אצות לגדל מעבדה – מיצוי אצות אולטרא סאונד

טיפוח אצות

אצות לגדול במעבדה פותחה סדרה של photobioreactors צינורי ושטוח לגידול אצות כמו גם תהליך של הרס התא קולי מבוסס על מעבדי קולי Hielscher מצויד בתאי הזרימה.
תרשים הזרימה הכללי של התהליך הוצג למטה.

תרשים זרימה המציג את תהליך הטיפוח אצות לייצור שמן אצות באמצעות ultrasonication. © אצות לגדול Lab

דוגמאות של אצות לגדול photobioreactors Lab מוצגים להלן.
שימוש לוחות LED פולטים אור בחלק PAR של ספקטרום מאפשר להשיג שיעור לגדול מרבי של אצות.
לדוגמה, לאחר חיסון של כלורלה וולגריס עם צפיפות הראשונית של L 0.146 g / השגנו את הצפיפות של 7.3g / L ב 7 ימים.

אצות תאי הרס על ידי Ultrasonification

לאחר אצטדיון הצמיחה אצות, תא אצות בשלים לטיפול בייצור שמן. כאשר תוכן התא מופרד הסביבה הסביבתית על ידי מבנה של קרום התא המורכב, שיטת הפרעה התא משמעותי לגבי שחרורו של חומר תאיים שלם. קרום התא מספק כוח מכני לתא ולשמור על שלמותו. המאפיינים האלסטיים של קרום התא מאפשרים לתאים לעמוד בשינויים המהירים בלחץ האוסמוטי שעלולים להתרחש בסביבה החיצונית שלהם.
אולטרסאונד שני ושיטות בסיוע מיקרוגל, אשר מתוארים להלן, לשפר את המיצוי של microalgae משמעותית, עם יעילות גבוהה יותר, פעמי מיצוי מופחתות עלו תשואות, כמו גם נמוך עד בינוני עלויות ורעילים הוסיפו זניח.
לעתים קרובות החילוץ של מוצרי המטרה מאצות הוא יעיל יותר אם תאי האצות נהרסים לפני המיצוי. אבל לפעמים, הרס התא עצמו מוביל לשחרר את מוצר המטרה, ואת תהליך ההפרדה רק הוא צריך לקבל את זה (לדוגמא החילוץ של ליפידים מאצות לייצור דלק ביולוגי).
אצות לגדול מעבדה משלב מערכת קולי עבור הפרעה התא מיצוי לתוך ההתקנה שלהם כדי להבטיח תהליך יעיל מאוד השגת שחרור מוחלט של תוכן תאיים ובכך תשואות גבוהות יותר בזמן קצר יותר. בכור קולי, גלים קולי ליצור caviatation בתקשורת נוזלי המכיל את התאים אצות. הבועות cavitation לגדול במהלך שלבי ההחלפה לסירוגין של גל קולי עד שהם מגיעים לגודל מסוים, כאשר אנרגיה נוספת לא יכול להיות adsorbed. בנקודה זו מקסימום של צמיחה בועה, קריסות חללים במהלך שלב דחיסה. קריסת הבועה יוצרת תנאים קיצוניים של הפרשי לחץ וטמפרטורה, כמו גם גלי הלם ומטוסי סילון חזקים. אלה כוחות קיצוניים לא רק להרוס את התאים, אלא גם ביעילות לשטוף את תוכנם לתוך התקשורת נוזלי (למשל מים או ממיסים).
האפקטיבי של ההרס הקולי מאוד תלוי עמיד וגמישות של קירות התא, אשר משתנה באופן ניכר בין זני אצות פרט. זו הסיבה מדוע efficieny להשמדת תא מושפע מאוד על ידי הפרמטרים של תהליך sonification: הפרמטרים החשובים ביותר הם משרעת, לחץ, ריכוז & צמיגות, וטמפרטורה. פרמטרים אלו חייבים להיות מותאמים לכל זן מסוים של אצות כדי להבטיח את יעילות העיבוד האופטימלית.
להלן כמה דוגמאות של שיבוש תא התפוררות של זני אצות שונים ניתן למצוא את המאמרים המצוטטים להלן:

• סאלינה Dunnaliella ו Nannochloropsis oculata: המלך אה'צ, Nowotarski K .; ג'ויס, E.M .; מייסון, T.J. (2012): שיבוש Ultrasonic של תאי אצות. הליכי כנס AIP; 2012/05/24, Vol. 1433 גליון 1, עמ '. 237.
• Nannochloropsis oculata: יונתן ר 'מקמילן, איאן א ווטסון, Mehmood עלי, Weaam ג'עפר (2013): הערכה והשוואה של שיטות שיבוש תא אצות: מיקרוגל, waterbath, בלנדר, טיפול אולטרא לייזר. אנרגיה שימושית, במרץ 2013, Vol. 103, עמודים 128-134.
• סאלינה Nanochloropsis: סבסטיאן Schwede, אלכסנדרה Kowalczyk, מנדי גרבר, רולנד Span (2011): השפעת טכניקות שיבוש תאים שונים על עיכול מונו של ביומסה של אצות. העולם אנרגיה מתחדשת קונגרס 2011, טכנולוגיות ביואנרגיה, 8-12 במאי 2011, שוודיה.
• limacinum Schizochytrium ו Chlamydomonas reinhardtii: ז'וזה לגרדה, Mellissa Montalbo-Lomboy M, Linxing יאו, דוד Grewell, טונג וואנג (2012): הערכת שיבוש התא microalgae ידי טיפול קולי. טכנולוגית Bioresource 2012, Vol. 125, pp.175-81.
• cohnii Crypthecodinium: פאולה מרסר ורוברטו E. Armenta (2011): התפתחויות מיצוי שמן microalgae. Europeen Jornal של טכנולוגיה ומדע ליפידים, 2011.
• terrestris Scotiellopsis: ס סטארק, ד"ר נ המפל, L. דומברובסקי, פרופ 'ד"ר א Pulz: שיפור של שיבוש התא terrestris Scotiellopsis באמצעות אולטרסאונד אנזים מפורקת פקטין. Naturstoffchemie.

תהליך

לאחר הטיפוח, זרם ביומסה אצות מוזן אל מכשיר ריכוז להפריד את הביומסה מן התקשורת נוזלי. הריכוז מצטבר במיכל האחסון. לאחר ההפרדה, התאים חייבים להיות משבשים כדי לשחרר את השמן וחומר תאיים אחרים. לכן, ביומסה מרוכזת הוא שאוב באמצעות מכשיר Hielscher קולי. הגדרת recirculation קולי מבטיח את recirculation של התרכז להתרכז בלחץ נתון דרך תא זרימה Hielscher בחזרה טנק הצטברות. הסירקולציה נמשכת הזמן הנדרש להרוס תאים. כאשר תהליך ההרס הושלם, ביומסה עם התאים ההרוסים הוא שאיבה למכשיר ההפרדה המוצר, שבו ההפרדה הסופית של המוצר מן הנותרים פסולת.

יחידת להרס התא אצות עם ריכוז ביומסה / מכשיר ההפרדה UIP1500hd מעבד קולי 1.5 כ"ס של Hielscher. © אצות לגדול Lab

מדידת אחוזי תאים שנהרסו

לצורך ההערכה היעילות של שבירת האצות, אצות לגדול במעבדה המשמשת שתי מתודולוגיות שונות למדוד את אחוז התאים שנהרסו:

1. שיטת הניתוח הראשונה מתבססת על מדידת כלורופיל A, B, ו- A + B פלואורסצנטי.
   במהלך צנטריפוגה ספין איטי, תאים אצות ופסולת יהיה גלולה בחלק התחתון של הנמען, אבל מוטות של כלורופיל צף חינם יישאר supernatant. באמצעות מאפיינים פיזיים אלה של התא וכלורופיל, אחוז התאים השבורים ניתן לברר. זה נעשה על ידי מדידה תחילה את הקרינה chlorophyll הכולל של המדגם. ואז, המדגם הוא centrifuged. לאחר מכן, הקרינה chlorophyll של supernatant נמדדת. על ידי לקיחת אחוז הקרינה chlorophyll supernatant כדי הקרינה chlorophyll של המדגם הכולל, אומדן לאחוז של תאים שבורים ניתן לבצע. צורה זו של המדידה היא מדויקת למדי, אבל עושה את ההנחה כי מספר כלורופיל לכל תא הוא אחיד. סך הכל chlorophyll extractions בוצעו באמצעות מתנול.
2. עבור שיטת הניתוח השני, hemocytometry הקלאסית נעשה שימוש כדי למדוד את צפיפות התאים במדגם אצות שנקטפו. ההליך מתבצע 2 שלבים:

• ראשית, את צפיפות התאים של מדגם אצות שנקטף לפני טיפול אולטרסאונד נמדדת.
• שנית, המספר שאינו נהרסים (נותרים) תאים לאחר sonification של המדגם הזהה נמדד.
  בהתבסס על התוצאות של שתי מדידות אלה, אחוז התאים שנהרסו מחושבת.

Pic.1: אצות לפני אצות © הרס לגדול Lab

Pic 2: שיבוש אצות: שיבוש תא 50% לאחר 60 דקות. sonication. © אצות לגדול Lab

Pic 3: שיבוש אצות: שיבוש תא 100% אחרי 120 דקות. sonication. © אצות לגדול Lab