Algen Grow Lab – Ultraschall Algen Extraktioun

Algen Kultivatioun

Algae Grow Lab entwéckelt eng Serie vu tubuläre a flaach Photobioreaktoren fir Algen Kultivatioun wéi och e Prozess vun der Zell-Ultraschall Zerstéierung baséiert op Hielscher Ultraschallprozessoren, déi mat Flowzellen ausgestatt sinn.
Den allgemenge Flowdiagramm vum Prozess gëtt hei ënnen gewisen.

De Flowdiagramm weist de Prozess vun der Algen Kultivatioun an der Algen Ueleg Produktioun mat Ultraschall. ©Algae Grow Lab

Beispiller vun Algae Grow Lab Photobioreactors ginn hei ënnen presentéiert.
D'Benotzung vun den LED-Paneele, déi d'Liicht am PAR-Deel vum Spektrum emittéieren, erlaabt e maximale Wuesstum vun Algen z'erreechen.
Zum Beispill, no der Inokulatioun vu Chlorella Vulgaris mat der initialer Dicht vun 0,146 g / L hu mir d'Dicht vu 7,3 g / L a 7 Deeg erreecht.

Algen Zellen Zerstéierung duerch Ultraschall

Nom Algenwachstumsstadion sinn d'Algenzelle reift fir d'Uelegproduktiounsbehandlung. Well den Zellinhalt vun der Ëmgéigend duerch eng Struktur vun Zellmembranen getrennt ass, ass d'Zellstéierungsmethod bedeitend wat d'Verëffentlechung vum komplette intrazelluläre Material ugeet. D'Zellmembran liwwert d'Zelle mechanesch Kraaft a bewahrt seng Integritéit. D'elastesch Eegeschafte vun der Zellmembran erlaben d'Zellen déi séier Verännerungen am osmoteschen Drock ze widderstoen, déi an hirem externen Ëmfeld optriede kënnen.
Béid Ultraschall- a Mikrowell-assistéiert Methoden, déi hei ënnendrënner beschriwwe ginn, verbesseren d'Extraktioun vu Mikroalgen wesentlech, mat méi héijer Effizienz, reduzéierter Extraktiounszäiten a verstäerkten Ausbezuelen, wéi och niddereg bis moderéiert Käschten a vernoléisseg Zousatz Toxizitéit.
Ganz dacks ass d'Extraktioun vun den Zilprodukter aus Algen méi effektiv wann d'Algenzellen virun der Extraktioun zerstéiert ginn. Awer heiansdo féiert d'Zell Zerstéierung selwer zur Verëffentlechung vum Zilprodukt, an nëmmen de Trennungsprozess ass néideg fir et ze kréien (zB d'Extraktioun vu Lipiden aus Algen fir d'Biobrennstoffproduktioun).
Algen wuessen Labo integréiert en Ultraschallsystem fir Zellstéierung an Extraktioun an hirem Setup fir en héich effiziente Prozess ze garantéieren fir eng komplett Verëffentlechung vum intrazellulären Inhalt z'erreechen an doduerch méi héich Ausbezuelen a kuerzer Zäit. Am Ultraschallreaktor kreéieren Ultraschallwellen Kaviatatioun an de flëssege Medien déi d'Algenzellen enthalen. D'Kavitatiounsblasen wuessen während den alternéierende Rarfaktiounsphasen vun der Ultraschallwelle bis se eng gewësse Gréisst erreechen, wa keng weider Energie kann adsorbéiert ginn. Op dësem maximale Punkt vum Bubble-Wuesstem zerbriechen d'Voiden während enger Kompressiounsphase. De Bubble Zesummebroch schaaft extrem Bedéngungen vun Drock- an Temperaturdifferenzen souwéi Schockwellen a staarke Flëssegjets. Dës extrem Kräfte zerstéieren net nëmmen d'Zellen, mee wäschen och effektiv hiren Inhalt an d'flësseg Medien (zB Waasser oder Léisungsmëttel).
D'Effizienz vun der Ultraschall Zerstéierung hänkt staark vun der Haltbarkeet an der Elastizitéit vun den Zellmaueren of, déi tëscht den eenzelne Algestämme wesentlech variéieren. Dat ass de Grond firwat d'Effizienz vun der Zellzerstéierung héich vun de Parameteren vum Sonifikatiounsprozess beaflosst ass: Déi wichtegst Parameteren sinn Amplituden, Drock, Konzentratioun & Viskositéit an Temperatur. Dës Parameter musse fir all bestëmmte Stamm vun Algen optimiséiert ginn fir déi optimal Veraarbechtungseffizienz ze garantéieren.
E puer Beispiller vun Zell Stéierungen an Zerfall vun verschidden Algen Stämme kënnen an den Artikelen hei ënnendrënner zitéiert fonnt ginn:

• Dunnaliella salina an Nannochloropsis oculata: King PM, Nowotarski K.; Joyce, EM; Mason, TJ (2012): Ultrasonic Stéierung vun Algenzellen. AIP Konferenz Prozeduren; 24.5.2012, Vol. 1433 Heft 1, p. 237.
• Nannochloropsis oculata: Jonathan R. McMillan, Ian A. Watson, Mehmood Ali, Weaam Jaafar (2013): Evaluatioun a Verglach vun Algenzell Stéierungsmethoden: Mikrowell, Waasserbad, Mixer, Ultraschall a Laserbehandlung. Applied Energy, Mäerz 2013, Vol. 103, Säiten 128–134.
• Nanochloropsis salina: Sebastian Schwede, Alexandra Kowalczyk, Mandy Gerber, Roland Span (2011). World Renewable Energy Congress 2011, Bioenergy Technologies, 8-12 Mee 2011, Schweden.
• Schizochytrium limacinum a Chlamydomonas reinhardtii: Jose Gerde, Mellissa Montalbo-Lomboy M, Linxing Yao, David Grewell, Tong Wang (2012): Evaluatioun vun der Mikroalgenzell-Stéierung duerch Ultraschallbehandlung. Bioresource Technology 2012, Vol. 125, S. 175-81.
• Crypthecodinium cohnii: Paula Mercer a Roberto E. Armenta (2011): Entwécklungen an Uelegextraktioun aus Mikroalgen. European Journal of Lipid Science Technology, 2011.
• Scotiellopsis terrestris: S. Starke, Dr. N. Hempel, L. Dombrowski, Prof. Dr. O. Pulz: Verbesserung vun der Zellstéierung fir Scotiellopsis terrestris duerch Ultraschall an e Pektin zerstéiert Enzym. Naturstoffchemie.

Prozess

No der Kultivatioun gëtt den Algen Biomassstroum an de Konzentratiounsapparat gefüttert fir d'Biomass vun de flëssege Medien ze trennen. De Konzentrat gëtt am Späicherbehälter gesammelt. No der Trennung mussen d'Zellen gestéiert ginn fir den Ueleg an aner intrazellulär Material ze befreien. Dofir gëtt déi konzentréiert Biomass duerch en Hielscher Ultraschallapparat gepompelt. D'Ultraschall-Rezirkulatiounsopstellung garantéiert d'Rezirkulatioun vum Zellkonzentrat ënner dem gegebene Drock duerch d'Hielscher Flowzelle zréck an den Akkumulationstank. D'Rezirkulatioun dauert d'Zäit déi néideg ass fir Zellen ze zerstéieren. Wann den Zerstéierungsprozess ofgeschloss ass, pompelt d'Biomass mat den zerstéierten Zellen op d'Produkttrennungsapparat, wou d'endgülteg Trennung vum Produkt aus de verbleiwen Offall geschitt.

Algen Zell Zerstéierung Eenheet mat Biomass Konzentratioun / Trennung Apparat an Hielscher 1,5 kW Ultraschall Prozessor UIP1500hd. ©Algae Grow Lab

Miessung vum Prozentsaz vun zerstéierten Zellen

Fir d'Effizienz Evaluatioun vum Algenbroch huet ALgae Grow Lab zwou verschidde Methodologien benotzt fir de Prozentsaz vun zerstéierten Zellen ze moossen:

1. Déi éischt Analysemethod baséiert op der Messung vun der Chlorophyll A, B, an A+B Fluoreszenz.
   Wärend der lueser Spin-Zentrifugerung wäerten Algenzellen a Schutt um Enn vum Empfänger pelletéieren, awer Reschter vu fräi schwiewend Chlorophyll bleiwen nach ëmmer am Supernatant. Mat dëse kierperleche Charakteristiken vun der Zell a Chlorophyll kann de Prozentsaz vun de gebrochenen Zellen festgestallt ginn. Dëst gëtt erreecht andeems Dir als éischt déi total Chlorophyllfluoreszenz vun enger Probe moosst. Duerno gëtt d'Probe centrifugéiert. Duerno gëtt d'Chlorophyllfluoreszenz vum Supernatant gemooss. Andeems Dir de Prozentsaz vun der Chlorophyllfluoreszenz am Supernatant op d'Chlorophyllfluoreszenz vun der Gesamtprobe hëlt, kann eng Schätzung zum Prozentsaz vu futtis Zellen gemaach ginn. Dës Form vu Messung ass zimlech korrekt, awer mécht d'Annahme datt d'Zuel vu Chlorophyll pro Zell eenheetlech ass. Total Chlorophyllextraktiounen goufen mat Methanol duerchgefouert.
2. Fir déi zweet Analysemethod gouf déi klassesch Hämozytometrie benotzt fir d'Zelldensitéit an der gesammelt Algenprobe ze moossen. D'Prozedur gëtt an 2 Schrëtt duerchgefouert:

• Als éischt gëtt d'Zelldicht vun der gesammelt Algenprobe virun der Ultraschallbehandlung gemooss.
• Zweetens gëtt d'Zuel vun net zerstéierten (verbleiwen) Zellen no der Sonifikatioun vun der selwechter Probe gemooss.
  Baséierend op d'Resultater vun dësen zwou Miessunge gëtt de Prozentsaz vun zerstéierten Zellen berechent.

Bild 1: Algen virun Zerstéierung ©Algae Grow Lab

Bild 2: Algen Stéierung: 50% Zell Stéierung no 60 min. sonication. ©Algae Grow Lab

Bild 3: Algen Stéierung: 100% Zell Stéierung no 120 min. sonication. ©Algae Grow Lab