التخمير بمساعدة الموجات فوق الصوتية لإنتاج الإيثانول الحيوي

يمكن للتخمير بمساعدة الموجات فوق الصوتية تعزيز إنتاج الإيثانول الحيوي من خلال تعزيز تكسير الكربوهيدرات المعقدة إلى سكريات أبسط ، مما يجعلها متاحة بسهولة أكبر للخميرة لتحويلها إلى إيثانول. في الوقت نفسه ، يحسن صوتنة أيضا كفاءة نفاذية جدار خلية الخميرة ، مما يسمح لإطلاق الإيثانول بشكل أسرع وزيادة الإنتاج الكلي. وبالتالي ، يؤدي تخمير الإيثانول الحيوي بمساعدة الموجات فوق الصوتية إلى ارتفاع معدلات التحويل وتعزيز الغلة.

تخمير

يمكن أن يكون التخمير عملية هوائية (= تخمير مؤكسد) أو لاهوائية ، والتي تستخدم لتطبيقات التكنولوجيا الحيوية لتحويل المواد العضوية عن طريق مزارع الخلايا البكتيرية أو الفطرية أو غيرها من الثقافات البيولوجية أو عن طريق الإنزيمات. عن طريق التخمير ، يتم استخراج الطاقة من أكسدة المركبات العضوية ، مثل الكربوهيدرات.
السكر هو الركيزة الأكثر شيوعا للتخمير ، مما ينتج بعد التخمير في منتجات مثل حمض اللبنيك واللاكتوز والإيثانول والهيدروجين. للتخمير الكحولي ، الإيثانول - خاصة للاستخدام كوقود ، ولكن أيضا للمشروبات الكحولية – يتم إنتاجه عن طريق التخمير. عندما سلالات معينة من الخميرة ، مثل ساكاروميسز سيريفيسياي استقلاب السكر ، تقوم خلايا الخميرة بتحويل مادة البداية إلى إيثانول وثاني أكسيد الكربون.

تلخص المعادلات الكيميائية الآتية التحويل:

إذا كانت المادة الأولية هي النشا ، على سبيل المثال من الذرة ، فيجب أولا تحويل النشا إلى سكر. بالنسبة للإيثانول الحيوي المستخدم كوقود ، يلزم التحلل المائي لتحويل النشا. عادة ، يتم تسريع التحلل المائي عن طريق المعالجة الحمضية أو الأنزيمية أو عن طريق الجمع بين الاثنين معا. عادة ، يتم التخمير عند حوالي 35-40 درجة مئوية.
نظرة عامة على عمليات التخمير المختلفة:

طعام:

• إنتاج & حفظ
• منتجات الألبان (تخمير حمض اللاكتيك) ، مثل الزبادي واللبن والكفير
• الخضروات المخمرة اللبنية ، مثل الكيمتشي ، ميسو ، الناتو ، تسوكيمونو ، مخلل الملفوف
• تطوير العطريات ، على سبيل المثال صلصة الصويا
• تحلل عوامل الدباغة ، مثل الشاي والكاكاو والقهوة والتبغ
• المشروبات الكحولية، مثل البيرة والنبيذ والويسكي

عقاقير:

• إنتاج المركبات الطبية ، مثل الأنسولين وحمض الهيالورونيك

الغاز الحيوي / الإيثانول :

• تحسين إنتاج الغاز الحيوي / الإيثانول الحيوي

أظهرت العديد من الأوراق البحثية والاختبارات في حجم مقاعد البدلاء والطيار أن الموجات فوق الصوتية تحسن عملية التخمير عن طريق إتاحة المزيد من الكتلة الحيوية للتخمير الأنزيمي. في القسم التالي ، سيتم توضيح آثار الموجات فوق الصوتية في السائل.

آثار معالجة السائل بالموجات فوق الصوتية

بواسطة الموجات فوق الصوتية عالية الطاقة / منخفضة التردد يمكن توليد سعات عالية. وبالتالي ، يمكن استخدام الموجات فوق الصوتية عالية الطاقة / منخفضة التردد لمعالجة السوائل مثل الخلط أو الاستحلاب أو التشتت وإزالة التكتل أو الطحن.
عند صوتنة السوائل بكثافة عالية ، تؤدي الموجات الصوتية التي تنتشر في الوسائط السائلة إلى تناوب دورات الضغط العالي (الضغط) والضغط المنخفض (التخلخل) ، مع معدلات تعتمد على التردد. خلال دورة الضغط المنخفض ، تخلق الموجات فوق الصوتية عالية الكثافة فقاعات فراغ صغيرة أو فراغات في السائل. عندما تصل الفقاعات إلى حجم لم تعد قادرة على امتصاص الطاقة عنده ، فإنها تنهار بعنف خلال دورة الضغط العالي. وتسمى هذه الظاهرة التجويف. التجويفإنه “تكوين ونمو وانهيار الفقاعات في السائل. ينتج عن انهيار التجويف تسخين محلي مكثف (~ 5000 كلفن) ، وضغوط عالية (~ 1000 ضغط جوي) ، ومعدلات تسخين وتبريد هائلة (>109 كلفن/ثانية)” وتيارات النفاثة السائلة (~ 400 كم / ساعة)". (سوسليك 1998)

هناك وسائل مختلفة لإنشاء التجويف ، مثل فوهات الضغط العالي أو خلاطات الجزء الثابت الدوار أو المعالجات بالموجات فوق الصوتية. في كل هذه الأنظمة ، يتم تحويل طاقة الإدخال إلى احتكاك واضطرابات وموجات وتجويف. يعتمد جزء طاقة الإدخال الذي يتم تحويله إلى تجويف على عدة عوامل تصف حركة معدات توليد التجويف في السائل. تعد شدة التسارع أحد أهم العوامل التي تؤثر على التحول الفعال للطاقة إلى تجويف. التسارع العالي يخلق اختلافات ضغط أعلى. وهذا بدوره يزيد من احتمال إنشاء فقاعات فراغ بدلا من إنشاء موجات تنتشر عبر السائل. وبالتالي ، كلما زاد التسارع كلما زاد جزء الطاقة الذي يتحول إلى تجويف.
في حالة محول الطاقة بالموجات فوق الصوتية ، تصف سعة التذبذب شدة التسارع. السعات الأعلى تؤدي إلى خلق تجويف أكثر فعالية. بالإضافة إلى الشدة ، يجب تسريع السائل بطريقة تخلق الحد الأدنى من الخسائر من حيث الاضطرابات والاحتكاك وتوليد الأمواج. لهذا ، فإن الطريقة المثلى هي اتجاه الحركة من جانب واحد. تغيير شدة ومعلمات عملية صوتنة ، يمكن أن تكون الموجات فوق الصوتية صعبة جدا أو لينة جدا. هذا يجعل الموجات فوق الصوتية أداة متعددة الاستخدامات لمختلف التطبيقات.

تشمل التطبيقات اللينة ، التي تطبق صوتنة خفيفة في ظل ظروف معتدلة ، التفريغ, الاستحلاب، وتنشيط الإنزيم. التطبيقات الصعبة ذات الكثافة العالية / الموجات فوق الصوتية عالية الطاقة (معظمها تحت ضغط مرتفع) هي الطحن الرطب, إزالة التكتل & تقليل حجم الجسيمات ، و تفريق. للعديد من التطبيقات مثل إستخلاصأو التفكك أو سونوكيمياء، تعتمد شدة الموجات فوق الصوتية المطلوبة على المادة المحددة المراد صوتنها. من خلال مجموعة متنوعة من المعلمات ، والتي يمكن تكييفها مع العملية الفردية ، تسمح الموجات فوق الصوتية بالعثور على البقعة الحلوة لكل عملية فردية.
إلى جانب تحويل الطاقة المعلقة ، يوفر ultrasonication ميزة كبيرة من السيطرة الكاملة على أهم المعلمات: السعة والضغط ودرجة الحرارة واللزوجة والتركيز. يوفر هذا إمكانية ضبط كل هذه المعلمات بهدف العثور على معلمات المعالجة المثالية لكل مادة محددة. وهذا يؤدي إلى فعالية أعلى وكذلك في الكفاءة المثلى.

الموجات فوق الصوتية لتحسين عمليات التخمير ، وأوضح بشكل نموذجي مع إنتاج الإيثانول الحيوي

الإيثانول الحيوي هو نتاج تحلل الكتلة الحيوية أو المواد القابلة للتحلل الحيوي للنفايات بواسطة البكتيريا اللاهوائية أو الهوائية. يستخدم الإيثانول المنتج بشكل رئيسي كوقود حيوي. وهذا يجعل الإيثانول الحيوي بديلا متجددا وصديقا للبيئة للوقود الأحفوري ، مثل الغاز الطبيعي.
لإنتاج الإيثانول من الكتلة الحيوية ، يمكن استخدام السكر والنشا والمواد اللجنوسليلوزية كمواد وسيطة. بالنسبة لحجم الإنتاج الصناعي ، فإن السكر والنشا هما السائدان حاليا لأنهما مواتيان اقتصاديا.
كيف تعمل الموجات فوق الصوتية على تحسين عملية العميل الفردي مع مواد وسيطة محددة في ظل ظروف معينة يمكن تجربتها بشكل بسيط للغاية من خلال اختبارات الجدوى. في الخطوة الأولى ، صوتنة كمية صغيرة من الطين المواد الخام مع الموجات فوق الصوتية جهاز المختبر سوف تظهر, إذا الموجات فوق الصوتية لا تؤثر على المواد الأولية.

اختبار الجدوى

في مرحلة الاختبار الأولى ، من المناسب إدخال كمية عالية نسبيا من الطاقة فوق الصوتية في حجم صغير من السائل وبالتالي تزداد الفرصة لمعرفة ما إذا كان يمكن الحصول على أي نتائج. كما أن حجم العينة الصغير يقصر الوقت الذي تستغرقه في استخدام جهاز المختبر ويقلل من تكاليف الاختبارات الأولى.
تنتقل الموجات فوق الصوتية عن طريق سطح سونوترودي إلى السائل. تحت سطح sonotrode ، تكون شدة الموجات فوق الصوتية أكثر كثافة. وبالتالي ، يفضل المسافات القصيرة بين سونوترودي والمواد الصوتية. عندما يتعرض حجم سائل صغير ، يمكن أن تبقى المسافة من sonotrode قصيرة.
يوضح الجدول أدناه مستويات الطاقة / الحجم النموذجية لعمليات الصوتنة بعد التحسين. نظرا لأن التجارب الأولى لن يتم تشغيلها في التكوين الأمثل ، فإن شدة الصوتنة والوقت بمقدار 10 إلى 50 مرة من القيمة النموذجية ستظهر ما إذا كان هناك أي تأثير على المواد الصوتية أم لا.

عملية	طاقة/ حجم	حجم العينة	قوة	الوقت
بسيط	< 100 واط / مل	10 مل	50 واط	< 20 ثانية
متوسط	100 واط / مل إلى 500 واط / مل	10 مل	50 واط	20 إلى 100 ثانية
شاق	> 500 واط / مل	10 مل	50 واط	>100 ثانية

الجدول 1 – قيم صوتنة نموذجية بعد تحسين العملية

يمكن تسجيل مدخلات الطاقة الفعلية لعمليات الاختبار عبر تسجيل البيانات المتكامل (UP200Ht و UP200St) ، واجهة الكمبيوتر أو عن طريق مقياس الطاقة. بالاقتران مع البيانات المسجلة لإعداد السعة ودرجة الحرارة ، يمكن تقييم نتائج كل تجربة ويمكن تحديد الحد الأدنى للطاقة / الحجم.
إذا تم اختيار التكوين الأمثل أثناء الاختبارات ، فيمكن التحقق من أداء التكوين هذا أثناء خطوة التحسين ويمكن في النهاية توسيع نطاقه إلى المستوى التجاري. لتسهيل التحسين ، يوصى بشدة بفحص حدود الصوتنة ، على سبيل المثال درجة الحرارة أو السعة أو الطاقة / الحجم لتركيبات محددة أيضا. نظرا لأن الموجات فوق الصوتية يمكن أن تولد آثارا سلبية على الخلايا أو المواد الكيميائية أو الجسيمات ، يجب فحص المستويات الحرجة لكل معلمة من أجل قصر التحسين التالي على نطاق المعلمات حيث لا يتم ملاحظة الآثار السلبية. بالنسبة لدراسة الجدوى ، يوصى باستخدام وحدات المختبر الصغيرة أو وحدات مقاعد البدلاء للحد من نفقات المعدات والعينات في مثل هذه التجارب. بشكل عام ، تخدم وحدات 100 إلى 1,000 واط أغراض دراسة الجدوى بشكل جيد للغاية. (راجع Hielscher 2005)

الامثل

قد تظهر النتائج التي تم تحقيقها خلال دراسات الجدوى استهلاكا مرتفعا جدا للطاقة فيما يتعلق بالحجم الصغير المعالج. لكن الغرض من اختبار الجدوى هو في المقام الأول إظهار آثار الموجات فوق الصوتية على المادة. إذا حدثت آثار إيجابية في اختبار الجدوى ، فيجب بذل المزيد من الجهود لتحسين نسبة الطاقة / الحجم. وهذا يعني استكشاف التكوين المثالي لمعلمات الموجات فوق الصوتية لتحقيق أعلى عائد باستخدام أقل طاقة ممكنة لجعل العملية أكثر منطقية وكفاءة من الناحية الاقتصادية. للعثور على التكوين الأمثل للمعلمة – الحصول على الفوائد المرجوة مع الحد الأدنى من مدخلات الطاقة - العلاقة بين أهم المعلمات السعة والضغط ودرجة الحرارة و سائل يجب التحقيق في التكوين. في هذه الخطوة الثانية ، يوصى بالتغيير من صوتنة الدفعات إلى إعداد صوتنة مستمر مع مفاعل خلية التدفق حيث لا يمكن التأثير على المعلمة المهمة للضغط لصوتنة الدفعة. أثناء صوتنة في دفعة ، يقتصر الضغط على الضغط المحيط. إذا مرت عملية الصوتنة بغرفة خلية تدفق قابلة للضغط ، يمكن رفع الضغط (أو تقليله) مما يؤثر بشكل عام على الموجات فوق الصوتية التجويف جذريا. باستخدام خلية التدفق ، يمكن تحديد العلاقة بين الضغط وكفاءة العملية. المعالجات بالموجات فوق الصوتية بين 500 واط و 2000 واط من الطاقة هي الأنسب لتحسين العملية.

التوسع في الإنتاج التجاري

إذا تم العثور على التكوين الأمثل ، فإن التوسع الإضافي بسيط مثل عمليات الموجات فوق الصوتية قابلة للتكرار بالكامل على مقياس خطي. هذا يعني أنه عند تطبيق الموجات فوق الصوتية على تركيبة سائلة متطابقة تحت تكوين معلمة معالجة متطابقة ، فإن نفس الطاقة لكل حجم مطلوبة للحصول على نتيجة متطابقة مستقلة عن حجم المعالجة. (هيلشر 2005). وهذا يجعل من الممكن تنفيذ التكوين الأمثل للمعلمة للموجات فوق الصوتية إلى حجم الإنتاج الكامل. تقريبا ، الحجم الذي يمكن معالجته بالموجات فوق الصوتية غير محدود. أنظمة الموجات فوق الصوتية التجارية مع ما يصل إلى 16000 واط لكل وحدة متوفرة ويمكن تثبيتها في مجموعات. يمكن تثبيت هذه المجموعات من المعالجات بالموجات فوق الصوتية بالتوازي أو في سلسلة. من خلال التثبيت العنقودي لمعالجات الموجات فوق الصوتية عالية الطاقة ، تكون الطاقة الإجمالية غير محدودة تقريبا بحيث يمكن معالجة التدفقات ذات الحجم الكبير دون مشكلة. أيضا إذا كان هناك حاجة إلى تكييف نظام الموجات فوق الصوتية ، على سبيل المثال لضبط المعلمات على تركيبة سائلة معدلة ، يمكن القيام بذلك في الغالب عن طريق تغيير سونوترودي أو معزز أو خلية تدفق. إن قابلية التوسع الخطي وقابلية التكرار والقدرة على التكيف مع الموجات فوق الصوتية تجعل هذه التكنولوجيا المبتكرة فعالة وفعالة من حيث التكلفة.

معلمات المعالجة بالموجات فوق الصوتية

يتم وصف معالجة السوائل بالموجات فوق الصوتية من خلال عدد من المعلمات. الأهم هي السعة والضغط ودرجة الحرارة واللزوجة والتركيز. نتيجة العملية ، مثل حجم الجسيمات ، لتكوين معلمة معينة هي دالة للطاقة لكل حجم معالج. تتغير الوظيفة مع التعديلات في المعلمات الفردية. علاوة على ذلك ، يعتمد خرج الطاقة الفعلي لكل مساحة سطح من sonotrode لوحدة الموجات فوق الصوتية على المعلمات. خرج الطاقة لكل مساحة سطح سونوترودي هو شدة السطح (I). تعتمد شدة السطح على السعة (A) والضغط (p) وحجم المفاعل (VR) ودرجة الحرارة (T) واللزوجة (η) وغيرها.

يعتمد تأثير التجويف المتولد على شدة السطح. بنفس الطريقة ، ترتبط نتيجة العملية. إجمالي خرج الطاقة لوحدة الموجات فوق الصوتية هو نتاج كثافة السطح (I) ومساحة السطح (S):

p [w] أنا [w / المليمتر²]* s[المليمتر²]

السعه

تصف سعة التذبذب الطريقة (على سبيل المثال 50 ميكرومتر) التي ينتقل بها سطح سونوترود في وقت معين (على سبيل المثال 1/20000 ثانية عند 20 كيلو هرتز). كلما زادت السعة ، زاد معدل انخفاض الضغط وزيادته في كل شوط. بالإضافة إلى ذلك ، يزداد إزاحة حجم كل شوط مما يؤدي إلى حجم تجويف أكبر (حجم الفقاعة و / أو عددها). عند تطبيقها على التشتت ، تظهر السعات الأعلى قدرة تدمير أعلى للجسيمات الصلبة. يوضح الجدول 1 القيم العامة لبعض عمليات الموجات فوق الصوتية.

ضغط

تعتمد درجة غليان السائل على الضغط. كلما زاد الضغط كلما ارتفعت درجة الغليان ، وعكسها. يسمح الضغط المرتفع بالتجويف عند درجات حرارة قريبة من نقطة الغليان أو أعلى منها. كما أنه يزيد من شدة الانفجار الداخلي ، والذي يرتبط بالفرق بين الضغط الساكن وضغط البخار داخل الفقاعة (راجع Vercet et al. 1999). نظرا لأن قوة وشدة الموجات فوق الصوتية تتغير بسرعة مع التغيرات في الضغط ، فمن الأفضل استخدام مضخة الضغط المستمر. عند تزويد السائل لخلية التدفق ، يجب أن تكون المضخة قادرة على التعامل مع تدفق السائل المحدد عند ضغوط مناسبة. مضخات الحجاب الحاجز أو الغشاء ؛ أنبوب مرن أو خرطوم أو مضخات ضغط ؛ مضخات تمعجية أو المكبس أو مضخة الغطاس ستخلق تقلبات ضغط متناوبة. يفضل استخدام مضخات الطرد المركزي ومضخات التروس والمضخات الحلزونية ومضخات التجويف التدريجي التي تزود السائل المراد صوتنته بضغط ثابت باستمرار. (هيلشر 2005)

درجة الحرارة

عن طريق صوتنة السائل ، تنتقل الطاقة إلى الوسط. كما التذبذب ولدت بالموجات فوق الصوتية يسبب الاضطرابات والاحتكاك، السائل صوتنة – وفقا لقانون الديناميكا الحرارية – سوف تسخن. يمكن أن تكون درجات الحرارة المرتفعة للوسط المعالج مدمرة للمادة وتقلل من فعالية التجويف بالموجات فوق الصوتية. تم تجهيز خلايا التدفق بالموجات فوق الصوتية المبتكرة بسترة تبريد (انظر الصورة). من خلال ذلك ، يتم إعطاء التحكم الدقيق في درجة حرارة المادة أثناء المعالجة بالموجات فوق الصوتية. بالنسبة لصوتنة الدورق ذات الأحجام الأصغر ، يوصى باستخدام حمام جليدي لتبديد الحرارة.

اللزوجة والتركيز

الموجات فوق الصوتيه طحن و تفريق هي عمليات سائلة. يجب أن تكون الجسيمات في تعليق ، على سبيل المثال في الماء أو الزيت أو المذيبات أو الراتنجات. باستخدام أنظمة التدفق بالموجات فوق الصوتية ، يصبح من الممكن صوتنة المواد اللزجة والفطرية.
يمكن تشغيل معالج الموجات فوق الصوتية عالي الطاقة بتركيزات عالية من المواد الصلبة إلى حد ما. يوفر التركيز العالي فعالية المعالجة بالموجات فوق الصوتية ، حيث يحدث تأثير الطحن بالموجات فوق الصوتية بسبب الاصطدام بين الجسيمات. أظهرت التحقيقات أن معدل كسر السيليكا مستقل عن التركيز الصلب حتى 50٪ بالوزن. معالجة الدفعات الرئيسية مع نسبة المواد عالية التركيز هو إجراء إنتاج شائع باستخدام الموجات فوق الصوتية.

القوة والكثافة مقابل الطاقة

تصف كثافة السطح والطاقة الإجمالية كثافة المعالجة فقط. يجب مراعاة حجم العينة الصوتية ووقت التعرض بكثافة معينة لوصف عملية صوتنة من أجل جعلها قابلة للتطوير وقابلة للتكرار. بالنسبة لتكوين معلمة معينة ، ستعتمد نتيجة العملية ، مثل حجم الجسيمات أو التحويل الكيميائي ، على الطاقة لكل حجم (E / V).

النتيجة = F (E /V )

حيث الطاقة (E) هي حاصل ضرب خرج الطاقة (P) ووقت التعرض (t).

E[و س] = p[w]*t[s]

التغييرات في تكوين المعلمة ستغير وظيفة النتيجة. وهذا بدوره سيغير كمية الطاقة (E) المطلوبة لقيمة عينة معينة (V) للحصول على قيمة نتيجة محددة. لهذا السبب ، لا يكفي نشر قوة معينة من الموجات فوق الصوتية لعملية للحصول على نتيجة. مطلوب نهج أكثر تطورا لتحديد الطاقة المطلوبة وتكوين المعلمات التي يجب أن توضع فيها الطاقة في مادة العملية. (هيلشر 2005)

بمساعدة الموجات فوق الصوتية إنتاج الإيثانول الحيوي

من المعروف بالفعل أن الموجات فوق الصوتية تحسن إنتاج الإيثانول الحيوي. يوصى بتكثيف السائل بالكتلة الحيوية إلى ملاط شديد اللزوجة لا يزال قابلا للضخ. يمكن لمفاعلات الموجات فوق الصوتية التعامل مع تركيزات صلبة عالية إلى حد ما بحيث يمكن تشغيل عملية صوتنة أكثر كفاءة. كلما تم احتواء المزيد من المواد في الملاط ، سيتم التعامل مع سائل أقل حاملا ، والذي لن يستفيد من عملية الصوتنة. نظرا لأن إدخال الطاقة في السائل يؤدي إلى تسخين السائل بموجب قانون الديناميكا الحرارية ، فهذا يعني أن الطاقة فوق الصوتية يتم تطبيقها على المادة المستهدفة ، قدر الإمكان. من خلال تصميم العملية الفعال هذا ، يتم تجنب التسخين المهدر للسائل الناقل الزائد.
الموجات فوق الصوتية تساعد إستخلاص من المواد داخل الخلايا ويجعلها متاحة للتخمير الأنزيمي. يمكن أن يعزز العلاج بالموجات فوق الصوتية الخفيفة النشاط الأنزيمي ، ولكن لاستخراج الكتلة الحيوية ، ستكون هناك حاجة إلى موجات فوق صوتية أكثر كثافة. وبالتالي ، يجب إضافة الإنزيمات إلى ملاط الكتلة الحيوية بعد الصوتنة لأن الموجات فوق الصوتية المكثفة تعطل الإنزيمات ، وهو تأثير غير مرغوب فيه.

النتائج الحالية التي يحققها البحث العلمي:

أظهرت دراسات Yoswathana et al. (2010) المتعلقة بإنتاج الإيثانول الحيوي من قش الأرز أن الجمع بين المعالجة المسبقة للحمض والموجات فوق الصوتية قبل المعالجة الأنزيمية يؤدي إلى زيادة محصول السكر بنسبة تصل إلى 44٪ (على أساس قش الأرز). هذا يدل على فعالية الجمع بين المعالجة الفيزيائية والكيميائية قبل التحلل الأنزيمي لمادة lignocellulose إلى السكر.

يوضح الرسم البياني 2 الآثار الإيجابية للإشعاع بالموجات فوق الصوتية أثناء إنتاج الإيثانول الحيوي من قش الأرز بيانيا. (تم استخدام الفحم لإزالة السموم من العينات المعالجة مسبقا من المعالجة المسبقة للحمض / الإنزيم والمعالجة المسبقة بالموجات فوق الصوتية.)

في دراسة حديثة أخرى ، تم فحص تأثير الموجات فوق الصوتية على المستويات خارج الخلية وداخل الخلايا لإنزيم β-galactosidase. سليمان وآخرون (2011) يمكن تحسين إنتاجية إنتاج الإيثانول الحيوي بشكل كبير ، باستخدام الموجات فوق الصوتية في درجة حرارة خاضعة للرقابة تحفز نمو الخميرة من Kluyveromyces marxianus (ATCC 46537). يستأنف مؤلفو الورقة أن الصوتنة المتقطعة مع الموجات فوق الصوتية للطاقة (20 كيلو هرتز) في دورات عمل ≤20٪ حفزت إنتاج الكتلة الحيوية واستقلاب اللاكتوز وإنتاج الإيثانول في K. marxianus بكثافة صوتنة عالية نسبيا تبلغ 11.8 واط سم⁻². في ظل أفضل الظروف ، عززت صوتنة تركيز الإيثانول النهائي بنحو 3.5 أضعاف بالنسبة للتحكم. هذا يتوافق مع تعزيز 3.5 أضعاف في إنتاجية الإيثانول ، لكنه يتطلب 952 واط من مدخلات الطاقة الإضافية لكل متر مكعب من المرق من خلال صوتنة. ومن المؤكد أن هذا المطلب الإضافي من الطاقة كان ضمن المعايير التشغيلية المقبولة للمفاعلات الحيوية، وبالنسبة للمنتجات ذات القيمة العالية، يمكن تعويضه بسهولة بزيادة الإنتاجية.

الخلاصة: فوائد التخمير بمساعدة الموجات فوق الصوتية

وقد تبين العلاج بالموجات فوق الصوتية كتقنية فعالة ومبتكرة لتعزيز العائد الإيثانول الحيوي. في المقام الأول ، يتم استخدام الموجات فوق الصوتية لاستخراج المواد داخل الخلايا من الكتلة الحيوية ، مثل الذرة وفول الصويا والقش والمواد السليلوزية اللجنو أو النفايات النباتية.

• زيادة في محصول الإيثانول الحيوي
• التفكك / تدمير الخلايا وإطلاق المواد داخل الخلايا
• تحسين التحلل اللاهوائي
• تفعيل الانزيمات عن طريق صوتنة خفيفة
• تحسين كفاءة العملية عن طريق الملاط عالي التركيز

الاختبار البسيط والتوسع القابل للتكرار والتركيب السهل (أيضا في تدفقات الإنتاج الموجودة بالفعل) يجعل الموجات فوق الصوتية تقنية مربحة وفعالة. تتوفر معالجات الموجات فوق الصوتية الصناعية الموثوقة للمعالجة التجارية وتجعل من الممكن صوتنة كميات سائلة غير محدودة تقريبا.