Mikrolevien talteenoton tehostaminen ultraäänikäsittelyllä
Mikrolevät sisältävät runsaasti lipidejä, proteiinia ja mikroravinteita, mikä tekee niistä arvokkaan ravinteiden lähteen. Levien soluseinien rakenteellisen kestävyyden ja solunsisäisten yhdisteiden – erityisesti lipidien ja mikroravinteiden – myöhemmän uuttamisen vuoksi tarvitaan lämpöön perustumatonta, erittäin tehokasta teknologiaa. Ultraäänilaitteillaan Hielscher tarjoaa ylivertaisen käsittelyratkaisun, joka helpottaa ja tehostaa kahta keskeistä käsittelyvaihetta – biomassan konsentrointia ja solujen hajotusta.
Ultraäänilaite UIP1000hdT levien käsittelyyn
Yksi ultraäänilaite – kaksi levien käsittelyvaihetta
- Levien talteenotto niitä hajottamatta
Menetelmä ei heikennä elinkykyä eikä vahingoita Arthrospira platensis -lajille tyypillisen monisoluisen spiraalirakenteen eheyttä. Lievä ultraäänivärähtely ja kavitaatio saavat Arthrospira platensis -solujen sisäiset kaasurakkulat luhistumaan, jolloin muutoin kelluvat solut voivat sedimentoitua. Tämä helpottaa leväbiomassan konsentrointia. - Solujen hajotus uuttamista varten (lipidit, proteiinit, bioaktiiviset yhdisteet)
Toisessa käsittelyvaiheessa eli uuttamisessa voimakkaalla ultraäänikäsittelyllä hajotetaan Arthrospira platensis -lajin solurakennetta, jotta solunsisäiset yhdisteet, kuten lipidit, proteiinit ja bioaktiiviset yhdisteet, vapautuvat.
Lue lisää levien ultraääniuutosta!
Ultraäänellä tehostettu levien talteenotto
Lecinan ym. (2015) tutkimuksessa Arthrospira fusiformis -syanobakteerin (myös Arthrospira platensis) viljelmille tehtiin soluja hajottamaton ultraäänikäsittely, jonka havaittiin helpottavan merkittävästi biomassan sedimentaatiota ja talteenottoa. Käyttämällä matalan intensiteetin ultraäänikenttiä (≤0,5 W/mL) tutkijat saivat aikaan palautuvan flokkulaation heikentämättä solujen elinkykyä tai muuttamatta niiden morfologiaa – tämä on edellytys sovelluksissa, joissa tarvitaan ehjiä biomolekyylejä tai elinkykyisiä soluja jatkoviljelyyn.
”Soluja hajottamattomalla ultraäänikäsittelyllä nämä mikrolevät voidaan helposti saada laskeutumaan, jolloin biomassa konsentroituu noin 30-kertaiseksi ja talteenoton saanto on noin 80–85 %.” (Lecina et al., 2015)
Ultraääniuutin UIP2000hdT ruostumattomasta teräksestä valmistetulla reaktorilla lipidien, proteiinien ja bioaktiivisten yhdisteiden kaupalliseen uuttamiseen levistä.
Suorituskykyiset ultraäänilaitteet levien talteenottoon ja uuttamiseen
Hielscherin ultraäänilaitteet ovat edistyneitä, suorituskykyisiä ultraääniprosessoreita, jotka on suunniteltu sekä laboratorio- että teollisen mittakaavan sovelluksiin, joten ne soveltuvat ihanteellisesti levien talteenotto- ja uuttoprosesseihin. Talteenottovaiheessa Hielscherin järjestelmät mahdollistavat tarkan, matalan intensiteetin ultraäänikäsittelyn, joka edistää solujen aggregaatiota ja sedimentaatiota vahingoittamatta solujen eheyttä. Tämän jälkeen laitteiden kyky tuottaa suurta intensiteettiä mahdollistaa hallitun solujen hajotuksen ja helpottaa solunsisäisten lipidien, pigmenttien ja mikroravinteiden tehokasta vapautumista. Säädettävien amplitudien ja jaksotetun käyttötilan, jatkuvien käyttötilojen sekä kestävän rakenteen ansiosta Hielscherin ultraäänilaitteet tukevat skaalautuvaa, energiatehokasta bioprosessointia – mikä tekee niistä keskeisen työkalun nykyaikaisissa leväbiojalostamoissa.
- korkea hyötysuhde
- huipputeknologia
- luotettavuus ja kestävyys
- säädettävä, tarkka prosessinohjaus
- erä- ja linjakäsittely
- kaikille tilavuuksille
- älykäs ohjelmisto
- älykkäät ominaisuudet (esim. ohjelmoitavuus, tietojen lokitus, etäohjaus)
- helppo ja turvallinen käyttää
- vähäinen huoltotarve
- CIP (puhdistus paikallaan)
Suunnittelu, valmistus ja konsultointi – Saksassa valmistettua laatua
Hielscherin ultraäänilaitteet tunnetaan korkeimmista laatu- ja suunnittelustandardeistaan. Kestävyys ja helppokäyttöisyys mahdollistavat ultraäänilaitteidemme sujuvan integroinnin teollisuuslaitoksiin. Hielscherin ultraäänilaitteet selviytyvät helposti ankarista olosuhteista ja vaativista ympäristöistä.
Hielscher Ultrasonics on ISO-sertifioitu yritys, joka painottaa erityisesti suorituskykyisiä ultraäänilaitteita, joissa yhdistyvät huipputeknologia ja käyttäjäystävällisyys. Hielscherin ultraäänilaitteet ovat luonnollisesti CE-vaatimusten mukaisia ja täyttävät UL-, CSA- ja RoHs-vaatimukset.
Alla oleva taulukko antaa käsityksen ultraäänilaitteidemme likimääräisestä käsittelykapasiteetista:
| Erätilavuus | Tilavuusvirta | Suositellut laitteet |
|---|---|---|
| 1–500 mL | 10–200 mL/min | UP100H |
| 10–2 000 mL | 20–400 mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1–20 L | 0,2–4 L/min | UIP2000hdT |
| 10–100 L | 2–10 L/min | UIP4000hdT |
| 15–150 L | 3–15 L/min | UIP6000hdT |
| n.a. | 10–100 L/min | UIP16000hdT |
| n.a. | suurempi | laiteryhmä: UIP16000hdT |
Hielscher Ultrasonics valmistaa suorituskykyisiä ultraäänihomogenisaattoreita sekoitussovelluksiin, dispergointiin, emulgointiin ja uuttamiseen laboratorio-, pilotti- ja teollisessa mittakaavassa.
Kirjallisuus / viitteet
- 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.
Usein kysytyt kysymykset
Miten solujen sedimentaatio saadaan aikaan?
Solujen sedimentaatio saadaan aikaan ensisijaisesti luhistamalla solunsisäiset kaasurakkulat, mikä häiritsee kelluvuuden säätelyä. Tämä kasvattaa solujen tiheyttä, jolloin solut vajoavat pois valoisasta vyöhykkeestä erityisesti planktonisilla eliöillä, kuten syanobakteereilla.
Mitä solujen kaasuvakuolit ovat?
Kaasuvakuolit ovat proteiinien rajaamia, kaasun täyttämiä rakenteita, joita esiintyy vedessä elävillä prokaryooteilla, kuten syanobakteereilla. Ne mahdollistavat kelluvuuden säätelyn, jonka avulla solut voivat muuttaa pystysuuntaista sijaintiaan vesipatsaassa saadakseen optimaalisesti valoa ja ravinteita.
Mitä syanobakteerit ovat?
Syanobakteerit ovat yhteyttäviä, happea tuottavia prokaryootteja, joita esiintyy yleisesti makean veden ympäristöissä ja meriympäristöissä. Niillä on keskeinen rooli typensidonnassa ja perustuotannossa, ja ne voivat muodostaa haitallisia leväkukintoja rehevöityneissä olosuhteissa.
Mikä on Arthrospira fusiformis?
Arthrospira fusiformis on rihmamainen, planktoninen syanobakteeri, joka tunnetaan spiraalimaisesta morfologiastaan. Se viihtyy emäksisissä soodajärvissä ja muodostaa merkittävän osan flamingojen ravinnosta. Kaupallisesti sitä viljellään nimellä ”Spirulina” sen korkean proteiini- ja ravinnepitoisuuden vuoksi.
Miten ultraäänikäsittely vaikuttaa leviin?
Ultraäänikäsittely hajottaa leväsoluja kavitaation avulla, mikä johtaa kalvovaurioihin, kaasurakkuloiden luhistumiseen ja yhteyttämisen heikkenemiseen. Syanobakteereilla, kuten Microcystis aeruginosa -lajilla, alttius ultraäänikäsittelylle kasvaa solunjakautumisen jälkeen, todennäköisesti vuorokausirytmin valovaiheen loppupuolen rakenteellisten heikkouksien vuoksi.
Hielscher Ultrasonics valmistaa suorituskykyisiä ultraäänihomogenisaattoreita laboratoriokoosta aina teolliseen kokoluokkaan.