Algele cresc Lab – Extracție cu ultrasunete alge

algele Cultivare

Algele Grow Lab a dezvoltat o serie de photobioreactors tubulare și plate pentru cultivarea algelor precum și un proces de distrugere cu ultrasunete de celule bazate pe Hielscher procesoare cu ultrasunete echipate cu celule de flux.
Diagrama de flux generală a procesului este prezentată mai jos.

Diagrama de flux afișează procesul de cultivare a algelor și producția de ulei algal folosind ultrasonare. © Algele Grow Lab

Exemple de alge Crestere photobioreactors Lab sunt prezentate mai jos.
Utilizarea panourilor cu LED-uri care emit lumină în partea PAR a spectrului permite atingerea unei rate maxime cresc de alge.
De exemplu, după inoculare de Chlorella Vulgaris cu densitatea inițială 0,146 g / L am atins densitatea 7,3 g / l în 7 zile.

Celulele Alge distrugere prin ultrasonare

După stadion creșterea algelor, celula alge sunt coapte pentru tratarea producției de țiței. Deoarece conținutul celulei este separat de mediul înconjurător printr-o structură a membranelor celulare cuprinse, metoda distrugere celulară este semnificativă în ceea ce privește eliberarea materialului intracelular complet. Membrana celulară asigură o rezistență mecanică la celula și păstra integritatea. Proprietățile elastice ale membranei celulare permite celulelor să reziste la schimbările rapide ale presiunii osmotice care pot apărea în mediul lor externe.
Ambele ultrasunete si metode asistate de microunde, care sunt descrise mai jos, pentru a îmbunătăți extracția de microalge semnificativ, cu o eficiență mai mare, reducerea timpului de extracție și randamente crescute, precum și costuri reduse la moderate și toxicitate adăugată neglijabile.
Foarte adesea extragerea produselor porții din alge este mai eficientă în cazul în care celulele alge sunt distruse înainte de extracție. Dar, uneori, distrugerea celulei în sine duce la eliberarea produsului gol, și este necesară doar procesul de separare a acesteia (de exemplu, extracția lipidelor din alge pentru producerea de biocombustibil) obține.
Laboratoarele de creștere a algelor integrează un sistem cu ultrasunete pentru întreruperea și extracția celulară în configurația lor, pentru a asigura un proces extrem de eficient, obținând o eliberare completă a conținutului intracelular și, prin urmare, randamente mai mari în timp mai scurt. În reactorul cu ultrasunete, undele ultrasonice cavităază în mediul lichid care conține celulele algelor. Buburile de cavitație cresc în timpul fazelor alternante de rărire ale valului ultrasonic până când ating o anumită dimensiune, când nu mai poate fi adsorbită nici o altă energie. La acest punct maxim de creștere a bulelor, golurile se prăbușesc în timpul unei faze de compresie. Colapsul cu bule creează condiții extreme de diferențiere a presiunii și temperaturii, precum și a undelor de șoc și a jeturilor puternice de lichid. Aceste forțe extreme nu numai că distrug celulele, ci și își spală efectiv conținutul în mediile lichide (de ex. Apă sau solvenți).
Eficacitatea distrugerii ultrasunete depinde puternic de durabilitate și elasticitatea pereților celulelor, care variază considerabil între tulpinile de alge individuale. Acesta este motivul pentru care distrugerea celulelor de eficiență a componentei este puternic influențată de parametrii procesului de sonification: Cei mai importanți parametri sunt amplitudinea, presiunea, concentrația & viscozitate și temperatură. Acești parametri trebuie să fie optimizate pentru fiecare tulpina special de alge pentru a asigura eficiența optimă de prelucrare.
Câteva exemple de distrugere celulară și dezintegrarea diferitelor tulpini de alge pot fi găsite în articolele citate mai jos:

• Dunnaliella si Nannochloropsis oculata salina: Regele P.M., Nowotarski K .; Joyce, E.M .; Mason, T.J. (2012): perturbarea ultrasunete a celulelor de alge. Lucrările conferinței; AIP 5/24/2012, Voi. 1433 Issue 1, p. 237.
• Nannochloropsis oculata: Jonathan R. McMillan, Ian A. Watson, Mehmood Ali, Weaam Jaafar (2013): Evaluarea și compararea algale metode de distrugere celulară: microunde, baie de apă, blender, tratament cu ultrasunete și cu laser. Energie aplicată, martie 2013, Vol. 103, Pagini 128-134.
• Nanochloropsis salina: Sebastian Schwede, Alexandra Kowalczyk, Mandy Gerber, Roland Span (2011): Influența diferitelor tehnici de distrugere celulară asupra digestiei mono biomasei algale. Regenerabile Congresul Mondial al Energiei 2011, Bioenergie Tehnologii 8-12 mai 2011, Suedia.
• limacinum Schizochytrium și Chlamydomonas reinhardtii: Jose Gerde, Mellissa Montalbo-Lomboy M, Linxing Yao, David Grewell, Tong Wang (2012): Evaluarea sfărâmării celulelor microalge prin tratament cu ultrasunete. Bioresource Technology 2012, Voi. 125, pp.175-81.
• cohnii Crypthecodinium: Paula Mercer și Roberto E. Armenta (2011): Progresele extracției uleiului din microalge. Europeen Jornal of Lipid Science Technology, 2011.
• terrestris Scotiellopsis: S. Starke, Dr. N. Hempel, L. Dombrowski, Prof. Dr. O. Pulz: Imbunatatirea sfărâmării celulelor pentru Scotiellopsis terrestris prin ultrasunete și o enzimă pectina descompus. Naturstoffchemie.

Proces

După cultivare, fluxul de biomasă din alge este alimentat în dispozitivul de concentrare pentru a separa biomasa de mediul lichid. Concentratul este acumulat în rezervorul de stocare. După separare, celulele trebuie întrerupte pentru a elibera uleiul și alte materiale intracelulare. Prin urmare, biomasa concentrată este pompată printr-un dispozitiv ultrasonic Hielscher. Reglarea cu recirculare cu ultrasunete asigură recircularea concentratului celular sub presiunea dată prin celula de flux Hielscher înapoi în rezervorul de acumulare. Recircularea durează timpul necesar pentru distrugerea celulelor. Când procesul de distrugere este finalizat, biomasa cu celulele distruse este pompată în dispozitivul de separare a produsului, unde se produce separarea finală a produsului de resturile rămase.

Algele unitate distrugerea celulelor cu concentrația de biomasă / dispozitiv de separare și 1,5 kW procesor cu ultrasunete UIP1500hd Hielscher lui. © Algele Grow Lab

Măsurarea procentului de celule distruse

Pentru evaluarea eficienței ruperii algelor, alga Grow Lab utilizate două metodologii diferite pentru a măsura procentul celulelor distruse:

1. Prima metodă de analiză se bazează pe măsurarea clorofila A, B și A + B fluorescenta.
   În timpul centrifugării cu centrifugare lentă, celulele algelor și resturile se vor agoda pe fundul recipientului, dar restul clorofilului plutitor va rămâne în supernatant. Folosind aceste caracteristici fizice ale celulei și clorofilei, procentul celulelor sparte poate fi stabilit. Aceasta se realizează prin măsurarea, în primul rând, a fluorescenței totale a clorofilei dintr-o probă. Apoi, proba este centrifugată. După aceea se măsoară fluorescența clorofilei supernatantului. Prin luarea procentului de fluorescență a clorofilei în supernatant la fluorescența clorofilei din proba totală, se poate face o estimare a procentului de celule rupte. Această formă de măsurare este destul de precisă, dar presupune că numărul de clorofil pe celulă este uniform. Extracțiile totale de clorofil au fost efectuate folosind metanol.
2. Pentru a doua metodă analiză, hemocytometry clasică a fost utilizat pentru a măsura densitatea celulelor din proba de alge recoltate. Procedura se desfășoară în 2 etape:

• În primul rând, se măsoară densitatea celulară a probei de alge recoltate înainte de tratament cu ultrasunete.
• În al doilea rând, se măsoară numărul de celule non-distruse (rămase) după sonification din aceeași probă.
  Pe baza rezultatelor acestor două măsurători, procentul de celule distruse este calculat.

Pic.1: Algele Inainte de distrugere © Alge Grow Lab

Pic 2: Alge perturbare: distrugere celulară 50% după 60 min. sonicare. © Algele Grow Lab

Pic 3: Alge perturbare: distrugere celulară 100% după 120 min. sonicare. © Algele Grow Lab