glony Uprawa

Glony rosną Lab opracowano szereg cylindrycznych i płaskich photobioreactors do hodowli alg, jak również proces niszczenia komórek ultradźwiękowego oparciu Hielscher ultradźwiękowych procesorów wyposażonych w komórkach przepływowych.
Ogólny schemat procesu przedstawiono poniżej.

Schemat pokazuje proces hodowli alg i produkcji oleju z alg, stosując ultrasonikacji. © Glony rosną Lab

Przykłady glonów rośnie photobioreactors laboratoryjne przedstawione poniżej.
Zastosowanie diod LED płyt emitujących światło w części PAR widma umożliwia uzyskanie maksymalnej szybkości wzrostu glonów.
Na przykład, po zaszczepieniu Chlorella vulgaris z początkowej gęstości 0,146 g / l, że uzyskuje się gęstość 7,3 g / L w ciągu 7 dni.

Komórki glonów zniszczeniem przez ultradźwięków

Po stadium wzrostu glonów, komórka glony są dojrzałe do leczenia wydobycia ropy naftowej. Gdy zawartość komórek jest oddzielona od otaczającego środowiska przez strukturę błon komórkowych mieszczące metoda niszczenia komórki znaczące w przypadku uwolnienia pełnego materiału wewnątrzkomórkowego. Błona komórkowa zapewnia wytrzymałość mechaniczną komórki i zachować jego integralność. Właściwości elastyczne błony komórkowej aby komórki wytrzymać nagłe zmiany ciśnienia osmotycznego, które mogą występować w otoczeniu zewnętrznym.
Obie metody ultradźwiękowej i wspomagane mikrofalowo, które są opisane poniżej, poprawić ekstrakcję mikroalg znacznie, o wyższej wydajności, skrócenie czasu ekstrakcji, a większe plony, jak również od niskiej do umiarkowanej kosztów oraz nieznacznym dodatkiem toksyczności.
Bardzo często ekstrakcja produktów strzał z alg jest bardziej skuteczne, jeśli komórki glonów są niszczone przed ekstrakcją. Ale czasami, zniszczenie komórek sobie prowadzi do wydania produktu cel, a dopiero proces rozdzielania konieczne jest, aby ją (na przykład ekstrakcji lipidów z alg do produkcji biopaliw).
Laboratorium uprawy glonów integruje system ultradźwiękowy do rozbijania komórek i ekstrakcji do ich konfiguracji, aby zapewnić wysoce wydajny proces osiągający całkowite uwolnienie wewnątrzkomórkowej zawartości, a tym samym wyższe plony w krótszym czasie. W reaktorze ultradźwiękowym fale ultradźwiękowe tworzą kawitację w ciekłym ośrodku zawierającym komórki glonów. Pęcherzyki kawitacyjne rosną podczas naprzemiennych faz rozrzedzania fali ultradźwiękowej, aż osiągną określoną wielkość, gdy nie można zaabsorbować dalszej energii. W tym maksymalnym punkcie wzrostu pęcherzyków puste przestają w fazie ściskania. Upadek pęcherzyków tworzy ekstremalne warunki różnic ciśnienia i temperatury, a także fal uderzeniowych i silnych strumieni cieczy. Te ekstremalne siły nie tylko niszczą komórki, ale także skutecznie wypłukują ich zawartość do płynnych mediów (np. Wody lub rozpuszczalników).
Skuteczność niszczenia ultradźwiękowego zależy silnie od wytrzymałości i elastyczności ścianek komórek, które różnią się znacznie pomiędzy poszczególnymi szczepami glonów. To jest powód, dlaczego efficieny niszczenia komórek duży wpływ parametrów procesu sonikacji: Najważniejsze parametry to amplituda, ciśnienie, stężenie & lepkości i temperatury. Parametry te muszą być dostosowane do każdego konkretnego szczepu glonów w celu zapewnienia optymalnej wydajności obróbki.
Niektóre przykłady rozrywania komórek i rozkładu różnych szczepów glonów można znaleźć w artykułach cytowanych poniżej:

• Dunnaliella salina i Nannochloropsis oculata: King P.M., Nowotarski K .; Joyce, E.M .; Mason, T. J. (2012): zakłócenie ultradźwiękowe komórek glonów. AIP Conference Proceedings; 24.05.2012, tom. 1433 wydanie 1, str. 237.
• Nannochloropsis oculata: Jonathan R. A. McMillan, Ian Watson, Mehmood Ali, Weaam JAAFAR (2013): Ocena i porównanie metod rozbijania komórek glonów: kuchenka mikrofalowa, łaźni wodnej, mikser, obróbki ultradźwiękowej i laserowej. Applied Energy, marzec 2013 Vol. 103, strony 128-134.
• Nanochloropsis salina Sebastian Schwede Alexandra Kowalczyk Mandy noże Roland przęsła (2011): Wpływ różnych technik rozbijania komórek na trawienie mono glonów biomasy. Światowy Kongres Energii Odnawialnej 2011, Bioenergia Technologies, 8-12 maja 2011 r Szwecja.
• Schizochytrium limacinum i Chlamydomonas reinhardtii: Jose Gerde, Mellissa Montalbo-Lomboy M, Linxing Yao, David Grewell, Tong Wang (2012): Ocena rozbicia komórek mikroalg przez działanie ultradźwięków. Technologia Bioresource 2012, Vol. 125, pp.175-81.
• Crypthecodinium cohnii Paula Mercer Roberto Armenta E. (2011): zmiany ekstrakcji oleju z mikroalg. Europeen Jornal of Lipid Science Technology, 2011.
• Scotiellopsis terrestris S. Starke dr N. Hempel L. Dombrowski, dr Pulz O. Poprawa rozbicie komórek do Scotiellopsis terrestris za pomocą ultradźwięków i pektyny rozkładowi enzymu. Naturstoffchemie.

Proces

Po uprawie strumień biomasy z alg podawany jest do urządzenia do zatężania w celu oddzielenia biomasy od płynnego ośrodka. Koncentrat gromadzi się w zbiorniku. Po rozdzieleniu komórki muszą zostać przerwane, aby uwolnić olej i inny materiał wewnątrzkomórkowy. Dlatego skoncentrowaną biomasę przepompowuje się za pomocą urządzenia ultradźwiękowego Hielschera. Ultradźwiękowy układ recyrkulacji zapewnia recyrkulację koncentratu komórkowego pod danym ciśnieniem przez komórkę przepływową Hielschera z powrotem do zbiornika akumulacyjnego. Recyrkulacja trwa przez czas wymagany do zniszczenia komórek. Po zakończeniu procesu niszczenia biomasa z niszczonymi komórkami przepompowuje urządzenie do separacji produktu, gdzie następuje ostateczne oddzielenie produktu od pozostałych zanieczyszczeń.

Glony jednostka zniszczenie komórek o stężeniu biomasy / urządzenia rozdzielającego Hielscher na 1,5 kW procesora ultradźwiękowy UIP1500hd. © Glony rosną Lab

Pomiar procentu komórek zniszczonych

Do oceny efektywności złamania glonów, glony rosną laboratorium stosuje się dwie różne metody pomiaru procentu zniszczonych komórek:

1. Pierwsza metoda analiza opiera się na pomiarze chlorofil A, B i A + B fluorescencji.
   Podczas powolnego wirowania komórki glonów i szczątki będą granulować na dnie biorcy, ale resztki swobodnego chlorofilu pozostaną w supernatancie. Korzystając z tych właściwości fizycznych komórki i chlorofilu, można ustalić procent zerwanych komórek. Osiąga się to mierząc najpierw całkowitą fluorescencję chlorofilu próbki. Następnie próbka jest wirowana. Następnie mierzy się fluorescencję chlorofilu supernatantu. Przyjmując procent fluorescencji chlorofilu w supernatancie do fluorescencji chlorofilu w całej próbce, można dokonać oceny procentowej udziału uszkodzonych komórek. Ta forma pomiaru jest dość dokładna, ale przyjmuje założenie, że liczba chlorofilu na komórkę jest jednolita. Całkowitą ekstrakcję chlorofilem przeprowadzono przy użyciu metanolu.
2. W przypadku drugiego sposobu analitycznego klasyczny hemocytometry zostały wykorzystane do pomiaru gęstości komórek w próbce zebranej algi. Procedurę przeprowadza się w 2 etapach:

• Po pierwsze, gęstość komórek zebranych alg próbki przed obróbką ultradźwiękami jest mierzone.
• Po drugie liczba nie zniszczonych (pozostały) ultradźwiękami komórek po tej samej próbce mierzone.
  W oparciu o wyniki tych pomiarów oblicza się procent zniszczonych komórek.

Rys.1: Glony przed zniszczeniem © Glony rosną Lab

Pic 2: rozkład alg: 50% rozbijanie komórek po 60 min. ultradźwięków. © Glony rosną Lab

Pic 3: rozkład alg: 100% rozbijanie komórek po 120 min. ultradźwięków. © Glony rosną Lab