Mikrovetikate koristamise parandamine ultraheli töötlusega
Mikrovetikad on rikkad lipiidide, valkude ja mikrotoitainete poolest, mistõttu on mikrovetikad väärtuslik toitainete allikas. Arvestades vetikarakuseinte struktuurset vastupidavust ning vajadust rakusiseste ühendite – eriti lipiidide ja mikrotoitainete – järgnevaks ekstraheerimiseks, on vaja mittetermilist ja väga tõhusat tehnoloogiat. Oma sonikaatoritega pakub Hielscher suurepärast töötlemislahendust, mis hõlbustab ja tõhustab kahte olulist töötlemisetappi – biomassi kontsentreerimist ja rakkude lõhkumist (desintegreerimist).
Sonikaator UIP1000hdT vetikate töötlemiseks
Üks sonikaator – kaks etappi vetikate töötlemisel
- Vetikate hävitamiseta koristamine
See ei sega Arthrospira platensis’e elujõulisust ega kahjusta selle tüüpilise hulkrakse spiraalse struktuuri terviklikkust. Õrn ultraheli vibratsioon ja kavitatsioon põhjustavad Arthrospira platensis’e rakkude sees olevate gaasivesiikulite kokkuvarisemise, mistõttu muidu ujuvad rakud saavad settida. See hõlbustab vetikabiomassi kontsentreerimist. - Rakkude lõhkumine ekstraheerimiseks (lipiidid, valgud, bioaktiivsed ühendid)
Teises, ekstraheerimise protsessietapis kasutatakse intensiivset ultraheli töötlust (sonikeerimist) Arthrospira platensis’e rakustruktuuri lõhkumiseks, et vabastada rakusiseseid ühendeid, nagu lipiidid, valgud ja bioaktiivsed ühendid.
Lisateave ultraheli abil vetikatest ekstraheerimise kohta!
Ultraheli abil tõhustatud vetikate koristamine
Lecina jt (2015) uuringus allutati tsüanobakteri Arthrospira fusiformis’e (ka Arthrospira platensis) kultuurid mittelõhkuvale ultraheli töötlusele (sonikeerimisele), mis näitas biomassi settimise ja taaskogumise märkimisväärset hõlbustumist. Madala intensiivsusega ultrahelivälju (≤0,5 W/mL) rakendades kutsusid teadlased esile pöörduva flokulatsiooni, kahjustamata rakkude elujõulisust ega morfoloogiat – see on nõue rakenduste jaoks, mis vajavad terveid biomolekule või elujõulisi rakke edasiseks kultiveerimiseks.
„Mittelõhkuva ultraheli töötlusega saab neid mikrovetikaid hõlpsasti settida, kontsentreerides seega biomassi ligikaudu 30-kordselt, saavutades samal ajal ligikaudu 80–85% taaskogumissaagise.“ (Lecina jt, 2015)
Ultraheli ekstraktor UIP2000hdT roostevabast terasest reaktoriga lipiidide, valkude ja bioaktiivsete ühendite kommertsekstraheerimiseks vetikatest.
Suure jõudlusega sonikaatorid vetikate koristamiseks ja ekstraheerimiseks
Hielscheri sonikaatorid on arenenud, suure jõudlusega ultraheliprotsessorid, mis on välja töötatud nii laboratoorseks kui ka tööstuslikuks kasutuseks, mistõttu sobivad need ideaalselt vetikate koristamise ja ekstraheerimise töövoogudeks. Koristamisfaasis võimaldavad Hielscheri süsteemid täpset madala intensiivsusega ultraheli töötlust, mis soodustab rakkude agregatsiooni ja settimist rakkude terviklikkust kahjustamata. Seejärel võimaldavad nende suure intensiivsusega võimalused kontrollitud rakkude lõhkumist, hõlbustades rakusiseste lipiidide, pigmentide ja mikrotoitainete tõhusat vabastamist. Reguleeritavate amplituudide ja tsüklirežiimi, pidevate töörežiimide ning töökindla konstruktsiooniga toetavad Hielscheri sonikaatorid skaleeritavat ja energiatõhusat biotöötlust – olles seega oluline tööriist kaasaegsetes vetikate biorafineerimistehastes.
- kõrge tõhusus
- tipptasemel tehnoloogia
- töökindlus ja vastupidavus
- reguleeritav, täpne protsessijuhtimine
- partiitöötlus ja inline-töötlus
- mis tahes mahule
- intelligentne tarkvara
- nutikad funktsioonid (nt programmeeritavus, andmete protokollimine, kaugjuhtimine)
- lihtne ja ohutu kasutada
- väike hooldusvajadus
- CIP (kohapealne puhastus, clean-in-place)
Disain, tootmine ja nõustamine – Saksamaal valmistatud kvaliteet
Hielscheri ultrahelitöötlusseadmed on tuntud oma kõrgeima kvaliteedi ja disainistandardite poolest. Töökindlus ja lihtne kasutamine võimaldavad meie ultrahelitöötlusseadmeid sujuvalt tööstusrajatistesse integreerida. Hielscheri ultrahelitöötlusseadmed saavad hõlpsasti hakkama karmide tingimuste ja nõudlike keskkondadega.
Hielscher Ultrasonics on ISO-sertifitseeritud ettevõte ning pöörab erilist tähelepanu suure jõudlusega ultrahelitöötlusseadmetele, mis kasutavad tipptasemel tehnoloogiat ja on kasutajasõbralikud. Loomulikult vastavad Hielscheri ultrahelitöötlusseadmed CE nõuetele ning täidavad UL-i, CSA ja RoHs-i nõudeid.
Alljärgnev tabel annab ülevaate meie ultrahelitöötlusseadmete ligikaudsest töötlemisvõimsusest:
| Partii maht | Vooluhulk | Soovitatavad seadmed |
|---|---|---|
| 1 kuni 500mL | 10 kuni 200mL/min | UP100H |
| 10 kuni 2000mL | 20 kuni 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1 kuni 20L | 0,2 kuni 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 kuni 100L | 2 kuni 10L/min | UIP4000hdT |
| 15 kuni 150L | 3 kuni 15L/min | UIP6000hdT |
| n.a. | 10 kuni 100L/min | UIP16000hdT |
| n.a. | suurem | klaster: UIP16000hdT |
Hielscher Ultrasonics toodab suure jõudlusega ultraheli homogenisaatoreid segamiseks, dispergeerimiseks, emulgeerimiseks ja ekstraheerimiseks labori-, pilootmahu- ja tööstusmastaabis.
Kirjandus / viited
- 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.
Korduma kippuvad küsimused
Kuidas rakkude settimist esile kutsutakse?
Rakkude settimist kutsub esile peamiselt rakusiseste gaasivesiikulite kokkuvarisemine, mis häirib ujuvuse reguleerimist. See suurendab rakkude tihedust, mistõttu rakud vajuvad fotilisest tsoonist välja, eriti planktoni organismidel, nagu tsüanobakterid.
Mis on gaasivakuoolid rakkudes?
Gaasivakuoolid on valguga seotud gaasiga täidetud struktuurid, mida leidub veeprokarüootides, sealhulgas tsüanobakterites. Need tagavad ujuvuse reguleerimise, võimaldades rakkudel kohandada oma vertikaalset asendit veesambas, et saada optimaalselt valgust ja toitaineid.
Mis on tsüanobakterid?
Tsüanobakterid on fotosünteesivad, hapnikku tootvad prokarüoodid, mida leidub tavaliselt magevee- ja merekeskkondades. Neil on oluline roll lämmastiku sidumises ja primaarproduktsioonis ning eutroofsetes tingimustes võivad nad moodustada kahjulikke vetikaõitsenguid.
Mis on Arthrospira fusiformis?
Arthrospira fusiformis on niitjas planktoniline tsüanobakter, mis on tuntud oma spiraalse morfoloogia poolest. See kasvab hästi aluselistes sooda-järvedes ja on flamingode toidu oluline koostisosa. Kommertsiaalselt kasvatatakse seda „Spirulinana“ selle kõrge valgu- ja toitainesisalduse tõttu.
Kuidas mõjutab ultraheli töötlus (sonikeerimine) vetikaid?
Ultraheli töötlus lõhub vetikarakke kavitatsiooni abil, põhjustades membraanikahjustusi, gaasivesiikulite kokkuvarisemist ja häiritud fotosünteesi. Tsüanobakterites, nagu Microcystis aeruginosa, suureneb vastuvõtlikkus ultraheli töötlusele (sonikeerimisele) pärast rakkude jagunemist, tõenäoliselt struktuurilise haavatavuse tõttu ööpäevatsükli hilises valgusfaasis.
Hielscher Ultrasonics toodab suure jõudlusega ultraheli homogenisaatoreid alates laborist kuni tööstusliku suuruseni.