
mạng lƣới nội chất, tuy nhiên tế bào vẫn có ribosome với hệ số lắng 70S và một số
thể vùi nhƣ hạt polyphotphat, glycogen, phycocyanin, cacboxysome và hạt
mesosome [1].
Đặc điểm sin sản
Spirulina không có khả năng sinh sản hữu tính. Chúng sinh sản theo phƣơng
thức sinh sản vô tính (phân chia từ một sợi tảo mẹ trƣởng thành). Từ một sợi tảo
mẹ, hình thành nên những đoạn Necridia (gồm tế bào chuyên biệt cho sự sinh sản).
Trong các Necridia hình thành các đĩa lõm ở hai mặt và sự tách rời tạo các
Hormogonia bởi sự chia cắt tại vị trí các đĩa này. Trong sự phát triển, dần dần đầu
gắn tiêu giảm, 2 đầu Hormogonia trở lên tròn nhƣng vách tế bào vẫn có chiều dày
không đổi. Các hormogonia phát triển, trƣởng thành và chu kì sinh sản đƣợc lặp đi
lặp lại một cách ngẫu nhiên, tạo nên vòng đời của tảo. Trong giai đoạn sinh sản tảo

đoạn dƣờng nhƣ nhạt màu, ít sắc tố xanh hơn bình thƣờng.
Sau đây là vòng đời của tảo Spirulina

Trần Hải Anh

5

CNSH2014A


Nghiên cứu điều kiện nuôi sinh khối tảo Spirulina trong hệ thống kín dạng ống

Hình 1.2. Vòng đời của tảo Spirulina [16]
Phƣơng thức sinh sản tảo đoạn của Spirulina với vòng đời đơn giản và tƣơng
đối ngắn. Trong điều kiện tối ƣu ở nuôi trồng thí nghiệm vòng đời của Spirulina rất
ngắn trong khoảng 1 ngày. Nuôi trồng ở điều kiện ít thuận lợi hơn, ở ngoài tự nhiên,
phụ thuộc vào thời tiết là 3 – 5 ngày [10].
1.1.2. Thành phần hóa học và giá trị dinh dƣỡng
Trong khi mối quan tâm đối với nhiều loài vi sinh vật khác đang ngày càng
giảm bớt vì vấn đề khả năng tiêu hóa, hàm lƣợng các loại acid, Spirulina dƣờng nhƣ
trở thành một giải pháp tốt nhất cho sản xuất nguồn thực phẩm có chất lƣợng cao.
Spirulina đƣợc nhắc đến nhiều do có thể sống trong điều kiện nuôi có độ mặn và pH
cao, nên đảm bảo vệ sinh trong nuôi cấy, vì có rất ít những vi sinh vật khác có khả
năng sống sót trong điều kiện nhƣ vậy.
Hàm lƣợng protein trong Spirulina dao động từ 50–70% trọng lƣợng khô. Hàm
lƣợng protein này thấp hơn từ 5–10% tùy vào thời gian thu hoạch và môi trƣờng
sống. Giá trị cao nhất thƣờng đạt đƣợc khi thu hoạch vào buổi sáng sớm của ngày
nắng. Spirulina có hàm lƣợng protein cao hơn bất kỳ một loại thực phẩm nào khác,
nhiều hơn thịt động vật và cá tƣơi (15–25% trọng lƣợng tƣơi), đậu nành (35% trọng
lƣợng khô), sữa bột (35% trọng lƣợng khô), trứng (12% trọng lƣợng tƣơi), đậu

phộng (25% trọng lƣợng khô), lúa gạo (8–14% trọng lƣợng khô), sữa (3% trọng
lƣợng tƣơi). Theo quan điểm chất lƣợng thì protein Spirulina là hoàn hảo, vì sự hiện
diện đầy đủ acid amin thiếu yếu và không thiết yếu, chiếm khoảng 47% lƣợng

Trần Hải Anh

6

CNSH2014A


Nghiên cứu điều kiện nuôi sinh khối tảo Spirulina trong hệ thống kín dạng ống

protein tổng. Protein Spirulina là nguồn protein ít béo và đặc biệt không cholesterol
[3]

Hình 1.3. Thành phần dinh dƣỡng của Spirulina [25]
Tế bào Spirulina không có vách cellulose mà chỉ có vách nguyên sinh dễ phá
vỡ. Điều này giải thích cho khả năng tiêu hóa rất cao của protein Spirulina, lên tới
83–90% trọng lƣợng khô ban đầu của tảo. Spirulina không cần giai đoạn nấu hay xử
lý đặc biệt nào để làm tăng giá trị protein của chúng. Đây cũng là ƣu điểm lớn cho
sự sản xuất đơn giản và cho bảo tồn nguyên vẹn những thành phần dinh dƣỡng giá
trị cao trong tế bào Spirulina.
Sinh khối Spirulina giàu các loại vitamin, đặc biệt là vitamin B12, cao hơn hẳn
thịt, cá, sản phẩm từ trứng, sữa, nấm men....10g sinh khối Spirulina cung cấp một
lƣợng lớn vitamin cần thiết cho sự sống hàng ngày của chúng ta.
Bảng 1.1. Thành phần vitamin của tảo xoắn Spirulina [25]
Vitamin

Trên 10g

Nhu cầu

% so với nhu

hàng ngày

cầu hàng ngày

cho phép

cho phép

Vitamin A

23000 IU

5000

460

Vitamin B1

0,31 µg

1,5

21

Vitamin B2

0,35 µg

1,7

21

Trần Hải Anh

7

CNSH2014A


Nghiên cứu điều kiện nuôi sinh khối tảo Spirulina trong hệ thống kín dạng ống

Vitamin B3

1,46 µg

20

7

Vitamin B6

80 µg

2,0

4

Vitamin B12

32 µg

6,0

533

Vitamin E

1 IU

30

3

Folacin

1 µg

400

0,04

Phanthothenic acid

10 µg

10

1

Biotin

0.50 µg

–

–

Insitol

6,40

–

–

Vitamin rầt cần cho sự sinh sản và sinh trƣởng của cơ thể. Sự phát triển của tinh
trùng, trứng, hợp tử, bào tử, bào thai đều cần đến vitamin A, thiếu vitamin A năng
suất sinh sản sẽ giảm. Vitamin A quan trọng trong sự duy trì và bảo vệ thƣợng bì da
và niêm mạc, thiếu nó da khô, lông rụng khiến khả năng chống xâm nhập vi trùng
kém và sẽ giảm đề kháng cơ thể. Nguồn vitamin A trong sinh khối Spirulina là
carotenoid dễ hấp thụ, không gây độc nếu dùng quá liều, rất an toàn cho con ngƣời
cũng nhƣ động vật. Vitamin E (tocopherols), Spirulina khô chứa vitamin E khoảng
từ 50-190 mg/kg, một mức độ có thể so sánh với mầm lúa mì. Nhu cầu vitamin E
hàng ngày là 15 IU hoặc 12 mg. Khả năng chống oxy hóa của tocopherol giúp bảo
tồn tốt các acid béo không no có trong Spirulina khô. Ngoài ra, vitamin E còn có

các tác dụng quý đã đƣợc biết đến nhƣ bảo vệ tim, mạch máu và làm chậm sự hóa
già [20].
Hàm lƣợng lipid khoảng 5–7% trọng lƣợng khô Spirulina. Lƣợng lipid tổng
này đƣợc chia thành hai phần: có thể xà phòng hóa (83%) và không xà phòng hóa
(17%, chứa chủ yếu là paraffin, các sắc tố, các sterol). Với hàm lƣợng lipid thấp
Spirulina trở thành một sản phẩm protein phù hợp cho nhiều đối tƣợng. 10g
Spirulina chỉ cho 36 kcalo và 1,3 mg cholesterol, một lƣợng protein trứng tƣơng
đƣơng chứa 300 mg cholesterol và 80 kcal năng lƣợng. Spirulina hoàn toàn thích
hợp với phụ nữ có thai và những ngƣời béo phì [20].

Trần Hải Anh

8

CNSH2014A


Nghiên cứu điều kiện nuôi sinh khối tảo Spirulina trong hệ thống kín dạng ống

Các acid béo chiếm 60 – 70% lipid. Nhu cầu acid béo thiết yếu từ 1 – 2% đối
với ngƣời trƣởng thành và khoảng 3% với trẻ em. Nhƣ đã biết, lƣợng chất béo thiết
yếu đƣa vào cơ thể có tác động lên hệ miễn dịch, bao gồm cả miễn dịch thể dịch và
tế bào. Acid béo thiết yếu đƣợc chia làm hai nhóm omega – 3 và omega – 6. Sự hiện
diện của γ – linolenic trong Spirulina càng trở nên quý giá, vì sự hiếm thấy loại acid
béo này trong thực phẩm hàng ngày. Tầm quan trọng của γ – linolenic là dựa vào
khả năng biến đổi sinh hóa của nó: acid béo này là chất tiền thân của prostaglandins,
leukotrienes và thromboxanes, là những chất trung gian trong các phản ứng viêm và
miễn dịch. Nhiều acid béo khác cũng có mặt nhƣ acid linoleic. Cũng đáng chú ý là
tỉ lệ cao của acid palmitic, chiếm khoảng 25% acid béo tổng Spirulina. Trong
Spirulina không chứa các acid béo có số carbon lẻ, và một lƣợng rất thấp acid béo

có nhánh, là hai loại acid béo không thể chuyển hóa ở động vật bậc cao. Với những
ƣu điểm trên, Spirulina hoàn toàn có thể làm thực phẩm bổ sung cho những trƣờng
hợp thiếu acid béo thiết yếu [20].
Sắc tố là yếu tố rất quan trọng giúp tổng hợp các loại hormon cần thiết để điều
khiển các hoạt động của cơ thể. Hàm lƣợng sắc tố trong sinh khối S. platensis rất
cao, đặc biệt là carotenoid, chlorophyll, phycocyanin.
Bảng 1.2. Hàm lƣợng sắc tố tự nhiên trong sinh khối S. platensis [25]
Chất màu

Màu sắc

Hàm lƣợng trong 10g

% Spirulina

Phycocyanin

Xanh da trời

1400 µg

14%

Chlorophyll

Xanh lá cây

100 µg

1,0%

Carotenoid

Màu vàng

37 µg

0,37%

β–caroten

0,14%

β–caroten chiếm 80% carotenoid có trong Spirulina, phần còn lại gồm
xanthophylls, cryptoxanthin, echinenone, zeaxanthin và lutein. Mỗi kilogram
Spirulina khô chứa từ 700 – 1700 mg β–carotene và khoảng 100 mg cryptoxanthin,
hai loại carotenoid này đƣợc chuyển hóa thành vitamin A trong cơ thể ngƣời. Nhu
cầu vitamin A ở ngƣời trƣởng thành ít hơn 1 mg/ngày, nên chỉ cần 1 – 2 gram

Trần Hải Anh

9

CNSH2014A


Nghiên cứu điều kiện nuôi sinh khối tảo Spirulina trong hệ thống kín dạng ống

Spirulina là cung cấp dƣ lƣợng vitamin A đó. Không giống vitamin A, sự tích tụ β–
carotene không gây nên bất kỳ độc tính nào. Phycocyanin là sắc tố đóng vai trò rất

quan trọng trong sinh khối S. platensis và tồn tại dƣới dạng một protein phức hợp,
chiếm đến 20% trọng lƣợng sinh khối khô. Trong phycocyanin có cả nguyên tố Fe,
Mg vì vậy nó rất có ý nghĩa dinh dƣỡng ở ngƣời khi nhu cầu bổ sung các khoáng
này dƣới dạng hữu cơ [20].
1.1.3. Ứng dụng của tảo Spirulina
Ứng dụng Spirulina trong t ực p ẩm
Trong công nghiệp chế biến thực phẩm hiện nay ngƣời ta bổ sung vi khuẩn lam
Spirulina vào:
-

Nƣớc giải khát đóng hộp của Công ty cổ phần nƣớc khoáng Vĩnh Hảo có bổ
sung Spirulina platensis.

-

Bánh ngũ cốc để tăng giá trị dinh dƣỡng và chất xơ tự nhiên giúp cho việc
tiêu hóa dễ dàng.

-

Bột dinh dƣỡng trẻ em, cháo ăn liền, bánh buiscuit (Trung tâm Dinh dƣỡng
Trẻ em).

-

Sữa ít béo, yoghurt và phó mát để giảm calories.

-

Trà thảo dƣợc, nƣớc khoáng và nƣớc tinh khiết.

-

Tảo đƣợc bổ sung vào một số thực phẩm dinh dƣỡng dạng nƣớc uống, siro,
yaourt, bột dinh dƣỡng để cung cấp và bổ sung dinh dƣỡng cho con ngƣời ở
mọi lứa tuổi: ngƣời cao tuổi, ngƣời bệnh, vận động viên, ngƣời ăn kiêng...

C iết xuất các c ất có oạt tín sin

ọc và din dưỡng

Các chất chiết xuất tự nhiên từ Spirulina nhƣ Phycocyanin, Phycoerythrin đƣợc
làm chất tạo màu cho thực phẩm để thay thế màu tổng hợp, sắc tố vàng xanthophyl
rất có ý nghĩa trong việc nuôi gia cầm làm đỏ lòng đỏ trứng và làm phẩm màu thực
phẩm. Hãng Dainippon Ink & Chemicals Inc của Nhật Bản đã chiết xuất
Phycocyanin để sản xuất màu thực phẩm tên gọi là Lina – Blue A, sử dụng một số
sắc tố lam khác từ Spirulina làm thuốc mỹ phẩm bôi mắt và môi để tránh thấm
nƣớc.

Trần Hải Anh

10

CNSH2014A


Nghiên cứu điều kiện nuôi sinh khối tảo Spirulina trong hệ thống kín dạng ống

Sản xuất p ân bón sin

ọc

Ở Ấn Độ, sản lƣợng lúa sử dụng vi khuẩn lam khô làm phân bón tăng 22%.
Lƣợng phân bón vô cơ giảm đƣợc 20-30 kg/0,4 hecta. Spirulina đƣợc dùng kết hợp
với vi khuẩn lam cố định nitơ Aulosira fertilissima và diammonium phosphate
(DAP) để làm phân bón cho thí nghiệm trồng khoai tây [51].
Hiện nay việc cấy vi khuẩn lam nói chung xuống các ruộng lúa làm phân bón
sinh học đƣợc tiến hành ở nhiều nơi trên thế giới. Trung Quốc, Miến Điện, Philipin,
Thái Lan. Ở Hoa Kỳ, hãng Công nghệ Cyanotech đã giới thiệu một loại phân bón
sinh học là hỗn hợp của 8 loài vi tảo.
Xử lý môi trường
Ở Việt Nam, việc thử nghiệm nuôi trồng Spirulina bằng nƣớc thải, hầm biogas
không chỉ là biện pháp mở rộng sản xuất (năng suất đạt 7 – 10g/m2) và hạ giá thành
sản phẩm mà còn giải quyết môi trƣờng sinh thái cho nông thôn. Spirulina còn đƣợc
dùng để xử lý nƣớc thải giàu NH4 từ nhà máy Urê thuộc xí nghiệp Liên Hợp Phân
Đạm – Hóa Chất Hà Bắc. Kết quả cho thấy: nƣớc thải sau khi đƣợc pha loãng và bổ
sung thêm một số khoáng chất cần thiết dùng nuôi Spirulina đã mang lại năng suất
cao và có tác dụng bảo vệ môi trƣờng.
Các hồ nuôi Spirulina có khả năng giảm thiểu chất thải, ảnh hƣởng tích cực đến
môi trƣờng. Dƣới tác dụng của ánh sáng mặt trời, quá trình quang hợp diễn ra ở
Spirulina sẽ chuyển đổi CO2 thành O2. Quá trình này đƣợc sử dụng trong việc giảm
thiểu lƣợng phát thải CO2 từ các nhà máy, xí nghiệp.

1.2.

Giới thiệu các công nghệ nghệ nuôi tảo Spirulina
1.2.1. Tổng quan hệ thống nuôi Spirulina
Về cơ bản, hiện nay tồn tại hai hệ thống nuôi Spirulina với quy mô công nghiệp

là hệ hở và hệ kín.

1.2.1.1. Hệ thống nuôi tảo hở (O.E.S)
Hệ hở có thể chia thành các nguồn nƣớc tự nhiên: các hồ, các ao và các bể
nhân tạo hoặc các thùng chứa.

Trần Hải Anh

11

CNSH2014A


Nghiên cứu điều kiện nuôi sinh khối tảo Spirulina trong hệ thống kín dạng ống

Hệ thống nuôi tảo theo kiểu hở là phƣơng pháp nuôi trồng đơn giản đƣợc sử
dụng tƣơng đối phổ biến. Hệ thống nuôi tảo hở bao gồm bể nuôi đƣợc chia ngăn ở
giữa sau đó dùng guồng để tạo sóng nƣớc chuyển động. Sự chuyển động này làm tất
cả tảo đều đƣợc tiếp xúc với ánh sáng mặt trời, dinh dƣỡng và không khí.
-

Ƣu điểm: năng suất lớn, cần ít vốn đầu tƣ, chi phí nuôi thấp.

-

Nhƣợc điểm: tảo dễ bị nhiễm bệnh, nhiễm bẩn, phụ thuộc nhiều vào

tự nhiên.
Thiết kế bể nuôi tảo
Bể nuôi tảo hình chữ nhật đƣợc vê trong kết hợp với hệ thống cánh khuấy.
Diện tích bể có thể thay đổi tùy thuộc quy mô. Chiều cao bể thƣờng xây cao 50 đến
55cm để đảm bảo độ sâu mực nƣớc từ 20 đến 30cm [39].

Bể đƣợc xây dựng bằng vật liệu xây dựng thông thƣờng sau đó đƣợc ốp gạch
hoa để thuận tiện cho việc vệ sinh và thu hoạch tảo.
Bể thƣờng đƣợc xây 1 tƣờng ngăn hụt ở giữa tạo dòng chảy tuần hoàn.
Để đảm bảo chất lƣợng tảo ngƣời ta thƣờng làm mái che cho bể. Mái đƣợc
dựng khung bằng thép. Kết cấu bao che bằng lƣới, nilong để ngăn vi sinh vật có hại.
Phần mái che đƣợc lợp bằng tấm lợp trong suốt hay nilong nhập khẩu.

(b)

(a)

Hình 1.4. Các mô hình nuôi tảo Spirulina công nghiệp [25]
(a) Bể nuôi Spirulina tại Vĩnh Hảo, năng suất sinh khối đạt 10 tấn mỗi năm.
(b) Bể nuôi Spirulina tại Ấn Độ, năng suất ƣớc tính hàng trăm tấn mỗi năm.

Trần Hải Anh

12

CNSH2014A


Nghiên cứu điều kiện nuôi sinh khối tảo Spirulina trong hệ thống kín dạng ống

1.2.1.2. Hệ thống nuôi tảo kín (C.E.S)
Các hệ kín dựa trên những khái niệm thiết kế rất khác nhau và đã đƣợc kiểm tra
ở quy mô pilot. Những xu hƣớng phát triển sau cùng dƣờng nhƣ định hƣớng theo
thiết bị phản ứng quang sinh học kiểu ống hoặc hình tấm ghép lại với nhau, cũng
nhƣ sự kết hợp của hai nguyên tắc thiết kế chính này cốt để thu lấy ánh sáng qua
việc mở rộng diện tích bề mặt.

Trong hệ này, các điều kiện nuôi tối ƣu thu đƣợc nhờ điều khiển toàn bộ hệ
thống. Dựa vào nhiều kết quả nghiên cứu và phát triển sản xuất – c, hệ kín có những
đặc điểm chung mà có thể đƣa ra một nguyên tắc thiết kế nhƣ sau: đảm bảo khả
năng điều chỉnh hầu hết các thông số công nghệ sinh học quan trọng nhằm thu năng
suất sinh khối cao nhất.
Các thông số chính bao gồm: nhiệt độ, ánh sáng, sự đảo trộn, nguy cơ nhiễm tạp,
sự thất thoát CO2, có điều kiện tái sản xuất và thiết kế linh hoạt. Vị trí địa lý cũng là
yếu tố cần tính đến trong khi sản xuất Spirulina bằng hệ kín. Đối với vùng nhiệt
đới, nơi chỉ có sự dao động nhỏ về nhiệt độ trong suốt cả ngày, thì hệ quang sinh
học PBR là thích hợp [35].
Mục tiêu phát triển một hệ thống có thể điều khiển hoàn toàn, một hệ kín
cho nuôi vi tảo, đã đi từ những quy mô rất nhỏ đến những quy mô công nghiệp.
Theo đó, những hiểu biết về đặc điểm hoạt động của hệ thống (nhiệt độ, ánh
sáng,…) và sự phát triển của vi tảo (năng suất sinh khối, thời gian tăng trƣởng,…)
cũng đƣợc tích lũy ngày càng nhiều hơn.
Hiệu quả hoạt động của PBR đƣợc quyết định bởi các yếu tố nhƣ lƣợng ánh
sáng hấp thụ đƣợc, sự truyền ánh sáng, sự phân bố và loại ánh sáng sử dụng bởi vi tảo
trong quá trình quang hợp. Hiệu quả thiết kế thiết bị PBR phụ thuộc các yếu tố sau:
–Lƣợng ánh sáng mặt trời thu đƣợc nhiều nhất có thể và phƣơng thức
truyền tải, dải sóng và sự phân bố nó trong các thùng nuôi nuôi trồng nhằm hấp thụ
ánh sáng lớn nhất sử dụng trong quá trình tăng sinh khối.
–Cho phép điều khiển chính xác các thông số vận hành quan trọng của hệ
thống tạo môi trƣờng tốt nhất để tế bào có thể sử dụng năng lƣợng hiệu quả.

Trần Hải Anh

13

CNSH2014A

Nghiên cứu điều kiện nuôi sinh khối tảo Spirulina trong hệ thống kín dạng ống

–Giảm thiểu vốn đầu tƣ và chi phí vận hành.
–Giảm thiểu năng lƣợng tiêu tốn trong quá trình vận hành [59].
1.2.1.3. Thiết bị quang sinh học kiểu ống (T–PBR)
Nuôi tảo trong không gian kín thƣờng sử dụng các thiết bị nuôi gọi chung là
thiết bị phản ứng quang sinh học PBR (Photobioteactor). Hệ quang sinh học
(photobioreactor – PBR) đƣợc coi nhƣ là hệ kín (Close System). Có nhiều dạng
khác nhau đã đƣợc thiết kế và cải tiến trong thực tế, một dạng thiết bị nuôi tảo kín
đƣợc ứng dụng rộng rãi là thiết bị phản ứng quang sinh học kiểu ống (Tubular
Photobioriactor, T–PBR).
T–PBR là một trong những cấu hình phổ biến nhất của PBRs. Nó thƣờng
bao gồm một loạt các ống trong suốt đƣợc xây dựng theo các mô hình khác nhau (ví
dụ: thẳng, cong, hoặc xoắn ốc). Đƣờng kính ống tƣơng đối nhỏ, thƣờng 0,1 m (hoặc
nhỏ hơn) để đảm bảo năng suất sinh khối cao. PBRs dạng ống có thể có các hƣớng
khác nhau: nằm ngang, nghiêng hoặc sắp xếp thẳng đứng [59].
Nhƣ hình 1.5 một ống PBR bao gồm thành phần:
1. Năng lƣợng mặt trời cho tảo phát triển.
2. Bộ phận thu hoạch.
3. Cột khử khí để trao đổi khí và làm mát (đun nóng).
4. Bơm tuần hoàn.
2

3

1
4

Hình 1.5. Sơ đồ hệ thống thiết bị quang sinh học kiểu ống nằm ngang [15]

Thiết bị phản ứng sinh học kiểu ống nằm ngang (HTPBR) có thể cung cấp tỷ lệ
diện tích bề mặt thể tích lớn hơn so với ống đặt thẳng đứng, vì có khả năng làm

Trần Hải Anh

14

CNSH2014A


Nghiên cứu điều kiện nuôi sinh khối tảo Spirulina trong hệ thống kín dạng ống

giảm đƣờng kính của ống mà không cần quan tâm đến khả năng chịu lực [59]. Ống
đặt thẳng đứng phải có đƣờng kính tối thiểu để hỗ trợ trọng lƣợng phía trên chúng,
trong khi cột nằm ngang không cần điều kiện này.
Thiết bị phản ứng sinh học ngang có một góc đặt tốt hơn cho ánh sáng tới so
với các thiết bị phản ứng sinh học dạng ống đặt thẳng đứng, cho phép hiệu quả thu
nhận ánh sáng tốt hơn. Tuy nhiên điều này lại làm hệ thống hấp thu nhiệt lớn, đôi
khi đòi hỏi phải có hệ thống kiểm soát nhiệt độ đắt tiền. Điều này đặc biệt khó khăn
đối với những quy mô lớn dần, làm cho kiểm soát nhiệt độ khó khăn hơn. Thông
thƣờng, một thiết bị trao đổi nhiệt đƣợc tích hợp vào trong cùng một thiết kế để duy
trì nhiệt độ tăng một cách tối ƣu [23].
Hình 1.6 là một thiết bị phản ứng dạng ống đặt nghiêng bao gồm một loạt các
ống nhỏ đƣợc kết nối ở dƣới cùng sẽ là nguồn cung cấp khí nén, còn ở đầu là ống
lớn để khí tách ra. Các ống đƣợc đặt trên một khung, duy trì một góc độ 6–12%
(thông thƣờng là 10%). Về nguyên tắc, độ nghiêng của ống tăng là nguyên nhân
làm tăng vận tốc bọt và hệ số chuyển đổi khí [54]. Ugwu và cộng sự (2002) đã
nghiên cứu ảnh hƣởng độ nghiêng của cột đến đặc tính chuyển đổi khí của một ống
TPBR nghiêng. Để tăng hệ số chuyển đổi khí thì góc ngày càng tăng cho tới khi cột
thẳng đứng. Tuy nhiên 45 o là tốt nhất bởi vì với góc độ lớn hơn sẽ gia tăng chi phí

cho cơ cấu hỗ trợ. Một thiết kế khả thi là TPBR xoắn ốc với hình dạng khác nhau
(hình 1.7). Nhà máy thí điểm tại Vƣơng quốc Anh và Úc là Biocoil đã thành công
khi sử dụng mô hình này [53].

Trần Hải Anh

15

CNSH2014A