جلبک رشد آزمایشگاه – استخراج جلبک التراسونیک

کشت جلبک

جلبک رشد آزمایشگاه توسعه یک سری از photobioreactors لوله و مسطح برای کشت جلبک نیز به عنوان یک فرایند سلول اولتراسونیک تخریب را بر اساس پردازنده Hielscher مافوق صوت مجهز به سلولهای جریان.
نمودار جریان به طور کلی از روند زیر نشان داده شده.

نمودار جریان نمایش روند کشت جلبک ها و تولید نفت جلبکی با استفاده از امواج فراصوت. © جلبک رشد آزمایشگاه

نمونه هایی از جلبک رشد photobioreactors آزمایشگاه در زیر ارائه شده.
استفاده از پانل های ساطع نور چراغ در قسمت PAR از طیف اجازه می دهد تا برای رسیدن به حداکثر نرخ رشد جلبک ها است.
به عنوان مثال، پس از تلقیح سبز Chlorella vulgaris با دانسیته اولیه 0.146 گرم / L ما چگالی 7.3g / L در 7 روز به دست آورد.

سلول های جلبک تخریب توسط Ultrasonification

پس از استادیوم رشد جلبک، سلول جلبک برای درمان تولید نفت آماده است. همانطور که محتوای سلول از محیط اطراف توسط ساختار غشاهای سلولی تشکیل شده جدا شده است، روش تخریب سلولی در مورد انتشار مواد داخل سلولی کامل اهمیت دارد. غشای سلولی قدرت مکانیکی سلول را فراهم می کند و تمامیت آن را حفظ می کند. خواص کششی غشاء سلولی به سلول ها اجازه می دهد تا در برابر تغییرات سریع فشار اسمزی که ممکن است در محیط خارجی آنها رخ دهد، مقاومت کند.
هر دو سونوگرافی و روش-مایکروویو کمک، که در زیر توضیح، بهبود استخراج از ریز جلبک به طور قابل توجهی، با بهره وری بالاتر، کاهش زمان استخراج و افزایش بازده و همچنین کم تا متوسط ​​هزینه ها و سمیت اضافه قابل اغماض است.
خیلی اوقات استخراج از محصولات هدف از جلبک موثر تر است اگر سلول های جلبک هستند پیش از استخراج نابود شده است. اما گاهی اوقات، تخریب سلول به خودی خود منجر به انتشار محصول هدف، و تنها فرایند جداسازی مورد نیاز است به آن (به عنوان مثال استخراج چربی از جلبک برای تولید سوخت زیستی) دریافت کنید.
آزمایشگاه جابجایی گیاهان یک سیستم اولتراسونیک برای تخریب سلول ها و استخراج آنها را در اختیار آنها قرار می دهد تا یک پروسه بسیار کارآمد را برای رسیدن به انتشار کامل محتوای داخل سلولی و در نتیجه تولید بیشتر در زمان کوتاه تر فراهم کند. در راکتور اولتراسونیک امواج التراسونیک در رسانه مایع حاوی سلول های جلبک ایجاد می شوند. حباب های حفره در طول فواصل تقریبی متناوب موج اولتراسونیک رشد می کنند تا زمانی که به اندازه خاصی برسند، زمانی که انرژی بیشتری جذب نمی شود. در این نقطه حداکثر رشد حباب، حفره ها در یک فاز فشرده سقوط می کنند. فروپاشی حباب شرایط افراطی مختلفی از فشار و دمای و همچنین امواج شوک و جت های مایع قوی ایجاد می کند. این نیروهای افراطی نه تنها سلول ها را از بین می برد، بلکه محتویات آنها را به طور مؤثر در رسانه های مایع (مانند آب یا حلال) شسته می شود.
اثربخشی تخریب اولتراسونیک به شدت در دوام و خاصیت ارتجاعی دیواره های سلولی، که بطور قابل توجهی بین سویه جلبک فرد دیگر متفاوت است بستگی دارد. که به همین دلیل efficieny از تخریب سلول های به شدت از پارامترهای فرایند sonification تحت تاثیر قرار است: پارامترهای مهم هستند دامنه، فشار، غلظت & ویسکوزیته، و درجه حرارت. این پارامترها باید برای هر سویه های خاصی از جلبک برای اطمینان از کارایی پردازش بهینه بهینه شده است.
برخی از نمونه های اختلال های همراه و فروپاشی گونه جلبک مختلف را می توان در مقالات ذکر شده در زیر آمده است:

• سالینا Dunnaliella و اوکولاتا Nannochloropsis: پادشاه بعد از ظهر، Nowotarski K؛ جویس، E.M؛ میسون، T.J. (2012): اختلال در حمام اولتراسونیک از سلول های جلبک ها است. مجموعه مقالات کنفرانس AIP؛ 2012/05/24، جلد. 1433 شماره 1، ص 237.
• Nannochloropsis اوکولاتا: جاناتان R. مک میلان، ایان A. واتسون، محمود علی، Weaam جعفر (2013): بررسی و مقایسه روش های جلبکی اختلال سلول: مایکروفر (مایکروویو)، حمام آب، مخلوط کن، درمان فراصوت و لیزر. کاربردی انرژی، مارس 2013، جلد. 103، صفحات 128-134.
• Nanochloropsis سالینا: سباستین Schwede، الکساندرا Kowalczyk، مندی گربر، رولاند دهانه (2011): تاثیر روش های مختلف اختلال سلول ها در هضم مونو زیست توده جلبکی. کنگره جهانی انرژی های تجدید پذیر 2011، بیوانرژی فن آوری، 8-12 ماه مه 2011، سوئد.
• limacinum Schizochytrium و Chlamydomonas reinhardtii: خوزه در Gerde، Mellissa Montalbo-Lomboy M، Linxing یائو، دیوید گرول، تانگ وانگ (2012): بررسی اختلال سلول ریز جلبک با درمان فراصوت. فناوری خزر 2012، جلد. 125، pp.175-81.
• cohnii Crypthecodinium: پائولا مرسر و روبرتو E. Armenta (2011): تحولات در استخراج نفت از ریز جلبک. EUROPEEN مجله چربی علم و فناوری، 2011.
• terrestris Scotiellopsis: S. استارک، دکتر ناصر همپل، L. Dombrowski، پروفسور دکتر O. Pulz: بهبود اختلال سلول برای terrestris Scotiellopsis با استفاده از اولتراسوند و یک آنزیم پکتین تجزیه می شود. Naturstoffchemie.

روند

پس از کشت، جریان زیست توده جلبک به دستگاه تمرکز برای جدا کردن زیست توده از رسانه مایع تغذیه می شود. کنسانتره در مخزن ذخیره سازی انباشته می شود. بعد از جداسازی سلول ها باید روغن و سایر مواد داخل سلولی را آزاد کنند. بنابراین، بیوماس متمرکز از طریق دستگاه اولتراسونیک Hielscher پمپ می شود. تنظیم مجدد مایعات اولتراسونیک، تجمع کنسانتره سلول را در زیر فشار داده شده از طریق جریان جریان Hielscher به مخزن انباشت تضمین می کند. گردش مجدد زمان لازم برای از بین بردن سلول ها را ادامه می دهد. هنگامی که فرایند تخریب تکمیل می شود، زیست توده با سلول های نابود شده، پمپاژ به دستگاه جداسازی محصول است، که در آن جداسازی نهایی محصول از بقایای باقی مانده رخ می دهد.

واحد تخریب سلول های جلبک با غلظت زیست توده / دستگاه جدایی و 1.5 کیلو وات UIP1500hd پردازنده مافوق صوت Hielscher است. © جلبک رشد آزمایشگاه

اندازه گیری درصد سلول نابود

برای ارزیابی بهره وری از شکستگی جلبک، جلبک رشد آزمایشگاه با استفاده از دو روش مختلف برای اندازه گیری درصد سلول نابود:

1. روش تجزیه و تحلیل اول بر اساس اندازه گیری کلروفیل A، B و A + B فلورسانس است.
   در طول سانتریفیوژ چرخشی آهسته، سلولهای جلبک و باقی مانده در انتهای گیرنده پلت می شوند، اما بازمانده های کلروفیل شناور آزاد هنوز در مایکروویو باقی می مانند. با استفاده از این ویژگی های فیزیکی سلول و کلروفیل، درصد سلول های شکسته می تواند ثابت شود. این کار با اندازه گیری فلورسانس کلروفیل کل یک نمونه انجام می شود. سپس نمونه سانتریفیوژ می شود. سپس، فلورسانس کلروفیل سوپرناتان اندازه گیری می شود. با در نظر گرفتن درصد فلورسانس کلروفیل در سوپرمناتان به فلورسانس کلروفیل نمونه کل، برآورد درصد سلول های شکسته می تواند انجام شود. این فرم اندازه گیری نسبتا دقیق است، اما فرض می کند که تعداد کلروفیل در هر سلول یکنواخت است. کل استخراج کلروفیل با استفاده از متانول انجام شد.
2. برای استفاده از روش تجزیه و تحلیل دوم، hemocytometry کلاسیک است برای اندازه گیری تراکم سلول در نمونه جلبک برداشت استفاده شده است. این روش است که در 2 مرحله انجام می شود:

• در مرحله اول، تراکم سلول از نمونه جلبک برداشت قبل از درمان اولتراسوند اندازه گیری می شود.
• در مرحله دوم، تعداد سلول (باقی مانده) غیر ویران شده پس از sonification از نمونه های مشابه اندازه گیری می شود.
  بر اساس نتایج این دو اندازه گیری، درصد سلول نابود محاسبه شده است.

Pic.1: جلبک قبل از تخریب © جلبک رشد آزمایشگاه

عکس 2: جلبک اختلال: 50٪ اختلال سلول بعد از 60 دقیقه. فراصوت. © جلبک رشد آزمایشگاه

عکس 3: جلبک اختلال: 100٪ اختلال سلول پس از 120 دقیقه. فراصوت. © جلبک رشد آزمایشگاه