Algae Grow Lab – Ուլտրաձայնային ջրիմուռների արդյունահանում

ջրիմուռների մշակում

Algae Grow Lab-ը մշակել է խողովակային և հարթ ֆոտոբիոռեակտորների մի շարք ջրիմուռների աճեցման համար, ինչպես նաև բջիջների ուլտրաձայնային ոչնչացման գործընթաց, որը հիմնված է հոսքային բջիջներով հագեցած Hielscher ուլտրաձայնային պրոցեսորների վրա:
Գործընթացի ընդհանուր հոսքի դիագրամը ներկայացված է ստորև:

Հոսքի աղյուսակը ցույց է տալիս ջրիմուռների մշակման և ջրիմուռների յուղի արտադրության գործընթացը՝ օգտագործելով ուլտրաձայնային եղանակը: ©Algae Grow Lab

Algae Grow Lab ֆոտոբիոռեակտորների օրինակները ներկայացված են ստորև:
Լույս արձակող LED վահանակների օգտագործումը սպեկտրի PAR մասում թույլ է տալիս հասնել ջրիմուռների աճի առավելագույն արագության:
Օրինակ, Chlorella Vulgaris-ի 0,146 գ/լ սկզբնական խտությամբ պատվաստումից հետո 7 օրվա ընթացքում մենք հասանք 7,3 գ/լ խտության:

Ջրիմուռների բջիջների ոչնչացում ուլտրաձայնային եղանակով

Ջրիմուռների աճի մարզադաշտից հետո ջրիմուռների բջիջը հասունացել է նավթի արտադրության բուժման համար: Քանի որ բջջի պարունակությունը բաժանված է շրջակա միջավայրից կազմված բջջային թաղանթների կառուցվածքով, բջիջների խզման մեթոդը նշանակալի է ամբողջական ներբջջային նյութի արտազատման առումով: Բջջային թաղանթն ապահովում է բջջի մեխանիկական ուժ և պահպանում է դրա ամբողջականությունը: Բջջային թաղանթի առաձգական հատկությունները թույլ են տալիս բջիջներին դիմակայել օսմոտիկ ճնշման արագ փոփոխություններին, որոնք կարող են առաջանալ իրենց արտաքին միջավայրում:
Ե՛վ ուլտրաձայնային, և՛ միկրոալիքային օգնության մեթոդները, որոնք նկարագրված են ստորև, զգալիորեն բարելավում են միկրոջրիմուռների արդյունահանումը, ավելի բարձր արդյունավետությամբ, արդյունահանման ժամանակի կրճատմամբ և բերքատվության բարձրացմամբ, ինչպես նաև ցածրից միջին ծախսերով և աննշան ավելացված թունավորությամբ:
Շատ հաճախ նպատակային արտադրանքի արդյունահանումը ջրիմուռներից ավելի արդյունավետ է լինում, եթե ջրիմուռների բջիջները ոչնչացվում են արդյունահանումից առաջ: Բայց երբեմն բջիջների ոչնչացումն ինքնին հանգեցնում է նպատակային արտադրանքի արտազատմանը, և այն ստանալու համար անհրաժեշտ է միայն տարանջատման գործընթացը (օրինակ՝ ջրիմուռներից լիպիդների արդյունահանում կենսավառելիքի արտադրության համար):
Ջրիմուռների աճեցման լաբորատորիան ինտեգրում է ուլտրաձայնային համակարգ՝ բջիջների կազմալուծման և արդյունահանման համար, որպեսզի ապահովի բարձր արդյունավետ գործընթաց՝ հասնելով ներբջջային բովանդակության ամբողջական թողարկման և դրանով իսկ ավելի կարճ ժամանակում ավելի բարձր բերքատվության: Ուլտրաձայնային ռեակտորում ուլտրաձայնային ալիքները ստեղծում են կավիացիա հեղուկ միջավայրում, որը պարունակում է ջրիմուռների բջիջներ: Կավիտացիայի փուչիկները աճում են ուլտրաձայնային ալիքի փոփոխվող հազվագյուտ փուլերի ընթացքում մինչև որոշակի չափի հասնելը, երբ այլ էներգիա չի կարող կլանվել: Պղպջակների աճի այս առավելագույն կետում բացերը փլուզվում են սեղմման փուլում: Պղպջակների փլուզումը ստեղծում է ճնշման և ջերմաստիճանի տարբերության ծայրահեղ պայմաններ, ինչպես նաև հարվածային ալիքներ և ուժեղ հեղուկ շիթեր: Այս ծայրահեղ ուժերը ոչ միայն ոչնչացնում են բջիջները, այլ նաև արդյունավետորեն լվանում են դրանց պարունակությունը հեղուկ միջավայրի մեջ (օրինակ՝ ջուր կամ լուծիչներ):
Ուլտրաձայնային ոչնչացման արդյունավետությունը մեծապես կախված է բջջային պատերի ամրությունից և առաձգականությունից, որոնք զգալիորեն տարբերվում են ջրիմուռների առանձին շտամների միջև: Դա է պատճառը, որ բջիջների քայքայման արդյունավետության վրա մեծապես ազդում են ձայնային գործընթացի պարամետրերը. Ամենակարևոր պարամետրերն են ամպլիտուդությունը, ճնշումը, կոնցենտրացիան: & մածուցիկություն և ջերմաստիճան: Այս պարամետրերը պետք է օպտիմիզացված լինեն ջրիմուռների յուրաքանչյուր կոնկրետ շտամի համար՝ ապահովելու մշակման օպտիմալ արդյունավետությունը:
Բջիջների խզման և ջրիմուռների տարբեր շտամների քայքայման որոշ օրինակներ կարելի է գտնել ստորև բերված հոդվածներում.

• Dunnaliella salina և Nannochloropsis oculata. King PM, Nowotarski K.; Ջոյս, Է.Մ. Mason, TJ (2012): Ջրիմուռների բջիջների ուլտրաձայնային խանգարում: AIP կոնֆերանսի նյութեր; 24.5.2012, հատ. 1433 Թողարկում 1, էջ. 237։
• Nannochloropsis oculata. Jonathan R. McMillan, Ian A. Watson, Mehmood Ali, Weaam Jaafar (2013): Գնահատում և համեմատում ջրիմուռների բջիջների խանգարման մեթոդները. միկրոալիքային վառարան, ջրային բաղնիք, բլենդեր, ուլտրաձայնային և լազերային բուժում: Կիրառական էներգիա, մարտ 2013, հատ. 103, էջ 128–134։
• Nanochloropsis salina. Sebastian Schwede, Alexandra Kowalczyk, Mandy Gerber, Roland Span (2011). Բջջային խանգարման տարբեր մեթոդների ազդեցությունը ջրիմուռների կենսազանգվածի մոնո-մարսման վրա: Վերականգնվող էներգիայի համաշխարհային կոնգրես 2011, Bioenergy Technologies, 8-12 մայիսի 2011, Շվեդիա:
• Schizochytrium limacinum և Chlamydomonas reinhardtii. Jose Gerde, Mellissa Montalbo-Lomboy M, Linxing Yao, David Grewell, Tong Wang (2012). Միկրո ջրիմուռների բջիջների խանգարման գնահատում ուլտրաձայնային բուժման միջոցով Bioresource Technology 2012, Vol. 125, էջ 175-81։
• Crypthecodinium cohnii. Paula Mercer և Roberto E. Armenta (2011). Նավթի արդյունահանման զարգացումներ միկրոջրիմուռներից: Լիպիդային գիտության տեխնոլոգիայի եվրոպական ամսագիր, 2011 թ.
• Scotiellopsis terrestris. S. Starke, Dr. N. Hempel, L. Dombrowski, Prof. Dr. O. Pulz. Scotiellopsis terrestris-ի բջիջների խանգարման բարելավում ուլտրաձայնի և պեկտինի քայքայված ֆերմենտի միջոցով: Naturstoffchemie.

գործընթաց

Մշակումից հետո ջրիմուռների կենսազանգվածի հոսքը սնվում է կոնցենտրացիայի սարքին՝ կենսազանգվածը հեղուկ միջավայրից առանձնացնելու համար: Խտանյութը կուտակվում է պահեստավորման բաքում։ Բաժանումից հետո բջիջները պետք է խաթարվեն՝ յուղը և այլ ներբջջային նյութը ազատելու համար։ Հետեւաբար, կենտրոնացված կենսազանգվածը մղվում է Hielscher ուլտրաձայնային սարքի միջոցով: Ուլտրաձայնային շրջանառության կարգավորումն ապահովում է բջիջների խտանյութի վերաշրջանառությունը տվյալ ճնշման տակ Hielscher հոսքի բջիջի միջոցով դեպի կուտակման բաք: Վերաշրջանառությունը տևում է բջիջների ոչնչացման համար անհրաժեշտ ժամանակը: Երբ ոչնչացման գործընթացն ավարտվում է, ոչնչացված բջիջներով կենսազանգվածը մղվում է արտադրանքի տարանջատման սարք, որտեղ տեղի է ունենում արտադրանքի վերջնական բաժանումը մնացած բեկորներից:

Ջրիմուռների բջիջների ոչնչացման միավոր՝ կենսազանգվածի կոնցենտրացիայի/տարանջատման սարքով և Hielscher's 1,5 կՎտ հզորությամբ ուլտրաձայնային պրոցեսոր UIP1500hd: ©Algae Grow Lab

Ոչնչացված բջիջների տոկոսի չափում

Ջրիմուռների կոտրվածքի արդյունավետության գնահատման համար ALgae Grow Lab-ը օգտագործել է երկու տարբեր մեթոդոլոգիա՝ ոչնչացված բջիջների տոկոսը չափելու համար.

1. Անալիզի առաջին մեթոդը հիմնված է քլորոֆիլ A, B և A+B ֆլուորեսցենցիայի չափման վրա:
   Դանդաղ պտտվող ցենտրիֆուգացման ժամանակ ջրիմուռների բջիջները և բեկորները կկուլվեն ստացողի ներքևի մասում, բայց ազատ լողացող քլորոֆիլի մնացորդները դեռևս կմնան վերին հեղուկում: Օգտագործելով բջջի և քլորոֆիլի այս ֆիզիկական բնութագրերը՝ կարելի է պարզել կոտրված բջիջների տոկոսը։ Սա կատարվում է նախ՝ չափելով նմուշի ընդհանուր քլորոֆիլային ֆլուորեսցենտությունը: Այնուհետև նմուշը ցենտրիֆուգվում է: Այնուհետև չափվում է վերին նյութի քլորոֆիլային ֆլուորեսցենտությունը: Վերցնող նյութում քլորոֆիլի ֆլուորեսցենցիայի տոկոսը վերցնելով ընդհանուր նմուշի քլորոֆիլային ֆլուորեսցենտին, կարելի է գնահատել կոտրված բջիջների տոկոսը: Չափման այս ձևը բավականին ճշգրիտ է, բայց ենթադրում է, որ մեկ բջջի քլորոֆիլի քանակը միատեսակ է: Ընդհանուր քլորոֆիլի արդյունահանումը կատարվել է մեթանոլի միջոցով:
2. Վերլուծության երկրորդ մեթոդի համար դասական հեմոցիտոմետրիան օգտագործվել է հավաքված ջրիմուռների նմուշում բջիջների խտությունը չափելու համար: Գործընթացն իրականացվում է 2 քայլով.

• Նախևառաջ չափվում է հավաքված ջրիմուռի նմուշի բջիջների խտությունը մինչև ուլտրաձայնային բուժումը:
• Երկրորդ, չափվում է նույն նմուշի sonification-ից հետո չքանդված (մնացած) բջիջների քանակը:
  Այս երկու չափումների արդյունքների հիման վրա հաշվարկվում է ոչնչացված բջիջների տոկոսը։

Նկար 1. Ջրիմուռները մինչև ոչնչացումը ©Algae Grow Lab

Նկար 2. Ջրիմուռների խանգարում. 50% բջիջների խախտում 60 րոպե հետո: sonication. ©Algae Grow Lab

Նկար 3. Ջրիմուռների խանգարում. 100% բջիջների խախտում 120 րոպե հետո: sonication. ©Algae Grow Lab