Laboratórium rastu rastlín – Ultrazvukový riasy extrakcie

Pestovanie rias

Riasy Grow Lab vyvinula sériu tubulárnej a ploché photobioreactors pre pestovanie rias, rovnako ako proces bunkovej Ultrazvukový ničenia na základe Hielscher ultrazvukové procesory vybavené prietokové bunky.
Všeobecná schéma toku procesu je zobrazená nižšie.

Prietokový graf zobrazuje proces pestovania rias a produkciu olejového oleja pomocou ultrazvukom. © Riasy rastú Lab

Príklady riasy rastú Lab photobioreactors sú uvedené nižšie.
Použitie LED panelov vyžarujúcich svetlo v PAR časti spektra umožňuje dosiahnuť maximálnu mieru rastu rias.
Napríklad po inokulácii Chlorella vulgaris s počiatočnou hustotou 0,146 g/L sme dosiahli hustotu 7,3 g/L za 7 dní.

Riasy bunky zničenie ultrazvukom

Po raste rias štadión, riasy bunky sú zrelé pre výrobu ropy ošetrenie. Keďže obsah buniek je oddelený od okolitého prostredia štruktúrou pozostávajúca z bunkových membrán, metóda prerušenia buniek je významná, pokiaľ ide o uvoľňovanie kompletného intracelulárneho materiálu. Bunková membrána poskytuje mechanickú pevnosť v bunke a zachováva jej integritu. Elastické vlastnosti bunkovej membrány umožňujú bunkám odolávať rýchlym zmenám osmotického tlaku, ktoré sa môžu vyskytnúť v ich vonkajšom prostredí.
Ultrazvukové a mikrovlnné metódy, ktoré sú popísané nižšie, výrazne zlepšujú extrakciu mikrorias s vyššou účinnosťou, zníženými extrakciou a zvýšenými výnosmi, ako aj nízkymi až miernymi nákladmi a zanedbateľným pridaným Toxicity.
Veľmi často je extrakcia cieľov výrobkov z rias účinnejšia, ak sú bunky rias zničené pred extrakciou. Ale niekedy, zničenie buniek samo o sebe vedie k uvoľneniu cieľa výrobku, a len separačné proces je potrebné, aby si to (napr. ťažba lipidov z rias pre výrobu biopalív).
Riasy rastú laboratórium integruje Ultrazvukový systém pre bunkové narušenie a extrakcie do ich nastavenia, aby zabezpečili vysoko efektívny proces dosiahnutia úplného uvoľnenia intracelulárneho obsahu, a tým vyššie výnosy v kratšom čase. V ultrazvukovom reaktoru, ultrazvukové vlny vytvoriť dutiny v kvapalných médiách, ktorý obsahuje riasy bunky. Kavitácia bubliny rastú počas striedavého riedenia fázy ultrazvukovej vlny, kým nedosiahnete určitú veľkosť, keď žiadna ďalšia energia môže byť adsorb. V tomto maximálnom bode rastu bubliny, dutín kolaps počas kompresnej fázy. Bublina kolaps vytvára extrémne podmienky diferenciálov tlaku a teploty, rovnako ako nárazové vlny a silné tekuté trysky. Tieto extrémne sily nielenže zničia bunky, ale tiež účinne umývať svoj obsah do kvapalných médií (napr. voda alebo rozpúšťadlá).
Účinnosť ultrazvukovej deštrukcie silne závisí od trvanlivosti a pružnosti bunkových stien, ktoré sa značne líšia medzi jednotlivými kmeňmi rias. To je dôvod, prečo je WebBusiness deštrukcie buniek veľmi ovplyvnené parametrami procesu sonification: najdôležitejšie parametre sú amplitúda, tlak, koncentrácia & viskozitou a teplotou. Tieto parametre musia byť optimalizované pre každý konkrétny kmeň rias, aby sa zabezpečila optimálna účinnosť spracovania.
Niektoré príklady prerušenia buniek a rozpad rôznych rias kmeňov možno nájsť v článkoch uvedených nižšie:

• Dunnaliella Salina a Nannochloropsis oculata: kráľ P.M., nowotarski K.; Joyce, EM; Mason, tj (2012): ultrazvukové narušenie rias buniek. Konferencia o konferenčnom konaní AIP; 5/24/2012, Vol. 1433 číslo 1, s. 237.
• Nannochloropsis oculata: Jonathan R. McMillan, Ian a. Watson, Mehmood Ali, Weaam Jaafar (2013): vyhodnotenie a porovnanie metód prerušenia buniek rias: mikrovlnná rúra, vodný kúpeľ, mixér, Ultrazvukový a laserové ošetrenie. Aplikovaná energia, marec 2013, Vol. 103, stránky 128 – 134.
• Nanochloropsis Salina: Sebastian Schwede, Alexandra Kowalczyk, Mandy Gerber, Roland span (2011): vplyv rôznych techník prerušenia buniek na mono trávenie rias rias. Svetový kongres o obnoviteľných zdrojoch energie 2011, bioenergetické technológie, 8-12 máj 2011, Švédsko.
• Schizochytrium limacinum a Chlamydomonas reinhardtii: Jose Gerde, Mellissa Montalbo-Lomboy M, Linxing Yao, David Grewell, Tong Wang (2012): vyhodnotenie prerušenia mikrorias buniek ultrazvukovou liečbou. Bioresource Technology 2012, Vol. 125, PP. 175-81.
• Crypthecodinium cohnii: Paula Mercer a Roberto E. Armenta (2011): vývoj ťažby ropy z mikrorias. Europeen Jornal lipidov Science Technology, 2011.
• Scotiellopsis terrestris: S. Starke, Dr. N. Hempel, L. DOMBROWSKI, prof. Dr. O. Ozvucenie: zlepšenie prerušenia buniek pre Scotiellopsis terrestris prostredníctvom ultrazvuku a pektín rozložený enzým. Naturstoffchemie.

proces

Po kultivácii sa tok biomasy riasy privádza do koncentračného zariadenia na oddelenie biomasy od kvapalného média. Koncentrát sa nahromadí v zásobnej nádrži. Po oddelení musia byť bunky narušené, aby sa uvoľneniu oleja a iného intracelulárneho materiálu. Preto koncentrovaná biomasa je čerpaná prostredníctvom Hielscher ultrazvukové zariadenie. Ultrazvukový recirkulácia nastavenie zaisťuje recirkuláciu bunkového koncentrátu pod daným tlakom cez Hielscher tok bunky späť do akumulačnej nádrže. Recirkulácia trvá čas potrebný na zničenie buniek. Po dokončení procesu deštrukcie sa biomasa s zničených buniek pumpuje do zariadenia na separáciu výrobku, kde nastane konečná separácia výrobku zo zostávajúcich nečistôt.

Riasy bunky ničenia jednotka s biomasu koncentrácia/separačné zariadenia a Hielscher je 1,5 kW Ultrazvukový procesor UIP1500hd. © Riasy rastú Lab

Meranie percenta zničených buniek

Pre hodnotenie účinnosti pre rozčlenenie rias, riasy Grow Lab používa dve rôzne metodiky na meranie percenta zničených buniek:

1. Prvá analytická metóda je založená na meraní fluorescencie chlorofylu A, B a a + B.
   Počas pomalého odstreďovania, rias bunky a nečistoty budú pelety v dolnej časti príjemcu, ale spočíva vo voľnom plávajúce chlorofyl zostane v supernatant. Pomocou týchto fyzikálnych vlastností bunky a chlorofyl sa môže zistiť percentuálny podiel rozbitých buniek. To sa dosiahne meraním v prvom rade celkovú fluorescenciu chlorofylu vzorky. Potom sa vzorka odstredí. Potom sa meria chlorofyl fluorescencia supernatantu. Zohľadnením percenta fluorescencie chlorofylu v supernatantu na fluorescenciu chlorofylu celkovej vzorky sa môže vykonať odhad percentuálneho podielu rozbitých buniek. Táto forma merania je pomerne presná, ale je predpoklad, že počet chlorofyl na bunku je jednotná. Celkové extrakcie chlorofylu sa vykonali pomocou metanolu.
2. Pre druhú metódu analýzy sa na meranie hustoty buniek v vzorke zozbieranej riasy použila klasická hemocytometria. Postup sa vykonáva v 2 krokoch:

• Po prvé, hustota buniek vzorky zozbieranej riasy pred meraním ultrazvuku.
• Po druhé, meria sa počet nezničených (zostávajúcich) buniek po sonifikácii tej istej vzorky.
  Na základe výsledkov týchto dvoch meraní sa vypočíta percentuálny podiel zničených buniek.

Pic. 1: riasy pred zničením © riasy rastú Lab

PIC 2: narušenie rias: 50% prerušenia buniek po 60 min. ultrazvukom. © Riasy rastú Lab

Pic 3: riasy narušenie: 100% prerušenia buniek po 120 min. ultrazvukom. © Riasy rastú Lab