Yosun Yetiştirme Laboratuvarı – Ultrasonik Yosun Ekstraksiyonu

yosun yetiştiriciliği

Algae Grow Lab, alg yetiştiriciliği için bir dizi boru şeklinde ve düz fotobiyoreaktörün yanı sıra, akış hücreleri ile donatılmış Hielscher ultrasonik işlemcilere dayanan bir hücre ultrasonik yıkım süreci geliştirdi.
Prosesin genel akış şeması aşağıda gösterilmiştir.

Akış şeması, ultrasonikasyon kullanarak alg yetiştirme ve alg yağı üretimi sürecini gösterir. ©Yosun Yetiştirme Laboratuvarı

Algae Grow Lab fotobiyoreaktörlerinin örnekleri aşağıda sunulmuştur.
Spektrumun PAR kısmında ışık yayan LED panellerin kullanılması, maksimum alg büyüme oranının elde edilmesini sağlar.
Örneğin, Chlorella Vulgaris'in başlangıç yoğunluğu 0.146 g / L olan aşılanmasından sonra 7 günde 7.3 g / L yoğunluğa ulaştık.

Ultrasonifikasyon ile Yosun Hücrelerinin İmhası

Yosun büyüme stadyumundan sonra, yosun hücresi yağ üretimi tedavisi için olgunlaşır. Hücre içeriği, oluşan hücre zarlarından oluşan bir yapı ile çevredeki ortamdan ayrıldığından, hücre parçalanması yöntemi, tüm hücre içi materyalin salınması açısından önemlidir. Hücre zarı, hücreye mekanik mukavemet sağlar ve bütünlüğünü korur. Hücre zarının elastik özellikleri, hücrelerin dış ortamlarında meydana gelebilecek ozmotik basınçtaki hızlı değişikliklere dayanmalarını sağlar.
Aşağıda açıklanan hem ultrason hem de mikrodalga destekli yöntemler, daha yüksek verimlilik, azaltılmış ekstraksiyon süreleri ve artan verimin yanı sıra düşük ila orta maliyetler ve ihmal edilebilir ek toksisite ile mikroalglerin ekstraksiyonunu önemli ölçüde iyileştirir.
Çoğu zaman, hedef ürünlerin alglerden ekstraksiyonu, alg hücrelerinin ekstraksiyondan önce yok edilmesi durumunda daha etkilidir. Ancak bazen, hücre yıkımının kendisi hedef ürünün salınmasına yol açar ve bunu elde etmek için sadece ayırma işlemine ihtiyaç vardır (örneğin, biyoyakıt üretimi için alglerden lipitlerin ekstraksiyonu).
Yosun yetiştirme laboratuvarı, hücre içi içeriğin tamamen serbest bırakılmasını ve böylece daha kısa sürede daha yüksek verim elde edilmesini sağlayan yüksek verimli bir süreç sağlamak için hücre bozulması ve ekstraksiyonu için ultrasonik bir sistemi kurulumlarına entegre eder. Ultrasonik reaktörde, ultrasonik dalgalar alg hücrelerini içeren sıvı ortamda buharlaşma oluşturur. Kavitasyon kabarcıkları, ultrasonik dalganın alternatif seyrekleşme fazları sırasında, daha fazla enerji adsorbe edilemediğinde belirli bir boyuta ulaşana kadar büyür. Kabarcık büyümesinin bu maksimum noktasında, boşluklar bir sıkıştırma aşaması sırasında çöker. Kabarcık çöküşü, basınç ve sıcaklık farklarının yanı sıra şok dalgaları ve güçlü sıvı jetleri gibi aşırı koşullar yaratır. Bu aşırı kuvvetler sadece hücreleri tahrip etmekle kalmaz, aynı zamanda içeriklerini sıvı ortama (örneğin su veya çözücüler) etkili bir şekilde yıkar.
Ultrasonik yıkımın etkinliği, bireysel alg suşları arasında önemli ölçüde değişen hücre duvarlarının dayanıklılığına ve esnekliğine büyük ölçüde bağlıdır. Hücre yıkımının verimliliğinin, sonifikasyon işleminin parametrelerinden büyük ölçüde etkilenmesinin nedeni budur: En önemli parametreler genlik, basınç, konsantrasyondur & viskozite ve sıcaklık. Optimum işleme verimliliğini sağlamak için bu parametreler her bir alg türü için optimize edilmelidir.
Farklı alg suşlarının hücre bozulması ve parçalanmasına ilişkin bazı örnekler aşağıda belirtilen makalelerde bulunabilir:

• Dunnaliella salina ve Nannochloropsis oculata: Kral P.M., Nowotarski K.; Joyce, E.M.; Mason, T.J. (2012): Yosun hücrelerinin ultrasonik bozulması. AIP Konferansı Bildiri Kitabı; 24.05.2012, Cilt 1433 Sayı 1, s. 237.
• Nannochloropsis oculata: Jonathan R. McMillan, Ian A. Watson, Mehmood Ali, Weaam Jaafar (2013): Alg hücresi bozulma yöntemlerinin değerlendirilmesi ve karşılaştırılması: Mikrodalga, su banyosu, blender, ultrasonik ve lazer tedavisi. Applied Energy, Mart 2013, cilt 103, sayfa 128–134.
• Nanochloropsis salina: Sebastian Schwede, Alexandra Kowalczyk, Mandy Gerber, Roland Span (2011): Farklı hücre parçalama tekniklerinin alg biyokütlesinin mono sindirimi üzerindeki etkisi. Dünya Yenilenebilir Enerji Kongresi 2011, Biyoenerji Teknolojileri, 8-12 Mayıs 2011, İsveç.
• Schizochytrium limacinum ve Chlamydomonas reinhardtii: Jose Gerde, Mellissa Montalbo-Lomboy M, Linxing Yao, David Grewell, Tong Wang (2012): Ultrasonik tedavi ile mikroalg hücre bozulmasının değerlendirilmesi. Biyokaynak Teknolojisi 2012, Cilt 125, s.175-81.
• Crypthecodinium cohnii: Paula Mercer ve Roberto E. Armenta (2011): Mikroalglerden yağ çıkarmadaki gelişmeler. Europeen Jornal Lipid Bilimi Teknolojisi, 2011.
• Scotiellopsis terrestris: S. Starke, Dr. N. Hempel, L. Dombrowski, Prof. Dr. O. Pulz: Ultrason ve pektin ayrışmış bir enzim aracılığıyla Scotiellopsis terrestris için hücre bozulmasının iyileştirilmesi. Naturstoffchemie.

İşlem

Yetiştirmeden sonra, alg biyokütle akışı, biyokütleyi sıvı ortamdan ayırmak için konsantrasyon cihazına beslenir. Konsantre, depolama tankında biriktirilir. Ayrılmadan sonra, yağı ve diğer hücre içi materyali serbest bırakmak için hücrelerin parçalanması gerekir. Bu nedenle, konsantre biyokütle bir Hielscher ultrasonik cihaz ile pompalanır. Ultrasonik devridaim kurulumu, hücre konsantresinin verilen basınç altında Hielscher akış hücresinden biriktirme tankına geri dönmesini sağlar. Devridaim hücreleri yok etmek için gereken süre boyunca sürer. İmha işlemi tamamlandığında, tahrip olmuş hücrelerin bulunduğu biyokütle, ürünün kalan kalıntıdan nihai olarak ayrılmasının gerçekleştiği ürün ayırma cihazına pompalanır.

Biyokütle konsantrasyon / ayırma cihazı ve Hielscher'ın 1.5 kW ultrasonik işlemcisi UIP1500hd ile yosun hücresi imha ünitesi. ©Yosun Yetiştirme Laboratuvarı

Tahrip olmuş hücrelerin yüzdesinin ölçülmesi

Alg kırılmasının verimlilik değerlendirmesi için ALgae Grow Lab, tahrip olmuş hücrelerin yüzdesini ölçmek için iki farklı metodoloji kullandı:

1. İlk analiz yöntemi, klorofil A, B ve A+B floresansının ölçümüne dayanmaktadır.
   Yavaş dönüşlü santrifüjleme sırasında, alg hücreleri ve döküntüler alıcının altında topaklanacaktır, ancak serbest yüzen klorofilin kalıntıları hala süpernatantta kalacaktır. Hücrenin ve klorofilin bu fiziksel özelliklerini kullanarak, parçalanmış hücrelerin yüzdesi tespit edilebilir. Bu, öncelikle bir numunenin toplam klorofil floresansının ölçülmesiyle gerçekleştirilir. Daha sonra numune santrifüj edilir. Daha sonra, süpernatantın klorofil floresansı ölçülür. Süpernatanttaki klorofil floresan yüzdesini toplam numunenin klorofil floresansına alarak, parçalanmış hücrelerin yüzdesine bir tahmin yapılabilir. Bu ölçüm şekli oldukça doğrudur, ancak hücre başına klorofil sayısının tek tip olduğu varsayımını yapar. Toplam klorofil ekstraksiyonları metanol kullanılarak gerçekleştirildi.
2. İkinci analiz yöntemi için, hasat edilen alg örneğindeki hücre yoğunluğunu ölçmek için klasik hemositometri kullanılmıştır. Prosedür 2 adımda gerçekleştirilir:

• İlk olarak, ultrason tedavisinden önce hasat edilen alg örneğinin hücre yoğunluğu ölçülür.
• İkinci olarak, aynı numunenin sonifikasyonundan sonra tahrip olmayan (kalan) hücrelerin sayısı ölçülür.
  Bu iki ölçümün sonuçlarına dayanarak, tahrip olmuş hücrelerin yüzdesi hesaplanır.

Resim 1: Yok Edilmeden Önce Yosun ©Yosun Büyüme Laboratuvarı

Resim 2: Yosun bozulması: 60 dakika sonra% 50 hücre bozulması. ©Yosun Yetiştirme Laboratuvarı

Resim 3: Yosun bozulması: 120 dakika sonra% 100 hücre bozulması. ©Yosun Yetiştirme Laboratuvarı