สาหร่ายเติบโตแล็บ – อัลตราโซนิกการสกัดสาหร่าย

การเพาะปลูกสาหร่าย

สาหร่ายเติบโต Lab พัฒนาชุดของ photobioreactors ท่อและแบนสำหรับการเพาะปลูกสาหร่ายเช่นเดียวกับกระบวนการของเซลล์ทำลายล้ำบนพื้นฐานของโปรเซสเซอร์ล้ำเสียง Hielscher พร้อมกับเซลล์ไหล
แผนภาพการไหลทั่วไปของกระบวนการที่แสดงอยู่ด้านล่าง

แผนภูมิแสดงการไหลของกระบวนการของการเพาะปลูกสาหร่ายและสาหร่ายผลิตน้ำมันโดยใช้ ultrasonication ©สาหร่ายเติบโตแล็บ

ตัวอย่างของสาหร่ายเติบโต photobioreactors Lab จะถูกนำเสนอดังต่อไปนี้
การใช้แผง LED เปล่งแสงในส่วนของสเปกตรัม PAR จะช่วยให้บรรลุอัตราการเติบโตสูงสุดของสาหร่าย
ตัวอย่างเช่นหลังจากการฉีดวัคซีนของ Chlorella Vulgaris มีความหนาแน่นเริ่มต้นของ 0.146 กรัม / ลิตรเราประสบความสำเร็จมีความหนาแน่นของ 7.3g / L ใน 7 วัน

สาหร่ายเซลล์ทำลายโดย Ultrasonification

หลังจากที่สนามเจริญเติบโตของสาหร่ายสาหร่ายเซลล์จะสุกในการผลิตน้ำมัน เนื่องจากเซลล์ถูกแยกออกจากสภาพแวดล้อมโดยโครงสร้างของเยื่อหุ้มเซลล์ที่ประกอบด้วยวิธีการหยุดชะงักของเซลล์มีความสำคัญกับการปลดปล่อยสารภายในเซลล์ที่สมบูรณ์ เยื่อหุ้มเซลล์มีความแข็งแรงเชิงกลให้กับเซลล์และรักษาความสมบูรณ์ คุณสมบัติยืดหยุ่นของเซลล์เยื่อช่วยให้เซลล์สามารถทนต่อการเปลี่ยนแปลงของความดันออสโมติกได้อย่างรวดเร็วซึ่งอาจเกิดขึ้นได้ในสภาพแวดล้อมภายนอก
ทั้งอัลตราซาวนด์และไมโครเวฟช่วยวิธีการซึ่งมีการระบุไว้ด้านล่างในการปรับปรุงการสกัดจากสาหร่ายทะเลขนาดเล็กอย่างมีนัยสำคัญได้อย่างมีประสิทธิภาพสูงลดเวลาการสกัดและการเพิ่มผลผลิตตลอดจนต่ำถึงปานกลางค่าใช้จ่ายและความเป็นพิษเพิ่มเล็กน้อย
มากมักจะสกัดของผลิตภัณฑ์เป้าหมายจากสาหร่ายที่มีประสิทธิภาพมากขึ้นถ้าเซลล์สาหร่ายจะถูกทำลายก่อนที่จะมีการสกัด แต่บางครั้งการทำลายเซลล์ของตัวเองนำไปสู่การเปิดตัวของผลิตภัณฑ์เป้าหมายและมีเพียงกระบวนการแยกเป็นสิ่งจำเป็นที่จะได้รับมัน (เช่นการสกัดไขมันจากสาหร่ายสำหรับการผลิตเชื้อเพลิงชีวภาพ)
สาหร่ายเติบโตห้องปฏิบัติการบูรณาการระบบอัลตราโซนิกสำหรับการหยุดชะงักของเซลล์และการสกัดในการติดตั้งของพวกเขาเพื่อให้แน่ใจว่ากระบวนการที่มีประสิทธิภาพสูงบรรลุเนื้อหาที่สมบูรณ์ของเซลล์ภายในและทำให้ผลผลิตที่สูงขึ้นในเวลาที่สั้นลง ในเครื่องปฏิกรณ์อัลตราโซนิกคลื่นอัลตราโซนิคจะสร้าง caviatation ในสื่อของเหลวซึ่งประกอบด้วยเซลล์สาหร่าย ฟองอากาศแบบ cavitation จะเติบโตขึ้นในระหว่างขั้นตอนการหลอมเหลวสลับของคลื่นอัลตราโซนิกจนกว่าจะบรรลุขนาดที่แน่นอนเมื่อไม่มีการดูดซับพลังงานเพิ่มขึ้น เมื่อถึงจุดสูงสุดของการเติบโตของฟองอากาศการยุบตัวของช่องว่างระหว่างขั้นตอนการบีบอัด การล่มสลายของฟองอากาศจะสร้างสภาวะที่รุนแรงของความแตกต่างของความดันและอุณหภูมิตลอดจนคลื่นกระแทกและไอพ่นเหลวที่แข็งแรง พลังที่รุนแรงเหล่านี้ไม่เพียง แต่ทำลายเซลล์เท่านั้น แต่ยังสามารถล้างเนื้อหาในสื่อของเหลวได้อย่างมีประสิทธิภาพ (เช่นน้ำหรือตัวทำละลาย)
ประสิทธิผลของการทำลายล้ำยิ่งขึ้นอยู่กับความทนทานและความยืดหยุ่นของผนังเซลล์ซึ่งแตกต่างกันมากระหว่างสายพันธุ์สาหร่ายของแต่ละบุคคล นั่นคือเหตุผลที่ว่าทำไม efficieny ของการทำลายเซลล์ที่ได้รับอิทธิพลอย่างสูงจากพารามิเตอร์ของกระบวนการ sonification นี้: พารามิเตอร์ที่สำคัญที่สุดคือความกว้าง, ความดัน, ความเข้มข้น & ความหนืดและอุณหภูมิ พารามิเตอร์เหล่านี้ต้องได้รับการปรับให้เหมาะสมกับทุกสายพันธุ์โดยเฉพาะอย่างยิ่งของสาหร่ายเพื่อให้แน่ใจว่าประสิทธิภาพการประมวลผลที่ดีที่สุด
ตัวอย่างบางส่วนของการหยุดชะงักของเซลล์และการสลายตัวของสายพันธุ์สาหร่ายที่แตกต่างกันสามารถพบได้ในบทความที่อ้างถึงด้านล่าง:

• Dunnaliella salina และ Nannochloropsis oculata: คิง P.M. , Nowotarski K .; จอยซ์ E.M .; เมสัน T.J. (2012): อัลตราโซนิกการหยุดชะงักของเซลล์สาหร่าย AIP ดำเนินการประชุม; 2012/05/24 ฉบับ 1433 ฉบับที่ 1, p 237
• Nannochloropsis oculata: โจนาธานอาร์ McMillan เอียนวัตสัน, มาห์มูดอาลี Weaam Jaafar (2013): การประเมินผลและการเปรียบเทียบของสาหร่ายวิธีการทำลายเซลล์: ไมโครเวฟ, Waterbath, ปั่น, อัลตราโซนิกและเลเซอร์ การประยุกต์ใช้พลังงานมีนาคม 2013 ฉบับ 103, หน้า 128-134
• Nanochloropsis salina: เซบาสเตียน Schwede อเล็กซาน Kowalczyk แมนดี้ Gerber โรลันด์แปน (2011): อิทธิพลของเทคนิคการทำลายเซลล์ที่แตกต่างกันในการย่อยอาหารโมโนชีวมวลสาหร่าย โลกพลังงานทดแทนสภาคองเกรส 2011 พลังงานชีวภาพเทคโนโลยี 8-12 พฤษภาคม 2011 สวีเดน
• limacinum Schizochytrium และ Chlamydomonas reinhardtii: Jose Gerde, Mellissa Montalbo-Lomboy M, Linxing ยาวเดวิด Grewell ตองวัง (2012): การประเมินผลของการหยุดชะงักของเซลล์สาหร่ายโดยรักษาล้ำ Bioresource เทคโนโลยีปี 2012 ฉบับ 125 pp.175-81
• cohnii Crypthecodinium: พอลล่าเมอร์เซอร์และโรแบร์โตอี Armenta (2011): การพัฒนาในการสกัดน้ำมันจากสาหร่าย Europeen Jornal เทคโนโลยีวิทยาศาสตร์ไขมัน 2011
• terrestris Scotiellopsis: เอสสตาร์, ดร. เอ็นเพิลลิตร Dombrowski, ผู้ช่วยศาสตราจารย์ดรทุม Pulz: ปรับปรุงของการหยุดชะงักมือถือสำหรับ Scotiellopsis terrestris โดยใช้วิธีการอัลตราซาวนด์และเพคตินย่อยสลายของเอนไซม์ Naturstoffchemie

กระบวนการ

หลังจากการเพาะปลูกสาหร่ายจะถูกป้อนเข้าไปในอุปกรณ์ความเข้มข้นเพื่อแยกสิ่งมีชีวิตต่อหน่วยพื้นที่ออกจากของเหลว มีสมาธิอยู่ในถังเก็บข้อมูล หลังจากแยกเซลล์จะต้องหยุดชะงักเพื่อปล่อยน้ำมันและวัสดุภายในเซลล์อื่น ๆ ดังนั้นมวลชีวภาพที่เข้มข้นจะถูกสูบผ่านอุปกรณ์อัลตราซาวด์ของ Hielscher การหมุนเวียนของคลื่นเสียงอัลตราโซนิกช่วยให้การหมุนเวียนของเซลล์มีสมาธิภายใต้แรงดันที่กำหนดผ่านเซลล์ไหล Hielscher กลับไปที่ถังสะสม การหมุนเวียนเป็นเวลาที่จำเป็นในการทำลายเซลล์ เมื่อกระบวนการทำลายเสร็จสมบูรณ์แล้วสิ่งมีชีวิตต่อหน่วยพื้นที่ที่มีเซลล์ทำลายถูกสูบไปยังอุปกรณ์แยกผลิตภัณฑ์ซึ่งจะมีการแยกผลิตภัณฑ์ออกจากเศษซากที่เหลืออยู่

สาหร่ายเซลล์หน่วยทำลายชีวมวลที่มีความเข้มข้น / อุปกรณ์การแยกและการ Hielscher 1.5 กิโลวัตต์โปรเซสเซอร์ล้ำเสียง UIP1500hd ©สาหร่ายเติบโตแล็บ

วัดร้อยละของเซลล์ที่ถูกทำลาย

สำหรับการประเมินผลประสิทธิภาพของความแตกแยกสาหร่ายสาหร่ายเติบโต Lab สองใช้วิธีการที่แตกต่างกันในการวัดร้อยละของเซลล์ที่ถูกทำลาย:

1. วิธีการวิเคราะห์ครั้งแรกจะขึ้นอยู่กับการวัดของคลอโรฟิล A, B และ A + เรืองแสงบี
   ในระหว่างการปั่นแยกด้วยความเร็วหมุนช้าเซลล์สาหร่ายและเศษซากจะตกค้างที่ด้านล่างของผู้รับ แต่ส่วนที่เหลือของคลอโรฟิลลอยตัวฟรีจะยังคงอยู่ในซุปเปอร์แซนต์ โดยใช้ลักษณะทางกายภาพของเซลล์และคลอโรฟิลล์เปอร์เซ็นต์ของเซลล์ที่แตกสลายสามารถตรวจสอบได้ นี้สามารถทำได้โดยการวัดแรก fluorescence คลอโรฟิลล์ของตัวอย่าง จากนั้นตัวอย่างถูกหมุนเหวี่ยง หลังจากนั้นจะทำการวัดค่าการเรืองแสงของคลอโรฟิลล์ของซุปเปอร์แนนท์ โดยการนำเปอร์เซ็นต์ของคลอโรฟิลล์เรืองแสงในสารตั้งต้นไปสู่การระเหยของคลอโรฟิลล์ของตัวอย่างทั้งหมดการประมาณเปอร์เซ็นต์ของเซลล์ที่แตกสลายสามารถทำได้ รูปแบบของการวัดนี้ค่อนข้างถูกต้อง แต่ทำให้สมมติฐานว่าจำนวนคลอโรฟิลล์ต่อเซลล์มีความเหมือนกัน การสกัดคลอโรฟิลล์ทั้งหมดใช้เมทานอล
2. สำหรับวิธีการวิเคราะห์ที่สอง hemocytometry คลาสสิกที่ถูกนำมาใช้ในการวัดความหนาแน่นของเซลล์ในตัวอย่างสาหร่ายเก็บเกี่ยว ขั้นตอนที่จะดำเนินการในขั้นตอนที่ 2:

• ประการแรกความหนาแน่นของเซลล์ของกลุ่มตัวอย่างสาหร่ายเก็บเกี่ยวก่อนการรักษาอัลตราซาวนด์เป็นวัด
• ประการที่สองจำนวนทำลายไม่ใช่ (ที่เหลือ) เซลล์หลังจาก sonification ของกลุ่มตัวอย่างเดียวกันเป็นวัด
  ขึ้นอยู่กับผลของทั้งสองวัดร้อยละของเซลล์ที่ถูกทำลายที่มีการคำนวณ

ภาพที่ 1: สาหร่ายก่อนที่จะทำลาย©สาหร่ายเติบโตแล็บ

Pic 2: การหยุดชะงักสาหร่าย: หยุดชะงักมือถือ 50% หลังจาก 60 นาที sonication ©สาหร่ายเติบโตแล็บ

Pic 3: สาหร่ายหยุดชะงัก: หยุดชะงักมือถือ 100% หลังจาก 120 นาที sonication ©สาหร่ายเติบโตแล็บ