Hielscher Ultrasonics
Θα χαρούμε να συζητήσουμε τη διαδικασία σας.
Καλέστε μας: +49 3328 437-420
Στείλτε μας email: info@hielscher.com

Εργαστήριο καλλιέργειας φυκών – Υπερήχων εκχύλιση φυκών

καλλιέργεια φυκών

Το Algae Grow Lab ανέπτυξε μια σειρά σωληνοειδών και επίπεδων φωτοβιοαντιδραστήρων για την καλλιέργεια φυκών, καθώς και μια διαδικασία καταστροφής υπερήχων κυττάρων βασισμένη σε επεξεργαστές υπερήχων Hielscher εξοπλισμένους με κύτταρα ροής.
Το γενικό διάγραμμα ροής της διαδικασίας φαίνεται παρακάτω.

Το Algae Gro Lab ανέπτυξε μια πλήρη ρύθμιση διαδικασίας, συμπεριλαμβανομένου του βιοαντιδραστήρα φωτογραφιών για την καλλιέργεια φυκών και την κατάντη επεξεργασία για την απόκτηση ελαίου φυκών.

Το διάγραμμα ροής εμφανίζει τη διαδικασία καλλιέργειας φυκών και παραγωγής ελαίου φυκιών χρησιμοποιώντας υπερήχους. ©Εργαστήριο καλλιέργειας φυκών

Παραδείγματα φωτοβιοαντιδραστήρων Algae Grow Lab παρουσιάζονται παρακάτω.
Η χρήση των πάνελ LED που εκπέμπουν φως στο τμήμα PAR του φάσματος επιτρέπει την επίτευξη μέγιστου ρυθμού ανάπτυξης φυκών.
Για παράδειγμα, μετά τον εμβολιασμό της Chlorella Vulgaris με αρχική πυκνότητα 0,146 g/L πετύχαμε την πυκνότητα των 7,3g/L σε 7 ημέρες.

www.algaegrowlab.com

Το Algae Grow Lab προμηθεύει φωτοβιοαντιδραστήρες και εξοπλισμό για την παραγωγή πετρελαίου άλγης.

Καταστροφή κυττάρων φυκών με υπερήχους

Μετά το στάδιο ανάπτυξης φυκών, το κύτταρο φυκών είναι ώριμο για την επεξεργασία παραγωγής πετρελαίου. Καθώς το περιεχόμενο του κυττάρου διαχωρίζεται από το περιβάλλον περιβάλλον από μια δομή αποτελούμενων κυτταρικών μεμβρανών, η μέθοδος κυτταρικής διαταραχής είναι σημαντική όσον αφορά την απελευθέρωση ολόκληρου του 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 ταχείες αλλαγές στην οσμωτική πίεση που μπορεί να εμφανιστούν στο εξωτερικό τους περιβάλλον.
Τόσο οι μέθοδοι υπερήχων όσο και οι μέθοδοι με τη βοήθεια μικροκυμάτων, οι οποίες περιγράφονται παρακάτω, βελτιώνουν σημαντικά την εκχύλιση των μικροφυκών, με υψηλότερη απόδοση, μειωμένους χρόνους εκχύλισης και αυξημένες αποδόσεις, καθώς και χαμηλό έως μέτριο κόστος και αμελητέα προστιθέμενη τοξικότητα.
Πολύ συχνά η εκχύλιση των προϊόντων στόχου από τα φύκια είναι πιο αποτελεσματική εάν τα κύτταρα των φυκών καταστραφούν πριν από την εκχύλιση. Αλλά μερικές φορές, η ίδια η καταστροφή των κυττάρων οδηγεί στην απελευθέρωση του προϊόντος-στόχου και απαιτείται μόνο η διαδικασία διαχωρισμού για να το πάρει (π.χ. η εκχύλιση λιπιδίων από φύκια για παραγωγή βιοκαυσίμων).
Το εργαστήριο ανάπτυξης φυκών ενσωματώνει ένα υπερηχητικό σύστημα για κυτταρική διαταραχή και εκχύλιση στη ρύθμισή τους για να εξασφαλίσει μια εξαιρετικά αποτελεσματική διαδικασία, επιτυγχάνοντας πλήρη απελευθέρωση ενδοκυτταρικού περιεχομένου και, ως εκ τούτου, υψηλότερες αποδόσεις σε μικρότερο χρονικό διάστημα. Στον υπερηχητικό αντιδραστήρα, τα υπερηχητικά κύματα δημιουργούν καβιάτωση στα υγρά μέσα που περιέχουν τα κύτταρα των φυκών. Οι φυσαλίδες σπηλαίωσης αναπτύσσονται κατά τη διάρκεια των εναλλασσόμενων φάσεων αραίωσης του υπερηχητικού κύματος μέχρι να επιτύχουν κάποιο μέγεθος, όταν δεν μπορεί να απορροφηθεί περαιτέρω ενέργεια. Σε αυτό το μέγιστο σημείο ανάπτυξης φυσαλίδων, τα κενά καταρρέουν κατά τη διάρκεια μιας φάσης συμπίεσης. Η κατάρρευση της φυσαλίδας δημιουργεί ακραίες συνθήκες διαφορών πίεσης και θερμοκρασίας, καθώς και κρουστικά κύματα και ισχυρούς πίδακες υγρού. Αυτές οι ακραίες δυνάμεις όχι μόνο καταστρέφουν τα κύτταρα, αλλά επίσης ξεπλένουν αποτελεσματικά το περιεχόμενό τους στα υγρά μέσα (π.χ. νερό ή διαλύτες).
Η αποτελεσματικότητα της υπερηχητικής καταστροφής εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από την ανθεκτικότητα και την ελαστικότητα των κυτταρικών τοιχωμάτων, η οποία ποικίλλει σημαντικά μεταξύ των μεμονωμένων στελεχών φυκών. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο η αποτελεσματικότητα της κυτταρικής καταστροφής επηρεάζεται σε μεγάλο βαθμό από τις παραμέτρους της διαδικασίας ηχοποίησης: Οι πιο σημαντικές παράμετροι είναι το πλάτος, η πίεση, η συγκέντρωση & ιξώδες και θερμοκρασία. Αυτές οι παράμετροι πρέπει να βελτιστοποιηθούν για κάθε συγκεκριμένο στέλεχος φυκών για να εξασφαλιστεί η βέλτιστη απόδοση επεξεργασίας.
Μερικά παραδείγματα κυτταρικής διαταραχής και αποσύνθεσης διαφορετικών στελεχών φυκών μπορούν να βρεθούν στα άρθρα που αναφέρονται παρακάτω:

  • Dunnaliella salina και Nannochloropsis oculata: King P.M., Nowotarski K.; Joyce, Ε.Μ.; Mason, T.J. (2012): Υπερηχητική διαταραχή των κυττάρων φυκών. Πρακτικά Συνεδρίου AIP. 24/5/2012, Τόμος 1433 Τεύχος 1, σ. 237.
  • Nannochloropsis oculata: Jonathan R. McMillan, Ian A. Watson, Mehmood Ali, Weaam Jaafar (2013): Αξιολόγηση και σύγκριση μεθόδων διαταραχής κυττάρων φυκών: Μικροκύματα, υδατόλουτρο, μπλέντερ, υπερήχων και θεραπεία με λέιζερ. Εφαρμοσμένη Ενέργεια, Μάρτιος 2013, τόμος 103, σελίδες 128–134.
  • Nanochloropsis salina: Sebastian Schwede, Alexandra Kowalczyk, Mandy Gerber, Roland Span (2011): Επίδραση διαφορετικών τεχνικών κυτταρικής διαταραχής στη μονοχώνευση βιομάζας φυκών. World Renewable Energy Congress 2011, Bioenergy Technologies, 8-12 Μαΐου 2011, Σουηδία.
  • Schizochytrium limacinum και Chlamydomonas reinhardtii: Jose Gerde, Mellissa Montalbo-Lomboy M, Linxing Yao, David Grewell, Tong Wang (2012): Αξιολόγηση της διαταραχής των κυττάρων μικροφυκών με υπερηχητική θεραπεία. Bioresource Technology 2012, Τόμος 125, σελ.175-81.
  • Crypthecodinium cohnii: Paula Mercer και Roberto E. Armenta (2011): Εξελίξεις στην εξόρυξη πετρελαίου από μικροφύκη. Europeen Jornal of Lipid Science Technology, 2011.
  • Scotiellopsis terrestris: S. Starke, Dr. N. Hempel, L. Dombrowski, Prof. Dr. O. Pulz: Βελτίωση της κυτταρικής διαταραχής για Scotiellopsis terrestris μέσω υπερήχων και ενός ενζύμου πηκτίνης που αποσυντίθεται. Naturstoffchemie.
Καλλιέργεια φυκών σε φωτοβιοαντιδραστήρα 500L

500L σωληνοειδής φωτοβιοαντιδραστήρας με πάνελ ©LED Algae Grow Lab

Το Algae Grow Lab προμηθεύει φωτο-βιοαντιδραστήρες σε διάφορα σχέδια για καλλιέργεια φυκών.

Επίπεδος φωτο-βιοαντιδραστήρας εξοπλισμένος ©με πάνελ LED Algae Grow Lab

Διεργασία

Μετά την καλλιέργεια, το ρεύμα βιομάζας φυκών τροφοδοτείται στη συσκευή συγκέντρωσης για να διαχωριστεί η βιομάζα από το υγρό μέσο. Το συμπύκνωμα συσσωρεύεται στη δεξαμενή αποθήκευσης. Μετά τον διαχωρισμό, τα κύτταρα πρέπει να διαταραχθούν για να απελευθερώσουν το λάδι και άλλο ενδοκυτταρικό υλικό. Ως εκ τούτου, η συμπυκνωμένη βιομάζα αντλείται μέσω μιας συσκευής υπερήχων Hielscher. Η ρύθμιση επανακυκλοφορίας υπερήχων εξασφαλίζει την ανακυκλοφορία του κυτταρικού συμπυκνώματος υπό τη δεδομένη πίεση μέσω του κυττάρου ροής Hielscher πίσω στη δεξαμενή συσσώρευσης. Η ανακυκλοφορία διαρκεί το χρόνο που απαιτείται για την καταστροφή των κυττάρων. Όταν ολοκληρωθεί η διαδικασία καταστροφής, η βιομάζα με τις κατεστραμμένες κυψέλες αντλείται στη διάταξη διαχωρισμού του προϊόντος, όπου συμβαίνει ο τελικός διαχωρισμός του προϊόντος από τα υπόλοιπα υπολείμματα.

Powerful ultrasonication is the efficient method for the breakage of algae cells. Hielscher's UIP1500hd is a 1500 watts ultrasonic homogenizer that can be easily integrated to fullfill demanding applications.

Μονάδα καταστροφής κυττάρων φυκών με συσκευή συγκέντρωσης / διαχωρισμού βιομάζας και επεξεργαστή υπερήχων 1,5 kW UIP1500hd της Hielscher. ©Εργαστήριο καλλιέργειας φυκών

Μέτρηση του ποσοστού των κατεστραμμένων κυττάρων

Για την αξιολόγηση της αποτελεσματικότητας της θραύσης των φυκών, το ALgae Grow Lab χρησιμοποίησε δύο διαφορετικές μεθοδολογίες για τη μέτρηση του ποσοστού των κατεστραμμένων κυττάρων:

  1. Η πρώτη μέθοδος ανάλυσης βασίζεται στη μέτρηση του φθορισμού της χλωροφύλλης Α, Β και Α+Β.
    Κατά τη διάρκεια της φυγοκέντρησης αργής περιστροφής, τα κύτταρα φυκιών και τα υπολείμματα θα σφαιροποιηθούν στον πυθμένα του δέκτη, αλλά υπολείμματα ελεύθερης επιπλέουσας χλωροφύλλης θα παραμείνουν στο υπερκείμενο υγρό. Χρησιμοποιώντας αυτά τα φυσικά χαρακτηριστικά του κυττάρου και της χλωροφύλλης, μπορεί να εξακριβωθεί το ποσοστό των σπασμένων κυττάρων. Αυτό επιτυγχάνεται μετρώντας πρώτα τον ολικό φθορισμό χλωροφύλλης ενός δείγματος. Στη συνέχεια, το δείγμα φυγοκεντρείται. Στη συνέχεια, μετράται ο φθορισμός χλωροφύλλης του υπερκείμενου υγρού. Λαμβάνοντας την εκατοστιαία αναλογία φθορισμού χλωροφύλλης στο υπερκείμενο υγρό στον φθορισμό χλωροφύλλης του συνολικού δείγματος, μπορεί να γίνει εκτίμηση της εκατοστιαίας αναλογίας των σπασμένων κυττάρων. Αυτή η μορφή μέτρησης είναι αρκετά ακριβής, αλλά κάνει την υπόθεση ότι ο αριθμός της χλωροφύλλης ανά κύτταρο είναι ομοιόμορφος. Οι ολικές εκχυλίσεις χλωροφύλλης πραγματοποιήθηκαν χρησιμοποιώντας μεθανόλη.
  2. Για τη δεύτερη μέθοδο ανάλυσης, η κλασική αιμοκυτταρομετρία έχει χρησιμοποιηθεί για τη μέτρηση της πυκνότητας των κυττάρων στο δείγμα φυκών που συλλέχθηκε. Η διαδικασία πραγματοποιείται σε 2 βήματα:
  • Πρώτον, μετράται η κυτταρική πυκνότητα του συλλεγέντος δείγματος φυκών πριν από την υπερηχογραφική επεξεργασία.
  • Δεύτερον, μετράται ο αριθμός των μη κατεστραμμένων (υπολειπόντων) κυττάρων μετά την ηχοποίηση του ίδιου δείγματος.
    Με βάση τα αποτελέσματα αυτών των δύο μετρήσεων, υπολογίζεται το ποσοστό των κατεστραμμένων κυττάρων.
Η εικόνα δείχνει το συμπύκνωμα των φυκών πριν από τη διάσπαση των κυττάρων μέσω υπερήχων ισχύος (Hielscher UIP1500hd). ©Εργαστήριο καλλιέργειας φυκών

Εικ.1: Φύκια πριν από την καταστροφή ©Φύκια Grow Lab

Η μικροσκοπική εικόνα δείχνει το συμπύκνωμα φυκών μετά από 60 λεπτά. υπερήχηση. Το 50% των κυττάρων φυκών έχουν ήδη σπάσει.

Εικόνα 2: Διαταραχή φυκών: 50% διαταραχή κυττάρων μετά από 60 λεπτά. υπερήχηση. ©Εργαστήριο καλλιέργειας φυκών

Μικροσκοπική εικόνα υπερηχητικά διαταραγμένων και αποσυντιθέμενων κυττάρων φυκών. ©Εργαστήριο καλλιέργειας φυκών

Εικόνα 3: Διαταραχή φυκών: 100% διαταραχή κυττάρων μετά από 120 λεπτά. υπερήχηση. ©Εργαστήριο καλλιέργειας φυκών

Algae Grow Lab has developed an ultrasonic destruction unit integrating Hielscher's ultrasonic equipment for cell disruption (Click to enlarge!)

Διάγραμμα ροής της μονάδας καλλιέργειας και επεξεργασίας φυκών του Algae Grow Lab. ©Εργαστήριο καλλιέργειας φυκών

Επικοινωνήστε μαζί μας / Ζητήστε περισσότερες πληροφορίες

Μιλήστε μας για τις απαιτήσεις επεξεργασίας σας. Θα σας προτείνουμε τις καταλληλότερες παραμέτρους εγκατάστασης και επεξεργασίας για το έργο σας.





Παρακαλώ σημειώστε το Πολιτική Απορρήτου.



Θα χαρούμε να συζητήσουμε τη διαδικασία σας.

Let's get in contact.