Algen groeien Lab – Ultrasone algenextractie

algenkweek

Kweek algen Lab ontwikkelde een serie van buisvormige en vlakke fotobioreactoren algen kweek en een proces van cel ultrasone vernietiging basis van Hielscher ultrasone processors voorzien van stroomcellen.
De algemene stroomdiagram van de werkwijze wordt hieronder weergegeven.

Het stroomschema toont het proces van algenkweek en algen olieproductie via ultrasone trillingen. © Algen groeien Lab

Voorbeelden van de kweek van algen Lab fotobioreactoren staan ​​hieronder weergegeven.
Het gebruik van de LED-panelen die licht uitzendt in het PAR deel van het spectrum maakt het mogelijk om een ​​maximum te groeien snelheid van algen te bereiken.
Bijvoorbeeld na inoculatie van Chlorella Vulgaris de initiële dichtheid van 0,146 g / l bereikt we de dichtheid van 7,3 g / l in 7 dagen.

Vernietiging algen cellen door een ultrasoon

Na het algengroeistadium is de algencel rijp voor de olieproductie. Aangezien de celinhoud door een structuur van bestaande celmembranen van de omringende omgeving is gescheiden, is de celonderbrekingsmethode significant met betrekking tot de afgifte van het volledige intracellulaire materiaal. Het celmembraan biedt mechanische sterkte aan de cel en bewaart de integriteit ervan. De elastische eigenschappen van het celmembraan staan ​​de cellen toe om de snelle veranderingen in osmotische druk te weerstaan ​​die in hun externe omgeving kunnen voorkomen.
Zowel ultrageluid en microgolven werkwijzen, die hieronder worden beschreven, betere winning van microalgen significant, met een hogere efficiëntie, gereduceerde extractie en hogere opbrengsten en lage tot matige kosten en verwaarloosbare toxiciteit toegevoegd.
Heel vaak de winning van het doel producten uit algen is effectiever als de algen cellen vóór de extractie worden vernietigd. Maar soms, de cel vernietiging zelf leidt tot het vrijkomen van het doel product, en alleen het scheidingsproces nodig is om het (bijvoorbeeld de extractie van lipiden uit algen voor de productie van biobrandstoffen) te krijgen.
Het algengroeiplan integreert een ultrasoon systeem voor celverstoring en extractie in hun opstelling om te zorgen voor een zeer efficiënt proces dat een volledige afgifte van intracellulaire inhoud en daarmee hogere opbrengsten in kortere tijd bereikt. In de ultrasone reactor creëren ultrasone golven caviatatie in de vloeibare media die de algencellen bevatten. De cavitatiebellen groeien tijdens de alternerende verdelfasefase van de ultrasone golf totdat ze een bepaalde grootte bereiken, wanneer geen verdere energie kan worden geadsorbeerd. Op dit maximale punt van bellengroei, de leegte ineenstorten tijdens een compressiefase. De ineenstorting van de bubbel creëert extreme omstandigheden van drukverschillen en temperatuur, evenals schokgolven en sterke vloeistofstralen. Deze extreme krachten vernietigen niet alleen de cellen, maar reinigen ook effectief hun inhoud in de vloeibare media (bijvoorbeeld water of oplosmiddelen).
De doeltreffendheid van de ultrasone vernietiging sterk afhankelijk duurzaamheid en elasticiteit van de celwanden, die aanzienlijk tussen de afzonderlijke algen stammen varieert. Dat is de reden waarom de efficieny van de cel vernietiging in hoge mate wordt beïnvloed door de parameters van de sonificatie proces: De belangrijkste parameters zijn amplitude, druk, concentratie & viscositeit en temperatuur. Deze parameters moeten worden geoptimaliseerd voor elke bepaalde stam van algen voor de optimale verwerking efficiëntie.
Enkele voorbeelden van de cel ontwrichting en desintegratie van verschillende algen stammen zijn te vinden in onderstaande geciteerde artikelen:

• Dunnaliella salina en Nannochloropsis oculata: Koning uur 's middags, Nowotarski K .; Joyce, E.M .; Mason, T.J. (2012): Ultrasone verstoring van algen cellen. AIP Conference Proceedings; 5/24/2012, Vol. 1433 Issue 1, p. 237.
• Nannochloropsis oculata: Jonathan R. McMillan, Ian A. Watson, Mehmood Ali, Weaam Jaafar (2013): Evaluatie en vergelijking van algencelaantal verstoring methoden: Magnetron, waterbad, blender, ultrasone en laserbehandeling. Applied Energy, maart 2013, Vol. 103, pagina's 128-134.
• Nanochloropsis salina: Sebastian Schwede, Alexandra Kowalczyk, Mandy Gerber, Roland Span (2011): Invloed van andere cel verstoring technieken op mono vertering van algen-biomassa. Wereld Renewable Energy Congress 2011 Bioenergy Technologies, 08-12 mei 2011, Zweden.
• Schizochytrium limacinum en Chlamydomonas reinhardtii: Jose Gerde, Mellissa Montalbo-Lomboy M, Linxing Yao, David Grewell, Tong Wang (2012): Evaluatie van microalgen cel verstoring door middel van ultrasone behandeling. Bioresource Technology 2012, Vol. 125, pp.175-81.
• Crypthecodinium cohnii: Paula Mercer en Roberto E. Armenta (2011): Ontwikkelingen in oliewinning uit microalgen. Europeen Jornal of Lipid Science Technology 2011.
• Scotiellopsis terrestris: S. Starke, Dr. N. Hempel, L. Dombrowski, Prof. Dr. O. Pulz: Verbetering van celdisruptie voor Scotiellopsis terrestris door middel van ultrageluid en pectine ontleed enzym. Naturstoffchemie.

Werkwijze

Na het kweken wordt de biomassa-stroom van algen naar de concentratie-inrichting gevoerd om de biomassa van de vloeibare media te scheiden. Het concentraat wordt verzameld in de opslagtank. Na de scheiding moeten de cellen worden ontwricht om de olie en ander intracellulair materiaal vrij te maken. Daarom wordt de geconcentreerde biomassa door een Hielscher ultrasoon apparaat gepompt. De ultrasone recirculatieopstelling zorgt voor de recirculatie van het celconcentraat onder de gegeven druk door de Hielscher-stroomcel terug naar de accumulatietank. De recirculatie duurt de tijd die nodig is om cellen te vernietigen. Wanneer het vernietigingsproces is voltooid, pompt de biomassa met de vernietigde cellen naar de productscheidingsinrichting, waar de uiteindelijke scheiding van product en de overblijvende resten optreedt.

Algencel-eenheid, met biomassaconcentratie / scheidingsinrichting en Hielscher's 1,5 kW ultrasone processor UIP1500hd. © Algen groeien Lab

Meten van het percentage van vernietigde cellen

Voor de evaluatie van de efficiëntie algen breuk, algengroei Lab gebruikte twee verschillende methodes om het percentage van vernietigde cellen te meten:

1. De eerste analysemethode is gebaseerd op de meting van de chlorofyl A, B en A + B fluorescentie.
   Tijdens langzame centrifugatie centrifugeren de algencellen en het puin zich op de bodem van de ontvanger, maar resten van vrij zwevend chlorofyl blijven in het supernatant achter. Met behulp van deze fysieke kenmerken van de cel en chlorofyl kan het percentage van de gebroken cellen worden vastgesteld. Dit wordt bereikt door eerst de totale chlorofylfluorescentie van een monster te meten. Vervolgens wordt het monster gecentrifugeerd. Daarna wordt de chlorofylfluorescentie van de supernatant gemeten. Door het percentage chlorofylfluorescentie in de supernatant op de chlorofylfluorescentie van het totale monster te nemen, kan een schatting van het percentage gebroken cellen worden gemaakt. Deze vorm van meten is redelijk nauwkeurig, maar gaat ervan uit dat het aantal chlorofyl per cel uniform is. Totale chlorofylextracties werden uitgevoerd met behulp van methanol.
2. Voor de tweede analysemethode, is de klassieke hemocytometrie gebruikt om de celdichtheid in het geoogste algen monster te meten. De procedure wordt uitgevoerd in 2 stappen uitgevoerd:

• Eerst wordt de celdichtheid van de geoogste algen monster voor de ultrasone behandeling gemeten.
• Ten tweede is het aantal niet-vernietigde (resterende) cellen na sonificatie van hetzelfde monster gemeten.
  Op basis van de resultaten van deze twee metingen, is het percentage van vernietigde cellen berekend.

Afb.1: Algen Voordat Destruction © Algen groeien Lab

Pic 2: Algen verstoring: 50% openbreken van cellen na 60 min. sonicatie. © Algen groeien Lab

Pic 3: Algen verstoring: 100% celdisruptie na 120 min. sonicatie. © Algen groeien Lab