Ուլտրաձայնային օգնությամբ խմորում կենսաէթանոլի արտադրության համար

Ուլտրաձայնային օգնությամբ խմորումը կարող է ուժեղացնել բիոէթանոլի արտադրությունը՝ նպաստելով բարդ ածխաջրերի տարրալուծմանը ավելի պարզ շաքարների՝ դրանք ավելի հեշտ դարձնելով խմորիչի համար էթանոլի վերածելու համար: Միաժամանակ, sonication-ը նաև բարելավում է խմորիչի բջջային պատի թափանցելիության արդյունավետությունը՝ թույլ տալով էթանոլի ավելի արագ ազատում և ընդհանուր արտադրության ավելացում: Այսպիսով, ուլտրաձայնային օգնությամբ բիոէթանոլի խմորումը հանգեցնում է փոխակերպման ավելի բարձր տեմպերի և բարձր եկամտաբերության:

խմորում

Խմորումը կարող է լինել աերոբ (= օքսիդատիվ խմորում) կամ անաէրոբ գործընթաց, որն օգտագործվում է կենսատեխնոլոգիական կիրառումների համար՝ օրգանական նյութերը բակտերիալ, սնկային կամ այլ կենսաբանական բջիջների մշակույթների կամ ֆերմենտների միջոցով փոխակերպելու համար: Ֆերմենտացման միջոցով էներգիան ստացվում է օրգանական միացությունների, օրինակ՝ ածխաջրերի օքսիդացումից։
Շաքարը խմորման ամենատարածված սուբստրատն է, որը խմորումից հետո առաջանում է այնպիսի արտադրանքներում, ինչպիսիք են կաթնաթթունը, կաթնաշաքարը, էթանոլը և ջրածինը: Ալկոհոլային խմորման համար, էթանոլ՝ հատկապես որպես վառելիք օգտագործելու, բայց նաև ալկոհոլային խմիչքների համար – ստացվում է խմորումով։ Երբ որոշակի խմորիչ շտամներ, ինչպիսիք են saccharomyces cerevisiae մետաբոլիզացնում են շաքարը, խմորիչ բջիջները սկզբնական նյութը վերածում են էթանոլի և ածխաթթու գազի:

Ստորև բերված քիմիական հավասարումները ամփոփում են փոխարկումը.

Քիմիական հավասարումներն ամփոփում են բիոէթանոլի վերածումը։

Եթե սկզբնական նյութը օսլա է, օրինակ՝ եգիպտացորենից, ապա նախ պետք է օսլան վերածել շաքարի։ Որպես վառելիք օգտագործվող կենսաէթանոլի համար անհրաժեշտ է հիդրոլիզ օսլայի փոխակերպման համար: Սովորաբար, հիդրոլիզը արագանում է թթվային կամ ֆերմենտային մշակմամբ կամ երկուսի համադրությամբ: Սովորաբար խմորումն իրականացվում է մոտ 35–40 °C ջերմաստիճանում։
Ֆերմենտացման տարբեր գործընթացների ակնարկ.

Սնունդ:

• արտադրությունը & պահպանում
• կաթնամթերք (կաթնաթթվային խմորում), օրինակ՝ մածուն, թան, կեֆիր
• կաթնաթթվային ֆերմենտացված բանջարեղեն, օրինակ՝ կիմչի, միսո, նատո, ցուկեմոնո, թթու կաղամբ
• արոմատիկ նյութերի զարգացում, օրինակ՝ սոյայի սոուս
• արևայրուքի նյութերի տարրալուծում, օրինակ՝ թեյ, կակաո, սուրճ, ծխախոտ
• ալկոհոլային խմիչքներ, օրինակ՝ գարեջուր, գինի, վիսկի

Դեղորայք.

• բժշկական միացությունների արտադրություն, օրինակ՝ ինսուլին, հիալուրոնաթթու

Կենսագազ/էթանոլ.

• կենսագազի/բիոէթանոլի արտադրության բարելավում

Տարբեր հետազոտական փաստաթղթեր և փորձարկումներ նստարանային և փորձնական չափերով ցույց են տվել, որ ուլտրաձայնը բարելավում է խմորման գործընթացը՝ ֆերմենտային խմորման համար հասանելի դարձնելով ավելի շատ կենսազանգված: Հաջորդ բաժնում կներկայացվեն հեղուկի մեջ ուլտրաձայնի ազդեցությունը:

Ուլտրաձայնային հեղուկի վերամշակման ազդեցությունը

Բարձր հզորության/ցածր հաճախականության ուլտրաձայնի միջոցով կարող են առաջանալ բարձր ամպլիտուդներ: Այսպիսով, բարձր հզորության/ցածր հաճախականության ուլտրաձայնը կարող է օգտագործվել հեղուկների մշակման համար, ինչպիսիք են խառնումը, էմուլսացումը, ցրումը և ապաագլոմերացումը կամ ֆրեզումը:
Բարձր ինտենսիվությամբ հեղուկներ հնչյունավորելիս ձայնային ալիքները, որոնք տարածվում են հեղուկ միջավայրում, հանգեցնում են բարձր ճնշման (սեղմման) և ցածր ճնշման (հազվադեպ) ցիկլերի փոփոխման՝ հաճախականությունից կախված արագությամբ: Ցածր ճնշման ցիկլի ընթացքում բարձր ինտենսիվության ուլտրաձայնային ալիքները հեղուկում ստեղծում են փոքր վակուումային փուչիկներ կամ դատարկություններ: Երբ փուչիկները հասնում են այնպիսի ծավալի, որով նրանք այլևս չեն կարող էներգիա կլանել, նրանք կատաղի փլուզվում են բարձր ճնշման ցիկլի ընթացքում: Այս երեւույթը կոչվում է կավիտացիա: կավիտացիա, այն է “հեղուկի մեջ փուչիկների ձևավորումը, աճը և ազդեցիկ փլուզումը: Կավիտացիոն փլուզումն առաջացնում է ինտենսիվ տեղական ջեռուցում (~ 5000 Կ), բարձր ճնշում (~ 1000 ատմ) և ջեռուցման և հովացման հսկայական արագություններ (>109 Կ/վրկ)” և հեղուկ ռեակտիվ հոսքեր (~400 կմ/ժ)»: (Սասլիկ 1998)

Ուլտրաձայնային հետազոտություն՝ ֆերմենտացման գործընթացները բարելավելու համար, օրինակելիորեն բացատրված բիոէթանոլի արտադրությամբ

Կենսաէթանոլը անաէրոբ կամ աերոբ բակտերիաների կողմից կենսազանգվածի կամ կենսաքայքայվող թափոնների տարրալուծման արդյունք է: Արտադրված էթանոլը հիմնականում օգտագործվում է որպես կենսավառելիք։ Սա բիոէթանոլը դարձնում է վերականգնվող և էկոլոգիապես մաքուր այլընտրանք հանածո վառելիքի համար, ինչպիսին է բնական գազը:
Կենսազանգվածից էթանոլ արտադրելու համար շաքարավազը, օսլան և լիգնոցելյուլոզային նյութը կարող են օգտագործվել որպես հումք: Արդյունաբերական արտադրության չափերի համար շաքարավազը և օսլան ներկայումս գերակշռում են, քանի որ դրանք տնտեսապես բարենպաստ են:
Այն, թե ինչպես է ուլտրաձայնը բարելավում հաճախորդի-անհատական գործընթացը կոնկրետ հումքի հետ տվյալ պայմաններում, կարելի է շատ պարզ փորձարկել տեխնիկատնտեսական հիմնավորումների միջոցով: Առաջին քայլում հումքի փոքր քանակի լուծույթի արտահոսքը ուլտրաձայնային միջոցով լաբորատոր սարք ցույց կտա, եթե ուլտրաձայնը ազդում է հումքի վրա:

տեխնիկատնտեսական հիմնավորման փորձարկում

Փորձարկման առաջին փուլում հարմար է ուլտրաձայնային էներգիայի համեմատաբար մեծ քանակություն ներմուծել փոքր ծավալի հեղուկի մեջ, քանի որ այդպիսով մեծանում է հնարավորությունը՝ տեսնելու, թե արդյոք կարելի է որևէ արդյունք ստանալ: Նմուշի փոքր ծավալը նաև կրճատում է լաբորատոր սարքի օգտագործման ժամանակը և նվազեցնում առաջին թեստերի ծախսերը:
Ուլտրաձայնային ալիքները փոխանցվում են sonotrode-ի մակերեսով հեղուկի մեջ: Sonotrode մակերեսի տակ, ուլտրաձայնային ինտենսիվությունը առավել ինտենսիվ է: Այսպիսով, նախընտրելի են կարճ հեռավորությունները sonotrode-ի և sonicated նյութի միջև: Երբ հեղուկի փոքր ծավալը ենթարկվում է, sonotrode-ից հեռավորությունը կարելի է կարճ պահել:
Ստորև բերված աղյուսակը ցույց է տալիս օպտիմալացումից հետո օպտիմիզացման գործընթացների էներգիայի/ծավալի տիպիկ մակարդակները: Քանի որ առաջին փորձարկումները չեն իրականացվի օպտիմալ կոնֆիգուրացիայի դեպքում, ձայնային ազդանշանի ինտենսիվությունը և ժամանակը բնորոշ արժեքից 10-50 անգամ ցույց կտան, արդյոք կա որևէ ազդեցություն ազդող նյութի վրա, թե ոչ:

Աղյուսակ 1 – Սոնիկացման բնորոշ արժեքները գործընթացի օպտիմալացումից հետո

Փորձարկումների իրական մուտքային էներգիան կարող է գրանցվել տվյալների ինտեգրված ձայնագրման միջոցով (UP200Ht և UP200St), համակարգչի ինտերֆեյս կամ ուժաչափով: Ամպլիտուդային պարամետրի և ջերմաստիճանի գրանցված տվյալների հետ համակցված՝ յուրաքանչյուր փորձարկման արդյունքները կարող են գնահատվել և էներգիայի/ծավալի վերջնական գիծ սահմանվել:
Եթե թեստերի ընթացքում ընտրվել է օպտիմալ կոնֆիգուրացիա, ապա այս կազմաձևման կատարումը կարող է ստուգվել օպտիմալացման քայլի ընթացքում և կարող է վերջնականապես մեծացվել մինչև առևտրային մակարդակ: Օպտիմալացումը հեշտացնելու համար խիստ խորհուրդ է տրվում ուսումնասիրել ձայնային արտանետման սահմանները, օրինակ՝ ջերմաստիճանը, ամպլիտուդը կամ էներգիան/ծավալը հատուկ ձևակերպումների համար նույնպես: Քանի որ ուլտրաձայնը կարող է բացասական ազդեցություն առաջացնել բջիջների, քիմիական նյութերի կամ մասնիկների վրա, յուրաքանչյուր պարամետրի համար կրիտիկական մակարդակները պետք է ուսումնասիրվեն, որպեսզի սահմանափակվի հետևյալ օպտիմալացումը պարամետրերի միջակայքում, որտեղ բացասական ազդեցությունները չեն նկատվում: Տեխնիկատնտեսական հիմնավորման համար փոքր լաբորատորիաներ կամ նստարանային ստորաբաժանումներ առաջարկվում են սահմանափակել սարքավորումների և նմուշների ծախսերը նման փորձարկումներում: Ընդհանուր առմամբ, 100-ից 1000 Վտ միավորները շատ լավ են ծառայում տեխնիկատնտեսական հիմնավորման նպատակներին: (տես Hielscher 2005)

օպտիմալացում

Տեխնիկատնտեսական հիմնավորումների ընթացքում ձեռք բերված արդյունքները կարող են ցույց տալ էներգիայի բավականին բարձր սպառում` կապված մշակված փոքր ծավալի հետ: Բայց տեխնիկատնտեսական հիմնավորման նպատակն առաջին հերթին նյութի վրա ուլտրաձայնի ազդեցությունը ցույց տալն է: Եթե տեխնիկատնտեսական հիմնավորման փորձարկումներում դրական ազդեցություններ են տեղի ունեցել, ապա պետք է հետագա ջանքեր գործադրվեն էներգիա/ծավալ հարաբերակցությունը օպտիմալացնելու համար: Սա նշանակում է ուսումնասիրել ուլտրաձայնային պարամետրերի իդեալական կոնֆիգուրացիան՝ հասնելու ամենաբարձր եկամտաբերության՝ օգտագործելով ավելի քիչ էներգիա՝ գործընթացը տնտեսապես առավել խելամիտ և արդյունավետ դարձնելու համար: Պարամետրերի օպտիմալ կոնֆիգուրացիան գտնելու համար – Նվազագույն էներգիայի ներդրմամբ նախատեսված օգուտների ստացում` կարևորագույն պարամետրերի հարաբերակցությունը ամպլիտուդ, ճնշում, ջերմաստիճան և հեղուկ կազմը պետք է ուսումնասիրվի. Այս երկրորդ քայլում առաջարկվում է խմբաքանակային արտաձայնացումից անցումը հոսքային բջիջների ռեակտորով շարունակական ձայնագրման կարգաբերման, քանի որ ճնշման կարևոր պարամետրը չի կարող ազդել խմբաքանակային արտանետման համար: Ընթացքում sonication մի խմբաքանակի, ճնշումը սահմանափակվում է շրջակա միջավայրի ճնշման. Եթե ձայնագրման գործընթացը անցնում է ճնշվող հոսքի խցիկով, ճնշումը կարող է բարձրանալ (կամ նվազեցնել), ինչը ընդհանուր առմամբ ազդում է ուլտրաձայնայինի վրա: կավիտացիա կտրուկ. Օգտագործելով հոսքի բջիջ, կարող է որոշվել ճնշման և գործընթացի արդյունավետության հարաբերակցությունը: Ուլտրաձայնային պրոցեսորների միջև 500 վտ և 2000 վտ էներգիան առավել հարմար է գործընթացն օպտիմալացնելու համար:

Սանդղակ մինչև առևտրային արտադրություն

Եթե գտնվել է օպտիմալ կոնֆիգուրացիան, հետագա մասշտաբը պարզ է, ինչպես ուլտրաձայնային գործընթացները լիովին վերարտադրելի է գծային մասշտաբով. Սա նշանակում է, որ երբ ուլտրաձայնը կիրառվում է նույնական հեղուկ ձևակերպման վրա՝ մշակման նույնական պարամետրի կոնֆիգուրացիայի ներքո, նույն էներգիան պահանջվում է մեկ ծավալի համար՝ մշակման մասշտաբից անկախ նույն արդյունք ստանալու համար: (Hilscher 2005): Դա հնարավորություն է տալիս իրականացնել ուլտրաձայնի օպտիմալ պարամետրային կոնֆիգուրացիա ամբողջ մասշտաբի արտադրության չափի համար: Գործնականում, ծավալը, որը կարող է մշակվել ուլտրաձայնային եղանակով, անսահմանափակ է: Առևտրային ուլտրաձայնային համակարգեր մինչև 16000 վտ մեկ միավորի համար հասանելի են և կարող են տեղադրվել կլաստերներում: Ուլտրաձայնային պրոցեսորների նման կլաստերները կարող են տեղադրվել զուգահեռ կամ հաջորդաբար: Բարձր հզորության ուլտրաձայնային պրոցեսորների կլաստերային իմաստուն տեղադրմամբ, ընդհանուր հզորությունը գրեթե անսահմանափակ է, որպեսզի բարձր ծավալի հոսքերը հնարավոր լինի մշակել առանց խնդիրների: Նաև, եթե պահանջվում է ուլտրաձայնային համակարգի հարմարեցում, օրինակ՝ պարամետրերը կարգավորելու համար փոփոխված հեղուկ ձևակերպմանը, դա կարող է հիմնականում արվել՝ փոխելով sonotrode, booster կամ հոսքային բջիջ: Գծային մասշտաբայնությունը, վերարտադրելիությունը և ուլտրաձայնի հարմարվողականությունը դարձնում են այս նորարարական տեխնոլոգիան արդյունավետ և ծախսարդյունավետ:

Ուլտրաձայնային մշակման պարամետրերը

Ուլտրաձայնային հեղուկի մշակումը նկարագրվում է մի շարք պարամետրերով. Ամենակարևորն են ամպլիտուդը, ճնշումը, ջերմաստիճանը, մածուցիկությունը և կոնցենտրացիան: Գործընթացի արդյունքը, օրինակ՝ մասնիկների չափը, տվյալ պարամետրի կոնֆիգուրացիայի համար կախված է էներգիայի մեկ մշակված ծավալից: Ֆունկցիան փոխվում է առանձին պարամետրերի փոփոխություններով: Ավելին, ուլտրաձայնային միավորի sonotrode-ի մակերեսի մեկ մակերեսի փաստացի հզորությունը կախված է պարամետրերից: Էլեկտրաէներգիայի թողարկումը մեկ մակերեսի վրա sonotrode-ի մակերեսի ինտենսիվությունն է (I): Մակերեւույթի ինտենսիվությունը կախված է ամպլիտուդից (A), ճնշումից (p), ռեակտորի ծավալից (VR), ջերմաստիճանից (T), մածուցիկությունից (η) և այլն։

Ուլտրաձայնային մշակման կավիտացիոն ազդեցությունը կախված է մակերեսի ինտենսիվությունից, որը նկարագրվում է առատությամբ (A), ճնշումով (p), ռեակտորի ծավալով (VR), ջերմաստիճանով (T), մածուցիկությամբ (η) և այլն: Պլյուս և մինուս նշանները ցույց են տալիս կոնկրետ պարամետրի դրական կամ բացասական ազդեցությունը ձայնային արտանետման ինտենսիվության վրա:

Ստեղծված կավիտացիայի ազդեցությունը կախված է մակերեսի ինտենսիվությունից: Նույն կերպ, գործընթացի արդյունքը փոխկապակցված է: Ուլտրաձայնային միավորի ընդհանուր հզորությունը մակերևույթի ինտենսիվության (I) և մակերեսի (S) արդյունքն է.

էջ [w] Ի [w / մմ²]* ս[մմ²]

ամպլիտուդություն

Տատանման ամպլիտուդը նկարագրում է այն ուղին (օրինակ՝ 50 մկմ) sonotrode-ի մակերեսը շարժվում է տվյալ ժամանակում (օրինակ՝ 1/20,000 վրկ 20 կՀց հաճախականությամբ): Որքան մեծ է ամպլիտուդը, այնքան բարձր է այն արագությունը, որով ճնշումը նվազում և ավելանում է յուրաքանչյուր հարվածի ժամանակ: Բացի այդ, յուրաքանչյուր հարվածի ծավալային տեղաշարժը մեծանում է, ինչը հանգեցնում է ավելի մեծ կավիտացիայի ծավալի (պղպջակների չափը և/կամ թիվը): Երբ կիրառվում են դիսպերսիաների վրա, ավելի բարձր ամպլիտուդները ցույց են տալիս ավելի մեծ կործանարարություն պինդ մասնիկների նկատմամբ: Աղյուսակ 1-ում ներկայացված են որոշ ուլտրաձայնային պրոցեսների ընդհանուր արժեքներ:

ճնշում

Հեղուկի եռման կետը կախված է ճնշումից։ Որքան բարձր է ճնշումը, այնքան բարձր է եռման կետը և հակառակը: Բարձրացված ճնշումը թույլ է տալիս կավիտացիան եռման կետին մոտ կամ բարձր ջերմաստիճանում: Այն նաև մեծացնում է պայթյունի ինտենսիվությունը, որը կապված է պղպջակի ներսում ստատիկ ճնշման և գոլորշիների ճնշման տարբերության հետ (տես Vercet et al. 1999 թ.): Քանի որ ուլտրաձայնային հզորությունը և ինտենսիվությունը արագ փոխվում են ճնշման փոփոխության հետ, նախընտրելի է մշտական ճնշման պոմպը: Հոսքի բջիջին հեղուկ մատակարարելիս պոմպը պետք է կարողանա կարգավորել հատուկ հեղուկի հոսքը համապատասխան ճնշումներով: Դիֆրագմային կամ թաղանթային պոմպեր; ճկուն խողովակ, գուլպաներ կամ սեղմող պոմպեր; peristaltic պոմպեր; կամ մխոցային կամ մխոցային պոմպը կստեղծի փոփոխական ճնշման տատանումներ: Նախընտրելի են կենտրոնախույս պոմպերը, փոխանցումատուփի պոմպերը, պարուրաձև պոմպերը և պրոգրեսիվ խոռոչի պոմպերը, որոնք ապահովում են հեղուկը շարունակական կայուն ճնշման տակ ձայնագրվող հեղուկը: (Հիլշեր 2005)

ջերմաստիճանը

Հեղուկի արտահոսքի միջոցով իշխանությունը փոխանցվում է միջավայրին: Քանի որ ուլտրաձայնային ճանապարհով առաջացած տատանումն առաջացնում է տուրբուլենցիա և շփում, ձայնային հեղուկը թերմոդինամիկայի օրենքին համապատասխան – տաքանալու է. Մշակված միջավայրի բարձր ջերմաստիճանը կարող է կործանարար լինել նյութի համար և նվազեցնել ուլտրաձայնային կավիտացիայի արդյունավետությունը: Նորարարական ուլտրաձայնային հոսքի բջիջները հագեցած են սառեցնող բաճկոնով (տես նկարը): Դրանով տրվում է ուլտրաձայնային մշակման ժամանակ նյութի ջերմաստիճանի ճշգրիտ հսկողությունը: Ավելի փոքր ծավալների բաժակի ձայնային ախտահանման համար խորհուրդ է տրվում սառցե բաղնիք ջերմության ցրման համար:

Մածուցիկություն և համակենտրոնացում

ուլտրաձայնային ֆրեզերային և Ցրում հեղուկ պրոցեսներ են։ Մասնիկները պետք է լինեն կախոցի մեջ, օրինակ՝ ջրի, յուղի, լուծիչների կամ խեժերի մեջ: Ուլտրաձայնային հոսքային համակարգերի կիրառմամբ հնարավոր է դառնում շատ մածուցիկ, մածուցիկ նյութի ձայնի արտանետում:
Բարձր հզորության ուլտրաձայնային պրոցեսորը կարող է գործարկվել պինդ նյութերի բավականին բարձր կոնցենտրացիաներում: Բարձր կոնցենտրացիան ապահովում է ուլտրաձայնային մշակման արդյունավետությունը, քանի որ ուլտրաձայնային ֆրեզերային ազդեցությունը պայմանավորված է միջմասնիկների բախմամբ: Հետազոտությունները ցույց են տվել, որ սիլիցիումի քայքայման արագությունը անկախ է պինդ կոնցենտրացիայից մինչև 50% ըստ քաշի: Հիմնական խմբաքանակների վերամշակումը բարձր խտացված նյութի հարաբերակցությամբ սովորական արտադրական ընթացակարգ է՝ օգտագործելով ուլտրաձայնային եղանակը:

Ուժ և ինտենսիվություն ընդդեմ էներգիայի

Մակերեւութային ինտենսիվությունը և ընդհանուր հզորությունը միայն նկարագրում են մշակման ինտենսիվությունը: Հնչեցված նմուշի ծավալը և որոշակի ինտենսիվության ազդեցության ժամանակը պետք է հաշվի առնվեն՝ նկարագրելու համար ձայնագրման գործընթացը՝ այն մասշտաբային և վերարտադրելի դարձնելու համար: Տվյալ պարամետրի կոնֆիգուրացիայի դեպքում գործընթացի արդյունքը, օրինակ՝ մասնիկների չափը կամ քիմիական փոխակերպումը, կախված կլինի մեկ ծավալի էներգիայից (E/V):

Արդյունք = Ֆ (Ե /Վ )

Որտեղ էներգիան (E) ելքային հզորության (P) և ազդեցության ժամանակի (t) արտադրյալն է:

Ե[Վս] = էջ[w]*տ[ս]

Պարամետրերի կազմաձևման փոփոխությունները կփոխեն արդյունքի գործառույթը: Սա իր հերթին կփոխի էներգիայի (E) քանակությունը, որն անհրաժեշտ է տվյալ նմուշի արժեքի համար (V)՝ որոշակի արդյունքի արժեք ստանալու համար: Այդ իսկ պատճառով արդյունք ստանալու համար բավարար չէ ուլտրաձայնի որոշակի հզորություն գործարկել պրոցեսի վրա: Ավելի բարդ մոտեցում է պահանջվում պահանջվող հզորությունը և պարամետրերի կազմաձևումը պարզելու համար, որով էներգիան պետք է տեղադրվի գործընթացի նյութի մեջ: (Hilscher 2005)

Կենսաէթանոլի ուլտրաձայնային օժանդակությամբ արտադրություն

Արդեն հայտնի է, որ ուլտրաձայնը բարելավում է կենսաէթանոլի արտադրությունը։ Խորհուրդ է տրվում հեղուկը խտացնել կենսազանգվածով մինչև բարձր մածուցիկ լուծույթ, որը դեռ կարող է մղել: Ուլտրաձայնային ռեակտորները կարող են կարգավորել բավականին բարձր պինդ կոնցենտրացիաները, որպեսզի ձայնային ախտահանման գործընթացը կարող է առավել արդյունավետ գործել: Որքան շատ նյութ պարունակվի ցեխի մեջ, այնքան քիչ կրող հեղուկը կվերամշակվի, որը օգուտ չի բերի ձայնային ախտահանման գործընթացից: Քանի որ հեղուկի մեջ էներգիայի մուտքագրումը թերմոդինամիկայի օրենքով առաջացնում է հեղուկի տաքացում, սա նշանակում է, որ ուլտրաձայնային էներգիան հնարավորինս կիրառվում է թիրախային նյութի վրա: Գործընթացի նման արդյունավետ դիզայնի շնորհիվ խուսափում է ավելցուկային կրիչի հեղուկի վատ տաքացումից:
Ուլտրաձայնը օգնում է Արդյունահանում ներբջջային նյութից և դրանով հասանելի է դարձնում այն ֆերմենտային խմորման համար: Մեղմ ուլտրաձայնային բուժումը կարող է ուժեղացնել ֆերմենտային ակտիվությունը, սակայն կենսազանգվածի արդյունահանման համար կպահանջվի ավելի ինտենսիվ ուլտրաձայնային հետազոտություն: Հետևաբար, ֆերմենտները պետք է ավելացվեն կենսազանգվածի ցեխի մեջ, երբ ինտենսիվ ուլտրաձայնը ինտենսիվացնում է ֆերմենտները, ինչը ցանկալի արդյունք չէ:

Գիտական հետազոտությունների արդյունքում ձեռք բերված ընթացիկ արդյունքները.

Yoswathana et al. (2010 թ.) Ինչ վերաբերում է բրնձի ծղոտից բիոէթանոլի արտադրությանը, ցույց է տվել, որ թթվային նախնական մշակման և ուլտրաձայնային համադրությունը նախքան ֆերմենտային բուժումը հանգեցնում է շաքարի ավելացման մինչև 44% (բրնձի ծղոտի հիման վրա): Սա ցույց է տալիս ֆիզիկական և քիմիական նախնական մշակման համակցման արդյունավետությունը մինչև լիգնոցելյուլոզային նյութի ֆերմենտային հիդրոլիզը շաքարին:

Գծապատկեր 2-ը գրաֆիկորեն ցույց է տալիս ուլտրաձայնային ճառագայթման դրական ազդեցությունը բրնձի ծղոտից կենսաէթանոլի արտադրության ընթացքում: (Ածուխն օգտագործվել է թթվային/ֆերմենտային նախնական մշակումից և ուլտրաձայնային նախնական մշակումից նախապես մշակված նմուշները թունազերծելու համար):

Գծապատկեր 2 – Էթանոլի ուլտրաձայնային բարձրացում ֆերմենտացման ընթացքում (Yoswathana et al. 2010)

Մեկ այլ վերջին ուսումնասիրության մեջ ուսումնասիրվել է ուլտրաձայնային ազդեցությունը β-գալակտոզիդազ ֆերմենտի արտաբջջային և ներբջջային մակարդակների վրա: Սուլեյմանը և այլք: (2011) կարող է էապես բարելավել կենսաէթանոլի արտադրության արտադրողականությունը՝ օգտագործելով ուլտրաձայնային հսկվող ջերմաստիճանում, որը խթանում է Kluyveromyces marxianus-ի խմորիչի աճը (ATCC 46537): Փաստաթղթի հեղինակները վերսկսում են, որ ընդհատվող ձայնագրումը ուժային ուլտրաձայնով (20 կՀց) ≤20% աշխատանքային ցիկլերում խթանել է կենսազանգվածի արտադրությունը, լակտոզայի նյութափոխանակությունը և էթանոլի արտադրությունը K. marxianus-ում համեմատաբար բարձր ձայնային ինտենսիվությամբ՝ 11,8 Վտսմ:⁻². Լավագույն պայմաններում, sonication-ը բարձրացրեց էթանոլի վերջնական կոնցենտրացիան գրեթե 3,5 անգամ՝ համեմատած վերահսկողության հետ: Սա համապատասխանում էր էթանոլի արտադրողականության 3,5 անգամ ավելացմանը, սակայն պահանջվում էր 952 Վտ հավելյալ հզորություն՝ մեկ խորանարդ մետր արգանակի արտանետման միջոցով: Էներգիայի այս հավելյալ պահանջը, անշուշտ, գտնվում էր կենսառեակտորների համար ընդունելի գործառնական նորմերի սահմաններում, և բարձրարժեք արտադրանքի համար կարող էր հեշտությամբ փոխհատուցվել արտադրողականության բարձրացմամբ:

Եզրակացություն. Ուլտրաձայնային օգնությամբ ֆերմենտացիայի առավելությունները

Ուլտրաձայնային բուժումը ցուցադրվել է որպես արդյունավետ և նորարարական մեթոդ՝ բիոէթանոլի բերքատվությունը բարձրացնելու համար: Հիմնականում ուլտրաձայնը օգտագործվում է կենսազանգվածից ներբջջային նյութեր հանելու համար, ինչպիսիք են եգիպտացորենը, սոյայի հատիկները, ծղոտը, լիգնո-ցելյուլոզային նյութը կամ բուսական թափոնները:

• Կենսաէթանոլի եկամտաբերության բարձրացում
• Դեզինտերացիա/ Բջջային ոչնչացում և ներբջջային նյութի ազատում
• Բարելավված անաէրոբ տարրալուծում
• Ֆերմենտների ակտիվացում թեթև ձայնային լուծմամբ
• Գործընթացի արդյունավետության բարելավում բարձր կոնցենտրացիայի լուծույթներով

Պարզ փորձարկումը, վերարտադրելի մասշտաբը և հեշտ տեղադրումը (նաև արդեն գոյություն ունեցող արտադրական հոսքերում) ուլտրաձայնային սարքը դարձնում է շահավետ և արդյունավետ տեխնոլոգիա: Առևտրային մշակման համար հասանելի են հուսալի արդյունաբերական ուլտրաձայնային պրոցեսորներ, որոնք հնարավորություն են տալիս գործնականում անսահմանափակ հեղուկի ծավալներ ձայնագրել: