शैवाल ग्रो लैब – अल्ट्रासोनिक शैवाल निष्कर्षण

शैवाल की खेती

शैवाल ग्रो लैब ने शैवाल की खेती के लिए ट्यूबलर और फ्लैट फोटोबायोरिएक्टर की एक श्रृंखला विकसित की, साथ ही प्रवाह कोशिकाओं से लैस हिल्स्चर अल्ट्रासोनिक प्रोसेसर के आधार पर सेल अल्ट्रासोनिक विनाश की एक प्रक्रिया भी विकसित की।
प्रक्रिया का सामान्य प्रवाह आरेख नीचे दिखाया गया है।

प्रवाह चार्ट अल्ट्रासोनिकेशन का उपयोग करके शैवाल की खेती और अल्गल तेल उत्पादन की प्रक्रिया को प्रदर्शित करता है। ©शैवाल ग्रो लैब

शैवाल ग्रो लैब फोटोबायोरिएक्टर के उदाहरण नीचे प्रस्तुत किए गए हैं।
स्पेक्ट्रम के PAR भाग में प्रकाश उत्सर्जित करने वाले एलईडी पैनलों का उपयोग शैवाल की अधिकतम वृद्धि दर प्राप्त करने की अनुमति देता है।
उदाहरण के लिए, 0.146 g/L के प्रारंभिक घनत्व के साथ क्लोरेला वल्गरिस के टीकाकरण के बाद हमने 7.3 दिनों में 7g/L का घनत्व हासिल किया।

अल्ट्रासोनिफिकेशन द्वारा शैवाल कोशिकाओं का विनाश

शैवाल विकास स्टेडियम के बाद, शैवाल सेल तेल उत्पादन उपचार के लिए परिपक्व होते हैं। चूंकि सेल सामग्री को शामिल कोशिका झिल्ली की संरचना द्वारा आसपास के वातावरण से अलग किया जाता है, इसलिए सेल व्यवधान विधि पूर्ण इंट्रासेल्युलर सामग्री की रिहाई के संबंध में महत्वपूर्ण है। कोशिका झिल्ली कोशिका को यांत्रिक शक्ति प्रदान करती है और इसकी अखंडता को बनाए रखती है। कोशिका झिल्ली के लोचदार गुण कोशिकाओं को आसमाटिक दबाव में तेजी से बदलाव का सामना करने की अनुमति देते हैं जो उनके बाहरी परिवेश में हो सकते हैं।
अल्ट्रासाउंड और माइक्रोवेव-असिस्टेड दोनों तरीके, जिन्हें नीचे वर्णित किया गया है, उच्च दक्षता, कम निष्कर्षण समय और बढ़ी हुई पैदावार के साथ-साथ कम से मध्यम लागत और नगण्य अतिरिक्त विषाक्तता के साथ माइक्रोएल्गे के निष्कर्षण में काफी सुधार करते हैं।
बहुत बार शैवाल से लक्ष्य उत्पादों का निष्कर्षण अधिक प्रभावी होता है यदि शैवाल कोशिकाओं को निष्कर्षण से पहले नष्ट कर दिया जाता है। लेकिन कभी-कभी, सेल विनाश ही लक्ष्य उत्पाद की रिहाई की ओर जाता है, और इसे प्राप्त करने के लिए केवल पृथक्करण प्रक्रिया की आवश्यकता होती है (उदाहरण के लिए जैव ईंधन उत्पादन के लिए शैवाल से लिपिड का निष्कर्षण)।
शैवाल बढ़ने वाली प्रयोगशाला सेल व्यवधान और निष्कर्षण के लिए एक अल्ट्रासोनिक प्रणाली को उनके सेटअप में एकीकृत करती है ताकि एक अत्यधिक कुशल प्रक्रिया सुनिश्चित हो सके जो इंट्रासेल्युलर सामग्री की पूरी रिहाई प्राप्त करती है और इस तरह कम समय में उच्च पैदावार प्राप्त करती है। अल्ट्रासोनिक रिएक्टर में, अल्ट्रासोनिक तरंगें तरल मीडिया में कैविएटेशन बनाती हैं जिसमें शैवाल कोशिकाएं होती हैं। अल्ट्रासोनिक तरंग के वैकल्पिक दुर्लभता चरणों के दौरान गुहिकायन बुलबुले बढ़ते हैं जब तक कि वे निश्चित आकार प्राप्त नहीं करते हैं, जब कोई और ऊर्जा adsorbed नहीं हो सकती है। बुलबुला विकास के इस अधिकतम बिंदु पर, एक संपीड़न चरण के दौरान voids ढह जाते हैं। बुलबुला पतन दबाव और तापमान के अंतर के साथ-साथ सदमे तरंगों और मजबूत तरल जेट की चरम स्थिति बनाता है। ये चरम बल न केवल कोशिकाओं को नष्ट करते हैं, बल्कि तरल मीडिया (जैसे पानी या सॉल्वैंट्स) में अपनी सामग्री को प्रभावी ढंग से धोते हैं।
अल्ट्रासोनिक विनाश की प्रभावशीलता दृढ़ता से सेल की दीवारों के स्थायित्व और लोच पर निर्भर करती है, जो व्यक्तिगत शैवाल उपभेदों के बीच काफी भिन्न होती है। यही कारण है कि सेल विनाश की क्षमता सोनिफिकेशन प्रक्रिया के मापदंडों से अत्यधिक प्रभावित होती है: सबसे महत्वपूर्ण पैरामीटर आयाम, दबाव, एकाग्रता हैं & चिपचिपाहट, और तापमान। इष्टतम प्रसंस्करण दक्षता सुनिश्चित करने के लिए इन मापदंडों को शैवाल के हर विशेष तनाव के लिए अनुकूलित किया जाना चाहिए।
सेल व्यवधान और विभिन्न शैवाल उपभेदों के विघटन के कुछ उदाहरण नीचे उद्धृत लेखों में पाए जा सकते हैं:

• डन्नालिएला सलीना और नैनोक्लोरोप्सिस ओकुलाटा: किंग पीएम, नोवोटार्स्की के।; जॉयस, ईएम; मेसन, टीजे (2012): शैवाल कोशिकाओं का अल्ट्रासोनिक व्यवधान। एआईपी सम्मेलन की कार्यवाही; 5/24/2012, वॉल्यूम 1433 अंक 1, पी।
• नैनोक्लोरोप्सिस ओकुलाटा: जोनाथन आर. मैकमिलन, इयान ए. वाटसन, महमूद अली, वीम जाफर (2013): अल्गल सेल व्यवधान विधियों का मूल्यांकन और तुलना: माइक्रोवेव, वाटरबाथ, ब्लेंडर, अल्ट्रासोनिक और लेजर उपचार। एप्लाइड एनर्जी, मार्च 2013, वॉल्यूम।
• नैनोक्लोरोप्सिस सलीना: सेबस्टियन श्वेड, एलेक्जेंड्रा कोवाल्स्की, मैंडी गेरबर, रोलैंड स्पैन (2011): अल्गल बायोमास के मोनो पाचन पर विभिन्न सेल व्यवधान तकनीकों का प्रभाव। विश्व अक्षय ऊर्जा कांग्रेस 2011, बायोएनेर्जी टेक्नोलॉजीज, 8-12 मई 2011, स्वीडन।
• Schizochytrium limacinum और क्लैमाइडोमोनास रेनहार्डटी: जोस गेर्डे, मेलिसा मोंटाल्बो-लोम्बॉय एम, लिनक्सिंग याओ, डेविड ग्रीवेल, टोंग वांग (2012): अल्ट्रासोनिक उपचार द्वारा माइक्रोएल्गे सेल व्यवधान का मूल्यांकन। जैव संसाधन प्रौद्योगिकी 2012, वॉल्यूम 125, पीपी.175-81।
• क्रिप्टेकोडिनियम कोहनी: पाउला मर्सर और रॉबर्टो ई. आर्मेंटा (2011): सूक्ष्मजीव से तेल निष्कर्षण में विकास। लिपिड साइंस टेक्नोलॉजी के यूरोपियन जोर्नल, 2011।
• Scotiellopsis terrestris: S. Starke, Dr. N. Hempel, L. Dombrowski, Prof. Dr. O. Pulz: अल्ट्रासाउंड और एक पेक्टिन विघटित एंजाइम के माध्यम से Scotiellopsis terrestris के लिए सेल व्यवधान में सुधार। Naturstoffchemie।

प्रक्रिया

खेती के बाद, शैवाल बायोमास स्ट्रीम को तरल मीडिया से बायोमास को अलग करने के लिए एकाग्रता उपकरण को खिलाया जाता है। भंडारण टैंक में ध्यान केंद्रित किया जाता है। जुदाई के बाद, कोशिकाओं को तेल और अन्य इंट्रासेल्युलर सामग्री को छोड़ने के लिए बाधित होना चाहिए। इसलिए, केंद्रित बायोमास को एक Hielscher अल्ट्रासोनिक डिवाइस के माध्यम से पंप किया जाता है। अल्ट्रासोनिक रीसर्क्युलेशन सेटअप हिल्स्चर फ्लो सेल के माध्यम से दिए गए दबाव के तहत सेल के पुन: परिसंचरण को संचय टैंक में वापस सुनिश्चित करता है। पुनरावर्तन कोशिकाओं को नष्ट करने के लिए आवश्यक समय तक रहता है। जब विनाश प्रक्रिया पूरी हो जाती है, तो नष्ट कोशिकाओं के साथ बायोमास उत्पाद पृथक्करण उपकरण में पंप कर रहा है, जहां शेष मलबे से उत्पाद का अंतिम पृथक्करण होता है।

बायोमास एकाग्रता / पृथक्करण डिवाइस और Hielscher के 1.5 किलोवाट अल्ट्रासोनिक प्रोसेसर UIP1500hd के साथ शैवाल सेल विनाश इकाई। ©शैवाल ग्रो लैब

नष्ट कोशिकाओं के प्रतिशत का मापन

शैवाल टूटने के दक्षता मूल्यांकन के लिए, शैवाल ग्रो लैब ने नष्ट कोशिकाओं के प्रतिशत को मापने के लिए दो अलग-अलग तरीकों का उपयोग किया:

1. पहली विश्लेषण विधि क्लोरोफिल ए, बी, और ए + बी प्रतिदीप्ति के माप पर आधारित है।
   धीमी स्पिन सेंट्रीफ्यूजेशन के दौरान, अल्गल कोशिकाएं और मलबे प्राप्तकर्ता के तल पर गोली मार देंगे, लेकिन मुक्त फ्लोटिंग क्लोरोफिल के बाकी हिस्से अभी भी सतह पर तैरनेवाला में रहेंगे। कोशिका और क्लोरोफिल की इन भौतिक विशेषताओं का उपयोग करके, टूटी हुई कोशिकाओं का प्रतिशत पता लगाया जा सकता है। यह सबसे पहले एक नमूने के कुल क्लोरोफिल प्रतिदीप्ति को मापने के द्वारा पूरा किया जाता है। फिर, नमूना अपकेंद्रित्र है। बाद में, सतह पर तैरनेवाला के क्लोरोफिल प्रतिदीप्ति मापा जाता है. कुल नमूने के क्लोरोफिल प्रतिदीप्ति के लिए सतह पर तैरनेवाला में क्लोरोफिल प्रतिदीप्ति का प्रतिशत लेने से, टूटी हुई कोशिकाओं के प्रतिशत के लिए एक अनुमान बनाया जा सकता है. माप का यह रूप काफी सटीक है, लेकिन यह धारणा बनाता है कि प्रति सेल क्लोरोफिल की संख्या एक समान है। मेथनॉल का उपयोग करके कुल क्लोरोफिल निष्कर्षण किया गया था।
2. दूसरी विश्लेषण विधि के लिए, शास्त्रीय हेमोसाइटोमेट्री का उपयोग कटे हुए शैवाल के नमूने में कोशिका घनत्व को मापने के लिए किया गया है। प्रक्रिया 2 चरणों में की जाती है:

• सबसे पहले, अल्ट्रासाउंड उपचार से पहले काटे गए शैवाल के नमूने की कोशिका घनत्व को मापा जाता है।
• दूसरे, एक ही नमूने के सोनिफिकेशन के बाद गैर-नष्ट (शेष) कोशिकाओं की संख्या को मापा जाता है।
  इन दो मापों के परिणामों के आधार पर, नष्ट कोशिकाओं के प्रतिशत की गणना की जाती है।

Pic.1: विनाश ©से पहले शैवाल शैवाल बढ़ता है लैब

Pic 2: शैवाल व्यवधान: 60 मिनट sonication के बाद 50% सेल व्यवधान. ©शैवाल ग्रो लैब

Pic 3: शैवाल व्यवधान: 120 मिनट sonication के बाद 100% सेल व्यवधान. ©शैवाल ग्रो लैब