تخمیر به کمک اولتراسونیک برای تولید اتانول زیستی

تخمیر به کمک اولتراسونیک می تواند تولید بیواتانول با ترویج تجزیه کربوهیدرات های پیچیده به قندهای ساده تر افزایش, آنها را به راحتی در دسترس برای مخمر برای تبدیل به اتانول. به طور همزمان، فراصوت نیز بهره وری نفوذپذیری دیواره سلولی مخمر را بهبود می بخشد، اجازه می دهد تا برای انتشار سریع تر اتانول و افزایش تولید کلی. در نتیجه، تخمیر بیواتانول به کمک اولتراسونیک منجر به نرخ تبدیل بالاتر و افزایش عملکرد می شود.

تخمیر

تخمیر می تواند یک فرآیند هوازی (= تخمیر اکسیداتیو) یا بی هوازی باشد که برای کاربردهای بیوتکنولوژی برای تبدیل مواد آلی توسط کشت های سلولی باکتریایی، قارچی یا سایر سلول های بیولوژیکی یا آنزیم ها استفاده می شود. با تخمیر ، انرژی از اکسیداسیون ترکیبات آلی ، به عنوان مثال کربوهیدرات ها استخراج می شود.
شکر رایج ترین بستر تخمیر است که پس از تخمیر در محصولاتی مانند اسید لاکتیک ، لاکتوز ، اتانول و هیدروژن ایجاد می شود. برای تخمیر الکلی، اتانول - به ویژه برای استفاده به عنوان سوخت، بلکه برای نوشیدنی های الکلی – با تخمیر تولید می شود. هنگامی که برخی از سویه های مخمر، مانند ساکارومایسس سرویزیه متابولیسم قند ، سلولهای مخمر مواد اولیه را به اتانول و دی اکسید کربن تبدیل می کنند.

معادلات شیمیایی زیر تبدیل را خلاصه می کنند:

اگر ماده اولیه نشاسته باشد، به عنوان مثال از ذرت، ابتدا نشاسته باید به شکر تبدیل شود. برای بیواتانول که به عنوان سوخت استفاده می شود، هیدرولیز برای تبدیل نشاسته مورد نیاز است. به طور معمول، هیدرولیز با درمان اسیدی یا آنزیمی یا با ترکیبی از هر دو تسریع می شود. به طور معمول، تخمیر در حدود 35-40 درجه سانتیگراد انجام می شود.
مروری بر فرآیندهای مختلف تخمیر:

غذایی:

• تولید & حفظ
• لبنیات (تخمیر اسید لاکتیک)، به عنوان مثال ماست، دوغ، کفیر
• سبزیجات تخمیر شده لاکتیک ، به عنوان مثال کیمچی ، میسو ، ناتو ، تسوکمونو ، کلم ترش
• توسعه مواد معطر، به عنوان مثال سس سویا
• تجزیه عوامل برنزه کننده، به عنوان مثال چای، کاکائو، قهوه، تنباکو
• نوشیدنی های الکلی، به عنوان مثال آبجو، شراب، ویسکی

مواد مخدر:

• تولید ترکیبات دارویی مانند انسولین، اسید هیالورونیک

بیوگاز / اتانول:

• بهبود تولید بیوگاز/بیواتانول

مقالات تحقیقاتی و آزمایشات مختلف در اندازه نیمکت و پایلوت نشان داده اند که سونوگرافی با ایجاد زیست توده بیشتر برای تخمیر آنزیمی ، روند تخمیر را بهبود می بخشد. در بخش بعدی، اثرات سونوگرافی در مایع توضیح داده خواهد شد.

اثرات پردازش مایع اولتراسونیک

با استفاده از سونوگرافی با قدرت بالا / فرکانس پایین می توان دامنه های بالا تولید کرد. بدین ترتیب, سونوگرافی با قدرت بالا / فرکانس پایین می تواند برای پردازش مایعات مانند مخلوط کردن استفاده می شود, امولسیون کردن, پراکنده و deagglomeration, و یا فرز.
هنگام فراصوت مایعات در شدت بالا، امواج صوتی که به رسانه مایع منتشر می شوند منجر به چرخه های متناوب فشار بالا (فشرده سازی) و فشار کم (نادر) می شوند، با نرخ بسته به فرکانس. در طول چرخه فشار کم، امواج اولتراسونیک با شدت بالا حباب های خلاء کوچک یا حفره هایی را در مایع ایجاد می کنند. هنگامی که حباب ها به حجمی می رسند که دیگر نمی توانند انرژی را جذب کنند، در طول یک چرخه فشار بالا به شدت فرو می ریزند. این پدیده کاویتاسیون نامیده می شود. کاویتاسیونکه “تشکیل ، رشد و فروپاشی انفجاری حباب ها در یک مایع. فروپاشی حفره ای باعث ایجاد گرمایش موضعی شدید (~5000 K)، فشارهای بالا (~1000 اتمسفر) و نرخ گرمایش و سرمایش بسیار زیاد می شود (>109 کیلو ثانیه” و جریان های جت مایع (~ 400 کیلومتر در ساعت)". (سوسلیک 1998)

روش های مختلفی برای ایجاد کاویتاسیون وجود دارد، مانند نازل های فشار قوی، میکسرهای روتور-استاتور یا پردازنده های اولتراسونیک. در همه این سیستم ها انرژی ورودی به اصطکاک، تلاطم، امواج و کاویتاسیون تبدیل می شود. کسری از انرژی ورودی که به کاویتاسیون تبدیل می شود به عوامل مختلفی بستگی دارد که حرکت تجهیزات تولید کاویتاسیون در مایع را توصیف می کند. شدت شتاب یکی از مهم ترین عوامل مؤثر بر تبدیل کارآمد انرژی به کاویتاسیون است. شتاب بالاتر اختلاف فشار بالاتری ایجاد می کند. این به نوبه خود احتمال ایجاد حباب های خلاء را به جای ایجاد امواجی که از طریق مایع منتشر می شوند ، افزایش می دهد. بنابراین ، هرچه شتاب بیشتر باشد ، کسری از انرژی که به کاویتاسیون تبدیل می شود بیشتر است.
در مورد مبدل اولتراسونیک، دامنه نوسان شدت شتاب را توصیف می کند. دامنه های بالاتر منجر به ایجاد موثرتر کاویتاسیون می شود. علاوه بر شدت، مایع باید به گونه ای شتاب داده شود که حداقل تلفات را از نظر تلاطم، اصطکاک و تولید موج ایجاد کند. برای این منظور ، روش بهینه جهت حرکت یک طرفه است. با تغییر شدت و پارامترهای فرآیند فراصوت ، سونوگرافی می تواند بسیار سخت یا بسیار نرم باشد. این امر سونوگرافی را به ابزاری بسیار متنوع برای کاربردهای مختلف تبدیل می کند.

برنامه های نرم افزاری، با استفاده از فراصوت خفیف در شرایط ملایم، شامل گاززدایی، امولسیون کنندهو فعال سازی آنزیم. کاربردهای سخت با سونوگرافی با شدت بالا / قدرت بالا (بیشتر تحت فشار بالا) هستند آسیاب مرطوب، deagglomeration & کاهش اندازه ذرات، و دیسپرس (Dispersing) . برای بسیاری از برنامه ها مانند استخراج، فروپاشی یا آوا شیمی، شدت اولتراسونیک درخواست شده بستگی به مواد خاصی دارد که فراصوت می شود. با استفاده از پارامترهای مختلف، که می تواند با فرآیند فردی سازگار شود، سونوگرافی اجازه می دهد تا نقطه شیرین را برای هر فرآیند فردی پیدا کنید.
علاوه بر تبدیل قدرت برجسته، ultrasonication ارائه می دهد مزیت بزرگ کنترل کامل بر بر پارامترهای مهم ترین: دامنه، فشار، دما، ویسکوزیته، و غلظت. این امکان تنظیم همه این پارامترها را با هدف یافتن پارامترهای پردازش ایده آل برای هر ماده خاص فراهم می کند. این امر منجر به اثربخشی بالاتر و همچنین کارایی بهینه می شود.

سونوگرافی برای بهبود فرآیندهای تخمیر، به طور مثال با تولید اتانول زیستی توضیح داده شده است

بیواتانول محصولی از تجزیه زیست توده یا مواد زیست تخریب پذیر زباله توسط باکتری های بی هوازی یا هوازی است. اتانول تولید شده عمدتا به عنوان سوخت زیستی استفاده می شود. این امر باعث می شود که بیواتانول جایگزینی تجدید پذیر و سازگار با محیط زیست برای سوخت های فسیلی مانند گاز طبیعی باشد.
برای تولید اتانول از زیست توده می توان از شکر، نشاسته و مواد لیگنوسلولزی به عنوان ماده اولیه استفاده کرد. برای اندازه تولید صنعتی، شکر و نشاسته در حال حاضر غالب هستند زیرا از نظر اقتصادی مطلوب هستند.
چگونه سونوگرافی یک فرآیند مشتری و فردی را با مواد اولیه خاص تحت شرایط خاص بهبود می بخشد را می توان با آزمایش های امکان سنجی بسیار ساده آزمایش کرد. در مرحله اول، فراصوت مقدار کمی از دوغاب مواد اولیه با اولتراسونیک دستگاه آزمایشگاهی نشان خواهد داد, اگر سونوگرافی مواد اولیه را تحت تاثیر قرار.

تست امکان سنجی

در مرحله اول آزمایش، مناسب است که مقدار نسبتا بالایی از انرژی اولتراسونیک را به حجم کمی از مایع وارد کنید، زیرا در نتیجه شانس افزایش می یابد تا ببینید آیا می توان نتیجه ای به دست آورد یا خیر. حجم نمونه کوچک نیز زمان استفاده از دستگاه آزمایشگاهی را کوتاه می کند و هزینه های اولین آزمایش ها را کاهش می دهد.
امواج اولتراسوند توسط سطح sonotrode به مایع منتقل می شود. Beneth سطح sonotrode, شدت سونوگرافی شدید ترین است. در نتیجه، فواصل کوتاه بین sonotrode و مواد فراصوت ترجیح داده می شود. هنگامی که یک حجم مایع کوچک در معرض قرار می گیرد, فاصله از sonotrode را می توان کوتاه نگه داشته.
جدول زیر سطح انرژی / حجم معمولی را برای فرآیندهای فراصوت پس از بهینه سازی نشان می دهد. از آنجا که اولین آزمایش خواهد شد در پیکربندی مطلوب اجرا نمی شود، شدت فراصوت و زمان توسط 10 به 50 برابر از مقدار معمولی نشان خواهد داد که اگر هر گونه اثر به مواد فراصوت وجود دارد یا نه.

فرایند	انرژی/ دوره	حجم نمونه	قدرت	زمان
ساده	< 100 وات بر میلی لیتر	10 میلی لیتر	50 وات	< 20 ثانیه
متوسط	100Ws / mL تا 500Ws / mL	10 میلی لیتر	50 وات	20 تا 100 ثانیه
سخت	> 500 وات بر میلی لیتر	10 میلی لیتر	50 وات	>100 ثانیه

جدول 1 – مقادیر فراصوت معمولی پس از بهینه سازی فرآیند

ورودی برق واقعی test اجرا می شود را می توان از طریق ضبط داده های یکپارچه (تا 200 هرتز و UP200St) ، رابط PC یا با قدرت سنج. در ترکیب با داده های ثبت شده تنظیم دامنه و دما، نتایج هر آزمایش را می توان ارزیابی کرد و می توان نتیجه نهایی انرژی/حجم را تعیین کرد.
اگر در طول آزمایش ها یک پیکربندی بهینه انتخاب شده باشد، این عملکرد پیکربندی می تواند در طول یک مرحله بهینه سازی تأیید شود و در نهایت می تواند به سطح تجاری ارتقا یابد. برای تسهیل بهینه سازی، آن را به شدت توصیه می شود برای بررسی محدودیت های فراصوت، به عنوان مثال،. دما، دامنه و یا انرژی / حجم برای فرمولاسیون های خاص، بیش از حد. از آنجایی که سونوگرافی می تواند اثرات منفی به سلول ها، مواد شیمیایی یا ذرات ایجاد کند، سطوح بحرانی برای هر پارامتر باید مورد بررسی قرار گیرد تا بهینه سازی زیر را به محدوده پارامتری که اثرات منفی مشاهده نمی شود، محدود شود. برای مطالعه امکان سنجی، آزمایشگاه های کوچک یا واحدهای رومیزی توصیه می شود تا هزینه های تجهیزات و نمونه ها را در چنین آزمایش هایی محدود کنند. به طور کلی واحدهای 100 تا 1000 وات به خوبی اهداف مطالعه امکان سنجی را برآورده می کنند. (رجوع کنید به Hielscher 2005)

بهینه سازی

نتایج به دست آمده در طول مطالعات امکان سنجی ممکن است مصرف انرژی بسیار بالایی را با توجه به حجم کم درمان شده نشان دهد. اما هدف از امکان سنجی test در درجه اول نشان دادن اثرات سونوگرافی به مواد است. اگر در آزمایش امکان سنجی اثرات مثبتی رخ داد، باید تلاش های بیشتری برای بهینه سازی نسبت انرژی به حجم انجام شود. این به معنای کشف پیکربندی ایده آل پارامترهای سونوگرافی برای دستیابی به بالاترین بازده با استفاده از انرژی کمتر ممکن برای ایجاد فرآیند از نظر اقتصادی معقول ترین و کارآمد است. برای یافتن پیکربندی پارامتر بهینه – به دست آوردن مزایای مورد نظر با حداقل ورودی انرژی - همبستگی بین مهم ترین پارامترها دامنه، فشار، دما . مایع ترکیب باید بررسی شود. در این مرحله دوم تغییر از فراصوت دسته ای به یک فراصوت پیوسته با راکتور سلول جریان توصیه می شود به عنوان پارامتر مهم فشار نمی تواند برای فراصوت دسته ای تحت تاثیر قرار. در طول فراصوت در یک دسته ، فشار به فشار محیط محدود می شود. اگر فرایند فراصوت عبور از یک محفظه سلول جریان قابل فشار, فشار را می توان افزایش (و یا کاهش) که به طور کلی مافوق صوت را تحت تاثیر قرار کاویتاسیون شدت. با استفاده از یک سلول جریان، می توان همبستگی بین فشار و راندمان فرآیند را تعیین کرد. پردازنده های اولتراسونیک بین 500 وات . 2000 وات قدرت مناسب ترین برای بهینه سازی یک فرآیند است.

مقیاس تا تولید تجاری

اگر پیکربندی بهینه پیدا شده باشد، مقیاس بیشتر به عنوان فرآیندهای اولتراسونیک ساده است کاملا قابل تکرار در مقیاس خطی. این بدان معناست که وقتی سونوگرافی به یک فرمولاسیون مایع یکسان تحت پیکربندی پارامتر پردازش یکسان اعمال می شود، انرژی یکسان در هر حجم برای به دست آوردن یک نتیجه یکسان مستقل از مقیاس پردازش مورد نیاز است. (هیلشر 2005). این امکان را فراهم می کند برای پیاده سازی پیکربندی پارامتر بهینه از سونوگرافی به اندازه تولید در مقیاس کامل. به طور مجازی، حجمی که می تواند به صورت اولتراسونیک پردازش شود نامحدود است. سیستم های اولتراسونیک تجاری تا 16000 وات در هر واحد موجود است و می توان آنها را به صورت خوشه ای نصب کرد. چنین خوشه هایی از پردازنده های اولتراسونیک را می توان به صورت موازی یا سری نصب کرد. با نصب خوشه ای پردازنده های اولتراسونیک با قدرت بالا ، توان کل تقریبا نامحدود است به طوری که جریان های با حجم بالا را می توان بدون مشکل پردازش کرد. همچنین اگر انطباق سیستم اولتراسونیک مورد نیاز است، به عنوان مثال برای تنظیم پارامترها به فرمولاسیون مایع اصلاح شده، این کار را می توان عمدتا با تغییر سونوترود، تقویت کننده یا سلول جریان انجام داد. مقیاس پذیری خطی، تکرارپذیری و سازگاری سونوگرافی این فناوری نوآورانه را کارآمد و مقرون به صرفه می کند.

پارامترهای پردازش اولتراسونیک

پردازش مایع اولتراسونیک توسط تعدادی از پارامترها توصیف شده است. مهمترین آنها دامنه ، فشار ، دما ، ویسکوزیته و غلظت است. نتیجه فرآیند، مانند اندازه ذرات، برای پیکربندی پارامتر معین، تابعی از انرژی در هر حجم پردازش شده است. عملکرد با تغییر در پارامترهای فردی تغییر می کند. علاوه بر این، توان خروجی واقعی در هر سطح از sonotrode از یک واحد اولتراسونیک بستگی به پارامترها. توان خروجی در هر سطح از sonotrode شدت سطح (I) است. شدت سطح به دامنه (A) ، فشار (p) ، حجم راکتور (VR) ، دما (T) ، ویسکوزیته (η) و موارد دیگر بستگی دارد.

تأثیر کاویتاسیون تولید شده به شدت سطح بستگی دارد. به همین ترتیب ، نتیجه فرآیند با هم مرتبط است. کل توان خروجی یک واحد اولتراسونیک محصول شدت سطح (I) و سطح (S) است:

p [w] من [w / میلی متر²]* s[میلی متر²]

دامنه

دامنه نوسان توصیف راه (به عنوان مثال،. 50 میکرومتر) سطح سونوترود حرکت در یک زمان معین (به عنوان مثال،. 1/20,000s در 20kHz). هرچه دامنه بزرگتر باشد ، سرعت کاهش و افزایش فشار در هر ضربه بیشتر است. علاوه بر آن، جابجایی حجم هر ضربه افزایش می یابد و در نتیجه حجم حفره بزرگتر (اندازه حباب و/یا عدد) ایجاد می شود. هنگامی که برای پراکندگی ها اعمال می شود، دامنه های بالاتر تخریب بالاتری را برای ذرات جامد نشان می دهند. جدول 1 مقادیر کلی برخی از فرآیندهای اولتراسونیک را نشان می دهد.

فشار

نقطه جوش مایع به فشار بستگی دارد. هر چه فشار بیشتر باشد، نقطه جوش بیشتر است و معکوس می شود. فشار بالا امکان کاویتاسیون را در دمای نزدیک یا بالاتر از نقطه جوش فراهم می کند. همچنین شدت انفجار را افزایش می دهد ، که مربوط به اختلاف بین فشار استاتیک و فشار بخار داخل حباب است (cf. Vercet و همکاران 1999). از آنجایی که قدرت و شدت اولتراسونیک با تغییر فشار به سرعت تغییر می کند، پمپ فشار ثابت ترجیح داده می شود. هنگام تامین مایع به یک سلول جریان، پمپ باید بتواند جریان مایع خاص را در فشارهای مناسب کنترل کند. پمپ های دیافراگم یا غشایی؛ لوله انعطاف پذیر، شیلنگ یا پمپ های فشاری؛ پمپ های پریستالتیک؛ یا پمپ پیستونی یا پیستون نوسانات فشار متناوب ایجاد می کند. پمپ های گریز از مرکز، پمپ های دنده ای، پمپ های مارپیچی و پمپ های حفره ای پیشرونده که مایع را در فشار مداوم پایدار فراصوت می کنند عرضه می کنند ترجیح داده می شوند. (هیلشر 2005)

دما

با فراصوت کردن یک مایع، قدرت به محیط منتقل می شود. به عنوان نوسان مافوق صوت تولید باعث تلاطم و اصطکاک, مایع فراصوت – مطابق با قانون ترمودینامیک – گرم خواهد شد. دمای بالا از محیط پردازش می تواند مخرب به مواد و کاهش اثربخشی حفره اولتراسونیک است. سلول های جریان اولتراسونیک نوآورانه مجهز به یک ژاکت خنک کننده هستند (تصویر را ببینید). با این کار، کنترل دقیق بر دمای مواد در طول پردازش اولتراسونیک داده می شود. برای فراصوت لیوان از حجم کوچکتر حمام یخ برای اتلاف گرما توصیه می شود.

ویسکوزیته و غلظت

. فرز . دیسپرس (Dispersing) فرآیندهای مایع هستند. ذرات باید در یک سوسپانسیون باشند، به عنوان مثال در آب، روغن، حلال ها یا رزین ها. با استفاده از سیستم های جریان اولتراسونیک ، ممکن است به فراصوت بسیار چسبناک ، مواد خمیری فراصوت شود.
پردازنده اولتراسونیک با قدرت بالا را می توان در غلظت جامدات نسبتا بالا اجرا کرد. غلظت بالا اثربخشی پردازش اولتراسونیک را فراهم می کند، زیرا اثر فرز اولتراسونیک در اثر برخورد بین ذرات ایجاد می شود. بررسی ها نشان داده است که میزان شکستگی سیلیس مستقل از غلظت جامد تا 50 درصد وزنی است. پردازش دسته های اصلی با نسبت مواد بسیار متمرکز یک روش تولید رایج با استفاده از امواج فراصوت است.

قدرت و شدت در مقابل انرژی

شدت سطح و توان کل فقط شدت پردازش را توصیف می کند. حجم نمونه فراصوت و زمان قرار گرفتن در معرض در شدت خاص باید در نظر گرفته شود برای توصیف یک فرایند فراصوت به منظور آن را مقیاس پذیر و تکرار. برای پیکربندی یک پارامتر معین، نتیجه فرآیند، به عنوان مثال اندازه ذرات یا تبدیل شیمیایی، به انرژی در حجم (E/V) بستگی دارد.

نتیجه = F (E /V )

جایی که انرژی (E) حاصل ضرب توان خروجی (P) و زمان قرار گرفتن در معرض (t) است.

E[Ws] = p[w]*t[s]

تغییرات در پیکربندی پارامتر، تابع نتیجه را تغییر می دهد. این به نوبه خود مقدار انرژی (E) مورد نیاز برای یک مقدار نمونه معین (V) برای به دست آوردن یک مقدار نتیجه خاص را تغییر می دهد. به همین دلیل کافی نیست که قدرت خاصی از سونوگرافی را به یک فرآیند برای رسیدن به نتیجه برسانید. یک رویکرد پیچیده تر برای شناسایی توان مورد نیاز و پیکربندی پارامتری که در آن نیرو باید در مواد فرآیند قرار گیرد مورد نیاز است. (هیلشر 2005)

التراسوناژ به کمک تولید بیواتانول

از قبل مشخص شده است که سونوگرافی تولید بیواتانول را بهبود می بخشد. توصیه می شود مایع را با زیست توده به دوغاب بسیار چسبناک غلیظ کنید که هنوز قابل پمپاژ است. راکتورهای اولتراسونیک می توانند غلظت جامد نسبتا بالایی را کنترل کنند به طوری که فرآیند فراصوت می تواند کارآمد ترین اجرا شود. مواد بیشتری در دوغاب موجود است، مایع حامل کمتر، که از فرآیند فراصوت سود نمی برد، درمان خواهد شد. از آنجا که ورودی انرژی به یک مایع باعث گرم شدن مایع طبق قانون ترمودینامیک می شود ، این بدان معنی است که انرژی اولتراسونیک تا آنجا که ممکن است به ماده مورد نظر اعمال می شود. با چنین طراحی فرآیند کارآمدی، از گرم کردن بیهوده مایع حامل اضافی جلوگیری می شود.
سونوگرافی به استخراج از مواد داخل سلولی و در نتیجه آن را برای تخمیر آنزیمی در دسترس قرار می دهد. درمان اولتراسوند خفیف می تواند فعالیت آنزیمی را افزایش دهد، اما برای استخراج زیست توده سونوگرافی شدیدتری مورد نیاز است. از این رو ، آنزیم ها باید پس از فراصوت به دوغاب زیست توده اضافه شوند زیرا سونوگرافی شدید آنزیم ها را غیرفعال می کند ، که یک اثر مطلوب نیست.

نتایج فعلی به دست آمده توسط تحقیقات علمی:

مطالعات Yoswathana و همکاران (2010) در مورد تولید اتانول زیستی از کاه برنج نشان داده است که ترکیب اسید پیش تیمار و اولتراسونیک قبل از تیمار آنزیمی منجر به افزایش عملکرد قند تا 44 درصد (بر اساس کاه برنج) می شود. این نشان دهنده اثربخشی ترکیب پیش تصفیه فیزیکی و شیمیایی قبل از هیدرولیز آنزیمی مواد لیگنوسلولز به قند است.

نمودار 2 اثرات مثبت تابش مافوق صوت را در طول تولید بیواتانول از کاه برنج به صورت گرافیکی نشان می دهد. (زغال چوب برای سم زدایی نمونه های پیش تصفیه شده از پیش تصفیه اسید / آنزیم و پیش تصفیه اولتراسونیک استفاده شده است.)

در مطالعه اخیر دیگری، تأثیر امواج فراصوت بر سطح خارج سلولی و داخل سلولی آنزیم β-galactosidase مورد بررسی قرار گرفته است. سلیمان و همکاران (2011) می توانند بهره وری تولید بیواتانول را به طور قابل توجهی بهبود بخشند، با استفاده از سونوگرافی در دمای کنترل شده که رشد مخمر Kluyveromyces marxianus را تحریک می کند (ATCC 46537). نویسندگان مقاله از سر می گیرند که فراصوت متناوب با سونوگرافی قدرت (20 کیلوهرتز) در چرخه های کاری ≤20٪ تولید زیست توده، متابولیسم لاکتوز و تولید اتانول را در K. marxianus با شدت فراصوت نسبتا بالا 11.8Wcm تحریک می کند.^−H2S. در بهترین شرایط، فراصوت غلظت نهایی اتانول را تقریبا 3.5 برابر نسبت به کنترل افزایش داد. این مربوط به افزایش 3.5 برابری در بهره وری اتانول بود، اما به 952 وات ورودی برق اضافی در هر متر مکعب آبگوشت از طریق فراصوت نیاز داشت. این نیاز اضافی به انرژی مطمئنا در چارچوب هنجارهای عملیاتی قابل قبول برای بیوراکتورها بود و برای محصولات با ارزش بالا، می توانست به راحتی با افزایش بهره وری جبران شود.

نتیجه گیری: مزایای تخمیر به کمک اولتراسونیک

درمان اولتراسونیک به عنوان یک روش کارآمد و نوآورانه برای افزایش عملکرد بیواتانول نشان داده شده است. در درجه اول، سونوگرافی برای استخراج مواد داخل سلولی از زیست توده، مانند ذرت، دانه های سویا، کاه، مواد لیگنوسلولزی یا مواد زائد گیاهی استفاده می شود.

• افزایش عملکرد بیواتانول
• جداسازی/ تخریب سلولی و رهاسازی مواد داخل سلولی
• تجزیه بی هوازی بهبود یافته
• فعال سازی آنزیم ها با فراصوت خفیف
• بهبود راندمان فرآیند توسط دوغاب های با غلظت بالا

آزمایش ساده، مقیاس قابل تکرار و نصب آسان (همچنین در جریان های تولید در حال حاضر موجود) باعث می شود اولتراسونیک یک فناوری سودآور و کارآمد باشد. پردازنده های اولتراسونیک صنعتی قابل اعتماد برای پردازش تجاری در دسترس هستند و آن را ممکن می سازد به فراصوت حجم مایع تقریبا نامحدود.