CHƯƠNG 1: TONG QUAN 1.1 TONG QUAN VE TAO 1.1 Khái niệm chung về tảo Tảo là những thực vật bậc thấp, cơ thể chưa có sự phân hoá thành rễ, thân, lá (những dấu hiệu của thực vật bậc cao) nên cơ thể chúng được gọi chung là tản. Cơ thể chúng có chứa sắc tố quang hop, chúng có khả năng quang tự dưỡng, sử dung năng lượng ánh sáng mặt trời, để tong hop nén cac chất hữu co từ các hợp chất vô cơ đơn giản [18]. Tảo lục gôm các tế bào sống đơn độc, các tế bao sống thành tập đoàn, đa dạng. Cau trúc tế bào vi tảo lục có tốc độ tiến hoá khác nhau.
Chúng phân bố rộng khắp từ nước ngọt nghèo dinh dưỡng đến nước lo, nước biển. Hình dạng cấu trúc chung của tế bào vi tảo lục rất đa dang, có thé có dạng đơn độc hay tập đoàn: có dạng sợi, dạng hạt, dạng ống, dạng mảng.Phần lớn tảo lục có dạng hình cầu, hình bầu dục, hình vuông, hình chữ nhật, hay hình lưỡi liềm [18]. Khi nghiên cứu về các loài tảo, các nhà khoa học cho thấy tảo lục có vai trò quan trọng trong tự nhiên và đời sống nhân loại [19]. Tốc độ phát triển của chúng rất mạnh, chúng chứa hàm lượng protein rất cao, không chứa độc tố va là nguồn thực phẩm giàu chất dinh dưỡng cho người và động vật, chúng có khả năng xử lý ô nhiễm mỗi trường.
Điều kiện phát triển của chúng có rất nhiều điểm rất đặc biệt khác với nhiều loài vi sinh vật khác: - Chúng phát triển mạnh trong môi trường kiềm yếu. - Chúng cần ánh sáng mặt trời trong suốt quá trình sinh trưởng và phát triển. Anh sáng có cường độ từ 3000 lux — 10000 lux thích hợp cho nhiều loài tảo. - Cần day du cac vi luong [19].2 Gia tri dinh dưỡng cua vi tao Giá trị dinh dưỡng của vi tảo có thé bị thay đối rất lớn ở các pha phát triển và dưới các điều kiện nuôi khác nhau [20].
Phân tích 40 loài tảo thuộc 7 lớp (Bacillariophyceae, Chlorophyceae, Prymnesiophyceae, Cryptophyceae, Eustigmatophyceae, Rhodophyceae, Prasino- phyceae) cho thấy tảo don bào chứa hàm lượng protein dao động từ 6 — 52%; carbohydrate từ 5 — 23% và lipid từ 7 — 23%. Các lớp tảo khác nhau không có sự khác biệt về hàm lượng protein, lipid. Vi tảo là nguồn cung cấp vitamin tương đối phong phú: vitamin C, thiamin — BI, riboflavin — B2, pyridoxine — B6, cyanocobalamin — B12, biotin, pyridoxine.1: Thanh phan hóa học của một số loài tao (% chất khô) Anabaena cylindrical 43-56 25-30 4-7 Aphanizomenon flos-aquae 62 23 3 Chlamydomonas rheinhardii 48 17 21 Chlorella pyrenoidosa 57 26 2 Chlorella vulgaris 51-58 12-17 14-22 Dunaliella salina 57 32 6 Euglena gracilis 39-61 14-18 14-20 Porphyridium cruentum 28-39 40-57 9-14 Scenedesmus obliquus 50-56 10-17 12-14 Spirogyra sp. 6-20 33-64 II-2I Arthrospira maxima 60-71 13-16 6-7 Spirulina platensis 46-63 8-14 4-9 Synechococcus sp.3 Vi tao Pseudokirchneriella Bảng 1.2: Thông tin về vi tảo Pseudokirchneriella Giống Pseudokirchneriella Nganh Chlorophyta Lớp Chlorophyceae Xuất xứ Sông Nitelva, Na uy Môi trường sống Nước ngọt Người phân lập Skulberg, O.M Chu kì sống 3M (14D) Nhiệt độ thích hợp sinh trưởng 20 (25) Mật độ quang thích hợp sinh trưởng 4-10 (70-80) (uE/nÏ sec) Khả năng sinh tồn khi bị đóng băng Có 1.4 Các yếu tô ảnh hưởng đến quá trình sinh trướng của tảo 1.41 Anh hưởng của ánh sáng Tảo là loài vi sinh vật tự dưỡng quang năng nên ánh sáng là yếu tố quan trọng trong quá trình tự dưỡng của tảo.
Cường độ ánh sáng thích hop cho sự phát triển của vi tảo Pseudokirchneriella là 8000 lux [20].2 Ảnh hưởng của nhiệt độ Vi tảo Pseudokirchneriella phát triển tốt trong khoảng nhiệt độ từ 25 — 35°C. Tuy nhiên, nhiệt độ phát triển của vi tảo còn phụ thuộc nhiều vào cường độ chiếu sáng và thành phần môi trường. Khoảng nhiệt độ tối ưu cho vi tao Pseudokirchneriella phát triển là 30°C [20].43 Ảnh hưởng của pH môi trường pH môi trường tối ưu cho vi tảo Pseudokirchneriella phát triển là 7 [20].44 Anh hưởng của sự phân phối khí trong môi trường Khuay trộn môi trường trong nuôi cây tảo là điêu kiện bat buộc. Mục dich cua khuấy trộn là: Tăng khả năng tiếp xúc của tế bào tảo với chất dinh dưỡng.
làm tăng quá trình trao đối chat. - Tang khả năng tiếp xúc ánh sáng của tế bào. - Tang khả năng thoát chất khí tạo ra trong quá trình hô hap của tảo. - Han chế những vi sinh vật gây bệnh yếm khí có trong môi trường.
- Pam bảo chu kỳ sáng/tối (khi tảo nối lên và khi tảo chìm xuống), tạo điều kiện tự nhiên thích hợp với quang hợp của tảo. Sự phân phối khí tối ưu cho vi tảo Pseudokirchneriella phát triển là 10 lỗ sụt khí đường kính Imm được phân bố đều ở đáy bể [20]. Nguôn dinh dưỡng của vi tảo Pseudokirchneriella % Dinh dưỡng cacbon: Vi tảo Pseudokirchneriella sử dụng CO; như nguồn cacbon chính trong quá trình trao đồi chất. Vi tảo Pseudokirchneriella hấp thụ CO chủ yếu ở dạng không phân ly.
Phan ứng tổng hợp có thê viết dưới dạng [21]: HCO3 + 2H›O <> (CH2O) +H;O + On + OH: HCO; + OH <> CO3” + HạO 2 CO2“ + CO, + HạO < 2HCO3- % Dinh dưỡng nito: Các hợp chat nito mà vi tảo Pseudokirchneriella có thé sử dung bao gồm NO3, NO», NH¿”, axit amin, glutamin .nguồn nito không anh hưởng nhiều đến sinh lý của vi tao Pseudokirchneriella. % Dinh dưỡnø photpho: Photpho là một yếu tố chính cần cho sự tăng trưởng của vi tao. Vi tảo Pseudokirchneriella sử dụng photpho ở dạng vô cơ như HạPOx và HPO,”. Su hap thụ photpho của vi tao được kích thích bởi ánh sáng.
Tốc độ thu nhận photpho còn chịu ảnh hưởng của pH, nông độ P,K”,Na”, MeTM. % Dinh dưỡng oxi và hydro: Oxi can cho sự biên dưỡng va câu trúc của vi tao. Oxi là thành phan cua hau hết các hợp chat hữu cơ trong tê bào và là chat nhận điện tử sau cùng trong quá trình oxy hoá sinh hoc.Vi tảo nhận O; từ khí quyền hoặc từ O; tan trong nước. Ngoài ra, vi tảo còn sử dụng Hạ dé khử các chat FAD, FHN, NAD”, NADP", pyruvate, Oz [23].
10 % Dinh dưỡng khoáng: Vi lượng Fe, K, Na, Ca, Mg đều cần thiết trong quá trình sinh trưởng của vi tảo. Hàm lượng khoáng trong môi trường sống của tảo có một khoảng nhất định, nếu thiếu thì tảo phát triển kém còn nếu quá thừa lại gây ra ức chế.5 Các phương pháp thu sinh khối Trong công nghệ sản xuất sinh khối vi sinh có 2 dang: Sinh khối gồm những tế bào sống: loại sinh khối này đòi hỏi phải đảm bảo tế bào ở dạng sống và có hoạt tính sinh học cao. Do đó việc thu nhận chúng bắt buộc phải đảm bảo các đặc tính sinh học không bị thay đối. Sinh khối gồm những tế bào chết: loại sinh khối này bao gồm các tế bào chết không cần sự hoạt động của chúng.
do đó việc thu nhận chúng trở nên dé dang hơn [21]. Ta có thé áp dụng các phương pháp cơ bản sau dé tách sinh khối ra khỏi môi trường nuôi cay: 1.1 Phương pháp lang Là phương pháp cơ học phân riêng hỗn hợp không đồng nhất. Trong công nghiệp người ta thường dùng những biện pháp sau trong phương pháp lăng các tế bào vi sinh vật để thu nhận sinh khối. - Đề thu nhận các dịch dé uống (bia, rượu vang, nước quả lên men), người ta thường hạ nhiệt độ xuống 2 — 4°C.
Ở nhiệt độ này các tế bào vi sinh vật dễ kết lăng xuống đáy thiết bị lên men. - Nếu chỉ thu nhận sản phẩm trao đổi chất bậc hai, người ta có thé dùng biện pháp kết tủa nhờ một phản ứng hóa học tương ứng. Sau đó người ta thu nhận các sản phẩm kết tủa này mà không sợ bị lẫn sinh khối vi sinh vật. Trong việc nuôi trông vi tảo hiện nay phương pháp lắng cũng được áp dụng bởi những ưu điêm như: 11 - Thiét bi don gian, dé van hanh.
- Chi phí thấp, không tốn nhiều năng lượng. - Thich hợp áp dụng trong nuôi trồng với quy mô lớn. Nhưng bên cạnh đó còn ton tại nhiều điểm hạn chế như: - Chiém nhiêu diện tích. - Thời gian lắng tùy thuộc vào kích thước tế bảo vi tảo nên có những loài tảo không có hiệu quả kinh tế khi áp dụng phương pháp lăng.
- Thời gian lăng tương đối lâu, do thời gian lắng lâu nên có thể tế bảo vi tảo bị thay đôi thành phân, biến chất hay chết đi [21].2 Phương pháp lọc Lọc là quá trình phân riêng hỗn hợp không đồng nhất qua lớp lọc. Quá trình lọc là quá trình vật lý đơn thuần. Trong công nghiệp nuôi trồng vị tảo hiện đại lọc đã được áp dụng với màng lọc băng xenluloza. Ưu điểm lớn nhất của nó là có thể thu sinh khối ở nồng độ rất thấp.
Tuy nhiên nó thu sinh khối ở một thé tích nhỏ do sau một thời gian lọc màng lọc sẽ bi bích lại nếu tế bào vi tảo quá bé [24]. Một số phương pháp đã được đưa ra để tránh tình trạng này: e Thay vì hút bằng bơm chân không ta dùng một bơm nén tạo áp suất xuống màng lọc. e Vẫn sử dụng bom chân không nhưng không dé áp suất quá thấp và phải có cánh khuấy phần dung dịch trên lọc cũng như phải duy trì mức dung dịch trên giấy lọc không được phép cho dung dịch cạn. %%Uu điểm: e Có thé thu sinh khối ở nồng độ loãng.
e Thời gian thu sinh khối nhanh. s%* Nhược điểm: 12 e Không áp dụng cho những loài có kích thước tế bào quá nhỏ. e Hiện tượng bích mang lọc dẫn đến lượng thu hồi mỗi lần không cao lam. e Khó áp dụng quy mô công nghiệp đối với loài tảo có kích thước quá bé [24] 115.3 — Phương pháp ly tam Dựa trên trọng lượng riêng của vật chất, người ta dùng lực ly tâm tạo ra hiện tượng tách pha lỏng và pha rắn trong dung dịch nuôi cay.
Có 2 kiểu ly tâm thường được sử dụng: e Phương pháp ly tâm lắng. e Phuong pháp ly tâm lọc. “* Uu điểm : e Hiệu suất thu sinh khối cao gần như 100%. e Thích hợp cả với những loài vi tảo có kích thước nhỏ.
e Thời gian thu hỏi nhanh. s%* Nhược điểm : e Tốn năng lượng. e Năng suất nhỏ, chỉ phù hợp quy mô phòng thí nghiệm [21].6 Làm khô mẫu bằng bình hút 4m có nối bơm hút chân không Mục đích là làm khô mẫu nhưng có thé tránh phân hủy mẫu dưới tác dụng của nhiệt. s%* Cách tiên hành Cho mau vi tảo sau ly tâm vào đĩa Petri.
e Đặt đĩa Petri vào bình hút 4m, dưới đáy bình có chứa silicagel. e Pay nắp bình, nắp cần được thoa đều bằng vaselin để giữ kin.