Yosunlarni o'stirish laboratoriyasi – Ultrasonik suv o'tlari ekstraktsiyasi

suv o'tlari etishtirish

Algae Grow Laboratoriyasi suv o'tlarini etishtirish uchun bir qator quvurli va tekis fotobioreaktorlarni, shuningdek oqim hujayralari bilan jihozlangan Hielscher ultratovush protsessorlariga asoslangan hujayra ultratovushli yo'q qilish jarayonini ishlab chiqdi.
Jarayonning umumiy oqim diagrammasi quyida ko'rsatilgan.

Oqim diagrammasi ultratovush yordamida suv o'tlarini etishtirish va suv o'tlari yog'ini ishlab chiqarish jarayonini ko'rsatadi. ©Algae Grow laboratoriyasi

Algae Grow Lab fotobioreaktorlariga misollar quyida keltirilgan.
Spektrning PAR qismida yorug'lik chiqaradigan LED panellardan foydalanish suv o'tlarining maksimal o'sish tezligiga erishishga imkon beradi.
Misol uchun, 0,146 g / L boshlang'ich zichligi bilan Chlorella Vulgaris inokulyatsiyasidan so'ng biz 7 kun ichida 7,3 g / L zichlikka erishdik.

Yosun hujayralarini ultratovush orqali yo'q qilish

Yosunlar o'sishi stadionidan so'ng, suv o'tlari xujayrasi yog' ishlab chiqarishni davolash uchun pishgan. Hujayra tarkibi atrof-muhitdan hujayra membranalari tuzilishi bilan ajratilganligi sababli, hujayrani buzish usuli to'liq hujayra ichidagi materialni chiqarishda muhim ahamiyatga ega. Hujayra membranasi hujayraga mexanik kuch beradi va uning butunligini saqlaydi. Hujayra membranasining elastik xususiyatlari hujayralarga tashqi muhitda yuzaga kelishi mumkin bo'lgan osmotik bosimning tez o'zgarishiga dosh berishga imkon beradi.
Quyida tavsiflangan ultratovush va mikroto'lqinli usullar yordamida mikroalglarning ekstraktsiyasini sezilarli darajada yaxshilaydi, yuqori samaradorlik, ekstraktsiya vaqtini qisqartirish va hosildorlikni oshirish, shuningdek, past va o'rtacha xarajatlar va ahamiyatsiz qo'shimcha toksiklik.
Ko'pincha suv o'tlaridan maqsadli mahsulotlarni olish samaraliroq bo'ladi, agar suv o'tlari hujayralari ekstraktsiyadan oldin yo'q qilingan bo'lsa. Ammo ba'zida hujayraning yo'q qilinishining o'zi maqsadli mahsulotning chiqishiga olib keladi va uni olish uchun faqat ajratish jarayoni kerak bo'ladi (masalan, bioyoqilg'i ishlab chiqarish uchun suv o'tlaridan lipidlarni olish).
Yosunlar o'sishi laboratoriyasi hujayra ichidagi tarkibni to'liq chiqarishga va shu bilan qisqa vaqt ichida yuqori hosil olishga erishish uchun yuqori samarali jarayonni ta'minlash uchun hujayra buzilishi va ekstraktsiyasi uchun ultratovush tizimini o'z ichiga oladi. Ultrasonik reaktorda ultratovush to'lqinlari suv o'tlari hujayralarini o'z ichiga olgan suyuq muhitda kaviatsiya hosil qiladi. Kavitatsiya pufakchalari ultratovush to'lqinining o'zgaruvchan kamayishi fazalarida ma'lum hajmga erishgunga qadar o'sib boradi va keyin hech qanday energiya so'rilmaydi. Pufak o'sishining ushbu maksimal nuqtasida bo'shliqlar siqilish bosqichida qulab tushadi. Pufakchaning qulashi bosim va harorat farqlari, shuningdek zarba to'lqinlari va kuchli suyuqlik oqimlarining ekstremal sharoitlarini yaratadi. Ushbu ekstremal kuchlar nafaqat hujayralarni yo'q qiladi, balki ularning tarkibini suyuq muhitga (masalan, suv yoki erituvchilar) samarali ravishda yuvadi.
Ultrasonik yo'q qilishning samaradorligi hujayra devorlarining chidamliligi va elastikligiga bog'liq bo'lib, bu suv o'tlarining individual shtammlari orasida sezilarli darajada farq qiladi. Shuning uchun hujayralarni yo'q qilish samaradorligiga sonifikatsiya jarayonining parametrlari katta ta'sir qiladi: Eng muhim parametrlar - amplituda, bosim, kontsentratsiya. & yopishqoqlik va harorat. Qayta ishlashning optimal samaradorligini ta'minlash uchun ushbu parametrlar suv o'tlarining har bir alohida shtammi uchun optimallashtirilgan bo'lishi kerak.
Turli xil suv o'tlari shtammlarining hujayra buzilishi va parchalanishining ba'zi misollarini quyida keltirilgan maqolalarda topish mumkin:

• Dunnaliella salina va Nannochloropsis oculata: King PM, Nowotarski K.; Joys, EM; Mason, TJ (2012): Yosun hujayralarining ultratovush buzilishi. AIP konferentsiyasi materiallari; 24.05.2012, jild. 1433 1-son, p. 237.
• Nannochloropsis oculata: Jonathan R. McMillan, Ian A. Watson, Mehmood Ali, Weaam Jaafar (2013): Alg hujayralarini buzish usullarini baholash va taqqoslash: Mikroto'lqinli pech, suv hammomi, blender, ultratovush va lazer bilan davolash. Amaliy energiya, 2013 yil mart, jild. 103, 128–134-betlar.
• Nanochloropsis salina: Sebastian Schwede, Aleksandra Kowalczyk, Mendy Gerber, Roland Span (2011): Yosun biomassasining mono hazm bo'lishiga turli hujayralarni buzish usullarining ta'siri. Butunjahon qayta tiklanadigan energiya kongressi 2011, Bioenergy Technologies, 8-12 may, 2011 yil, Shvetsiya.
• Schizochytrium limacinum va Chlamydomonas reinhardtii: Xose Gerde, Mellissa Montalbo-Lomboy M, Linxing Yao, David Grewell, Tong Vang (2012): Ultrasonik davolash orqali mikroalg hujayralarining buzilishini baholash. Bioresurs texnologiyasi 2012, jild. 125, 175-81-betlar.
• Crypthecodinium cohnii: Paula Mercer va Roberto E. Armenta (2011): Mikroalglardan neft olish bo'yicha ishlanmalar. Yevropa Lipid Ilmiy Texnologiyasi jurnali, 2011 yil.
• 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

Kultivatsiyadan so'ng, yosunlarning biomassa oqimi biomassani suyuq muhitdan ajratish uchun kontsentratsiya qurilmasiga beriladi. Konsentrat saqlash idishida to'planadi. Ajratilgandan so'ng, hujayralar yog 'va boshqa hujayra ichidagi moddalarni chiqarish uchun buzilishi kerak. Shuning uchun, konsentrlangan biomassa Hielscher ultratovush qurilmasi orqali pompalanadi. Ultrasonik aylanma o'rnatish Hielscher oqim xujayrasi orqali berilgan bosim ostida hujayra kontsentratining qayta to'planish tankiga aylanishini ta'minlaydi. Qayta aylanish hujayralarni yo'q qilish uchun zarur bo'lgan vaqtni davom ettiradi. Yo'q qilish jarayoni tugagach, yo'q qilingan hujayralar bilan biomassa mahsulotni ajratish moslamasiga pompalanadi, bu erda mahsulotni qolgan qoldiqlardan yakuniy ajratish sodir bo'ladi.

Biomassa kontsentratsiyasi/ajratish moslamasi va Hielscherning 1,5 kVt ultratovushli protsessorli UIP1500hd bilan suv o'tlari hujayralarini yo'q qilish moslamasi. ©Algae Grow laboratoriyasi

Vayron qilingan hujayralar foizini o'lchash

Yosunlarning sinishi samaradorligini baholash uchun ALgae Grow Lab yo'q qilingan hujayralar foizini o'lchash uchun ikki xil metodologiyadan foydalangan:

1. Birinchi tahlil usuli xlorofill A, B va A+B floresansini o'lchashga asoslangan.
   Sekin aylanishli santrifüjlash paytida suv o'tlari hujayralari va qoldiqlari qabul qiluvchining pastki qismida granulalar hosil qiladi, ammo erkin suzuvchi xlorofill qoldiqlari hali ham supernatantda qoladi. Hujayra va xlorofillning ushbu jismoniy xususiyatlaridan foydalanib, buzilgan hujayralar foizini aniqlash mumkin. Bunga birinchi navbatda namunaning umumiy xlorofill floresansini o'lchash orqali erishiladi. Keyin namuna santrifüjlanadi. Shundan so'ng, supernatantning xlorofil floresansi o'lchanadi. Supernatantdagi xlorofil floresansining foizini umumiy namunadagi xlorofill floresansiga olib, singan hujayralar foizini hisoblash mumkin. Ushbu o'lchov shakli juda aniq, ammo har bir hujayradagi xlorofill soni bir xil degan taxminni keltirib chiqaradi. Xlorofilning umumiy ekstraktsiyasi metanol yordamida amalga oshirildi.
2. Ikkinchi tahlil usuli uchun yig'ilgan suv o'tlari namunasida hujayra zichligini o'lchash uchun klassik gemositometriya qo'llanilgan. Jarayon 2 bosqichda amalga oshiriladi:

• Birinchidan, ultratovush bilan davolashdan oldin olingan suv o'tlari namunasining hujayra zichligi o'lchanadi.
• Ikkinchidan, xuddi shu namunani sonifikatsiya qilishdan keyin vayron bo'lmagan (qolgan) hujayralar soni o'lchanadi.
  Ushbu ikki o'lchov natijalariga ko'ra, vayron qilingan hujayralar ulushi hisoblanadi.

1-rasm: Yo'q qilishdan oldin suv o'tlari ©Algae Grow Lab

2-rasm: Yosunlarning buzilishi: 60 daqiqadan so'ng hujayraning 50% buzilishi. sonikatsiya. ©Algae Grow Lab

3-rasm: Yosunlarning buzilishi: 120 daqiqadan so'ng hujayraning 100% buzilishi. sonikatsiya. ©Algae Grow Lab