Fermentimi i asistuar me ultratinguj për prodhimin e bioetanolit

Fermentimi i asistuar me ultratinguj mund të përmirësojë prodhimin e bioetanolit duke nxitur zbërthimin e karbohidrateve komplekse në sheqerna më të thjeshta, duke i bërë ato më lehtësisht të disponueshme për shndërrim në etanol nga majaja. Njëkohësisht, sonikimi përmirëson edhe efikasitetin e përshkueshmërisë së murit qelizor të majasë, duke mundësuar çlirimin më të shpejtë të etanolit dhe rritjen e prodhimit të përgjithshëm. Kështu, fermentimi i bioetanolit i asistuar me ultratinguj sjell shkallë më të larta shndërrimi dhe rendimente më të larta.

Fermentimi

Fermentimi mund të jetë një proces aerob (= fermentim oksidativ) ose anaerob, i cili përdoret në zbatime bioteknologjike për të shndërruar materialin organik nëpërmjet kulturave qelizore bakteriale, kërpudhore ose kulturave të tjera biologjike, ose nëpërmjet enzimave. Nëpërmjet fermentimit, energjia përftohet nga oksidimi i përbërjeve organike, p.sh. karbohidrateve.
Sheqeri është substrati më i zakonshëm i fermentimit, i cili pas fermentimit jep produkte si acidi laktik, laktoza, etanoli dhe hidrogjeni. Në fermentimin alkoolik, etanoli – veçanërisht për përdorim si lëndë djegëse, por edhe për pije alkoolike – prodhohet nëpërmjet fermentimit. Kur shtame të caktuara të majasë, si Saccharomyces cerevisiae metabolizojnë sheqerin, qelizat e majasë e shndërrojnë materialin fillestar në etanol dhe dioksid karboni.

Ekuacionet kimike më poshtë përmbledhin shndërrimin:

Nëse materiali fillestar është niseshte, p.sh. nga misri, fillimisht niseshteja duhet të shndërrohet në sheqer. Për bioetanolin që përdoret si lëndë djegëse, nevojitet hidroliza për shndërrimin e niseshtesë. Zakonisht, hidroliza përshpejtohet me trajtim acid ose enzimatik, ose me një kombinim të të dyjave. Normalisht, fermentimi kryhet në rreth 35–40 °C.
Përmbledhje e proceseve të ndryshme të fermentimit:

Ushqimi :

• prodhimi & konservimi
• produkte të qumështit (fermentim laktik), p.sh. kos, dhallë, kefir
• perime të fermentuara nëpërmjet fermentimit laktik, p.sh. kimchi, miso, natto, tsukemono, lakër turshi
• zhvillimi i përbërjeve aromatike, p.sh. salca e sojës
• zbërthimi i lëndëve tanike, p.sh. çaj, kakao, kafe, duhan
• pije alkoolike, p.sh. birrë, verë, uiski

Barnat :

• prodhimi i përbërjeve mjekësore, p.sh. insulinë, acid hialuronik

Biogazi/ Etanoli :

• përmirësimi i prodhimit të biogazit/ bioetanolit

Punime të ndryshme kërkimore dhe prova në shkallë laboratorike dhe pilot kanë treguar se ultratingujt përmirësojnë procesin e fermentimit duke vënë në dispozicion më shumë biomasë për fermentimin enzimatik. Në seksionin vijues do të shtjellohen efektet e ultratingujve në një lëng.

Efektet e përpunimit të lëngjeve me ultratinguj

Me ultratinguj me fuqi të lartë/ frekuencë të ulët mund të gjenerohen amplituda të larta. Kështu, ultratingujt me fuqi të lartë/ frekuencë të ulët mund të përdoren për përpunimin e lëngjeve, si përzierja, emulsifikimi, dispergimi dhe deaglomerimi, ose bluarja.
Gjatë sonikimit të lëngjeve me intensitete të larta, valët zanore që përhapen në mjediset e lëngshme shkaktojnë cikle të alternuara presioni të lartë (ngjeshjeje) dhe presioni të ulët (rrallimi), me ritme që varen nga frekuenca. Gjatë ciklit të presionit të ulët, valët ultrasonike me intensitet të lartë krijojnë flluska të vogla vakumi ose zgavra në lëng. Kur flluskat arrijnë një vëllim në të cilin nuk mund të thithin më energji, ato shemben vrullshëm gjatë një cikli presioni të lartë. Ky fenomen quhet kavitacion. Kavitacioni, pra “formimi, rritja dhe shembja implozive e flluskave në një lëng. Shembja kavitacionale prodhon ngrohje lokale intensive (~5000 K), presione të larta (~1000 atm) dhe shpejtësi jashtëzakonisht të larta ngrohjeje dhe ftohjeje (>109 K/sec)” dhe rryma lëngu në formë currilash (~400 km/h)”. (Suslick 1998)

Ka mënyra të ndryshme për të krijuar kavitacion, si nëpërmjet grykave me presion të lartë, përzierësve rotor-stator ose procesorëve ultrasonikë. Në të gjitha këto sisteme, energjia hyrëse shndërrohet në fërkim, turbulenca, valë dhe kavitacion. Pjesa e energjisë hyrëse që shndërrohet në kavitacion varet nga disa faktorë që përshkruajnë lëvizjen e pajisjes që gjeneron kavitacion në lëng. Intensiteti i përshpejtimit është një nga faktorët më të rëndësishëm që ndikojnë në shndërrimin efikas të energjisë në kavitacion. Përshpejtimi më i lartë krijon diferenca më të mëdha presioni. Kjo, nga ana tjetër, rrit mundësinë e krijimit të flluskave të vakumit në vend të krijimit të valëve që përhapen nëpër lëng. Kështu, sa më i lartë të jetë përshpejtimi, aq më e madhe është pjesa e energjisë që shndërrohet në kavitacion.
Në rastin e një transduktori ultrasonik, amplituda e lëkundjes përshkruan intensitetin e përshpejtimit. Amplitudat më të larta sjellin krijim më efektiv të kavitacionit. Përveç intensitetit, lëngu duhet të përshpejtohet në mënyrë që humbjet nga turbulencat, fërkimi dhe gjenerimi i valëve të jenë minimale. Për këtë, mënyra optimale është lëvizja në një drejtim të vetëm. Duke ndryshuar intensitetin dhe parametrat e procesit të sonikimit, veprimi i ultratingujve mund të jetë shumë agresiv ose shumë i butë. Kjo i bën ultratingujt një mjet shumë të gjithanshëm për zbatime të ndryshme.

Zbatimet e buta, që përdorin sonikim të butë në kushte të buta, përfshijnë degazimin, emulsifikimin, dhe aktivizimin e enzimave. Zbatimet intensive me ultratinguj me intensitet të lartë/ fuqi të lartë (kryesisht nën presion të rritur) janë bluarja në mjedis të lëngshëm, deaglomerimi & zvogëlimi i madhësisë së grimcave, dhe dispergimi. Për shumë zbatime, si ekstraktimi, shpërbërja ose son kimia, intensiteti i kërkuar i ultratingujve varet nga materiali specifik që do t’i nënshtrohet sonikimit. Falë larmisë së parametrave, të cilët mund të përshtaten për secilin proces, ultratingujt mundësojnë gjetjen e pikës optimale për çdo proces të veçantë.
Përveç shndërrimit të shkëlqyer të fuqisë, sonikimi ofron avantazhin e madh të kontrollit të plotë mbi parametrat më të rëndësishëm: Amplitudën, Presionin, Temperaturën, Viskozitetin dhe Përqendrimin. Kjo ofron mundësinë e rregullimit të të gjithë këtyre parametrave me synimin për të gjetur parametrat idealë të përpunimit për çdo material specifik. Kjo sjell efektivitet më të lartë, si dhe efiçencë të optimizuar.

Ultratingujt për përmirësimin e proceseve të fermentimit, të shpjeguar me shembullin e prodhimit të bioetanolit

Bioetanoli është produkt i dekompozimit të biomasës ose të lëndës së biodegradueshme të mbetjeve nga bakteret anaerobe ose aerobe. Etanoli i prodhuar përdoret kryesisht si biokarburant. Kjo e bën bioetanolin një alternativë të rinovueshme dhe miqësore me mjedisin ndaj lëndëve djegëse fosile, si gazi natyror.
Për të prodhuar etanol nga biomasa, sheqeri, niseshteja dhe materiali lignocelulozik mund të përdoren si lëndë të para. Për prodhimin në shkallë industriale, sheqeri dhe niseshteja mbizotërojnë aktualisht, pasi janë ekonomikisht të favorshme.
Mënyra se si ultratingujt përmirësojnë një proces të përshtatur për një klient, me një lëndë të parë specifike në kushte të caktuara, mund të provohet shumë thjesht nëpërmjet provave të fizibilitetit. Si hap i parë, sonikimi i një sasie të vogël të suspensionit të lëndës së parë me një pajisje laboratorike ultrasonike do të tregojë nëse ultratingujt ndikojnë te lënda e parë.

Provat e fizibilitetit

Në fazën e parë të testimit, është e përshtatshme të futet një sasi relativisht e lartë energjie ultrasonike në një vëllim të vogël lëngu, pasi kështu rritet mundësia për të parë nëse mund të përftohen rezultate. Një vëllim i vogël mostre shkurton gjithashtu kohën e përdorimit të një pajisjeje laboratorike dhe ul kostot e testeve të para.
Valët ultrasonike transmetohen nga sipërfaqja e sonotrodës në lëng. Nën sipërfaqen e sonotrodës, intensiteti i ultratingujve është më i larti. Prandaj, parapëlqehen distanca të shkurtra ndërmjet sonotrodës dhe materialit që trajtohet me ultratinguj. Kur ekspozohet një vëllim i vogël lëngu, distanca nga sonotroda mund të mbahet e shkurtër.
Tabela më poshtë tregon nivelet tipike të energjisë/vëllimit për proceset e trajtimit me ultratinguj pas optimizimit. Meqenëse provat e para nuk do të kryhen me konfigurimin optimal, përdorimi i një intensiteti dhe kohe trajtimi me ultratinguj sa 10 deri në 50 herë vlera tipike do të tregojë nëse ka apo jo ndonjë efekt mbi materialin që trajtohet me ultratinguj.

Procesi	Energjia/ Vëllimi	Vëllimi i mostrës	Fuqia	Koha
I thjeshtë	< 100Ws/mL	10mL	50W	< 20 sec
Mesatar	100Ws/mL deri në 500Ws/mL	10mL	50W	20 deri në 100 sec
Intensiv	> 500Ws/mL	10mL	50W	>100 sec

Tabela 1 – Vlerat tipike të trajtimit me ultratinguj pas optimizimit të procesit

Fuqia reale e futur gjatë provave mund të regjistrohet nëpërmjet sistemit të integruar të regjistrimit të të dhënave (UP200Ht dhe UP200St), ndërfaqes me kompjuterin ose një matësi fuqie. Duke i kombinuar me të dhënat e regjistruara për cilësimin e amplitudës dhe temperaturën, mund të vlerësohen rezultatet e çdo prove dhe të përcaktohet një vlerë bazë për energjinë/vëllimin.
Nëse gjatë testeve është zgjedhur një konfigurim optimal, performanca e këtij konfigurimi mund të verifikohet gjatë një hapi optimizimi dhe, përfundimisht, procesi mund të zmadhohet në shkallë tregtare. Për të lehtësuar optimizimin, rekomandohet fuqimisht të shqyrtohen edhe kufijtë e trajtimit me ultratinguj, p.sh. temperatura, amplituda ose energjia/vëllimi për formulime specifike. Meqenëse ultratingujt mund të shkaktojnë efekte negative te qelizat, substancat kimike ose grimcat, duhet të shqyrtohen nivelet kritike për secilin parametër, në mënyrë që optimizimi pasues të kufizohet brenda intervalit të parametrave ku nuk vërehen efekte negative. Për studimin e fizibilitetit rekomandohen pajisje të vogla laboratorike ose pajisje tavoline, për të kufizuar shpenzimet për pajisje dhe mostra në prova të tilla. Në përgjithësi, pajisjet me fuqi nga 100 deri në 1 000 vat u shërbejnë shumë mirë qëllimeve të studimit të fizibilitetit. (shih Hielscher 2005)

Optimizimi

Rezultatet e arritura gjatë studimeve të fizibilitetit mund të tregojnë një konsum mjaft të lartë energjie në raport me vëllimin e vogël të trajtuar. Por qëllimi i testit të fizibilitetit është kryesisht të tregojë efektet e ultratingujve mbi materialin. Nëse gjatë testimit të fizibilitetit janë shfaqur efekte pozitive, duhen bërë përpjekje të mëtejshme për të optimizuar raportin energji/vëllim. Kjo do të thotë të hulumtohet konfigurimi ideal i parametrave të ultratingujve për të arritur rendimentin më të lartë duke përdorur sa më pak energji, në mënyrë që procesi të jetë ekonomikisht sa më i arsyeshëm dhe efikas. Për të gjetur konfigurimin optimal të parametrave – duke përftuar përfitimet e synuara me sasinë minimale të energjisë së futur – lidhja ndërmjet parametrave më të rëndësishëm amplitudës, presionit, temperaturës dhe përbërjes së lëngut duhet të studiohet. Në këtë hap të dytë rekomandohet kalimi nga trajtimi me ultratinguj në tufa në një sistem trajtimi të vazhdueshëm me ultratinguj me reaktor me qelizë rrjedhjeje, pasi parametri i rëndësishëm i presionit nuk mund të ndryshohet gjatë trajtimit me ultratinguj në tufa. Gjatë trajtimit me ultratinguj në një tufë, presioni kufizohet në presionin e mjedisit. Nëse procesi i trajtimit me ultratinguj kalon përmes një dhome qelize rrjedhjeje që mund të vihet nën presion, presioni mund të rritet (ose të ulet), gjë që në përgjithësi ndikon në kavitacionin ultrasonik kavitacionin në mënyrë drastike. Duke përdorur një qelizë rrjedhjeje, mund të përcaktohet lidhja ndërmjet presionit dhe efikasitetit të procesit. Procesorët ultrasonikë me fuqi nga 500 vat deri në 2000 vat janë më të përshtatshmit për të optimizuar një proces.

Zmadhimi në shkallën e prodhimit tregtar

Nëse është gjetur konfigurimi optimal, zmadhimi i mëtejshëm i shkallës është i thjeshtë, pasi proceset ultrasonike janë plotësisht të riprodhueshme në shkallë lineare. Kjo do të thotë se, kur ultratingulli zbatohet në një formulim të njëjtë të lëngut me të njëjtin konfigurim të parametrave të përpunimit, kërkohet e njëjta energji për njësi vëllimi për të arritur një rezultat të njëjtë, pavarësisht nga shkalla e përpunimit. (Hielscher 2005). Kjo bën të mundur zbatimin e konfigurimit optimal të parametrave të ultratingullit në prodhimin në shkallë të plotë. Praktikisht, vëllimi që mund të përpunohet me ultratinguj është i pakufizuar. Janë të disponueshme sisteme ultrasonike komerciale me fuqi deri në 16 000 vat për njësi, të cilat mund të instalohen në grupe. Grupe të tilla procesorësh ultrasonikë mund të instalohen paralelisht ose në seri. Nëpërmjet instalimit në grupe të procesorëve ultrasonikë me fuqi të lartë, fuqia totale është pothuajse e pakufizuar, në mënyrë që rrjedha me vëllim të madh të mund të përpunohen pa problem. Edhe nëse kërkohet një përshtatje e sistemit ultrasonik, p.sh. për të përshtatur parametrat me një formulim të modifikuar të lëngut, kjo kryesisht mund të bëhet duke ndërruar sonotrodën, përforcuesin ose qelizën e rrjedhjes. Mundësia e zmadhimit linear të shkallës, riprodhueshmëria dhe përshtatshmëria e ultratingullit e bëjnë këtë teknologji novatore efikase dhe ekonomikisht të leverdishme.

Parametrat e përpunimit me ultratinguj

Përpunimi i lëngjeve me ultratinguj përshkruhet nga një sërë parametrash. Më të rëndësishmit janë amplituda, presioni, temperatura, viskoziteti dhe përqendrimi. Rezultati i procesit, siç është madhësia e grimcave, për një konfigurim të caktuar parametrash është funksion i energjisë për njësi vëllimi të përpunuar. Funksioni ndryshon me ndryshimet e parametrave individualë. Për më tepër, fuqia reale në dalje për njësi sipërfaqeje të sonotrodës së një njësie ultrasonike varet nga parametrat. Fuqia në dalje për njësi sipërfaqeje të sonotrodës është intensiteti sipërfaqësor (I). Intensiteti sipërfaqësor varet nga amplituda (A), presioni (p), vëllimi i reaktorit (VR), temperatura (T), viskoziteti (η) dhe parametra të tjerë.

Ndikimi i kavitacionit të gjeneruar varet nga intensiteti sipërfaqësor. Në të njëjtën mënyrë, edhe rezultati i procesit lidhet me këtë intensitet. Fuqia totale në dalje e një njësie ultrasonike është prodhimi i intensitetit sipërfaqësor (I) dhe sipërfaqes (S):

P [W] I [W / mm²]* S[mm²]

Amplituda

Amplituda e lëkundjes përshkruan rrugën (p.sh. 50 µm) që përshkon sipërfaqja e sonotrodës në një kohë të caktuar (p.sh. 1/20 000s në 20kHz). Sa më e madhe të jetë amplituda, aq më e lartë është shpejtësia me të cilën presioni ulet dhe rritet në çdo goditje. Përveç kësaj, zhvendosja vëllimore e çdo goditjeje rritet, duke rezultuar në një vëllim më të madh kavitacioni (madhësi dhe/ose numër flluskash). Kur zbatohen në dispersione, amplitudat më të larta shfaqin një efekt më të madh shkatërrues mbi grimcat e ngurta. Tabela 1 tregon vlera të përgjithshme për disa procese ultrasonike.

Presioni

Pika e vlimit të një lëngu varet nga presioni. Sa më i lartë të jetë presioni, aq më e lartë është pika e vlimit, dhe anasjelltas. Presioni i rritur mundëson kavitacionin në temperatura pranë ose mbi pikën e vlimit. Ai rrit gjithashtu intensitetin e implozionit, i cili lidhet me ndryshimin midis presionit statik dhe presionit të avullit brenda flluskës (shih Vercet et al. 1999). Meqë fuqia dhe intensiteti i ultratingujve ndryshojnë shpejt me ndryshimet e presionit, preferohet një pompë me presion konstant. Kur furnizon një qelizë rrjedhjeje me lëng, pompa duhet të jetë në gjendje të përballojë rrjedhën përkatëse të lëngut në presione të përshtatshme. Pompat me diafragmë ose membranë; pompat me tub fleksibël, me zorrë ose me shtrydhje; pompat peristaltike; ose pompat me piston apo piston zhytës do të krijojnë luhatje të alternuara të presionit. Preferohen pompat centrifugale, pompat me ingranazhe, pompat spirale dhe pompat me zgavër progresive, të cilat e furnizojnë lëngun që do të trajtohet me ultratinguj me një presion vazhdimisht të qëndrueshëm. (Hielscher 2005)

Temperatura

Gjatë trajtimit të një lëngu me ultratinguj, fuqia transmetohet në mjedis. Meqë lëkundjet e gjeneruara nga ultratingujt shkaktojnë turbulencë dhe fërkim, lëngu i trajtuar me ultratinguj – në përputhje me ligjin e termodinamikës – do të nxehet. Temperaturat e rritura të mjedisit të përpunuar mund të dëmtojnë materialin dhe të ulin efektivitetin e kavitacionit ultrasonik. Qelizat novatore të rrjedhjes me ultratinguj janë të pajisura me një këmishë ftohëse (shih figurën). Kjo mundëson kontrollin e saktë të temperaturës së materialit gjatë përpunimit me ultratinguj. Për trajtimin me ultratinguj të vëllimeve më të vogla në gotë laboratorike rekomandohet një banjë me akull për largimin e nxehtësisë.

Viskoziteti dhe përqendrimi

Proceset me ultratinguj të bluarjes dhe dispergimit janë procese në mjedis të lëngshëm. Grimcat duhet të jenë në një suspension, p.sh. në ujë, vaj, tretës ose rrëshira. Përdorimi i sistemeve me ultratinguj me rrjedhje të vazhdueshme mundëson trajtimin me ultratinguj të materialeve shumë viskoze, në trajtë paste.
Një procesor ultrasonik me fuqi të lartë mund të funksionojë me përqendrime mjaft të larta të lëndëve të ngurta. Një përqendrim i lartë siguron efektivitetin e përpunimit me ultratinguj, pasi efekti i bluarjes me ultratinguj shkaktohet nga përplasjet midis grimcave. Hulumtimet kanë treguar se shpejtësia e thyerjes së silicës është e pavarur nga përqendrimi i lëndëve të ngurta deri në 50% sipas masës. Përpunimi i përzierjeve bazë me një përqindje të lartë materiali të përqendruar është një procedurë e zakonshme prodhimi që përdor trajtimin me ultratinguj.

Fuqia dhe intensiteti kundrejt energjisë

Intensiteti sipërfaqësor dhe fuqia totale përshkruajnë vetëm intensitetin e përpunimit. Për të përshkruar një proces trajtimi me ultratinguj në mënyrë që ai të mund të shkallëzohet dhe të jetë i riprodhueshëm, duhet të merren parasysh vëllimi i kampionit të trajtuar me ultratinguj dhe koha e ekspozimit në një intensitet të caktuar. Për një konfigurim të caktuar parametrash, rezultati i procesit, p.sh. madhësia e grimcave ose shndërrimi kimik, do të varet nga energjia për njësi vëllimi (E/V).

Rezultati = f (E /V )

Ku energjia (E) është prodhimi i fuqisë dalëse (P) me kohën e ekspozimit (t).

E[Ws] = P[W]*t[s]

Ndryshimet në konfigurimin e parametrave do të ndryshojnë funksionin e rezultatit. Kjo, nga ana tjetër, do të ndryshojë sasinë e energjisë (E) që nevojitet për një vlerë të caktuar të kampionit (V) për të përftuar një vlerë specifike të rezultatit. Për këtë arsye, nuk mjafton të zbatohet një fuqi e caktuar ultratingujsh në një proces për të marrë një rezultat. Nevojitet një qasje më e sofistikuar për të identifikuar fuqinë e nevojshme dhe konfigurimin e parametrave me të cilin kjo fuqi duhet të transmetohet në materialin që përpunohet. (Hielscher 2005)

Prodhimi i bioetanolit i asistuar me ultratinguj

Dihet tashmë se ultratingulli përmirëson prodhimin e bioetanolit. Rekomandohet që lëngu të trashet me biomasë deri në formimin e një suspensioni shumë viskoz që mund të pompohet ende. Reaktorët ultrasonikë mund të përpunojnë përqendrime mjaft të larta të lëndëve të ngurta, në mënyrë që procesi i sonikimit të mund të kryhet me efikasitetin më të lartë. Sa më shumë material të përmbajë suspensioni, aq më pak lëng mbartës, i cili nuk përfiton nga procesi i sonikimit, do të trajtohet. Meqë futja e energjisë në një lëng shkakton ngrohjen e tij sipas ligjit të termodinamikës, kjo do të thotë se energjia ultrasonike zbatohet, sa më shumë që të jetë e mundur, mbi materialin e synuar. Një projektim kaq efikas i procesit shmang ngrohjen e panevojshme të lëngut mbartës të tepërt.
Ultratingulli ndihmon në ekstraktimin e materialit brendaqelizor dhe kështu e bën atë të disponueshëm për fermentimin enzimatik. Trajtimi i butë me ultratinguj mund të rrisë aktivitetin enzimatik, por për ekstraktimin e biomasës do të nevojiten ultratinguj më intensivë. Prandaj, enzimat duhet të shtohen në suspensionin e biomasës pas sonikimit, pasi ultratingujt intensivë i çaktivizojnë enzimat, gjë që është një efekt i padëshiruar.

Rezultatet aktuale të arritura nga kërkimi shkencor:

Studimet e Yoswathana et al. (2010) mbi prodhimin e bioetanolit nga kashta e orizit kanë treguar se kombinimi i paratrajtimit acid dhe trajtimit me ultratinguj përpara trajtimit enzimatik çon në një rendiment të rritur të sheqerit deri në 44% (në bazë të kashtës së orizit). Kjo tregon efektshmërinë e kombinimit të paratrajtimit fizik dhe kimik përpara hidrolizës enzimatike të materialit lignocelulozik në sheqer. 

Grafiku 2 ilustron grafikisht efektet pozitive të rrezatimit ultrasonik gjatë prodhimit të bioetanolit nga kashta e orizit. (Qymyri i drurit është përdorur për të detoksifikuar mostrat e paratrajtuara me acid/enzima dhe me ultratinguj.)

Në një studim tjetër të kohëve të fundit është shqyrtuar ndikimi i trajtimit me ultratinguj në nivelet jashtëqelizore dhe brendaqelizore të enzimës β-galaktozidazë. Sulaiman et al. (2011) arritën të përmirësonin ndjeshëm produktivitetin e prodhimit të bioetanolit, duke përdorur ultratinguj në një temperaturë të kontrolluar që stimulonte rritjen e majasë Kluyveromyces marxianus (ATCC 46537). Autorët e punimit përmbledhin se sonikimi me ndërprerje me ultratinguj me fuqi të lartë (20 kHz), me cikle pune ≤20%, stimuloi prodhimin e biomasës, metabolizmin e laktozës dhe prodhimin e etanolit te K. marxianus në një intensitet relativisht të lartë sonikimi prej 11,8Wcm². Në kushtet më të mira, sonikimi e rriti përqendrimin përfundimtar të etanolit në gati 3,5-fish krahasuar me kontrollin. Kjo përkonte me një rritje 3,5-fish të produktivitetit të etanolit, por kërkonte 952W fuqi hyrëse shtesë për metër kub të lëngut të kulturës përmes sonikimit. Kjo kërkesë shtesë për energji ishte sigurisht brenda normave të pranueshme të funksionimit për bioreaktorët dhe, për produktet me vlerë të lartë, mund të kompensohej lehtësisht nga produktiviteti i rritur.

Përfundim: Përfitimet nga fermentimi i asistuar me ultratinguj

Trajtimi me ultratinguj është dëshmuar si një teknikë efikase dhe novatore për të rritur rendimentin e bioetanolit. Kryesisht, ultratingulli përdoret për të ekstraktuar materialin brendaqelizor nga biomasa, si misri, soja, kashta, materiali lignocelulozik ose mbetjet bimore.

• Rritja e rendimentit të bioetanolit
• Shpërbërja/ Shkatërrimi i qelizave dhe çlirimi i materialit brendaqelizor
• Përmirësimi i dekompozimit anaerob
• Aktivizimi i enzimave me sonikim të butë
• Përmirësimi i efikasitetit të procesit përmes suspensioneve me përqendrim të lartë

Testimi i thjeshtë, rritja e riprodhueshme e shkallës së prodhimit dhe instalimi i lehtë (edhe në rrjedhat ekzistuese të prodhimit) e bëjnë teknologjinë e ultratingujve fitimprurëse dhe efikase. Për përpunimin komercial janë të disponueshëm procesorë ultrasonikë industrialë të besueshëm, të cilët bëjnë të mundur sonikimin e vëllimeve praktikisht të pakufizuara të lëngjeve.