Bioetanol istehsalı üçün ultrasəs dəstəkli fermentasiya

Ultrasəs dəstəkli fermentasiya mürəkkəb karbohidratların daha sadə şəkərlərə parçalanmasını təşviq etməklə bioetanol istehsalını artıra bilər və bu şəkərləri mayaların etanola çevirməsi üçün daha əlçatan edir. Eyni zamanda, sonikasiya maya hüceyrəsi divarının keçiriciliyinin effektivliyini də yaxşılaşdıraraq etanolun daha sürətli ayrılmasına və ümumi istehsalın artmasına imkan verir. Beləliklə, ultrasəs dəstəkli bioetanol fermentasiyası daha yüksək çevrilmə dərəcələri və daha yüksək məhsul çıxımı ilə nəticələnir.

Fermentasiya

Fermentasiya aerob (= oksidləşdirici fermentasiya) və ya anaerob proses ola bilər və biotexnoloji tətbiqlərdə üzvi materialın bakterial, göbələk və ya digər bioloji hüceyrə kulturları, yaxud fermentlər vasitəsilə çevrilməsi üçün istifadə olunur. Fermentasiya zamanı üzvi birləşmələrin, məsələn, karbohidratların oksidləşməsindən enerji əldə edilir.
Şəkər fermentasiyanın ən çox istifadə olunan substratıdır və fermentasiya nəticəsində süd turşusu, laktoza, etanol və hidrogen kimi məhsullar əmələ gəlir. Spirt fermentasiyasında etanol – xüsusilə yanacaq kimi, həmçinin spirtli içkilər üçün – fermentasiya yolu ilə istehsal olunur. Bəzi maya ştamları, məsələn, Saccharomyces cerevisiae şəkəri metabolizə etdikdə, maya hüceyrələri başlanğıc materialı etanola və karbon dioksidə çevirir.

Aşağıdakı kimyəvi tənliklər çevrilməni ümumiləşdirir:

Başlanğıc material nişastadırsa, məsələn, qarğıdalıdan alınırsa, əvvəlcə nişasta şəkərə çevrilməlidir. Yanacaq kimi istifadə olunan bioetanol üçün nişastanın çevrilməsi məqsədilə hidroliz tələb olunur. Adətən hidroliz turşu və ya fermentlə emal, yaxud hər ikisinin kombinasiyası ilə sürətləndirilir. Normal halda fermentasiya təxminən 35–40 °C temperaturda aparılır.
Müxtəlif fermentasiya proseslərinə ümumi baxış:

Qida :

• istehsal & konservləşdirmə
• süd məhsulları (süd turşusu fermentasiyası), məsələn, yoqurt, ayran, kefir
• süd turşusu fermentasiyasından keçirilmiş tərəvəzlər, məsələn, kimçi, miso, natto, tsukemono, turş kələm
• aromatik maddələrin əmələ gəlməsi, məsələn, soya sousu
• aşılayıcı maddələrin parçalanması, məsələn, çay, kakao, qəhvə, tütün
• spirtli içkilər, məsələn, pivə, şərab, viski

Dərmanlar :

• tibbi birləşmələrin istehsalı, məsələn, insulin, hialuron turşusu

Bioqaz/ Etanol :

• bioqaz/ bioetanol istehsalının yaxşılaşdırılması

Müxtəlif tədqiqat məqalələri və laboratoriya masası və pilot miqyasında aparılmış sınaqlar göstərmişdir ki, ultrasəs fermentativ fermentasiya üçün daha çox biokütləni əlçatan etməklə fermentasiya prosesini yaxşılaşdırır. Növbəti bölmədə ultrasəsin mayedəki təsirləri ətraflı izah olunacaq.

Mayelərin ultrasəslə emalının təsirləri

Yüksək güclü/ aşağı tezlikli ultrasəslə yüksək amplitudalar yaradıla bilər. Beləliklə, yüksək güclü/ aşağı tezlikli ultrasəs mayelərin qarışdırılması, emulsiyalaşdırılması, dispersləşdirilməsi və deaqlomerasiyası, yaxud üyüdülməsi kimi emal proseslərində istifadə oluna bilər.
Mayelər yüksək intensivlikdə sonikasiya edildikdə, maye mühitdə yayılan səs dalğaları tezlikdən asılı sürətlə növbələşən yüksək təzyiq (sıxılma) və aşağı təzyiq (seyrəkləşmə) dövrləri yaradır. Aşağı təzyiq dövründə yüksək intensivlikli ultrasəs dalğaları mayedə kiçik vakuum qabarcıqları və ya boşluqlar yaradır. Qabarcıqlar artıq enerji uda bilmədikləri həcmə çatdıqda, yüksək təzyiq dövründə şiddətlə çökür. Bu hadisə kavitasiya adlanır. Kavitasiya, yəni “mayedə qabarcıqların əmələ gəlməsi, böyüməsi və içəriyə doğru partlayışla çökməsidir. Kavitasiya çökməsi intensiv yerli qızma (~5000 K), yüksək təzyiqlər (~1000 atm) və son dərəcə yüksək qızma və soyuma sürətləri (>109 K/sec)” və maye şırnaqları (~400 km/h) yaradır”. (Suslick 1998)

Kavitasiya yaratmağın müxtəlif üsulları mövcuddur, məsələn, yüksək təzyiqli ucluqlar, rotor-stator qarışdırıcıları və ya ultrasəs prosessorları vasitəsilə. Bütün bu sistemlərdə daxil edilən enerji sürtünməyə, turbulentliyə, dalğalara və kavitasiyaya çevrilir. Daxil edilən enerjinin kavitasiyaya çevrilən hissəsi kavitasiya yaradan avadanlığın mayedəki hərəkətini təsvir edən bir neçə amildən asılıdır. Təcilin intensivliyi enerjinin kavitasiyaya səmərəli çevrilməsinə təsir edən ən mühüm amillərdən biridir. Daha yüksək təcil daha böyük təzyiq fərqləri yaradır. Bu da öz növbəsində mayedə yayılan dalğaların yaranması əvəzinə vakuum qabarcıqlarının yaranması ehtimalını artırır. Beləliklə, təcil nə qədər yüksəkdirsə, enerjinin kavitasiyaya çevrilən hissəsi də bir o qədər böyükdür.
Ultrasəs çeviricisi üçün rəqsin amplitudası təcilin intensivliyini təsvir edir. Daha yüksək amplitudalar kavitasiyanın daha effektiv yaranmasına səbəb olur. İntensivliklə yanaşı, maye elə sürətləndirilməlidir ki, turbulentlik, sürtünmə və dalğa yaranması ilə bağlı itkilər minimum olsun. Bunun üçün optimal üsul hərəkətin bir istiqamətdə olmasıdır. Sonikasiya prosesinin intensivliyini və parametrlərini dəyişməklə ultrasəs çox sərt və ya çox yumşaq ola bilər. Bu, ultrasəsi müxtəlif tətbiqlər üçün çox universal alətə çevirir.

Yumşaq şəraitdə mülayim sonikasiyanın tətbiq olunduğu yumşaq tətbiqlərə qazsızlaşdırma, emulsiyalaşdırma və fermentlərin aktivləşdirilməsi daxildir. Yüksək intensivlikli/ yüksək güclü ultrasəsdən istifadə olunan sərt tətbiqlər (əsasən yüksəldilmiş təzyiq altında) yaş üyütmə, deaqlomerasiya və hissəcik ölçüsünün kiçildilməsi, həmçinin dispersləşdirmədir. Bir çox tətbiqdə, məsələn, ekstraksiya, dezin­teqrasiya və ya sonokimyada, tələb olunan ultrasəs intensivliyi sonikasiya ediləcək konkret materialdan asılıdır. Ayrı-ayrı proseslərə uyğunlaşdırıla bilən müxtəlif parametrlər sayəsində ultrasəs hər bir proses üçün optimal iş nöqtəsini tapmağa imkan verir.
Gücün çevrilməsinin müstəsna səviyyəsi ilə yanaşı, ultrasəs emalı ən mühüm parametrlərə – Amplituda, Təzyiq, Temperatur, Özlülük və Konsentrasiyaya – tam nəzarət kimi böyük üstünlük təqdim edir. Bu, hər bir konkret material üçün ideal emal parametrlərini tapmaq məqsədilə bütün bu parametrləri tənzimləməyə imkan verir. Nəticədə həm effektivlik yüksəlir, həm də səmərəlilik optimallaşdırılır.

Fermentasiya proseslərinin yaxşılaşdırılması üçün ultrasəsin tətbiqi – bioetanol istehsalı nümunəsində izah

Bioetanol biokütlənin və ya tullantıların bioloji parçalana bilən maddələrinin anaerob və ya aerob bakteriyalar tərəfindən parçalanmasının məhsuludur. İstehsal olunan etanol əsasən bioyanacaq kimi istifadə olunur. Bu, bioetanolu təbii qaz kimi fosil yanacaqlara bərpa olunan və ekoloji cəhətdən əlverişli alternativ edir.
Biokütlədən etanol istehsal etmək üçün şəkər, nişasta və liqnosellüloz material xammal kimi istifadə oluna bilər. Sənaye miqyaslı istehsalda hazırda şəkər və nişasta üstünlük təşkil edir, çünki iqtisadi baxımdan əlverişlidir.
Ultrasəsin verilmiş şəraitdə konkret xammalla müştəriyə məxsus prosesi necə yaxşılaşdırdığını mümkünlük sınaqları vasitəsilə çox asanlıqla yoxlamaq olar. İlk mərhələdə xammal suspenziyasının kiçik miqdarının ultrasəs laboratoriya cihazı ilə sonikasiyası ultrasəsin xammala təsir edib-etmədiyini göstərəcək.

Mümkünlüyün sınaqdan keçirilməsi

İlk sınaq mərhələsində kiçik maye həcminə nisbətən çox miqdarda ultrasəs enerjisinin daxil edilməsi məqsədəuyğundur, çünki bu, hər hansı nəticənin əldə edilə biləcəyini görmək ehtimalını artırır. Kiçik nümunə həcmi həmçinin laboratoriya cihazından istifadə müddətini qısaldır və ilk sınaqların xərclərini azaldır.
Ultrasəs dalğaları sonotrodun səthindən mayeyə ötürülür. Sonotrod səthinin altında ultrasəs intensivliyi ən yüksəkdir. Buna görə sonotrodla sonikasiya edilən material arasında qısa məsafələrə üstünlük verilir. Kiçik maye həcmi ultrasəsə məruz qoyulduqda, sonotroddan olan məsafəni qısa saxlamaq mümkündür.
Aşağıdakı cədvəl optimallaşdırmadan sonra sonikasiya prosesləri üçün tipik enerji/həcm səviyyələrini göstərir. İlk sınaqlar optimal konfiqurasiyada aparılmayacağı üçün tipik qiymətdən 10 ilə 50 dəfə yüksək sonikasiya intensivliyi və müddəti sonikasiya edilən materiala hər hansı təsirin olub-olmadığını göstərəcək.

Proses	Enerji/ Həcm	Nümunə həcmi	Güc	Müddət
Sadə	< 100Ws/mL	10mL	50W	< 20 sec
Orta	100Ws/mL ilə 500Ws/mL arasında	10mL	50W	20 ilə 100 sec arasında
Sərt	> 500Ws/mL	10mL	50W	>100 sec

Cədvəl 1 – Prosesin optimallaşdırılmasından sonra tipik sonikasiya qiymətləri

Sınaqlar zamanı faktiki daxil edilən güc inteqrasiya olunmuş məlumat qeydi vasitəsilə (UP200Ht və UP200St), kompüter interfeysi və ya gücölçənlə qeydə alına bilər. Amplituda tənzimləməsi və temperaturun qeydə alınmış məlumatları ilə birlikdə hər bir sınağın nəticələri qiymətləndirilə və enerji/həcm üçün əsas göstərici müəyyən edilə bilər.
Sınaqlar zamanı optimal konfiqurasiya seçilibsə, bu konfiqurasiyanın iş göstəriciləri optimallaşdırma mərhələsində yoxlanıla və sonda kommersiya miqyasına qədər genişləndirilə bilər. Optimallaşdırmanı asanlaşdırmaq üçün konkret tərkiblər üzrə sonikasiyanın hədlərini, məsələn, temperatur, amplituda və ya enerji/həcm hədlərini də araşdırmaq qəti şəkildə tövsiyə olunur. Ultrasəs hüceyrələrə, kimyəvi maddələrə və ya hissəciklərə mənfi təsirlər yarada bildiyindən, sonrakı optimallaşdırmanı mənfi təsirlərin müşahidə olunmadığı parametr diapazonu ilə məhdudlaşdırmaq üçün hər bir parametrin kritik səviyyələri araşdırılmalıdır. Mümkünlük tədqiqatı üçün belə sınaqlarda avadanlıq və nümunə xərclərini məhdudlaşdırmaq məqsədilə kiçik laboratoriya və ya laboratoriya masası cihazları tövsiyə olunur. Ümumiyyətlə, 100 ilə 1.000 vatt arasında gücə malik cihazlar mümkünlük tədqiqatının məqsədlərinə çox yaxşı xidmət edir. (bax: Hielscher 2005)

Optimallaşdırma

Mümkünlük tədqiqatlarında əldə olunan nəticələr emal edilmiş kiçik həcmə nisbətdə kifayət qədər yüksək enerji sərfiyyatı göstərə bilər. Lakin mümkünlük sınağının əsas məqsədi ultrasəsin materiala təsirlərini göstərməkdir. Mümkünlük sınaqlarında müsbət təsirlər müşahidə olunubsa, enerji/həcm nisbətini optimallaşdırmaq üçün əlavə iş aparılmalıdır. Bu, prosesi iqtisadi baxımdan ən məqsədəuyğun və səmərəli etmək üçün mümkün olan ən az enerji ilə ən yüksək məhsul çıxımına nail olmağa imkan verən ideal ultrasəs parametr konfiqurasiyasının araşdırılması deməkdir. Optimal parametr konfiqurasiyasını tapmaq – minimum enerji sərfi ilə nəzərdə tutulan faydaları əldə etmək – üçün ən mühüm parametrlər olan amplituda, təzyiq, temperatur və mayenin tərkibi arasındakı qarşılıqlı əlaqə araşdırılmalıdır. Bu ikinci mərhələdə partiya üzrə sonikasiyadan axın hüceyrəsi reaktoru olan fasiləsiz sonikasiya qurğusuna keçid tövsiyə olunur, çünki mühüm parametr olan təzyiqə partiya üzrə sonikasiyada təsir etmək mümkün deyil. Partiya üzrə sonikasiya zamanı təzyiq ətraf mühit təzyiqi ilə məhdudlaşır. Sonikasiya prosesi təzyiq altında işləyə bilən axın hüceyrəsi kamerasında aparılırsa, təzyiq artırıla (və ya azaldıla) bilər və bu, ümumiyyətlə, ultrasəs kavitasiyasına kəskin təsir edir. Axın hüceyrəsindən istifadə etməklə təzyiq və prosesin səmərəliliyi arasındakı qarşılıqlı əlaqə müəyyən edilə bilər. Gücü 500 vatt ilə 2000 vatt arasında olan ultrasəs prosessorları prosesin optimallaşdırılması üçün ən münasibdir.

Kommersiya istehsalına qədər miqyasın artırılması

Optimal konfiqurasiya tapılıbsa, sonrakı miqyas artırılması sadədir, çünki ultrasəs prosesləri xətti miqyasda tam təkrar istehsal oluna bilir. Bu o deməkdir ki, ultrasəs eyni emal parametr konfiqurasiyasında eyni maye tərkibinə tətbiq edildikdə, emal miqyasından asılı olmayaraq eyni nəticəni əldə etmək üçün vahid həcmə eyni enerji tələb olunur. (Hielscher 2005). Bu, ultrasəsin optimal parametr konfiqurasiyasını tam istehsal miqyasında tətbiq etməyə imkan verir. Faktiki olaraq, ultrasəslə emal edilə bilən həcm qeyri-məhduddur. Hər cihaz üçün gücü 16.000 vatta qədər olan kommersiya ultrasəs sistemləri mövcuddur və qruplar şəklində quraşdırıla bilər. Ultrasəs prosessorlarının belə qrupları paralel və ya ardıcıl quraşdırıla bilər. Yüksək güclü ultrasəs prosessorlarının qruplar şəklində quraşdırılması ilə ümumi güc demək olar ki, qeyri-məhdud olur və beləliklə, böyük həcmli axınlar problemsiz emal edilə bilər. Ultrasəs sisteminin uyğunlaşdırılması tələb olunarsa, məsələn, parametrləri dəyişdirilmiş maye tərkibinə uyğunlaşdırmaq üçün, bunu əksər hallarda sonotrodu, amplituda gücləndiricisini və ya axın hüceyrəsini dəyişməklə etmək mümkündür. Ultrasəsin xətti miqyaslandırılması, təkrarlana bilməsi və uyğunlaşdırıla bilməsi bu innovativ texnologiyanı səmərəli və iqtisadi cəhətdən sərfəli edir.

Ultrasəslə emalın parametrləri

Mayelərin ultrasəslə emalı bir sıra parametrlərlə təsvir olunur. Ən mühüm parametrlər amplituda, təzyiq, temperatur, özlülük və konsentrasiyadır. Verilmiş parametr konfiqurasiyası üçün prosesin nəticəsi, məsələn, hissəcik ölçüsü, emal edilmiş vahid həcmə düşən enerjinin funksiyasıdır. Ayrı-ayrı parametrlər dəyişdikdə funksiya da dəyişir. Bundan əlavə, ultrasəs cihazının sonotrodunun vahid səth sahəsinə düşən faktiki çıxış gücü parametrlərdən asılıdır. Sonotrodun vahid səth sahəsinə düşən çıxış gücü səth intensivliyidir (I). Səth intensivliyi amplitudadan (A), təzyiqdən (p), reaktorun həcmindən (VR), temperaturdan (T), özlülükdən (η) və digər parametrlərdən asılıdır.

Yaradılan kavitasiyanın təsiri səth intensivliyindən asılıdır. Prosesin nəticəsi də eyni şəkildə onunla əlaqəlidir. Ultrasəs cihazının ümumi çıxış gücü səth intensivliyinin (I) səth sahəsinə (S) hasilidir:

P [W] I [W / mm²]* S[mm²]

Amplituda

Rəqsin amplitudası sonotrod səthinin verilmiş müddətdə (məsələn, 20kHz tezlikdə 1/20.000s) qət etdiyi yolu (məsələn, 50 µm) təsvir edir. Amplituda nə qədər böyükdürsə, hər gedişdə təzyiqin azalma və artma sürəti bir o qədər yüksəkdir. Bundan əlavə, hər gedişdə yerdəyişməyə məruz qalan həcm artır və nəticədə daha böyük kavitasiya həcmi (qabarcıqların ölçüsü və/və ya sayı) yaranır. Dispersiyalara tətbiq edildikdə daha yüksək amplitudalar bərk hissəciklərə daha güclü dağıdıcı təsir göstərir. Cədvəl 1 bəzi ultrasəs prosesləri üçün ümumi qiymətləri göstərir.

Təzyiq

Mayenin qaynama temperaturu təzyiqdən asılıdır. Təzyiq nə qədər yüksəkdirsə, qaynama temperaturu da bir o qədər yüksəkdir və əksinə. Yüksəldilmiş təzyiq qaynama temperaturuna yaxın və ya ondan yüksək temperaturlarda kavitasiyaya imkan verir. O, həmçinin içəriyə doğru partlayışın intensivliyini artırır və bu, statik təzyiqlə qabarcığın daxilindəki buxar təzyiqi arasındakı fərqlə əlaqəlidir (bax: Vercet et al. 1999). Təzyiq dəyişdikdə ultrasəs gücü və intensivliyi sürətlə dəyişdiyindən, sabit təzyiqli nasosa üstünlük verilir. Mayeni axın hüceyrəsinə verərkən nasos konkret maye axınını uyğun təzyiqlərdə təmin edə bilməlidir. Diafraqmalı və ya membranlı nasoslar; elastik borulu, şlanqlı və ya sıxıcı nasoslar; peristaltik nasoslar; yaxud porşenli və ya plunjerli nasoslar növbələşən təzyiq dalğalanmaları yaradacaq. Sonikasiya ediləcək mayeni fasiləsiz sabit təzyiqdə verən mərkəzdənqaçma nasoslarına, dişli nasoslara, spiral nasoslara və proqressiv boşluqlu nasoslara üstünlük verilir. (Hielscher 2005)

Temperatur

Mayenin sonikasiyası zamanı mühitə güc ötürülür. Ultrasəslə yaradılan rəqslər turbulentliyə və sürtünməyə səbəb olduğundan, sonikasiya edilən maye – termodinamika qanununa uyğun olaraq – qızacaq. Emal olunan mühitin yüksək temperaturu materiala dağıdıcı təsir göstərə və ultrasəs kavitasiyasının effektivliyini azalda bilər. İnnovativ ultrasəs axın hüceyrələri soyutma köynəyi ilə təchiz olunur (şəklə baxın). Bununla ultrasəslə emal zamanı materialın temperaturuna dəqiq nəzarət təmin edilir. Kiçik həcmlərin stəkanda sonikasiyası üçün istiliyin uzaqlaşdırılması məqsədilə buz vannası tövsiyə olunur.

Özlülük və konsentrasiya

Ultrasəslə üyütmə və dispersləşdirmə mayedə aparılan proseslərdir. Hissəciklər suspenziyada, məsələn, suda, yağda, həlledicilərdə və ya qatranlarda olmalıdır. Ultrasəs axın sistemlərindən istifadə etməklə çox özlü, pastavari materialı sonikasiya etmək mümkün olur.
Yüksək güclü ultrasəs prosessoru kifayət qədər yüksək bərk maddə konsentrasiyalarında işlədilə bilər. Yüksək konsentrasiya ultrasəslə emalın effektivliyini təmin edir, çünki ultrasəslə üyütmə təsiri hissəciklərarası toqquşmadan yaranır. Araşdırmalar göstərmişdir ki, silisium dioksidin parçalanma sürəti kütlə üzrə 50%-ə qədər bərk maddə konsentrasiyasından asılı deyil. Yüksək konsentrasiyalı material payına malik masterbatçların emalı ultrasəsdən istifadə olunan adi istehsal üsuludur.

Güc və intensivliyin enerji ilə müqayisəsi

Səth intensivliyi və ümumi güc yalnız emalın intensivliyini təsvir edir. Sonikasiya prosesini miqyaslandırıla və təkrarlana bilən şəkildə təsvir etmək üçün sonikasiya edilən nümunənin həcmi və müəyyən intensivlikdə təsir müddəti nəzərə alınmalıdır. Verilmiş parametr konfiqurasiyası üçün prosesin nəticəsi, məsələn, hissəcik ölçüsü və ya kimyəvi çevrilmə, vahid həcmə düşən enerjidən (E/V) asılı olacaq.

Nəticə = f (E /V )

Burada enerji (E) çıxış gücünün (P) təsir müddətinə (t) hasilidir.

E[Ws] = P[W]*t[s]

Parametr konfiqurasiyasındakı dəyişikliklər nəticə funksiyasını dəyişəcək. Bu da öz növbəsində konkret nəticə qiymətini əldə etmək üçün verilmiş nümunə qiyməti (V) üzrə tələb olunan enerji miqdarını (E) dəyişəcək. Bu səbəbdən nəticə əldə etmək üçün prosesə müəyyən ultrasəs gücü tətbiq etmək kifayət deyil. Tələb olunan gücü və bu gücün proses materialına hansı parametr konfiqurasiyasında ötürülməli olduğunu müəyyən etmək üçün daha təkmil yanaşma tələb olunur. (Hielscher 2005)

Ultrasəs dəstəkli bioetanol istehsalı

Ultrasəsin bioetanol istehsalını yaxşılaşdırdığı artıq məlumdur. Mayenin biokütlə ilə qatılaşdırılaraq nasosla nəql edilə bilən yüksək özlü suspenziyaya çevrilməsi tövsiyə olunur. Ultrasəs reaktorları kifayət qədər yüksək bərk maddə konsentrasiyalarını emal edə bilir və buna görə sonikasiya prosesi ən səmərəli şəkildə aparıla bilər. Suspenziyada material nə qədər çox olarsa, sonikasiya prosesindən faydalanmayan daşıyıcı maye bir o qədər az emal edilər. Termodinamika qanununa görə mayeyə enerji daxil edilməsi onun qızmasına səbəb olduğundan, bu, ultrasəs enerjisinin mümkün qədər hədəf materiala tətbiq edilməsi deməkdir. Prosesin belə səmərəli layihələndirilməsi ilə artıq daşıyıcı mayenin israfçı şəkildə qızdırılmasının qarşısı alınır.
Ultrasəs hüceyrədaxili materialın ekstraksiyasına kömək edir və bununla onu fermentativ fermentasiya üçün əlçatan edir. Mülayim ultrasəs emalı fermentativ aktivliyi artıra bilər, lakin biokütlənin ekstraksiyası üçün daha intensiv ultrasəs tələb olunacaq. Buna görə fermentlər biokütlə suspenziyasına sonikasiyadan sonra əlavə edilməlidir, çünki intensiv ultrasəs fermentləri inaktivləşdirir və bu, arzuolunmaz təsirdir.

Elmi tədqiqatlarla əldə edilmiş cari nəticələr:

Yoswathana et al. (2010) tərəfindən düyü samanından bioetanol istehsalı ilə bağlı aparılmış tədqiqatlar göstərmişdir ki, fermentlə emaldan əvvəl turşu ilə ilkin emalın və ultrasəsin kombinasiyası şəkər çıxımının 44%-ə qədər artmasına səbəb olur (düyü samanı əsasında). Bu, liqnosellüloz materialın şəkərə fermentativ hidrolizindən əvvəl fiziki və kimyəvi ilkin emalın kombinasiyasının effektivliyini göstərir. 

Diaqram 2 düyü samanından bioetanol istehsalı zamanı ultrasəs şüalanmasının müsbət təsirlərini qrafik şəkildə göstərir. (Turşu/ fermentlə ilkin emaldan və ultrasəslə ilkin emaldan keçirilmiş nümunələri toksinlərdən təmizləmək üçün ağac kömüründən istifadə olunmuşdur.)

Başqa bir son tədqiqatda ultrasəs emalının β-qalaktozidaza fermentinin hüceyrəxarici və hüceyrədaxili səviyyələrinə təsiri araşdırılmışdır. Sulaiman et al. (2011) nəzarət olunan temperaturda ultrasəsdən istifadə edərək Kluyveromyces marxianus (ATCC 46537) mayasının böyüməsini stimullaşdırmaqla bioetanol istehsalının məhsuldarlığını əhəmiyyətli dərəcədə artıra bilmişdir. Məqalənin müəllifləri belə nəticəyə gəlir ki, ≤20% iş dövrlərində güclü ultrasəslə (20 kHz) fasiləli sonikasiya K. marxianus-da biokütlə istehsalını, laktoza metabolizmini və etanol istehsalını nisbətən yüksək sonikasiya intensivliyində stimullaşdırmışdır: 11,8Wcm². Ən yaxşı şəraitdə sonikasiya son etanol konsentrasiyasını nəzarət nümunəsi ilə müqayisədə təxminən 3,5 dəfə artırmışdır. Bu, etanol məhsuldarlığının 3,5 dəfə artmasına uyğun gəlmiş, lakin sonikasiya vasitəsilə kultivasiya mühitinin hər kubmetrinə 952W əlavə güc daxil edilməsini tələb etmişdir. Bu əlavə enerji tələbi, şübhəsiz ki, bioreaktorlar üçün qəbul olunan istismar normaları daxilində idi və yüksək dəyərli məhsullar üçün artmış məhsuldarlıq hesabına asanlıqla kompensasiya oluna bilərdi.

Nəticə: Ultrasəs dəstəkli fermentasiyanın faydaları

Ultrasəs emalının bioetanol çıxımını artırmaq üçün səmərəli və innovativ üsul olduğu göstərilmişdir. Ultrasəs əsasən qarğıdalı, soya paxlası, saman, liqnosellüloz material və ya bitki mənşəli tullantı materialları kimi biokütlədən hüceyrədaxili materialı ekstraksiya etmək üçün istifadə olunur.

• Bioetanol çıxımının artırılması
• Dezin­teqrasiya/ Hüceyrələrin dağıdılması və hüceyrədaxili materialın ayrılması
• Anaerob parçalanmanın yaxşılaşdırılması
• Mülayim sonikasiya ilə fermentlərin aktivləşdirilməsi
• Yüksək konsentrasiyalı suspenziyalarla prosesin səmərəliliyinin yaxşılaşdırılması

Sadə sınaqlar, təkrarlana bilən miqyas artırılması və asan quraşdırma (həmçinin artıq mövcud istehsal axınlarında) ultrasəsi gəlirli və səmərəli texnologiyaya çevirir. Kommersiya emalı üçün etibarlı sənaye ultrasəs prosessorları mövcuddur və faktiki olaraq qeyri-məhdud maye həcmlərinin sonikasiyasını mümkün edir.