Bioetanol ishlab chiqarish uchun ultratovushli fermentatsiya

Ultratovush yordamida fermentatsiya murakkab uglevodlarning oddiy shakarlarga bo'linishini rag'batlantirish orqali bioetanol ishlab chiqarishni kuchaytirishi mumkin, bu esa xamirturushning etanolga aylanishini osonlashtiradi. Shu bilan birga, sonikatsiya xamirturush hujayra devorining o'tkazuvchanligi samaradorligini oshiradi, bu esa etanolni tezroq chiqarishga va umumiy ishlab chiqarishni ko'paytirishga imkon beradi. Shunday qilib, ultratovush yordamida bioetanol fermentatsiyasi yuqori konversiya stavkalari va yaxshilangan hosildorlikka olib keladi.

fermentatsiya

Fermentatsiya aerob (= oksidlovchi fermentatsiya) yoki anaerob jarayon bo'lishi mumkin, bu organik moddalarni bakterial, zamburug'li yoki boshqa biologik hujayra madaniyati yoki fermentlar yordamida aylantirish uchun biotexnologik ilovalar uchun ishlatiladi. Fermentatsiya orqali energiya organik birikmalarning, masalan, uglevodlarning oksidlanishidan olinadi.
Shakar fermentatsiyaning eng keng tarqalgan substrati bo'lib, sut kislotasi, laktoza, etanol va vodorod kabi mahsulotlarda fermentatsiyadan keyin hosil bo'ladi. Spirtli fermentatsiya uchun, etanol - ayniqsa yoqilg'i sifatida foydalanish uchun, balki spirtli ichimliklar uchun ham – fermentatsiya natijasida hosil bo'ladi. Qachon ma'lum xamirturush shtammlari, masalan saccharomyces cerevisiae shakarni metabolize qiladi, xamirturush hujayralari boshlang'ich materialni etanol va karbonat angidridga aylantiradi.

Quyidagi kimyoviy tenglamalar konversiyani umumlashtiradi:

Agar boshlang'ich material kraxmal bo'lsa, masalan, makkajo'xori, birinchi navbatda kraxmal shakarga aylantirilishi kerak. Yoqilg'i sifatida ishlatiladigan bioetanol uchun kraxmalni konversiyalash uchun gidroliz talab qilinadi. Odatda, gidroliz kislotali yoki fermentativ davolash yoki ikkalasining kombinatsiyasi bilan tezlashadi. Odatda, fermentatsiya 35-40 ° C atrofida amalga oshiriladi.
Turli fermentatsiya jarayonlariga umumiy nuqtai:

Oziq-ovqat:

• ishlab chiqarish & saqlash
• sut mahsulotlari (sut kislotasi fermentatsiyasi), masalan, yogurt, ayran, kefir
• sutli fermentlangan sabzavotlar, masalan, kimchi, miso, natto, tsukemono, tuzlangan karam
• aromatik moddalarning rivojlanishi, masalan, soya sousi
• ko'nchilik agentlarining parchalanishi, masalan, choy, kakao, qahva, tamaki
• spirtli ichimliklar, masalan, pivo, sharob, viski

Giyohvand moddalar:

• tibbiy birikmalar ishlab chiqarish, masalan, insulin, gialuron kislotasi

Biogaz / etanol:

• biogaz/bioetanol ishlab chiqarishni yaxshilash

Dastgoh va uchuvchi o'lchamdagi turli tadqiqot hujjatlari va sinovlari shuni ko'rsatdiki, ultratovush fermentatsiya jarayonini yaxshilaydi, fermentativ fermentatsiya uchun ko'proq biomassani beradi. Keyingi bo'limda ultratovushning suyuqlikdagi ta'siri batafsil ko'rib chiqiladi.

Ultrasonik suyuqlikni qayta ishlashning ta'siri

Yuqori quvvatli/past chastotali ultratovush yordamida yuqori amplitudalarni yaratish mumkin. Shunday qilib, yuqori quvvatli / past chastotali ultratovush aralashtirish, emulsiyalash, tarqatish va deaglomeratsiya yoki frezalash kabi suyuqliklarni qayta ishlash uchun ishlatilishi mumkin.
Suyuqliklarni yuqori intensivlikda soniklashda, suyuqlik muhitiga tarqaladigan tovush to'lqinlari chastotaga bog'liq bo'lgan yuqori bosimli (siqilish) va past bosimli (kamdan-kam uchraydigan) tsikllarning o'zgarishiga olib keladi. Past bosimli aylanish jarayonida yuqori intensiv ultratovush to'lqinlari suyuqlikda kichik vakuum pufakchalari yoki bo'shliqlarni hosil qiladi. Pufakchalar energiyani o'zlashtira olmaydigan hajmga erishganda, ular yuqori bosim aylanishida kuchli qulab tushadi. Ushbu hodisa kavitatsiya deb ataladi. kavitatsiya, ya'ni “suyuqlikdagi pufakchalarning hosil bo'lishi, o'sishi va portlovchi qulashi. Kavitatsion qulash kuchli mahalliy isitish (~ 5000 K), yuqori bosim (~ 1000 atm) va juda katta isitish va sovutish tezligini keltirib chiqaradi (~>109 K/sek)” va suyuq reaktiv oqimlari (~400 km/soat)”. (Suslick 1998)

Kavitatsiyani yaratish uchun turli xil vositalar mavjud, masalan, yuqori bosimli nozullar, rotor-stator mikserlari yoki ultratovushli protsessorlar. Ushbu tizimlarning barchasida kirish energiyasi ishqalanish, turbulentlik, to'lqinlar va kavitatsiyaga aylanadi. Kirish energiyasining kavitatsiyaga aylanadigan qismi suyuqlikdagi kavitatsiya ishlab chiqaruvchi uskunaning harakatini tavsiflovchi bir necha omillarga bog'liq. Tezlashuvning intensivligi energiyaning kavitatsiyaga samarali aylanishiga ta'sir qiluvchi eng muhim omillardan biridir. Yuqori tezlashuv yuqori bosim farqlarini keltirib chiqaradi. Bu, o'z navbatida, suyuqlik orqali tarqaladigan to'lqinlarni yaratish o'rniga vakuum pufakchalarini yaratish ehtimolini oshiradi. Shunday qilib, tezlashuv qanchalik baland bo'lsa, kavitatsiyaga aylanadigan energiya ulushi shunchalik yuqori bo'ladi.
Ultrasonik transduser bo'lsa, tebranish amplitudasi tezlashuvning intensivligini tavsiflaydi. Yuqori amplitudalar kavitatsiyani yanada samarali yaratishga olib keladi. Intensivlikka qo'shimcha ravishda suyuqlikni turbulentlik, ishqalanish va to'lqin hosil qilish nuqtai nazaridan minimal yo'qotishlarni yaratadigan tarzda tezlashtirish kerak. Buning uchun optimal yo'l - harakatning bir tomonlama yo'nalishi. Sonikatsiya jarayonining intensivligi va parametrlarini o'zgartirish, ultratovush juda qattiq yoki juda yumshoq bo'lishi mumkin. Bu ultratovushni turli ilovalar uchun juda ko'p qirrali vositaga aylantiradi.

Yumshoq dasturlar, yumshoq sharoitlarda yumshoq sonikatsiyani qo'llashni o'z ichiga oladi gazsizlantirish, Emulsiyalash, va ferment faollashuvi. Yuqori intensivlikdagi/yuqori quvvatli ultratovushli (asosan yuqori bosim ostida) qattiq ilovalar nam frezalash, deaglomeratsiya & zarrachalar hajmini kamaytirish va Tarqatish. kabi ko'plab ilovalar uchun Ekstraksiya, parchalanish yoki Sonokimyo, so'ralgan ultratovush intensivligi sonikatsiya qilinadigan maxsus materialga bog'liq. Individual jarayonga moslashtirilishi mumkin bo'lgan turli xil parametrlarga ko'ra, ultratovush har bir alohida jarayon uchun qulay joyni topishga imkon beradi.
Ajoyib quvvat konvertatsiyasidan tashqari, ultrasonikatsiya eng muhim parametrlar: amplituda, bosim, harorat, yopishqoqlik va kontsentratsiyani to'liq nazorat qilishning katta afzalligini taqdim etadi. Bu har bir aniq material uchun ideal ishlov berish parametrlarini topish maqsadida ushbu parametrlarning barchasini sozlash imkoniyatini beradi. Bu yuqori samaradorlikka va optimallashtirilgan samaradorlikka olib keladi.

Fermentatsiya jarayonlarini yaxshilash uchun ultratovush, bioetanol ishlab chiqarish bilan misol tariqasida tushuntirilgan

Bioetanol - bu biomassa yoki biologik parchalanadigan chiqindilarning anaerob yoki aerob bakteriyalar tomonidan parchalanishi mahsulotidir. Ishlab chiqarilgan etanol asosan bioyoqilg'i sifatida ishlatiladi. Bu bioetanolni tabiiy gaz kabi qazib olinadigan yoqilg'ilar uchun qayta tiklanadigan va ekologik toza muqobil qiladi.
Biomassadan etanol ishlab chiqarish uchun xom ashyo sifatida shakar, kraxmal va lignoselülozik materiallardan foydalanish mumkin. Sanoat ishlab chiqarish hajmi uchun shakar va kraxmal hozirda ustunlik qiladi, chunki ular iqtisodiy jihatdan qulaydir.
Ultratovush tekshiruvi ma'lum sharoitlarda o'ziga xos xom ashyo bilan mijoz-individual jarayonni qanday yaxshilashini texnik-iqtisodiy testlar orqali juda oddiy tarzda sinab ko'rish mumkin. Dastlabki bosqichda ultratovush yordamida xom ashyoning oz miqdorini sonikatsiya qilish laboratoriya qurilmasi Agar ultratovush xom ashyoga ta'sir qilsa, ko'rsatiladi.

Texnik-iqtisodiy test

Sinovning birinchi bosqichida kichik hajmdagi suyuqlikka nisbatan yuqori miqdordagi ultratovush energiyasini kiritish maqsadga muvofiqdir, chunki natijada biron bir natijaga erishish mumkinligini ko'rish imkoniyati ortadi. Kichik namuna hajmi, shuningdek, laboratoriya qurilmasidan foydalanish vaqtini qisqartiradi va birinchi sinovlar uchun xarajatlarni kamaytiradi.
Ultratovush to'lqinlari sonotrode yuzasi tomonidan suyuqlikka uzatiladi. Sonotrode yuzasi ostida, ultratovush intensivligi eng qizg'in. Shunday qilib, sonotrode va sonikatsiya qilingan material o'rtasidagi qisqa masofalarga afzallik beriladi. Kichik suyuqlik hajmi ta'sirlanganda, sonotroddan masofa qisqa bo'lishi mumkin.
Quyidagi jadval optimallashtirishdan keyin sonikatsiya jarayonlari uchun odatiy energiya / hajm darajalarini ko'rsatadi. Birinchi sinovlar optimal konfiguratsiyada o'tkazilmasligi sababli, sonikatsiya intensivligi va vaqti odatdagi qiymatdan 10 dan 50 baravar ko'p bo'lgan sonikatsiya qilingan materialga biron bir ta'sir bor yoki yo'qligini ko'rsatadi.

Jarayon	Energiya/ hajmi	Namuna hajmi	kuch	Vaqt
oddiy	< 100Ws/ml	10 ml	50 Vt	< 20 sek
O'rta	100Ws/ml dan 500Ws/ml gacha	10 ml	50 Vt	20 dan 100 soniyagacha
Qattiq	> 500 Vt/ml	10 ml	50 Vt	>100 sek

1-jadval – Jarayonni optimallashtirishdan keyin odatiy sonikatsiya qiymatlari

Sinov sinovlarining haqiqiy quvvati o'rnatilgan ma'lumotlarni yozib olish orqali qayd etilishi mumkin (UP200Ht va UP200St), shaxsiy kompyuter interfeysi yoki quvvat o'lchagich orqali. Amplituda sozlamalari va haroratning qayd etilgan ma'lumotlari bilan birgalikda har bir sinov natijalarini baholash va energiya/hajm uchun pastki chiziqni aniqlash mumkin.
Agar testlar davomida optimal konfiguratsiya tanlangan bo'lsa, ushbu konfiguratsiya ishlashi optimallashtirish bosqichida tekshirilishi va nihoyat tijorat darajasiga ko'tarilishi mumkin. Optimallashtirishni osonlashtirish uchun sonikatsiya chegaralarini, masalan, harorat, amplituda yoki maxsus formulalar uchun energiya/hajmni o'rganish tavsiya etiladi. Ultratovush hujayralarga, kimyoviy moddalarga yoki zarrachalarga salbiy ta'sir ko'rsatishi mumkinligi sababli, keyingi optimallashtirishni salbiy ta'sirlar kuzatilmaydigan parametrlar oralig'ida cheklash uchun har bir parametr uchun kritik darajalarni tekshirish kerak. Texnik-iqtisodiy asoslash uchun bunday sinovlarda asbob-uskunalar va namunalar uchun xarajatlarni cheklash uchun kichik laboratoriya yoki stol usti qurilmalari tavsiya etiladi. Odatda 100 dan 1000 vattgacha bo'lgan birliklar texnik-iqtisodiy asoslash maqsadlariga juda yaxshi xizmat qiladi. (qarang. Hielscher 2005)

optimallashtirish

Texnik-iqtisodiy asoslash jarayonida erishilgan natijalar, ishlov berilgan kichik hajmga nisbatan ancha yuqori energiya sarfini ko'rsatishi mumkin. Ammo texnik-iqtisodiy testning maqsadi, birinchi navbatda, ultratovushning materialga ta'sirini ko'rsatishdir. Agar texnik-iqtisodiy testda ijobiy ta'sirlar yuzaga kelsa, energiya/hajm nisbatini optimallashtirish uchun qo'shimcha harakatlar qilish kerak. Bu jarayonni iqtisodiy jihatdan eng oqilona va samarali qilish uchun kamroq energiyadan foydalangan holda eng yuqori rentabellikka erishish uchun ultratovush parametrlarining ideal konfiguratsiyasini o'rganishni anglatadi. Optimal parametr konfiguratsiyasini topish uchun – minimal energiya sarfi bilan mo'ljallangan foyda olish - eng muhim parametrlar o'rtasidagi korrelyatsiya amplituda, bosim, harorat va suyuqlik tarkibini tekshirish kerak. Ushbu ikkinchi bosqichda ommaviy sonikatsiyadan oqim xujayrasi reaktori bilan uzluksiz sonikatsiya o'rnatishga o'tish tavsiya etiladi, chunki bosimning muhim parametri partiya sonikatsiyasiga ta'sir qila olmaydi. Partiyadagi sonikatsiya paytida bosim atrof-muhit bosimi bilan chegaralanadi. Agar sonikatsiya jarayoni bosim ostida bo'lgan oqim hujayra kamerasidan o'tsa, bosim ko'tarilishi (yoki kamayishi) mumkin, bu umuman ultratovushga ta'sir qiladi. kavitatsiya keskin ravishda. Oqim xujayrasi yordamida bosim va jarayon samaradorligi o'rtasidagi bog'liqlikni aniqlash mumkin. O'rtasida ultratovushli protsessorlar 500 vatt va 2000 vatt jarayonni optimallashtirish uchun eng mos quvvat.

Tijoriy ishlab chiqarishga qadar kengaytirish

Agar optimal konfiguratsiya topilgan bo'lsa, keyingi miqyosni oshirish ultratovush jarayonlari kabi oddiy chiziqli miqyosda to'liq takrorlanishi mumkin. Bu shuni anglatadiki, ultratovush bir xil qayta ishlash parametrlari konfiguratsiyasi ostida bir xil suyuqlik formulasiga qo'llanilganda, qayta ishlash ko'lamidan qat'i nazar, bir xil natijani olish uchun hajm uchun bir xil energiya talab qilinadi. (Hielscher 2005). Bu ultratovushning optimal parametr konfiguratsiyasini to'liq ishlab chiqarish hajmiga amalga oshirish imkonini beradi. Ultrasonik qayta ishlanishi mumkin bo'lgan hajm deyarli cheksizdir. gacha bo'lgan tijorat ultratovush tizimlari 16 000 vatt har bir birlik mavjud va ularni klasterlarga o'rnatish mumkin. Ultrasonik protsessorlarning bunday klasterlari parallel yoki ketma-ket o'rnatilishi mumkin. Yuqori quvvatli ultratovushli protsessorlarni klaster bo'yicha o'rnatish orqali umumiy quvvat deyarli cheksizdir, shuning uchun yuqori hajmli oqimlarni muammosiz qayta ishlash mumkin. Bundan tashqari, agar ultratovush tizimini moslashtirish kerak bo'lsa, masalan, parametrlarni o'zgartirilgan suyuqlik formulasiga moslashtirish uchun, bu asosan sonotrode, kuchaytirgich yoki oqim hujayrasini o'zgartirish orqali amalga oshirilishi mumkin. Ultratovushning chiziqli miqyosi, takrorlanuvchanligi va moslashuvchanligi ushbu innovatsion texnologiyani samarali va iqtisodiy jihatdan samarali qiladi.

Ultrasonik ishlov berish parametrlari

Ultrasonik suyuqlikni qayta ishlash bir qator parametrlar bilan tavsiflanadi. Eng muhimi - amplituda, bosim, harorat, yopishqoqlik va kontsentratsiya. Jarayon natijasi, masalan, zarrachalar hajmi, ma'lum bir parametr konfiguratsiyasi uchun qayta ishlangan hajmdagi energiya funktsiyasidir. Funktsiya individual parametrlarning o'zgarishi bilan o'zgaradi. Bundan tashqari, ultratovushli qurilmaning sonotrodining sirt maydoniga haqiqiy quvvat chiqishi parametrlarga bog'liq. Sonotrodning sirt maydoni uchun quvvat chiqishi sirt intensivligi (I). Sirt intensivligi amplituda (A), bosim (p), reaktor hajmi (VR), harorat (T), yopishqoqlik (ē) va boshqalarga bog'liq.

Yaratilgan kavitatsiyaning ta'siri sirt zichligiga bog'liq. Xuddi shu tarzda, jarayon natijasi o'zaro bog'liq. Ultrasonik qurilmaning umumiy quvvati sirt intensivligi (I) va sirt maydoni (S) mahsulotidir:

p [w] I [w / mm²]* s[mm²]

amplituda

Tebranish amplitudasi sonotrod yuzasining ma'lum bir vaqt ichida (masalan, 20 kHzda 1/20 000 s) harakat qilish usulini (masalan, 50 µm) tavsiflaydi. Amplituda qanchalik katta bo'lsa, har bir zarbada bosimning pasayishi va ortishi tezligi shunchalik yuqori bo'ladi. Bunga qo'shimcha ravishda, har bir zarbaning hajmining o'zgarishi ortadi, natijada kavitatsiya hajmi kattalashadi (qabariq hajmi va/yoki soni). Dispersiyalarga qo'llanilganda, yuqori amplitudalar qattiq zarrachalarga nisbatan yuqori halokatlilikni ko'rsatadi. 1-jadvalda ba'zi ultratovush jarayonlari uchun umumiy qiymatlar ko'rsatilgan.

bosim

Suyuqlikning qaynash nuqtasi bosimga bog'liq. Bosim qanchalik baland bo'lsa, qaynash nuqtasi shunchalik yuqori bo'ladi va aksincha. Ko'tarilgan bosim qaynoq nuqtasiga yaqin yoki undan yuqori haroratlarda kavitatsiyaga imkon beradi. Bundan tashqari, statik bosim va pufak ichidagi bug 'bosimi o'rtasidagi farq bilan bog'liq bo'lgan portlashning intensivligini oshiradi (qarang. Vercet va boshq. 1999). Ultrasonik quvvat va intensivlik bosimning o'zgarishi bilan tez o'zgarganligi sababli, doimiy bosimli nasos afzalroqdir. Oqim xujayrasiga suyuqlik etkazib berishda nasos mos bosimlarda suyuqlikning o'ziga xos oqimini boshqarish qobiliyatiga ega bo'lishi kerak. Diafragma yoki membrana nasoslari; moslashuvchan quvurli, shlangli yoki siqish nasoslari; peristaltik nasoslar; yoki piston yoki pistonli nasos o'zgaruvchan bosim tebranishlarini yaratadi. Santrifüj nasoslar, tishli nasoslar, spiral nasoslar va doimiy barqaror bosimda sonikatsiya qilinadigan suyuqlikni ta'minlaydigan progressiv bo'shliq nasoslarga afzallik beriladi. (Hielscher 2005)

Harorat

Suyuqlikni soniklash orqali quvvat muhitga uzatiladi. Ultrasonik tebranish turbulentlik va ishqalanishga olib kelganligi sababli, ultratovushli suyuqlik termodinamika qonuniga muvofiq. – qizib ketadi. Qayta ishlangan muhitning yuqori harorati material uchun halokatli bo'lishi va ultratovushli kavitatsiya samaradorligini kamaytirishi mumkin. Innovatsion ultratovushli oqim hujayralari sovutish ko'ylagi bilan jihozlangan (rasmga qarang). Shunday qilib, ultratovushli ishlov berish paytida materialning harorati ustidan aniq nazorat beriladi. Kichikroq hajmli stakan sonikatsiyasi uchun issiqlik tarqalishi uchun muzli hammom tavsiya etiladi.

Yopishqoqlik va konsentratsiya

ultratovush frezalash va Tarqatish suyuq jarayonlardir. Zarrachalar suspenziyada, masalan, suvda, yog'da, erituvchilarda yoki qatronlarda bo'lishi kerak. Ultrasonik oqim tizimlaridan foydalanish orqali juda yopishqoq, pastadirli materialni sonikatsiya qilish mumkin bo'ladi.
Yuqori quvvatli ultratovushli protsessor juda yuqori qattiq konsentratsiyalarda ishlashi mumkin. Yuqori konsentratsiya ultratovushli ishlov berish samaradorligini ta'minlaydi, chunki ultratovushli frezalash effekti zarrachalar orasidagi to'qnashuvdan kelib chiqadi. Tekshiruvlar shuni ko'rsatdiki, kremniyning parchalanish tezligi og'irligi bo'yicha 50% gacha bo'lgan qattiq konsentratsiyaga bog'liq emas. Yuqori konsentrlangan materialning nisbati bo'lgan asosiy partiyalarni qayta ishlash ultratovush yordamida keng tarqalgan ishlab chiqarish jarayonidir.

Quvvat va intensivlik energiyaga qarshi

Sirt intensivligi va umumiy quvvat faqat ishlov berish intensivligini tavsiflaydi. Sonikatsiyalangan namuna hajmi va ma'lum intensivlikdagi ta'sir qilish vaqti, uni masshtabli va takrorlanuvchan qilish uchun sonikatsiya jarayonini tavsiflash uchun hisobga olinishi kerak. Berilgan parametr konfiguratsiyasi uchun jarayon natijasi, masalan, zarrachalar hajmi yoki kimyoviy konversiya, har bir hajmdagi energiyaga (E/V) bog'liq bo'ladi.

Natija = F (E /V )

Bu erda energiya (E) quvvat chiqishi (P) va ta'sir qilish vaqti (t) ning mahsulotidir.

E[Vs] = p[w]*t[s]

Parametr konfiguratsiyasidagi o'zgarishlar natija funksiyasini o'zgartiradi. Bu, o'z navbatida, ma'lum bir natija qiymatini olish uchun berilgan namuna qiymati (V) uchun zarur bo'lgan energiya miqdorini (E) o'zgartiradi. Shuning uchun natijaga erishish uchun ultratovushning ma'lum bir kuchini jarayonga qo'llash etarli emas. Kerakli quvvatni va quvvatni texnologik materialga kiritish kerak bo'lgan parametr konfiguratsiyasini aniqlash uchun yanada murakkab yondashuv talab etiladi. (Hielscher 2005)

Ultratovush yordamida bioetanol ishlab chiqarish

Ma'lumki, ultratovush bioetanol ishlab chiqarishni yaxshilaydi. Suyuqlikni biomassa bilan quyuqlashtirib, hali ham pompalanadigan yuqori yopishqoq atalagacha tavsiya etiladi. Ultrasonik reaktorlar juda yuqori qattiq konsentratsiyalarga bardosh bera oladi, shunda sonikatsiya jarayoni eng samarali bo'lishi mumkin. Atlama tarkibida qancha ko'p material bo'lsa, sonikatsiya jarayonidan foyda keltirmaydigan tashuvchi suyuqlik shunchalik kam bo'ladi. Suyuqlikka energiya kiritish termodinamika qonuni bo'yicha suyuqlikning isishiga sabab bo'lganligi sababli, bu ultratovush energiyasi iloji boricha maqsadli materialga qo'llanilishini anglatadi. Bunday samarali jarayon dizayni bilan ortiqcha tashuvchi suyuqlikni isrofgarchilikka yo'l qo'ymaydi.
Ultratovush yordam beradi Ekstraksiya hujayra ichidagi moddaning tarkibiga kiradi va shu bilan uni fermentativ fermentatsiya uchun mavjud qiladi. Engil ultratovush bilan davolash fermentativ faollikni oshirishi mumkin, ammo biomassani olish uchun ko'proq intensiv ultratovush kerak bo'ladi. Demak, fermentlar sonikatsiyadan so'ng biomassa shlamiga qo'shilishi kerak, chunki intensiv ultratovush fermentlarni faolsizlantiradi, bu istalmagan ta'sirdir.

Ilmiy tadqiqotlar natijasida erishilgan joriy natijalar:

Yoswathana va boshqalarning tadqiqotlari. (2010) guruch somonidan bioetanol ishlab chiqarish bilan bog'liq bo'lgan tadqiqotlar shuni ko'rsatdiki, kislotani oldindan tozalash va fermentativ ishlov berishdan oldin ultratovush bilan birgalikda shakar hosildorligini 44% gacha oshirishga olib keladi (guruch somoni asosida). Bu lignotsellyuloza moddasining shakarga fermentativ gidrolizlanishidan oldin jismoniy va kimyoviy dastlabki ishlov berish kombinatsiyasining samaradorligini ko'rsatadi.

2-diagrammada guruch somonidan bioetanol ishlab chiqarish jarayonida ultratovushli nurlanishning ijobiy ta'siri grafik tarzda ko'rsatilgan. (Kislota/ferment bilan oldindan ishlov berish va ultratovush bilan oldindan ishlangan namunalarni detoksifikatsiya qilish uchun ko'mir ishlatilgan.)

Yaqinda o'tkazilgan yana bir tadqiqotda ultratovushning b-galaktosidaza fermentining hujayradan tashqari va hujayra ichidagi darajalariga ta'siri o'rganildi. Sulaymon va boshqalar. (2011) Kluyveromyces marxianus (ATCC 46537) xamirturush o'sishini rag'batlantiradigan nazorat qilinadigan haroratda ultratovush yordamida bioetanol ishlab chiqarish mahsuldorligini sezilarli darajada oshirishi mumkin. Maqola mualliflari ≤20% ish sikllarida quvvatli ultratovush (20 kHz) bilan intervalgacha sonikatsiya K. marxianusda biomassa ishlab chiqarishni, laktoza almashinuvini va etanol ishlab chiqarishni 11,8 Vtcm nisbatan yuqori sonikatsiya intensivligida rag'batlantirganligini davom ettiradi.⁻². Eng yaxshi sharoitlarda sonikatsiya yakuniy etanol kontsentratsiyasini nazoratga nisbatan qariyb 3,5 baravar oshirdi. Bu etanol unumdorligini 3,5 baravar oshirishga to'g'ri keldi, ammo sonikatsiya orqali bulonning kubometri uchun 952 Vt qo'shimcha quvvat sarfini talab qildi. Energiyaga bo'lgan bu qo'shimcha talab, albatta, bioreaktorlar uchun maqbul operatsion me'yorlar doirasida edi va yuqori qiymatli mahsulotlar uchun hosildorlikning oshishi bilan osongina qoplanishi mumkin edi.

Xulosa: ultratovushli fermentatsiyaning afzalliklari

Ultrasonik davolash bioetanol hosildorligini oshirish uchun samarali va innovatsion usul sifatida ko'rsatilgan. Avvalo, ultratovush makkajo'xori, soya, somon, ligno-selülozik material yoki o'simlik chiqindilari kabi biomassadan hujayra ichidagi materialni olish uchun ishlatiladi.

• Bioetanol hosildorligini oshirish
• Dezinteratsiya / Hujayrani yo'q qilish va hujayra ichidagi materialni chiqarish
• Yaxshilangan anaerob parchalanish
• Engil sonikatsiya orqali fermentlarni faollashtirish
• Yuqori konsentratsiyali shlamlar yordamida jarayon samaradorligini oshirish

Oddiy sinov, takrorlanadigan o'lchov va oson o'rnatish (shuningdek, allaqachon mavjud ishlab chiqarish oqimlarida) ultratovushni foydali va samarali texnologiyaga aylantiradi. Tijoriy ishlov berish uchun ishonchli sanoat ultratovushli protsessorlari mavjud bo'lib, ular deyarli cheksiz suyuqlik hajmlarini sonikatsiya qilish imkonini beradi.