Verbesserte Ernte von Mikroalgen durch Sonikation
Mikroalgen sind reich an Lipiden, Proteinen und Mikronährstoffen, was sie zu einer wertvollen Quelle für Nährstoffe macht. Angesichts der strukturellen Widerstandsfähigkeit der Zellwände von Algen und der Notwendigkeit einer nachgeschalteten Extraktion der intrazellulären Verbindungen – insbesondere Lipide und Mikronährstoffe – eine nicht-thermische, hocheffiziente Technologie erforderlich ist. Mit seinen Sonicators bietet Hielscher eine überlegene Verarbeitungslösung, die zwei wesentliche Verarbeitungsschritte erleichtert und verbessert – Biomassekonzentration und Zellaufschluss.
Sonicator UIP1000hdT für die Algenverarbeitung
Ein Sonicator – Zwei Schritte der Algenverarbeitung
- Zerstörungsfreie Algenernte
Weder die Lebensfähigkeit noch die Integrität der typischen mehrzelligen Spiralstruktur von Arthrospira platensis werden beeinträchtigt. Leichte Ultraschallvibrationen und Kavitation bewirken, dass die Gasbläschen im Inneren der Arthrospira platensis-Zellen kollabieren, wodurch die ansonsten schwimmfähigen Zellen sedimentieren können. Dies erleichtert die Konzentration der Algenbiomasse. - Zellaufschluss zur Extraktion (Lipide, Proteine, bioaktive Verbindungen)
Im zweiten Prozessschritt der Extraktion wird die Zellstruktur von Arthrospira platensis durch intensive Beschallung aufgebrochen, um intrazelluläre Verbindungen wie Lipide, Proteine und bioaktive Stoffe freizusetzen.
Erfahren Sie mehr über die Algenextraktion mit Ultraschall!
Ultraschall-unterstützte Ernte von Algen
In der Studie von Lecina et al. (2015) wurden Kulturen der Cyanobakterien Arthrospira fusiformis (auch Arthrospira platensis) einer nicht-disruptiven Beschallung unterzogen, was eine erhebliche Erleichterung der Biomassesedimentation und -wiedergewinnung zur Folge hatte. Durch die Anwendung von Ultraschallfeldern geringer Intensität (≤0,5 W/mL) bewirkten die Forscher eine reversible Ausflockung, ohne die Lebensfähigkeit oder Morphologie der Zellen zu beeinträchtigen – eine Voraussetzung für Anwendungen, die intakte Biomoleküle oder lebensfähige Zellen für die weitere Kultivierung erfordern.
mit dem „Durch eine nicht-disruptive Ultraschallbehandlung können diese Mikroalgen leicht abgesetzt werden, wodurch die Biomasse um das 30-fache konzentriert wird und eine Ausbeute von etwa 80-85% erreicht wird.“ (Lecina et al., 2015)
Nutzen Sie die Vorteile der Ultraschallextraktion und verwenden Sie einen Hielscher Sonicator zur Pflanzenextraktion mit unübertroffener Effizienz und Nachhaltigkeit!
Ultraschallextraktor UIP2000hdT mit Edelstahlreaktor für die kommerzielle Extraktion von Lipiden, Proteinen und bioaktiven Verbindungen aus Algen.
Hochleistungssonicatoren für die Algenernte und -extraktion
Hielscher-Sonicatoren sind fortschrittliche Hochleistungs-Ultraschallprozessoren, die sowohl für Labor- als auch für Industrieanwendungen entwickelt wurden und sich daher ideal für Algenernte- und -extraktionsabläufe eignen. In der Erntephase ermöglichen Hielscher-Systeme eine präzise Beschallung mit niedriger Intensität, um die Zellaggregation und -sedimentation zu fördern, ohne die Zellintegrität zu beschädigen. Anschließend ermöglichen die hohen Schallintensitäten einen kontrollierten Zellaufschluss, der die effiziente Freisetzung von intrazellulären Lipiden, Pigmenten und Mikronährstoffen erleichtert. Mit einstellbaren Amplituden und Zyklusmodi, kontinuierlichen Betriebsmodi und einem robusten Design unterstützen Hielscher Sonicators skalierbare, energieeffiziente Bioprozesse. – was sie zu einem Schlüsselinstrument in modernen Algenbioraffinerien macht.
- hoher Wirkungsgrad
- Modernste Technik
- Zuverlässigkeit & Robustheit
- einstellbare, präzise Prozesskontrolle
- Batch & Inline
- für jedes Volumen
- intelligente Software
- intelligente Funktionen (z. B. programmierbar, Datenprotokollierung, Fernsteuerung)
- einfach und sicher zu bedienen
- Geringer Wartungsaufwand
- CIP (Clean-in-Place)
Design, Herstellung und Beratung – Qualität Made in Germany
Hielscher Ultraschallgeräte sind bekannt für höchste Qualität und Designstandards. Robustheit und einfache Bedienung ermöglichen die problemlose Integration unserer Ultraschallgeräte in industrielle Anlagen. Raue Bedingungen und anspruchsvolle Umgebungen sind für Hielscher Ultraschallgeräte kein Problem.
Hielscher Ultrasonics ist ein ISO-zertifiziertes Unternehmen und legt großen Wert darauf, Hochleistungs-Ultraschallgeräte zu entwickeln und zu produzieren, die sich durch modernste Technik und Benutzerfreundlichkeit auszeichnen. Selbstverständlich sind Hielscher Sonicators CE-konform und erfüllen die Anforderungen von UL, CSA und RoHs.
In der folgenden Tabelle finden Sie die ungefähre Verarbeitungskapazität unserer Ultraschallhomogenisatoren:
| Batch-Volumen | Durchfluss | Empfohlenes Ultraschallgerät |
|---|---|---|
| 1 bis 500ml | 10 bis 200ml/min | UP100H |
| 10 bis 2000ml | 20 bis 400ml/min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 bis 20l | 0,2 bis 4l/min | UIP2000hdT |
| 10 bis 100l | 2 bis 10l/min | UIP4000hdT |
| 15 bis 150 Liter | 3 bis 15 l/min | UIP6000hdT |
| n.a. | 10 bis 100l/min | UIP16000hdT |
| n.a. | größere | Cluster aus UIP16000hdT |
Hielscher Ultrasonics stellt Hochleistungs-Ultraschallhomogenisatoren für Mischanwendungen, Dispergierung, Emulgierung und Extraktion im Labor-, Pilot- und Industriemaßstab her.
Literatur / Literaturhinweise
- Martí Lecina, Jordi Prat, Carlos J. Paredes, Jordi J. Cairó (2025): Non-disruptive sonication of A. fusiformis (A. platensis) cultures facilitates its harvesting. Algal Research, Volume 7, 2015. 1-4.
- Zhou, Jianjun; Min Wang, Francisco J. Barba, Zhenzhou Zhu, Nabil Grimi (2023):
A combined ultrasound + membrane ultrafiltration (USN-UF) process for enhancing saccharides separation from Spirulina (Arthrospira platensis). Innovative Food Science & Emerging Technologies, Volume 85, 2023. - Vernès, Léa; Vian, Maryline; Maâtaoui, Mohamed; Tao, Yang; Bornard, Isabelle; Chemat, Farid (2019): Application of ultrasound for green extraction of proteins from spirulina. Mechanism, optimization, modeling, and industrial prospects. Ultrasonics Sonochemistry, 54, 2017.
Häufig gestellte Fragen
Wie wird die Sedimentation von Zellen herbeigeführt?
Die Sedimentation von Zellen wird in erster Linie durch den Zusammenbruch intrazellulärer Gasbläschen ausgelöst, wodurch die Auftriebsregulierung gestört wird. Dies führt zu einer erhöhten Zelldichte, wodurch die Zellen aus der photischen Zone heraussinken, insbesondere bei planktischen Organismen wie Cyanobakterien.
Was sind Gasvakuolen in Zellen?
Gasvakuolen sind proteingebundene, gasgefüllte Strukturen, die in aquatischen Prokaryoten, einschließlich Cyanobakterien, vorkommen. Sie dienen der Auftriebskontrolle und ermöglichen es den Zellen, ihre vertikale Position in der Wassersäule für einen optimalen Zugang zu Licht und Nährstoffen anzupassen.
Was sind Cyanobakterien?
Cyanobakterien sind photosynthetische, sauerstoffproduzierende Prokaryonten, die häufig in Süßwasser- und Meeresumgebungen vorkommen. Sie spielen eine Schlüsselrolle bei der Stickstofffixierung und Primärproduktion und können unter eutrophen Bedingungen schädliche Algenblüten bilden.
Was ist Arthrospira fusiformis?
Arthrospira fusiformis ist ein fadenförmiges, planktisches Cyanobakterium, das für seine spiralförmige Morphologie bekannt ist. Es gedeiht in alkalischen Sodaseen und ist ein wichtiger Bestandteil der Ernährung von Flamingos. Kommerziell wird es gezüchtet als „Spirulina“ wegen seines hohen Eiweiß- und Nährstoffgehalts.
Wie wirkt sich die Ultraschallbehandlung auf Algen aus?
Durch Ultraschallbehandlung werden Algenzellen durch Kavitation gestört, was zu Membranschäden, dem Zusammenbruch von Gasbläschen und einer Beeinträchtigung der Photosynthese führt. Bei Cyanobakterien wie Microcystis aeruginosa nimmt die Anfälligkeit für Beschallung nach der Zellteilung zu, was wahrscheinlich auf strukturelle Schwachstellen in der späten Lichtphase des Tageszyklus zurückzuführen ist.
Hielscher Ultrasonics fertigt Hochleistungs-Ultraschall-Homogenisatoren vom Labor bis zum voll-kommerziellen Industriemaßstab.