શેવાળ ગ્રો લેબ – અલ્ટ્રાસોનિક શેવાળ નિષ્કર્ષણ

શેવાળની ખેતી

શેવાળ ગ્રો લેબ એ શેવાળની ખેતી માટે નળીઓવાળું અને સપાટ ફોટોબાયોરેક્ટર્સની શ્રેણી તેમજ ફ્લો કોશિકાઓથી સજ્જ Hielscher અલ્ટ્રાસોનિક પ્રોસેસર્સ પર આધારિત સેલ અલ્ટ્રાસોનિક વિનાશની પ્રક્રિયા વિકસાવી છે.
પ્રક્રિયાનો સામાન્ય પ્રવાહ રેખાકૃતિ નીચે દર્શાવેલ છે.

ફ્લો ચાર્ટ અલ્ટ્રાસોનિકેશનનો ઉપયોગ કરીને શેવાળની ખેતી અને શેવાળ તેલ ઉત્પાદનની પ્રક્રિયા દર્શાવે છે. ©એલ્ગી ગ્રો લેબ

શેવાળ ગ્રો લેબ ફોટોબાયોરેક્ટરના ઉદાહરણો નીચે પ્રસ્તુત છે.
સ્પેક્ટ્રમના PAR ભાગમાં પ્રકાશ ઉત્સર્જિત કરતી LED પેનલ્સનો ઉપયોગ શેવાળનો મહત્તમ વૃદ્ધિ દર હાંસલ કરવાની મંજૂરી આપે છે.
ઉદાહરણ તરીકે, 0.146 g/L ની પ્રારંભિક ઘનતા સાથે Chlorella Vulgaris ના ઇનોક્યુલેશન પછી અમે 7 દિવસમાં 7.3g/L ની ઘનતા હાંસલ કરી.

અલ્ટ્રાસોનિફિકેશન દ્વારા શેવાળ કોષોનો વિનાશ

શેવાળ વૃદ્ધિ સ્ટેડિયમ પછી, શેવાળ કોષ તેલ ઉત્પાદન સારવાર માટે પાકેલા છે. કોષની સામગ્રી આજુબાજુના વાતાવરણથી બનેલી કોષ પટલની રચના દ્વારા અલગ થતી હોવાથી, કોષની વિક્ષેપ પદ્ધતિ સંપૂર્ણ અંતઃકોશિક સામગ્રીના પ્રકાશન માટે નોંધપાત્ર છે. કોષ પટલ કોષને યાંત્રિક શક્તિ પ્રદાન કરે છે અને તેની અખંડિતતા જાળવી રાખે છે. કોષ પટલના સ્થિતિસ્થાપક ગુણધર્મો કોશિકાઓને ઓસ્મોટિક દબાણમાં ઝડપી ફેરફારોનો સામનો કરવાની મંજૂરી આપે છે જે તેમના બાહ્ય વાતાવરણમાં થઈ શકે છે.
અલ્ટ્રાસાઉન્ડ અને માઇક્રોવેવ-આસિસ્ટેડ બંને પદ્ધતિઓ, જેનું નીચે વર્ણન કરવામાં આવ્યું છે, ઉચ્ચ કાર્યક્ષમતા સાથે, નિષ્કર્ષણના સમયમાં ઘટાડો અને ઉપજમાં વધારો, તેમજ ઓછાથી મધ્યમ ખર્ચ અને નજીવી વધારાની ઝેરીતા સાથે, માઇક્રોએલ્ગીના નિષ્કર્ષણમાં નોંધપાત્ર સુધારો કરે છે.
ઘણી વાર શેવાળમાંથી ધ્યેય પેદાશોનું નિષ્કર્ષણ વધુ અસરકારક હોય છે જો નિષ્કર્ષણ પહેલાં શેવાળના કોષોનો નાશ કરવામાં આવે. પરંતુ કેટલીકવાર, કોષનો વિનાશ પોતે જ ધ્યેય ઉત્પાદનને મુક્ત કરવા તરફ દોરી જાય છે, અને તેને મેળવવા માટે માત્ર અલગ કરવાની પ્રક્રિયાની જરૂર પડે છે (દા.ત. જૈવ બળતણ ઉત્પાદન માટે શેવાળમાંથી લિપિડનું નિષ્કર્ષણ).
શેવાળ વૃદ્ધિ પ્રયોગશાળા તેમના સેટઅપમાં સેલ વિક્ષેપ અને નિષ્કર્ષણ માટે એક અલ્ટ્રાસોનિક સિસ્ટમને એકીકૃત કરે છે જેથી અંતઃકોશિક સામગ્રીના સંપૂર્ણ પ્રકાશનને હાંસલ કરતી અત્યંત કાર્યક્ષમ પ્રક્રિયાને સુનિશ્ચિત કરી શકાય અને તેથી ટૂંકા સમયમાં ઉચ્ચ ઉપજ મળે. અલ્ટ્રાસોનિક રિએક્ટરમાં, અલ્ટ્રાસોનિક તરંગો પ્રવાહી માધ્યમોમાં કેવિએટેશન બનાવે છે જેમાં શેવાળ કોષો હોય છે. પોલાણ પરપોટા અલ્ટ્રાસોનિક તરંગના વૈકલ્પિક દુર્લભ તબક્કાઓ દરમિયાન ત્યાં સુધી વધે છે જ્યાં સુધી તેઓ ચોક્કસ કદ પ્રાપ્ત ન કરે, જ્યારે વધુ ઊર્જા શોષી શકાતી નથી. બબલ વૃદ્ધિના આ મહત્તમ બિંદુએ, કમ્પ્રેશન તબક્કા દરમિયાન ખાલી જગ્યાઓ તૂટી જાય છે. પરપોટાનું પતન દબાણ અને તાપમાનના તફાવત તેમજ આંચકાના તરંગો અને મજબૂત પ્રવાહી જેટની આત્યંતિક પરિસ્થિતિઓ બનાવે છે. આ આત્યંતિક બળો માત્ર કોશિકાઓનો નાશ જ નથી કરતા, પરંતુ પ્રવાહી માધ્યમો (દા.ત. પાણી અથવા દ્રાવક) માં તેમની સામગ્રીને અસરકારક રીતે ધોઈ નાખે છે.
અલ્ટ્રાસોનિક વિનાશની અસરકારકતા કોષની દિવાલોની ટકાઉપણું અને સ્થિતિસ્થાપકતા પર ખૂબ આધાર રાખે છે, જે વ્યક્તિગત શેવાળની જાતો વચ્ચે નોંધપાત્ર રીતે બદલાય છે. આ જ કારણ છે કે સેલ વિનાશની કાર્યક્ષમતા સોનિફિકેશન પ્રક્રિયાના પરિમાણો દ્વારા ખૂબ પ્રભાવિત થાય છે: સૌથી મહત્વપૂર્ણ પરિમાણો કંપનવિસ્તાર, દબાણ, સાંદ્રતા છે. & સ્નિગ્ધતા, અને તાપમાન. શ્રેષ્ઠ પ્રક્રિયા કાર્યક્ષમતા સુનિશ્ચિત કરવા માટે આ પરિમાણો શેવાળના દરેક ચોક્કસ તાણ માટે ઑપ્ટિમાઇઝ કરવા જોઈએ.
કોષ વિક્ષેપ અને વિવિધ શેવાળની જાતોના વિઘટનના કેટલાક ઉદાહરણો નીચે આપેલા લેખોમાં મળી શકે છે:

• Dunnaliella salina and Nannochloropsis oculata: King PM, Nowotarski K.; જોયસ, ઇએમ; મેસન, ટીજે (2012): શેવાળ કોશિકાઓનું અલ્ટ્રાસોનિક વિક્ષેપ. AIP કોન્ફરન્સ કાર્યવાહી; 5/24/2012, વોલ્યુમ. 1433 અંક 1, પૃષ્ઠ. 237.
• નેનોક્લોરોપ્સિસ ઓક્યુલાટા: જોનાથન આર. મેકમિલન, ઇયાન એ. વોટ્સન, મેહમૂદ અલી, વેઆમ જાફર (2013): એલ્ગલ સેલ વિક્ષેપ પદ્ધતિઓનું મૂલ્યાંકન અને સરખામણી: માઇક્રોવેવ, વોટરબાથ, બ્લેન્ડર, અલ્ટ્રાસોનિક અને લેસર સારવાર. એપ્લાઇડ એનર્જી, માર્ચ 2013, વોલ્યુમ. 103, પૃષ્ઠ 128-134.
• નેનોક્લોરોપ્સિસ સેલિના: સેબેસ્ટિયન શ્વેડે, એલેક્ઝાન્ડ્રા કોવાલ્ઝિક, મેન્ડી ગેર્બર, રોલેન્ડ સ્પાન (2011): અલગ-અલગ કોષ વિક્ષેપ તકનીકોનો પ્રભાવ શેવાળ બાયોમાસના મોનો પાચન પર. વર્લ્ડ રિન્યુએબલ એનર્જી કોંગ્રેસ 2011, બાયોએનર્જી ટેક્નોલોજી, 8-12 મે 2011, સ્વીડન.
• Schizochytrium limacinum and Chlamydomonas reinhardtii: Jose Gerde, Mellissa Montalbo-Lomboy M, Linxing Yao, David Grewell, Tong Wang (2012): અલ્ટ્રાસોનિક સારવાર દ્વારા માઇક્રોએલ્ગી સેલ વિક્ષેપનું મૂલ્યાંકન. બાયોરિસોર્સ ટેકનોલોજી 2012, વોલ્યુમ. 125, પૃષ્ઠ.175-81.
• Crypthecodinium cohnii: Paula Mercer and Roberto E. Armenta (2011): સૂક્ષ્મ શેવાળમાંથી તેલ કાઢવામાં વિકાસ. યુરોપિયન જર્નલ ઓફ લિપિડ સાયન્સ ટેકનોલોજી, 2011.
• Scotiellopsis terrestris: S. Starke, Dr. N. Hempel, L. Dombrowski, Pro. Dr. O. Pulz: અલ્ટ્રાસાઉન્ડ અને પેક્ટીન વિઘટિત એન્ઝાઇમ દ્વારા Scotiellopsis Terrestris માટે સેલ વિક્ષેપમાં સુધારો. નેચરસ્ટોફકેમી.

પ્રક્રિયા

ખેતી કર્યા પછી, બાયોમાસને પ્રવાહી માધ્યમોથી અલગ કરવા માટે એકાગ્રતા ઉપકરણને શેવાળના બાયોમાસ પ્રવાહને ખવડાવવામાં આવે છે. સંગ્રહ ટાંકીમાં ધ્યાન કેન્દ્રિત કરવામાં આવે છે. વિભાજન પછી, તેલ અને અન્ય અંતઃકોશિક સામગ્રીને છોડવા માટે કોશિકાઓ વિક્ષેપિત થવી જોઈએ. તેથી, કેન્દ્રિત બાયોમાસને Hielscher અલ્ટ્રાસોનિક ઉપકરણ દ્વારા પમ્પ કરવામાં આવે છે. અલ્ટ્રાસોનિક પુનઃપરિભ્રમણ સેટઅપ આપેલ દબાણ હેઠળ સેલ કોન્સન્ટ્રેટના પુનઃપરિભ્રમણને સુનિશ્ચિત કરે છે જે Hielscher ફ્લો સેલ દ્વારા સંચય ટાંકી પર પાછા ફરે છે. કોષોને નષ્ટ કરવા માટે જરૂરી સમય રિસર્ક્યુલેશન ચાલે છે. જ્યારે વિનાશની પ્રક્રિયા પૂર્ણ થાય છે, ત્યારે નાશ પામેલા કોષો સાથેનો બાયોમાસ ઉત્પાદન વિભાજન ઉપકરણમાં પમ્પ કરે છે, જ્યાં બાકીના ભંગારમાંથી ઉત્પાદનનું અંતિમ વિભાજન થાય છે.

બાયોમાસ એકાગ્રતા/વિભાજન ઉપકરણ અને Hielscher ના 1.5 kW અલ્ટ્રાસોનિક પ્રોસેસર UIP1500hd સાથે શેવાળ કોષ વિનાશ એકમ. ©એલ્ગી ગ્રો લેબ

નાશ પામેલા કોષોની ટકાવારીનું માપન

શેવાળના ભંગાણના કાર્યક્ષમતા મૂલ્યાંકન માટે, ALgae Grow Lab એ નાશ પામેલા કોષોની ટકાવારી માપવા માટે બે અલગ અલગ પદ્ધતિઓનો ઉપયોગ કર્યો:

1. પ્રથમ વિશ્લેષણ પદ્ધતિ હરિતદ્રવ્ય A, B અને A+B ફ્લોરોસેન્સના માપન પર આધારિત છે.
   ધીમા સ્પિન સેન્ટ્રીફ્યુગેશન દરમિયાન, શેવાળના કોષો અને કાટમાળ પ્રાપ્તકર્તાના તળિયે પેલેટ થશે, પરંતુ બાકીના ફ્રી ફ્લોટિંગ ક્લોરોફિલ હજુ પણ સુપરનેટન્ટમાં રહેશે. કોષ અને હરિતદ્રવ્યની આ ભૌતિક લાક્ષણિકતાઓનો ઉપયોગ કરીને, તૂટેલા કોષોની ટકાવારી જાણી શકાય છે. આ પ્રથમ નમૂનાના કુલ ક્લોરોફિલ ફ્લોરોસેન્સને માપવા દ્વારા પરિપૂર્ણ થાય છે. પછી, નમૂના સેન્ટ્રિફ્યુજ છે. પછીથી, સુપરનેટન્ટનું હરિતદ્રવ્ય ફ્લોરોસેન્સ માપવામાં આવે છે. કુલ નમૂનાના ક્લોરોફિલ ફ્લોરોસેન્સમાં સુપરનેટન્ટમાં ક્લોરોફિલ ફ્લોરોસેન્સની ટકાવારી લઈને, તૂટેલા કોષોની ટકાવારીનો અંદાજ લગાવી શકાય છે. માપનનું આ સ્વરૂપ એકદમ સચોટ છે, પરંતુ તે ધારણા કરે છે કે કોષ દીઠ હરિતદ્રવ્યની સંખ્યા સમાન છે. મિથેનોલનો ઉપયોગ કરીને કુલ હરિતદ્રવ્ય નિષ્કર્ષણ કરવામાં આવ્યું હતું.
2. બીજી વિશ્લેષણ પદ્ધતિ માટે, શાસ્ત્રીય હેમોસાયટોમેટ્રીનો ઉપયોગ લણણી કરાયેલ શેવાળના નમૂનામાં કોષની ઘનતા માપવા માટે કરવામાં આવ્યો છે. પ્રક્રિયા 2 પગલામાં હાથ ધરવામાં આવે છે:

• સૌપ્રથમ, અલ્ટ્રાસાઉન્ડ સારવાર દ્વારા માપવામાં આવે તે પહેલાં લણણી કરેલ શેવાળના નમૂનાની સેલ ઘનતા.
• બીજું, એ જ નમૂનાના સોનિફિકેશન પછી બિન-નષ્ટ (બાકી) કોષોની સંખ્યા માપવામાં આવે છે.
  આ બે માપના પરિણામોના આધારે, નાશ પામેલા કોષોની ટકાવારીની ગણતરી કરવામાં આવે છે.

Pic.1: વિનાશ પહેલાં શેવાળ ©Algae Grow Lab

ચિત્ર 2: શેવાળ વિક્ષેપ: 60 મિનિટ પછી 50% સેલ વિક્ષેપ. sonication ©એલ્ગી ગ્રો લેબ

ચિત્ર 3: શેવાળ વિક્ષેપ: 120 મિનિટ પછી 100% સેલ વિક્ષેપ. sonication. ©એલ્ગી ગ્રો લેબ