TRÍCH LY VÀ TINH CHẾ DẦU TỪ TẢO CHLORELLA VULGARIS

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP.HỒ CHÍ MINH

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

TRÍCH LY VÀ TINH CHẾ DẦU TỪ TẢO
CHLORELLA VULGARIS

GVHD: PGS.TS TRƯƠNG VĨNH
Sinh viên: Đặng Cao Sương
Nguyễn Thị Kim Loan
Niên khóa: 2009- 2013

Tháng 8/2013


TRÍCH LY VÀ TINH CHẾ DẦU TỪ TẢO
CHLORELLA VULGARIS

Tác giả

NGUYỄN THỊ KIM LOAN
ĐẶNG CAO SƯƠNG

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

Giáo viên hưỡng dẫn
PGS.TS TRƯƠNG VĨNH

THÁNG 8/2013


LỜI CẢM ƠN
Tôi xin chân thành cảm ơn Ba Mẹ cùng gia đình đã dạy dỗ, động viên,
khuyến khích và tạo điều kiện để tôi có được kết quả như hôm nay.
Tôi xin chân thành cảm ơn Thầy TRương Vĩnh đã tận tình, hướng dẫn,
truyền đạt kiến thức, giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong suốt thời
gian thực hiện luận văn tốt nghiệp.
Tôi xin chân thành cảm ơn đến quý thầy cô Trường Đại học Nông Lâm
TPHCM, cùng toàn thể quý thầy cô trong Bộ môn Công nghệ hóa học đã tận
tình chỉ dạy cho tôi trong suốt quá trình học tập, đã trang bị cho tôi nhiều kiến
thức cơ bản về lĩnh vực công nghệ Công nghệ Hóa học.
Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn đến tất cả các bạn, các anh chị cùng thực hiện
luận văn tại Phòng thí nghiệm Bộ môn Công Nghệ Hóa Học, cùng toàn thể các
bạn sinh viên lớp DH09HH, trường Đại Học Nông Lâm TP.HCM đã hỗ trợ tôi
hoàn thành tốt luận văn.
Do thời gian thực hiện luận văn có hạn và kiến thức còn hạn chế nên không
thể tránh khỏi những thiếu sót. Tôi rất mong được sự thông cảm, giúp đỡ và
góp ý kiến của quý thầy cô và các bạn.
Cuối cùng tôi xin gởi lời chúc sức khỏe đến quý thầy cô và toàn thể các anh
chị cùng các bạn. Chúc quý thầy cô và các anh chị, các bạn luôn thành công
trong công việc.
Tp. Hồ Chí Minh, tháng 08 năm 2013
Sinh viên thực hiện
Nguyễn Thị Kim Loan – Đặng Cao Sương

iii

TÓM TẮT
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Thị Kim Loan – Đặng Cao Sương, đề tài
được báo cáo vào tháng 9 năm 2013, tên đề tài “ Trích ly và tinh chế dầu từ
tảo Chlorella Vulgaris”. Giáo viên hướng dẫn: PGS.TS. Trương Vĩnh.
Đề tài được thực hiện từ tháng 3/ 2013 đến tháng 8/ 2013 tại phòng thí
nghiệm I4 và I5- Bộ môn Công nghệ hóa học – Trường Đại học Nông Lâm
Tp.Hồ Chí Minh.
Nguồn nguyên liệu tảo Chlorella Vulgaris được cung cấp bởi Bộ môn
Công nghệ hóa học trường Đại học Nông Lâm Tp. Hồ Chí Minh.
Nội dung khóa luận và kết quả thu được:
a. Thực hiện thí nghiệm chiết Soxhlet bằng dung môi hexane để xác định hàm
lượng dầu tối đa thu được trong tảo nguyên liệu, dùng làm chuẩn để so sánh với
các phương pháp chiết khác.
b. Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ đến hiệu suất của quá trình trích ly dầu tảo
bằng phương pháp ngâm dầm với dung môi ethanol.
c. Khảo sát sự ảnh hưởng của khoảng cách thời gian lắc và phương pháp loại bỏ
bã tảo tới hiệu suất ngâm dầm.
d. Khảo sát ảnh hưởng của việc thay lượt dung môi mới tới hiệu suất ngâm dầm
bằng dung môi hexane.
e. Thí nghiệm nghiên cứu động lực học và phương pháp thu hồi cột silicagel .
f. Thí nghiệm nghiên cứu giản đồ pha dầu tảo trong hệ dung môi chlorofom methanol - nước.
Kết quả thu được như sau:
1. Thí nghiệm ngâm dầm ethanol
Tỷ lệ dầu thô: ethanol có ảnh hưởng đến quá trình trích ly dầu thô, kết quả cho
thấy nhiệt độ 700C cho kết quả tốt.
Tỉ lệ dầu tinh: kết quả cho thấy ở các nhiêt độ khác nhau hàm lượng dầu tinh
cho kết quả tương đương nhau.

iv

Khi so sánh với phương pháp Soxhlet, ta thấy hiệu suất chiết ngâm dầm ethanol
là không cao.
2. Kết quả thí nghiệm so sánh khoảng cách thời gian khuấy và so sánh phương
pháp loại bã sau khi ngâm.
Khi so sánh thời gian lắc ta thấy khoảng cách thời gian khuấy càng ngắn thì
hàm lượng dầu thu được càng cao.
Khi loại bã thì phương pháp ly tâm loại bã tránh được tổn thất dầu, cho ra hàm
lượng dầu cao hơn.
Khi chiết bằng phương pháp ngâm dầm thì tăng khoảng cách thời gian khuấy
và loại bã bằng phương pháp ly tâm sẽ cho hàm lượng dầu tối ưu nhất.
3. Kết quả thu được khi thực hiện thí nghiệm chiết ngâm dầm bằng hexane.
Tỉ lệ dầu thô : kết quả cho thấy ở thí nghiệm thay lượt dung môi và không thay
lượt dung môi hàm lượng dầu thô cho kết quả tương đương nhau.
Tỉ lệ dầu tinh: đối với thí nghiệm thay lượt dung môi hàm lượng dầu tinh thu
được cao hơn.
Khi so sánh với soxhlet thì ta thấy hiệu suất ngâm dầm bằng hexane là không
cao.
4. Kết quả phương pháp thu hồi cột.
Sử dụng cột thu hồi để chạy sắc ký cột không ảnh hưởng đến hàm lượng dầu
trong quá trình chạy cột.
5. Kết quả thí nghiệm nghiên cứu giản đồ pha.
Xác định được giản đồ pha dầu tảo, xác định được khu vực để chiết ướt bằng hệ
dung môi chloroform-methanol-nước.

v


ABSTRACT
The thesis entitled “Extraction and refining of oil from algae

Chlorella” was carried out by Nguyen Thi Kim Loan and Dang Cao Suong.
Supervisor: Associate Prof. Dr. Truong Vinh.
Our project carried out from March to August 2013, at the laboratory of
the Chemical Engineering Department – Nong Lam University, Ho Chi Minh
City.
Original Chlorella algae is provided by Chemical Engineering Department
– Nong Lam University Ho Chi Minh city.
Contents of the project:
a. Conducting the experiments with Soxhlet extraction by Hexane solvent to
determine the maximum oil of algae in the raw materials, which was used as
the control for comparison with other extraction methods.
b. Surveying the effects of temperature on algal oil extraction process using
ethanol immersion method.
c. Investigated the effect of stirring time gap and algae residue removal method to
immersion extraction process.
d. Survey of turn affects solvent extraction process to soak beams with hexane.
e. Study methods recovered silica gel column.
f.

Study the phase diagram of algae oil solvent chloroform-methanol-water.
Results obtained:
1. Experiments pickled ethanol:
The rate of crude oil: ethanol affects crude oil extraction process, the results
showed that 70oC temperature for best results.
Refined oil rate: the results showed that in different temperatures for refined oil
content similar results.

vi

When compared with the Soxhlet method, we see performance immersion beam
ethanol extraction is not high.
2. Experimental results compare the time interval stirring and compare the types
of residue after soaking.
When comparing bargain shaking time we see more and more time shaking the
oil content is higher revenue.
When the residue of the centrifugal method avoids the loss of oil residue, the
higher the oil content.
When the beam extraction method is immersion up time of residue by shaking
and centrifugation method gives optimum oil content.
3. The results obtained when performing experiments using hexane extraction
pickled.
Crude rate: Results showed that in experiments instead turn solvents and solvent
content instead turn crude oil equivalent results.
Refined oil rate: laboratory instead turn to solvent refined oil content is higher
revenue.
When compared with Soxhlet, we see the performance immersion in hexane is
not high beams.
4. Results column recovery methods.
Use the recovery column to column chromatography did not affect the oil content
in the run column.
5. Experimental results phase diagram study.
Identifying algae oil phase diagram, identify areas for wet extraction by solvent
chloroform-methanol-water.

vii


MỤC LỤC
 

LỜI CẢM ƠN ......................................................................................................... iii 
TÓM TẮT ............................................................................................................... iv 
ABSTRACT ............................................................................................................ vi 
DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT .................................................................. xii 
DANH MỤC CÁC BẢNG ................................................................................... xiii 
DANH MỤC CÁC HÌNH.......................................................................................xv 
CHƯƠNG 1:  MỞ ĐẦU..........................................................................................1 
1.1 

Đặt vấn đề....................................................................................................1 

1.2 

Mục đích đề tài ............................................................................................1 

1.3 

Nội dung đề tài ............................................................................................2 

1.4 

Yêu cầu ........................................................................................................2 

CHƯƠNG 2:  TỔNG QUAN TÀI LIỆU ................................................................3 
2.1 

Giới thiệu về tảo Chlorella ..........................................................................3 

2.1.1  Hình thái và đặc điểm sinh học...................................................................3 
2.1.2  Thành phần hóa học ....................................................................................4 

2.2 

Tổng quan về dầu tảo ..................................................................................6 

2.3 

Tổng quan về dung môi...............................................................................7 

2.3.1  Một số tính chất chất của dung môi ............................................................8 
2.3.2  Một số yêu cầu khi lựa chọn dung môi hữu cơ ........................................11 
2.3.3  Các dung môi sử dụng ..............................................................................11 
2.4 

Phương pháp trích ly .................................................................................14 

2.4.1  Ý nghĩa của phương pháp .........................................................................14 
viii


2.4.2  Cơ chế của quá trình trích ly....................................................................14 
2.4.3  Động học của quá trình trích ly ................................................................15 
2.4.4  Cơ sở lý thuyết của quá trình trích ly .......................................................15 
2.4.5  Các nhân tố ảnh hưởng đến vận tốc và độ kiệt dầu khi trích ly ...............16 
2.4.6  Một số phương phương pháp trích ly .......................................................17 
2.5 

Tổng quan sắc ký cột, sắc ký bản mỏng ...................................................21 

2.5.1  Lịch sử phương pháp sắc ký [9] ...............................................................21 
2.5.2  Phân loại các phương pháp sắc ký ............................................................22 

2.5.3  Sắc ký cột ..................................................................................................23 
2.5.4  Sắc ký bản mỏng .......................................................................................25 
CHƯƠNG 3:  VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP .................................................28 
3.1 

Thời gian và địa điểm nghiên cứu .............................................................28 

3.1.1  Thời gian ...................................................................................................28 
3.1.2  Địa điểm....................................................................................................28 
3.2 

Vật liệu nghiên cứu ...................................................................................28 

3.2.1  Nguyên liệu ...............................................................................................28 
3.2.2  Hóa chất ....................................................................................................28 
3.2.3  Máy và thiết bị ..........................................................................................28 
3.3 

Các phương pháp nghiên cứu ....................................................................29 

3.3.1  Thí nghiệm 1: Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian đến hiệu
suất trích ly dầu tảo bằng phương pháp ngâm dầm với dung môi ethanol ...........29 
3.3.2  Thí nghiệm 2: Khảo sát ảnh hưởng của khoảng cách thời gian lắc và
phương pháp loại bã tảo (phương pháp lọc và ly tâm) đến hiệu suất trích ly dầu
từ tảo bằng phương pháp ngâm giầm với dung môi hexan ...................................31 
3.3.3  Thí nghiệm 3: Khảo sát ảnh hưởng của lượt dung môi mới tới hiệu suất
ngâm dầm bằng hexan ...........................................................................................33 
ix

Nghiệm thức 1: Mẫu đối chứng không thay lượt dung môi mới. .........................35 
3.3.4  Thí nghiệm 4: Nghiên cứu phương pháp thu hồi silicagel và động lực
học trong sắc ký cột tinh chế dầu tảo ....................................................................35 
3.3.5  Thí nghiêm 5: Nghiên cứu giản đồ pha hệ chlorofom-methanol-nước
của dầu tảo .............................................................................................................36 
CHƯƠNG 4:  KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM VÀ NHẬN XÉT .................................39 
4.1 

Thí nghiệm 1: Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian đến hiệu

suất trích ly dầu tảo bằng phương pháp ngâm dầm với dung môi ethanol ...........39 
4.2 

Thí nghiệm 2: Khảo sát ảnh hưởng của khoảng cách thời gian lắc và

phương pháp loại bã tảo (phương pháp lọc và ly tâm) đế hiệu suất trích ly dầu
từ tảo bằng phương pháp ngâm giầm với dung môi hexan ...................................42 
4.2.1  Kết quả thí nghiệm so sánh ảnh hưởng của khoảng cách thời gian lắc
đến hàm lượng dầu thu được .................................................................................42 
4.2.2  Kết quả thí nghiệm so sánh ảnh hưởng của phương pháp loại bỏ bã tảo
( phương pháp lọc , phương pháp ly tâm) đến hàm lượng dầu thu được .............44 
4.2.3  So sánh giữa phương pháp ngâm dầm hexan với soxhlet ........................45 
4.3 

Thí nghiệm 3: Khảo sát ảnh hưởng của lượt dung môi mới tới hiệu suất

ngâm dầm bằng hexan ...........................................................................................48 
4.4 

Thí nghiệm 4: Nghiên cứu phương pháp thu hồi silicagel và động lực

học trong sắc ký cột tinh chế dầu tảo ....................................................................51 
4.5 

Thí nghiêm 5: Nghiên cứu giản đồ pha hệ chlorofom-methanol-nước

của dầu tảo .............................................................................................................54 
4.5.1  Thí nghiệm 5.1: Giản đồ pha hệ chloroform- methanol- nước của dầu
đậu nành ................................................................................................................54 
4.5.2  Thí nghiệm 5.2: Giản đồ pha hệ chloroform – methanol - nước của dầu
tảo

61 

CHƯƠNG 5:  KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .......................................................69 
x


5.1 

Kết luận .....................................................................................................69 

5.2 

Kiến nghị ...................................................................................................69 

TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................70 
PHỤ LỤC A:...........................................................................................................72 
PHỤ LỤC B: ...........................................................................................................76 
PHỤ LỤC C: ...........................................................................................................84 

xi


DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT
 đvC: đơn vị carbon
 NT: nghiệm thức
 PĐ: phân đoạn
 m: khối lượng


ρ1: khối lượng riêng hỗn hợp methanol – nước



ρ2: khối lượng riêng hỗn hợp chloroform – dầu

xii


DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 2.1: Thành phần hóa học chứa trong tảo Chlorella .............................................4 
Bảng 2.2: Thành phần hóa học có trong một số loại tảo ( Becker, 1994)....................5 
Bảng 2.3: Hàm lượng dầu và năng suất dầu của vi tảo và một số loại cây khác .........6 
Bảng 2.4: Thành phần các loại acid béo trong dầu tảo ................................................7 
Bảng 2.5: Tính chất của một số dung môi....................................................................9 
Bảng 2.6: So sánh một số phương pháp trích ly dầu..................................................20  
Bảng 4.1: Hiệu suất chiết dầu thô của thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ
và thời gian đến phương pháp ngâm dầm tảo với dung môi ethanol .........................39 
Bảng 4.2: Hiệu suất thu dầu tinh của thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ

và thời gian đến phương pháp ngâm dầm tảo với dung môi ethanol .........................41 
Bảng 4.3: Hiệu suất chiết dầu thô của thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của khoảng
cách thời gian lắc và phương pháp loại bã đến phương pháp ngâm dầm tảo với
dung môi hexan đối chứng với soxhlet .......................................................................45 
Bảng 4.4: Hiệu suất thu dầu tinh của thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của khoảng
cách thời gian lắc và phương pháp loại bã đến phương pháp ngâm dầm tảo với
dung môi hexan đối chứng với soxhlet .......................................................................46 
Bảng 4.5: Hiệu suất dầu thô của thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của lượt dung
môi mới tới hiệu suất ngâm dầm bằng hexan. ............................................................48 
Bảng 4.6: Tỉ lệ dầu tinh của thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của lượt dung môi
mới tới hiệu suất ngâm dầm bằng hexan ....................................................................49 
Bảng 4.7: Bảng so sánh lưu lượng dòng chảy, thời gian lưu của các phân đoạn ......51 
Thời gian lưu (phút) ....................................................................................................51 
Bảng 4.8: Bảng so sánh tốc độ dòng chảy của các phân đoạn dầu ............................51 
Bảng 4.9: Bảng so sánh thể tích dung môi tổn thất của các phân đoạn .....................51 
Bảng 4.10: Bảng tỉ lệ dầu các phân đoạn sau khi chạy sắc ký cột .............................52 
Bảng 4.11: Bảng so sánh màu sắc của cột sắc ký sử dụng silicagel mới và thu hồi..52 
Bảng 4.12: Tỉ lệ hệ dung môi chloroform – methanol – nước tương ứng theo thể
tích và khối lượng .......................................................................................................54 
xiii


Bảng 4.13: Nhận xét các điểm trong giản đồ pha hệ chloroform-methanol-nước
của dầu đậu nành.........................................................................................................55 
Bảng 4.14: Tỉ lệ hệ dung môi chloroform – methanol – nước tương ứng theo thể
tích và khối lượng .......................................................................................................61 
Bảng 4.15: Nhận xét các điểm trong giản đồ pha hệ chloroform-methanol-nước
của dầu tảo ..................................................................................................................62 

xiv

DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 2.1: Tảo chlorella ...............................................................................................3 
Hình 2.2: Hệ thống Soxhlet ......................................................................................18 
Hình 2.3: Bình triển khai sắc ký bản mỏng. .............................................................26 
Hình 2.4: Sơ đồ thể hiện cách xác định a, b và Rf. ...................................................27 
Hình 3.1: Quy trình ngâm dầm dầu tảo với dung môi ethanol. ................................29 
Hình 3.2: Quy trình ngâm dầm dầu tảo với dung môi hexan ...................................32 
Hình 3.3: Quy trình ngâm dầm dầu tảo với dung môi hexan ...................................34
Hình 3.4: Giản đồ pha cho hệ 3 cấu tử......................................................................37
Hình 4.1: Hình ảnh dầu thô các nghiệm thức 300C, 400C, 500C, 600C, 700C lần
lượt từ trái qua phải ...................................................................................................39 
Hình 4.2: Đồ thị so sánh hiệu suất chiết dầu thô của phương pháp ngâm dầm
ethanol và phương pháp Soxhlet ...............................................................................40 
Hình 4.3: Hình ảnh dầu tinh của các nghiệm thức 300C, 400C, 500C, 600C, 700C
lần lượt từ trái qua phải .............................................................................................40 
Hình 4.4: Đồ thị so sánh tỉ lệ dầu tinh của phương pháp ngâm dầm ethanol và
phương pháp Soxhlet .................................................................................................41 
Hình 4.5: Đồ thị so sánh hàm lượng dầu thô giữa các khoảng cách thời gian lắc
khác nhau ...................................................................................................................42 
Hình 4.6: Đồ thị so sánh hàm lượng dầu tinh giữa các khoảng cách thời gian lắc
khác nhau ...................................................................................................................43 
Hình 4.7: Đồ thị so sánh hàm lượng dầu thô giữa phương pháp ly tâm và lọc ........44 
Hình 4.8: Đồ thị so sánh hàm lượng dầu tinh giữa phương pháp ly tâm và lọc.......44 
Hình 4.9 : Biểu đồ so sánh hàm lượng dầu thô giữa ngâm dầm hexane với
soxhlet........................................................................................................................46 
Hình 4.10: Biểu đồ so sánh hàm lượng dầu tinh giữa ngâm dầm hexane với
soxhlet........................................................................................................................47 
Hình 4.11: Hình ảnh dầu thô của các nghiệm thức lần lượt từ trái qua phải............47 

Hình 4.12: Hình ảnh dầu tinh của các nghiệm thức lần lượt từ trái qua phải ..........48 
xv


Hình 4.13: Hình ảnh dầu thô của các nghiệm thức lần lượt từ trái qua phải............48 
Hình 4.14: Đồ thị so sánh tỉ lệ dầu thô thu được của phương pháp ngâm dầm
thay lượt dung môi ....................................................................................................49 
Hình 4.15: Hình ảnh dầu tinh của các nghiệm thức lần lượt từ trái qua phải ..........50 
Hình 4.16: Đồ thị so sánh tỉ lệ dầu tinh thu đượccủa phương pháp ngâm dầm
thay lượt dung môi. ...................................................................................................50 
Hình 4.17: Hình ảnh dầu tinh và caroten thu được của cột mới và cột thu hồi
silicagel ......................................................................................................................53 
Hình 4.18(a,b): Giản đồ pha hệ chloroform- methanol- nước của dầu đậu nành ....60 
Hình 4.19 (a,b): Giản đồ pha hệ chloroform- methanol- nước của dầu tảo. ............67 

xvi


Khóa luận tốt nghiệp

GVHD: PGS. TS Trương Vĩnh

CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU
1.1

Đặt vấn đề
Hiện nay, vấn đề nóng lên toàn cầu đang đe dọa ngày càng nghiêm trọng

đến thiên nhiên và sự sinh tồn của con người. Vấn đề ô nhiễm không khí từ các
nguồn khí thải của nhà máy, phương tiện giao thông và nhiều nguồn khác đang

góp phần làm nóng trái đất.
Việc tìm kiếm các loại nhiên liệu sạch, năng lượng sạch để thay thế các
nguồn nhiên liệu truyền thống đang dần bị cạn kiệt không những giải quyết
được vấn đề ô nhiễm mà còn hạn chế hiệu ứng nhà kính và nguy cơ nóng lên
toàn cầu.
Năng lượng sinh học là giải pháp tối ưu có thể thay thế cho nguồn nhiên
liệu truyền thống, có thể kể đến là biodiesel. Việc sản xuất biodiesel từ tảo và
cây có dầu hiện đang là hướng đi mới, giàu tiềm năng được nhiều nước trên thế
giới nghiên cứu trong những năm gần đây.
Vi tảo có mức độ sinh trưởng rất nhanh, chu kỳ sinh trưởng chỉ trong vài
ngày, và có rất nhiều loài tảo chứa nhiều dầu. Năng suất dầu trên mỗi đơn vị
nuôi cấy vi tảo có thể cao và vượt trội hơn so với năng suất dầu từ cây có hạt
chứa hàm lượng dầu nhiều nhất. Tuy nhiên, trong thành phần của dầu tảo còn
có chứa chlorophyll và một số thành phần khác làm giảm độ ổn định của dầu
khi tồn trữ và đẩy nhanh sự oxi hóa của dầu, gây ra một số khó khăn cho việc
sản xuất biodiesel.
Do vậy được sự phân công của Bộ Môn Công Nghệ Hóa Học và dưới sự
hướng dẫn của PGS.TS. Trương Vĩnh, tôi thực hiện đề tài: “Nghiên cứu trích
ly và tinh chế dầu từ tảo Chlorella Vulgaris”.
1.2

Mục đích đề tài
Xây dựng quy trình trích ly và tinh chế dầu từ tảo Chlorella ứng dụng trong

sản xuất biodiesel, hạn chế tác động đế môi trường.

1


Khóa luận tốt nghiệp

1.3

GVHD: PGS. TS Trương Vĩnh

Nội dung đề tài
Tập trung nghiên cứu vào các nội dung sau:
-

Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian đến khả năng trích ly dầu
tảo bằng phương pháp ngâm dầm với dung môi ethanol.

-

Khảo sát ảnh hưởng của khoảng cách thời gian lắc và phương pháp loại
bã tảo đến trích ly dầu tảo bằng phương pháp ngâm dầm với dung môi
hexan.

-

Khảo sát ảnh hưởng của lượt dung môi mới đến trích ly dầu tảo bằng
phương pháp ngâm dầm với dung môi hexan.

-

Nghiên cứu khả năng thu hồi silicagel trong sắc ký cột tinh chế dầu tảo.

-

Nghiên cứu giản đồ pha hệ chloroform – methanol – nước của dầu tảo

để xác định được khu vực chiết ướt theo quy trình Folch đạt hiệu quả tốt
hơn.

Những kết quả thí nghiệm thu được hi vọng sẽ ứng dụng được trong công
nghiệp.
1.4

Yêu cầu
Xác định được các điều kiện thích hợp cho quá trình trích ly dầu tảo.
So sánh hiệu quả các quá trình chiết để tìm ra được phương pháp chiết tối

ưu.
Dựa vào giản đồ pha chloroform – methanol - nước của dầu tảo, xác định
được tỉ lệ dung môi thích hợp cho quá trình chiết ướt theo quy trình Folch.

2


Khóa luận tốt nghiệp

GVHD: PGS. TS Trương Vĩnh

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN TÀI LIỆU
2.1

Giới thiệu về tảo Chlorella

2.1.1 Hình thái và đặc điểm sinh học

Hình 2.1: Tảo chlorella

Tảo lục (Chlorella) là một loại rong đặc biệt, có tên khoa học Pyrenoidosa,
tuộc họ Oocystaceae, thường sống ở vùng nước ngọt và có hàm lượng
Chlorophyll cao nhất (28.9g/kg) so với bất kỳ thực vật quang hợp khác được
biết trên trái đất.
Chlorella có màu xanh lá cây nhờ sắc tố quang hợp chlorophyll - a và b
trong lục lạp .Thông qua quang hợp nó phát triển nhanh chóng chỉ cần lượng
khí carbon dioxide, nước, ánh sáng mặt trời, và một lượng nhỏ các khoáng chất
để tái sản xuất.
Thành phần hóa học: Chlorella rất giàu protein, vitamin và các khoáng chất.
Các protein của loài rong này có chứa tất cả các amino acid cần thiết cho nhu
cầu dinh dưỡng của người và động vật. Rất nhiều vitamin có trong thành của
Chlorella pyrenoidosa như: Vitamin C, tiền vitamin A (β - caroten), riboflavin
(B2), pyridoxine (B6), niacin (vitamin PP), axit panthothenic (vitamin B3), axit
folic (vitamin B9), vitamin B12, biotin (vitamin H), choline, vitamin K, axit
lipoic và inositol. Các nguyên tố khoáng ở Chlorella pyrenoidosa gồm có:
Photpho, canxi, Kẽm, iod, Magie, sắt và đồng.

3


Khóa luận tốt nghiệp

GVHD: PGS. TS Trương Vĩnh

2.1.2 Thành phần hóa học
Thành phần hóa học của tế bào Chlorella tùy thuộc vào tốc độ sử dụng môi
trường dinh dưỡng trong quá trình phát triển.
Bảng 2.1: Thành phần hóa học chứa trong tảo Chlorella[9]
Thành phần

Hàm lượng

Protein tổng số

40 – 60 %

Gluxit

25 – 35 %

Lipid

10 – 15 %

Sterol

0.1– 0.2 %

Sterin

0.1– 0.5 %

β-Caroten

0.16 %

Xanthophyll

3.6 – 6.6 %

Chlorophyll a

2.2 %

Chlorophyll b

0.58 %

Tro

10 – 34 %

Vitamin B1

18.0 mg/gr

C

0.3 – 0.6 mg/gr

K

6 mg/gr

B6

2.3 mg/100gr

B2

3.5 mg/100gr

B12

7 – 9 mg/100gr

Niacin

25 mg/100gr

Acid Nicotinic

145 mg/100gr

4


Khóa luận tốt nghiệp

GVHD: PGS. TS Trương Vĩnh

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

Protein

Carbohydrates

Lipids

Nucleic acid

50-56

10-17

12-14

3-6

47

-

1,9

8-18

21-52

16-40

48

17

21

51-58

12-17

14-22

4-5

57

26

2

-

6-20

33-64

11-21

-

49

4

8

Dunaliella salina

57

32

6

Euglena gracilis

39-61

14-18

14-20

28-45

25-33

22-38

52

15

3

28-39

40-57

9-14

Spirulina platensis

46-63

8-14

4-9

2-5

Spirulina maxima

60-71

13-16

6-7

3-4.5

Synechoccus sp.

63

15

11

5

43-56

25-30

4-7

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

Prymnesium
parvum
Tetraselmis
maculata
Porphyridium
cruentum

Anabaena
cylindrica

5

1-2


Khóa luận tốt nghiệp

2.2

GVHD: PGS. TS Trương Vĩnh

Tổng quan về dầu tảo
Nguồn nguyên liệu từ dầu thực vật đều có hạn chế về diện tích đất trồng và

ảnh hưởng đến vấn đề an ninh lương thực. Để không cạnh tranh với nguồn
nguyên liệu dầu thực phẩm, biodiesel nên được sản xuất từ những nguyên liệu
giá rẻ như là các nguồn dầu phi thực phẩm, sử dụng dầu rán, mỡ động vật, dầu
cặn và dầu nhờn.
Vi tảo hiện nay có thể được xem là giải pháp cho vấn đề này, góp phần
giảm bớt những đòi hỏi bức thiết về mặt bằng nhờ hiệu suất năng lượng cao
hơn trên mỗi đơn vị diện tích đất cũng như không cạnh tranh với đất trồng nông
nghiệp.
Thực tế vi tảo có hiệu suất dầu cao nhất trong số các cây trồng lấy dầu đa
dạng khác.
Bảng 2.3: Hàm lượng dầu và năng suất dầu của vi tảo và một số loại cây khác[2]
Hàm lượng dầu
Nguồn

(% khối lượng sinh
khối)

Năng suất lipid
(ldầu/ha.năm)

Bắp

44

172

Gai dầu

33

363

Đậu nành

18

636

Jatropha

28

741

Canola

41

974

Hướng dương

40

1070

Hải ly

48

1307

Cọ dầu

36

5366

Vi tảo (lượng dầu thấp)

30

58700

Vi tảo (lượng dầu trung bình)

50

97800

Vi tảo (lượng dầu cao)

70

136900

Các vi sinh vật được kỳ vọng nhiều nhờ có chu kỳ sinh trưởng ngắn, hàm
lượng lipid cao và dễ dàng được cải tạo giống bởi các phương tiện sinh học.
6


Khóa luận tốt nghiệp

GVHD: PGS. TS Trương Vĩnh

Các loài vi tảo được xem là đối tượng tiềm năng để sản xuất nhiên liệu bởi rất
nhiều ưu điểm như là hiệu suất quang hợp cao, sinh khối lớn và mức độ tăng
trưởng cao hơn khi so sánh với các loài cây trồng sản xuất năng lượng khác.
Trong tự nhiên có rất nhiều loài vi tảo có lượng dầu cao như:
Nannochloropsis sp. có từ 31 - 68%, Chlorella sp. có từ 28 - 32% nên rất thích
hợp để sản xuất năng lượng sinh học.
Thành phần dầu trong tế bào vi tảo cũng khác nhau tùy theo chủng loại.
Thành phần dầu trong vi tảo gồm có các acid béo bão hòa và chưa bão hòa,

chứa 12 - 20 nguyên tử carbon, và một số thuộc họ ω3 và ω6.
Bảng 2.4: Thành phần các loại acid béo trong dầu tảo[6]

Tên acid

Công thức phân

Khối lượng

% Khối

tử

phân tử

lượng

Acid Myristic (C14:0)

C14H28O2

228

0.7

Acid Palmitic (C16:0)

C16H32O2

256

46.08

Acid Palmitoleic (C16:1)

C16H30O2

254

2.62

Acid Stearic (C18:0)

C18H36O2

284

0.79

Acid Oleic (C18:1)

C18H34O2

282

11.33

Acid Linoleic (C18:2)

C18H32O2

280

30.81

Acid Linolenic (C18:3)

C18H30O2

278

4.33

Acid Arachidic (C20:0)

C20H40O2

312

3.35

2.3

Tổng quan về dung môi[10]
Trong rất nhiều trường hợp thì bản chất dung môi hữu cơ gây ảnh hưởng

lớn đến quá trình chiết tách. Tùy vào tính chất của chất mà ta muốn phân lập
mà ta chọn loại dung môi phù hợp, thông thường các chất mà ta muốn chiết có
độ phân cực khác nhau vì vậy mà ta lựa chọn các loại dung môi hữu cơ có độ
phân cực khác nhau. Dựa trên nguyên tắc chung là các chất giống nhau sẽ hòa

tan vào nhau, nghĩa là dung môi không phân cực sẽ hòa tan các hợp chất không
7


Khóa luận tốt nghiệp

GVHD: PGS. TS Trương Vĩnh

phân cực, dung môi phân cực trung bình sẽ hòa tan các hợp chất phân cực trung
bình và dung môi phân cực mạnh sẽ hòa tan các hợp chất có tính phân cực.
Căn cứ vào tính phân cực của dung môi và các hợp chất tự nhiên ta có thể
dự đoán sự hiện diện của các hợp chất mà ta chiết được với những loại dung
môi khác nhau. Nếu được gia nhiệt, khả năng hòa tan của dung môi hữu cơ có
thể tăng lên và hòa tan được những chất có tính phân cực hơn nó.
Khi cần chiết lấy toàn bộ các hợp chất có trong mẫu, người ta thường sử
dụng dung môi là alcohol 80% (thường là ethanol hoặc methanol), vì loại dung
môi này có khả năng thấm xuyên qua màng tế bào thực vật cũng như có thể tạo
liên kết hydrogen liên phân tử với các nhóm phân cực khác, vì vậy chúng được
xem là dung môi vạn năng, có thể chiết được các hợp chất phân cực mạnh, vừa
và yếu. Tuy nhiên, muốn chiết các chất béo trong nguyên liệu thì tốt nhất nên
sử dụng hexan.
Dung môi có thể được chia làm hai loại: phân cực và không phân cực. Nói
chung, hằng số điện môi phản ánh sơ bộ tính phân cực của dung môi. Tính phân
cực mạnh của nước được lấy làm chuẩn, ở 250C, hằng số điện môi là 78.5. Các
dung môi có hằng số điện môi nhỏ hơn 15 thường được coi là không phân cực.
Độ phân cực, moment lưỡng cực, hệ số phân cực và liên kết hydro của một
dung môi quyết định dung môi đó có thể hòa tan được những loại hợp chất nào
và có thể được trộn lẫn với những loại dung môi hay hợp chất dạng lỏng nào
khác.
2.3.1 Một số tính chất chất của dung môi

Điểm sôi:
Một trong những tính chất quan trọng của dung môi đó là điểm sôi. Tính
chất này cũng xác định tốc độ bay hơi. Một lượng nhỏ dung môi có điểm sôi
thấp như diethyl ether, dichloromethane, hoặc acetone sẽ bay hơi trong vài giây
ở nhiệt độ phòng, trong khi đối với các dung môi có điểm sôi cao như nước
hoặc dimethyl sulfoxide, muốn bốc hơi nhanh cần có nhiệt độ cao hơn, sự lưu
thông không khí, hoặc sử dụng môi trường chân không.
Điểm sôi thấp: Nhiệt độ sôi dưới 1000C (điểm sôi của nước).
8


Khóa luận tốt nghiệp

GVHD: PGS. TS Trương Vĩnh

Điểm sôi trung bình: 1000C – 1500C.
Điểm sôi cao: trên 1500C.
Tỷ trọng:
Hầu hết các dung môi hữu cơ đều có tỷ trọng thấp hơn nước, có nghĩa là
chúng nhẹ hơn và sẽ hình thành một lớp riêng biệt trên bề mặt nước. Tuy nhiên
có một ngoại lệ là hầu hết các dung môi halogen như dichloromethane hoặc
chloroform sẽ chìm xuống đáy của bình chứa và nước sẽ nổi lên trên. Điều này
là rất quan trọng và cần ghi nhớ khi phân tách các hợp chất giữa dung môi và
nước trong một phễu chiết tách trong qua trình tổng hợp hóa học.
Tính cháy:
Hầu hết các dung môi hữu cơ đều dễ cháy hoặc rất dễ cháy, tùy thuộc vào
tính dễ bay hơi của chúng. Trường hợp ngoại lệ là một số dung môi clo hóa như
dichloromethane hoặc chloroform. Hỗn hợp của hơi dung môi và không khí có
thể phát nổ. Hơi dung môi nặng hơn hơi không khí, chúng sẽ chìm xuống đáy
và có thể di chuyển trong một khoảng cách lớn mà gần như không bị pha loãng.

Bảng 2.5: Tính chất của một số dung môi

Dung môi

Pentane
Hexane

Công thức hóa
học
CH3-CH2-CH2CH2-CH3
CH3-CH2-CH2CH2-CH2-CH3

Chỉ số
phân

Chỉ số
chiết
xuất

Điểm
sôi

Hằng
số
điện

Tỷ
trọng

o

(oC)

0

1.358

36

1.84

0.626

0

1.375

69

1.88

0.655

cực

(20 C)

môi

(g/ml)

Cyclohexane

C6H12

0.2

1.426

81

2.02

0.779

Toluene

C6H5-CH3

2.4

1.496

111

2.38

0.867

Benzene

C6H6

2.7

1.501

80

2.3

0.879

2.8

1.353

35

4.3

0.713

3.1

1.424

40

9.1

1.326

Diethyl ether

CH3CH2-OCH2-CH3

Dichlorometha CH2Cl2

9