Alga Grow Lab – Ultrahangos Algásolás

Alga termesztés

Az Algae Grow Lab számos csöves és lapos fotobioreaktort dolgozott ki az algák termesztésére, valamint az ultrahangos sejtek ultrahangos megsemmisítésének folyamatát, amely áramlási sejtekkel felszerelt Hielscher ultrahangos processzorokon alapult.
Az eljárás általános folyamatábrája az alábbi.

Az áramlási diagram az algatenyésztés és az algaolaj-termelés folyamatát mutatja ultrahangos kezeléssel. © Algae Grow Lab

Az alábbiakban bemutatjuk az Alga Grow Lab fotobioreaktorokra vonatkozó példákat.
A fénysugárzó LED-ek használata a spektrum PAR részében lehetővé teszi az algák maximális növekedési ütemét.
Például a Chlorella Vulgaris 0,146 g / l kezdeti sűrűségű beoltása után 7 nap alatt 7,3 g / l sűrűséget értünk el.

Alga sejtek megsemmisítése ultrahangosítással

Az alga növekedési stadion után az alga sejt érett az olajtermelésre. Mivel a sejttartalom a szomszédos környezetből a sejtmembránok szerkezetével van elválasztva, a sejtbontási módszer jelentős a teljes intracelluláris anyag felszabadításával kapcsolatban. A sejtmembrán mechanikai szilárdságot biztosít a sejt számára és megőrzi integritását. A sejtmembrán rugalmassági tulajdonságai lehetővé teszik a sejtek számára, hogy ellenálljanak az ozmózisnyomás gyors változásainak, amelyek a külső környezetükben előfordulhatnak.
Mind az ultrahang, mind a mikrohullámmal segített eljárások, amelyeket az alábbiakban ismertetünk, jelentősen javítják a mikroalgák kinyerését, nagyobb hatékonysággal, csökkentett kitermelési idővel és megnövekedett hozammal, valamint alacsony vagy közepes költségekkel és elhanyagolható hozzáadott toxicitással.
Nagyon gyakran az algák céltermékeinek kivonása hatékonyabb, ha az alga sejteket megsemmisítik az extrahálás előtt. De néha a sejtpusztulás önmagában a céltermék felszabadulását eredményezi, és csak az elválasztási folyamat szükséges ahhoz, hogy megkapja (pl. A lipidek extrakciója az algákból a bioüzemanyag-előállításhoz).
Az alga laboratóriumi laboratóriumok integrálják az ultrahangos rendszert a sejtek megzavarása és extrakciója érdekében, hogy egy rendkívül hatékony folyamatot biztosítsanak az intracelluláris tartalom teljes kibocsátásához és ezáltal a rövidebb idő alatt magasabb hozam eléréséhez. Az ultrahangos reaktorban az ultrahangos hullámok kaviatációt hoznak létre az alga sejteket tartalmazó folyékony közegben. A kavitációs buborékok az ultrahanghullám váltakozó ritkítási fázisai alatt nőnek addig, amíg bizonyos méretűek nem érkeznek, amikor további energia nem adszorbeálódik. A buborék növekedésének ezen a pontján a tömítések összenyomódnak a tömörítési szakasz során. A buborék összeomlása a nyomás és a hőmérséklet különbségeit, valamint a lökéshullámokat és az erős folyadékfúvókat okozza. Ezek a szélsőséges erők nemcsak a sejteket pusztítják el, hanem hatékonyan mossa le tartalmukat a folyékony közegbe (pl. Víz vagy oldószerek).
Az ultrahangos pusztulás hatékonysága nagymértékben függ a sejtfal tartósságától és rugalmasságától, ami jelentősen eltér az egyes algák törzsekétől. Ez az oka annak, hogy a sejtpusztítás hatékonyságát nagymértékben befolyásolja a szonifikációs folyamat paraméterei: A legfontosabb paraméterek az amplitúdó, nyomás, koncentráció & a viszkozitást és a hőmérsékletet. Ezeknek a paramétereknek optimálisnak kell lenniük minden egyes alga törzs számára az optimális feldolgozási hatékonyság érdekében.
Néhány példa a különböző algás törzsek sejtszakadására és szétesésére az alábbiakban felsorolt ​​cikkekben található meg:

• Dunnaliella salina és Nannochloropsis oculata: PM király, Nowotarski K .; Joyce, EM; Mason, TJ (2012): Az algás sejtek ultrahangos megzavarása. AIP Konferencia-folyóirat; 24/05/2012, Kt. 1433. szám, 1. o. 237.
• Nannochloropsis oculata: Jonathan R. McMillan, Ian A. Watson, Mehmood Ali, Weaam Jaafar (2013): Az algasejt-megzavarási módszerek értékelése és összehasonlítása: Mikrohullám, vízfürdő, keverő, ultrahangos és lézeres kezelés. Applied Energy, March 2013, Vol. 103, 128-134. Oldal.
• Nanochloropsis salina: Sebastian Schwede, Alexandra Kowalczyk, Mandy Gerber, Roland Span (2011): A különböző sejtbontási technikák hatása az alga biomassza mono-emésztésére. World Renewable Energy Congress 2011, Bioenergy Technologies, 2011. május 8-12., Svédország.
• Schizochytrium limacinum és Chlamydomonas reinhardtii: Jose Gerde, Mellissa Montalbo-Lomboy M, Linxing Yao, David Grewell, Tong Wang (2012): Ultrahangos kezeléssel végzett mikroalgás sejtszakadás értékelése. Bioresource Technology 2012, Vol. 125, 175-181. Oldal.
• Crypthecodinium cohnii: Paula Mercer és Roberto E. Armenta (2011): Mikroalgák olajkivonásának fejlődése. Europeen Jornal of Lipid Science Technology, 2011.
• Scotiellopsis terrestris: S. Starke, Dr. N. Hempel, Dombrowski L., Prof. Dr. O. Pulz: A Scotiellopsis terrestris sejtkárosodásának javítása ultrahang és pektinbontott enzim segítségével. Naturstoffchemie.

Folyamat

A tenyésztés után az alga biomassza áramot betápláljuk a koncentrációs készülékbe, hogy elkülönítsük a biomasszát a folyékony közegektől. A koncentrátum a tárolótartályban halmozódik fel. Az elválasztást követően a sejteket meg kell szakítani, hogy az olajat és más intracelluláris anyagokat felszabadítsák. Ezért a koncentrált biomasszát Hielscher ultrahangos berendezésen keresztül pumpálják. Az ultrahangos recirkuláció beállítása biztosítja a sejtkoncentrátum visszaáramlását az adott nyomás alatt a Hielscher áramlási cellán keresztül az akkumulációs tartályba. A recirkuláció a sejtek elpusztításához szükséges időt tartja. Amikor a megsemmisítési folyamat befejeződik, a biomassza a megsemmisült sejtekkel szivattyúzza a termékelkülönítő készülékbe, ahol a maradék törmelékből a termék végső szétválasztása megtörténik.

Algák sejtpusztulás egység biomassza-koncentráció / elválasztó készülék és Hielscher a 1,5 kW ultrahangos processzor UIP1500hd. © algák Lab

Mérése százalékos elpusztult sejtek

A hatékonyság értékelése az algák törés, algák Lab használható két különböző módszerek mérésére százaléka elpusztult sejtek:

1. Az első vizsgálati módszer alapján a mérése a klorofill A, B, és A + B fluoreszcencia.
   A lassú spin centrifugálás során az alga sejtek és a törmelék a befogadó alján pelletál, de a szabadon lebegő klorofill maradványai továbbra is a felülúszóban maradnak. A sejt és a klorofill ezen fizikai tulajdonságainak felhasználásával meghatározható a törött sejtek százalékos aránya. Ezt elsősorban egy minta összes klorofill fluoreszcenciájának mérésével végezzük. Ezután a mintát centrifugáljuk. Ezután mérjük a felülúszó klorofill fluoreszcenciáját. A klorofill fluoreszcencia százaléka a felülúszóban a teljes minta klorofill-fluoreszcenciájához, a törött sejtek százalékos arányára becsülhető. Ez a mérési forma meglehetősen pontos, de feltételezi, hogy a klorofill mennyisége sejtenként egységes. A klorofill teljes extrakciót metanol alkalmazásával végeztük.
2. A második elemzési módszer, a klasszikus hemocytometry arra használták, hogy mérjük a sejtsűrűség a betakarított algák mintát. Az eljárást úgy hajtjuk végre, 2 lépésben:

• Először is, a sejt-sűrűség a betakarított algák mintát, mielőtt az ultrahangos kezelést mérjük.
• Másodszor, a számos nem-elpusztult (maradék) sejtek után szonifikáció az ugyanazon a mintán mérjük.
  Az eredmények alapján a két mérés, a százalékos elpusztult sejtek számítjuk.

Pic.1: Alga előtt Destruction © algák Lab

Pic 2: Algák zavarok: 50% sejtroncsoláshoz 60 perc elteltével. ultrahanggal. © algák Lab

Pic 3: Algák zavarok: 100% sejtroncsoláshoz 120 perc után. ultrahanggal. © algák Lab