Řasy rostou Lab – Extrakce ultrazvukových řas

řasy Pěstování

Řasy Grow Lab vyvinuli řadu trubkových a plochých fotobioreaktorů pro kultivaci řas, stejně jako proces buněčné ultrazvukové destrukce na základě Hielscher ultrazvukové procesory vybavených průtokových komůrek.
Obecné schéma postupu je uveden níže.

Vývojový diagram zobrazuje proces kultivace řas a produkci řas olej za použití ultrazvuku. © Řasy rostou Lab

Příklady řas Grow Lab fotobioreaktorů jsou uvedeny níže.
Použití LED panelů emitujících světlo v PAR části spektra, umožňuje, aby se dosáhlo maximální růst rychlost řas.
Například, po inokulaci Chlorella vulgaris s počáteční hustotou 0,146 g / l jsme dosáhli hustotu 7,3 g / l do 7 dnů.

Řasy Buňky Destruction v ultrazvukové lázni

Po stadiu růstu řas je zbytky řasy zralé pro zpracování oleje. Vzhledem k tomu, že obsah buněk je oddělován od okolního prostředí strukturou buněčných membrán, je způsob rozrušení buněk významný z hlediska uvolňování kompletního intracelulárního materiálu. Buněčná membrána poskytuje buňce mechanickou pevnost a zachovává její celistvost. Elastické vlastnosti buněčné membrány umožňují buňkám odolat rychlým změnám osmotického tlaku, které se mohou vyskytovat ve vnějším prostředí.
Oba ultrazvukové a mikrovlnné asistované metody, které jsou popsány níže, zlepšení extrakce řas významně, s vyšší účinností, zkrácení doby extrakce a zvýšení výnosů, jakož i nízké až střední náklady a zanedbatelnou přidané toxicity.
Velmi často se extrakce brankových výrobků z řas, je účinnější, jsou-li řasy buňky před extrakcí zničeny. Ale někdy, zničení buněk sama vede k uvolnění brankové produktu a pouze separační proces je zapotřebí, aby si to (např. Extrakce lipidů z řas pro výrobu biopaliv).
Laboratoř růstu řas integruje ultrazvukový systém pro přerušení a extrakci buněk do jejich uspořádání, aby zajistil vysoce účinný proces, který dosáhl úplného uvolnění intracelulárního obsahu a tím i vyšších výtěžků v kratším čase. V ultrazvukovém reaktoru vytvářejí ultrazvukové vlny kaviatu v kapalném médiu, které obsahuje buňky řasy. Kavitační bubliny rostou během střídajících se fází vyzařování ultrazvukové vlny, dokud nedosáhnou určité velikosti, když se nesmí adsorbovat žádná další energie. Při tomto maximálním bodu růstu bublin se dutiny zhroutily během kompresní fáze. Kolaps bublinek vytváří extrémní podmínky pro rozdíly tlaku a teploty, jakož i rázové vlny a proudění silných tekutin. Tyto extrémní síly nejen zničují buňky, ale také efektivně vymyjí svůj obsah do kapalných médií (např. Vody nebo rozpouštědel).
Účinnost ultrazvukového zničení silně závisí na trvanlivost a pružnost buněčných stěn, které se značně liší mezi jednotlivými kmeny řas. To je důvod, proč je efficieny destrukce buněk je výrazně ovlivněn parametry procesu sonifikace: Nejdůležitější parametry jsou amplituda, tlak, koncentrace & viskozita a teplota. Tyto parametry musí být optimalizována pro každou konkrétní kmen řas k zajištění optimální účinnosti zpracování.
Některé příklady rozrušení buněk a rozpadu různých kmenů řas lze nalézt v článcích níže uvedených:

• Dunnaliella Salina a Nannochloropsis oculata: King P. M., Nowotarski K .; Joyce, E.M .; Zedník, T. J. (2012): Ultrazvukový narušení řas buněk. AIP Conference Proceedings; 5/24/2012, sv. 1433, 1. vydání, str. 237.
• Nannochloropsis oculata: Jonathan R. McMillan, Ian A. Watson, Mehmood Ali, Weaam Jaafar (2013): hodnocení a srovnání řas způsobů rozrušení buněk: mikrovlnné, vodní lázně, mixéru, ultrazvukové a laserové ošetření. Applied Energy, březen 2013, Vol. 103, str 128-134.
• Nanochloropsis Salina: Sebastian Schwede, Alexandra Kowalczyk, Mandy Gerber, Roland Span (2011): Vliv různých rozrušení buněk technikami na mono trávení biomasy řas. World Renewable Energy Congress 2011 Bioenergie Technologies, 8-12 05, 2011, Švédsko.
• Schizochytrium limacinum a Chlamydomonas reinhardtii: Jose Gerde, Mellissa Montalbo-Lomboy M, Linxing Yao, David Grewell, Tong Wang (2012): Vyhodnocení narušení mikrořasy buněk působením ultrazvuku. Bioresource Technology 2012, sv. 125, pp.175-81.
• Crypthecodinium cohnii Paula Mercer a Roberto E. Armenta (2011): Vývoj extrakce oleje z řas. Europeen Jornal of Lipid Science Technology, 2011.
• Scotiellopsis terrestris: S. Starke, Dr. N. Hempel, L. Dombrowski, Prof. Dr. O. Pulz: Zlepšení rozrušení buněk pro Scotiellopsis terrestris pomocí ultrazvuku a pektin rozložen enzymem. Naturstoffchemie.

Proces

Po kultivaci se proud biomasy z řasy přivádí do koncentračního zařízení k oddělení biomasy od kapalného média. Koncentrát se akumuluje v zásobní nádrži. Po oddělení musí být buňky přerušeny, aby se uvolnil olej a další intracelulární materiál. Proto je koncentrovaná biomasa čerpána ultrazvukovým zařízením Hielscher. Nastavení ultrazvukové recirkulace zajišťuje recirkulaci buněčného koncentrátu pod daným tlakem přes průtokovou buňku Hielscher zpět do akumulační nádrže. Recirkulace trvá po dobu potřebnou k zničení buněk. Po ukončení procesu likvidace se biomasa se zničenými buňkami čerpá do zařízení pro separaci produktu, kde dochází k konečnému oddělení produktu od zbývajících nečistot.

Řasy destrukce buněk jednotka s koncentrací biomasy / zařízení pro separaci a Hielscher je 1,5 kW ultrazvukové procesor UIP1500hd. © Řasy rostou Lab

Měření procento zničených buněk

Pro vyhodnocení účinnosti přetrhu řas, řasy růst Lab použity dvě různé metody k měření procenta buněk zničených:

1. První metoda analýza je založena na měření chlorofylu A, B a A + B fluorescence.
   Během pomalého odstřeďování odstřeďují buňky řasy a trosky na dně příjemce, ale zůstanou v supernatantu spáry volně plovoucího chlorofylu. Pomocí těchto fyzikálních vlastností buňky a chlorofylu lze zjistit procento zlomených buněk. Toho je dosaženo tím, že se nejprve měří celková fluorescence chlorofylu vzorku. Potom se vzorek centrifuguje. Poté se změří chlorofylová fluorescence supernatantu. Vzhledem k tomu, že procentní podíl fluorescence chlorofylu v supernatantu je fluorescenční pro chlorofyl celkový vzorek, může být provedeno odhady procentuálního počtu rozbitých buněk. Tato forma měření je poměrně přesná, ale předpokládá, že počet chlorofylu na buňku je stejný. Celkové extrakce chlorofylem byly provedeny za použití methanolu.
2. U druhé metody analýzy, klasická hemocytometry byl použit k měření hustoty buněk v sklizené vzorku řas. Postup se provádí ve 2 krocích:

• Za prvé, buněčná hustota sklizeného vzorku řas před zpracování ultrazvukem se měří.
• Za druhé, množství ne-zničených (zbývající) buněk po působení ultrazvuku stejného vzorku se měří.
  Na základě výsledků těchto dvou základě výsledků se vypočte procento zničených buněk.

Obr.1: Řasy Před Destruction © Řasy rostou Lab

Obr 2: Řasy přerušení: 50% rozrušení buněk po 60 min. ultrazvuku. © Řasy rostou Lab

Obr 3: řasy přerušení: 100% rozrušení buněk po 120 min. ultrazvuku. © Řasy rostou Lab