Đồ án nghiên cứu sự phát triển của vi tảo Chlorella vulgaris trong hệ thống photobioreactor kín

Vi tảo Chlorella vulgaris là một trong những loài tảo được nghiên cứu nhiều nhất do khả năng sinh trưởng nhanh và dễ nuôi. Theo Bold và Wynner (1978), Chlorella thuộc nhóm Eukaryota, ngành Chlorophyta. Loài này có kích thước nhỏ, đơn bào, và có khả năng phát triển trong nhiều điều kiện khác nhau như tự dưỡng, dị dưỡng và hỗn hợp. Chlorella vulgaris có giá trị dinh dưỡng cao, chứa nhiều protein, lipid và các vitamin thiết yếu. Nghiên cứu cho thấy, vi tảo này có thể được sử dụng trong nhiều lĩnh vực như thực phẩm, dược phẩm và xử lý môi trường. Việc nuôi trồng Chlorella vulgaris không chỉ mang lại lợi ích kinh tế mà còn góp phần bảo vệ môi trường.

Động học sinh trưởng của Chlorella vulgaris diễn ra qua bốn pha chính: pha lag, pha log, pha ổn định và pha suy vong. Pha lag là giai đoạn tảo thích nghi với môi trường mới, trong khi pha log là giai đoạn sinh trưởng nhanh nhất. Tại pha ổn định, tốc độ sinh trưởng giảm xuống do nguồn dinh dưỡng cạn kiệt. Các yếu tố như mật độ tế bào, cường độ ánh sáng và điều kiện môi trường ảnh hưởng lớn đến động học sinh trưởng. Nghiên cứu cho thấy, việc tối ưu hóa các điều kiện này có thể nâng cao hiệu suất thu hồi sinh khối của Chlorella vulgaris.

Vi tảo có bốn kiểu trao đổi chất chính: quang tự dưỡng, dị dưỡng, hỗn hợp và quang dị dưỡng. Trong đó, quang tự dưỡng là kiểu phổ biến nhất, sử dụng ánh sáng và CO2 để phát triển. Dị dưỡng cho phép tảo phát triển mà không cần ánh sáng, sử dụng nguồn carbon hữu cơ. Hỗn hợp kết hợp cả hai phương pháp, trong khi quang dị dưỡng yêu cầu ánh sáng và hợp chất hữu cơ. Mỗi kiểu trao đổi chất có ưu điểm và nhược điểm riêng, ảnh hưởng đến năng suất và chất lượng sinh khối tảo.

Hệ thống nuôi cấy vi tảo có thể chia thành hai loại chính: hệ thống mở và hệ thống kín (closed photobioreactor). Hệ thống mở thường rẻ hơn và dễ vận hành, nhưng có nguy cơ nhiễm bẩn cao và hiệu suất thu hồi sinh khối thấp. Ngược lại, hệ thống kín giúp kiểm soát tốt hơn các yếu tố môi trường như ánh sáng và nhiệt độ, từ đó nâng cao năng suất và chất lượng sinh khối. Nghiên cứu cho thấy, việc áp dụng công nghệ photobioreactor kín có thể tối ưu hóa điều kiện nuôi cấy, từ đó nâng cao hiệu suất sản xuất vi tảo.

Kết quả nghiên cứu cho thấy, mật độ tế bào ban đầu, cường độ ánh sáng và tỷ lệ glycerol:glucose có ảnh hưởng lớn đến động học sinh trưởng của Chlorella vulgaris. Cụ thể, mật độ tế bào 520 x 10^3 tế bào/mL kết hợp với cường độ ánh sáng 150 µmol photons/m2s cho hiệu suất thu hồi sinh khối cao nhất. Những phát hiện này có ý nghĩa quan trọng trong việc xác định điều kiện nuôi cấy tối ưu cho Chlorella vulgaris, góp phần vào việc phát triển công nghệ nuôi trồng vi tảo trong tương lai.