As algas crescem Lab – Extração ultra-sônica de algas

algas Cultivo

As algas crescem Lab desenvolvido uma série de fotobiorreactores tubulares e planas para o cultivo de algas, bem como um processo de destruição de células de ultra-sons com base na Hielscher processadores de ultra-sons equipado com células de fluxo.
O diagrama de fluxo geral do processo é mostrado a seguir.

O fluxograma que mostra o processo de cultivo de algas e de produção de óleo de algas utilizando ultra-sons. © algas crescem Lab

Exemplos de algas crescem fotobiorreactores Lab são apresentados abaixo.
A utilização dos painéis de LED que emitem luz na parte de PAR espectro permite alcançar uma taxa máxima de crescimento de algas.
Por exemplo, após a inoculação de Chlorella vulgaris com a densidade inicial de 0,146 g / L obtivemos o densidade de 7,3 g / L em 7 dias.

Células de algas destruição por ultra-sons

Após o estádio de crescimento de algas, as células de algas estão maduras para o tratamento da produção de óleo. À medida que o conteúdo celular é separado do ambiente circundante por uma estrutura de membranas celulares compostas, o método de disrupção celular é significativo em relação à liberação do material intracelular completo. A membrana celular proporciona resistência mecânica à célula e preserva sua integridade. As propriedades elásticas da membrana celular permitem que as células resistam as mudanças rápidas na pressão osmótica que podem ocorrer em seus ambientes externos.
Ambos os métodos de ultra-sons e assistida por microondas, os quais são descritos a seguir, melhorar a extracção de forma significativa microalgas, com uma eficiência mais elevada, os tempos de extracção reduzidas e rendimentos mais elevados, assim como custos de baixo a moderado e toxicidade adicionado negligenciável.
Muitas vezes, a extracção dos produtos gol de algas é mais eficaz se as células de algas são destruídos antes da extracção. Mas por vezes, a destruição de células em si leva a libertar do produto meta, e apenas o processo de separação é necessário para obter-la (por exemplo, a extracção de lípidos a partir de algas para a produção de biocombustíveis).
O laboratório de cultivo de algas integra um sistema ultra-sônico para a interrupção e extração de células em sua configuração para garantir um processo altamente eficiente, alcançando uma liberação completa de conteúdo intracelular e, portanto, rendimentos mais altos em um tempo mais curto. No reator ultra-sônico, as ondas ultra-sônicas criam caviatação na mídia líquida que contém as células de algas. As bolhas de cavitação crescem durante as fases de rarefação alternadas da onda ultra-sônica até atingir um certo tamanho, quando nenhuma energia adicional pode ser adsorvida. Neste ponto máximo de crescimento de bolhas, os vazios colapsam durante uma fase de compressão. O colapso da bolha cria condições extremas de diferenciais de pressão e temperatura, bem como ondas de choque e jatos de líquidos fortes. Essas forças extremas não só destroem as células, mas também lavam seus conteúdos efetivamente nos meios líquidos (por exemplo, água ou solventes).
A eficácia de destruição de ultra-sons depende fortemente da durabilidade e elasticidade das paredes das células, que varia consideravelmente entre as estirpes de algas individuais. Essa é a razão pela qual o efficieny de destruição celular é altamente influenciada pelos parâmetros do processo de sonificação: Os parâmetros mais importantes são de amplitude, pressão, concentração & viscosidade, e temperatura. Estes parâmetros têm de ser optimizados para cada estirpe particular de algas para assegurar a eficiência de uma transformação óptima.
Alguns exemplos de desagregação de células e a desintegração de diferentes estirpes de algas podem ser encontradas nos artigos citados abaixo:

• Dunnaliella salina e Nannochloropsis oculata: Rei P. M., Nowotarski K .; Joyce, E.M .; Mason, T.J. (2012): Ultrasonic rompimento de células de algas. AIP Conference Proceedings; 2012/05/24, Vol. 1433 Issue 1, p. 237.
• Nannochloropsis oculata: Jonathan R. McMillan, Ian A. Watson, Mehmood Ali, Weaam Jaafar (2013): A avaliação e comparação dos métodos de algas rompimento celular: microondas, banho de água, misturador de ultra-sons, o tratamento e a laser. Energia Aplicada, março de 2013, Vol. 103, páginas 128-134.
• Nanochloropsis salina: Sebastian Schwede, Alexandra Kowalczyk, Mandy Gerber, Roland Span (2011): Influência de diferentes técnicas de rompimento celular na digestão mono de biomassa de algas. Congresso Mundial de Energia Renovável 2011, Bioenergia Technologies, 08-12 maio de 2011, na Suécia.
• limacinum Schizochytrium e Chlamydomonas reinhardtii: Jose Gerde, Mellissa Montalbo-Lomboy M, Linxing Yao, David Grewell, Tong Wang (2012): Avaliação de rompimento celular microalgas por tratamento de ultra-som. Tecnologia Bioresource 2012, Vol. 125, pp.175-81.
• cohnii Crypthecodinium: Paula Mercer e Roberto E. Armenta (2011): A evolução da extração do óleo a partir de microalgas. Europeen Jornal of Lipid Ciência, Tecnologia, 2011.
• terrestris Scotiellopsis: S. Starke, Dr. N. Hempel, L. Dombrowski, Prof. Dr. O. PULZ: Melhoria de ruptura celular para Scotiellopsis terrestris por meio de ultra-som e um enzima pectina decomposto. Naturstoffchemie.

Processo

Após o cultivo, o fluxo de biomassa de algas é alimentado ao dispositivo de concentração para separar a biomassa da mídia líquida. O concentrado é acumulado no tanque de armazenamento. Após a separação, as células devem ser interrompidas para liberar o óleo e outros materiais intracelulares. Portanto, a biomassa concentrada é bombeada através de um dispositivo ultra-som Hielscher. A configuração de recirculação ultra-sônica garante a recirculação do concentrado celular sob a pressão dada através da célula de fluxo Hielscher de volta ao tanque de acumulação. A recirculação dura o tempo necessário para destruir as células. Quando o processo de destruição é concluído, a biomassa com as células destruídas está bombeando para o dispositivo de separação do produto, onde ocorre a separação final do produto dos restos restantes.

unidade de destruição de células de algas com a concentração de biomassa / dispositivo de separação e de 1,5 kW UIP1500hd processador ultra-sónico de Hielscher. © algas crescem Lab

A medição da percentagem de células destruídas

Para a avaliação da eficiência da ruptura algas, algas crescem Lab utilizadas duas metodologias diferentes para medir a percentagem de células destruídas:

1. O primeiro método de análise baseia-se na medição da concentração de clorofila A, B e A + B fluorescência.
   Durante a centrifugação de centrifugação lenta, as células de algas e os detritos farão uma pelota no fundo do recipiente, mas os restos de clorofila livre flutuante permanecerão no sobrenadante. Usando essas características físicas da célula e da clorofila, a porcentagem das células quebradas pode ser determinada. Isto é conseguido medindo em primeiro lugar a fluorescência de clorofila total de uma amostra. Então, a amostra é centrifugada. Posteriormente, a fluorescência da clorofila do sobrenadante é medida. Ao tomar a percentagem de fluorescência da clorofila no sobrenadante para a fluorescência da clorofila da amostra total, pode ser feita uma estimativa da percentagem de células quebradas. Esta forma de medição é bastante precisa, mas faz a suposição de que o número de clorofila por célula é uniforme. As extracções totais de clorofila foram realizadas utilizando metanol.
2. Para o segundo método de análise, a hemocitometria clássica foi utilizada para medir a densidade celular na amostra colhida algas. O procedimento é efectuado em 2 etapas:

• Em primeiro lugar, a densidade celular da amostra colhida algas antes do tratamento com ultra-som é medida.
• Em segundo lugar, o número de células (restantes) não destruído após a sonificação da mesma amostra é medida.
  Com base nos resultados destas duas medidas, a percentagem de células destruídas é calculado.

Fig.1: Algas antes da destruição © algas crescem Lab

Pic 2: Algas ruptura: rompimento celular de 50% após 60 min. sonicação. © algas crescem Lab

Pic 3: Algas ruptura: rompimento celular de 100% após 120 min. sonicação. © algas crescem Lab