Ultraschall Assistéiert Fermentatioun fir Bioethanol Produktioun

Ultraschall-assistéiert Fermentatioun kann d'Bioethanolproduktioun verbesseren andeems se den Ofbau vu komplexe Kuelenhydrater a méi einfach Zucker förderen, wat se méi liicht verfügbar mécht fir Hef an Ethanol ëmzewandelen. Gläichzäiteg verbessert d'Sonication och d'Effizienz vun der Hefzellmauer Permeabilitéit, wat fir méi séier Ethanol Verëffentlechung a verstäerkte Gesamtproduktioun erlaabt. Doduerch resultéiert ultraschall-assistéiert Bioethanol Fermentatioun zu méi héije Konversiounsraten a verstäerkten Ausbezuelen.

Fermentatioun

D'Fermentatioun kann en aerobe (= oxidativen Fermentatioun) oder anaerobe Prozess sinn, dee fir biotechnologesch Uwendunge benotzt gëtt fir organesch Material duerch bakteriell, Pilz oder aner biologesch Zellkulturen oder duerch Enzymen ëmzewandelen. Duerch Fermentatioun gëtt Energie aus der Oxidatioun vun organesche Verbindungen, zB Kuelenhydrater, extrahéiert.
Zocker ass dat heefegste Substrat vun der Fermentatioun, resultéiert no Fermentatioun a Produkter wéi Milchsäure, Laktose, Ethanol a Waasserstoff. Fir alkoholesch Fermentatioun, Ethanol - besonnesch fir d'Benotzung als Brennstoff, awer och fir alkoholescht Gedrénks – gëtt duerch Fermentatioun produzéiert. Wann bestëmmte Hefestämme, wéi z saccharomyces cerevisiae Zocker metaboliséieren, d'Hiefzellen konvertéieren d'Ausgangsmaterial an Ethanol a Kuelendioxid.

Déi chemesch Equatiounen hei drënner resüméieren d'Konversioun:

Wann d'Ausgangsmaterial Stärke ass, zB aus Mais, muss d'Stärel als éischt an Zocker ëmgewandelt ginn. Fir Bioethanol benotzt als Brennstoff, ass Hydrolyse fir d'Stärkekonversioun erfuerderlech. Typesch gëtt d'Hydrolyse beschleunegt duerch sauer oder enzymatesch Behandlung oder duerch Kombinatioun vun deenen zwee. Normalerweis gëtt d'Fermentatioun bei ongeféier 35-40 °C duerchgefouert.
Iwwersiicht iwwer verschidde Fermentatiounsprozesser:

Iessen:

• Produktioun & Erhaalung
• Molkerei (Milchsäurefermentatioun), zB Joghurt, Bottermilch, Kefir
• Milchfermentéiert Geméis, zB Kimchi, Miso, Natto, Tsukemono, Sauerkraut
• Entwécklung vun Aromen, zB Sojazooss
• Zersetzung vun Tannmëttelen, zB Téi, Kakao, Kaffi, Tubak
• alkoholescht Gedrénks, zB Béier, Wäin, Whisky

Drogen:

• Produktioun vu medizinesche Verbindungen, zB Insulin, Hyaluronsäure

Biogas / Ethanol:

• Verbesserung vun der Biogas / Bioethanol Produktioun

Verschidde Fuerschungspabeieren an Tester a Bench-Top a Pilotgréisst hunn gewisen datt Ultraschall de Fermentatiounsprozess verbessert andeems méi Biomass zur enzymatesch Fermentatioun verfügbar ass. An der folgender Sektioun ginn d'Effekter vum Ultraschall an enger Flëssegkeet ausgeschafft.

Effekter vun Ultrasonic Liquid Processing

Duerch High-Power / Low-Frequenz Ultraschall kënnen héich Amplituden generéiert ginn. Doduerch kann High-Power / Low-Frequenz Ultraschall fir d'Veraarbechtung vu Flëssegkeete benotzt ginn wéi Vermëschung, Emulgéierung, Dispergéierung an Deagglomeratioun, oder Fräsen.
Wann d'Sonicatioun vu Flëssegkeeten mat héijer Intensitéiten, d'Schallwellen, déi an de flëssege Medien propagéieren, resultéieren an alternéierend Héichdrock (Kompressioun) a Low-Drock (Rarefaction) Zyklen, mat Tariffer ofhängeg vun der Frequenz. Wärend dem nidderegen Drockzyklus kreéieren Héichintensitéit Ultraschallwellen kleng Vakuumblasen oder Void an der Flëssegkeet. Wann d'Blasen e Volumen erreechen, bei deem se keng Energie méi absorbéiere kënnen, kollapsen se während engem Héichdrockzyklus hefteg. Dëst Phänomen gëtt Kavitatioun genannt. Kavitatioun, dat ass “d'Bildung, Wuesstem an implosive Zesummebroch vu Blasen an enger Flëssegkeet. Kavitational Zesummebroch produzéiert intensiv lokal Heizung (~ 5000 K), Héichdrock (~ 1000 Atm), an enorm Heizungs- a Killraten (>109 K/s)” a flësseg Jetstroum (~400 km/h)". (Suslick 1998)

Et gi verschidde Mëttele fir Kavitatioun ze kreéieren, sou wéi duerch Héichdrockdüsen, Rotor-Statormixer oder Ultraschallprozessoren. An all deene Systemer gëtt d'Inputenergie a Reibung, Turbulenzen, Wellen a Kavitatioun ëmgewandelt. D'Fraktioun vun der Inputenergie, déi an d'Kavitatioun transforméiert gëtt, hänkt vu verschiddene Faktoren of, déi d'Bewegung vun der Kavitatiounsgeneratiounsausrüstung an der Flëssegkeet beschreiwen. D'Intensitéit vun der Beschleunegung ass ee vun de wichtegste Faktoren, déi d'effizient Transformatioun vun Energie a Kavitatioun beaflossen. Méi héich Beschleunegung schaaft méi héich Drockdifferenzen. Dëst erhéicht d'Wahrscheinlechkeet vun der Schafung vu Vakuumblasen amplaz vun der Schafung vu Wellen, déi duerch d'Flëssegkeet propagéieren. Also, wat méi héich d'Beschleunigung ass, wat méi héich ass d'Fraktioun vun der Energie déi an d'Kavitatioun transforméiert gëtt.
Am Fall vun engem Ultraschalltransducer beschreift d'Amplitude vun der Schwéngung d'Intensitéit vun der Beschleunegung. Méi héich Amplituden resultéieren zu enger méi effektiver Schafung vu Kavitatioun. Zousätzlech zu der Intensitéit soll d'Flëssegkeet op eng Manéier beschleunegt ginn fir minimal Verloschter a punkto Turbulenzen, Reibung a Wellengeneratioun ze kreéieren. Fir dëst ass den optimale Wee eng unilateral Bewegungsrichtung. D'Intensitéit an d'Parameter vum Sonikatiounsprozess änneren, Ultraschall kann ganz schwéier oder ganz mëll sinn. Dëst mécht Ultraschall e ganz versatile Tool fir verschidden Uwendungen.

Soft Uwendungen, déi mëll Sonikatioun ënner mëlle Bedéngungen applizéieren, enthalen entgassing, Emulgéieren, an Enzym Aktivatioun. Hard Applikatiounen mat héijer Intensitéit / Héichkraaft Ultraschall (meeschtens ënner erhöhten Drock) sinn naass-fräsen, Deagglomeratioun & Partikelgréisst Reduktioun, an Dispergéieren. Fir vill Uwendungen wéi z Extraktioun, Zerfall bzw Sonochemie, D'Ultraschallintensitéit ugefrot hänkt vum spezifesche Material of, deen sonicéiert gëtt. Duerch d'Varietéit vu Parameteren, déi un den individuellen Prozess adaptéiert kënne ginn, erlaabt Ultraschall de séiss Fleck fir all eenzel Prozess ze fannen.
Nieft enger aussergewéinlecher Kraaftkonversioun bitt d'Ultraschall de grousse Virdeel vu voller Kontroll iwwer déi wichtegst Parameteren: Amplitude, Drock, Temperatur, Viskositéit a Konzentratioun. Dëst bitt d'Méiglechkeet all dës Parameteren unzepassen mam Zil déi ideal Veraarbechtungsparameter fir all spezifescht Material ze fannen. Dëst féiert zu enger méi héijer Effizienz wéi och zu enger optiméierter Effizienz.

Ultraschall fir Fermentatiounsprozesser ze verbesseren, exemplaresch erkläert mat der Bioethanolproduktioun

Bioethanol ass e Produkt vun der Zersetzung vu Biomass oder biodegradéierbarer Offallmaterial duerch anaerobe oder aerobe Bakterien. Déi produzéiert Ethanol gëtt haaptsächlech als Biobrennstoff benotzt. Dëst mécht Bioethanol eng erneierbar an ëmweltfrëndlech Alternativ fir fossil Brennstoffer, wéi zum Beispill Äerdgas.
Fir Ethanol aus Biomass ze produzéieren, kënnen Zocker, Stärke a lignocellulosematerial als Fudder benotzt ginn. Fir industriell Produktioun Gréisst, Zocker a Stärke sinn am Moment predominant well se wirtschaftlech gënschteg sinn.
Wéi Ultraschall e Client-individuelle Prozess mat spezifesche Fudder ënner bestëmmte Bedéngungen verbessert ka ganz einfach duerch Machbarkeetstester ausprobéiert ginn. Um éischte Schrëtt, d'Sonication vun enger klenger Quantitéit vun der Matière première Schlëmmst mat engem Ultraschall Labo Apparat wäert weisen, ob Ultraschall de Fudder beaflosst.

Machbarkeet Testen

An der éischter Testphase ass et gëeegent fir eng relativ héich Quantitéit un Ultraschallenergie an e klenge Volumen vu Flëssegkeet anzeféieren, well doduerch d'Chance eropgeet fir ze kucken ob Resultater kënne kritt ginn. E klenge Probevolumen verkierzt och d'Zäit mat engem Labo-Apparat a reduzéiert d'Käschte fir déi éischt Tester.
D'Ultraschallwellen ginn vun der Sonotrode Uewerfläch an d'Flëssegkeet iwwerdroen. Ënnert der Sonotrode Uewerfläch ass d'Ultraschallintensitéit am intensivsten. Dofir gi kuerz Distanzen tëscht Sonotrode a sonicated Material bevorzugt. Wann e klenge Flëssegkeetsvolumen ausgesat ass, kann d'Distanz vun der Sonotrode kuerz gehal ginn.
D'Tabell hei ënnen weist typesch Energie / Volumenniveauen fir Sonikatiounsprozesser no Optimiséierung. Zënter datt déi éischt Verspriechen net an der optimaler Konfiguratioun ausgeführt ginn, gëtt d'Sonicatiounsintensitéit an d'Zäit vun 10 bis 50 Mol vum typesche Wäert gewisen ob et en Effekt op dat sonikéiert Material ass oder net.

Prozess	Energie/ volumen	Sample Volume	Muecht	Zäit
einfach	< 100 Ws/ml	10 ml	50 watt	< 20 sec
Mëttelméisseg	100 Ws/ml bis 500 Ws/ml	10 ml	50 watt	20 bis 100 Sek
Schwéier	> 500 Ws/ml	10 ml	50 watt	>100 Sek

Dësch 1 – Typesch sonication Wäerter no Prozess Optimisatioun

Den aktuellen Strouminput vun den Testlafe kann iwwer integréiert Dateopnam opgeholl ginn (UP200Ht an UP200St), PC-Interface oder duerch Powermeter. A Kombinatioun mat den opgehollen Donnéeën vun Amplitude-Astellung an Temperatur kënnen d'Resultater vun all Prozess evaluéiert ginn an eng Bottom Line fir d'Energie / Volumen kann etabléiert ginn.
Wann während den Tester eng optimal Konfiguratioun gewielt gouf, kann dës Konfiguratiounsleeschtung während engem Optimisatiounsschrëtt verifizéiert ginn a konnt endlech op kommerziell Niveau eropgeschrauft ginn. Fir d'Optimiséierung ze erliichteren, ass et héich recommandéiert d'Limite vun der Sonikatioun z'ënnersichen, zB Temperatur, Amplitude oder Energie / Volumen fir spezifesch Formuléierungen och. Well Ultraschall negativ Effekter op Zellen, Chemikalien oder Partikelen generéiere kann, musse déi kritesch Niveaue fir all Parameter iwwerpréift ginn fir déi folgend Optimiséierung op d'Parameterberäich ze limitéieren wou déi negativ Effekter net beobachtet ginn. Fir d'Machbarkeetstudie si kleng Labo oder Bank-Top Eenheeten recommandéiert fir d'Käschte fir Ausrüstung a Proben an esou Studien ze limitéieren. Allgemeng 100 bis 1.000 Watt Eenheeten déngen d'Ziler vun der Machbarkeetstudie ganz gutt. (cf. Hielscher 2005)

Optimisatioun

D'Resultater, déi während de Machbarkeetstudien erreecht goufen, kënnen e relativ héijen Energieverbrauch betreffend de klenge behandelte Volumen weisen. Awer den Zweck vum Machbarkeettest ass haaptsächlech d'Effekter vum Ultraschall op d'Material ze weisen. Wann am Machbarkeetstester positiv Effekter optrieden, musse weider Efforte gemaach ginn fir den Energie / Volumen Verhältnis ze optimiséieren. Dëst bedeit d'ideal Konfiguratioun vun Ultraschallparameter ze entdecken fir déi héchst Ausbezuelung ze erreechen mat der manner Energie méiglech fir de Prozess wirtschaftlech raisonnabel an effizient ze maachen. Fir déi optimal Parameterkonfiguratioun ze fannen – déi virgesinn Virdeeler mat minimaler Energieinput ze kréien - d'Korrelatioun tëscht de wichtegste Parameteren Amplitude, Drock, Temperatur an flësseg Zesummesetzung muss ënnersicht ginn. An dësem zweete Schrëtt gëtt d'Ännerung vun der Batch-Sonicatioun zu enger kontinuéierlecher Sonikatiounsopstellung mat Flowzellreaktor recommandéiert well de wichtege Parameter vum Drock net fir Batch-Sonicatioun beaflosst ka ginn. Wärend der Sonikatioun an enger Partie ass den Drock op den Ambientdrock limitéiert. Wann de Sonikatiounsprozess eng dréckbar Flowzellkammer passéiert, kann den Drock erhéicht ginn (oder reduzéiert) wat am Allgemengen den Ultraschall beaflosst. Kavitatioun drastesch. Mat Hëllef vun enger Flowzelle kann d'Korrelatioun tëscht Drock a Prozesseffizienz bestëmmt ginn. Ultrasonic Prozessor tëscht 500 Watt an 2000 Watt vu Kraaft sinn am meeschte gëeegent fir e Prozess ze optimiséieren.

Skala-Up zu kommerziell Produktioun

Wann déi optimal Konfiguratioun fonnt gouf, ass de weidere Skala-up einfach wéi Ultraschallprozesser voll reproduzéierbar op enger linearer Skala. Dëst bedeit, wann Ultraschall op eng identesch flësseg Formuléierung ënner enger identescher Veraarbechtungsparameter Konfiguratioun applizéiert gëtt, ass déiselwecht Energie pro Volumen erfuerderlech fir en identescht Resultat onofhängeg vun der Veraarbechtungsskala ze kréien. (Hielscher 2005). Dat mécht et méiglech déi optimal Parameterkonfiguratioun vum Ultraschall op déi voll Skala Produktiounsgréisst ëmzesetzen. Virtuell ass de Volume, deen Ultraschall veraarbecht ka ginn, onlimitéiert. Kommerziell Ultraschallsystemer mat bis zu 16.000 Watt pro Eenheet sinn disponibel a kann an Cluster installéiert ginn. Esou Cluster vun Ultraschallprozessoren kënnen parallel oder a Serien installéiert ginn. Duerch d'Cluster-weise Installatioun vun High-Power Ultraschall-Prozessoren ass d'total Kraaft bal onlimitéiert sou datt héich Volumen Streams ouni Problem veraarbecht kënne ginn. Och wann eng Adaptatioun vum Ultraschallsystem erfuerderlech ass, zB d'Parameteren op eng modifizéiert flësseg Formuléierung unzepassen, kann dëst meeschtens duerch Ännere vu Sonotrode, Booster oder Flowzelle gemaach ginn. Déi linear Skalierbarkeet, d'Reproduzibilitéit an d'Adaptabilitéit vum Ultraschall maachen dës innovativ Technologie effizient a kosteneffektiv.

Parameter vun der Ultraschallveraarbechtung

Ultraschall Flëssegkeetsveraarbechtung gëtt duerch eng Rei Parameteren beschriwwen. Wichtegst sinn Amplituden, Drock, Temperatur, Viskositéit a Konzentratioun. D'Prozessresultat, sou wéi Partikelgréisst, fir eng bestëmmte Parameterkonfiguratioun ass eng Funktioun vun der Energie pro veraarbechte Volumen. D'Funktioun ännert sech mat Ännerungen an eenzelne Parameteren. Ausserdeem hänkt d'tatsächlech Stroumausgang pro Uewerfläch vun der Sonotrode vun enger Ultraschall-Eenheet vun de Parameteren of. D'Kraaftoutput pro Uewerfläch vun der Sonotrode ass d'Uewerflächintensitéit (I). D'Uewerflächintensitéit hänkt vun der Amplitude (A), Drock (p), dem Reaktorvolumen (VR), der Temperatur (T), der Viskositéit (η) an anerer of.

Den Impakt vun der generéierter Kavitatioun hänkt vun der Uewerflächintensitéit of. Am selwechte Wee korreléiert d'Resultat vum Prozess. D'Gesamtkraaftoutput vun enger Ultraschall-Eenheet ass d'Produkt vun der Uewerflächintensitéit (I) an der Uewerfläch (S):

p [w] ech [w / mm²]* s[mm²]

amplitude

D'Amplitude vun der Schwéngung beschreift de Wee (zB 50 µm) d'Sonotrode-Uewerfläch an enger bestëmmter Zäit reest (zB 1/20.000s bei 20kHz). Wat méi grouss d'Amplitude ass, dest méi héich ass den Taux mat deem den Drock bei all Schlag erofgeet an eropgeet. Zousätzlech zu deem erhéicht d'Volumenverschiebung vun all Schlag, wat zu engem méi grousse Kavitatiounsvolumen resultéiert (Bubble Gréisst an / oder Zuel). Wann Dir op Dispersiounen applizéiert gëtt, weisen méi héich Amplituden eng méi héich Zerstéierung fir zolidd Partikelen. Table 1 weist allgemeng Wäerter fir e puer Ultraschallprozesser.

Drock

De Kachpunkt vun enger Flëssegkeet hänkt vum Drock of. Wat méi héich den Drock ass, wat méi héich ass de Kachpunkt, an ëmgedréint. Erhéigen Drock erlaabt Kavitatioun bei Temperaturen no oder iwwer dem Kachpunkt. Et erhéicht och d'Intensitéit vun der Implosioun, déi mam Ënnerscheed tëscht dem statesche Drock an dem Dampdruck an der Bubble verbonnen ass (cf. Vercet et al. 1999). Zënter datt d'Ultraschallkraaft an d'Intensitéit séier mat Ännerungen am Drock ännert, ass eng konstant Drockpompel bevorzugt. Wann Dir Flëssegkeet un eng Flowzelle liwwert, sollt d'Pompel fäeg sinn de spezifesche Flëssegkeetsfloss bei passenden Drock ze handhaben. Membran oder Membran Pompelen; flexibel-Rouer, Schlauch oder presséiert Pompelen; peristaltesch Pompelen; oder Piston oder plunger Pompel wäert ofwiesselnd Drock Schwankungen schafen. Zentrifugalpompelen, Gangpompelen, Spiralpompelen a progressive Kavitéitpompelen, déi d'Flëssegkeet liwweren, déi mat engem kontinuéierlech stabilen Drock sonikéiert ginn, si bevorzugt. (Hielscher 2005)

Temperatur

Duerch d'Sonicatioun vun enger Flëssegkeet gëtt Kraaft an d'Mëttel iwwerdroen. Als ultraschall generéiert Schwéngung verursaacht Turbulenzen a Reibung, déi sonikéiert Flëssegkeet - am Aklang mat dem Gesetz vun der Thermodynamik – wäert waarm ginn. Héich Temperaturen vum veraarbechte Medium kënnen zerstéierend fir d'Material sinn an d'Effizienz vun der Ultraschallkavitatioun reduzéieren. Innovativ Ultraschallflosszellen si mat enger Ofkilljacket ausgestatt (kuckt Bild). Dofir gëtt déi exakt Kontroll iwwer d'Temperatur vum Material während der Ultraschallveraarbechtung uginn. Fir d'Becher-Sonicatioun vu méi klenge Volumen ass en Äisbad fir Wärmevergëftung recommandéiert.

Viskositéit a Konzentratioun

ultrasonic milling an Dispergéieren sinn flësseg Prozesser. D'Partikele mussen an enger Suspension sinn, zB Waasser, Ueleg, Léisungsmëttel oder Harze. Duerch d'Benotzung vun Ultraschall-Flow-Through-Systemer gëtt et méiglech, ganz viskos, pasty Material ze sonicéieren.
Héichkraaft Ultraschallprozessor ka bei zimlech héije Feststoffkonzentratioune lafen. Eng héich Konzentratioun liwwert d'Effizienz vun der Ultraschallveraarbechtung, well d'Ultraschallfräseffekt duerch Inter-Partikelkollisioun verursaacht gëtt. D'Untersuchungen hu gewisen datt d'Breechquote vu Silica onofhängeg vun der Feststoffkonzentratioun bis zu 50% vum Gewiicht ass. D'Veraarbechtung vu Masterbatches mat héich konzentréiertem Materialverhältnis ass eng gemeinsam Produktiounsprozedur mat Ultraschall.

Kraaft an Intensitéit vs Energie

Surface Intensitéit a Gesamtkraaft beschreiwen nëmmen d'Intensitéit vun der Veraarbechtung. De sonicéierte Probevolumen an d'Zäit vun der Belaaschtung bei enger gewësser Intensitéit musse berücksichtegt ginn fir e Sonikatiounsprozess ze beschreiwen fir et skalierbar a reproduzéierbar ze maachen. Fir eng bestëmmte Parameterkonfiguratioun hänkt d'Prozessresultat, zB Partikelgréisst oder chemesch Konversioun, vun der Energie pro Volumen (E/V) of.

Resultat = F (E /V )

Wou d'Energie (E) d'Produkt vum Stroumausgang (P) an der Beliichtungszäit (t) ass.

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

Ännerungen an der Parameter Konfiguratioun wäert d'Resultat Funktioun änneren. Dëst am Tour wäert d'Quantitéit vun Energie variéieren (E) néideg fir e bestëmmte Prouf Wäert (V) fir eng spezifesch Resultat Wäert ze kréien. Aus dësem Grond ass et net genuch fir eng gewësse Kraaft vum Ultraschall op e Prozess z'installéieren fir e Resultat ze kréien. Eng méi raffinéiert Approche ass erfuerderlech fir d'Kraaft erfuerderlech an d'Parameterkonfiguratioun z'identifizéieren, bei där d'Kraaft an de Prozessmaterial gesat soll ginn. (Hielscher 2005)

Ultraschall Assistéiert Produktioun vu Bioethanol

Et ass scho bekannt datt Ultraschall d'Bioethanolproduktioun verbessert. Et ass recommandéiert d'Flëssegkeet mat Biomass ze verdicken zu enger héichviskoser Schlamm déi nach ëmmer pumpbar ass. Ultraschallreaktoren kënnen zimlech héich zolidd Konzentratioune handhaben, sou datt de Sonikatiounsprozess am effizientesten leeft. Wat méi Material an der Schlamm enthale gëtt, dest manner Trägerflëssegkeet, déi net vum Sonikatiounsprozess profitéiert, gëtt behandelt. Well d'Energieinput an eng Flëssegkeet eng Heizung vun der Flëssegkeet duerch Gesetz vun der Thermodynamik verursaacht, heescht dat datt d'Ultraschallenergie sou wäit wéi méiglech op d'Zielmaterial applizéiert gëtt. Duerch sou en effiziente Prozessdesign gëtt eng verschwendend Erhëtzung vun der iwwerschësseg Trägerflëssegkeet vermeit.
Ultraschall hëlleft den Extraktioun vum intrazelluläre Material a mécht et doduerch zur enzymatesch Fermentatioun zur Verfügung. Mëll Ultraschallbehandlung kann enzymatesch Aktivitéit verbesseren, awer fir Biomass Extraktioun wäert méi intensiv Ultraschall erfuerderlech sinn. Dofir sollten d'Enzyme no der Sonikatioun an d'Biomass-Schlämm bäigefüügt ginn, well intensiv Ultraschall Enzyme inaktivéiert, wat en net gewënschten Effekt ass.

Aktuell Resultater erreecht duerch wëssenschaftlech Fuerschung:

D'Studien vu Yoswathana et al. (2010) betreffend d'Bioethanolproduktioun aus Reisstréi hunn gewisen datt d'Kombinatioun vu Säurevirbehandlung an Ultraschall virun der enzymatesch Behandlung zu enger erhéichter Zockerausbezuelung vu bis zu 44% (op Reisstréibasis) féiert. Dëst weist d'Effizienz vun der Kombinatioun vu kierperlecher a chemescher Virbehandlung virun der enzymatesch Hydrolyse vu Lignocellulosematerial zu Zocker.

Diagramm 2 illustréiert déi positiv Auswierkunge vun der Ultraschallbestralung während der Bioethanolproduktioun aus Reisstréi grafesch. (Holzkuel gouf benotzt fir déi virbehandelt Proben aus Säure / Enzym Virbehandlung an Ultraschall Virbehandlung ze entgëften.)

An enger anerer rezenter Studie ass den Afloss vun der Ultraschall op den extrazellulären an intrazelluläre Niveau vum β-Galaktosidase-Enzym iwwerpréift. Sulaiman et al. (2011) konnt d'Produktivitéit vun der Bioethanolproduktioun wesentlech verbesseren, andeems Ultraschall bei enger kontrolléierter Temperatur benotzt gëtt, déi den Hefwachstum vum Kluyveromyces marxianus (ATCC 46537) stimuléiert. D'Autoren vum Pabeier widderhuelen datt intermittéierend Sonikatioun mat Kraaft Ultraschall (20 kHz) bei Duty Cycles vun ≤20% stimuléiert Biomassproduktioun, Laktosemetabolismus an Ethanolproduktioun am K. marxianus bei enger relativ héicher Sonikatiounsintensitéit vun 11.8Wcm^-2. Ënnert de beschte Konditiounen huet d'Sonicatioun d'endgülteg Ethanol Konzentratioun ëm bal 3,5-fach vergréissert par rapport zu der Kontroll. Dëst entsprécht enger 3,5-fach Verbesserung vun der Ethanolproduktivitéit, awer erfuerdert 952W zousätzlech Kraaft-Input pro Kubikmeter Bouillon duerch Sonikatioun. Dës zousätzlech Noutwendegkeete fir Energie war sécherlech bannent akzeptablen Operatiounsnormen fir Bioreaktoren a, fir héichwäerteg Produkter, konnten einfach duerch déi verstäerkte Produktivitéit kompenséiert ginn.

Fazit: Virdeeler vun Ultraschall-Assistéiert Fermentatioun

Ultraschallbehandlung gouf als effizient an innovativ Technik gewisen fir d'Bioethanol-Ausbezuelung ze verbesseren. Primär gëtt Ultraschall benotzt fir intrazellulärt Material aus Biomass ze extrahieren, wéi Mais, Soja, Stréi, ligno-cellulosescht Material oder Geméisoffallmaterialien.

• Erhéijung vum Bioethanol Ausbezuele
• Desintegratioun / Zell Zerstéierung a Verëffentlechung vun intrazellulärem Material
• Verbessert anaerobe Zersetzung
• Aktivatioun vun Enzymen duerch mëll sonication
• Verbesserung vun der Prozesseffizienz duerch Héichkonzentratioun Schläim

Déi einfach Tester, reproduzéierbar Skala-up an einfach Installatioun (och a scho bestehend Produktiounsstroum) mécht Ultraschall eng rentabel an effizient Technologie. Zuverlässeg industriell Ultraschallprozessoren fir kommerziell Veraarbechtung sinn verfügbar a maachen et méiglech quasi onlimitéiert Flëssegkeetsvolumen ze sonicéieren.