Hielscher ultraskaņas tehnoloģija

Ultrasonically palīdz fermentācija bioetanola ražošanai

Fermentācijas

Fermentācijas var būt aerobā (= oksidatīvā fermentācija) vai anaerobās process, ko izmanto biotehnoloģiskiem lietojumiem, lai pārveidotu organisko materiālu baktēriju, sēnīšu vai citu bioloģisko šūnu kultūrām vai fermentiem. Fermentācijas procesā enerģiju iegūst, oksidējot organiskos savienojumus, piemēram, ogļhidrātus.

Cukurs ir visizplatītākais fermentācijas substrāts, kas rodas pēc fermentācijas tādos produktos kā pienskābe, laktoze, etanols un ūdeņradis. Spirta fermentācijai, etanolā – jo īpaši izmantošanai par degvielu, kā arī alkoholiskajiem dzērieniem. – iegūst fermentācijas procesā. Kad daži rauga celmi, piemēram, "Saccharomyces cerevisiae" metabolizē cukuru, rauga šūnas pārvērst izejmateriālus etanolā un oglekļa dioksīda.

Ķīmiskie vienādojumi turpmāk apkopo konversijas:

Kopējā bioetanola ražošanā cukuru ar fermentāciju pārvērš pienskābē, laktozes, etanolā un ūdeņradiā.

Ķīmiskās vienādojumi kopsavilkums konversijas bioetanols.

Ja izejmateriāls ir ciete, piemēram, no kukurūzas, pirmkārt, ciete jākonvertē cukurā. Attiecībā uz bioetanolu, ko izmanto par degvielu, ir vajadzīga cietes konversijas hidrolīze. Parasti hidrolīze tiek paātrināta ar skābi vai fermentatīvu ārstēšanu, vai kombinējot abus. Parasti fermentāciju veic aptuveni 35 – 40 ° c temperatūrā.
Pārskats par dažādiem fermentācijas procesiem:

Pārtikas:

  • ražošana & Saglabāšanu
  • (pienskābes fermentācija), piemēram, jogurts, paniņas, kefīrs
  • pienskābie raudzētie dārzeņi, piemēram, kimči, miso, natto, tsukemono, Skābie kāposti
  • aromatics, piemēram, sojas mērce
  • sauļošanās aģentu sadalīšanās, piemēram, tēja, kakao, kafija, tabaka,
  • alkoholiskie dzērieni, piemēram, alus, vīns, viskijs

Narkotikas:

  • medicīnisko savienojumu ražošana, piemēram, insulīns, hialuronskābe,

Biogāze/etanols:

  • biogāzes/bioetanola ražošanas uzlabošana

Dažādi zinātniskie raksti un testi stendā un pilota lielumā rāda, ka ultraskaņa uzlabo fermentācijas procesu, padarot biomasu fermentatīvā fermentācijā. Nākamajā sadaļā tiks izstrādāts ultraskaņas efekts šķidrumā.

Ultraskaņas reaktori palielina biodīzeļdegvielas daudzumu un pārstrādes efektivitāti!

Bioetanolu var ražot no saulespuķu stiebriem, kukurūzas, cukurniedru utt.

Ultraskaņas šķidrās apstrādes ietekme

Ar lieljaudas/zemas frekvences ultraskaņas augstas amplitūdas var ģenerēt. Tādējādi augstas jaudas/zemas frekvences ultraskaņu var izmantot šķidrumu apstrādei, piemēram, sajaukšanai, emulgācijai, izkliedēšanai un deagglomēšanai, vai malšanai.
Kad sonicating šķidrumus ar augstu intensitāti, skaņas viļņi, kas izplatīt vērā šķidro plašsaziņas līdzekļu rezultātā pārmaiņus augsta spiediena (kompresijas) un zema spiediena (rarefaction) cikli, ar likmēm, atkarībā no frekvences. Zema spiediena cikla laikā augstas intensitātes ultraskaņas viļņi rada nelielus vakuuma burbuļus vai tukšumu šķidrumā. Kad burbuļi sasniegt tilpumu, kurā tie vairs nevar absorbēt enerģiju, tie sabrukt spēcīgi augsta spiediena ciklā. Šo parādību dēvē par kavitāciju. kavitācijatas ir “veidošanos, augšanu un implosive sabrukumu burbuļi šķidrumā. Cavitational sabrukums rada intensīvu vietējo apkuri (~ 5000 K), lielu spiedienu (~ 1000 ATM), un milzīgo apkures un dzesēšanas ātrumu (>109 K / s)” un šķidro reaktīvo plūsmu (~ 400 km/h) ". (Suslick 1998)

Etanola ķīmiskā struktūra

Strukturālā formula etanolā

Ir dažādi līdzekļi, lai radītu kavitāciju, piemēram, ar augstspiediena sprauslas, rotoru-Stator maisītāji, vai ultraskaņas procesori. Visās šajās sistēmās ieejas enerģija tiek pārvērsta berzes, satricinājumi, viļņi un kavitāciju. No ievades enerģijas, kas tiek pārveidots kavitāciju frakcija ir atkarīga no vairākiem faktoriem, kas apraksta kustību KAVITĀCIJAS ražošanas iekārtas šķidrumā. Paātrinājuma intensitāte ir viens no svarīgākajiem faktoriem, kas ietekmē efektīvu enerģijas pārveidošanu kavitāciju. Augstāks paātrinājums rada augstākas spiediena atšķirības. Tas, savukārt, palielina varbūtību, ka tiek radīti vakuuma burbuļi, nevis ar šķidrumu pavairojamo viļņu rašanos. Tādējādi, lielāks paātrinājums augstāks ir daļa no enerģijas, kas tiek pārveidots kavitāciju.
Ultraskaņas pārveidotāja gadījumā svārstīšanās amplitūda raksturo paātrinājuma intensitāti. Augstāks amplitūdas rezultāts ir efektīvāka kavitāciju radīšana. Papildus intensitāti, šķidrums būtu jāpaātrina tādā veidā, lai radītu minimālu zaudējumu ziņā turbulences, berzes un viļņu paaudzei. Šim optimālais veids ir vienpusējs kustības virziens. Mainot intensitāti un parametrus ultraskaņu process, ultraskaņa var būt ļoti grūti vai ļoti mīksts. Tas padara ultraskaņu ļoti daudzpusīgs rīks dažādiem lietojumiem.
Compact and powerful ultrasonic lab devices allow for simple testings in small scale to evaluate process feasibility

1. attēls – Ultraskaņas lab ierīce UP100H (100 vati) iespēju testiem

Soft pieteikumus, piemērojot vieglas ultraskaņas apstrādei vieglas apstākļos, ietver degazēšana, Emulģējošsun fermentu aktivizāciju. Cietie lietojumi ar augstas intensitātes/lieljaudas ultraskaņu (galvenokārt zem paaugstināta spiediena) ir slapjā malšana, Deagglomeration & daļiņu izmēra samazināšana, un Izkliedēšana. Daudziem lietojumiem, piemēram, Ekstrakcija, dezintegrāciju vai Sonokīmija, pieprasītā ultraskaņas intensitāte ir atkarīga no konkrētā materiāla, kas jāsonicated. Ar dažādiem parametriem, kas var pielāgot individuālo procesu, ultraskaņa ļauj atrast sweet spot katram atsevišķam procesam.
Bez izcilu jaudas konversiju, ultrasonication piedāvā lielas priekšrocības pilnīgu kontroli pār svarīgākajiem parametriem: amplitūda, spiediens, temperatūra, viskozitāte un koncentrācija. Tas dod iespēju pielāgot visus šos parametrus ar mērķi atrast ideālus apstrādes parametrus katram konkrētam materiālam. Tas rada augstāku efektivitāti, kā arī optimizēta efektivitāti.

Ultraskaņa, lai uzlabotu fermentācijas procesus, kas izskaidrojams ar bioetanola ražošanu

Bioetanols ir produkts, sadalīšanās biomasas vai bioloģiski noārdāmo atkritumu anaerobās vai aerobās baktērijas. Saražoto etanolu galvenokārt izmanto par biodegvielu. Tas bioetanolu padara par atjaunojamu un videi draudzīgu alternatīvu fosilajam kurināmajam, piemēram, dabasgāzei.
Lai ražotu etanolu no biomasas, cukuru, cieti un lignocelulozes materiālu var izmantot kā izejvielas. Rūpnieciskās ražošanas apjomam, cukurs un ciete pašlaik dominē, jo tie ir ekonomiski izdevīgi.
Kā ultraskaņa uzlabo klientu individuālo procesu ar konkrētu izejvielu saskaņā ar noteiktiem nosacījumiem var izmēģināt ļoti vienkārši priekšizpētes testus. Pirmajā posmā ultrasonication par nelielu daudzumu izejvielu vircas ar ultraskaņas laboratorijas ierīce tiks parādīts, ja ultraskaņa ietekmēs izejvielas.

Priekšizpēte

Pirmajā testēšanas fāzē ir piemēroti ieviest salīdzinoši lielu ultraskaņas enerģijas daudzumu nelielā šķidruma tilpumā, tādējādi iespēja palielinās, lai noskaidrotu, vai ir iespējams iegūt rezultātus. Neliels parauga tilpums arī saīsina laiku, izmantojot lab ierīci un samazina izmaksas par pirmajiem testiem.
Ultraskaņas viļņus pārraida no sonotrode virsmas uz šķidrumu. Beneth sonotrode virsmas, ultraskaņas intensitāte ir visintensīvākā. Tā, īss attālums starp sonotrode un apstrādāt ultraskaņu materiālu priekšroka. Kad ir eksponēts neliels šķidruma tilpums, attālumu no sonotrode var saglabāt īsu.
Tālāk redzamajā tabulā ir parādīti tipiski enerģijas/skaļuma līmeņi ultraskaņas apstrādei pēc optimizācijas. Tā kā pirmie izmēģinājumi netiks palaist optimālu konfigurāciju, ultraskaņas intensitāti un laiku 10 līdz 50 reizes tipisks vērtība rādīs, ja ir kāda ietekme uz apstrādāt ultraskaņu materiāla vai ne.

process

Enerģijas

sējums

Parauga tilpums

Jauda

laiks

Vienkārši

< 100Ws/mL

10mL

50W

< no 20 sekundēm

Vidēja

100Ws/mL līdz 500Ws/mL

10mL

50W

no 20 līdz 100 sekundēm

Cietā

> 500Ws/mL

10mL

50W

>100 SEK.

Tabula Nr. 1 – Tipiskas ultraskaņas vērtības pēc procesa optimizācijas

Faktisko ieejas strāvas ievadi var reģistrēt, izmantojot integrētu datu ierakstīšanu (UP200Ht un UP200St), PC-Interface vai ar PowerMeter. Kopā ar reģistrētajiem amplitūdas iestatījuma un temperatūras datiem var novērtēt katra pētījuma rezultātus un noteikt enerģijas/tilpuma apakšējo rindu.
Ja testu laikā ir izvēlēta optimāla konfigurācija, šo konfigurācijas sniegumu var pārbaudīt optimizācijas soļa laikā, un to var galīgi samazināt līdz komerciālajā līmenī. Lai atvieglotu optimizāciju, ir ļoti ieteicams, lai pārbaudītu ierobežojumus ultraskaņu, piemēram, temperatūra, amplitūda vai enerģijas/tilpuma īpašiem preparātiem, too. Tā kā ultraskaņa var radīt negatīvu ietekmi uz šūnām, ķimikālijām vai daļiņām, ir jāpārbauda katra parametra kritiskais līmenis, lai ierobežotu šādu optimizāciju ar parametru diapazonu, kurā negatīvā ietekme nav novērota. Par priekšizpēti mazas laboratorijas vai solu-top vienības ir ieteicams, lai ierobežotu izdevumus par iekārtām un paraugiem šādos pētījumos. Parasti 100 līdz 1 000 vati vienības kalpot par priekšizpēti ļoti labi mērķiem. (sal. ar 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.

Tabula Nr. 1 – Tipiskas ultraskaņas vērtības pēc procesa optimizācijas

Optimizācija

Priekšizpētē sasniegtie rezultāti var uzrādīt diezgan lielu enerģijas patēriņu attiecībā uz nelielo daudzumu, kas tiek apstrādāts. Bet par priekšizpēti mērķis ir galvenokārt, lai pierādītu, ultraskaņas ietekmi uz materiālu. Ja, veicot priekšizpēti, pozitīva ietekme ir notikusi, jāveic turpmāki centieni, lai optimizētu enerģijas/tilpuma attiecību. Tas nozīmē, lai izpētītu ideālu konfigurāciju ultraskaņas parametru, lai sasniegtu visaugstāko ražu, izmantojot mazāk enerģijas iespējams padarīt procesu ekonomiski vissamērīgāko un efektīvāku. Lai atrastu optimālo parametra konfigurāciju – paredzēto priekšrocību iegūšana ar minimālu enerģijas patēriņu — saistība starp svarīgākajiem parametriem amplitūda, spiediens, temperatūra un Šķidrums sastāvs ir jāizmeklē. Šajā otrajā posmā izmaiņas no partijas ultraskaņu, lai nepārtraukti ultraskaņas setup ar plūsmas šūnu reaktoru ir ieteicama, jo svarīgs parametrs spiediena nevar ietekmēt partijas apstrādei ar ultraskaņu. Ultraskaņas apstrādes laikā partijā spiediens tiek ierobežots līdz apkārtējās vides spiedienam. Ja ultraskaņas apstrādes process iztur spiedienam pakļautā plūsmas šūnu kamerā, spiedienu var pacelts (vai samazināts), kas parasti ietekmē ultraskaņas kavitācija Krasi. Izmantojot plūsmas šūnu, var noteikt sakarību starp spiedienu un procesa efektivitāti. Ultraskaņas procesori starp 500 vati un 2000 vati ir vispiemērotākās, lai optimizētu procesu.

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

2. attēls – blokshēma, kas paredzēta ultraskaņas procesa optimizācijai

Mērogs uz komerciālo ražošanu

Ja ir atrasta optimālā konfigurācija, turpmāka Mērogojums ir vienkārša, jo ultraskaņas procesi ir pilnībā reproducāma lineārā skalā. Tas nozīmē, ja ultraskaņu piemēro identiskai šķidrai formai ar identisku apstrādes parametru konfigurāciju, ir nepieciešams tāds pats enerģijas daudzums, lai iegūtu identisku rezultātu, kas ir neatkarīgs no apstrādes skalas. (Hielscher 2005). Tas ļauj īstenot optimālo parametru konfigurāciju ultraskaņu ar pilna apjoma ražošanas apjomu. Praktiski, tilpums, kas var apstrādāt ultraskaņas ir neierobežots. Komerciālās ultraskaņas sistēmas ar līdz pat 16 000 vati par vienu vienību ir pieejami, un tos var uzstādīt kopās. Šādas ultraskaņas procesoru kopas var uzstādīt paralēli vai sērijās. Ar klastera gudrs uzstādīšanu lieljaudas ultraskaņas procesori, kopējā jauda ir gandrīz neierobežots tā, ka liela apjoma plūsmas var apstrādāt bez problēmām. Arī tad, ja nepieciešama ultraskaņas sistēmas pielāgošana, piemēram, lai pielāgotu parametrus modificētās šķidrās zāļu formas noteikšanai, to lielākoties var izdarīt, mainot sonotrode, revakcināciju vai plūsmas šūnu. Ar ultraskaņu lineārā mērogojamība, reproducējamība un ultraskaņas spēja padara šo novatorisko tehnoloģiju efektīvu un rentablu.

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

3. attēls – rūpniecisks ultraskaņas procesors UIP16000 ar 16 000 vati jauda

Ultraskaņas apstrādes parametri

Ultraskaņas šķidrumu apstrāde ir aprakstīta ar vairākiem parametriem. Vissvarīgākais ir amplitūda, spiediens, temperatūra, viskozitāte un koncentrācija. Procesa rezultāts, piemēram, daļiņu izmērs, dotajam parametru konfigurācijai ir enerģijas funkcija uz apstrādāto apjomu. Funkcija mainās ar individuālo parametru izmaiņām. Turklāt faktiskā jauda katrā virsmas laukumā sonotrode ultraskaņas vienībā ir atkarīga no parametriem. Jauda no sonotrode virsmas laukuma ir virsmas intensitāte (I). Virsmas intensitāte ir atkarīga no amplitūdas (A), spiediena (p), reaktora tilpuma (VR), temperatūras (T), viskozitātes (ē) un citiem.

Vissvarīgākie parametri ultraskaņas apstrādē ietver amplitūdu (A), spiedienu (p), reaktora tilpumu (VR), temperatūru (T) un viskozitāti (ē).

Ultraskaņas apstrādes KAVITĀCIJAS ietekme ir atkarīga no virsmas intensitātes, kas ir atgāzta ar amplitūdu (A), spiedienu (p), reaktora tilpumu (VR), temperatūru (T), viskozitāti (ē) un citām. Plusa un mīnusa zīme norāda, ka ultrasonikācijas intensitātei ir specifisks parametrs vai negatīva ietekme.

Radītās KAVITĀCIJAS ietekme ir atkarīga no virsmas intensitātes. Tādā pašā veidā, procesa rezultāts korelē. Ultraskaņas iekārtas kopējā izejas jauda ir virsmas intensitātes (I) un virsmas laukuma (-u) produkts:

P [W] I [W / Mm²]* Asv[Mm²]

Amplitūdas

Svārstīšanās amplitūda raksturo ceļu (piem., 50 μm), sonotrode virsma pārvietojas noteiktā laikā (piem., 1/20, 000s pie 20kHz). Jo lielāks amplitūda, jo augstāks ir ātrums, kādā spiediens pazemina un palielinās katrā triekā. Papildus tam, tilpums pārvietošanas katra insulta palielinās, kā rezultātā lielāks kavitāciju tilpums (burbuļu izmēru un/vai numuru). Ja to piemēro dispersijām, augstākas amplitūdas rāda augstāku iznīcību uz cietas daļiņas. 1. tabulā ir parādītas vispārīgas vērtības dažiem ultraskaņas procesiem.

The ultrasound amplitude is an important process parameter.

Tabula Nr. 2 – Vispārēji ieteikumi par Amplitudes

Spiediena

Viršanas punkts šķidrumam ir atkarīgs no spiediena. Jo augstāks spiediens, jo augstāks ir viršanas punkts, un otrādi. Paaugstināts spiediens pieļauj iedobšanu temperatūrā, kas tuva viršanas punktam vai virs tā. Tas arī palielina intensitāti sabrukums, kas ir saistīta ar starpību starp statisko spiedienu un tvaika spiedienu iekšpusē burbulis (sal. Vercet et al. 1999). Tā kā ultraskaņas jauda un intensitāte ātri mainās līdz ar spiediena izmaiņām, vēlams sūknis ar nemainīgu spiedienu. Piegādājot šķidrumu plūsmas šūnai, sūknim būtu jāspēj apstrādāt specifisku šķidruma plūsmu pie piemērota spiediena. Diafragmas vai membrānas sūkņi; elastīgās caurulītes, šļūteņu vai saspiest sūkņus; Peristaltiskie sūkņi; virzuli vai virzuļa sūkni radīs mainīgās spiediena svārstības. Centrbēdzes sūkņi, pārnesumu sūkņi, spirālveida sūkņi, un progresīvu dobuma sūkņi, kas piegādā šķidrumu apstrādāt ultraskaņu pie nepārtraukti stabils spiediens ir priekšroka. (Hielscher 2005)

temperatūra

Ar sonicating šķidrums, jauda tiek pārraidīta vidē. Tā kā ultrasoniski ģenerēta svārstības izraisa satricinājumi un berzes, ar apstrādāt ultraskaņu šķidrumu – saskaņā ar termodinamikas likumiem – būs sakarst. Paaugstināta temperatūra apstrādes vidē var būt destruktīva uz materiālu un samazinātu efektivitāti ultraskaņas kavitāciju. Novatoriskas ultraskaņas plūsmas šūnas ir aprīkotas ar dzesēšanas apvalku (skatīt attēlu). Līdz ar to, tiek dota precīza kontrole pār materiāla temperatūru ultraskaņas apstrādes laikā. Par biķeris ultraskaņu ar mazākiem apjomiem ledus vannā siltuma izkliedi ir ieteicama.

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

3. attēls – ultraskaņas pārveidotājs UIP1000hd (1000 vati) ar plūsmas elementu, kas aprīkots ar dzesēšanas apvalku – tipisks aprīkojums optimizācijas soļiem vai maza mēroga ražošanai

Viskozitāte un koncentrācija

Ultraskaņas frēzēšana un Izkliedēšana ir šķidri procesi. Daļiņām jābūt suspensijai, piemēram, ūdenī, eļļā, šķīdinātājos vai sveķiņās. Izmantojot ultraskaņas caurplūdes sistēmas, kļūst iespējams apstrādāt ļoti viskozs, pastveida materiāls.
Augstas jaudas ultraskaņas procesors var darboties ar diezgan augstu cietvielu koncentrāciju. Augsta koncentrācija nodrošina ultraskaņas apstrādes efektivitāti, jo ultraskaņas frēzēšanas efektu izraisa starpdaļiņu sadursme. Pētījumi ir pierādījuši, ka silīcija dioksīda pārrāvums nav atkarīgs no cietās koncentrācijas līdz 50% no svara. Galveno partiju apstrāde ar ļoti koncentrētu materiāla attiecību ir kopīga ražošanas procedūra, kurā izmanto ultrasonikāciju.

Jauda un intensitāte vs enerģētika

Virsmas intensitāte un kopējā jauda tikai aprakstīt apstrādes intensitāti. Lai aprakstītu ultraskaņas procesu, lai padarītu to mērogojamu un reproducjamu, ir jāņem vērā apstrādāt ultraskaņu parauga tilpums un iedarbības laiks noteiktā intensitātē. Dotajam parametru konfigurēšanai procesa rezultāts, piemēram, daļiņu izmērs vai ķīmiskā pārveidošana, ir atkarīgs no enerģijas vienā tilpumā (E/V).

Rezultāts = F (E /V )

Ja enerģija (E) ir saražotās jaudas (P) reizprodukts un iedarbības laiks (t).

E[Ws] = P[W]*T[Asv]

Izmaiņas parametru konfigurācijā mainīs rezultāta funkciju. Tas savukārt atšķirsies no enerģijas daudzuma (E), kas vajadzīgs konkrētai parauga vērtībai (V), lai iegūtu konkrētu rezultāta vērtību. Šī iemesla dēļ nav pietiekami, lai ieviestu noteiktu jaudu ultraskaņas uz procesu, lai iegūtu rezultātu. Sarežģītāka pieeja ir nepieciešama, lai noteiktu nepieciešamo jaudu un parametru konfigurāciju, pie kuras jauda būtu jāievieš procesa materiālā. (Hielscher 2005)

Ultrasonically palīdz ražošana bioetanols

Tas jau ir zināms, ka ultraskaņa uzlabo bioetanola ražošanu. Ir ieteicams sabiezēt šķidrumu ar biomasu ļoti viskozs vircu, kas joprojām ir pumpable. Ultraskaņas reaktori var apstrādāt samērā augstu cieto koncentrāciju tā, lai ultraskaņas process varētu darboties visefektīvākajā. Jo vairāk materiāls ir ietverts vircu, mazāk pārvadātājs šķidrums, kas nav peļņa no ultraskaņas process, tiks apstrādāti. Kā enerģijas ievade šķidrumā izraisa apkures šķidrums ar likumu termodinamikas, tas nozīmē, ka Ultraskaņas enerģija tiek piemērota mērķa materiāla, cik vien iespējams. Ar šādu efektīvu procesu dizains, nelietderīgu apkures lieko pārvadātājs šķidrums tiek novērsta.
Ultraskaņa palīdz Ekstrakcija no intracelulārā materiāla un tādējādi pieejams fermentatīvā fermentācijā. Viegla ultraskaņas ārstēšana var uzlabot fermentatīvo aktivitāti, bet biomasas iegūšanai intensīvāka ultraskaņa būs nepieciešama. Līdz ar to, fermenti ir jāpievieno biomasas vircas pēc ultraskaņas ar intensīvu ultraskaņas inaktivē fermentus, kas nav vēlamais efekts.

Pašreizējie rezultāti, kas gūti zinātniskā izpētē:

Pētījumi par Yoswathana et al. (2010), kas attiecas uz bioetanola ražošanu no rīsu stiebriem, parādīja, ka skābes pirmapstrādes un ultraskaņas apvienojums pirms fermentatīvās apstrādes rada palielinātu cukura daudzumu līdz 44% (uz rīsu stiebriem bāzes). Tas liecina, efektivitāti, apvienojot fizikālo un ķīmisko pirmapstrāde pirms fermentatīvā hidrolīzes no lignocelulozaudē materiālu uz cukuru.

2. diagrammā attēlotas ultraskaņas apstarošanas pozitīvās sekas bioetanola ražošanā no rīsu salmiem grafiski. (Kokogles ir tikusi izmantota, lai detoksizotu iepriekš apstrādātā parauga no skābes/fermentu pirmapstrādes un ultraskaņas pirmapstrādes.)

Ultraskaņas mākslīgās fermentācijas rezultāts ir ievērojams lielāks etanola ienesīgums. Bioetanols ir ražots no rīsu salmiem.

2. diagramma – Ultraskaņas uzlabošana etanola ražu fermentācijas laikā (Yoswathana et al. 2010)

Citā nesenā pētījumā ir pētīta ultrasonikācijas ietekme uz ekstracelulāro un β-galaktozidāzes enzīma intracelulārā līmeņa. Sulaiman et al. (2011) varētu būtiski uzlabot bioetanola ražošanas produktivitāti, izmantojot ultraskaņas kontrolētā temperatūrā, stimulējot rauga augšanu Kluyveromyces marxianus (ATCC 46537). No papīra autori atsāk, ka intermitējošs ultraskaņas ar jaudu ultraskaņu (20 kHz) ar nodokli ciklu ≤ 20% stimulēja biomasas ražošanu, laktozes metabolismu un etanola ražošanu K. marxianus ar salīdzinoši augstu ultraskaņas intensitāti 11.8 WCM2. Saskaņā ar labākajiem nosacījumiem, ultraskaņu uzlabota galīgo etanola koncentrāciju gandrīz 3,5 reizes, salīdzinot ar kontroli. Tas atbilda 3,5 reizes uzlabot etanola produktivitāti, bet nepieciešama 952W papildu jaudas ievadi uz kubikmetru buljonu ar ultraskaņas. Šī papildu prasība par enerģiju noteikti bija pieņemamas Bioreaktoru darbības normās, un augstas vērtības produktiem to var viegli kompensēt, palielinot produktivitāti.

Secinājums: ieguvumi no Ultrasoniski atbalstītas fermentācijas

Ultraskaņas apstrāde ir pierādīta kā efektīvs un novatorisks paņēmiens, lai uzlabotu bioetanola ražu. Pirmkārt, ultraskaņa tiek izmantota, lai iegūtu intracelulāro materiālu no biomasas, piemēram, kukurūza, sojas pupas, salmi, lignocelulozes materiāls vai augu atkritumu materiāli.

  • Bioetanola produktivitātes palielināšanās
  • Disocijai/šūnu iznīcināšana un intracelulārā materiāla izlaišana
  • Uzlabota anaerobā sadalīšanās
  • Enzīmu aktivēšana ar vieglu ultraskaņas ultraskaņu
  • Procesu efektivitātes uzlabošana, izmantojot augstas koncentrācijas gļotās

Vienkārša testēšana, reproducēt mērogu-up un viegli uzstādīšana (arī jau esošās ražošanas plūsmas) padara Ultrasonics rentablu un efektīvu tehnoloģiju. Ir pieejami uzticami rūpnieciskie ultraskaņas procesori komerciālai pārstrādei, un tie ļauj apstrādāt ultraskaņas ar gandrīz neierobežotu šķidruma tilpumu.

UIP1000hd Bench-Top Ultrasonic Homogenizer

Picure 4-setup ar 1000W ultraskaņas procesors UIP1000hd, plūsmas šūna, tvertne un sūknis

Sazinieties ar mums / lūdzam papildu informāciju

Runājiet ar mums par savām apstrādes prasībām. Mēs iesakām vispiemērotākās uzstādīšanas un apstrādes parametrus savam projektam.





Lūdzu, ņemiet vērā mūsu Privātuma politika.


Literatūra / Literatūras saraksts

  • Hielscher, T. (2005): Nano izmēra emulsiju un disperģēšanas ultraskaņas ražošana. : Eiropas nanosistēmu konferences (ENS) procesi’05.
  • Jomdecha, C.; Prateepasen, A. (2006): pētījumi zema Ultraskaņas enerģija ietekmē rauga augšanas fermentācijas procesā. At: 12Th Āzijas un Klusā okeāna valstu konference par NDT, 5,0-10.11.2006, Auckland, Jaunzēlande.
  • Kaudiloke, J. (2002): ultraskaņas, temperatūras un spiediena apstrādes ietekme uz fermentu aktivitāti kvalitātes rādītāji augļu un dārzeņu sulas; Doktora disertācija pie Technische Universität. Berlīne, 2002.
  • Mokkila, M., Mustranta, A., Buchert, J., Poutanen, K. (2004): apvienojot jauda ultraskaņu ar fermentiem ogu sulas apstrādi. At: 2nd Int. conf. Biocatalysis pārtikas un dzērienu, 19,0-22.9.2004, Stuttgart, Vācija.
  • Millers, Aleksandrs. A. (ehrmann, M.; Vogel, R. F. (2000): multipleksa PCR, lai atklātu Lactobacillus pontis un divas radniecīgus sugas, kas ir sourdough fermentācijā. Piemēro & Vides mikrobioloģija. 66/5 2000. 2113-2116. lpp.
  • NIKOLIC, S.; Mojovic, L.; ... Rakin, M.; Pčina, a. Pejin, J. (2010): ultraskaņa, kas palīdz ražot bioetanolu ar simoulplūdes saharifikāciju un kukurūzas miltu fermentāciju. In: pārtikas ķīmija 122/2010. 216-222. lpp.
  • Sulaiman, A. Z.; Adon, A.; Yunus, R. M.; Cisti, Y. (2011): ar ultraskaņas palīdzību fermentācija uzlabo bioetanola produktivitāti. Bioķīmijas inženierijas žurnāls 54/2011. 141. – 150. lpp.
  • , C. S. (1998): Kirk-Othmer Encyclopedia ķīmisko tehnoloģiju. 4Th Ed. Wiley & Dēli: New York, 1998. 517-541. lpp.
  • , N.; Phuriphipat, P.; Treyawutat, P. Eštiaghi, M. N. (2010): bioetanola ražošana no rīsu salmiem. In: enerģētikas pētniecības Vēstnesis 1/1 2010. 26-31. lpp.