Algae Grow Lab – Suv oʻtlarini ultratovush yordamida ekstraksiya qilish

Suv oʻtlarini yetishtirish

Algae Grow Lab suv oʻtlarini yetishtirish uchun quvursimon va yassi fotobioreaktorlar turkumini, shuningdek, oqim hujayralari bilan jihozlangan Hielscher ultratovushli protsessorlariga asoslangan hujayralarni ultratovush yordamida parchalash jarayonini ishlab chiqdi.
Jarayonning umumiy oqim sxemasi quyida koʻrsatilgan.

Oqim sxemasi suv oʻtlarini yetishtirish va ultratovush bilan ishlov berish yordamida suv oʻtlari moyini ishlab chiqarish jarayonini koʻrsatadi. ©Algae Grow Lab

Algae Grow Lab fotobioreaktorlarining namunalari quyida keltirilgan.
Spektrning PAR qismida yorugʻlik chiqaruvchi LED panellardan foydalanish suv oʻtlarining maksimal oʻsish tezligiga erishish imkonini beradi.
Masalan, Chlorella Vulgaris boshlangʻich 0,146 g/L zichlikda ekilganidan soʻng, biz 7 kun ichida 7,3g/L zichlikka erishdik.

Suv oʻtlari hujayralarini ultratovush bilan ishlov berish orqali parchalash

Suv oʻtlarining oʻsish bosqichidan keyin ularning hujayralari moy ishlab chiqarish uchun ishlov berishga tayyor boʻladi. Hujayra tarkibi atrof-muhitdan hujayra membranalaridan tashkil topgan tuzilma bilan ajratilganligi sababli, hujayralarni parchalash usuli hujayra ichidagi barcha materialni ajratib chiqarish uchun muhim ahamiyatga ega. Hujayra membranasi hujayraga mexanik mustahkamlik beradi va uning yaxlitligini saqlaydi. Hujayra membranasining elastik xususiyatlari hujayralarga tashqi muhitda yuz berishi mumkin boʻlgan osmotik bosimning tez oʻzgarishlariga bardosh berish imkonini beradi.
Quyida tavsiflangan ultratovush va mikrotoʻlqin yordamidagi usullarning ikkalasi ham mikrosuv oʻtlaridan ekstraksiya qilishni sezilarli darajada yaxshilaydi: samaradorlik yuqoriroq boʻladi, ekstraksiya vaqti qisqaradi va mahsulot chiqishi oshadi, xarajatlar esa past yoki oʻrtacha boʻlib, qoʻshimcha toksiklik deyarli sezilmaydi.
Koʻpincha, ekstraksiyadan oldin suv oʻtlari hujayralari parchalansa, suv oʻtlaridan maqsadli mahsulotlarni ekstraksiya qilish samaraliroq boʻladi. Ammo baʼzan hujayralarni parchalashning oʻzi maqsadli mahsulotning ajralib chiqishiga olib keladi va uni olish uchun faqat ajratish jarayoni talab etiladi (masalan, bioyoqilgʻi ishlab chiqarish uchun suv oʻtlaridan lipidlarni ekstraksiya qilish).
Algae grow lab hujayra ichidagi tarkibning toʻliq ajralib chiqishini va shu orqali qisqaroq vaqt ichida yuqoriroq mahsulot chiqishini taʼminlaydigan oʻta samarali jarayonga erishish uchun oʻz qurilmasiga hujayralarni parchalash va ekstraksiya qilishga moʻljallangan ultratovushli tizimni birlashtiradi. Ultratovushli reaktorda ultratovush toʻlqinlari suv oʻtlari hujayralari mavjud boʻlgan suyuq muhitda kavitatsiya hosil qiladi. Kavitatsiya pufakchalari ultratovush toʻlqinining navbatma-navbat keladigan siyraklashish fazalarida muayyan oʻlchamga yetguncha oʻsadi; shu oʻlchamga yetganda, boshqa energiya adsorbsiyalana olmaydi. Pufakchalar oʻsishining ushbu maksimal nuqtasida boʻshliqlar siqilish fazasida qulaydi. Pufakchalarning qulashi bosim va harorat farqlarining ekstremal sharoitlarini, shuningdek, zarba toʻlqinlari va kuchli suyuqlik oqimlarini hosil qiladi. Bu ekstremal kuchlar hujayralarni parchalash bilan birga, ularning tarkibini suyuq muhitga (masalan, suv yoki erituvchilarga) samarali yuvib chiqaradi.
Ultratovush yordamida parchalash samaradorligi hujayra devorlarining chidamliligi va elastikligiga kuchli bogʻliq boʻlib, bu xususiyatlar suv oʻtlarining turli shtammlari orasida sezilarli darajada farq qiladi. Shu sababli hujayralarni parchalash samaradorligiga ultratovush bilan ishlov berish jarayonining parametrlari katta taʼsir koʻrsatadi: eng muhim parametrlar amplituda, bosim, konsentratsiya va qovushqoqlik hamda haroratdir. Ishlov berishning optimal samaradorligini taʼminlash uchun bu parametrlar suv oʻtlarining har bir muayyan shtammi uchun optimallashtirilishi kerak.
Suv oʻtlarining turli shtammlari hujayralarini parchalash va dezintegratsiya qilishning ayrim misollarini quyida havola berilgan maqolalarda topish mumkin:

• Dunnaliella salina va Nannochloropsis oculata: King P.M., Nowotarski K.; Joyce, E.M.; Mason, T.J. (2012): Suv oʻtlari hujayralarini ultratovush yordamida parchalash. AIP Conference Proceedings; 5/24/2012, 1433-jild, 1-son, 237-b.
• Nannochloropsis oculata: Jonathan R. McMillan, Ian A. Watson, Mehmood Ali, Weaam Jaafar (2013): Suv oʻtlari hujayralarini parchalash usullarini baholash va taqqoslash: mikrotoʻlqin, suv hammomi, blender, ultratovush va lazer bilan ishlov berish. Applied Energy, March 2013, 103-jild, 128–134-betlar.
• Nanochloropsis salina: Sebastian Schwede, Alexandra Kowalczyk, Mandy Gerber, Roland Span (2011): Hujayralarni parchalashning turli usullarining suv oʻtlari biomassasini alohida bijgʻitishga taʼsiri. World Renewable Energy Congress 2011, Bioenergy Technologies, 8-12 May 2011, Shvetsiya.
• Schizochytrium limacinum va Chlamydomonas reinhardtii: Jose Gerde, Mellissa Montalbo-Lomboy M, Linxing Yao, David Grewell, Tong Wang (2012): Mikrosuv oʻtlari hujayralarini ultratovush bilan ishlov berish orqali parchalashni baholash. Bioresource Technology 2012, 125-jild, 175–81-betlar.
• Crypthecodinium cohnii: Paula Mercer va Roberto E. Armenta (2011): Mikrosuv oʻtlaridan moy ekstraksiya qilishdagi ishlanmalar. Europeen Jornal of Lipid Science Technology, 2011.
• Scotiellopsis terrestris: S. Starke, Dr. N. Hempel, L. Dombrowski, Prof. Dr. O. Pulz: Scotiellopsis terrestris uchun ultratovush va pektin parchalangan ferment yordamida hujayra buzilishini yaxshilash. Naturstoffchemie.

Jarayon

Yetishtirishdan keyin suv oʻtlari biomassasi oqimi biomassani suyuq muhitdan ajratish uchun konsentratsiyalash qurilmasiga uzatiladi. Konsentrat saqlash idishida toʻplanadi. Ajratishdan keyin moy va hujayra ichidagi boshqa materialni ajratib chiqarish uchun hujayralarni parchalash kerak. Shu sababli konsentratsiyalangan biomassa Hielscher ultratovushli qurilmasi orqali nasos bilan oʻtkaziladi. Ultratovushli qayta aylantirish qurilmasi hujayra konsentratining belgilangan bosim ostida Hielscher oqim hujayrasi orqali toʻplash idishiga qaytib aylanishini taʼminlaydi. Qayta aylantirish hujayralarni parchalash uchun zarur boʻlgan vaqt davomida olib boriladi. Parchalash jarayoni tugagach, parchalangan hujayralari boʻlgan biomassa mahsulotni ajratish qurilmasiga nasos bilan uzatiladi va u yerda mahsulot qolgan hujayra qoldiqlaridan yakuniy ajratiladi.

Biomassani konsentratsiyalash/ ajratish qurilmasi va Hielscher kompaniyasining 1,5 kW quvvatli UIP1500hd ultratovushli protsessori bilan jihozlangan suv oʻtlari hujayralarini parchalash bloki. ©Algae Grow Lab

Parchalangan hujayralarning foiz ulushini oʻlchash

Suv oʻtlarini parchalash samaradorligini baholash uchun ALgae Grow Lab parchalangan hujayralarning foiz ulushini oʻlchashda ikkita turli metodikadan foydalandi:

1. Birinchi tahlil usuli A, B va A+B xlorofill fluoresensiyasini oʻlchashga asoslangan.
   Past aylanish tezligida sentrifugalash paytida suv oʻtlari hujayralari va hujayra qoldiqlari idish tubida choʻkma hosil qiladi, ammo erkin suzib yurgan xlorofill qoldiqlari supernatantda qoladi. Hujayra va xlorofillning ushbu fizik xususiyatlaridan foydalanib, parchalangan hujayralarning foiz ulushini aniqlash mumkin. Buning uchun avval namunadagi umumiy xlorofill fluoresensiyasi oʻlchanadi. Keyin namuna sentrifugalanadi. Shundan soʻng supernatantdagi xlorofill fluoresensiyasi oʻlchanadi. Supernatantdagi xlorofill fluoresensiyasining butun namunadagi xlorofill fluoresensiyasiga nisbatan foizini hisoblash orqali parchalangan hujayralarning foiz ulushini taxminan aniqlash mumkin. Bu oʻlchash usuli ancha aniq, ammo har bir hujayradagi xlorofill miqdori bir xil degan farazga asoslanadi. Umumiy xlorofill ekstraksiyasi metanol yordamida amalga oshirildi.
2. Ikkinchi tahlil usulida yigʻib olingan suv oʻtlari namunasidagi hujayra zichligini oʻlchash uchun klassik gemotsitometriyadan foydalanildi. Jarayon 2 bosqichda amalga oshiriladi:

• Birinchidan, yigʻib olingan suv oʻtlari namunasining ultratovush bilan ishlov berishdan oldingi hujayra zichligi oʻlchanadi.
• Ikkinchidan, xuddi shu namunaga ultratovush bilan ishlov berilganidan keyin parchalanmagan (qolgan) hujayralar soni oʻlchanadi.
  Ushbu ikkita oʻlchash natijalariga asoslanib, parchalangan hujayralarning foiz ulushi hisoblanadi.

1-rasm: Parchalashdan oldingi suv oʻtlari ©Algae Grow Lab

2-rasm: Suv oʻtlarini parchalash: 60 min. davomida ultratovush bilan ishlov berishdan keyin hujayralarning 50% parchalanishi. ©Algae Grow Lab

3-rasm: Suv oʻtlarini parchalash: 120 min. davomida ultratovush bilan ishlov berishdan keyin hujayralarning 100% parchalanishi. ©Algae Grow Lab