بهبود برداشت ریزجلبک‌ها با فراصوت‌دهی
ریزجلبک‌ها سرشار از لیپیدها، پروتئین و ریزمغذی‌ها هستند و ازاین‌رو منبع ارزشمندی از مواد مغذی به شمار می‌روند. با توجه به استحکام ساختاری دیواره‌های سلولی جلبک‌ها و نیاز به استخراج ترکیبات درون‌سلولی در مراحل پایین‌دستی – به‌ویژه لیپیدها و ریزمغذی‌ها – به فناوری غیرحرارتی با کارایی بالا نیاز است. Hielscher با سونیکاتورهای خود، راهکاری برتر برای پردازش ارائه می‌دهد که دو مرحلهٔ اساسی پردازش – تغلیظ زیست‌توده و تخریب سلولی – را تسهیل و بهبود می‌بخشد.
سونیکاتور UIP1000hdT برای پردازش جلبک‌ها
یک سونیکاتور – دو مرحله در پردازش جلبک‌ها
- برداشت غیرمخرب جلبک‌ها
بدون اختلال در زنده‌مانی یا آسیب به یکپارچگی ساختار مارپیچی چندسلولیِ معمول Arthrospira platensis. ارتعاش ملایم فراصوتی و کاویتاسیون باعث فروریزش وزیکول‌های گازی درون سلول‌های Arthrospira platensis می‌شوند و به‌این‌ترتیب به سلول‌هایی که در حالت عادی شناور می‌مانند، امکان ته‌نشینی می‌دهند. این امر تغلیظ زیست‌تودهٔ جلبکی را تسهیل می‌کند. - تخریب سلولی برای استخراج (لیپیدها، پروتئین‌ها، ترکیبات زیست‌فعال)
در مرحلهٔ دوم فرایند، یعنی استخراج، از فراصوت‌دهی شدید برای تخریب ساختار سلولی Arthrospira platensis استفاده می‌شود تا ترکیبات درون‌سلولی مانند لیپیدها، پروتئین‌ها و ترکیبات زیست‌فعال آزاد شوند.
دربارهٔ استخراج فراصوتی از جلبک‌ها بیشتر بدانید!
بهبود برداشت جلبک‌ها با فراصوت
در مطالعهٔ Lecina et al. (2015)، کشت‌های سیانوباکتری Arthrospira fusiformis (همچنین Arthrospira platensis) تحت فراصوت‌دهی غیرمخرب قرار گرفتند و نتایج نشان داد که ته‌نشینی و بازیابی زیست‌توده به‌طور چشمگیری تسهیل می‌شود. پژوهشگران با اعمال میدان‌های فراصوت با شدت پایین (≤0٫5 W/mL)، لخته‌سازی برگشت‌پذیر را بدون به خطر انداختن زنده‌مانی یا ریخت‌شناسی سلول‌ها القا کردند – الزامی برای کاربردهایی که به زیست‌مولکول‌های دست‌نخورده یا سلول‌های زنده برای کشت بعدی نیاز دارند.
با «تیمار فراصوت‌دهی غیرمخرب، این ریزجلبک‌ها به‌راحتی ته‌نشین می‌شوند و در نتیجه زیست‌توده حدود 30 برابر تغلیظ می‌شود، درحالی‌که بازده بازیابی به حدود 80-85% می‌رسد.» (Lecina et al., 2015)
دستگاه استخراج فراصوتی UIP2000hdT با راکتور فولاد زنگ‌نزن برای استخراج تجاری لیپیدها، پروتئین‌ها و ترکیبات زیست‌فعال از جلبک‌ها.
سونیکاتورهای پربازده برای برداشت و استخراج از جلبک‌ها
سونیکاتورهای Hielscher پردازشگرهای فراصوتی پیشرفته و پربازدهی هستند که برای کاربردهای آزمایشگاهی و صنعتی مهندسی شده‌اند و ازاین‌رو برای فرایندهای برداشت و استخراج از جلبک‌ها کاملاً مناسب‌اند. در مرحلهٔ برداشت، سامانه‌های Hielscher فراصوت‌دهی دقیق با شدت پایین را امکان‌پذیر می‌کنند تا تجمع و ته‌نشینی سلول‌ها بدون آسیب به یکپارچگی آن‌ها تقویت شود. سپس قابلیت کار با شدت بالای این سامانه‌ها، تخریب کنترل‌شدهٔ سلول‌ها را امکان‌پذیر می‌کند و آزادسازی کارآمد لیپیدها، رنگ‌دانه‌ها و ریزمغذی‌های درون‌سلولی را تسهیل می‌سازد. سونیکاتورهای Hielscher با دامنه‌های قابل تنظیم و حالت چرخه‌ای، حالت‌های کارکرد پیوسته و طراحی مستحکم، از زیست‌پردازش مقیاس‌پذیر با بهره‌وری انرژی بالا پشتیبانی می‌کنند – ویژگی‌هایی که آن‌ها را به ابزاری کلیدی در زیست‌پالایشگاه‌های مدرن جلبکی تبدیل کرده‌اند.
- کارایی بالا
- فناوری پیشرفتهٔ روز
- قابلیت اطمینان و استحکام
- کنترل دقیق و قابل تنظیم فرایند
- ناپیوسته و درون‌خطی
- برای هر حجمی
- نرم‌افزار هوشمند
- قابلیت‌های هوشمند (مانند برنامه‌پذیری، ثبت داده‌ها، کنترل از راه دور)
- کاربری آسان و ایمن
- نیاز اندک به نگهداری
- CIP (شست‌وشو در محل)
طراحی، ساخت و مشاوره – کیفیت ساخت آلمان
دستگاه‌های فراصوتی Hielscher به بالاترین استانداردهای کیفیت و طراحی شهرت دارند. استحکام و کاربری آسان، ادغام بی‌دردسر دستگاه‌های فراصوتی ما در تأسیسات صنعتی را امکان‌پذیر می‌کنند. دستگاه‌های فراصوتی Hielscher به‌راحتی از عهدهٔ شرایط سخت و محیط‌های پرچالش برمی‌آیند.
Hielscher Ultrasonics شرکتی دارای گواهینامهٔ ISO است و بر دستگاه‌های فراصوتی پربازده با فناوری پیشرفتهٔ روز و کاربری آسان تأکید ویژه‌ای دارد. البته دستگاه‌های فراصوتی Hielscher با CE انطباق دارند و الزامات UL، CSA و RoHs را برآورده می‌کنند.
جدول زیر نمایی از ظرفیت تقریبی پردازش دستگاه‌های فراصوتی ما ارائه می‌دهد:
| حجم هر بچ | دبی | دستگاه‌های پیشنهادی |
|---|---|---|
| 1 تا 500mL | 10 تا 200mL/min | UP100H |
| 10 تا 2000mL | 20 تا 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0٫1 تا 20L | 0٫2 تا 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 تا 100L | 2 تا 10L/min | UIP4000hdT |
| 15 تا 150L | 3 تا 15L/min | UIP6000hdT |
| قابل اعمال نیست | 10 تا 100L/min | UIP16000hdT |
| قابل اعمال نیست | بیشتر | مجموعه‌ای از UIP16000hdT |
Hielscher Ultrasonics هموژنایزرهای فراصوتی پربازده برای کاربردهای اختلاط، پراکنده‌سازی، امولسیون‌سازی و استخراج در مقیاس آزمایشگاهی، پایلوت و صنعتی تولید می‌کند.
منابع علمی / مراجع
- 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.
پرسش‌های متداول
ته‌نشینی سلول‌ها چگونه القا می‌شود؟
ته‌نشینی سلول‌ها عمدتاً بر اثر فروریزش وزیکول‌های گازی درون‌سلولی القا می‌شود که تنظیم شناوری را مختل می‌کند. این امر چگالی سلول را افزایش می‌دهد و باعث می‌شود سلول‌ها، به‌ویژه در جانداران پلانکتونی مانند سیانوباکتری‌ها، پایین بروند و از ناحیهٔ نورگیر خارج شوند.
واکوئول‌های گازی در سلول‌ها چه هستند؟
واکوئول‌های گازی ساختارهایی پر از گاز با پوشش پروتئینی هستند که در پروکاریوت‌های آبزی، از جمله سیانوباکتری‌ها، یافت می‌شوند. آن‌ها کنترل شناوری را فراهم می‌کنند و به سلول‌ها امکان می‌دهند موقعیت عمودی خود را در ستون آب برای دسترسی بهینه به نور و مواد مغذی تنظیم کنند.
سیانوباکتری‌ها چه هستند؟
سیانوباکتری‌ها پروکاریوت‌هایی فتوسنتزکننده و تولیدکنندهٔ اکسیژن هستند که معمولاً در محیط‌های آب شیرین و دریایی یافت می‌شوند. آن‌ها نقش‌های کلیدی در تثبیت نیتروژن و تولید اولیه دارند و در شرایط پرمغذی می‌توانند شکوفایی‌های جلبکی زیان‌آور ایجاد کنند.
Arthrospira fusiformis چیست؟
Arthrospira fusiformis سیانوباکتری رشته‌ای و پلانکتونی است که به ریخت‌شناسی مارپیچی خود شناخته می‌شود. این جاندار در دریاچه‌های سودایی قلیایی به‌خوبی رشد می‌کند و بخش عمده‌ای از رژیم غذایی فلامینگوها را تشکیل می‌دهد. در کاربرد تجاری، به‌دلیل محتوای بالای پروتئین و مواد مغذی، با نام «Spirulina» کشت می‌شود.
فراصوت‌دهی چه تأثیری بر جلبک‌ها دارد؟
تیمار فراصوتی از طریق کاویتاسیون سلول‌های جلبکی را تخریب می‌کند و به آسیب غشایی، فروریزش وزیکول‌های گازی و اختلال در فتوسنتز می‌انجامد. در سیانوباکتری‌هایی مانند Microcystis aeruginosa، حساسیت به فراصوت‌دهی پس از تقسیم سلولی افزایش می‌یابد که احتمالاً ناشی از آسیب‌پذیری‌های ساختاری در اواخر مرحلهٔ روشنایی چرخهٔ شبانه‌روزی است.
Hielscher Ultrasonics هموژنایزرهای فراصوتی پربازده را از مقیاس آزمایشگاهی تا صنعتی تولید می‌کند.