Luận Văn Bước đầu thử nghiệm nuôi cấy Dunaliella salina trên giá thể Bacterial Cellulose

ĐẶT VẤN ĐỀ:
Hơn 80% năng lượng sử dụng hiện nay trên thế giới là từ nhiên liệu hóa thạch (dầu mỏ, than đá, khí thiên nhiên, ). Đây là những nguồn năng lượng không tái sinh được và có giới hạn. Theo Bộ Năng lượng Mỹ và Ủy ban năng lượng thế giới dự báo nguồn năng lượng hóa thạch không còn nhiều: dầu mỏ còn 39 năm, khí thiên nhiên 60 năm, than đá 111 năm. Trong khi đó nhu cầu năng lượng của cả thể giới ngày càng gia tăng. Chính vì thế, các nhà khoa học đã lên tiếng cảnh báo cộng đồng quốc tế rằng thời điểm khủng hoảng năng lượng thế giới đang đến gần khi mà các nguồn cung cấp dầu mỏ và khí đốt trên thế giới đang cạn kiệt nhanh với tốc độ 4-5% hàng năm. Bên cạnh đó, các vấn đề môi trường như: ô nhiễm không khí, sự gia tăng hàm lượng CO2 trong không khí rất đáng báo động dẫn đến hiệu ứng nhà kính, Do đó, yêu cầu cần thiết được đặt ra là tìm những nguồn nhiên liệu mới để thay thế nguồn nhiên liệu hóa thạch đang ngày càng cạn kiệt. Cả thế giới đang đổ xô vào cuộc chạy đua tìm nguồn nhiên liệu thay thế này. Những nguồn năng lượng tái sinh như năng lượng mặt trời, năng lượng gió, năng lượng nước, năng lượng hạt nhân, nhận được sự quan tâm đặc biệt trở lại của con người và được tăng cường khai thác. Nhưng những nguồn năng lượng này có một số ưu và nhược điểm nhất định và vẫn chưa thể đáp ứng nổi như cầu về năng lượng của con người.
Từ những yêu cầu như vậy, người ta hướng sự chú ý đến một nguồn nhiên liệu mới mà có khả năng thay thế vai trò cua nhiên liệu hóa thạch và phải có một ưu thế nổi bật là có khả năng tái tạo lại được, đồng thời là nguồn năng lượng “sạch”, không độc và dễ phân giải trong tự nhiên. Không nguồn nhiên liệu nào thích hợp hơn nhiên liệu từ sinh vật. Từ đó, thuật ngữ nhiên liệu sinh học –biofuel- ra đời, cho đến nay đã có 3 thế hệ nhiên liệu sinh học ra đời:
 Nhiên liệu sinh học thế hệ I: cồn sinh học (ethanol sinh học) được sản xuất từ sự lên men sinh khối.
 Nhiên liệu sinh học thế hệ II: - Biodiesel: Diesel sinh học được sản xuất từ các chất béo, dầu thực vật như dầu đậu nành, dầu mè, dầu dừa, cọ dừa, hạt cải dầu, hạt hướng dương, hạt lanh , hạt Jatropha , mỡ cá, mỡ động vật
 Nhiên liệu sinh học thế hệ III:-Biodiesel từ tảo (tảo dầu)- là một sự thay thế
hòan hảo cho các nhiên liệu hóa thạch không tái tạo do có một số ưu điểm nội trội như:
 Hiệu suất dầu từ tảo thì cao hơn nhiều (10 – 100lần) so với những
cây trồng năng lượng cạnh tranh.
 Tốc độ tăng trưởng nhanh.
 Không cạnh tranh đất trong với cây lương thực.
 Hấp thu CO2.
 Phần sinh khôi sau khi chiết lấy dầu là nguồn lợi kinh thế rất lớn. Dunaliella salina là loài tảo chịu mặn tốt nhất, phổ biến ở các ruộng muối. Nó có thể chịu được nồng độ muối từ 3-31% (nồng độ bão hòa). Dunaliella salina còn được biết đến đầu tiên như là một nguồn lipid tự nhiên bởi Ben-Amotz và cộng sự (1982). Trong một số điều kiện Stress, lượng lipid tích trữ trong tế bào Dunaliella salina có thể lên đến 47% trọng lượng khô.
Ngòai ra, Dunaliella salina được đề nghị là một nguồn -carotene thương mại bởi Massyuk (1996), và sau này được xem như là một nguồn -carotene tự nhiên giàu có nhất. Hàm lượng -carotene tích trữ trong tế bào Dunaliella salina có thể lên đến 14% trọng lượng khô và có hoạt tính cao gấp nhiều lần so với -carotene từ thực vật.
Hiện nay -carotene từ Dunaliella salina đang được sản xuất thương mại ở Australia, Mỹ và Isarel, và cũng đang sản xuất quy mô pilot ở Trung Quốc, Nhật Bản Chi phí cho sản xuất tảo Dunaliella salina hiện nay khá tốn kém, vì vậy giá sản phẩm Dunaliella salina trên thị trường vẫn còn cao. Chính vì thế mà nhiều cơ sở sản xuất vẫn đang nỗ lực tìm các phương pháp giảm bớt các khâu sản xuất để hạ giá thành sản phẩm mà giữ nguyên chất lượng sản phẩm. Vì những lý do trên, chúng tôi tiến hành thí nghiệm “ Bước đầu thử nghiệm nuôi cấy Dunaliella salina trên giá thể Bacterial Cellulose”.
1.2. MỤC ĐÍCH VÀ PHẠM VI ĐỀ TÀI:
 Nhân sinh khối Dunaliella salina.
 Lên men Acetobacter xylinum và thu nhận Bacterial Cellulose (BC).
 Bước đầu thử nghiệm nuôi cấy Dunaliella salina trên giá thể BC.
1.3. YÊU CẦU:
 Khảo sát sự tăng trưởng của Dunaliella salina.
 Tìm tỷ lệ phối hợp giữa khối lượng BC và thể tích môi trường thích hợp cho sự tăng trưởng của Dunaliella salina.
 So sánh hiệu suất thu nhận sinh khối Dunaliella salina thu được từ môi trường BC và môi trường lỏng.

MỤC LỤC


MỤC LỤC . i
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
Danh mục chữ viết tắt . v
Danh mục bảng . v
Dang mục hình vi
Danh mục đồ thị vii
CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU
1.1. Đặt vấn đề 2
1.2. Mục đích và phạm vi đề tài . 3
1.3. Yêu cầu 4
CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN TÀI LIỆU
2.1. Tổng quan về Dunaliella salina . 6
2.1.1. Phân loại . 6
2.1.2 Nguồn gốc và sự phân bố 6
2.1.3 Đặc điểm về hình thái-cấu tạo-sinh sản 6
2.1.3.1. Cấu trúc tế bào . 7
2.1.3.2. Sinh sản . 9
2.1.4 Thành phần hóa học 10
2.1.5 Các yếu tố ảnh hưởng đến sự phát triển của Dunaliella salina 12
2.1.6 Nhu cầu dinh dưỡng của Dunaliella salina 13
2.1.7 Ứng dụng Dunaliella salina 16
2.1.7.1 Sử dụng vi tảo trong dinh dưỡng và thực phẩm 16
2.1.7.2 Khai thác các hoạt chất từ tảo 16
2.1.7.3 Sắc tố . 16
2.1.7.4 Carbohydrate . 17
2.1.7.5 Sản xuất các nguyên liệu giàu năng lượng . 17
2.2. Tổng quan về Bacterial Cellulose (BC): . 18
2.3. Tổng quan về Acetobacter xylinum . 18
2.3.1. Phân loại . 18
2.3.2. Đặc điểm hình thái 19
2.3.3. Đặc điểm sinh lý, sinh hóa . 19
2.3.4. Quá trình tổng hợp Cellulose . 20
2.4. Quá trình lên men . 22
2.4.1. Nguyên liệu lên men 22
2.4.2. Phương pháp lên men 23
2.4.2.1. Nhân giống 23
2.4.2.2. Lên men (lên men tĩnh) . 23
2.5. Sản phẩm Bacterial Cellulose . 24
2.5.1. Cấu trúc Bacterial Cellulose . 24
2.5.2. Tính chất . 25
2.5.2.1. Độ tinh khiết 25
2.5.2.2. Độ bền . 26
2.5.2.3. Khả năng hút nước . 26
2.5.2.4. Lắp ráp màng trực tiếp trong suốt quá trình sinh tổng hợp . 26
2.5.2.5. Biến đổi cellulose trực tiếp trong suốt quá trình hình thành . 26
2.5.2.6. Biến đổi gen tạo thành Cellulose . 26
2.5.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến cấu trúc và tính chất của BC . 26
2.5.3.1 Điều kiện lên men 26
2.5.3.2 Ảnh hưởng của nguồn dinh dưỡng . 27
2.5.3.3. Ảnh hưởng của pH, nhiệt độ, nồng độ muối . 27
2.6 Ứng dụng của Bacterial Cellulose 27
CHƯƠNG 3: VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP
3.1 Thời gian và địa điểm tiến hành thí nghiệm . 30
3.1.1. Địa điểm 30
3.1.2 Thời gian . 30
3.2 Nội dung nghiên cứu . 30
3.3 Vật liệu và hóa chất . 30
3.3.1 Thu mẫu 30
3.3.2 Trang thiết bị thí nghiệm . 30
3.3.3 Hóa chất 31
3.4 Phương pháp thí nghiệm . 33
3.4.1 Khảo sát sự tăng trưởng của Dunaliella salina . 33
3.4.1.1 Dựng đường tương quan tuyến tính giữa độ đục
huyền phù và mật độ tế bào tảo . 33
3.4.1.2. Dựng đường cong tăng trưởng của Dunaliella salina 34
3.4.2. Lên men Acetobacter xylinum và thu nhận Bacterial Cellulose (BC) 34
3.4.2.1. Hoạt hóa giống 34
3.4.2.2. Nhân giống 34
3.4.2.3 Sản xuất BC . 34
3.4.2.4 Xử lý BC 35
3.4.3. Khảo sát ảnh hưởng tỷ lệ phối hợp giữa khối lượng BC và thể tích môi trường lên sự tăng trưởng của Dunaliella salina . 35
3.4.3.1. Xác định mật độ sinh khối tảo 36
3.4.3.2 Xác định độ đậm 36
3.4.4. Nhân sinh khối tảo trong môi trường lỏng và trên giá thể BC 37
3.4.4.1. Xác định trọng lượng khô của tảo trên
hai môi trường nhân giống 37
3.4.4.2. Khảo sát độ đậm chlorophyll của bột . 37
3.4.4.3. Xác định hàm lượng protein trong bột . 38
3.4.5. Thử nghiệm khả năng tái sử dụng của BC trong nuôi cấy Dunaliella salina . 40
3.4.6. Điều kiện thí nghiệm . 40
3.4.7. Xử lý kết quả thu được 40
CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ BIỆN LUẬN
4.1. Khảo sát sự tăng trưởng của Dunaliella salina . 42
4.1.1. Dựng đường tương quan tuyến tính giữa độ đục huyền phù
và mật độ tảo . 42
4.1.1.1. Nồng độ sinh khối 42
4.1.1.2. Dựng đường tương quan giữa độ đục huyền phù và nồng độ sinh khối 42
4.1.2. Dựng đường cong tăng trưởng của Dunaliella salina . 43
4.2. Lên men Acetobacter xylinum và thu nhận Bacterial Cellulose (BC) 44
4.3. Khảo sát ảnh hưởng tỷ lệ phối hợp giữa khối lượng BC và thể tích môi trường lên sự tăng trưởng của Dunaliella salina . 45
4.3.1. Xác định mật độ sinh khối D.salina . 45
4.3.2. Xác định OD sắc tố chlorophyll . 47
4.3.2.1. Phổ hấp thu ánh sáng của chlorophyll trong D.salina 47
4.3.2.2. Xác định OD sắc tố của sinh khối ở độ ẩm khác nhau 48
4.4. Nhân sinh khối tảo trong môi trường lỏng và trên giá thể BC 52
4.5 Thử nghiệm khả năng tái sử dụng của BC trong nuôi cấy Dunaliella salina . 56
CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ
5.1. Kết luận . 58
5.2. Đề nghị . 58
TÀI LIỆU THAM KHẢO
Tài liệu tiếng Việt 59
Tài liệu tiếng Anh . 60
Tài liệu Internet 64
PHỤ LỤC