Technologie des ultrasons Hielscher

Les algues poussent Lab – Extraction d'algues par ultrasons

Culture d'algues

Les algues poussent Lab a développé une série de photobioréacteurs tubulaires et plates pour la culture d'algues, ainsi qu'un procédé de destruction de cellules par ultrasons à base de processeurs à ultrasons Hielscher équipés de cellules d'écoulement.
L'organigramme général du procédé est illustré ci-dessous.

Les algues Gro Lab a développé une configuration de processus complet, y compris bioréacteur photo pour la culture d'algues et le traitement en aval pour obtenir l'huile d'algues.

L'organigramme affiche le processus de culture d'algues et de la production d'huile d'algues en utilisant ultrasonication. © Les algues poussent Lab

Exemples d'algues Cultivez photobioréacteurs de laboratoire sont présentés ci-dessous.
L'utilisation des panneaux LED émettant de la lumière dans la partie du spectre PAR permet d'atteindre un taux maximum de croissance des algues.
Par exemple, après l'inoculation de Chlorella Vulgaris avec la densité initiale de 0,146 g / L nous avons atteint la densité de 7,3 g / L en 7 jours.

www.algaegrowlab.com

Les algues poussent Lab fournit photobioréacteurs et de l'équipement pour la production d'huile de Alge.

Les cellules d'algues Destruction par ultrasonication

Après le stade de croissance des algues, la cellule d'algues est mûre pour le traitement de la production de pétrole. Comme la teneur en cellules est séparée de l'environnement par une structure de membranes cellulaires comprises, la méthode de rupture cellulaire est significative en ce qui concerne la libération du matériel intracellulaire complet. La membrane cellulaire confère une résistance mécanique à la cellule et préserve son intégrité. Les propriétés élastiques de la membrane cellulaire permettent aux cellules de résister aux changements rapides de la pression osmotique qui peuvent se produire dans leur environnement extérieur.
L'échographie et méthodes assistées par micro-ondes, qui sont décrits ci-dessous, d'améliorer l'extraction des micro-algues de manière significative, avec une plus grande efficacité, une réduction des temps d'extraction et de rendements accrus, ainsi que faible à modérée des coûts et une toxicité négligeable ajoutée.
Très souvent, l'extraction des produits de but à partir d'algues est plus efficace si les cellules d'algues sont détruites avant l'extraction. Mais parfois, la destruction des cellules conduit à se libérer du produit de but, et seul le processus de séparation est nécessaire pour l'obtenir (par exemple l'extraction des lipides à partir d'algues pour la production de biocarburants).
Algae grow lab intègre un système à ultrasons pour la perturbation et l'extraction des cellules dans leur configuration afin d'assurer un processus très efficace permettant une libération complète du contenu intracellulaire et ainsi des rendements plus élevés dans un temps plus court. Dans le réacteur à ultrasons, les ondes ultrasonores créent une caviature dans le milieu liquide qui contient les algues. Les bulles de cavitation se développent pendant les phases de raréfaction alternées de l'onde ultrasonore jusqu'à ce qu'elles atteignent une certaine taille, lorsqu'aucune énergie supplémentaire ne peut être adsorbée. A ce point maximum de croissance des bulles, les vides s'affaissent lors d'une phase de compression. L'effondrement des bulles crée des conditions extrêmes de différences de pression et de température, ainsi que des ondes de choc et des jets de liquide forts. Ces forces extrêmes ne détruisent pas seulement les cellules, mais elles lessivent efficacement leur contenu dans les milieux liquides (par exemple l'eau ou les solvants).
L'efficacité de la destruction par ultrasons dépend fortement de la durabilité et de l'élasticité des parois cellulaires, qui varie considérablement entre les souches d'algues individuelles. Telle est la raison pour laquelle la efficieny de la destruction des cellules est fortement influencée par les paramètres du processus de sonification: Les paramètres les plus importants sont l'amplitude, la pression, la concentration & la viscosité et la température. Ces paramètres doivent être optimisés pour chaque souche particulière d'algues pour assurer l'efficacité de traitement optimale.
Quelques exemples de perturbation des cellules et de la désintégration des différentes souches d'algues peuvent être trouvées dans les articles cités ci-dessous:

  • Dunnaliella salina et Nannochloropsis oculata: King P.M., Nowotarski K .; Joyce, E.M .; Mason, T.J. (2012): la perturbation par ultrasons des cellules d'algues. AIP Conference Proceedings; 24/05/2012, Vol. 1433 N ° 1, p. 237.
  • Nannochloropsis oculata: Jonathan R. McMillan, Ian A. Watson, Mehmood, Weaam Jaafar (2013): L'évaluation et la comparaison des méthodes de perturbation des cellules d'algues: Micro-ondes, bain-marie, mélangeur, traitement par ultrasons et laser. Énergie appliquée, Mars 2013, Vol. 103, Pages 128-134.
  • Nanochloropsis salina: Sebastian Schwede, Alexandra Kowalczyk, Mandy Gerber, Span Roland (2011): L'influence des différentes techniques de perturbation des cellules sur mono digestion de la biomasse algale. Congrès mondial de l'énergie renouvelable 2011, bioénergies Technologies, 8-12 mai 2011, la Suède.
  • Schizochytrium limacinum et Chlamydomonas reinhardtii: Jose Gerde, Mellissa Montalbot-Lomboy M, Linxing Yao, David Grewell, Tong Wang (2012): Évaluation de la perturbation des cellules microalgues par traitement par ultrasons. Bioressources Technology 2012, vol. 125, pp.175-81.
  • Crypthecodinium cohnii: Paula Mercer et E. Roberto Armenta (2011): L'évolution de l'extraction d'huile à partir de microalgues. Europeen Jornal of Science Lipid Technology 2011.
  • Scotiellopsis terrestris: S. Starke, Dr. N. Hempel, L. Dombrowski, Prof. Dr. O. Pulz: Amélioration de la rupture des cellules pour Scotiellopsis terrestris au moyen d'ultrasons et d'une enzyme de décomposition de pectine. Naturstoffchemie.
la culture d'algues dans un photobioréacteur 500L

500L photobioréacteur tubulaire avec des panneaux LED © algues poussent Lab

Les algues poussent fournitures de laboratoire photobioréacteurs dans différents modèles pour la culture d'algues.

Plat photobioréacteur équipé de panneaux LED © algues poussent Lab

Processus

Après la culture, le flux de biomasse d'algues est introduit dans le dispositif de concentration pour séparer la biomasse du milieu liquide. Le concentré est accumulé dans le réservoir de stockage. Après la séparation, les cellules doivent être rompues pour libérer l'huile et les autres matières intracellulaires. Par conséquent, la biomasse concentrée est pompée à travers un appareil à ultrasons Hielscher. La configuration de recirculation ultrasonique assure la recirculation du concentré de cellules sous la pression donnée à travers la cellule de flux Hielscher vers le réservoir d'accumulation. La recirculation dure le temps nécessaire pour détruire les cellules. Lorsque le processus de destruction est terminé, la biomasse avec les cellules détruites est pompée vers le dispositif de séparation du produit, où se produit la séparation finale du produit des débris restants.

Puissant est la méthode ultrasonication efficace pour la rupture des cellules d'algues. Le UIP1500hd de Hielscher est un homogénéisateur à ultrasons 1500 watts qui peut être facilement intégré à fullfill applications exigeantes.

l'unité de destruction de cellules d'algues avec une concentration de biomasse / dispositif de séparation et de 1,5 kW processeur à ultrasons de UIP1500hd de Hielscher. © Les algues poussent Lab

La mesure du pourcentage de cellules détruites

Pour l'évaluation de l'efficacité de la rupture des algues, les algues poussent Lab a utilisé deux méthodes différentes pour mesurer le pourcentage de cellules détruites:

  1. La première méthode d'analyse est basée sur la mesure de la chlorophylle A, B, et A + B fluorescence.
    Au cours de la centrifugation à spin lent, les cellules algales et les débris vont sédimenter au fond du récipient, mais des restes de chlorophylle flottant librement resteront dans le surnageant. En utilisant ces caractéristiques physiques de la cellule et de la chlorophylle, le pourcentage de cellules cassées peut être déterminé. Ceci est accompli en mesurant d'abord la fluorescence totale de la chlorophylle d'un échantillon. Ensuite, l'échantillon est centrifugé. Ensuite, la fluorescence de la chlorophylle du surnageant est mesurée. En prenant le pourcentage de fluorescence de la chlorophylle dans le surnageant à la fluorescence de la chlorophylle de l'échantillon total, une estimation du pourcentage de cellules cassées peut être faite. Cette forme de mesure est assez précise, mais fait l'hypothèse que le nombre de chlorophylle par cellule est uniforme. Les extractions totales de chlorophylle ont été réalisées en utilisant du méthanol.
  2. Pour la deuxième méthode d'analyse, la hémocytométrie classique a été utilisée pour mesurer la densité de cellules dans l'échantillon d'algues récoltées. La procédure est réalisée en 2 étapes:
  • Tout d'abord, la densité de cellules de l'échantillon d'algues récoltées avant le traitement par ultrasons est mesurée.
  • D'autre part, le nombre de cellules non détruites (restants) après sonification du même échantillon est mesurée.
    Sur la base des résultats de ces deux mesures, le pourcentage de cellules détruites est calculé.
L'image montre le concentré d'algues avant la rupture des cellules par l'intermédiaire de la mise sous tension ultrasons (Hielscher UIP1500hd). © Les algues poussent Lab

Fig.1: Algues Avant Destruction © Les algues poussent Lab

L'image microscopique montre le concentré d'algues après 60 minutes. sonication. 50% de la cellule d'algues sont déjà cassé.

Pic 2: perturbation Algues: rupture des cellules de 50% après 60 min. sonication. © Les algues poussent Lab

image microscopique de cellules d'algues et désintégrées dissociées par ultrasons. © Les algues poussent Lab

Pic 3: perturbation Algues: rupture des cellules 100% après 120 min. sonication. © Les algues poussent Lab

Les algues poussent Lab a développé une unité de destruction par ultrasons intégrant des équipements à ultrasons Hielscher pour la rupture des cellules (Cliquez pour agrandir!)

Tableau des flux d'algues poussent la culture d'algues et de l'unité de traitement de laboratoire. © Les algues poussent Lab

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