Yosunların yetişdirilməsi laboratoriyası – Ultrasonik yosunların çıxarılması

yosunların becərilməsi

Algae Grow Lab, yosunların becərilməsi üçün bir sıra boru və yastı fotobioreaktorlar, eləcə də axın hüceyrələri ilə təchiz olunmuş Hielscher ultrasəs prosessorlarına əsaslanan hüceyrə ultrasəs məhv prosesini inkişaf etdirdi.
Prosesin ümumi axını diaqramı aşağıda göstərilmişdir.

Axın cədvəli yosunların becərilməsi və ultrasəsdən istifadə edərək yosun yağı istehsalı prosesini göstərir. ©Algae Grow Lab

Algae Grow Lab fotobioreaktorlarının nümunələri aşağıda təqdim olunur.
Spektrin PAR hissəsində işıq yayan LED panellərin istifadəsi yosunların maksimum böyümə sürətinə nail olmağa imkan verir.
Məsələn, ilkin sıxlığı 0,146 q/L olan Chlorella Vulgaris peyvəndindən sonra biz 7 gün ərzində 7,3 q/l sıxlığa nail olduq.

Yosun hüceyrələrinin ultrasəslə məhv edilməsi

Yosunların böyüməsi stadionundan sonra yosun hüceyrəsi yağ istehsalı üçün müalicə üçün yetişir. Hüceyrə məzmunu ətraf mühitdən ibarət hüceyrə membranlarının strukturu ilə ayrıldığından, hüceyrənin parçalanması üsulu tam hüceyrədaxili materialın sərbəst buraxılması baxımından əhəmiyyətlidir. Hüceyrə membranı hüceyrəyə mexaniki möhkəmlik verir və onun bütövlüyünü qoruyur. Hüceyrə membranının elastik xüsusiyyətləri hüceyrələrə onların xarici mühitində baş verə biləcək osmotik təzyiqdə sürətli dəyişikliklərə tab gətirməyə imkan verir.
Aşağıda təsvir edilən həm ultrasəs, həm də mikrodalğalı üsullar daha yüksək effektivlik, azaldılmış hasilat vaxtları və artan məhsul, həmçinin aşağı və ya orta xərclər və cüzi əlavə toksiklik ilə mikroyosunların çıxarılmasını əhəmiyyətli dərəcədə yaxşılaşdırır.
Çox vaxt yosunlardan məqsədli məhsulların çıxarılması, yosun hüceyrələrinin çıxarılmasından əvvəl məhv edildiyi təqdirdə daha təsirli olur. Ancaq bəzən hüceyrə məhvinin özü məqsəd məhsulun sərbəst buraxılmasına gətirib çıxarır və onu əldə etmək üçün yalnız ayrılma prosesi tələb olunur (məsələn, bioyanacaq istehsalı üçün yosunlardan lipidlərin çıxarılması).
Yosunların böyüməsi laboratoriyası hüceyrədaxili məzmunun tam sərbəst buraxılmasına və bununla da daha qısa müddətdə daha yüksək məhsulun əldə edilməsinə nail olmaq üçün yüksək effektiv prosesi təmin etmək üçün onların qurulmasına hüceyrənin pozulması və çıxarılması üçün ultrasəs sistemi birləşdirir. Ultrasəs reaktorunda ultrasəs dalğaları yosun hüceyrələrini ehtiva edən maye mühitdə kaviasiya yaradır. Kavitasiya qabarcıqları ultrasəs dalğasının alternativ seyrəkləşmə fazaları zamanı müəyyən ölçüyə çatana qədər böyüyür və daha çox enerji udmaq mümkün olmur. Bu qabarcıq böyüməsinin maksimum nöqtəsində, sıxılma mərhələsində boşluqlar çökür. Baloncukların çökməsi təzyiq və temperatur fərqləri, həmçinin şok dalğaları və güclü maye jetləri üçün ekstremal şərait yaradır. Bu ekstremal qüvvələr təkcə hüceyrələri məhv etmir, həm də onların məzmununu maye mühitə (məsələn, su və ya həlledicilər) təsirli şəkildə yuyur.
Ultrasəs məhvinin effektivliyi, fərdi yosun ştammları arasında əhəmiyyətli dərəcədə dəyişən hüceyrə divarlarının davamlılığından və elastikliyindən çox asılıdır. Hüceyrə məhvinin effektivliyinə sonlandırma prosesinin parametrləri çox təsir edir: Ən vacib parametrlər amplituda, təzyiq, konsentrasiyadır. & özlülük və temperatur. Optimal emal səmərəliliyini təmin etmək üçün bu parametrlər yosunların hər bir xüsusi ştammı üçün optimallaşdırılmalıdır.
Hüceyrələrin pozulması və müxtəlif yosun suşlarının parçalanmasına dair bəzi nümunələr aşağıda göstərilən məqalələrdə tapıla bilər:

• Dunnaliella salina və Nannochloropsis oculata: King PM, Nowotarski K.; Joyce, EM; Mason, TJ (2012): Yosun hüceyrələrinin ultrasəs pozulması. AIP Konfransının Materialları; 24/5/2012, Cild. 1433 Məsələ 1, səh. 237.
• Nannochloropsis oculata: Jonathan R. McMillan, Ian A. Watson, Mehmood Ali, Weaam Jaafar (2013): Yosun hüceyrələrinin parçalanması üsullarının qiymətləndirilməsi və müqayisəsi: Mikrodalğalı soba, su banyosu, qarışdırıcı, ultrasəs və lazerlə müalicə. Applied Energy, Mart 2013, Vol. 103, Səhifələr 128–134.
• Nanochloropsis salina: Sebastian Schwede, Alexandra Kowalczyk, Mandy Gerber, Roland Span (2011): Müxtəlif hüceyrə pozulma üsullarının yosun biokütləsinin mono həzminə təsiri. Dünya Bərpa Olunan Enerji Konqresi 2011, Bioenerji Texnologiyaları, 8-12 May 2011, İsveç.
• Schizochytrium limacinum və Chlamydomonas reinhardtii: Jose Gerde, Mellissa Montalbo-Lomboy M, Linxing Yao, David Grewell, Tong Wang (2012): Ultrasonik müalicə ilə mikroyosun hüceyrələrinin pozulmasının qiymətləndirilməsi. Bioresurs Texnologiyası 2012, Cild. 125, səh.175-81.
• Crypthecodinium cohnii: Paula Mercer və Roberto E. Armenta (2011): Mikroyosunlardan neft çıxarılmasında inkişaflar. Avropa Lipid Elm Texnologiyası Jurnalı, 2011.
• Scotiellopsis terrestris: S. Starke, Dr. N. Hempel, L. Dombrowski, Prof. Dr. O. Pulz: Ultrasəs və pektin ilə parçalanmış ferment vasitəsilə Scotiellopsis terrestris üçün hüceyrə pozulmasının yaxşılaşdırılması. Naturstoffchemie.

Proses

Kultivasiyadan sonra biokütləni maye mühitdən ayırmaq üçün yosunların biokütlə axını konsentrasiya qurğusuna verilir. Konsentrat saxlama çəninə yığılır. Ayrılmadan sonra, yağ və digər hüceyrədaxili materialın sərbəst buraxılması üçün hüceyrələr pozulmalıdır. Buna görə də, konsentratlaşdırılmış biokütlə Hielscher ultrasəs cihazı vasitəsilə vurulur. Ultrasəs resirkulyasiya qurğusu, verilmiş təzyiq altında hüceyrə konsentratının Hielscher axını hüceyrəsi vasitəsilə akkumulyasiya tankına təkrar dövriyyəsini təmin edir. Resirkulyasiya hüceyrələri məhv etmək üçün tələb olunan vaxta qədər davam edir. Məhv prosesi başa çatdıqda, məhv edilmiş hüceyrələrlə birlikdə biokütlə məhsulun ayrılması cihazına vurulur, burada məhsulun qalan zibildən son ayrılması baş verir.

Biokütlə konsentrasiyası/ayırma cihazı və Hielscher-in 1,5 kVt ultrasəs prosessoru UIP1500hd ilə yosun hüceyrələrini məhv edən qurğu. ©Algae Grow Lab

Məhv edilmiş hüceyrələrin faizinin ölçülməsi

Yosunların qırılmasının səmərəliliyinin qiymətləndirilməsi üçün ALgae Grow Lab məhv edilmiş hüceyrələrin faizini ölçmək üçün iki fərqli metodologiyadan istifadə etmişdir:

1. Birinci analiz üsulu xlorofilin A, B və A+B floresansının ölçülməsinə əsaslanır.
   Yavaş fırlanan sentrifuqasiya zamanı yosun hüceyrələri və zibil resipientin dibində qranullaşacaq, lakin sərbəst üzən xlorofilin qalıqları hələ də supernatantda qalacaq. Hüceyrə və xlorofilin bu fiziki xüsusiyyətlərindən istifadə edərək, qırılan hüceyrələrin faizini müəyyən etmək olar. Bu, ilk növbədə nümunənin ümumi xlorofil flüoresansını ölçməklə həyata keçirilir. Sonra nümunə sentrifuqa edilir. Bundan sonra, supernatantın xlorofil floresansı ölçülür. Supernatantdakı xlorofil flüoresansının faizini ümumi nümunənin xlorofil flüoresansına götürməklə, qırılan hüceyrələrin faizini hesablamaq olar. Bu ölçmə forması kifayət qədər dəqiqdir, lakin hüceyrə başına xlorofilin sayının vahid olduğunu fərz edir. Ümumi xlorofil ekstraksiyaları metanoldan istifadə etməklə həyata keçirilmişdir.
2. İkinci analiz metodu üçün yığılmış yosun nümunəsində hüceyrə sıxlığını ölçmək üçün klassik hemositometriyadan istifadə edilmişdir. Prosedur 2 mərhələdə həyata keçirilir:

• Birincisi, ultrasəs müalicəsindən əvvəl yığılmış yosun nümunəsinin hüceyrə sıxlığı ölçülür.
• İkincisi, eyni nümunənin sonlaşdırılmasından sonra məhv edilməmiş (qalan) hüceyrələrin sayı ölçülür.
  Bu iki ölçmənin nəticələrinə əsasən məhv edilmiş hüceyrələrin faizi hesablanır.

Şəkil.1: Məhv etməzdən əvvəl yosunlar ©Yosunların Grow Lab

Şəkil 2: Yosunların pozulması: 60 dəqiqədən sonra hüceyrənin 50% pozulması. sonication. ©Algae Grow Lab

Şəkil 3: Yosunların pozulması: 120 dəqiqədən sonra hüceyrənin 100% pozulması. sonication. ©Algae Grow Lab