مختبر نمو الطحالب – استخراج الطحالب بالموجات فوق الصوتية

زراعة الطحالب

طورت Algae Grow Lab سلسلة من المفاعلات الحيوية الضوئية الأنبوبية والمسطحة لزراعة الطحالب بالإضافة إلى عملية تدمير الخلايا بالموجات فوق الصوتية على أساس معالجات الموجات فوق الصوتية Hielscher المجهزة بخلايا التدفق.
يظهر مخطط التدفق العام للعملية أدناه.

يعرض مخطط التدفق عملية زراعة الطحالب وإنتاج زيت الطحالب باستخدام الموجات فوق الصوتية. ©مختبر نمو الطحالب

فيما يلي أمثلة على المفاعلات الحيوية الضوئية في مختبر نمو الطحالب.
يسمح استخدام لوحات LED التي ينبعث منها الضوء في جزء PAR من الطيف بتحقيق أقصى معدل نمو للطحالب.
على سبيل المثال ، بعد تلقيح Chlorella Vulgaris بكثافة أولية تبلغ 0.146 جم / لتر ، حققنا كثافة 7.3 جم / لتر في 7 أيام.

تدمير خلايا الطحالب عن طريق الموجات فوق الصوتية

بعد ملعب نمو الطحالب ، تكون خلية الطحالب جاهزة لمعالجة إنتاج النفط. نظرا لأن محتوى الخلية مفصول عن البيئة المحيطة بواسطة بنية من أغشية الخلايا المكونة ، فإن طريقة تعطيل الخلية مهمة فيما يتعلق بإطلاق المادة الكاملة داخل الخلايا. يوفر غشاء الخلية قوة ميكانيكية للخلية ويحافظ على سلامتها. تسمح الخصائص المرنة لغشاء الخلية للخلايا بتحمل التغيرات السريعة في الضغط الاسموزي التي قد تحدث في محيطها الخارجي.
تعمل كل من الطرق بمساعدة الموجات فوق الصوتية والميكروويف ، الموضحة أدناه ، على تحسين استخراج الطحالب الدقيقة بشكل كبير ، مع كفاءة أعلى ، وتقليل أوقات الاستخراج وزيادة الغلة ، فضلا عن التكاليف المنخفضة إلى المتوسطة والسمية المضافة التي لا تذكر.
في كثير من الأحيان يكون استخراج المنتجات المستهدفة من الطحالب أكثر فعالية إذا تم تدمير خلايا الطحالب قبل الاستخراج. لكن في بعض الأحيان ، يؤدي تدمير الخلايا نفسه إلى إطلاق المنتج المستهدف ، ولا يلزم سوى عملية الفصل للحصول عليه (مثل استخراج الدهون من الطحالب لإنتاج الوقود الحيوي).
يدمج مختبر نمو الطحالب نظاما بالموجات فوق الصوتية لتعطيل الخلايا واستخراجها في إعدادها لضمان عملية عالية الكفاءة تحقق إطلاقا كاملا للمحتوى داخل الخلايا وبالتالي عوائد أعلى في وقت أقصر. في مفاعل الموجات فوق الصوتية ، تخلق الموجات فوق الصوتية التجويف في الوسائط السائلة التي تحتوي على خلايا الطحالب. تنمو فقاعات التجويف خلال مراحل التخلخل المتناوبة للموجة فوق الصوتية حتى تصل إلى حجم معين ، عندما لا يمكن امتصاص المزيد من الطاقة. عند هذه النقطة القصوى لنمو الفقاعة ، تنهار الفراغات أثناء مرحلة الضغط. يخلق انهيار الفقاعة ظروفا قاسية من فروق الضغط ودرجة الحرارة بالإضافة إلى موجات الصدمة والنفاثات السائلة القوية. هذه القوى المتطرفة لا تدمر الخلايا فحسب ، بل تغسل محتوياتها بشكل فعال في الوسائط السائلة (مثل الماء أو المذيبات).
تعتمد فعالية التدمير بالموجات فوق الصوتية بشدة على متانة ومرونة جدران الخلايا ، والتي تختلف اختلافا كبيرا بين سلالات الطحالب الفردية. هذا هو السبب في أن كفاءة تدمير الخلايا تتأثر بشدة بمعلمات عملية الصوتنة: أهم المعلمات هي السعة والضغط والتركيز & اللزوجة ودرجة الحرارة. يجب تحسين هذه المعلمات لكل سلالة معينة من الطحالب لضمان كفاءة المعالجة المثلى.
يمكن العثور على بعض الأمثلة على اضطراب الخلايا وتفكك سلالات الطحالب المختلفة في المقالات المذكورة أدناه:

• دوناليلا سالينا ونانوكلوروبسيس أوكولاتا: الملك بي إم ، نوفوتارسكي ك. ؛ جويس ، إي إم ؛ ميسون ، تي جيه (2012): تعطيل خلايا الطحالب بالموجات فوق الصوتية. وقائع مؤتمر AIP ؛ 24/5/2012، مجلد 1433 العدد 1، ص 237.
• نانوكلوروبسيس أوكولاتا: جوناثان ر. ماكميلان ، إيان أ. واتسون ، محمود علي ، وعام جعفر (2013): تقييم ومقارنة طرق اضطراب خلايا الطحالب: الميكروويف ، حمام مائي ، خلاط ، علاج بالموجات فوق الصوتية والليزر. الطاقة التطبيقية ، مارس 2013 ، المجلد 103 ، الصفحات 128-134.
• Nanochloropsis salina: سيباستيان شويد ، ألكسندرا كوالتشيك ، ماندي جربر ، رولاند سبان (2011): تأثير تقنيات تعطيل الخلايا المختلفة على الهضم الأحادي للكتلة الحيوية للطحالب. المؤتمر العالمي للطاقة المتجددة 2011، تقنيات الطاقة الحيوية، 8-12 مايو 2011، السويد.
• Schizochytrium limacinum و Chlamydomonas reinhardtii: خوسيه جيردي ، ميليسا مونتالبو لومبوي إم ، لينكسينج ياو ، ديفيد جريويل ، تونغ وانغ (2012): تقييم اضطراب خلايا الطحالب الدقيقة عن طريق العلاج بالموجات فوق الصوتية. تكنولوجيا الموارد الحيوية 2012 ، المجلد 125 ، ص 175-81.
• Crypthecodinium cohnii: Paula Mercer and Roberto E. Armenta (2011): التطورات في استخراج النفط من الطحالب الدقيقة. يوروبين جورنال لتكنولوجيا علوم الدهون ، 2011.
• Scotiellopsis terrestris: S. Starke ، Dr. N. Hempel ، L. Dombrowski ، الأستاذ الدكتور O. Pulz: تحسين اضطراب الخلايا ل Scotiellopsis terrestris عن طريق الموجات فوق الصوتية وإنزيم البكتين المتحلل. العلاج الطبيعي.

عملية

بعد الزراعة ، يتم تغذية تيار الكتلة الحيوية للطحالب إلى جهاز التركيز لفصل الكتلة الحيوية عن الوسائط السائلة. يتراكم التركيز في خزان التخزين. بعد الانفصال ، يجب تعطيل الخلايا لإطلاق الزيت والمواد الأخرى داخل الخلايا. لذلك ، يتم ضخ الكتلة الحيوية المركزة من خلال جهاز الموجات فوق الصوتية Hielscher. يضمن إعداد إعادة التدوير بالموجات فوق الصوتية إعادة تدوير تركيز الخلية تحت الضغط المحدد من خلال خلية تدفق Hielscher مرة أخرى إلى خزان التراكم. تستمر إعادة التدوير الوقت اللازم لتدمير الخلايا. عند اكتمال عملية التدمير ، يتم ضخ الكتلة الحيوية مع الخلايا المدمرة إلى جهاز فصل المنتج ، حيث يحدث الفصل النهائي للمنتج عن الحطام المتبقي.

وحدة تدمير خلايا الطحالب مع تركيز الكتلة الحيوية / جهاز الفصل ومعالج الموجات فوق الصوتية Hielscher 1.5 كيلو واط UIP1500hd. ©مختبر نمو الطحالب

قياس النسبة المئوية للخلايا المدمرة

لتقييم كفاءة كسر الطحالب ، استخدم ALgae Grow Lab منهجيتين مختلفتين لقياس النسبة المئوية للخلايا المدمرة:

1. تعتمد طريقة التحليل الأولى على قياس مضان الكلوروفيل A و B و A + B.
   أثناء الطرد المركزي البطيء الدوران ، سوف تتدفق خلايا الطحالب والحطام في قاع المتلقي ، لكن بقايا الكلوروفيل العائم الحر ستظل في المادة الطافية. باستخدام هذه الخصائص الفيزيائية للخلية والكلوروفيل ، يمكن التأكد من النسبة المئوية للخلايا المكسورة. ويتحقق ذلك عن طريق قياس مضان الكلوروفيل الكلي للعينة أولا. بعد ذلك، يتم طرد العينة بالطرد المركزي. بعد ذلك ، يتم قياس مضان الكلوروفيل للطاف. بأخذ النسبة المئوية لمضان الكلوروفيل في المادة الطافية إلى مضان الكلوروفيل للعينة الكلية ، يمكن إجراء تقدير للنسبة المئوية للخلايا المكسورة. هذا الشكل من القياس دقيق إلى حد ما، لكنه يفترض أن عدد الكلوروفيل لكل خلية موحد. تم إجراء عمليات استخراج الكلوروفيل الكلية باستخدام الميثانول.
2. بالنسبة لطريقة التحليل الثانية ، تم استخدام قياس الدم الكلاسيكي لقياس كثافة الخلية في عينة الطحالب المحصودة. يتم تنفيذ الإجراء في 2 خطوات:

• أولا ، يتم قياس كثافة الخلايا لعينة الطحالب المحصودة قبل العلاج بالموجات فوق الصوتية.
• ثانيا ، يتم قياس عدد الخلايا غير المدمرة (المتبقية) بعد صوتنة نفس العينة.
  بناء على نتائج هذين القياسين ، يتم حساب النسبة المئوية للخلايا المدمرة.

Pic.1: الطحالب قبل التدمير ©مختبر نمو الطحالب

صورة 2: اضطراب الطحالب: 50٪ اضطراب الخلية بعد 60 دقيقة. ©مختبر نمو الطحالب

صورة 3: اضطراب الطحالب: 100٪ اضطراب الخلية بعد 120 دقيقة. صوتنة. ©مختبر نمو الطحالب