NGHIÊN CỨU THU HOẠCH TẢO CHLORELLA VULGARIS BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐÔNG TỤ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

NGHIÊN CỨU THU HOẠCH TẢO CHLORELLA VULGARIS
BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐÔNG TỤ

Họ và tên sinh viên: LÊ QUANG TÂN
PHẠM ĐỨC HẬU
Ngành: CÔNG NGHỆ HÓA HỌC
Niên khoá: 2009 – 2013

Tháng 8/2013


NGHIÊN CỨU THU HOẠCH TẢO CHLORELLA VULGARIS
BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐÔNG TỤ

Tác giả

LÊ QUANG TÂN
PHẠM ĐỨC HẬU

Khóa luận được đệ trình để đáp ứng yêu cầu cấp bằng kỹ sư ngành
Công nghệ hóa học

Giáo viên hướng dẫn:
PGS. TS. Trương Vĩnh

Tháng 8 năm 2013

ii 
 


LỜI CẢM TẠ
 

Với lòng biết ơn sâu sắc nhất chúng con xin bày tỏ đến Cha Mẹ và Gia Đình
những người đã luôn động viên, khích lệ chúng con trong suốt quá trình học tập và tạo
mọi điều kiện tốt nhất cho chúng con hoàn thành khóa luận này.
Chúng tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến thầy PGS.TS Trương Vĩnh − Người
đã tận tình truyền đạt cho chúng tôi những kiến thức, những kinh nghiệm quý báu
trong suốt quá trình học tập, và đặc biệt trong quá trình thực hiện khóa luận này.
Chúng tôi xin gửi lời cảm ơn đến các thầy cô, các anh chị trong Bộ môn Công
Nghệ Hóa Học, cùng với tri thức và tâm huyết của mình đã truyền đạt và giúp đỡ
chúng tôi trong suốt quá trình thực hiện khóa luận. Đồng cảm ơn đến tập thể lớp
DH09HH đã luôn là nguồn động viên to lớn cho chúng tôi.

TPHCM tháng 8 năm 2013
Sinh viên thực hiện :
Lê Quang Tân – Phạm Đức Hậu

iii 
 


TÓM TẮT
 

Sinh viên thực hiện: Lê Quang Tân – Phạm Đức Hậu, đề tài được báo cáo vào

tháng 8 năm 2013, tên đề tài “Nghiên cứu thu hoạch tảo Chlorella vulgaris bằng
phương pháp đông tụ”.
Giáo viên hướng dẫn: PGS, TS. Trương Vĩnh.
Đề tài đã được thực hiện từ tháng 3/ 2013 đến tháng 8/ 2013 tại phòng thí
nghiệm 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:
a. Thực hiện thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của độ pH lên độ lắng của tảo,
bằng cách tăng độ pH của dịch tảo bằng dung dịch NaOH, thí nghiệm với ba
độ pH của dịch tảo là pH 11, pH 11.5 và pH 12.
b. Thực hiện thí nghiệm so sánh hiệu suất lắng tảo khi thay đổi độ pH của dịch
tảo, thí nghiệm với hai độ pH 3 và độ pH 11.
c. Khảo sát ảnh hưởng của các yếu tố độ cao của dịch tảo và diện tích mặt
thoáng của dịch tảo đến hiệu suất lắng tảo.
d. Thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của độ cao dịch tảo và độ pH lên hiệu suất
thu hoạch tảo. Bố trí thí nghiệm hai yếu tố kiểu khối với độ cao dịch tảo
8cm, 10cm, 12cm và 14cm và hai độ pH 3 và pH 11.
e. Khảo sát ảnh hưởng của thời gian lắng đến hiệu suất thu hoạch tảo với thời
gian lắng là 2 ngày, 3 ngày, 4 ngày, 5 ngày, với hai độ pH là pH 3 và pH 11.
f. Tiến hành thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của ion Mg2+ lên hiệu suất lắng
của tảo, so sánh với khi xử lý tăng pH mà không bổ sung Mg2+, chọn ra
nồng độ Mg2+ tối ưu để hiệu suất của quá trình cao nhất.
Kết quả thu được như sau:
1. Xác định được pH của dịch tảo tốt nhất cho thu hoạch tảo bằng phương
pháp lắng là pH 11 xử lý bằng dung dịch NaOH 1M.
iv 
 

2. Chứng minh độ cao dịch tảo và diện tích mặt thoáng dịch tảo có ảnh hưởng
đến hiệu suất lắng. Độ cao dịch tảo càng thấp thì hiệu suất lắng càng cao và
diện tích mặt thoáng càng rộng càng tăng hiệu suất lắng.
3. Xác định thời gian cho tảo lắng tốt nhất là 2 ngày. Hiệu suất lắng đạt trung
bình 87%.
4. Chứng minh ion Mg2+ có ảnh hưởng làm tăng hiệu suất lắng tảo. Nồng độ
Mg2+càng cao thì hiệu suất lắng càng tăng.

v 
 


ABSTRACT
 

The thesis entitled “A study in harvesting Chlorella vulgarisalgae by
coagulation method”, was carried out by Le Quang Tan and Pham Duc Hau and
completed in August, 2013.
Supervisor: Associate Professor Dr.Truong Vinh.
This work was practiced from March to August 2013, at laboratory of Chemical
Engineering Department – Nong Lam University Ho Chi Minh city.
Original Chlorella Vulgaris algae were provided by Chemical Engineering
Department – Nong Lam University Ho Chi Minh city.
Contentsof thesis and the obtained results:
a. Conducting experiments in the effect of pH level on the algal sedimentation.
This was done by using Sodium Hydroxide to increase the pH level of the broth
to pH 11, pH 11.5 and pH 12.
b. Conducting experiments to compare the algal sedimentation efficiency between
pH 3 and pH 11 of algal broth.

c. Examining the effect the height of algal broth and the surface area of air-liquid
interface on the algal sedimentation efficiency.
d. Examining the effect of pH level and the height of algal brothon the yield of
algae harvesting process. Complete block design for 2 factors was conducted
where the height (8cm, 10cm, 12cm and 14cm) and the pH ( 3 and 11).
e. Examining the effect of the time of algal sedimentation on the yield of algae
harvesting process. Conducting experiments with pH 3 and pH 11, and the time
of sedimentation was 2 days, 3 days, 4 days, 5 days.
f. Conducting experiments to examine the effect of Magnesium ion on the algal
sedimentation efficiency to compare with the process of pH treatment without
Magnesium ion.The optimum concentration of Magnesium ion for the highest
yield of the process.

vi 
 


The results were as follows:
1. pH 11 with the treatment of NaOH 1M was found to be most appropriate to
harvesting algae by sedimentation.
2. The height and surface of algae broth affected the efficiency of
sedimentation process. The potential height of algae brothwas as low as
possible while its surface was as wide as possible.
3. The most sufficient time for the sedimentation was found to be 2 days. The
average efficiency of sedimentation made up for about 87%.
4. Mg2+was proved to increase the sedimentation efficiency.The higher the
concentration of Magnesium ion, the better the algal sedimentation
efficiency.

vii 

 


MỤC LỤC

TRANG TỰA ........................................................................................................................................ ii
LỜI CẢM TẠ ....................................................................................................................................... iii
TÓM TẮT ............................................................................................................................................. iv
ABSTRACT .......................................................................................................................................... vi
MỤC LỤC ........................................................................................................................................... viii
DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT ..................................................................................................x
Chương 1 MỞ ĐẦU ...............................................................................................................................1
1.1.

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

1.2.

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

1.3.

Nội dung đề tài ........................................................................................................................1

1.4.

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

Chương 2 TỔNG QUAN .......................................................................................................................2
2.1.

Tổng quan về Chlorella ..........................................................................................................3

2.1.1.

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

2.1.2.

Hình thái và các đặc điểm sinh học về ngành tảo lục ......................................................3

2.1.3.

Thành phần hóa học của tảo Chlorella .............................................................................5

2.1.4.

Các yếu tố ảnh hưởng đến sự phát triển của tảo .............................................................7

2.1.5.

Tiềm năng của dầu sản xuất từ vi tảo. ...........................................................................10

2.2.

Sản xuất Chlorella Vulgaris .................................................................................................12

2.2.1.

Nuôi từng mẻ.....................................................................................................................13

2.2.2.

Nuôi liên tục ......................................................................................................................14

2.2.3.

Nuôi bán liên tục...............................................................................................................15

2.3.

Định lượng sinh khối tảo......................................................................................................16

2.4.

Tách sinh khối tảo ................................................................................................................18

2.4.1.

Phương pháp lọc: .............................................................................................................18

2.4.2.

Phương pháp tạo bông: ....................................................................................................19

2.4.3.

Sấy sinh khối tảo: .............................................................................................................20

2.5.

Phương pháp trích ly dầu tảo bằng Sohxlet[5] ....................................................................22

2.6.

Phương pháp xử lý số liệu ...................................................................................................23

Chương 3 VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP .....................................................................................24
3.1.

Vật liệu ..................................................................................................................................24
viii 

 


3.1.1.

Thời gian và địa điểm thực hiện đề tài ...........................................................................24

3.1.2.

Nguyên liệu .......................................................................................................................24

3.1.3.

Thiết bị và dụng cụ ...........................................................................................................24

3.1.4.

Hóa chất thí nghiệm .........................................................................................................24

3.2.

Nội dung và phương pháp thí nghiệm ................................................................................25

3.2.1.
Thí nghiệm 1: Khảo sát ảnh hưởng của độ pH lên độ lắng của tảo bằng cách tăng độ
pH bằng dung dịch NaOH ...............................................................................................................25
3.2.2.

Thí nghiệm 2: So sánh hiệu suất lắng tảo của pH 3 và pH 11 ......................................26

3.2.2.1.

Thí nghiệm 2a: So sánh hiệu suất lắng tảo của pH 3 và pH 11 mẻ lắng 3 lít ..........26

3.2.2.2.

Thí nghiệm 2b: So sánh sinh khối và lượng dầu của pH 3 và pH 11 mẻ lắng 500 lít .
........................................................................................................................................29

3.2.3.
Thí nghiệm 3: Khảo sát ảnh hưởng của độ cao và diện tích mặt thoáng đến hiệu suất
lắng tảo ............................................................................................................................................29
3.2.3.1.

Thí nghiệm 3a: Khảo sát ảnh hưởng của độ cao .......................................................29

3.2.3.2.

Thí nghiệm 3b: Khảo sát ảnh hưởng của diện tích mặt thoáng (DTMT) ...............30

3.2.4.

Thí nghiệm 4: Khảo sát ảnh hưởng của độ cao và pH lên thu hoạch tảo ....................31

3.2.5.

Thí nghiệm 5: Ảnh hưởng của thời gian lắng đến chất lượng tảo ...............................32

3.2.6.

Thí nghiệm 6: Khảo sát ảnh hưởng của ion Mg2+ đến hiệu suất lắng tảo ...................33

Chương 4 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ............................................................................................35
4.1.
Thí nghiệm 1: Khảo sát ảnh hưởng của độ pH lên độ lắng của tảo bằng cách tăng độ
pH bằng dung dịch NaOH ...............................................................................................................35
4.2.

Thí nghiệm 2: So sánh hiệu suất lắng tảo của pH 3 và pH 11 ..........................................37

4.2.1.

Thí nghiệm 2a: So sánh hiệu suất của pH 3 và pH 11 mẻ lắng 3 lít .............................37

4.2.2.

Thí nghiệm 2b: So sánh sinh khối và lượng dầu của pH 3 và pH 11 mẻ lắng 500 lít .40

4.3.
Thí nghiệm 3: Khảo sát ảnh hưởng của độ cao và diện tích mặt thoáng đến hiệu suất
lắng tảo ..............................................................................................................................................42
4.3.1.

Thí nghiệm 3a: Khảo sát ảnh hưởng của độ cao dịch tảo trong thiết bị lắng .............42

4.3.2.

Thí nghiệm 3b: Khảo sát ảnh hưởng của diện tích mặt thoáng ...................................43

4.4.

Thí nghiệm 4: Khảo sát ảnh hưởng của độ cao và pH lên thu hoạch tảo ........................44

4.5.

Thí nghiệm 5: Ảnh hưởng của thời gian lắng đến chất lượng tảo ...................................49

4.6.

Thí nghiệm 6: Khảo sát ảnh hưởng của ion Mg2+ đến hiệu suất lắng tảo .......................55

Chương 5 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ ................................................................................................61
5.1.

Kết luận .................................................................................................................................61

5.2.

Đề nghị...................................................................................................................................61

TÀI LIỆU THAM KHẢO ...................................................................................................................63
PHỤ LỤC ..............................................................................................................................................65
 
ix 
 


DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT
ηf

: Hiệu suất lắng tảo

DTMT

: Diện tích mặt thoáng

x 
 


DANH SÁCH CÁC HÌNH
Hình 2.1: Một vài hình ảnh Chlorella..............................................................................4 
Hình 2.2: Cấu tạo Chlorella .............................................................................................4 
Hình 2.3: Quy trình công nghệ thu hoạch và chế biến biodiesel từ vi tảo ....................12 
Hình 2.4: Sơ đồ sản xuất dùng cho nuôi tảo theo từng mẻ ...........................................14 
Hình 2.5: Kích thước các ô trong buồng đếm ...............................................................17 
Hình 2.6: Các hạt keo kết lại tạo thành các hạt flocs ....................................................20 

Hình 2.7: Cấu tạo hệ thống chiết Sohxlet ......................................................................23 
Hình 4.1: Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của độ pH đến hiệu suất lắng tảo......................35 
Hình 4.2: Dung dịch tảo trước khi xử lý pH .................................................................36 
Hình 4.3: Dung dịch tảo sau khi lắng được 6 giờ..........................................................36 
Hình 4.4: Đồ thị hiệu suất lắng tảo của pH 3 và pH 11.................................................37 
Hình 4.5: Đồ thị hiệu suất trích ly dầu của thí nghiệm so sánh pH 3 và pH 11 ............38 
Hình 4.6: Dịch tảo lắng sau 48h của pH 3 – pH 11 .......................................................39 
Hình 4.7: Tảo sấy khô ...................................................................................................40 
Hình 4.8: Đồ thị hiệu suất trích ly dầu của thí nghiệm so sánh pH 3 và pH 11 ............41 
Hình 4.9: Dầu thô sau khi sấy .......................................................................................41 
Hình 4.10: Đồ thị hiệu suất lắng tảo ảnh hưởng bởi độ cao dịch tảo ............................42 
Hình 4.11: Dung dịch tảo lắng sau 24 giờ của thí nghiệm độ cao ................................43 
Hình 4.12: Đồ thị hiệu suất lắng tảo ảnh hưởng bởi DTMT của dịch tảo.....................44 
Hình 4.13: Tảo lắng sau 24 giờ với DTMT khác nhau .................................................44 
Hình 4.14: Đồ thị hiệu suất lắng tảo sau 48 giờ theo độ cao và pH ..............................45 
Hình 4.15: Bố trí các bình tảo lắng với độ cao khác nhau với pH 3 và pH 11 .............46 
Hình 4.16: Đồ thị khối lượng tảo thu hoạch của thí nghiệm với độ cao và pH ............47 
Hình 4.17: Đồ thị so sánh lượng dầu trích ly của pH 3 và pH 11 .................................48 
Hình 4.18: Dầu thô của thí nghiệm ...............................................................................49 
Hình 4.19: Đồ thị khối lượng tảo thu hoạch thay đổi bởi thời gian lắng ......................51 
Hình 4.20: Đồ thị hiệu suất thu hoạch tảo ảnh hưởng bởi thời gian lắng .....................51 
Hình 4.21: Đồ thị so sánh hiệu suất trích ly dầu của thí nghiệm ảnh hưởng của thời
gian lắng ........................................................................................................................52 
xi 
 


Hình 4.22: Bố trí thí nghiệm lắng theo thời gian ..........................................................53 
Hình 4.23: Dầu thô của thí nghiệm lắng theo thời gian ................................................54 
Hình 4.24: Dầu tinh của thời gian lắng 2 ngày..............................................................54 

Hình 4.25: Đồ thị hiệu suất lắng tảo (trung bình) thí nghiệm sử dụng ion Mg2+ ..........55 
Hình 4.26: Tảo trước khi lắng  

Hình 4.27: Tảo sau khi lắng ....................................56 

Hình 4.28: Đồ thị hiệu suất lắng tảo của thí nghiệm tỷ lệ Mg/trtb................................57 
Hình 4.29: Tảo lắng sau 24 giờ .....................................................................................58 
Hình 4.30: Tảo lắng sau 24 giờ của tảo nuôi 3 ngày .....................................................59 
Hình 4.31: Tảo nuôi 4 ngày lắng sau 30 phút ...............................................................60 

xii 
 


DANH SÁCH CÁC BẢNG
Bảng 2.1: Thành phần hoá học chứa trong tảo Chlorella ...............................................5 
Bảng 2.2: Thành phần hóa học có trong một số loại tảo ( Becker, 1994) .......................6 
Bảng 2.3: Thành phần acid béo chính của một số loại tảo ..............................................7 
Bảng 2.4: Năng suất dầu và diện tích canh tác của một số nguồn dầu thực vật và vi
tảo.[9] ..............................................................................................................................11 
Bảng 2.5: Tóm tắt ưu điểm và nhược điểm của các phương pháp nuôi tảo .................16 
Bảng 2.6: Một số phương pháp sấy sinh khối tảo .........................................................20 
Bảng 3.1: Bố trí thí nghiệm độ cao và pH .....................................................................31 
Bảng 3.2: Bố trí thí nghiệm thời gian lắng và pH .........................................................32 
Bảng 4.1: Hiệu suất lắng tảo khi xử lý tăng độ pH của dung dịch tảo bằng dung dịch
NaOH. (đơn vị %) .........................................................................................................35 
Bảng 4.2: Hiệu suất lắng của thí nghiệm so sánh pH 3 và pH 11 .................................37 
Bảng 4.3: Kết quả xử lý sấy khô tảo và trích ly dầu thô ...............................................38 
Bảng 4.4: Kết quả sinh khối tảo của thí nghiệm mẻ 500 lít ..........................................40 
Bảng 4.5: Kết quả trích ly dầu của thí nghiệm mẻ 500 lít.............................................40 

Bảng 4.6: Hiệu suất lắng (%) theo độ cao dịch tảo .......................................................42 
Bảng 4.7: Hiệu suất lắng (%) theo diện tích mặt thoáng ...............................................43 
Bảng 4.8: Hiệu suất lắng (%) sau 48 giờ của thí nghiệm ảnh hưởng của độ cao và pH
lên thu hoạch tảo ............................................................................................................45 
Bảng 4.9: Kết quả khối lượng tảo khô của thí nghiệm ảnh hưởng của độ cao và pH lên
thu hoạch tảo..................................................................................................................47 
Bảng 4.10: Kết quả thí nghiệm trích ly dầu tảo ở 2 bình thí nghiệm độ cao 10 cm......48 
Bảng 4.11: Kết quả thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng thời gian lắng đến chất lượng tảo50 
Bảng 4.12: Hiệu suất thu hoạch của thí nghiệm ảnh hưởng của thời gian lắng ............50 
Bảng 4.13: Kết quả trích ly dầu của thí nghiệm ảnh hưởng của thời gian lắng ............52 
Bảng 4.14: Hiệu suất lắng (%) của thí nghiệm ảnh hưởng của ion Mg2+ .....................55 
Bảng 4.15: Hiệu suất lắng tảo của thí nghiệm tỷ lệ Mg/trtb .........................................56 
Bảng 4.16: Hiệu suất lắng tảo của tảo nuôi 3 ngày .......................................................59 
Bảng 4.17: Hiệu suất lắng tảo của tảo nuôi 4 ngày .......................................................60 
xiii 
 


Chương 1
MỞ ĐẦU
1.1.

Đặt vấn đề
Trên thế giới hiện nay nguồndầu mỏ tự nhiên đang cạn kiệt dần. Sử dụng nhiên

liệu dầu mỏ còn gây ra nhiều vấn đề, như khí CO2 sinh ra gây nên các vấn đề môi
trường, giá dầu tăng cao trong những năm gần đây. Do vậy, nghiên cứu nguồn nhiên
liệu sinh học mới để thay thế nhiên liệu dầu mỏ hiện là vấn đề cấp thiết. Đây là vấn đề
đặt ra chocác nhà khoa họcsớm tìm hiểu nghiên cứu để đưa ra giải pháp tốt nhất.
Một trong những hướng nghiên cứu cho thấy nhiều triển vọng là nhiên liệu sinh

học biodiesel sản xuất từ tảo. Thực tế trên thế giới đã có nhiều nghiên cứu về biodiesel
từ tảo trong những năm gần đây.Tảo Chlorella Vulgaris là một trong những giống
được quan tâm.Ở Việt Nam nguồn nguyên liệu tảo khá đa dạng và phong phú, chủ yếu
dùng làm thực phẩm. Tuy nhiên những nghiên cứu về Tảo và sản xuất biodiesel từ tảo
ở Việt Nam hiện chưa có nhiều.
Trong các quá trình sản xuất thì khâu thu hoạch tảo là một trong các
khâuquan trọng quyết địnhtính khả thi của sản xuấtbiodieseltừ tảo. Cần phải nghiên
cứu cho ra phương pháp thu hoạch tối ưu đáp ứng chi phí và hiệu quả cho các quá
trìnhthu hoạch tảo.
Vì thế dưới sự phân công của bộ môn Công Nghệ Hóa Học trường Đại Học
Nông Lâm TP.HCM và dưới sự hướng dẫn của PGS.TS. Trương Vĩnhchúng tôi thực
hiện đề tài: “Nghiên Cứu Thu Hoạch Tảo Chlorella Vulgaris Bằng Phương Pháp
Đông Tụ”.
1.2.
-

Mục đích đề tài
Nâng cao hiệu suất thu hoạch tảo Chlorella Vulgaris bằng phương pháp đông
tụ.

1.3.
-

Xác định các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất lắng tảo.
Nội dung đề tài
Thí nghiệm thu hoạch tảobằng cách tăng độ pH

1 
 

-

Thí nghiệm xác định các yếu tố khác ảnh hưởng đến hiệu suất thu hoạch tảo
như độ cao dịch tảo, thời gian lắng…

-

Kết hợp các yếu tố độ pH và ion Mg2+ nhằm tăng hiệu suất thu hoạch tảo bằng
phương pháp đông tụ.

1.4.
-

Yêu cầu
Xác định các thông số tối ưu của: độ pH, độ cao dịch tảo và diện tích mặt
thoáng, thời gian lắng, nồng độ ion Mg2+trong việc thu hoạch tảo bằng phương
pháp đông tụ.

-

Xác định hiệu suất lắng của tảo trong các điều kiện đã xử lý.

2 
 


TỔNG QUAN TÀI LIỆU
2.1.

Tổng quan về Chlorella

2.1.1. Giới thiệu về Chlorella
Tảo lục (Chlorella ) được một nhà sinh vật học người Hà Lan phát hiện ra vào
năm 1890, Chlorella là một loài rong đặc biệt, còn được gọi tên khoa học là
Pyrenoidosa (tên cấu trúc pyrenoid trong chloroplast ), thuộc họ Oocystaceae, thường
sống ở vùng nước ngọt và có hàm lượng Chlorophyll cao nhất (đạt 28,9 g/kg) so với
bất kì thực vật quang hợp nào được biết đến trên trái đất.
Chlorella sinh sản với tốc độ vô cùng lớn, quá trình sinh sản nói chung được
chia thành nhiều bước: sinh trưởng – trưởng thành – thành thực – phân chia.
2.1.2. Hình thái và các đặc điểm sinh học về ngành tảo lục
Tảo lục đơn bào có chứa chlorophyll a và b, xanthophyll, hình thái rất đa dạng
có loại đơn bào, có loại thành nhóm, có loại dạng sợi, có loại dạng màng, có loại dạng
ống…phần lớn có màu lục như cỏ. Sắc lạp có thể có hình phiến, hình lưới, hình trụ,
hình sao…. Thường có 2 - 6 thylakoid xếp chồng lên nhau. Phần lớn có một hay nhiều
pyrenoid nằm trong sắc lạp. Nhiệm vụ chủ yếu của pyrenoid là tổng hợp tinh bột. Trên
sắc lạp của tảo lục đơn bào hay tế bào sinh sản di động của tảo lục có sợi lông roi
(tiêm mao) dài bằng nhau và trơn nhẵn. Có loại trên bề mặt lông roi có một hay vài
tầng vẫy nhỏ. Lông roi của tế bào di động ở tảo lục thường có hai sợi, một số ít có bốn
sợi, tám sợi hay nhiều hơn. Cũng có khi chỉ có một sợi lông roi. Phần lớn tế bào tảo
lục có một nhân, một số ít có nhiều nhân. Thành tế bào của tảo lục chủ yếu chứa
cellulose.
Với những tế bào bình thường, một tế bào Chlorella sẽ phân chia thành 4 tế bào
con trong thời gian chưa đầy 24 giờ, kích thước tảo từ 2 đến 10 µm, tuổi thọ của một
vòng đời tế bào Chlorella phụ thuộc vào cường độ ánh sáng mặt trời, nhiệt độ và
nguồn dinh dưỡng.

3 
 

 

Hình 2.1: Một vài hình ảnh Chlorella
 Nucleus: Nhân.
 Nuclear envelope: Màng nhân.
 Starch: Tinh bột.
 Cell walls: Vách tế bào.
 Chloroplast: Thể sắc tố.
 Mitochondria: Ty thể.

Hình 2.2: Cấu tạo Chlorella

(nguồn />Tảo lục có 3 phương thức sinh sản:
Sinh sản sinh dưỡng: phân cắt tế bào, phân cắt từng đoạn tảo.
Sinh sản vô tính: hình thành các loại bào tử vô tính, như bào tử tĩnh, bào
tử động, bào tử tự thân, bào tử màng dày.
Sinh sản hữu tính: có đẳng giao, dị giao và noãn giao.
(Nguồn: />
4 
 


2.1.3. Thành phần hóa học của tảo Chlorella
Thành phần hoá học của tế bào Chlorella tuỳ thuộc vào môi trường dinh dưỡng
trong quá trình phát triển. Tảo có thể phát triển tốt trong môi trường nước có hàm
lượng nitrate và photphat cao. Thành phần hoá học của các loài tảo lục phụ thuộc
nhiều vào sự có mặt của nitơ trong môi trường. Khi lượng nitơ trong môi trường thấp
thì hàm lượng protein của Chlorella giảm xuống rõ rệt trong khi lượng carbonhydrate
và lipid lại tăng lên.

Bảng 2.1: Thành phần hoá học chứa trong tảo Chlorella
Thành phần

Hàm lượng

Protein tổng số

40 – 60 %

Gluxit

25 – 35 %

Lipid

10 – 15 %

Sterol

0,1 – 0,2 %

Sterin

0,1 – 0,5 %

β - caroten

0,16 %

Xanthophyll

3,6 – 6,6 %

Chlorophyll a

2,2 %

Chlorophyll b

0,58 %

Acid nucleic

6,00 %

Tro

10 – 34 %

Vitamin B1

18,0 mg/g

C

0,3 – 0,6 mg/g

K

6 mg/g

B6

2,3 mg/100 g

B2

3,5 mg/100 g

B12

7 – 9 mg/100 g

Niacin

25 mg/100 g

Acid Nicotinic

145 mg/100 g

(Nguồn: Đặng Đình Kim, Đặng Hoàng Phước Hiền (1999), công nghệ sinh học vi tảo,
NXB Nông Nghiệp, Hà Nội, Trang 25-36)
5 
 


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

Protein

Carbohydrates

Lipids

Nucleic acid

Scenedesmus

50-56

10-17

12-14

3-6

47

-

1,9

8-18

21-52

16-40

48

17

21

Chlorella vulgaris

51-58

12-17

14-22

4-5

Chlorella

57

26

2

-

Spirogyra sp.

6-20

33-64

11-21

-

Dunaliella

49

4

8

Dunaliella salina

57

32

6

Euglena gracilis

39-61

14-18

14-20

Prymnesium

28-45

25-33

22-38

52

15

3

28-39

40-57

9-14

8-14

4-9

2-5

obliquus
Scenedesmus
quadricauda
Scenedesmus

dimorphus
Chlamydomonas
reinhardtii

pyrenoidosa

bioculata

1-2

parvum
Tetraselmis
maculata
Porphyridium
cruentum
Spirulina platensis 46-63
Spirulina maxima

60-71

13-16

6-7

3-4.5

Synechoccus sp.

63

15

11

5

Anabaena

43-56

25-30

4-7

cylindrica
6 
 


Bảng 2.3: Thành phần acid béo chính của một số loại tảo
Thành phần acid béo ( %)
16:0 16:1 16:2 16: 16:4 18:1 18:2 18: 18:4 20: 20:6
3

3

5

35

2

Tr.

Tr. 15

9

6

30

26

8

7

2

2

34

20

20

4

1

4

22

7

6

30

3

Ankistrodesmu 13

3

1

1

14

25

2

29

2

15

4

6

17

2

4

1

1

27

Scenedesmus

2

obliquus
Chlorella
vulgaris
Chlamydomon
as reinhardtii
1

s spp.
Isochrysis spp. 12
Nannochloris

9

6
20

7

9

13

spp.
(nguồn: Gouveia L., Nobre B.P., Marcelo F.M. (2007), Functional food oil coloured
by pigment extracted form microalgae with supercritical CO2, Food chemistry, 101,
pp.717-723)
Tảo có khả năng hấp thu CO2 và các muối khoáng cần thiết để tổng hợp protein,
glucid, lipid … Có thể thay đổi tùy theo điều kiện môi trường như ánh sáng,nhiệt
độ,độ mặn. Chlorella rất giàu protein, vitamine và các khoáng chất.Các protein của
loài tảo này có chứa tất cả các amino acid cần thiết cho nhu cầu dinh dưỡng của người
và động vật.Rất nhiều vitamine có trong thành phần của Chlorella như: vitamine
C,tiền vitamine A, riboflavin, thấy có khả năng kháng tế bào ung bứu,giảm huyết
áp,tăng khả năng miễn dịch ở người. Tảo được sử dụng chủ yếu để xử lý môi
trường,mỹ phẩm,làm thức ăn cho thuỷ sản,người và động vật trong đó khả năng ứng
dụng để sản xuất biodiesel được đánh giá rất cao.
2.1.4. Các yếu tố ảnh hưởng đến sự phát triển của tảo

a) Yếu tố hóa học
pH :
7 
 


Một thông số quan trọng của môi trường là pH vì pH xác định độ hòa tan của
CO2 và muối khoáng ảnh hưởng đến quá trình trao đổi chất ở tảo. Thông số này lại
phụ thuộc vào thành phần khả năng đệm của môi trường, nhiệt độ cũng như hoạt tính
trao đổi chất của tế bào tảo.
Hầu hết các giống tảo được nuôi trong môi trường đều có giá trị pHnhất định.
Thông thường khoảng pH cho phép là 7 ÷ 9 và theo nhiều tài liệu thì pH tối ưu là 8,2÷
8,7. Bên cạnh đó khi thay đổi pH đột ngột có thể làm cho tảo nhanh chóng bị tàn lụi.
Trong trường hợp nuôi tảo với mật độ cao thì việc bổ sung CO2 sẽ giúp điều chỉnh pH
thích hợp trong quá trình tảo phát triển, độ pH có thể đạt đến giá trị tới hạn là 9. Nhiều
trường hợp việc nuôi trồng tảo thất bại có thể do pH không thích hợp. Điều này có thể
khắc phục bằng cách sục khí môi trường nuôi([2],[1],[6])
 Các chất dinh dưỡng trong môi trường nuôi
Các môi trường dinh dưỡng dùng cho nuôi trồng tảo phải dựa theo nhu cầu dinh
dưỡng của từng loài tảo. Việc xác định chính xác nồng độ của từng yếu tố dinh dưỡng
cho một loài nào đó là vô cùng khó khăn. Vì môi trường dinh dưỡng tối ưu phụ thuộc
rất nhiều vào mật độ quần thể, ánh sáng và pH môi trường. Các chất dinh dưỡng đa
lượng bao gồm: nitrat, phosphat…Các nguyên tố vi lượng được coi là không thể thay
thế đối với sinh trưởng và phát triển của tảo là Fe, Mn, Cu, Zn và Cl. Những vi lượng
khác có vai trò quan trọng đối với một số nhóm tảo là Co, B, Si,…
b) Yếu tố vật lý
 Nhiệt độ:
Mỗi loài tảo thích hợp với nhiệt độ tối ưu và biên độ nhiệt khác nhau tùy theo
loài. Nhiệt độ đóng vai trò quan trọng.Chính vì vậy, việc chọn các chủng loại tảo chịu
nhiệt có ý nghĩa lớn đến năng suất tảo.Mặt khác, nhiệt độ thấp cũng ảnh hưởng xấu

đến sinh trưởng của tảo.
Nhiệt độ tối ưu cho quá trình nuôi tảo trong khoảng từ 18 ÷ 25oC mặc dù chúng
có thể thay đổi tùy theo thành phần môi trường nuôi, loài nuôi và dòng nuôi. Nhìn
chung các loài tảo nuôi thường chịu đựơc nhiệt độ trong khoảng 16 ÷ 27oC. Nhiệt độ
thấp hơn 16oC sẽ làm chậm sự tăng trưởng, trong khi đó nhiệt độ tăng cao hơn 35oC sẽ
gây thiệt hại cho một số loài.[1]
8 
 


Trong điều kiện tự nhiên nên nuôi cấy Chlorella vào mùa có nhiệt độ ít thay đổi
(khoảng từ tháng 4 ÷ 10, thời gian này nhiệt độ trung bình 25 ÷ 30oC) và chú ý đến
nhiệt độ dao động hằng ngày, tạo mọi điều kiện thuận lợi để nhiệt độ không chênh lệch
quá nhiều giữa các buổi trong ngày.[8] Nếu cần thiết ta có thể làm mát môi trường nuôi
bằng cách cho dòng nước lạnh chảy trên bề mặt của bình nuôi hoặc kiểm soát nhiệt độ
không khí bằng các thiết bị điều hòa nhiệt độ.[6]
 Khuấy sục môi trường nuôi
Trong quá trình nuôi tảo việc khuấy sục có tác dụng: giúp ngăn ngừa hiện
tượng phân tầng nhiệt độ trong dịch nuôi, giúp tế bào tảo tiếp xúc đều với ánh sáng,
ngăn ngừa tảo lắng xuống bể, cải thiện trao đổi khí giữa môi trường nuôi và không khí,
quan trọng hơn là cung cấp CO2 cho quá trình quang hợp. Trong trường hợp nuôi với
mật độ cao, CO2 từ không khí (chỉ chứa 0,03 % CO2) sẽ làm hạn chế sinh trưởng của
tảo. Vì vậy việc bổ sung CO2 tinh khiết với tỉ lệ 1 % thể tích không khí. Việc bổ sung
CO2 có tác dụng giúp ổn định pH do cân bằng giữa CO2 và H2CO3. Tùy thuộc vào quy
mô của hệ thống nuôi mà ta có thể sục khuấy hằng ngày bằng tay (ống nghiệm, các
bình tam giác), sục khí (các túi, các bể) hoặc các guồng hay bơm chạy bằng điện (ao).
Tuy nhiên không phải tất cả các loài tảo đều có thể chịu đựng được với chế độ sục
khuấy mạnh.[2]
Như vậy, kỹ thuật khuấy sục là vấn đề rất cần được quan tâm nhằm mục tiêu
tăng năng suất tảo mà không làm ảnh hưởng tới trạng thái tế bào. Về mặt kinh tế, chọn

giải pháp khuấy sục sao cho chi phí thấp nhất là yêu cầu đầu tiên.[2]
 Ánh sáng
Việc cung cấp ánh sáng cho nuôi tảo là vấn đề thiết yếu và cần thiết không thể
thiếu. Bởi vì giống như tất cả các loài thực vật, hệ số sử dụng năng lượng ánh sáng ở
tảo cao hơn ở thực vật bậc cao, điều này có nghĩa là chúng hấp thụ carbon vô cơ để
chuyển hóa thành carbon hữu cơ. Nhiều loại vi tảo có quang hợp bão hòa ở khoảng
33% tổng lượng cường độ chiếu sáng. Vì vậy, trong điều kiện ánh sáng có cường độ
cao và thời gian chiếu sáng dài, người ta thấy xuất hiện hiện tượng quang ức chế có
thể làm tảo chết hoặc làm giảm đáng kể năng suất nuôi trồng.
Cường độ ánh sáng đóng vai trò quan trọng nhưng yêu cầu về cường độ ánh
sáng thay đổi rất lớn theo độ sâu của môi trường nuôi và mật độ tảo nuôi. Khi nuôi ở
9 
 


độ sâu lớn và mật độ cao thì cường độ ánh sáng thay đổi từ 1000 ÷ 10000 lux, tối ưu
2500 ÷ 5000 lux tùy vào thể tích. Có thể là ánh sáng tự nhiên hoặc ánh sáng của đèn
huỳnh quang, chu kỳ chiếu sáng tối thiểu là 18 h/ngày, tối đa là 24 h/ngày tùy vào thể
tích. Tuy nhiên không phải tất cả các phiêu sinh vật đều chịu được ánh sáng liên tục
nhưng phần lớn các giống tảo làm thức ăn đều chịu được ánh sáng liên tục. Điều này
không có nghĩa là cứ cung cấp thêm năng lượng ánh sáng cho một dịch nuôi là sinh
khối sẽ tăng.
c) Yếu tố sinh học
Các nguồn gây nhiễm và xử lý nước: Lây nhiễm vi khuẩn, nguyên sinh động
vật hoặc của các loài tảo khác là vấn đề khó khắc phục đối với việc nuôi cấy tảo thuần
chủng cũng như nuôi cấy vô trùng. Các nguồn gây nhiễm phổ biến nhất gồm có môi
trường nuôi (nước và các chất dinh dưỡng), không khí, bình nuôi và tình trạng giống
nuôi cấy ban đầu.
Tảo bị nhiễm tạp sẽ ức chế về nhiều mặt trong quá trình phát triển dẫn đến sinh
khối đạt được không cao và chất lượng tảo giảm đi rất nhiều, thậm chí không thể sử

dụng được. Sự cạnh tranh về dinh dưỡng, ánh sáng, CO2 và ảnh hưởng của một số chất
độc gây ức chế từ các tác nhân gây nhiễm đối với tảo nuôi là những tác hại chính của
sự tạp nhiễm.
Việc chuẩn bị các bình nuôi có dung tích nhỏ là khâu quyết định trong việc tăng
môi trường nuôi cấy tảo:
-

Rửa bằng xà phòng.

-

Tráng rửa bằng nước nóng.

-

Làm sạch với 30% acid muriatic.

-

Tráng sạch lại bằng nước nóng.

-

Sấy khô trước khi sử dụng.
Theo cách khác, các ống, bình và bình lớn bằng thủy tinh có thể được khử trùng

bằng nồi hấp, có thể sử dụng các bình nuôi dùng một lần rồi vứt bỏ như túi polyetylen.
2.1.5. Tiềm năng của dầu sản xuất từ vi tảo.
Ngày nay, việc dùng nhiên liệu diesel sinh học (biodiesel) thay thế dầu mỏ là
vấn đề cấp thiết do nhiên liệu dầu mỏ đang ngày càng cạn kiệt, ngoài ra, đốt nhiên liệu

dầu mỏ còn sinh ra nhiều CO2 gây ảnh hưởng tới môi trường. Biodiesel có nồng độ lưu
10 
 


huỳnh thấp nên khi đốt ít sinh ra CO2, bên cạnh đó, việc sử dụng biodiesel ít gây độc
và đặc biệt là chúng có thể bị phân hủy bởi vi sinh vật.
Một trong những nguồn nguyên liệu có thể dùng để sản xuất biodiesel là tảo
biển.Ý tưởng sản xuất biodiesel từ tảo biển đã có từ lâu đời, tuy nhiên, gần đây mới
được nghiên cứu và phát triển rộng rãi.
Ưu điểm của dầu tảo trong việc sản xuất biodiesel:
-

Tảo dùng ánh sáng và CO2 để tổng hợp nên năng lượng và carbon nên đây được
coi là nguồn năng lượng tái tạo.

-

Không ảnh hưởng đến an ninh lương thực.

-

Giảm giá thành sản xuất vì tảo có năng suất sinh khối cao, tốc độ phát triển
nhanh và hàm lượng dầu cao từ 15 ÷ 77 %.

Bảng 2.4: Năng suất dầu và diện tích canh tác của một số nguồn dầu thực vật và vi
tảo.[9]
Diện tích canh

Cây trồng

Năng suất dầu ( l/ha)

Bắp

172

1540

Đậu nành

446

594

Canola

1190

223

Jatropha

1892

140

Dầu dừa

2689

99

Dầu cọ

5950

45

136900

2

58700

4,5

Vi tảo
(70 % dầu )
Vi tảo
(30 % dầu )

tác ( triệu ha )

Từ bảng 2.4 ta thấy, vi tảo là nguồn sản xuất biodiesel tối ưu nhất có thể thay
thế nhiên liệu dầu mỏ. Khác với các nguồn dầu từ các cây trồng khác, vi tảo phát triển
cực kì nhanh và hàm lượng dầu cao vượt trội ( có thể lên tới 80% ).

11 
 

2.2.

Sản xuất Chlorella Vulgaris
Tảo có thể được sản xuất bằng cách áp dụng một loạt các phương pháp khác

nhau, từ các phương pháp được áp dụng trong phòng thí nghiệm đến các phương pháp
ít đoán trước trong các bể nuôi ngoài trời. Hình 2.3 là một sơ đồ quy trình từ nuôi tảo
và sản xuất dầu biodiesel từ tảo[7]

Ly tâm

Trích ly

Nuôi tảo

Sấy

Trích ly hexan
Thu hồi dung môi

KOH + Methanol

Tách dầu

Bả tảo
Sấy, nghiền

Tinh chế dầu thô (hấp

phụ + acid)

Bụi tảo cung
cấp trạm đốt
động cơ

Phản ứng Biodiesel

Phân bón,
biofilm

Tách
Thu hồi methanol

Biodiesel thô

Hỗn hợp glycerin
và tạp chất

Trung hòa
acid, Rữa

Tinh chế
Glycerin thô
Biodiesel
Hình 2.3: Quy trình công nghệ thu hoạch và chế biến biodiesel từ vi tảo
12