Hielscher Ultrasonics
Örömmel megvitatjuk a folyamatot.
Hívjon minket: +49 3328 437-420
Írjon nekünk: info@hielscher.com

Ultrahanggal segített fermentáció bioetanol előállításához

Az ultrahanggal segített fermentáció fokozhatja a bioetanol-termelést azáltal, hogy elősegíti a komplex szénhidrátok egyszerűbb cukrokká történő lebontását, így könnyebben elérhetővé válik az élesztő etanollá alakítására. Ezzel egyidejűleg az ultrahangos kezelés javítja az élesztő sejtfal permeabilitásának hatékonyságát is, lehetővé téve a gyorsabb etanol felszabadulást és a megnövekedett általános termelést. Ezáltal az ultrahanggal segített bioetanol fermentáció magasabb konverziós arányt és fokozott hozamot eredményez.

erjedés

A fermentáció lehet aerob (= oxidatív fermentációs) vagy anaerob folyamat, amelyet biotechnológiai alkalmazásokban használnak szerves anyagok bakteriális, gombás vagy más biológiai sejtkultúrákkal vagy enzimekkel történő átalakítására. Erjesztéssel szerves vegyületek, pl. szénhidrátok oxidációjából nyerünk energiát.
A cukor az erjedés leggyakoribb szubsztrátja, amely erjedés után olyan termékekben keletkezik, mint a tejsav, laktóz, etanol és hidrogén. Alkoholos erjesztéshez, etanolhoz – különösen üzemanyagként, de alkoholtartalmú italokhoz is – erjesztéssel állítják elő. Amikor bizonyos élesztőtörzsek, mint például Sacharomyces cerevisiae Metabolizálja a cukrot, az élesztősejtek a kiindulási anyagot etanollá és szén-dioxiddá alakítják.

Az alábbi kémiai egyenletek összefoglalják az átalakítást:

A közös bioetanol-előállítás során a cukrot erjesztéssel tejsavvá, laktózzá, etanollá és hidrogénné alakítják át.

A kémiai egyenletek összefoglalják a bioetanollá történő átalakulást.

Ha a kiindulási anyag keményítő, pl. kukoricából, először a keményítőt cukorrá kell alakítani. Az üzemanyagként használt bioetanol esetében a keményítő átalakításához hidrolízis szükséges. A hidrolízist általában savas vagy enzimatikus kezeléssel, vagy a kettő kombinációjával gyorsítják fel. Az erjesztés általában 35–40 °C körül történik.
A különböző fermentációs folyamatok áttekintése:

Élelmiszer:

  • termelés & megőrzés
  • tejtermékek (tejsavas erjesztés), pl. joghurt, író, kefir
  • tejsavas erjesztett zöldségek, pl. kimchi, miso, natto, tsukemono, savanyú káposzta
  • aromás vegyületek, pl. szójaszósz kialakulása
  • cserzőanyagok, pl. tea, kakaó, kávé, dohány bomlása
  • alkoholtartalmú italok, pl. sör, bor, whisky

Gyógyszerek:

  • gyógyászati vegyületek, pl. inzulin, hialuronsav előállítása

Biogáz / etanol:

  • a biogáz/bioetanol termelés javítása

Különböző kutatási dokumentumok és tesztek asztali és kísérleti méretben kimutatták, hogy az ultrahang javítja a fermentációs folyamatot azáltal, hogy több biomasszát bocsát rendelkezésre az enzimatikus fermentációhoz. A következő részben kidolgozzuk az ultrahang hatását folyadékban.

Az ultrahangos reaktorok növelik a biodízel hozamot és a feldolgozási hatékonyságot!

A bioetanol előállítható napraforgószárból, kukoricából, cukornádból stb.

Az ultrahangos folyadékfeldolgozás hatásai

Nagy teljesítményű / alacsony frekvenciájú ultrahanggal nagy amplitúdók hozhatók létre. Ezáltal a nagy teljesítményű / alacsony frekvenciájú ultrahang felhasználható folyadékok feldolgozására, például keverésre, emulgeálásra, diszpergálásra és deagglomerációra vagy őrlésre.
A folyadékok nagy intenzitású szonikálásakor a folyékony közegbe terjedő hanghullámok váltakozó nagynyomású (kompressziós) és alacsony nyomású (ritka) ciklusokat eredményeznek, a frekvenciától függő sebességgel. Az alacsony nyomású ciklus alatt a nagy intenzitású ultrahangos hullámok kis vákuumbuborékokat vagy üregeket hoznak létre a folyadékban. Amikor a buborékok elérik azt a térfogatot, amelyen már nem képesek energiát elnyelni, hevesen összeomlanak egy nagynyomású ciklus során. Ezt a jelenséget kavitációnak nevezik. Kavitációaz “a buborékok kialakulása, növekedése és implozív összeomlása folyadékban. A kavitációs összeomlás intenzív helyi fűtést (~5000 K), magas nyomást (~1000 atm) és hatalmas fűtési és hűtési sebességet (>109 K/sec)” és folyékony sugáráramok (~400 km/h)". (Suslick 1998)

Az etanol kémiai szerkezete

Az etanol szerkezeti képlete

A kavitáció létrehozásának különböző eszközei vannak, például nagynyomású fúvókákkal, rotor-állórész keverőkkel vagy ultrahangos processzorokkal. Mindezekben a rendszerekben a bevitt energia súrlódássá, turbulenciákká, hullámokká és kavitációvá alakul át. A kavitációvá alakított bemeneti energia frakciója számos tényezőtől függ, amelyek leírják a kavitációt generáló berendezés mozgását a folyadékban. A gyorsulás intenzitása az egyik legfontosabb tényező, amely befolyásolja az energia hatékony átalakítását kavitációvá. A nagyobb gyorsulás nagyobb nyomáskülönbségeket eredményez. Ez viszont növeli a vákuumbuborékok kialakulásának valószínűségét a folyadékon keresztül terjedő hullámok létrehozása helyett. Így minél nagyobb a gyorsulás, annál nagyobb az energia kavitációvá alakuló frakciója.
Ultrahangos jelátalakító esetén az oszcilláció amplitúdója leírja a gyorsulás intenzitását. A nagyobb amplitúdók a kavitáció hatékonyabb létrehozását eredményezik. Az intenzitás mellett a folyadékot fel kell gyorsítani oly módon, hogy minimális veszteségeket hozzon létre a turbulenciák, a súrlódás és a hullámképződés szempontjából. Ehhez az optimális mód az egyoldalú mozgásirány. Az ultrahangos folyamat intenzitásának és paramétereinek megváltoztatása esetén az ultrahang nagyon kemény vagy nagyon puha lehet. Ez teszi az ultrahangot nagyon sokoldalú eszközzé különböző alkalmazásokhoz.
Compact and powerful ultrasonic lab devices allow for simple testings in small scale to evaluate process feasibility

1. kép – ultrahangos laboratóriumi eszköz UP100H (100 watt) megvalósíthatósági vizsgálatokhoz

Lágy alkalmazások, enyhe szonikálás alkalmazása enyhe körülmények között, magukban foglalják gáztalanítás, Emulgeálószerés enzimaktiválás. A nagy intenzitású / nagy teljesítményű ultrahanggal (többnyire magas nyomáson) végzett kemény alkalmazások nedves marás, deagglomeráció & részecskeméret-csökkentés, és Szétválogatása. Számos alkalmazáshoz, például Extrakció, a szétesés vagy Sonokémia, a kért ultrahangos intenzitás az ultrahanggal kezelendő anyagtól függ. Az egyes folyamatokhoz igazítható paraméterek sokféleségével az ultrahang lehetővé teszi az egyes folyamatok édes helyének megtalálását.
A kiemelkedő teljesítményátalakítás mellett az ultrahangos kezelés nagy előnye a legfontosabb paraméterek teljes ellenőrzése: amplitúdó, nyomás, hőmérséklet, viszkozitás, és koncentráció. Ez lehetőséget kínál mindezen paraméterek beállítására azzal a céllal, hogy minden egyes anyaghoz megtalálják az ideális feldolgozási paramétereket. Ez nagyobb hatékonyságot és optimalizált hatékonyságot eredményez.

Ultrahang a fermentációs folyamatok javítására, példaként magyarázva a bioetanol előállításával

A bioetanol biomassza vagy hulladék biológiailag lebomló anyagának anaerob vagy aerob baktériumok általi bomlásából származó termék. Az előállított etanolt főként bioüzemanyagként használják. Ez teszi a bioetanolt megújuló és környezetbarát alternatívává a fosszilis tüzelőanyagok, például a földgáz számára.
A biomasszából származó etanol előállításához cukor, keményítő és lignocellulóz anyag használható alapanyagként. Az ipari termelés méretében jelenleg a cukor és a keményítő dominál, mivel gazdaságilag kedvezőek.
Az, hogy az ultrahang hogyan javítja az ügyfél egyedi folyamatát egy adott alapanyaggal adott körülmények között, nagyon egyszerűen kipróbálható megvalósíthatósági tesztekkel. Első lépésben egy kis mennyiségű nyersanyag-szuszpenzió ultrahangos ultrahangos kezelése laboratóriumi eszköz megmutatja, hogy az ultrahang befolyásolja-e az alapanyagot.

megvalósíthatósági vizsgálat

Az első vizsgálati fázisban alkalmas viszonylag nagy mennyiségű ultrahangos energiát bevezetni kis mennyiségű folyadékba, mivel ezáltal növekszik az esélye, hogy megnézzük, lehet-e eredményeket elérni. A kis mintamennyiség lerövidíti a laboratóriumi eszköz használatának idejét, és csökkenti az első tesztek költségeit.
Az ultrahanghullámokat a sonotrode felülete továbbítja a folyadékba. A sonotrode felület alatt az ultrahang intenzitása a legintenzívebb. Ezáltal előnyösek a sonotrode és az ultrahangos anyag közötti rövid távolságok. Ha kis folyadékmennyiség van kitéve, a sonotrode-tól való távolság rövid lehet.
Az alábbi táblázat az optimalizálás utáni ultrahangos folyamatok tipikus energia / térfogatszintjét mutatja. Mivel az első vizsgálatok nem optimális konfigurációban fognak futni, az ultrahangos intenzitás és az idő a tipikus érték 10-50-szeresével megmutatja, hogy van-e hatása az ultrahangos anyagnak vagy sem.

Folyamat

Energia/

térfogat

Minta térfogata

Hatalom

Idő

egyszerű

< 100Ws/ml

10 ml

50W

< 20 másodperc

Közepes

100Ws/ml-től 500Ws/ml-ig

10 ml

50W

20–100 másodperc

Kemény

> 500Ws/ml

10 ml

50W

>100 másodperc

1. táblázat – Tipikus szonikációs értékek a folyamat optimalizálása után

A próbamenetek tényleges felvett teljesítménye integrált adatrögzítéssel rögzíthető (UP200Ht és UP200St), PC-interfész vagy teljesítménymérővel. Az amplitúdó beállítására és a hőmérsékletre vonatkozó rögzített adatokkal kombinálva az egyes kísérletek eredményei értékelhetők, és megállapítható az energia/térfogat alsó sora.
Ha a tesztek során optimális konfigurációt választottak, ez a konfigurációs teljesítmény egy optimalizálási lépés során ellenőrizhető, és végül kereskedelmi szintre skálázható. Az optimalizálás megkönnyítése érdekében erősen ajánlott megvizsgálni az szonikálás határait, pl. hőmérséklet, amplitúdó vagy energia / térfogat bizonyos készítmények esetében is. Mivel az ultrahang negatív hatásokat okozhat a sejtekre, vegyi anyagokra vagy részecskékre, meg kell vizsgálni az egyes paraméterek kritikus szintjeit annak érdekében, hogy a következő optimalizálást arra a paramétertartományra korlátozzák, ahol a negatív hatások nem figyelhetők meg. A megvalósíthatósági tanulmányhoz kis laboratóriumi vagy asztali egységek ajánlottak az ilyen kísérletek során a berendezések és minták költségeinek korlátozására. Általában a 100-1000 wattos egységek nagyon jól szolgálják a megvalósíthatósági tanulmány céljait. (vö. Hielscher 2005)

Ultrasonic processes are easy to optimize and to scale up. This turns ultrasonication into an highly potential processing alternative to high pressure homogenizers, pearl and bead mills or three-roll mills.

1. táblázat – Tipikus szonikációs értékek a folyamat optimalizálása után

optimalizálás

A megvalósíthatósági tanulmányok során elért eredmények meglehetősen magas energiafogyasztást mutathatnak a kezelt kis mennyiséghez képest. A megvalósíthatósági vizsgálat célja azonban elsősorban az ultrahang hatásának bemutatása az anyagra. Ha a megvalósíthatósági vizsgálat során pozitív hatások jelentkeztek, további erőfeszítéseket kell tenni az energia/térfogat arány optimalizálására. Ez azt jelenti, hogy feltárjuk az ultrahang paraméterek ideális konfigurációját a legmagasabb hozam elérése érdekében, a lehető legkevesebb energia felhasználásával, hogy a folyamat gazdaságilag a legmegfelelőbb és leghatékonyabb legyen. Az optimális paraméterkonfiguráció megkeresése – A kívánt előnyök elérése minimális energiaráfordítással – a legfontosabb paraméterek közötti korreláció amplitúdó, nyomás, hőmérséklet és cseppfolyós Az összetételt meg kell vizsgálni. Ebben a második lépésben ajánlott a váltás a kötegelt szonikálásról a folyamatos szonikálási beállításra áramlási cellás reaktorral, mivel a nyomás fontos paramétere nem befolyásolható a kötegelt szonikáláshoz. A tételben végzett szonikálás során a nyomás a környezeti nyomásra korlátozódik. Ha az ultrahangos folyamat nyomás alatt álló áramlási cellás kamrán halad át, a nyomás növelhető (vagy csökkenthető), ami általában befolyásolja az ultrahangot Kavitáció drasztikusan. Az áramlási cella használatával meghatározható a nyomás és a folyamathatékonyság közötti korreláció. Ultrahangos processzorok között 500 watt és 2000 watt a teljesítmény a legalkalmasabb a folyamat optimalizálására.

Fully controllable ultrasonic equipment allows for process optimization and completely linear scale-up

2. kép – Folyamatábra az ultrahangos folyamat optimalizálásához

Méretnövelés a kereskedelmi termelésig

Ha megtalálta az optimális konfigurációt, a további skálázás egyszerű, mint az ultrahangos folyamatok teljes mértékben reprodukálható lineáris skálán. Ez azt jelenti, hogy ha az ultrahangot azonos folyadékkészítményre alkalmazzák azonos feldolgozási paraméterkonfiguráció mellett, akkor térfogatonként azonos energiára van szükség ahhoz, hogy azonos eredményt kapjunk, függetlenül a feldolgozás mértékétől. (Hielscher 2005). Ez lehetővé teszi az ultrahang optimális paraméterkonfigurációjának megvalósítását a teljes gyártási méretre. Gyakorlatilag az ultrahanggal feldolgozható kötet korlátlan. Kereskedelmi ultrahangos rendszerek akár 16 000 watt egységenként rendelkezésre állnak, és fürtökbe telepíthetők. Az ultrahangos processzorok ilyen klaszterei párhuzamosan vagy sorosan telepíthetők. A nagy teljesítményű ultrahangos processzorok klaszterenkénti telepítésével a teljes teljesítmény szinte korlátlan, így a nagy mennyiségű adatfolyamok problémamentesen feldolgozhatók. Továbbá, ha szükség van az ultrahangos rendszer adaptálására, pl. a paraméterek módosított folyékony készítményhez való beállításához, ez többnyire a sonotrode, booster vagy áramlási cella megváltoztatásával történhet. Az ultrahang lineáris méretezhetősége, reprodukálhatósága és alkalmazkodóképessége hatékonnyá és költséghatékonnyá teszi ezt az innovatív technológiát.

16kW ultrasonic machine for industrial processing of large volume streams, e.g. biodiesel, bioethanol, nano particle processing and manifold other applications.

3. kép – Ipari ultrahangos processzor UIP16000 16 000 watt teljesítménnyel

Az ultrahangos feldolgozás paraméterei

Az ultrahangos folyadékfeldolgozást számos paraméter írja le. A legfontosabbak az amplitúdó, a nyomás, a hőmérséklet, a viszkozitás és a koncentráció. A folyamat eredménye, például a részecskeméret, egy adott paraméterkonfiguráció esetében a feldolgozott térfogatra jutó energia függvénye. A funkció az egyes paraméterek változásával változik. Továbbá, az ultrahangos egység szonotródjának felületenkénti tényleges teljesítménye a paraméterektől függ. A sonotrode felületére jutó teljesítmény a felületi intenzitás (I). A felületi intenzitás függ az amplitúdótól (A), a nyomástól (p), a reaktor térfogatától (VR), a hőmérséklettől (T), a viszkozitástól (η) és másoktól.

Az ultrahangos feldolgozás legfontosabb paraméterei közé tartozik az amplitúdó (A), a nyomás (p), a reaktor térfogata (VR), a hőmérséklet (T) és a viszkozitás (η).

Az ultrahangos feldolgozás kavitációs hatása a felületi intenzitástól függ, amelyet amplitúdó (A), nyomás (p), reaktortérfogat (VR), hőmérséklet (T), viszkozitás (η) és mások írnak le. A plusz és mínusz jelek az adott paraméter pozitív vagy negatív hatását jelzik az ultrahangos intenzitásra.

A generált kavitáció hatása a felület intenzitásától függ. Ugyanígy a folyamat eredménye korrelál. Az ultrahangos egység teljes teljesítménye a felületi intenzitás (I) és a felület (S) szorzata:

p [w] én [w / Mm²]* s[Mm²]

amplitúdó

Az oszcilláció amplitúdója leírja azt a módot (pl. 50 μm), ahogyan a sonotrode felület egy adott idő alatt halad (pl. 1/20 000s 20 kHz-en). Minél nagyobb az amplitúdó, annál nagyobb az a sebesség, amellyel a nyomás csökken és növekszik minden löketnél. Ezenkívül az egyes löketek térfogat-elmozdulása növekszik, ami nagyobb kavitációs térfogatot eredményez (buborékméret és/vagy szám). Diszperziókra alkalmazva a nagyobb amplitúdók nagyobb destruktivitást mutatnak a szilárd részecskékkel szemben. Az 1. táblázat néhány ultrahangos folyamat általános értékeit mutatja.

The ultrasound amplitude is an important process parameter.

2. táblázat – Általános ajánlások az amplitúdókra

nyomás

A folyadék forráspontja a nyomástól függ. Minél nagyobb a nyomás, annál nagyobb a forráspont, és fordítva. A megnövekedett nyomás lehetővé teszi a kavitációt a forráspont közelében vagy felett. Növeli az implózió intenzitását is, ami a statikus nyomás és a buborékon belüli gőznyomás közötti különbséggel függ össze (vö. Vercet et al. 1999). Mivel az ultrahangos teljesítmény és intenzitás gyorsan változik a nyomás változásával, előnyös az állandó nyomású szivattyú. Amikor folyadékkal látják el az áramlási cellát, a szivattyúnak képesnek kell lennie arra, hogy megfelelő nyomáson kezelje az adott folyadékáramot. Membrán- vagy membránszivattyúk; flexibilis csöves, tömlős vagy sajtolószivattyúk; perisztaltikus szivattyúk; Vagy a dugattyús vagy dugattyús szivattyú váltakozó nyomásingadozásokat hoz létre. Előnyösek a centrifugálszivattyúk, a fogaskerék-szivattyúk, a spirálszivattyúk és a progresszív üregszivattyúk, amelyek folyamatosan stabil nyomáson biztosítják az ultrahangos folyadékot. (Hielscher 2005)

hőmérséklet

A folyadék szonikálásával a teljesítményt a közegbe továbbítják. Mivel az ultrahanggal generált oszcilláció turbulenciákat és súrlódást okoz, az ultrahangos folyadék - a termodinamika törvényének megfelelően – felmelegszik. A feldolgozott közeg magas hőmérséklete romboló hatású lehet az anyagra és csökkentheti az ultrahangos kavitáció hatékonyságát. Az innovatív ultrahangos áramlási cellák hűtőköpennyel vannak felszerelve (lásd a képet). Ezzel az anyag hőmérsékletének pontos szabályozása az ultrahangos feldolgozás során adott. A kisebb térfogatú főzőpohár szonikálásához jégfürdő ajánlott a hőelvezetéshez.

Picture 3 – Ultrasonic transducer UIP1000hd (1000 watts) with flow cell equipped with cooling jacket – typical equipment for optimization steps or small scale production

3. kép – Ultrahangos jelátalakító UIP1000hd (1000 watt) hűtőköpennyel felszerelt áramlási cellával – tipikus berendezés optimalizálási lépésekhez vagy kis léptékű gyártáshoz

Viszkozitás és koncentráció

Ultrahangos őrlés és Szétválogatása folyékony folyamatok. A részecskéknek szuszpenzióban kell lenniük, pl. vízben, olajban, oldószerekben vagy gyantákban. Az ultrahangos átfolyó rendszerek használatával lehetővé válik a nagyon viszkózus, pépes anyag szonikálása.
A nagy teljesítményű ultrahangos processzor meglehetősen magas szilárdanyag-koncentrációban futtatható. A magas koncentráció biztosítja az ultrahangos feldolgozás hatékonyságát, mivel az ultrahangos marási hatást a részecskék közötti ütközés okozza. A vizsgálatok kimutatták, hogy a szilícium-dioxid törési sebessége független a szilárd koncentrációtól 50 tömegszázalékig. A mesterkeverékek feldolgozása erősen koncentrált anyag arányával gyakori gyártási eljárás ultrahangos kezeléssel.

Teljesítmény és intenzitás vs. energia

A felületi intenzitás és a teljes teljesítmény csak a feldolgozás intenzitását írja le. Az ultrahangos minta térfogatát és az expozíció idejét bizonyos intenzitással figyelembe kell venni egy szonikációs folyamat leírására annak érdekében, hogy skálázható és reprodukálható legyen. Egy adott paraméterkonfiguráció esetében a folyamat eredménye, pl. a részecskeméret vagy a kémiai átalakulás, a térfogatra jutó energiától (E/V) függ.

Eredmény = F (E /V )

Ahol az energia (E) a kimenő teljesítmény (P) és az expozíció idejének (t) szorzata.

E[Ws] = p[w]*t[s]

A paraméterkonfiguráció változásai megváltoztatják az eredményfüggvényt. Ez viszont megváltoztatja az adott mintaértékhez (V) szükséges energiamennyiséget (E) egy adott eredményérték eléréséhez. Ezért nem elegendő az ultrahang bizonyos erejének alkalmazása egy folyamathoz az eredmény eléréséhez. Kifinomultabb megközelítésre van szükség a szükséges teljesítmény és a paraméterkonfiguráció meghatározásához, amelyen a teljesítményt a folyamatanyagba kell helyezni. (Hielscher 2005)

Bioetanol ultrahanggal segített előállítása

Már ismert, hogy az ultrahang javítja a bioetanol termelést. Javasoljuk, hogy a folyadékot biomasszával sűrítse egy nagyon viszkozitású szuszpenzióvá, amely még szivattyúzható. Az ultrahangos reaktorok meglehetősen magas szilárd koncentrációkat képesek kezelni, így az ultrahangos folyamat a leghatékonyabban futtatható. Minél több anyag van a szuszpenzióban, annál kevesebb hordozófolyadékkal kezeljük, amely nem profitál az ultrahangos folyamatból. Mivel az energia folyadékba történő bevitele a folyadék termodinamikai törvénye szerint melegíti a folyadékot, ez azt jelenti, hogy az ultrahangos energiát a célanyagra alkalmazzák, amennyire csak lehetséges. Egy ilyen hatékony folyamattervezéssel elkerülhető a felesleges hordozófolyadék pazarló melegítése.
Az ultrahang segíti a Extrakció intracelluláris anyagból, és ezáltal elérhetővé teszi azt az enzimatikus fermentáció számára. Az enyhe ultrahangkezelés fokozhatja az enzimatikus aktivitást, de a biomassza extrakcióhoz intenzívebb ultrahangra lesz szükség. Ezért az enzimeket hozzá kell adni a biomassza szuszpenzióhoz az ultrahangos kezelés után, mivel az intenzív ultrahang inaktiválja az enzimeket, ami nem kívánt hatás.

A tudományos kutatás jelenlegi eredményei:

Yoswathana et al. (2010) tanulmányai a rizsszalmából származó bioetanol előállításával kapcsolatban kimutatták, hogy a savas előkezelés és az enzimatikus kezelés előtti ultrahang kombinációja akár 44% -kal is növelheti a cukorhozamot (rizsszalma alapon). Ez mutatja a fizikai és kémiai előkezelés kombinációjának hatékonyságát a lignocellulóz anyag cukorrá történő enzimatikus hidrolízise előtt.

A 2. ábra grafikusan szemlélteti az ultrahangos besugárzás pozitív hatásait a rizsszalmából származó bioetanol előállítása során. (Faszenet használtak az előkezelt minták méregtelenítésére savas / enzim előkezelésből és ultrahangos előkezelésből.)

Az ultrahangos segített fermentáció jelentősen magasabb etanolhozamot eredményez. A bioetanolt rizsszalmából állították elő.

2. ábra – Az etanol hozamának ultrahangos növelése az erjesztés során (Yoswathana et al. 2010)

Egy másik közelmúltbeli vizsgálatban megvizsgálták az ultrahangos kezelés hatását az extracelluláris és intracelluláris szintekre β-galaktozidáz enzim. Sulaiman et al. (2011) jelentősen javíthatja a bioetanol-termelés termelékenységét, ultrahangot használva szabályozott hőmérsékleten, stimulálva a Kluyveromyces marxianus (ATCC 46537) élesztőnövekedését. A tanulmány szerzői folytatják, hogy az időszakos ultrahangos ultrahangos kezelés (20 kHz) ≤20% -os munkaciklusokban stimulálta a biomassza-termelést, a laktóz-anyagcserét és az etanoltermelést K. marxianusban, viszonylag magas, 11,8 Wcm-os szonikációs intenzitással2. A legjobb körülmények között az ultrahangos kezelés közel 3,5-szeresére növelte a végső etanol-koncentrációt a kontrollhoz képest. Ez megfelelt az etanol termelékenységének 3,5-szeres javulásának, de szonikálással 952 W további teljesítményfelvételt igényelt köbméterenként. Ez a többletigény az energia iránt minden bizonnyal a bioreaktorok elfogadható működési normáin belül volt, és a nagy értékű termékek esetében könnyen kompenzálható volt a megnövekedett termelékenységgel.

Következtetés: Az ultrahanggal segített fermentáció előnyei

Az ultrahangos kezelés hatékony és innovatív technikának bizonyult a bioetanol hozamának növelésére. Az ultrahangot elsősorban az intracelluláris anyagok biomasszából, például kukoricából, szójababból, szalmából, lignocellulózos anyagból vagy növényi hulladékanyagokból történő kivonására használják.

  • A bioetanol-hozam növekedése
  • Disinteráció/sejtpusztulás és intracelluláris anyag felszabadulása
  • Jobb anaerob bomlás
  • Az enzimek aktiválása enyhe szonikálással
  • A folyamat hatékonyságának javítása nagy koncentrációjú hígtrágyákkal

Az egyszerű tesztelés, reprodukálható méretnövelés és könnyű telepítés (a már meglévő termelési folyamatokban is) teszi az ultrahangot nyereséges és hatékony technológiává. Megbízható ipari ultrahangos processzorok állnak rendelkezésre a kereskedelmi feldolgozáshoz, és lehetővé teszik gyakorlatilag korlátlan folyadékmennyiségek szonikálását.

UIP1000hd Bench-Top Ultrasonic Homogenizer

Picure 4 – Beállítás 1000W ultrahangos processzorral UIP1000hd, áramlási cella, tartály és szivattyú

Kapcsolat! / Kérdezzen tőlünk!

További információ kérése

Kérjük, használja az alábbi űrlapot, hogy további információkat kérjen az ultrahangos processzorokról, az ultrahanggal segített bioetanol fermentációról és az árról. Örömmel megvitatjuk Önnel a bioetanol gyártási folyamatát, és felajánlunk Önnek egy szonikátort, amely javítja a folyamatot!









Kérjük, vegye figyelembe a Adatvédelem.




Irodalom/Hivatkozások


Örömmel megvitatjuk a folyamatot.

Let's get in contact.