Tiểu luận " PROTEIN TRONG TẢO VÀ ỨNG DỤNG TRONG CÔNG NGHIỆP'

Chia sẻ: Le Van | Ngày: | Loại File: DOCX | Số trang:28

Thêm vào BST

Báo xấu

303
lượt xem 62
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Rong biển là một nguồn tài nguyên tuyệt vời đầy đủ tái tạo, tự nhiên và hữu cơ và ở Tây Âu đã được sử dụng làm phân bón và thức ăn của cư dân ven biển hàng trăm năm. Tất cả chúng ta đã sử dụng nó trong một cách này hay cách khác. Điều này có thể nằm trong khoảng từ một bồn tắm thư giãn rong biển, một chất kết dính trong thức ăn của bạn, một nguyên liệu thức ăn chăn nuôi cho gia súc của bạn hoặc kem mặt mỹ phẩm mà bạn áp dụng...

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Tiểu luận " PROTEIN TRONG TẢO VÀ ỨNG DỤNG TRONG CÔNG NGHIỆP'

TRƯỜNG CAO ĐẲNG KINH TẾ -CÔNG NGHỆ TP.HCM BÁO CÁO ĐỀ TÀI PROTEIN TRONG TẢO VÀ ỨNG DỤNG TRONG CÔNG NGHIỆP Tp.HCM, tháng 3 năm 2013
MỤC LỤC Phần 1: Mở đầu ................................ ................................ ................................ ..... 1 Phần 2: Tổng quan về tảo ................................ ................................ ...................... 2 2.1 Tảo là gì? ................................ ................................ ................................ ........ 2 2.2 Phân loại ................................ ................................ ................................ ......... 3 2.3 Phân bố ................................ ................................ ................................ ........... 4 2.4 Thành tựu ................................ ................................ ................................ ........ 4 2.5 Hoạt tính sinh hôc của protein................................ ................................ .......... 5 PHẦN 3: GIỚI THIỆU VỀ TẢO SPIRULINA ................................ ...................... 5 3.1. Nguồn gốc thú vị của tảo Spirulina ................................ ................................ .5 3.2. Thành phần hóa học của tảo spirulina ................................ ............................. 6 3.2.1Tình hình nuôi trổng tảo Spirulina ngoài nước: ................................ .............. 6 3.2.2Tình hình nuôi trồng tảo Spirulina trong nước: ................................ .............. 7 3.2.3 CN sản xuất tảo sprirula bằng pilot ................................ ............................... 8 3.3 Công nghệ sản xuất tảo Spirulina ................................ ................................ ..... 8 3.3.1 Giống ................................ ................................ ................................ ............ 8 3.3.2 Các điều kiện kĩ thuật: ................................ ................................ .................. 9 3.3.3 Các hình thức nuôi tảo ................................ ................................ .................. 9 PHẦN 4: THÀNH PHẦN PROTEIN TRONG TẢO ................................ ........... 12 4.1 Protein tảo ................................ ................................ ................................ ..... 12 4.2 Chiết ly protein từ tảo ................................ ................................ ................... 13 PHẦN 5 :ỨNG DỤNG CỦA TẢO TRONG CÔNG NGHIỆP: ........................... 15 5.1.Ứng dụng trong nhiên liệu sinh học: ................................ .............................. 16 5.2. Sản xuất ethanol ................................ ................................ ......................... 17 5.3.Ứng dụng trong y học ................................ ................................ ................... 18 5.4. Ứng dụng trong mỹ phẩm ................................ ................................ ............ 19 5.5 Ứng dụng trong nông nghiệp ................................ ................................ ......... 19 5.6.Ứng dụng trong công nghiệp thực phẩm ................................ ........................ 19 KẾT LUẬN ................................ ................................ ................................ ........ 20 Tài liệu tham khảo ................................ ................................ .............................. 21
MỤC LỤC HÌNH Hình 4.2 chiêt ly protein từ tảo ................................ ................................ ........... 13 Hình 5.1 quá trình sản xuất nhiên liệu sinh học từ tảo ................................ .......... 16 Biều đồ 2.3 Một số loài tảo phân bố trên thế giới ............................................................ 4 Bảng so sánh hệ thống sx nhân tạo tảo spirula kín và hở ............................................... 14
PHẦN I: LỜI MỞ ĐẦU Rong biển là một nguồn tài nguyên tuyệt vời đầy đủ tái tạo, tự nhiên và hữu cơ và ở Tây Âu đã được sử dụng làm phân bón và thức ăn của cư dân ven biển hàng trăm năm. Tất cả chúng ta đã sử dụng nó trong một cách này hay cách khác. Điều này có thể nằm trong khoảng từ một bồn tắm thư giãn rong biển, một chất kết dính trong thức ăn của bạn, một nguyên liệu thức ăn chăn nuôi cho gia súc của bạn hoặc kem mặt mỹ phẩm mà bạn áp dụng trên da của bạn. Điều này cho bạn thấy đa dạng các ngành công nghiệp rong biển,Theo truyền thống, việc sử dụng chính của rong biển là làm phân bón vì nó làm giàu đất để cho phép trồng các loại cây trồng khác nhau. Tuy nhiên, trong 10 năm qua người ta bắt đầu nhận ra rằng rong biển là một nguồn cao của các khoáng chất, nguyên tố vi lượng và vitamin và có thể được sử dụng cho nhiều hơn cả. .Bằng chứng khoa học mạnh mẽ và không thể phủ nhận tồn tại các loài chiếm hữu, kháng sinh, kháng virus, kháng khuẩn, mitogenic, chống viêm, chống bám dính, ức chế ACE, chống oxy hóa, chống ung thư, chống huyết khối, suy giảm miễn dịch hoặc hiệu ứng cytomodulatory. PROTEIN Page 1
PHẦN 2 TỔNG QUAN VỀ TẢO 2.1 TẢO LÀ GÌ Tảo là những hình thái sự sống quan trọng nhất trên trái đất. Tuy nhiên, nhiều người không thể trả lời câu hỏi, "tảo là gì?" Bạn có thể nghĩ của tảo như cây trôi nổi trong nước, nhưng đó không phải là chính xác đúng. Giống như thực vật, thức ăn riêng của tảo là do quang hợp. Hơn nữa, một số tảo không sống trong nước, nó có thể sống trong đất hoặc trong tuyết. Là cơ thể thực vật thấp, cơ thể gồm một hoặc nhiều tế bào, cấu tạo đơn giản, có màu sắc khác nhau nhưng luôn có chất diệp lục, hầu hết sống ở nước, sinh sản sinh dưỡng hoặc sinh sản hữu tính. Tảo gồm 2 loại: Tảo đơn bào:cơ thể cấu tạo gồm một tế bào. Vd:tảo tiểu cầu, tảo silic - Tảo đa bào: cơ thể cấu tạo gồm nhiều tế bào. Vd: tảo vòng, rau câu, rau diếp biển. - Tại sao tảo quan trọng như vậy? Các đại dương bao phủ khoảng 71% bề mặt trái đất, nhưng tảo sản xuất hơn 71%  oxy của Trái Đất, trong thực tế, một số nhà khoa học tin rằng tảo sản xuất 87% oxy của thế giới. Họ cũng giúp loại bỏ số tiền rất lớn của khí carbon dioxide từ không khí. Carbon  Dioxide gây ra sự nóng lên toàn cầu, vì vậy tảo là một trong những đồng minh quan trọng nhất của chúng ta trong cuộc chiến chống lại biến đổi khí hậu Chúng là cơ sở của hầu hết các chuỗi thức ăn trong đại dương và nước ngọt. Không có tảo, không có cá. Một ngày nào đó, tảo có thể cho phép chúng ta ngừng đốt dầu khí  Trong tự nhiên có nhiều loại tảo chứa nhiều protein nhưng không sử dụng được cho người và gia súc vì chúng có độc tố. Ở châu Phi người ta vớt tảo lam Spirulina maxima ở các ao hồ giàu muối, canxi làm thức ăn bồi bổ và dùng lam thuốc chữa một số bệnh nh ư phù chân, đau răng và các bệnh về đường tiêu hóa. Tảo không có hoa, còn thân, rễ của chúng là các mô thẩm thấu, chứa trên 80% nước khoáng từ biển. Đặc biệt, tảo có thể tồn tại ở bất cứ nơi nào có đủ ánh sáng, kể cả vùng hoang hoá, nước mặn, nước thải, lại có khả năng làm sạch môi trường nước thải. Để nuôi tảo, chỉ cần ánh sáng, CO2, nước và dinh dưỡng có thể là phân hoá học hoặc phân chuồng. Tảo giống th ường nuôi trong phòng thí nghiệm, về sau có thể chuyển qua bể hoặc ao để nuôi. Ưu điểm của tảo đơn bào: PROTEIN Page 2
Giá trị dinh dưỡng cao và có khả năng ứng dụng rộng rãi - + Tảo đơn bào có hàm lượng protein rất cao (chiếm khoảng 40 – 50% chất khô), riêng tảo Spirulina chiếm tới 70% chất khô. + Protein của tảo thuộc loại protein hoàn hảo. Hàm lượng protein trong tảo gần với quy đinh protein tiêu chuẩn. Luợng axitamin không thay thế rất cao, có thể chiếm tới 42% tổng số aa + Tảo chưa nhiều vitamin như vitamin A, B, C, K (đặc biệt là vitamin A, B12 và vitamin C) và chất lượng các vitamin này rất tốt. Ngoài ra còn có axit aconnitic, axit pantotetic, biotin, lecophorin. Cho đến nay chưa tìm thấy độc tố nào nguy hiểm trong các loại tảo kể trên. - Tảo có diệp lục nên chung là loài tự dưỡng do có khả năng quang hợp với các loài - sinh vật khác. Tảo có kích thước tế bào lớn, thuận lợi cho qua trình thu nhận cũng như khối - lượng sinh khối. Không bị virut tấn công, môi trường nuôi cấy đơn giản. - Tảo có khả năng làm sạch các nguồn nước bẩn, giữ vệ sinh môi trường. Tảo lam - còn tham gia quá trình cố định nitơ của không khí nhờ những tính chất đặc biêt của mình. 2.2PHÂN LOẠI Họ tảo có khoảng 25.000 loài tảo biển, được chia thành nhiều hệ như tảo xanh lục, tảo lam, tảo đỏ và tảo nâu. Cho đến nay có ba loại tảo đơn bào được sản xuất trên quy mô lớn và có hiệu quả kinh tế cao là Chlorella, Spirulina và Scenedesmus. PROTEIN Page 3
Chỉ có 12 nhóm tảo được dùng trong ẩm thực và thường được sử dụng dưới dạng tươi để chế biến món salad, luộc,hấp,nướng hoặc nấu súp. Những món ăn từ tảo biển rất thích hợp với người ăn chay và tiêu hóa kém. Ví dụ: Tảo biển màu đỏ porphyra dạng khô đ ược dùng như món rau trong b ữa ăn hàng ngày của người Trung Hoa, Nhật Bản, Hàn Quốc và người xứ Wales vì chứa nhiều vitamin A, B. Tảo Spirulilina có dạng sợi xoắn, là nguồn thực phẩm bổ sung có hàm lượng protein cao, thành phần acid amin giống trứng gà, giàu glucid dễ tiêu hóa như acid béo không no, muối khoáng như kali, phosphore, sắt….và nhiều vitamin. 2.3 PHÂN BỐ Trên thế giới: Sản lượng rong biển hàng năm cuả thế giới ước tính khoảng 15 triệu tấn và dự tính khoảng 22 triệu tấn vào năm 2020. Tại Việt Nam theo các tài liệu đã công bố, rong biển có khoảng 800 loài. Tuy nhiên, hiện nay chỉ có một số khoảng 90 loài được người dân khai thác sử dụng làm thực phẩm, làm thuốc, còn phần lớn để cho tự phân hủy gây lãng phí tài nguyên và gây ra ô nhiễm môi trường. Thống kê số liệu đo đạt khảo sát thực tế về diện tích phân bố tảo biển và sản lượng (năm 2009) cho thấy khả năng khai thác tự nhiên và nuôi trồng tảo biển ở Việt Nam có thể đạt diện tích 79126.32 ha và sản lượng thu hoạch được là 69703,26 tấn khô. Ước tính diện tích mặt nước có thể nuôi trồng và khai thác rong biển trong thời kỳ 2010- 2015 là 900.000 ha với sản lượng 600-700.000 tấn khô/năm, trong đó, nhóm rong Lục có tiềm năng lớn nhất về diện tích và sản lượng nuôi trồng. Biều đồ 2.3 Một số loài tảo phân bố trên thế giới 2.4 THÀNH TỰU: - Tại Việt Nam đã chiết xuất thành công bio-etanol từ rong biển trong phòng thí nghiệm PROTEIN Page 4
- Các nhà sinh học của Đại học California, San Diego Hoa Kỳ đã thành công trong việc sử dụng chất chiết xuất từ tảo biển để sản xuất vaccine tiềm năng có khả năng ngừa lây truyền ký sinh trùng gây bệnh sốt rét. 2.5 HOẠT TÍNH SINH HỌC CỦA PROTEIN Rong biển là một nguồn tự nhiên của các protein có hoạt tính sinh học, các axit amin và peptide. Hai nhóm các protein có hoạt tính sinh học - lectins và phycobiliproteins có mặt trong rong biển một số. Lectin là một nhóm các protein gắn carbohydrate hiển thị hoạt động chống vi khuẩn, chống ung thư, sinh học chống HIV và chống viêm; lectin đã được phân lập thành công từ một số rong biển bao gồm Eucheuma sp. và Codium mong manh. Một nhóm các protein - phycobiliproteins - triển lãm chất chống oxy hóa, chống viêm, làm giảm cholesterol và hoạt động kháng virus để đặt tên nhưng một số ít và đã được tách từ rong biển đỏ, Palmaria palmata. Một số các axit amin có hoạt tính sinh học cũng có mặt trong rong biển. Một ví dụ là taurine - một loại amino acid có hoạt tính sinh học cần thiết cho một số chức năng sinh học. Các axit amin có hoạt tính sinh học khác có trong tảo biển bao gồm laminine, kainoids, và các axit amin như mycosporine. Những axit amin có một loạt các đặc tính sinh học bao gồm chất chống oxy hóa, hoạt động hạ huyết áp, t huốc trừ sâu, anthelmintic, và neuroexcitatory.Ngoài ra để các axit amin có hoạt tính sinh học, một số peptide có hoạt tính sinh học đã được phân lập từ rong biển. Chúng bao gồm carnosine và glutathione cả hai đều là peptide chất chống oxy hóa bảo vệ các tế bào khỏi bị hư hại gây ra bởi các loài ôxy phản ứng. Một peptide có hoạt tính sinh học được sản xuất bởi rong biển là Kahalalide F là một depsipeptide cyclic với hoạt động chống ung th ư và cũng dùng trong điều trị AIDS. PHẦN 3 GIỚI THIỆU VỀ TẢO SPIRULINA 3.1. NGUỒN GỐC THÚ VỊ CỦA TẢO SPIRULINA Tên khoa học: Spirulina Platensis Tảo xoắn (Spirulina) là một loại vi tảo dạng sợi xoắn màu xanh lục, chỉ có thể quan sát thấy hình xoắn sợi do nhiều tế bào đơn cấu tạo thành dưới kính hiển vi. PROTEIN Page 5
Tảo Spirulina đã được nghiên cứu từ nhiều năm nay. Chúng có những đặc tính ưu việt và giá trị dinh dưỡng cao. Các nhà khoa học trên thế giới đã coi tảo Spirulina là sinh vật có ích cho loài người. Loại tảo này do tiến sĩ Clement người Pháp tình cờ phát hiện vào những năm 1960 khi đến hồ Sat (fr:Lac Tchad) ở Trung Phi. Nhà khoa học này không khỏi kinh ngạc khi vùng đất cằn cỗi, đói kém quanh năm nhưng những thổ dân ở đây rất cường tráng và khỏe mạnh. Khi Clement tìm hiểu về thức ăn của họ, bà phát hiện trong mùa không săn bắn, họ chỉ dùng một loại bánh màu xanh mà nguyên liệu chính là thứ họ vớt lên từ hồ. Qua phân tích, bà phát hiện ra loại bánh có tên Dihe này chính là tảo Spirulina. 3.2. THÀNH PHẦN HÓA HỌC CỦA TẢO SPIRULINA Hàm lượng protein trong Spirulina thuộc vào loại cao nhất trong các thực phẩm hiện nay, 56%-77%, cao hơn 3 lần thịt bò, cao hơn 2 lần trong đậu tương. Hàm lượng vitamin rất cao. Cứ 1 kg tảo xoắn Spirulina chứa 55mg vitamin B1, 40mg vitamin B2, 3mg vitamin B6, 2mg vitamin B12, 113mg vitamin PP, 190mg vitamin E, 4000mg carotene trong đó β-Carotene khoảng 1700mg(tăng thêm 1000% so với cà rốt), 0.5mg axít folic,Inosite khoảng 500-1000mg. So sánh Protein của Spirulina với một số thực phẩm khác Hàm lượng khoáng chất có thể thay đổi theo điều kiện nuôi trồng, thông thường sắt là 580-646mg/kg (tăng thêm 5000% so với rau chân vịt), mangan là 23-25mg/kg, Mg là 2915-3811/kg, selen là 0.4mg/kg, canxi, kali, phốtpho đều khoảng là 1000-3000mg/kg hoặc cao hơn(hàm lượng Canxi tăng hơn sữa 500%). Phần lớn chất béo trong Spirulina là axít béo không no, trong đó a.Linoleic 13784mg/kg, γ-linoleic 11980mg/kg. Đây là điều hiếm thấy trong các thực phẩm tự nhiên khác. Hàm lượng Carbon Hydrate khoảng 16.5%, hiện nay đã có những thông tin dùng glucose chiết xuất từ tảo Spirulina để tiến hành những nghiên cứu chống ung thư. 3.2.1Tình hình nuôi trổng tảo Spirulina ngoài nước: PROTEIN Page 6
Khởi đầu là vào những năm 1977, một doanh nghiệp tảo đầu tiên của Hoa Kỳ đã bắt tay vào nuôi thử nghiệm mô hình pilot trên các bể nhân tạo. Họ chọn thung lũng hoang mạc Imperial thuộc bang California vì nơi đây có nhiệt độ trung bình cao nhờ ánh nắng mặt trời và tránh xa vùng ô nhiễm đô thị. Đến năm 1981, một sự hợp tác đầu tiên giữa doanh nhân California và thương nhân Nhật Bản đã hình thành nên Earthrise Farms và chính thức đi vào sản xuất ổn định năm 1982. Ngày nay, Earthrise Farms cung cấp sản phẩm cho hơn 40 quốc gia và tảo Spirulina ở đây được xem là tốt nhất. Ngoài ra, trên thế giới còn có các trang trại nuôi trồng tảo Spirulina với quy mô lớn, chất lượng cao như: - Trang trại Twin Tauong (Myanmar) - Trang trại Sosa Texcoco (Mehico) - Công ty tảo Siam (Thái Lan) - Trang trại Chenhai (Trung Quốc) - Nông trại Hawai (Hoa Kỳ)… 3.2.2 Tình hình nuôi trồng tảo Spirulina trong nước: Ở Việt Nam, từ năm 1972 các nhà khoa học bắt đầu đặt vấn đề nghiên cứu tảo Spirulina do GS.TS Nguyễn Hữu Thước chủ trì. Năm 1976, việc thử nghiệm nuôi trồng tảo Spirulina đã được tiến hành trong thời gian 4,5 tháng tại Nghĩa Đô, Hà Nội đã thu được kết quả khá khả quan. Vào năm 1985, Sở Y Tế thành phố Hồ Chí Minh đã tiếp nhận giống tảo Spirulina đầu tiên do ông bà R.D.Fox tặng. Sau đó, tảo giống được giao cho Trạm nghiên cứu dược liệu (nay là Trung tâm dinh dưỡng thành phố Hồ Chí Minh) giữ giống và nuôi trồng. Hiện nay, có 2 nơi nuôi trồng tảo Spirulina ở nước ta, đó là: - Công ty cổ phần nước khoáng Vĩnh Hảo (Bình Thuận) - Và một cơ sở ở Bình Chánh, thành phố Hồ Chí Minh. PROTEIN Page 7
Có thể nói, Vĩnh Hảo là đơn vị tiên phong trong việc nuôi trồng và sản xuất tảo Spirulina lớn nhất nước ta. Tuy nhiên, việc nuôi trồng tảo Spirulina tại thành phố Hồ Chí Minh lại sản xuất thức ăn chủ yếu cho gà, tôm… Sau một thời gian không tìm được đầu ra và giá thành chưa hợp lý nên các cơ sở trên đã không thể tiếp tục việc nuôi trồng được nữa. Nhìn chung, lịch sử nghiên cứu và nuôi trồng tảo Spirulina ở nước ta đã thu được nhiều kết quả ban đầu đáng khích lệ. Tuy nhiên cho đến nay việc nuôi trồng cho đến nay đa số vẫn mang tính nhỏ lẻ, lạc hậu, không đáp ứng được nhu cầu sử dụng tảo ngày càng tăng cao. Vì vậy, trước những giá trị về mọi mặt mà tảo Spirulina mang lại, cần phải tiến hành cải thiện, thúc đẩy ngành công nghiệp nuôi trồng tảo nhằm đáp ứng nhu cầu trong n ước và xuất khẩu ra thị trường nước ngoài. Hiện nay, hầu hết các cơ sở sản xuất tảo Spirulina trong nước đều đang sử dụng phương pháp nuôi trồng “gián đoạn”, và phụ thuộc khá nhiều vào điều kiện thời tiết. Phương pháp này có ưu điểm là vốn đầu tư thấp, dễ thực hiện. Tuy nhiên, lại có nhược điểm là năng suất không cao do thời gian “chết” lớn, dễ bị thoái hóa giống… 3.2.3 CN sản xuất tảo sprirula bằng pilot Pilot hoạt động theo phương pháp liên tục. So với phương pháp gián đoạn, phương pháp liên tục có những ưu điểm như: do cơ chất châm vào hệ thống liên tục và sản phẩm được tháo ra liên tục khỏi hệ thống, do đó hạn chế thời gian chết, năng suất cao hơn so với phương pháp gián đoạn. Đặc biệt, các điều kiện môi trường thích hợp cho sự sinh trưởng và phát triển, được hoàn toàn nhân tạo nên không phụ thuộc vào thời tiết, tiết kiệm diện tích, thích hợp cả với những nới diện tích sản xuất nhỏ như nhà xưởng, khu công nghiệp… Hiện nay, pilot nuôi trồng tảo spirulina đang tiếp tục đ ược hoàn thiện và sắp tới sẽ đưa vào sản xuất thực tế. 3.3 Công nghệ sản xuất tảo Spirulina 3.3.1 Giống Spirulina là một chi gồm một số loài được sử dụng phổ biến trong công nghệ nuôi trồng tảo như S.platensis, S.maxima. PROTEIN Page 8
Chọn giống: tảo giống phải đạt độ thuần khiết cao. Giống nếu không thể phân lập và tự tuyển chọn thì nên đặt mua những giống dành cho sản xuất ở những nơi uy tính. Yêu cầu: giống cho năng suất cao, dễ thu hoạch, dễ thích nghi, sức chống chịu tốt, ít hấp phụ, tích tụ các chất độc của môi trường nuôi cấy. Nhân giống: bất kì một cơ sở sản xuất nào cũng phải có phòng thí nghiệp để cất giữ và nhân giống tảo phục vụ sản xuất, đồng thời phòng thí nghiệm còn có nhiệm vụ kiểm soát hệ thống nuôi và phân tích chất lượng thành phẩm, lai tạo và tuyển chọn những giống cũng như môi trường nuôi cấy để đạt hiệu quả cao hơn. Từ giống gốc ban đầu cấy sang bình tam giác 200ml, nuôi tảo ở điều kiện ánh sáng thích hợp sau đó cấy sang môi tr ường có thể tích 1lít, quá trình cứ tiếp tục cho đến 100 lít với tỉ lệ cấp giống là 10%. Thời gian nhân giống phụ thuộc vào tỉ lệ cấp giống và thể tích môi trường, thường nuôi trong 24 giờ đảm bảo cho tảo sinh trưởng và phân chia cho đủ lượng tế bào cần giúp cho quá trình sản xuất được chủ động và đạt năng suất cao. 3.3.2 Các điều kiện kĩ thuật: Nguồn cacbon: là CO2 và muối cacbonat. Nồng độ cacbon ở dạng muối cacbonat tối đa là 16-17g/l, thực chất chúng có thể sống ở nồng độ 200g/l. Ngoài ra còn cung cấp bằng cách sục khí CO2 với hàm lượng 1-3%. Vừa cung cấp nguồn cacbon vừa điều chỉnh pH môi trường sao cho phù hợp với tảo.Đây là sinh vật dị dưỡng, nó có thể vừa sử dụng nguồn cacbon vô cơ vừa sử dụng được nguồn cacbon hữu cơ như glucose. Tuy nhiên nguồn glucose < 2% nếu glucose > 2% thì tảo không phát triển được. Có thể cung cấp CO2 trực tiếp từ các quá trình lên men khác nhau như ethanol, bia, sục khí chứa CO2,… Để đảm bảo nguồn CO2 cung cấp cho quá trình nuôi tảo khi xây dựng nhà máy nên lựa chọn các vị trí gần các nhà máy rượu, bia… để đạt giá trị kinh tế cao nhất. Nitơ: Nguồn Nitơ hay sử dụng ở tảo là nitơ nitrat, hàm lượng nitơ tối thiểu là 30mg/l, nếu sử dụng sunfat amon cần giới hạn sao cho nồng độ không quá 100mg/l, urê không phải là nguồn nitơ thích hợp cho tảo. Phospho:nếu không có đủ phospho tảo bị giản vòng xoắn và bị vàng. Lượng phospho tối thiểu là 10mg/l. Muốn có hàm lượng protein tối đa trong tảo cần cung cấp 300mg/l phosphor. Tuy nhiên năng suất thu nhận tảo tối đa khi hàm lượng phosphor là 90-180mg/l. Vì vậy phải lựa chọn hàm lượng phosphor tùy từng giai đoạn và mục đích. Một số nguyên tố khoáng: nếu thiếu kali tảo bị vàng, hàm lượng kali cung cấp cho môi trường tính theo muối KCl khoảng 10g/l. Natri cần bổ sung cho K/Na < 5/1. Canxi, magie, clo, Fe,… đều ảnh hưởng đến sự phát triển của tảo, biểu hiện giống nh ư khi thiếu phosphor. Riêng thiếu clo các vòng xoắn bị thắt chặt lại và cấu trúc bị phá hủy, nồng độ clo cao không gây độc cho tảo.Fe đặt biệt quan trọng vì nó làm giảm rất nhanh khả năng sinh trưởng, phải cung cấp cho tảo dưới dãng muối hữu cơ chelat vì muối vô cơ dễ bị kết tủa. Ánh sáng: ánh sáng tự nhiên, thời gian chiếu sáng, cường độ chiếu sáng vừa phải để giúp tảo phát triển tốt (lượng chiếu sáng trong ngày bằng 30% lượng chiếu sáng ở vùng nhiệt đới là tốt nhất) cường độ bão hòa với tảo là 45klux, cường độ cho tảo phát triển đó là 25-30klux ở Việt Nam cường độ ánh sáng có lúc lên tới 80klux nên phải làm mái che). Nếu thời gian chiếu sáng dài, cường độ gay gắt sẽ làm giảm sinh khối tảo. PROTEIN Page 9
Đồng thời ánh sáng cũng làm thất thoát oxygen trong ao. Hơn nữa thời gian trong bóng tối là thời gian tảo hô hấp và đặc biệt tổng hợp protein. Ánh sáng nhân tạo (hệ thống nuôi Spirulina kín): có thể điều chỉnh đúng với nhu cầu của tảo, giúp nó phát triển tốt nh ưng chi phí tốn kém. Quản lý: đối với hệ thống hở, nếu lượng ánh sáng nhiều quá có thể che mát cho ao bằng cách trồng cây xung quanh ao hoặc xây mái che cho ao. Đối hệ thống kín: kiểm tra để điều chỉnh lượng ánh sáng phù hợp bằng cách điều chỉnh hệ thống đèn. Nhiệt độ: ảnh hưởng đến quá trình sinh trưởng và phát triển của tảo. Nhiệt độ dưới 20oC tảo không chết nhưng phát triển chậm, nhiệt độ trên 41oC tảo bắt đầu bị tổn hại và không thể hồi phục lại nếu duy trì nhiệt độ đó trong 4 ngày.Ở nhiệt độ 44oC tảo bị chết ngay trong vòng 6-9 giờ, ở nhiệt độ 50oC tảo bị chết sau 5’.Tảo bị đứt đoạn ở nhiệt độ cao, phồng lên, tế bào bị phá hủy tạo thành một dịch huyền phù màu vàng đến nâu.Tảo Spirulina phát triển tối ưu ở nhiệt độ 35oC. pH môi trường: phải duy trì từ 8,5-9, pH>11 và pH11 tảo không có khả năng quang hợp, trong môi trường có khi pH lên đến 12 khi tảo hô hấp mạnh nhưng ngay khi có ánh sáng bổ sung để làm giảm môi trường pH giúp tảo quang hợp. Mưa: ở những nơi có lượng chiếu sáng ban ngày cao, mưa sẽ tốt cho sự phát triển của tảo. Nhưng nó có thể làm tràn bề nuôi tảo ra môi trường ngoài, do đó ta nên xây thành bể cao. Gió: giúp hòa tan lượng oxygen trong không khí vào bể nhưng nó cũng có thể mang chất lạ vào bể, có thể ảnh hưởng không tốt cho tảo. Do đó xây mái che cho tảo cũng giúp hạn chế được vật lạ theo gió bay vào tảo. Bể nuôi tảo: bể nuôi tảo thường có hình chữ nhật (cũng có khi là dạng bể tròn) góc được bê tròn kết hợp với hệ thống cánh khuấy. Bể có thể lớn hoặc nhỏ về diện tích, thể tích có thể lên đến 1ha x 0,3m3 , thậm chí đến 200ha x 0,3m3. Bể nên xây cao 50- 55cm để đảm bảo độ sâu mực nước từ 20-30cm. Bể được xây dựng bằng vật liệu xây dựng thông thường (xi măng, plastic, gạch cement hay gạch beton cement chịu kiềm). Bể có xây một bức tường ngăn hụt ở giữa tạo dòng chảy lưu thông khí khi khuấy đảo. Có thể đặt 1,2 máy khuấy ở các đầu để lưu thông nước. Khuấy, sục khí: hệ thống nuôi tảo với quy mô lớn phải có hệ thống khuấy trộn, sụ khí nhằm thu lượng sinh khối nhiều nhất. Bể cần được khuấy và sục khí CO2 liên tục nhằm: - Tạo sự tiếp xúc tốt hơn của tế bào tảo với dinh dưỡng, ánh sáng, CO2. Giữ ổn định nhiệt độ trong nước giúp tảo phát triển tốt. - Tạo ra tốc độ dòng chảy 5cm/s giúp tảo không bị lắng xuống đáy hoặc ở góc bể. - Mái che: mái che là một kiểu nhà kính đơn giản có thể thiết kế với hai mái, nóc nhọn. Khung bằng thép, nhựa bằng thép hay bằng kính để ánh sáng đi qua đ ược. Mái di động theo hướng một nửa mái có thể kéo thành song song phía dưới phần mái cố định kế PROTEIN Page 10
bên. Mái che được nằm ở vị trí chiếu sáng tốt nhất, thường hướng Đông – Tây có tác dụng: - Chống sự xâm nhiễm của bụi đất, cát theo gió đưa vào. Bụi khói do nhiên liệu bị đốt cháy. - Tránh các loài động vật, côn trùng rơi vào bể nuôi. - 3.3.3 Các hình thức nuôi tảo Hiện nay trên thế giới có 3 hình thức nuôi Spirulina tùy theo khả năng kinh tế và điều kiện kỹ thuật của mỗi nơi. Nuôi ở quy mô thủ công đơn giản:nuôi ở các ao tự nhiên hay các bể xây bằng xi măng, thùng gỗ, nhựa. Trong trường hợp này thường không có khuấy đảo và sục khí CO2. Nuôi ở quy mô bán công nghiệp: nuôi tảo trong các ống chất dẻo trong suốt hình chữ U, dài hơn 20, đường kính 1,2m. Cho môi trường vào trong ống với chiều cao (khi ống nằm ngang) khoảng 0,625m.Khí CO2 được bơm vào trong môi trường, đồng thời khối môi trường luôn được vận chuyển tuần hoàn trong ống nhờ một máy bơm khác. Nhiệt độ môi trường 25-26oC (nhờ năng lượng ánh sáng mặt trời) Nuôi ở quy mô công nghiệp: sử dụng 2 hệ thống cơ bản là hệ thống kín và hệ thống hở. - Hệ kín: tảo được nuôi trong các bể lên men bằng vật liệu là màng polythyelen trong suốt với chiều dài 0,3mm, chủ yếu dùng ánh sáng nhân tạo có cường độ cao và hệ thống sục khí CO2 với cường độ phù hợp theo yêu cầu của quy trình công nghệ. Ưu điểm của phương pháp này là không phụ thuộc vào khí hậu, thời tiết, giữ nhiệt độ tốt, giảm cường độ bức xạ, điều kiện nuôi cấy được kiểm tra, khống chế chủ động do vậy năng suất cao (thường tăng giá thành khoảng 15%). Hệ mở: hệ thống bể dài, nông hoặc hình tròn có guồng quay khuấy đảo không khí, - thường có 2 loại: + Bể với các đường chảy làm bằng bê tong + Đường hầm bằng đất lót bằng nhựa PVC, diện tích 0,1-0,5ha, độ sâu từ 15- 148cm. Có thể dùng guồng quay hoặc bơm để tạo dòng chảy thay cho guồng quay. Cần có các biện pháp khuấy đảo thích hợp để tảo luôn được tiếp xúc với ánh sáng và không bị lắng xuống đáy. Ngày nay nuôi tảo trong ống được ứng dụng ở một số nước trên thế giới như Đức, Mỹ. Hệ thống ống có thể làm bằng nhựa hay thủy tinh, đường kính 7-10cm. PROTEIN Page 11
Đối với hệ hở quá trình quang hợp của tảo gắn liền với việc sử dụng ánh sáng mặt trời. Khi nuôi tảo trong các ống nhựa vừa đảm bảo điều chỉnh được nhiệt độ và cường độ chiếu sáng và tiết kiệm diện tích. Bảng 3.3.3 So sánh hệ thống nuôi tảo Spirulina kín và hở: Hệ thống nuôi tảo Spirulina hở Hệ thống nuôi tảo Spirulina kín - Chi phí đầu tư thấp hơn hệ thống kín - Chi phí đầu tư cao nên ít phổ biến nên phổ biến ở nhiều nơi trên thế giới - Diện tích nuôi nhỏ, có thể nuôi tảo - Diện tích nuôi trồng lớn, chỉ nuôi trong không gian 3 chiều. được tảo trong không gian 2 chiều - Nuôi trong bể dinh dưỡng không - Nuôi trong bể lên men vi sinh khối, phải bể lên men vi sinh khối vận động bằng máy khuấy trộn 3 - Tảo quang hợp chỉ dựa vào nguồn chiều ánh sáng mặt trời - Tảo quang hợp dựa vào nguồn ánh - Hệ thống chịu nhiều tác động bởi sáng nhân tạo và tự nhiên thời tiết, khí hậu, do đó việc quản lý - Hệ thống không chịu tác động bởi các yếu tố hóa học, vật lý thụ động thời tiết, việc quản lý các yếu tố vật - Ít trang thiết bị hiện đại hơn, thông lý chủ động số không được ấn định tự động Nhiều trang thiết bị hiện đại giúp - quản lý chủ động tất cả yếu tố vật lý (ánh sáng, nhiệt độ,…) hóa học (hóa chất dùng nuôi trồng tảo), sinh học (kiểm soát và diệt những sinh vật Cho năng suất thấp hơn hệ thống kín - gây hại cho Spirulina). Tất cả các thông số (nhiệt độ, ánh sáng…) được ấn định tự động. Cho năng suất cao - PROTEIN Page 12
PHẦN 4 THÀNH PHẦN PROTEIN TRONG TẢO 4.1 Protein tảo Protein bao gồm một hoặc nhiều chuỗi các axit amin khác nhau, được tổ chức một cách cụ thể cho một loại protein cấu trúc cụ thể. Khi ăn vào cơ thể, protein bị phá vỡ thành các axit amin hoặc chuỗi ngắn của các axit amin được gọi là peptide. Những axit amin đóng vai trò quan trọng trong đường trao đổi chất quan trọng 13ien quan đến bảo trì, tăng trưởng, sinh sản và khả năng miễn dịch. Axit amin có thể được phân loại như là cần thiết hay không cần thiết. Axit amin thiết yếu không thể được sản xuất bởi động vật và phải được chỉ duy nhất có nguồn gốc từ chế độ ăn uống. Hầu hết các loài rong biển có chứa tất cả các axit amin thiết yếu và cũng rất giàu trong một số axit amin không thiết yếu như acid aspartic và glutamic. Nói chung, hàm lượng protein trong rong biển phạm vi từ 3-47% và khác biệt đáng kể tồn tại trong thành phần protein của rong biển màu nâu, màu xanh lá cây và đỏ. Ngược lại với tảo biển nâu, rong biển đỏ chứa hàm lượng protein cao hơn có thể lên đến 47% (Porphyrasp.). Rong biển nâu có thể có mức độ protein lên đến khoảng 20% (Alaria esculenta) trong khi mức được tìm thấy trong tảo biển màu xanh lá cây là cao như 29% (Ulva lactuca). Sự khác biệt, mùa ở các loài và môi trường có thể có một tác động đáng kể về thành phần của các axit amin và protein trong tảo biển. Biomass Production Crop Comparison Tấn/Năm/Acre Tảo Đậu tương Cọ Lipids/Oil 12.5 0.1 1.7 Carbonhydrates 8.0 0.4 1.5 Protein 7.0 0.4 0.3 Khác 2.0 0.0 0.2 Tổng sinh khối 29.5 0.9 3.6 PROTEIN Page 13
4.2 Chiết ly protein từ tảo Chiết xuất đã Protein Thu hoạch Nuôi được tinh Peptides tảo biển trồng tảo sạch hoạt tính sinh học sắc tố oligosaccharide Trích ly tiêu Phân tách polysaccharide Cô đặc hóa các hợp chất enzyme, ép Tinh Sinh phenol đùn hoặc lọc(bằng khối tảo màng lọc trích ly thông hoặc sắc kí) thường với dung môi nước ở điều Thực phẩm,thủy Cặn rắn sản,mỹ phẩm,dược,y tế PROTEIN Page 14
Kỹ thuật thủy phân enzyme Nguyên enzyme liệu Tảo Nước Nhiệt Thời độ 600C gian 3h Phản ứng PHẦN 5 ỨNG DỤNG CỦA TẢO TRONG CÔNG NGHIỆP PROTEIN Page 15
Tảo được ứng dụng trong nhiên liệu sinh học, mỹ phẩm, nhựa sinh học, nguyên liệu, phân bón, thức ăn cho gia súc, thực phẩm dinh dưỡng, dược phẩm. 5.1.Ứng dụng trong nhiên liệu sinh học: Hình 5.1 Quy trình sản xuất nhiên liệu sinh học từ tảo Hiện nay, có nhu cầu cao về thương mại, dần dần năng lượng tái tạo thay thế cho nhiên liệu hóa thạch. Sự chú ý gần đây đã tập trung vào nhiên liệu sinh học, nghĩa là nhiên liệu có nguồn gốc từ sinh khối trực tiếp và gián tiếp, như là giải pháp cho sang kiến nhiên liệu thay thế. Ngoài việc cung cấp nguồn năng lượng tái tạo, nhiên liệu sinh học có nguồn gốc từ thực vật cung cấp một giải pháp tiềm năng cho vấn đề hiện tượng khí thải nhà kính bằng cách cô lập carbon dioxide dư thừa trong quá trình quang hợp. Tảo có tiềm năng trở thành một nguồn chính của nhiên liệu sinh học trên toàn thế giới và là duy nhất trong cô lập carbon dioxide. Trong số các thuộc tính khác thuận lợi, tảo phát triển với một tốc độ nhanh chóng, nó có thể phát triển trong điều kiện rất khắc nghiệt, nó không thường được coi là một nguồn thức ăn của con người, đất và nước sử dụng cho vi tảo phát triển thường không phải cạnh tranh với đất và nước cần thiết cho sản xuất thực phẩm thông thường. Tảo sản xuất nhiên liệu lỏng và cô lập carbon là nền tảng nhiên liệu sinh học tái tạo một cuộc cách mạng. Tảo có tiềm năng để biến đổi ngành công nghiệp năng lượng bằng cách cung cấp các chi phí chuyển đổi các hệ thống sản xuất nhi ên liệu sinh học, và thuyết ứng dụng các công nghệ hiện có để cải thiện chi phí sản xuất một cách cạnh tranh với các nhiên liệu hóa thạch PROTEIN Page 16