Cơng nghệ SX Tảo Chlorella GVHD: Chu Thị Bích Phượng BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ TPHCM KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM  CƠNG NGHỆ SINH HỌC THỰC PHẨM Đề tài: Cơng Nghệ Sản Xuất Tảo Chlorella GVHD : Chu Thị Bích Phượng SVTH : Nhóm 13 1- Lê Phúc Nguyên 1191100066 2- Lê Minh Thiện 1191100117 3- Lê Thị Trang 1191100137 4- Hà Ngọc Tâm 1191100103 5- Hồ Vĩnh Tài 1191100100 6-Trần Văn Tuấn 1191100147 7-Trương Thị Thanh Tuyền 1191100151 Tp.Hồ Chí Minh, tháng 07 năm 2012 Nhóm 13 Page LỜI CẢM ƠN Nhóm chúng em xin gửi lời biết ơn chân thành đến trường Đại Học Kỹ Thuật Công Nghệ TP Hồ Chí Minh tạo điều kiện cho chúng em thực tiểu luận cách thuận lợi Cảm ơn thư viện trường cung cấp phục vụ tài liệu cho nhóm q trình thực đề tài Chúng em vô biết ơn hướng dẫn Chu Thị Bích Phượng truyền đạt kiến thức cách hoàn thành tiểu luận có khoa học Cảm ơn theo sát chúng em thời gian qua Do kiến thức khả tìm hiểu có hạn, nên tiểu luận nhóm em dừng lại điểm chưa sâu vào vấn đề mà u cầu Mong bạn đóng góp thêm ý kiến để nhóm chúng em hồn thành tốt seminar để củng cố kiến thức hồn thành mơn học Xin cảm ơn Tp Hồ Chí Minh, ngày 22 tháng năm 2012 LỜI MỞ ĐẦU Con người khơng hài lịng với thân Con người ln suy nghĩ, hoạt dộng tìm thành tựu khoa học để phục vụ cho sống, cải tạo giới tự nhiên bắt chúng phục vụ cho lợi ích cho sống Trong vài chục năm trở lại ngành khoa học sinh học gới đạt thành tựu trội như: Thực phẩm chuyển gen, thực phẩm chức năng, vật liệu bao bì có nguồn gốc sinh học… Đặc biệt người thành cơng việc tìm số hoạt chất sinh học có nguồn gốc hồn tồn tự nhiên dể ứng dụng vào cơng nghệ dược phẩm thực phẩm để trị bệnh, tăng cường sức khỏe tăng cường khả dung nạp đào thải Hôm chúng em xin gới thiệu công nghệ sản xuất tảo Chlorella ứng dụng MỤC LỤC Phần 1: GIỚI THIỆU 1.1 Tổng quan Chlorella loại rong đặc biệt, gọi tên khoa học Pyrenoidosa (tên cấu trúc pyrenoid Chloroplast) thường sống vùng nước có hàm lượng chlorophyll cao (đạt 28,9 g/kg) so với thực vật quang hợp biết đến trái đất Chlorella loại rong xuất cách 2,5 tỷ năm dạng sống có nhân thật Các hóa thạch kỷ tiền Cambri tồn Chlorella thời kỳ Vì Chlorella vi sinh vật nên khơng biết đến cuối kỷ 19 tên bắt nguồn từ từ gốc Hy lạp, chloros có nghĩa màu xanh ella có nghĩa nhỏ bé Chlorella nằm nhóm sinh vật nhân thật giới sống nước dạng tế bào riêng lẻ Kích thước rong tế bào hồng cầu người Dưới điều kiện sống tối ưu: nhiều ánh sáng, nước khơng khí Chlorella sinh sản với tốc độ vơ lớn Q trình sinh sản nói chung chia thành nhiều bước: Sinh trưởng - trưởng thành - thành thục - phân chia Mỗi tế bào Chlorella pyrenoidosa có cấu trúc gồm nhân thật, hạt tinh bột, lục lạp ti thể với vách tế bào chủ yếu Xellulose Dưới tế bào bình thường, tế bào Chlorella phân chia thành tế bào thời gian chưa đến 24 Tuổi thọ vòng đời tế bào Chlorella phụ thuộc vào cường độ ánh sáng mặt trời, nhiệt độ nguồn dinh dưỡng 1.2 Cấu tạo phân loại Cấu tạo Tảo Chlorella tảo đơn bào, có hình cầu khơng di động, đường kính tế bào từ 2-10μm - Thành tế bào: cấu tạo lớp plasmalemma có thành phần hóa hơc từ protein hydratecacbon chiếm 13-25%trọng lượng khơ, dày 100A0 , có nhiều lỗ để tham gia trình trao đổi chất - Tế bào chất: Là khối dịch nhày suốt chứa bào quan dạng hạt Trong có thành phần sau: + Nước chiếm từ 50-60% trọng lượng tế bào + Protein thành phần chất khô dịch bào, chiếm 70-75% chất khô dịch bào + Các bào quan: Lục lạp , ty thể, ribosome …Trong lục lạp bào quan đặc biệt tảo, chúng tham gia vào trình quang hợp - Nhân: Tảo có màng nhân thuộc Eukaryote - Ngành: Chlorophyta - Lớp: Protococophyta - Bộ: Chloroccocales - Họ: Oscystaceae - Giống : Chlorella - Loài: Chlorella minitissima, C.pyrenoidosa, C vulgaris Phân loại: - Chlorella minutissima - Chlorella pyrenoidosa - Chlorella variabilis - Chlorella vulgaris 1.3 Đặc tính sinh sản Điều kiện sống tối ưu: nhiều ánh sáng, môi trường axit yếu khơng khí Có xu hướng chìm xuống đáy nước Có diệp lục => Tảo sinh vật tự dưỡng Hiệu quang hợp 8% Không bị virut công, môi trường nuôi cấy đơn giản Sinh sản vơ tính, nhanh , lớp vỏ bao khơng tham gia, tế bào phân cắt tế bào mẹ, lớp vỏ vỡ ngồi chúng hình thành lớp vỏ 1.4 Thành phần hóa học tảo Chlorella Bảng 1: Thành phần hóa học tảo Chlorella STT 10 11 12 13 14 15 16 17 THÀNH PHẦN Protein tổng số Glucide Lipide Sterol Sterin Carotenoid β-Caroten Xanthophyll Chlorophyll a Chloropyll b Acide nucleic Tro Vitamin B1 Vitamin C Vitamin K Vitamin B6 Vitamin B2 TRỌNG LƯỢNG(% CHẤT KHÔ) 40-60 25-35 10-15 0,1-0,2 0,1-0,5 0.25 0,16 3,6-6,6 2,2 0,58 6,0 10-34 18mg/kg 0,3-0,6mg/kg 6mg/kg 2,3mg/100g chất khô 3,5mg/100g chất khô 1.5 Bộ gen Nhiều gen loại tảo xanh (diệp lục) giải mã (ví dụ Chlamydomonas, Micromonas hay Ostreicoccus) gen tảo lục Chlorella với tiềm kinh tế lớn nhờ ứng dụng làm thức bổ sung , đến chưa thực Phân tích gen tảo lục Chlorella cho thấy có 9791 gen protein, tổng số lượng gen tảo Micromonas Những thơng tin di truyền giúp hợp lý hóa việc sử dụng tảo lục Chlorella nhiều ứng dụng công nghiệp khác Việc đối chiếu phân tích với gen nhiều loại tảo xanh khác giúp phác thảo chân dung di truyền loài tảo tổ tiên chung chúng Ở tảo thủy tổ dường tập trung phần lớn đặc điểm sinh học tổng hợp kích thích tố cần thiết cho sinh trưởng phát triển thực vật cạn Bất ngờ cả, việc giải mã gen tảo Chlorella phát số lượng gen tương đối chi phối hoạt động tổng hợp protein lông roi Điều cho thấy trước tảo lục Chlorella hình thành chu kỳ giới tính mà đến chưa khám phá Ngoài ra, khả tổng hợp kitin tảo lục Chlorella có khả thừa hưởng từ lồi virus - thân virus có enzym kitinaza để đảm bảo độc quyền kí sinh vật chủ so với lồi khác khơng có khả đục xuyên vỏ Cơ chế “độc quyền” minh chứng cho phương thức tiến hóa virus vật chủ Phần QUY TRÌNH SẢN XUẤT TẢO CHLORELLA 2.1 Quy trình sản xuất Hình 1: Quy trình sản xuất tảo 2.2 Chuẩn bị giống nuôi cấy thạch nghiêng Tên giống: Chlorella pyrenoidosa - Giống bảo quản thạch nghiêng, sau đặt tia sáng nhân tạo điều kiện nhiệt độ tối ưu để tăng sinh khối 2.3 Nguyên liệu - Nước: Nước biển, nước khoáng, nước giếng khoan, nước máy - Ánh sáng: cấp đầy đủ nhu cầu sinh trưởng phát triển tảo - Nhiệt độ: 25-28 °c - pH: 6-6,5 - Nguồn C: CO2( ni trồng cần sục khí liên tục) - Nguồn N: muối amoni, muối nitrat - Khoáng: Ca, P, Fe, Cu, 2.4 Môi trường nuôi cấy Bảng 2: Môi trường nuôi cấy tảo Cách pha sau: Cân 0,005g natri acetat hịa tan 500ml nước cất, thêm 10ml mơi trường bản, ml dung dịch vi lượng, thêm nước cất vào đủ 1000ml, điều chình pH 5,5-7,5 (PGS.TS.Nguyễn Đức Lượng, 2006) - Chlorella tăng sinh thạch nghiêng sau chuyển đến bình lớn hơn, tiếp tục đặt tia ánh sáng nhân tạo cung cấp khí CO Các tế bào Chlorella quang hợp phân chia tế bào Cứ lần thực trình phân Hình 9: Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng cường độ ánh sáng đến sinh trưởng C vulgaris 2.7.2 Nồng độ muối Độ muối giảm hạn chế q trình quang hợp, hơ hấp giảm tốc độ sinh trưởng tế bào chlorella Chlorella phát triển độ muối khoảng 25‰ 2.7.3 pH pH cao thấp làm thay đổi độ thẩm thấu màng tế bào, làm rối loạn trình trao đổi chất thể môi trường sống Mức pH thuận lợi cho tảo Chlorella phát triển – 6,5 Ở pH nguồn C vơ đồng hố nhiều Tảo sống mơi trường trung tính, acide yếu kiềm nhẹ Ở pH 8,5 - 9,5 tảo có khả phát triển chậm, pH 10 – 12 ức chế sinh trưởng tảo Hình 10: Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng pH đến sinh trưởng C vulgaris 2.7.4 Nhiệt độ Có thể ảnh hưởng trực tiếp gián tiếp Thường có tác động đồng thời với chế độ chiếu sáng ni tảo ngồi trời Theo Beijerinck (1890) Chlorella phát triển tốt nhiệt độ 25 – 280 C Ở nhiệt độ cao khơng thuận lợi (>50 0C) ngừng sinh trưởng hoàn toàn, tế bào bị phá hủy sống lại chuyển vào môi trường thuận lợi Hình 11: Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng nhiệt độ đến sinh trưởng C vulgaris Nếu nhiệt độ < 250C tảo phát triển chậm, nhiệt độ thường xun lớn > 400C tảo nhanh chóng chết sau khoảng ngày, nhiệt độ cao thời gian sống tế bào bị rút ngắn Hình 12: Ni tảo quy mơ lớn (http://www.good.is/post/algae-life/) Phần ỨNG DỤNG CỦA TẢO CHLORELLA 3.1 Trong Y học, thực phẩm chức Hỗ trợ điều trị số bệnh: Tiểu đường: Kích hoạt thúc đẩy tiết Insulin có tác dụng điều chỉnh hoạt động chuyển hóa Tảo chlorella cịn có khẳ tăng cường thị lực, cải thiện chứng đục đáy mắt tiểu dường Huyết áp tim mạch: Làm giảm mỡ máu giảm cholesterol, mềm hóa mạch máu từ đáy giúp giảm huyết áp bệnh tim mạch Hình 12: Thực phẩm chức từ tảo Đau dày: Tảo chlorella thực phẩm tính kiềm, có nhiều thành phần dinh dưỡng dễ hấp thụ nên có tác dụng rõ rệt bệnh dày thường nhiều axit Thiếu máu: Tảo chlorella có nhiều thành phần sắt diệp lục tố nguồn tạo huyết phong phú cho người Bệnh gan: Cung cấp cho bệnh nhân gan nhiều đạm sinh tố, giúp phục hồi chức gan Tảo chlorella cao đạm vị thuốc tốt bảo vệ gan Bệnh thận: Nhiều thứ kim loại nặng thuốc có tác dụng phụ thận Tảo chlorella trừ bỏ độc tố thận kim loại nặng thủy ngân loại thuốc gây nên, làm cho thận khỏe Phong thấp: Chất axit béo không no GLA, tảo chlorella có tác dụng bệnh viêm khớp Béo phì: Tảo chlorella loại thực phẩm dinh dưỡng cao đạm, mỡ, nhiều sinh tố, thực phẩm thay tốt cho người cần giảm béo Suy dinh dưỡng: Tảo lục cung cấp cho người nhiều sinh tố khoáng chất đạm chất lượng cao, giải khâu dinh dưỡng Táo bón mụn nám: Tảo chlorella có nhiều chất xơ diệp lục tố thể giải độc làm mềm xốp phân, giúp người táo bón hàng ngày đại tiện tốt, giảm nốt mụn sần nám da Ung bướu: Tảo chlorella có nhiều beeta carotel tảo lam tố, có tác dụng kiềm chế loại ung bướu ung thư Ngồi Tảo chlorella cịn giữ cho da, tóc khỏe có tác dụng thẩm mỹ chống suy lão làm vết thương mau lành, rút ngắn thời gian phục hồi sau phẩu thuật đồng thời có tác dụng định với người ngủ, trầm cảm tinh thần phân liệt… Ngày uống 20-30 viên trước bữa ăn sau bữa ăn (có thể chia làm 2-3 lần) - Nếu muốn giảm cân nên uống trước bữa ăn - Nếu muốn tăng cân, bạn nên uống sau bữa ăn Chú ý: uống nhiều nước dùng tảo để có tác dụng tốt cho thể 3.2 Trong nuôi trồng thủy hải sản 3.3 Trong mỹ phẩm Tảo Chlorella chứa chất trị liệu nước, muối khoáng dinh dưỡng cho thể nên thường sử dụng để chăm sóc da Tảo phóng thích hoạt chất tác động hiệu nước tắm, kem xoa mặt toàn thân nhờ hàm lượng magiê kali cao, giúp thể chống lại khối u xơ bắp, làm săn da, giảm tượng da sần, da vỏ cam Chất chiết từ tảo dùng số sản phẩm thuốc đắp, thuốc làm mặt nạ, kem dùng để tắm Riêng tảo đỏ Asparagopsis có tính diệt khuẩn nấm, giúp chống mụn tượng gàu Do thành phần khoáng chất có tảo tương tự thành phần cấu tạo chất lỏng cấu trúc thể người nên khơng gây kích ứng cho da Do dùng tảo để tự chăm sóc da nhà cách đắp mặt nạ, chăm sóc da tồn thân Để đắp mặt dùng tảo tươi tảo bột Nếu dùng tảo tươi, cần nghiền nát tảo đắp lên mặt (tránh vùng quanh mắt) thời gian từ đến 10 phút rửa lại nước ấm Khi dùng tảo dạng bột hịa chung muỗng nhỏ bột tảo với muỗng lớn sữa tươi hay sữa chua, sau dùng cọ phết bột tảo lên mặt để khoảng 20 - 30 phút rửa mặt lại nước lạnh Mặt nạ tảo có tác dụng làm sáng da tăng độ đàn hồi Để chăm sóc da tồn thân, kết hợp tảo với muối biển Đây phương thức thường áp dụng spa Muối pha với tinh dầu có vị ấm mùi thơm tự nhiên húng quế, gừng, sả để thoa khắp thể theo vòng tròn nhằm lấy lớp tế bào chết thể, sau thoa tảo biển lên tồn thể ủ 20 phút Phương pháp giúp tạo da sáng mịn thể khỏe mạnh Người ta thường phát nhạc nhẹ phịng tắm, giúp người trị liệu có trạng thái thư giãn hoàn toàn 3.4 Dùng nước thải để sản xuất dầu sinh học Sản xuất dầu diesel sinh học :Thay sử dụng dầu diesel sản xuất từ dầu mỏ (nguồn lượng bị cạn kiệt dần), tương lai dầu diesel sản xuất từ thực vật (các có dầu) nguồn nhiên liệu thay Loại dầu chiết xuất từ thực vật ngây độc hại cho người, tốt cho môi trường động sử dụng diesel Khác với loại lấy dầu khác, tảo lồi thực vật khơng u cầu centimet đất trồng trọt Nó trồng thềm lục địa nông, trồng sa mạc, bồn chứa nước nhân tạo Một lợi tảo khả hút khí CO2 cao Do vậy, tương lai không giải pháp lượng mà song hành với cịn lời giải cho vấn đề nhiễm môi trường ngày trầm trọng Trái đất Sản xuất cồn sinh học: Nhu cầu sử dụng cồn sinh học ngày tăng Đây nguồn nhiên liệu sạch, có nhiều ưu điểm dần trở thành nguồn nhiên liệu phổ biến tương lai 3.5 Để sản xuất Biodiesel Đặc biệt, tảo tồn nơi có đủ ánh sáng, kể vùng hoang hoá, nước mặn, nước thải, lại có khả làm mơi trường nước thải Để nuôi tảo, cần ánh sáng, CO 2, nước dinh dưỡng phân hố học phân chuồng Tảo giống thường ni phịng thí nghiệm, sau chuyển qua bể ao để ni Ngồi việc dùng vi tảo để sản xuất nhiên liệu, dùng bụi tảo khơ để đốt động diesel thay cho than bụi Đặc biệt, tảo có hàm lượng dầu cao dùng để chiết tách lấy dầu Nghiên cứu sử dụng nguồn tảo giống Chlorella nước, cung cấp từ Khoa Thuỷ sản Trường ĐH Nông Lâm TP.HCM, Khoa Thuỷ sản Trường ĐH Cần Thơ Trung tâm Quốc gia giống Hải sản Nam Bộ Thí nghiệm cho thấy tảo Chlorella cho dầu có màu vàng sậm, suất chuyển đổi dầu thành biodiesel 97% sau phản ứng Phần TIÊU CHUẨN VỀ MẶT DINH DƯỠNG CỦA TẢO Bảng 4: Tiêu chuẩn dinh dưỡng tảo TT Tên tiêu Đơn vị tính Mức cơng bố % RNI /adult/ngày Độ ẩm % Hàm lượng Protein % Hàm lượng Carbohydrate % Hàm lượng acide béo % Hàm lượng Carotenoids mg/Kg Hàm lượng Chlorophyll mg/kg Hàm lượng phycocyanin mg/10g Hàm lượngmg/10g < 8.0 60 - 70 14 - 22 6.0 - 8.0 3800 - 5000 > 14000 > 1500 > 440 9,6 Không xác định Không xác định Không xác định 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 Polysaccharides Năng lượng Kj/100g Spirulina g / 100 g Chlorella g /100 g Vitamin A IU/ 10 g Vitamin C mg / 10g Hàm lượng vitamin D UI/ 10 g Hàm lượng vitamin E mg/10g Hàm lượng vitamin K mcg/10g Hàm lượng vitamin B1 mg/10 g Hàm lượng vitamin B2 mg/10g Hàm lượng vitamin B3,mg/10g 1500 - 1600 85 15 5100 1.4 1190 – 1210 0,9 – 1,1 190 – 210 0,3 -0,32 0,39 -0,41 1,6 – 1,8 95