Lab phát triển tảo – Siêu âm tảo khai thác

Trồng tảo

Phòng thí nghiệm phát triển tảo phát triển một loạt các lò phản ứng quang học hình ống và phẳng để trồng tảo cũng như một quá trình phá hủy siêu âm tế bào dựa trên bộ vi xử lý siêu âm Hielscher được trang bị các tế bào dòng chảy.
Sơ đồ lưu lượng chung của quy trình được hiển thị bên dưới.

Biểu đồ dòng chảy Hiển thị quá trình trồng tảo và sản xuất dầu tảo sử dụng ultrasonication. Phòng thí nghiệm phát triển tảo ©

Ví dụ về tảo phát triển các lò phản ứng quang học được trình bày dưới đây.
Việc sử dụng các tấm LED phát ra ánh sáng trong phần PAR của quang phổ cho phép đạt được tốc độ tăng trưởng tối đa của tảo.
Ví dụ, sau khi tiêm chủng của Chlorella vulgaris với mật độ ban đầu của 0,146 g/L chúng tôi đạt được mật độ 7.3 g/L trong 7 ngày.

Các tế bào tảo phá hủy bởi Ultrasonification

Sau khi Sân vận động phát triển tảo, tế bào tảo đã chín muồi cho việc điều trị sản xuất dầu. Khi nội dung tế bào được tách ra từ môi trường xung quanh bởi một cấu trúc của màng tế bào bao gồm, phương pháp phá vỡ tế bào là đáng kể liên quan đến việc phát hành các vật liệu nội bào hoàn toàn. Màng tế bào cung cấp sức mạnh cơ học cho tế bào và duy trì tính toàn vẹn của nó. Các tính chất đàn hồi của màng tế bào cho phép các tế bào chịu được những thay đổi nhanh chóng trong áp lực thẩm thấu có thể xảy ra trong môi không khí bên ngoài của chúng.
Cả hai phương pháp siêu âm và vi sóng hỗ trợ, được mô tả dưới đây, cải thiện chiết xuất vi tảo đáng kể, với hiệu quả cao hơn, giảm thời gian khai thác và tăng sản lượng, cũng như chi phí thấp đến trung bình và không đáng kể thêm Ngộ độc.
Rất thường xuyên việc khai thác các sản phẩm mục tiêu từ tảo có hiệu quả hơn nếu các tế bào tảo bị phá hủy trước khi khai thác. Nhưng đôi khi, sự hủy diệt tế bào chính nó dẫn đến việc phát hành các sản phẩm mục tiêu, và chỉ có quá trình tách là cần thiết để có được nó (ví dụ như việc chiết xuất lipid từ tảo cho sản phẩm nhiên liệu sinh học).
Tảo phát triển phòng thí nghiệm tích hợp một hệ thống siêu âm cho sự gián đoạn tế bào và khai thác vào thiết lập của họ để đảm bảo một quá trình hiệu quả cao đạt được một bản phát hành đầy đủ của nội dung tế bào và do đó năng suất cao hơn trong thời gian ngắn hơn. Trong lò phản ứng siêu âm, sóng siêu âm tạo ra sự ra trong phương tiện truyền thông chất lỏng có chứa các tế bào tảo. Các bong bóng cavitation phát triển trong giai đoạn suất xen kẽ của sóng siêu âm cho đến khi họ đạt được kích thước nhất định, khi không có thêm năng lượng có thể được hấp thụ. Tại điểm tối đa của sự phát triển bong bóng, các khoảng trống sụp đổ trong giai đoạn nén. Sự sụp đổ bong bóng tạo ra điều kiện khắc nghiệt của sự khác biệt của áp lực và nhiệt độ cũng như sóng sốc và máy bay phản lực chất lỏng mạnh mẽ. Những lực lượng cực đoan này không chỉ phá hủy các tế bào, mà còn rửa sạch nội dung của chúng vào các phương tiện truyền thông lỏng (ví dụ như nước hoặc dung môi).
Hiệu quả của sự phá hủy siêu âm mạnh mẽ phụ thuộc vào độ bền và tính đàn hồi của thành tế bào, thay đổi đáng kể giữa các chủng tảo riêng lẻ. Đó là lý do tại sao hiệu quả của sự hủy diệt tế bào bị ảnh hưởng cao bởi các thông số của quá trình sonification: các thông số quan trọng nhất là biên độ, áp suất, sự tập trung & và nhiệt độ. Các thông số này phải được tối ưu hóa cho mỗi dòng tảo đặc biệt để đảm bảo hiệu quả xử lý tối ưu.
Một số ví dụ về sự gián đoạn tế bào và sự tan rã của các chủng tảo khác nhau có thể được tìm thấy trong các bài viết trích dẫn dưới đây:

• Dunnaliella Salina và Nannochloropsis oculata: vua P.M., Nowotarski K.; Joyce, E.M.; Mason, TJ (2012): phá vỡ siêu âm tế bào tảo. Hội nghị AIP kỷ yếu; 5/24/2012, Vol. 1433 Issue 1, tr. 237.
• Nannochloropsis oculata: Jonathan R. McMillan, Ian A. Watson, Mehmood Ali, weaam jaafar (2013): đánh giá và so sánh các phương pháp phá vỡ tế bào tảo: Lò vi sóng, waterbath, Máy xay sinh tố, siêu âm và laser điều trị. Ứng dụng năng lượng, ngày 2013 tháng 3, Vol. 103, trang 128 – 134.
• Nanochloropsis Salina: Sebastian schwede, Alexandra Kowalczyk, Mandy Gerber, Roland span (2011): ảnh hưởng của các kỹ thuật phá vỡ tế bào khác nhau trên mono tiêu hóa của sinh khối tảo. Thế giới năng lượng tái tạo Quốc hội 2011, Bioenergy Technologies, 8-12 May 2011, Thụy Điển.
• Schizochytrium limacinum và Chlamydomonas reinhardtii: Jose Gerde, Mellissa Montalbo-Lomboy M, Linxing Yao, David Grewell, Tong Wang (2012): đánh giá sự gián đoạn tế bào vi tảo bằng điều trị siêu âm. Công nghệ bioresource 2012, Vol. 125, pp. 175-81.
• Crypthecodinium cohnii: Paula Mercer và Roberto E. Armenta (2011): phát triển trong khai thác dầu từ vi tảo. Europeen Jornal của công nghệ khoa học lipid, 2011.
• Scotiellopsis terrestris: S. Starke, tiến sĩ N. Hempel, L. Dombrowski, giáo sư tiến sĩ O. Pulz: cải thiện sự gián đoạn tế bào cho Scotiellopsis terrestris bằng phương tiện siêu âm và enzyme phân hủy pectin. Naturstoffchemie.

quá trình

Sau khi tu luyện, dòng sinh khối tảo được cho ăn vào thiết bị tập trung để tách sinh khối ra khỏi các phương tiện truyền thông lỏng. Việc tập trung được tích lũy trong bể chứa. Sau khi tách, các tế bào phải được phá vỡ để giải phóng dầu và vật liệu nội bào khác. Do đó, sinh khối tập trung được bơm qua thiết bị siêu âm Hielscher. Việc thiết lập tuần hoàn siêu âm đảm bảo tuần hoàn của tế bào tập trung dưới áp lực nhất định thông qua các tế bào dòng chảy Hielscher trở lại bể tích lũy. Việc tuần hoàn kéo dài thời gian cần thiết để tiêu diệt các tế bào. Khi quá trình tiêu hủy hoàn tất, sinh khối với các tế bào bị phá hủy được bơm đến thiết bị tách sản phẩm, nơi tách sản phẩm cuối cùng khỏi các mảnh vụn còn lại xảy ra.

Đơn vị phá hủy tế bào tảo với thiết bị tách/tập trung sinh khối và bộ xử lý siêu âm 1,5 kW của Hielscher UIP1500hd. Phòng thí nghiệm phát triển tảo ©

Đo tỷ lệ phần trăm của các tế bào bị phá hủy

Để đánh giá hiệu quả sự vỡ của tảo, Phòng thí nghiệm phát triển tảo đã sử dụng hai phương pháp khác nhau để đo tỷ lệ phần trăm của các tế bào bị phá hủy:

1. Phương pháp phân tích đầu tiên dựa trên đo của chất diệp lục A, B, và A + B huỳnh quang.
   Trong quá trình ly tâm spin chậm, tế bào tảo và các mảnh vụn sẽ pellet ở dưới cùng của người nhận, nhưng phụ thuộc chất diệp lục nổi miễn phí sẽ vẫn còn ở phía trên. Sử dụng các đặc tính vật lý của tế bào và chất diệp lục, tỷ lệ phần trăm của các tế bào bị hỏng có thể được xác định chắc chắn. Điều này được thực hiện bằng cách đo trước tiên là tổng lượng huỳnh quang chất diệp lục của một mẫu. Sau đó, mẫu được ly tâm. Sau đó, các chất diệp lục huỳnh quang của phần phía trên được đo. Bằng cách lấy tỷ lệ phần trăm của chất diệp lục huỳnh quang ở phần phía trên với huỳnh quang chất diệp lục của tổng số mẫu, một ước tính đến tỷ lệ phần trăm của các tế bào bị hỏng có thể được thực hiện. Hình thức đo lường này khá chính xác, nhưng làm cho giả định rằng số lượng chất diệp lục trên mỗi tế bào là đồng nhất. Tổng lượng chất diệp lục được thực hiện bằng methanol.
2. Đối với phương pháp phân tích thứ hai, các hemocytometry cổ điển đã được sử dụng để đo mật độ tế bào trong mẫu tảo thu hoạch. Các thủ tục được thực hiện trong 2 bước:

• Thứ nhất, mật độ tế bào của các mẫu tảo thu hoạch trước khi điều trị siêu âm được đo.
• Thứ hai, số lượng các tế bào không bị phá hủy (còn lại) sau khi sonification của cùng một mẫu được đo.
  Dựa trên kết quả của hai phép đo này, tỷ lệ phần trăm của các tế bào bị phá hủy được tính toán.

Pic. 1: tảo trước khi phá hủy © tảo Grow Lab

Pic 2: tảo gián đoạn: 50% sự gián đoạn tế bào sau 60 min. sonication. Phòng thí nghiệm phát triển tảo ©

Pic 3: tảo gián đoạn: 100% sự gián đoạn tế bào sau 120 min. sonication. Phòng thí nghiệm phát triển tảo ©