Εργαστήριο ανάπτυξης άλγης – Υπερήχων εξόρυξη φύκη

Φύκια Καλλιέργεια

Φύκη Grow Lab αναπτύξει μια σειρά σωληνοειδών και επίπεδη φωτοβιοαντιδραστήρες για καλλιέργεια αλγών, καθώς και μια διαδικασία της κυτταρικής υπερήχων καταστροφής βασίζεται σε Hielscher υπερήχων επεξεργαστές εξοπλισμένη με κύτταρα ροής.
Το γενικό διάγραμμα ροής της διεργασίας παρουσιάζεται παρακάτω.

Το διάγραμμα ροής απεικονίζει τη διαδικασία της καλλιέργειας φυκών και παραγωγή φυκών λαδιού χρησιμοποιώντας υπερήχους. © Τα φύκια μεγαλώνουν Lab

Παραδείγματα φύκια Grow είναι Lab φωτοβιοαντιδραστήρες παρουσιάζονται παρακάτω.
Η χρήση των LED πάνελ εκπομπής φωτός στο τμήμα PAR του φάσματος επιτρέπει να επιτευχθεί ένα μέγιστο ποσοστό μεγαλώνουν φυκών.
Για παράδειγμα, μετά τον εμβολιασμό του Chlorella Vulgaris με την αρχική πυκνότητα των 0,146 g / L πετύχαμε την πυκνότητα των 7.3 g / L σε 7 ημέρες.

Φύκη Κύτταρα Καταστροφή με υπερήχους

Μετά το στάδιο ανάπτυξης των φυκών, τα κύτταρα των φυκών είναι ώριμα για την επεξεργασία της παραγωγής πετρελαίου. Καθώς το περιεχόμενο των κυττάρων διαχωρίζεται από το περιβάλλον περιβάλλον από μια δομή αποτελούμενη από κυτταρικές μεμβράνες, η μέθοδος διάσπασης κυττάρων είναι σημαντική όσον αφορά την απελευθέρωση του πλήρους ενδοκυτταρικού υλικού. Η κυτταρική μεμβράνη παρέχει μηχανική αντοχή στο κύτταρο και διατηρεί την ακεραιότητά του. Οι ελαστικές ιδιότητες της κυτταρικής μεμβράνης επιτρέπουν στα κύτταρα να αντέχουν τις ραγδαίες μεταβολές στην οσμωτική πίεση που μπορεί να εμφανιστούν στο εξωτερικό τους περιβάλλον.
Τόσο υπερήχων και των μεθόδων υποβοηθούμενη από μικροκύματα, τα οποία περιγράφονται κατωτέρω, να βελτιώσει την εκχύλιση των μικροφυκών σημαντικά, με υψηλότερη απόδοση, μειωμένους χρόνους εκχύλισης και αυξημένες αποδόσεις, καθώς και χαμηλή έως μέτρια έξοδα και αμελητέα προστέθηκε τοξικότητα.
Πολύ συχνά η εκχύλιση των προϊόντων στόχο από φύκια είναι πιο αποτελεσματική εάν τα κύτταρα φυκιών καταστρέφονται πριν από την εκχύλιση. Αλλά μερικές φορές, η ίδια η κυτταρική καταστροφή οδηγεί να απελευθερώσει του προϊόντος στόχου, και μόνο η διαδικασία διαχωρισμού χρειάζεται για να (π.χ. η εκχύλιση των λιπιδίων από τα φύκια για την παραγωγή βιοκαυσίμων) πάρει.
Το εργαστήριο ανάπτυξης φύκων ενσωματώνει ένα υπερηχητικό σύστημα για τη διάσπαση και την εξαγωγή των κυττάρων στην εγκατάσταση τους για να εξασφαλίσει μια εξαιρετικά αποτελεσματική διαδικασία επιτυγχάνοντας πλήρη απελευθέρωση του ενδοκυτταρικού περιεχομένου και συνεπώς υψηλότερες αποδόσεις σε μικρότερο χρόνο. Στον υπερηχητικό αντιδραστήρα, τα υπερηχητικά κύματα δημιουργούν σπηλαίωση στο υγρό μέσο το οποίο περιέχει τα κύτταρα των αλγών. Οι φυσαλίδες σπηλαίωσης αυξάνονται κατά τη διάρκεια των εναλλασσόμενων φάσεων αραίωσης του υπερηχητικού κύματος μέχρι να φθάσουν σε κάποιο μέγεθος, όταν δεν μπορεί να απορροφηθεί άλλη ενέργεια. Σε αυτό το μέγιστο σημείο ανάπτυξης φυσαλίδων, τα κενά καταρρέουν κατά τη διάρκεια μιας φάσης συμπίεσης. Η κατάρρευση των φυσαλίδων δημιουργεί ακραίες συνθήκες διαφοροποίησης της πίεσης και της θερμοκρασίας καθώς και κύματα κρούσεων και ισχυρά υγρά πίδακα. Αυτές οι ακραίες δυνάμεις όχι μόνο καταστρέφουν τα κύτταρα, αλλά και απομακρύνονται αποτελεσματικά τα περιεχόμενά τους στο υγρό μέσο (π.χ. νερό ή διαλύτες).
Η αποτελεσματικότητα της υπερηχητικής καταστροφής εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό την αντοχή και την ελαστικότητα των κυτταρικών τοιχωμάτων, η οποία ποικίλλει σημαντικά μεταξύ των μεμονωμένων στελεχών φύκια. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο η efficieny της καταστροφής των κυττάρων επηρεάζεται σε μεγάλο βαθμό από τις παραμέτρους της διαδικασίας υπερήχους: Οι πιο σημαντικές παράμετροι είναι το πλάτος, την πίεση, τη συγκέντρωση & ιξώδους, και της θερμοκρασίας. Αυτές οι παράμετροι πρέπει να βελτιστοποιηθεί για κάθε συγκεκριμένο στέλεχος των φυκών να εξασφαλίζεται η βέλτιστη αποτελεσματικότητα επεξεργασίας.
Μερικά παραδείγματα κυτταρικής διάσπασης και της διάλυσης των διαφορετικών στελεχών φυκιών μπορεί να βρεθεί στα άρθρα που αναφέρονται παρακάτω:

• Dunnaliella salina και Nannochloropsis oculata: Ο βασιλιάς Ρ.Μ., Nowotarski Κ .; Joyce, Ε.Μ. .; Mason, T.J. (2012): Υπερήχων διάσπαση των κυττάρων άλγης. AIP Συνεδρίου? 05.24.2012, Vol. 1433 Τεύχος 1, σελ. 237.
• Nannochloropsis oculata: Jonathan R. McMillan, Ian A. Watson, Mehmood Ali, Weaam Jaafar (2013): Αξιολόγηση και σύγκριση των φυκών μεθόδους κυτταρικής διάσπασης: φούρνος μικροκυμάτων, υδατόλουτρο, μπλέντερ, με υπερήχους και λέιζερ θεραπείας. Εφαρμοσμένη Ενέργειας, Μάρτιος του 2013, Vol. 103, σελίδες 128-134.
• Nanochloropsis salina: Sebastian Schwede, Αλεξάνδρα Kowalczyk, Mandy Gerber, Roland Span (2011): Επίδραση των διαφορετικών τεχνικών κυτταρικής διάσπασης στην πέψη μονο των βιομάζα φυκών. Παγκόσμιο Ανανεώσιμες Πηγές Ενέργειας Συνέδριο του 2011, Βιοενέργεια Τεχνολογίες 8-12 Μαΐου 2011 η Σουηδία.
• Schizochytrium limacinum και Chlamydomonas reinhardtii: Jose Gerde, Mellissa Montalbo-Lomboy Μ, Linxing Yao, David Grewell, Tong Wang (2012): Αξιολόγηση της διαταραχής μικροφυκών κυττάρου με υπερηχητική επεξεργασία. Bioresource Technology 2012, Vol. 125, pp.175-81.
• Crypthecodinium cohnii: Paula Mercer και Roberto Ε Armenta (2011): Οι εξελίξεις στην εξόρυξη πετρελαίου από μικροφύκη. Europeen Jornal των λιπιδίων Επιστήμης Τεχνολογίας, 2011.
• Scotiellopsis terrestris: S. Starke, Dr. Ν Hempel, L. Dombrowski, Prof. Dr. O. Pülz: Βελτίωση της κυτταρικής διάσπασης για Scotiellopsis terrestris μέσω υπερήχων και πηκτίνη αποσυντίθεται ένζυμο. Naturstoffchemie.

Επεξεργάζομαι, διαδικασία

Μετά την καλλιέργεια, το ρεύμα βιομάζας των φυκών τροφοδοτείται στη συσκευή συγκέντρωσης για να διαχωριστεί η βιομάζα από το υγρό μέσο. Το συμπύκνωμα συσσωρεύεται στο δοχείο αποθήκευσης. Μετά το διαχωρισμό, τα κύτταρα πρέπει να διασπαστούν για να απελευθερώσουν το έλαιο και άλλο ενδοκυτταρικό υλικό. Ως εκ τούτου, η συμπυκνωμένη βιομάζα αντλείται μέσω συσκευής Hielscher υπερήχων. Η ρύθμιση επανακυκλοφορίας υπερήχων εξασφαλίζει την επανακυκλοφορία του συμπυκνώματος κυττάρων κάτω από την δεδομένη πίεση μέσω του κυττάρου ροής Hielscher πίσω στο δοχείο συσσώρευσης. Η ανακυκλοφορία διαρκεί τον απαιτούμενο χρόνο για την καταστροφή των κυττάρων. Όταν ολοκληρωθεί η διαδικασία καταστροφής, η βιομάζα με τα κατεστραμμένα κύτταρα αντλείται στη συσκευή διαχωρισμού προϊόντων, όπου λαμβάνει χώρα ο τελικός διαχωρισμός του προϊόντος από τα υπόλοιπα θραύσματα.

Φύκη μονάδα καταστροφή των κυττάρων με συγκέντρωση βιομάζας / συσκευή διαχωρισμού και 1,5 kW UIP1500hd υπερήχων επεξεργαστή Hielscher του. © Τα φύκια μεγαλώνουν Lab

Μέτρηση του ποσοστού των κατεστραμμένων κυττάρων

Για την αξιολόγηση της αποτελεσματικότητας της θραύσης φύκια, φύκια Grow Lab χρησιμοποιούνται δύο διαφορετικές μεθοδολογίες για τη μέτρηση του ποσοστού των κατεστραμμένων κυττάρων:

1. Η πρώτη μέθοδος ανάλυσης βασίζεται στη μέτρηση της χλωροφύλλης Α, Β, και Α φθορισμός + Β.
   Κατά τη διάρκεια της φυγοκέντρησης αργής περιστροφής, τα κύτταρα των φυκιών και τα συντρίμμια θα σφαιροποιήσουν στον πυθμένα του αποδέκτη, αλλά θα παραμείνει στο υπερκείμενο υπόλοιπο της ελεύθερης πλωτής χλωροφύλλης. Χρησιμοποιώντας αυτά τα φυσικά χαρακτηριστικά του κυττάρου και της χλωροφύλλης, μπορεί να διαπιστωθεί το ποσοστό των σπασμένων κυττάρων. Αυτό επιτυγχάνεται με μέτρηση πρώτα του συνολικού φθορισμού χλωροφύλλης ενός δείγματος. Στη συνέχεια, το δείγμα φυγοκεντρείται. Στη συνέχεια μετράται ο φθορισμός χλωροφύλλης του υπερκείμενου υγρού. Λαμβάνοντας το ποσοστό φθορισμού χλωροφύλλης στο υπερκείμενο υγρό στον φθορισμό χλωροφύλλης του συνολικού δείγματος, μπορεί να γίνει εκτίμηση του ποσοστού των σπασμένων κυττάρων. Αυτή η μορφή μέτρησης είναι αρκετά ακριβής, αλλά κάνει την υπόθεση ότι ο αριθμός χλωροφύλλης ανά κύτταρο είναι ομοιόμορφος. Οι συνολικές εκχυλίσεις με χλωροφύλλη πραγματοποιήθηκαν χρησιμοποιώντας μεθανόλη.
2. Για τη δεύτερη μέθοδο ανάλυσης, η κλασική αιμοκυτταρομετρία έχει χρησιμοποιηθεί για τη μέτρηση της κυτταρικής πυκνότητας στο συγκομίζονται δείγμα φύκια. Η διαδικασία διεξάγεται σε 2 στάδια:

• Πρώτον, η κυτταρική πυκνότητα της συγκομίζονται δείγματος φύκια πριν από την κατεργασία με υπερήχους μετράται.
• Δεύτερον, ο αριθμός των μη-καταστρέφονται (απομένουν) κυττάρων μετά την κατεργασία με υπερήχους του ίδιου δείγματος μετράται.
  Με βάση τα αποτελέσματα αυτών των δύο μετρήσεων, το ποσοστό των κατεστραμμένων κυττάρων υπολογίζεται.

Εικ.1: φύκια πριν από την καταστροφή © φύκια μεγαλώνουν Lab

Pic 2: Φύκη διαταραχή: 50% διάσπαση των κυττάρων μετά από 60 min. υπερήχων. © Τα φύκια μεγαλώνουν Lab

Pic 3: Φύκη διάσπαση: 100% κυτταρική διάσπαση μετά από 120 λεπτά. υπερήχων. © Τα φύκια μεγαλώνουν Lab