LT6018B - The method and system of algae cell disturbance and isolation of bioproduts - Google Patents
The method and system of algae cell disturbance and isolation of bioproduts Download PDFInfo
- Publication number
- LT6018B LT6018B LT2012072A LT2012072A LT6018B LT 6018 B LT6018 B LT 6018B LT 2012072 A LT2012072 A LT 2012072A LT 2012072 A LT2012072 A LT 2012072A LT 6018 B LT6018 B LT 6018B
- Authority
- LT
- Lithuania
- Prior art keywords
- algae
- biomass
- magnetic field
- bio
- algal
- Prior art date
Links
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
- C12M47/00—Means for after-treatment of the produced biomass or of the fermentation or metabolic products, e.g. storage of biomass
- C12M47/06—Hydrolysis; Cell lysis; Extraction of intracellular or cell wall material
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12N—MICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
- C12N1/00—Microorganisms, e.g. protozoa; Compositions thereof; Processes of propagating, maintaining or preserving microorganisms or compositions thereof; Processes of preparing or isolating a composition containing a microorganism; Culture media therefor
- C12N1/06—Lysis of microorganisms
- C12N1/066—Lysis of microorganisms by physical methods
Landscapes
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
- Wood Science & Technology (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Biotechnology (AREA)
- Zoology (AREA)
- Genetics & Genomics (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Microbiology (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Cell Biology (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Mycology (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Tropical Medicine & Parasitology (AREA)
- Virology (AREA)
- Micro-Organisms Or Cultivation Processes Thereof (AREA)
- Preparation Of Compounds By Using Micro-Organisms (AREA)
- Fodder In General (AREA)
Abstract
Description
Išradimo sritisField of the Invention
Išradimas priskirtinas atsinaujinančių šaltinių - dumblių ląstelių - biomasės (su)ardymui sukamojo indukuoto magnetinio lauko pagalba ir ląstelėje sukauptų bioproduktų, tokių kaip lipidai, baltymai, pigmentai ir vitaminai, išskyrimui iš suardytos biomasės sistemoms ir būdams. Išskirti bioproduktai gali būti panaudoti įvairiose šiuolaikinės biotechnologijos pramonės srityse, ypač biodegalų (bioetanolio, biodujų, biodyzelino), bioplastiklių, ploviklių, biopašarų ir maisto papildų gamyboje, kosmetikos ir farmacijos pramonėje, kt.The invention relates to the destruction of biomass of renewable sources - algae cells - by means of a rotating magnetic field and to the isolation of cellular bio-products such as lipids, proteins, pigments and vitamins from degraded biomass systems and methods. Excluded bioproducts can be used in various fields of modern biotechnology industry, especially in the production of biofuels (bioethanol, biogas, biodiesel), bioplastics, detergents, biofeed and nutritional supplements, cosmetics and pharmaceuticals, etc.
Technikos lygisState of the art
Pasaulyje dėl senkančių iškastinio kuro šaltinių, aplinkosauginių, augančio energijos poreikio ir kitų problemų pastaruoju metu yra ypatingai padidėjęs žaliavų (riebalų, baltymų, polisacharidų) poreikis įvairiose srityse, todėl intensyviai plečiama jų paieška. Remiantis Tarptautinės Energijos Agentūros prognozėmis, energijos poreikis pasaulyje iki 2030 m. turėtų išaugti 40%, o skysto biokuro sąnaudos išaugo trigubai vien 2000-2007 metų laikotarpyje. Komercinio biokuro rūšys (biodyzelinas, biodujos, bioetanolis, biovandenilis) apsprendžia ir jų gavimui būtinus žaliavos šaltinius bei atitinkamas technologijas. Tikslinės paskirties atsinaujinančiais žaliavų šaltiniais gali būti mikroorganizmų ir dumblių kaupiami produktai, tinkami naudoti įvairiose pramonės šakose (maisto, farmacijos, buitinės ir darniosios chemijos ir kt.) bei žemės ūkyje. Šiuo metu ypatingas dėmesys skiriamas būtent dumbliams perspektyviems ir patraukliems tiek atsinaujinančios energijos, tiek maisto papildų ir/ar pašarų, tiek kitoms biotechnologijos pramonės šakoms svarbių produktų šaltiniams.Worldwide, due to dwindling sources of fossil fuels, environmental, growing energy demand and other problems, the demand for raw materials (fats, proteins, polysaccharides) has increased dramatically in recent years, and the search for them is intensifying. According to International Energy Agency forecasts, global energy demand will rise to 2030 by 2030. This should increase by 40%, while the cost of liquid biofuels has tripled over the period 2000-2007 alone. Commercial types of biofuels (biodiesel, biogas, bioethanol, biohydrogen) also determine the sources of raw materials and the technologies needed to obtain them. Targeted renewable raw materials can be microorganisms and algae products, which can be used in a variety of industries (food, pharmaceutical, household and sustainable chemistry, etc.) and agriculture. Currently, special attention is paid to algae promising and attractive sources of renewable energy, nutritional supplements and / or feed and other important products for the biotechnology industry.
Vieni esminių dumblių pranašumų prieš analogiškas - iš aukštesniųjų augalų išskiriamų bioproduktų - technologijas yra tokie:Some of the key benefits of algae over analogous bioproducts from higher plants are:
- efektyvios pigios saulės energijos sąnaudos (augalai sunaudoja 0,5% visos vidurio platumas pasiekiančios energijos, dumbliai -10% šio kiekio);- Efficient use of cheap solar energy (plants consume 0.5% of total mid-latitude energy, algae -10% of this amount);
- dumblių biomasės augimas greitas ir nepriklauso nuo oro sąlygų;- algal biomass growth is rapid and weather-independent;
- ženkliai mažesni negu aliejingų grūdinių kultūrų užimamų dirbamos žemės plotai;- significantly smaller areas of arable land than oilseed crops;
- ženkliai mažesnės negu drėkinamai žemdirbystei būtinos vandens sąnaudos;- significantly lower water costs than those required for irrigated agriculture;
- dumblių augimo terpių komponentai yra tik vanduo ir mineralinės druskos, o augimui sunaudojamas nieko nekainuojantis atmosferinis CO2 (100 t mikrodumblių biomasės -1831CO2).- Algae growth medium components are water and mineral salts only, and the growth consumes no-cost atmospheric CO 2 (100 t microalgae biomass -1831CO 2 ).
Apibendrinta galimų produktų iš dumblių gavimo fotosintezės keliu, perdirbant/įsisavinant CO2, technologinio ciklo schema pateikta žemiau:A summary of the technological cycle for the possible production of algae products by photosynthesis by recycling / uptake of CO 2 is given below:
Trąšų komponentaiFertilizer components
Pasaulyje didėjant žmonių populiacijai auga ir maisto poreikis, tačiau maistinėms kultūroms skiriami dirbamos žemės plotai yra riboti geografiškai, be to, jų plėtrai nėra galimybės ir dėl ekosistemos pažeidžiamumo, ir dėl aplinkosaugos reikalavimų griežtinimo. Todėl maisto trūkumo problemą pasaulyje bandoma spręsti keliais būdais, pvz., didinant žemės ūkio kultūrų derlingumą arba ieškant alternatyvių maisto produktų šaltinių ir/ar efektyvių jų gavimo būdų [Pulz, O., Gross, W. (2004). Valuable products from biotechnology of microalgae. Appl.Microbiol. Biotechnol. 65(6):635-48]. Šiuo metu ypač didelį susidomėjimą kelia dumbliai dėl jų biomasėje kaupiamų produktų įvairovės (1- 3 lentelės) ir galimybės panaudoti įvairiose srityse [Barrow, C., Shahidi, F. Marine nutraceuticals and functional foods. CRC Press, Taylor & Francis Group; 2008; Torrey, M. (2008). Algae in the tank. Internat. NewsAs human populations grow globally, food demand is increasing, but cultivated land for food crops is geographically limited, and due to the vulnerability of the ecosystem and the tightening of environmental requirements, their development is impossible. Therefore, there are several approaches to addressing food insecurity in the world, such as increasing crop yields or finding alternative sources of food and / or efficient ways of obtaining them [Pulz, O., Gross, W. (2004). Valuable products from biotechnology of microalgae. Appl.Microbiol. Biotechnol. 65 (6): 635-48]. Currently, algae are of particular interest due to the variety of products they contain in biomass (Tables 1-3) and their potential application in various applications [Barrow, C., Shahidi, F. Marine nutraceuticals and functional foods. CRC Press, Taylor & Francis Group; 2008; Torrey, M. (2008). Algae in the tank. Internat. News
Fats, Oils and Related Mat. 19(7):432-37; Mata, T. M., A. A. Martins, A. A., Caetano, N. S. (2010). Microalgae for biodiesel production and other applications: A review. Ren. Sustain. Energy Rev.. 14: 217-232]. Tai - neišnaudota ir daug potencialo turinti niša, kuri gali tiekti tokios pat ar net geresnės kokybės bioproduktus, kaip ir gaunamus iš įprastų šaltinių. Platų jų pritaikymą lemia tai, kad skirtingos padermės dumblių biomasėje gausu lipidų (Renaud, S.M., Thinh, L.V., Parry, D.L. (1999).The gross Chemical composition and fatty acid composition of 18 species of tropical Australian microalgae for possible ūse in mariculture. Aquaculture. 170:147-59; Pulz and Gross. 2004) baltymų, pigmentų, angliavandenių, vitaminų (1-2 lentelės žemiau), kurie labai efektyviai ir greitai didina kultivuojamų dumblių biomasės prieaugį, kas itin svarbu norint konkuruoti su tradiciniais bioproduktų šaltiniais.Fats, Oils and Related Mat. 19 (7): 432-37; Mata, T. M., A. A. Martins, A. A., and Caetano, N. S. (2010). Microalgae for Biodiesel Production and Other Applications: A Review. Ren. Sustain. Energy Rev .. 14: 217-232]. It is an untapped, high-potential niche that can supply the same or better quality of bioproducts from conventional sources. Their widespread application is due to the high lipid content of different strains in algal biomass (Renaud, SM, Thinh, LV, Parry, DL (1999). The gross chemical composition and fatty acid composition of 18 species of tropical Australian microalgae for possible growth in mariculture). Aquaculture, 170: 147-59; Pulz and Gross, 2004), proteins, pigments, carbohydrates, vitamins (Tables 1-2 below), which are very effective and fast in increasing the algal biomass growth of cultivated algae, which is crucial for competing with traditional bioproduct sources.
lentelėtable
Kai kurių dumblių produkuojamų aliejų išeigosYields of some algae oils
lentelėtable
Dumblių sausos biomasės cheminė sudėtis (%)Chemical composition of algae dry biomass (%)
lentelėtable
Dvejose dumblių padermėse esančių pagrindinių riebalų rūgščių sudėties (%) palyginimasComparison of basic fatty acid composition (%) in two algal strains
Po dumblių kultivavimo sukaupta biomasė, kaip atsinaujinantis šaltinis, randa platų ir nuolat didėjantį pritaikymą įvairiose srityse [Kijne J. W. Unlocking the VVater Potential of Agriculture. Rome: FAO, 2003: 26; Brennan, L. and P. Owende. (2010). Biofuels from microalgae—a review of technologies for production, processing, and extractions of biofuels and co-products. Ren. Sustain. Energy Rev. 14 (2): 557577.]: biodegalai (bioetanolis, biodyzelinas, biovandenilis); maisto papildai (tabletės, kapsulės, milteliai, tirpalai) [Rasmussen R. S., Morrissey M. T., Steve L. T. Marine biotechnology for production of food ingredients. In: Advances in Food and Nutrition Research, 2007, pp. 237-292, Academic Press, Boston, Mass, USA, 2007]; kosmetikos priedai [Humphrey, A.M. 1980. Chlorophyll. Food Chem. 5 (1): 57-67]; kosmetikos priedai [Humphrey, A.M. 1980. Chlorophyll. Food Chem. 5 (1): 57-67]; natūralūs - bio-dažikliai; pašarai ir/ar jų papildai [Humphrey A. M. (2004). Chlorophyll as a color and functional ingredient. J. Food Sci. 69 (5): 422-425; Becker E.W. (2007). Micro-algae as a source of protein. Biotechnol. Adv. 25(2): 207-10]; kokybiški natūralūs produktai: polinesočiosios riebalų rūgštys (angį. PUFĄ), ω-3 riebalų rūgštys, pigmentai, stabilūs izotopai [Spears K. 1988. Developments in food colourings: the natūrai alternatives. Trends Biotechnol. 6 (11): 283-288.].Biomass accumulated after algae cultivation, as a renewable source, has found wide and steadily increasing application in various fields [Kyun, J. W. Unlocking the Water Potential of Agriculture. Rome: FAO, 2003: 26; Brennan, L. and P. Owende. (2010). Biofuels from microalgae - a review of technologies for production, processing, and extraction of biofuels and co-products. Ren. Sustain. Energy Rev. 14 (2): 557577.]: biofuels (bioethanol, biodiesel, biohydrogen); nutritional supplements (tablets, capsules, powders, solutions) [Rasmussen R. S., Morrissey M. T., Steve L. T. Marine biotechnology for the production of food ingredients. In: Advances in Food and Nutrition Research, 2007, pp. 237-292, Academic Press, Boston, Mass. USA, 2007]; cosmetic additives [Humphrey, A.M. 1980. Chlorophyll. Food Chem. 5 (1): 57-67]; cosmetic additives [Humphrey, A.M. 1980. Chlorophyll. Food Chem. 5 (1): 57-67]; natural - bio-dyes; feed and / or supplements thereof [Humphrey A. M. (2004). Chlorophyll as a color and functional ingredient. J. Food Sci. 69 (5): 422-425; Becker E.W. (2007). Micro-algae as a source of protein. Biotechnol. Adv. 25 (2): 207-10]; quality natural products: polyunsaturated fatty acids (carbon. PUFA), ω-3 fatty acids, pigments, stable isotopes [Spears K. 1988. Developments in food coloring: alternatives to nature. Trends Biotechnol. 6 (11): 283-288.].
Kadangi, kaip minėta, dumblių biomasėje kaupiami produktai yra viduląsteliniai, nustatyta, kad dumblių ląstelėse sukaupto pigmento - chlorofiloekstrakcija organiniais tirpikliais (klasikinis pigmentų išskyrimo būdas) ženkliai pagerėja po vieno iš šių papildomų būdų - ardymo malimo, homogenizavimo, ultragarsinio apdorojimo. Simon ir Hellivvell [Simon D. and S. Hellivvell. (1998).Since, as mentioned above, the products stored in algal biomass are intracellular, it has been found that the extraction of the pigment accumulated in algae cells with organic solvents (a classical method of pigment extraction) is significantly improved after one of these additional methods - milling, homogenization, ultrasonic treatment. Simon and Hellivvell [Simon D. and S. Hellivvell. (1998).
Extraction and quantification of chlorophyll a from freshwater green algae. VVaferExtraction and quantification of chlorophyll a from freshwater green algae. Wafer
Research. 32 (7): 2220-2223] nustatė, kad optimaliausiu ekstrakcijos metodu išskirama (gaunama) tik ketvirtis viso sukaupto dumblių ląstelėse pigmento kiekio.Research. 32 (7): 2220-2223] found that the optimum extraction method produced only a quarter of the total amount of pigment accumulated in algal cells.
Produktų, sukauptų dumblių ląstelėse, išskyrimas yra viena iš sunkiausių užduočių bei brangiausiai kainuojančių proceso dalių.Extraction of products accumulated in algae cells is one of the most difficult tasks and the most expensive part of the process.
Taigi viena iš svarbiausių ir iki šiol pasauliniu mastu neišspręstų problemų yra sudėtingas dumblių biomasės ardymas. Dėl storos dumblių ląstelių sienelės viduląstelinių biologiškai aktyvių produktų išskyrimas tampa brangiausia ir limituojančia viso proceso dalimi.Thus, one of the most important and yet unresolved issues at global level is the complex destruction of algal biomass. Due to the thick algal cell wall, the isolation of intracellular bioactive products becomes the most expensive and limiting part of the whole process.
Kadangi skirtingai nuo mikroorganizmų, kurie produkuojamas medžiagas išskiria į aplinką (ekstraląsteliniai produktai), dumblių bioproduktai yra sukaupiami ląstelės viduje (viduląstelinės medžiagos) ir dėl ypatingai tvirtų dumblių ląstelių sienelių, kaip minėta, jų suardymas pasaulinėje praktikoje yra viena iš sunkiausiai sprendžiamų problemų.Because, unlike microorganisms that release produced substances into the environment (extracellular products), algae bioproducts are accumulated inside the cell (intracellular substances) and, as mentioned above, the destruction of algal cell walls is one of the most difficult problems to solve in global practice.
Naudojami įvairūs klasikiniai dumblių ląstelių biomasės ardymo būdai:A variety of classic algae cell biomass destruction methods are used:
lentelėtable
Mikrodumblių ląstelių klasikiniai ardymo būdai ir priemonės*Classic Microalgae Cell Disruption Techniques and Tools *
* pagalYoo, C.,Lee, J.Y Jun, S.Y., Ahn, C.Y.. Oh, H.M. (2010). Comparison of Severai methods for effective lipid extraction from microalgae. Bioresour Technol. Suppl 1.S75-7.* byYoo, C., Lee, J.Y Jun, S.Y., Ahn, C.Y .. Oh, H.M. (2010). Comparison of Severai Methods for Effective Lipid Extraction from Microalgae. Bioresour Technol. Suppl 1.S75-7.
Kaip jau minėta, tam tikslui yra naudojama daug žinomų, klasikinių ir nuolatos atnaujinamų metodų http://www.oilgae.com/algae/oil/extract.html.As mentioned above, many well-known, classic, and constantly updated methods are used for this purpose, http://www.oilgae.com/algae/oil/extract.html.
Atitinkamai nemažai dumblių ardymo būdų ir priemonių yra atskleista patentuotuose techniniuose sprendimuose: pavyzdžiui, akustinis ardymas (WO2010/132414, US4065875, US2010/0261918, US2012/0095245,Accordingly, a number of methods and means for dismantling algae are disclosed in patented technical solutions: for example, acoustic disintegration (WO2010 / 132414, US4065875, US2010 / 0261918, US2012 / 0095245,
WO2011/069070, kt.); malimas-trynimas (UA24468U; kt.) fermentinė hidrolizė ir pan. (SU662046 ir kt.) Be klasikinių mechaninių ar nemechaninių ląstelių ardymo metodų yra naudojama ir ekstrakcija organiniais tirpikliais, pvz., patentinė paraiška US 2012/0095245 A1, kt.. https://www.cvberlipid.org/extract/extr0001.html.WO2011 / 069070 et al.); mill-rubbing (UA24468U; etc.), enzymatic hydrolysis, etc. (SU662046 et al.) In addition to classical mechanical or non-mechanical methods of cell disruption, organic solvent extraction is also used, such as U.S. Patent Application 2012/0095245 A1, et al. Https://www.cvberlipid.org/extract/extr0001.html .
Tačiau jie visi turi vienokių ar kitokių trūkumų. Pvz., mechaniniai yra, nepatogūs, ilgai trunkantys, sunkiai pritaikomi gamyboje didele apimtimi ir mažai veiksmingi. Fizikiniai reikalauja daug energijos, brangūs; fermentiniai - efektyvūs, bet kolkas yra ypatingai brangūs.However, they all have some drawbacks. For example, mechanicals are, cumbersome, long lasting, difficult to apply in production on a large scale and low in efficiency. Physical requires a lot of energy, expensive; enzymatic - effective, but so far extremely expensive.
Yra žinomi dumblių ląstelių ardymo būdai, panaudojant elektros lauko poveikį, pavyzdžiui, VVO2010/123903; WO2012/021831, kt. Tarptautinėje paraiškoje WO2012/010969 aprašytas dumblių ląstelių ardymas elektroporacijos būdu pulsuojančio elektromagnetinio 0,5-500 kV/cm lauko poveikyje.There are known methods of disrupting algae cells using electric field effects, such as VVO2010 / 123903; WO2012 / 021831, et al. International Application WO2012 / 010969 describes the disintegration of algal cells by electroporation in the presence of a pulsed electromagnetic field of 0.5 to 500 kV / cm.
Siūlomam išradimui artimiausiu sprendimu gali būti laikoma tarptautinėje paraiškoje WO2011/109161 atskleista sistema, apimanti bent vieną dumblių ląstelę, metalo nanodaleles ir elektromagnetinės spinduliuotės generatorių, generuojantį mikrobangų spinduliuotės didelės galios linijinį lauką. Tačiau praktinis tokių ląstelių ardymo priemonių biotechnologinis pritaikymas abejotinas, nes pagal aprašyme pateiktus fizikinius parametrus:The closest solution to the present invention may be considered to be the system disclosed in International Application WO2011 / 109161 comprising at least one algae cell, metal nanoparticles and an electromagnetic radiation generator generating a microwave radiation high power linear field. However, the practical application of such cell disruptors is questionable because of the physical parameters given in the description:
- atsiranda labai didelės energijos sąnaudos;- very high energy costs occur;
- dėl naudojamo aukšto (0,3-300 GHz) mikrobangų dažnio ir neapibrėžtos darbinės zonos kyla pavojus aptarnaujančio personalo sveikatai ir/arba apsaugos nuo tokio poveikio būtinybė, kas sudaro papildomas sąnaudas ir pan.;- the high microwave frequencies used (0.3-300 GHz) and the uncertain working area present a risk to the health of service personnel and / or the need to protect them from exposure, which entails additional costs, etc .;
Efektyvaus laiko ir energijos sąnaudų prasme, lengvai pritaikomo gamyboje dumblių ląstelių suardymo būdų ir sistemų paieška yra labai svarbi viduląstelinių dumblių bioproduktų išlaisvinimui su tolesniu jų išskyrimu iš suardytos ląstelių biomasės ir praktiniu jų panaudojimu.In terms of time and energy efficiency, the search for readily adaptable production methods and systems for algal cell disruption is critical for the release of intracellular algae bioproducts with further isolation from disrupted cellular biomass and their practical use.
- sudėtinga jranga.- sophisticated equipment.
Išradimo esmėThe essence of the invention
Dumblių ląstelių ardymo ir bioproduktų išskyrimo iš jų būdas pagal šį išradimą apima dumblių biomasės auginimą, koncentravimą, dumblių ląstelių apdorojimą elektromagnetinio lauko poveikiu ir tikslinių bioproduktų iš dumblių ląstelių išlaisvinimą ir ekstrahavimą. Būdas skiriasi tuo, kad j užaugintų dumblių biomasės koncentratą prideda feromagnetinių dalelių arba nanodalelių ir ne ilgiau kaip 1 min. apdoroja kintamo sukamojo magnetinio lauko poveikiu, kurio magnetinio srauto tankis apdorojimo zonos centre yra 0,08-1 T.The method of disrupting algae cells and isolating the bio-products according to the present invention comprises growing the algae biomass, concentrating, treating the algae cells with an electromagnetic field, and liberating and extracting the target bio-products from the algae cells. The method differs by adding ferromagnetic particles or nanoparticles to the grown algal biomass concentrate for a maximum of 1 min. Processing under the influence of a rotating magnetic field with a magnetic flux density at the center of the processing area of 0.08 to 1 T.
Kintamo sukamojo magnetinio lauko dažnis pagal išradimą yra 50-400 Hz; sukamojo magnetinio lauko linijinis greitis yra 0,1-240 m/s.The frequency of the rotating magnetic field according to the invention is 50-400 Hz; the linear velocity of the rotating magnetic field is 0.1 to 240 m / s.
Užaugintus dumblius koncentruoja pašalinant iš biomasės bent dalį vandens, optimaliai centrifuguojant, ir/arba po dumblių biomasės nucentrifugavimo pakeičiant terpę tikslinio bioprodukto išskyrimui tinkamu tirpalu ir/arba tirpikliu, įskaitant distiliuotą vandenį.The harvested algae is concentrated by removing at least a portion of the water from the biomass, optimally by centrifugation, and / or, after centrifugation of the algal biomass, replacing the medium with a suitable solution and / or solvent, including distilled water, to isolate the target bioproduct.
Dumblių padermės apima Scenedesmus dimorphus, Nannochloropsis, Nannochloris, Spirulina platensis, Botryococcus braunii, ir Botryoccocus braunii CCALA 220, Chlorella padermės Chlorella vulgaris, Chlorella vulgaris CCALA 269, Chlorella vulgaris 896, C. cf. vulgaris ir/arba genetiškai modifikuotus variantus, tiek monokultūros formoje, tiek ir skirtingų dumblių padermių mišinio formoje.Algae strains include Scenedesmus dimorphus, Nannochloropsis, Nannochloris, Spirulina platensis, Botryococcus braunii, and Botryoccocus braunii CCALA 220, Chlorella strains Chlorella vulgaris, Chlorella vulgaris CCALA 269, Chlorella vulgaris 896, C. cf. vulgaris and / or genetically modified variants, both in the monoculture form and in the form of a mixture of different strains of algae.
Bioproduktas pagal išradimą apimą bet kurį iš dumblių ląstelėse sukauptų naudingų bioproduktų, tokių kaip lipidai, baltymai, pigmentai, vitaminai. Tikslinį bioproduktą iš suardytų dumblių ląstelių biomasės ekstrahuoja konkrečiam bioproduktui įprastais būdais.The bio-product of the present invention includes any of the beneficial bio-products stored in algal cells such as lipids, proteins, pigments, vitamins. The target bio-product is extracted from the disrupted algal cell biomass by conventional means for the specific bio-product.
Kitas išradimo objektas yra bioproduktais praturtinta terpė po dumblių ląstelių suardymo išradimo siūlomu būdu, kuri skirta konkrečių bioproduktų, tokių kaip lipidai, baltymai, pigmentai, vitaminai, išskyrimui ir ekstrahavimui.Another object of the invention is a medium enriched with bioproducts following the disruption of algal cells according to the invention for the isolation and extraction of specific bioproducts such as lipids, proteins, pigments, vitamins.
Dar vienas išradimo objektas - dumblių ląstelių ardymo ir bioproduktų išskyrimo iš jų sistema, apimanti ardymui ir bioproduktų išskyrimui skirtą dumblių ląstelių kiekį, feromagnetines daleles arba nanodaleles, kurių santykis su minėtu dumblių ląstelių kiekiu sudaro apytikriai 10-7:1, ir elektromagnetinę malyklę, skirtą apdoroti minėtą dumblių ląstelių kiekį kintamo sukamojo magnetinio lauko poveikiu pagal išradimą.Another object of the invention is a system for disrupting algae cells and extracting bioproducts therefrom, comprising an amount of algae cells for disruption and bioproduct extraction, ferromagnetic particles or nanoparticles in a ratio of about 10-7: 1 to said algal cell content, and an electromagnetic mill for treating said amount of algae cells by the action of a variable rotating magnetic field according to the invention.
Minėta elektromagnetinė malyklė yra įrenginys, apimantis darbo bloką su aktyviąja zona, kur darbo blokas yra apgaubtas kintamo sukamojo magnetinio lauko induktoriumi, kuriančiu magnetinį lauką darbo bloko aktyvioje zonoje; induktoriaus žadinimo srovės galios reguliatorių; induktoriaus ir darbo bloko aušinimo mazgą; kur prie kiekvienos induktoriaus žadinimo ričių grupės yra nuosekliai prijungtas bent vienas papildomos kondensatorių grupės kondensatorius. Elektromagnetinės malyklės visų kondensatorių grupės kondensatorių parametrai parenkami taip, kad visose magnetinio lauko žadinimo fazinėse grandinėse būtų tenkinamos įtampų rezonanso sąlygos.Said electromagnetic mill is a device comprising a working block with an active zone, wherein the working unit is enclosed by a variable rotary magnetic field inductor generating a magnetic field in the active zone of the working unit; inductor excitation current regulator; the cooling unit of the inductor and the working unit; wherein at least one additional capacitor group capacitor is connected in series to each inductor excitation coil group. The capacitors of all capacitors in the electromagnetic grinder group are selected so that voltage resonance conditions are met in all phases of the magnetic field excitation.
Išradimas yra aprašytas žemiau su detalėmis ir lydinčiais brėžiniais bei pavyzdžiais.The invention is described below with details and accompanying drawings and examples.
Detalus išradimo aprašymasDetailed Description of the Invention
Dumblių ląstelių ardymas ir bioproduktų išskyrimas buvo vykdomi pagal žemiau pateiktą bendrą metodinę schemą:Algae cell disruption and bio-product extraction were performed according to the following general methodological scheme:
I stadija:Stage I:
Dumblių ląstelių auginimas (kultivavimas) - biomasės gavimas ir paruošimas ląstelių suardymuiAlgal cell cultivation - production of biomass and preparation for cell disruption
II stadijaStage II
Paruoštos biomasės ląstelių ardymas kintamo sukamojo magnetinio lauko poveikiu ir bioproduktų išlaisvinimasDisruption of the prepared biomass cells by the action of a rotating magnetic field and release of bio-products
II
III stadijaStage III
Konkrečių bioproduktų (tokių kaip lipidai, baltymai, pigmentai, vitaminai, kt.) išskyrimas iš lizuotos dumblių biomasėsIsolation of specific bioproducts (such as lipids, proteins, pigments, vitamins, etc.) from lysed algal biomass
Pirmoje stadijoje dumbliai kultivuojami įprastais būdais optimizuotose terpėse ir sąlygomis, leidžiančiomis sukaupti pakankamą tikslinių bioproduktų kiekį. Dumblių ląstelės gali būti bet kokios padermės (gėlavandeniai, jūriniai; žaliadumbliai, melsvadumbliai; mikro- ir makrodumbliai; genetiškai modifikuoti dumbliai, turintys rekombinantiniu genų), tinkamos kultivuoti tiksliniams bioproduktams gauti. Dumblių padermės, tarp kitų, gali apimti Schiochytrium, Neochloris oleoabundans, Crypthecodinium cohnii, Thalassiosira pseudonana, Tetraselmis suecica,In the first stage, the algae are cultivated in conventional manner in optimized media and under conditions which allow the accumulation of sufficient target bioproducts. Algae cells can be any strain (freshwater, marine; green algae, cyanobacteria; micro- and macroalgae; genetically engineered algae containing recombinant genes) suitable for cultivation in target bioproducts. Algae strains may include, but are not limited to, Schiochytrium, Neochloris oleoabundans, Crypthecodinium cohnii, Thalassiosira pseudonana, Tetraselmes suecica,
Stichococcus, Scenedesmus TR-84, Phaeodactylum tricornutum, Nitzschia TR, Nannochloropsis, Nannochloris, Hantzschia Dl, Dunaliella tertiolecta, Cyclotella Dl, Ankistrodesmus TR-87, Botryococcus braunii, Pleurochrysis carterae (CCMP647); Dunaliella kamienas, pavyzdžiui Dunaliella salina arba Dunaliella tertiolecta; Chlorella padermės Chlorella vulgaris, Chlorella sp. 29, arba Chlorella protothecoides, Gracilaha, Sargassum ir/arba genetiškai modifikuotus jų variantus. Gali būti vienos dumblių padermės monokultūra arba gali būti daugiau nei viena dumblių padermė.Stichococcus, Scenedesmus TR-84, Phaeodactylum tricornutum, Nitzschia TR, Nannochloropsis, Nannochloris, Hantzschia Dl, Dunaliella tertiolecta, Cyclotella Dl, Ankistrodesmus TR-87, Botryococcus braunii, Pleurochrysis carterae (CC); A Dunaliella strain such as Dunaliella salina or Dunaliella tertiolecta; Chlorella strains Chlorella vulgaris, Chlorella sp. 29, or Chlorella protothecoides, Gracilaha, Sargassum and / or genetically modified variants thereof. There may be a monoculture of one strain of algae or there may be more than one strain of algae.
Dumblių biomasė koncentruojama, pašalinant arba nepašalinant (ardoma betarpiškai biomasės terpėje) dalį vandens ir/arba po biomasės nucetrifugavimo pakeičiant terpę tolimesniam bioprodukto išskyrimui distiliuotu vandeniu arba tinkamu bioprodukto išskyrimui tirpalu ir/arba tirpikliu.The algal biomass is concentrated by removing or removing (directly destroying the biomass medium) a portion of the water and / or, after the biomass is centrifuged, by replacing the medium for further isolation of the bioproduct with distilled water or a suitable solution and / or solvent for the bioproduct.
Dumblių ląstelių suardymui naudoja apdorojimą kintamu sukamuoju indukuotu magnetiniu lauku, elektromagnetinėje malyklėje, kur lokalinių elektromagnetinių laukų ir jų lydimų reiškinių superpozicijos visuminis poveikis lemia greitą dumblių ląstelių sienelių suardymą ir leidžia veiksmingai išskirti tikslinius ląstelėje sukauptus bioproduktus (lipidus, baltymus, pigmentus, vitaminus ir kt.) iš suardytos dumblių biomasės, naudojant mažas energijos ir laiko sąnaudas.For algae cell disruption, it uses treatment with a variable rotating magnetic field, electromagnetic mill, where the combined effect of superposition of local electromagnetic fields and their accompanying phenomena results in rapid disruption of the algal cell wall and allows efficient extraction of targeted cellular bio - products (lipids, proteins,. ) from degraded algae biomass using low energy and time.
Apdorojimą sukamuoju magnetiniu lauku vykdo tam skirtoje elektromagnetinėje malyklėje, pavyzdžiui, procesų aktyvinimo įrenginyje pagal Liuksemburgo patentinę paraišką Nr.91865 („Process activating unit“, padavimo data 2011-09-05), kuri paraiška laikytina įtraukta pagal nuorodą. Toks įrenginys (Fig. 1) apima galios reguliatorių 1, kurio įėjimai prijungti prie elektros tinklo, o išėjimai - prie papildomos reguliuojamos talpos elektrinių kondensatorių grupės 2 įėjimų; šios kondensatorių grupės 2 išėjimai prijungti prie sukamojo magnetinio lauko induktoriaus 3, kartu su aušinimo mazgu sudarančio bendrą konstrukcinį vienetą. Minėtas magnetinio lauko induktorius 3 apgaubia darbo bloką 4, turintį, pavyzdžiui, cilindro formą. Prie kiekvienos minėto induktoriaus 3 žadinimo ričių grupės nuosekliai prijungtas vienas papildomos kondensatorių grupės kondensatorius. Visų kondensatorių grupės kondensatorių parametrai parenkami taip, kad visose magnetinio lauko žadinimo fazinėse grandinėse būtų tenkinamos įtampų rezonanso sąlygos, siekiant maksimaliai padidinti sunaudojamos elektros energijos galios koeficientą ir tuo pačiu minimizuoti iš elektros tinklo paimamos energijos sąnaudas.Rotary magnetic field processing is performed in a dedicated electromagnetic mill, such as a process activator according to Luxembourg Patent Application No. 91865 ("Process Activating Unit", filed September 5, 2011), which is incorporated herein by reference. Such a device (Fig. 1) comprises a power regulator 1, the inputs of which are connected to the mains and the outputs of which are connected to the inputs of an additional capacitor group 2 of the capacitors; the outputs of this capacitor group 2 are connected to a rotating magnetic field inductor 3, which together with the cooling unit forms a common structural unit. Said magnetic field inductor 3 encloses a working unit 4 having, for example, a cylindrical shape. One capacitor of an additional group of capacitors is connected in series to each excitation coil group of said inductor 3. The capacitors of all capacitors are selected so that all magnetic field excitation phase circuits meet voltage resonance conditions in order to maximize the power consumption factor while minimizing power consumption.
Aktyvinimas vyksta, padavus įtampą per galios reguliatorių ir kondensatorių grupę į magnetinio lauko induktorių; prieš tai galios reguliatoriuje nustatoma konkretų aktyvinimo procesą atitinkanti magnetinio lauko žadinimo galia.Activation occurs by applying a voltage through a group of power regulators and capacitors to a magnetic field inductor; the power regulator then sets the magnetic field excitation power corresponding to the specific activation process.
Koncentruotą dumblių suspensiją iš pirmos stadijos, pridėjus 1-15 mm ilgio pailgos formos feromagnetinių dalelių arba nanodalelių santykiu 10:1, talpina į 5-360 ml uždarą konteinerį, pavyzdžiui, tuščiavidurį nepermatomą nemagnetinės medžiagos cilindrą, kuris įtaisomas minėtos elektromagnetinės malyklės darbo bloko aktyvioje zonoje. Konteinerio turinys ne daugiau kaip 1 min. aplinkos temperatūroje veikiamas induktoriaus sukuriamo kintamo (50-400 Hz) dažnio sukamojo magnetinio lauko, kur magnetinio srauto tankis induktoriaus centre yra nuo 0,08 iki 1 T; sukamojo magnetinio lauko linijinis greitis 25 m/s. Esant dažniui 50 Hz feromagnetinių dalelių sūkurinio sluoksnio tūrio vienete pasiekiamas 10 000 kW/m3 eilės galingumas Wr. Sukurtų papildomų laukų amplitudė - nuo 0,5 iki 18 mV ir dažnis nuo 10 iki 700 Hz.The concentrated algal suspension from the first stage, when added in the ratio 1: 15 mm elongated ferromagnetic particles or nanoparticles in a ratio of 10: 1, is contained in a 5-360 ml closed container, such as a hollow opaque non-magnetic material cylinder . Container content up to 1 min. Exposure to a variable (50-400 Hz) rotating magnetic field generated by an inductor at ambient temperature, the magnetic flux density at the inductor being between 0.08 and 1 T; linear speed of rotating magnetic field 25 m / s. At 50 Hz ferromagnetic particle vortex volume, the order of 10,000 kW / m 3 is reached at Wr. The amplitude of the generated additional fields is 0.5 to 18 mV and the frequency is 10 to 700 Hz.
Po dumblių ląstelių sienelių suardymo gaunama lizuota biomasė pasižymi tuo, kad yra linkusi išsisluoksniuoti; todėl palengvėja atskyrimo procesas ir kai kuriais atvejais netgi pakanka dekantacijos. Lizuota biomasė arba užšaldoma -18°C šaldymo kameroje (šaldytuve), arba iš karto panaudojama tolimesniam atitinkamo tikslinio bioprodukto arba kelių tikslinių bioproduktų išskyrimui. Žinomi metodai, tokie kaip centrifugavimas, išsodinimas, ekstrakcija ar šių metodų kombinacija ar kiti metodai gali būti panaudoti bioproduktų iš/atskyrimui nuo liekamosios (lizuotos) biomasės.Lysed biomass obtained after disruption of algal cell walls is characterized by its tendency to flake; this facilitates the separation process and in some cases even decantation is sufficient. The lysed biomass is either frozen at -18 ° C in a freezer (refrigerator) or used immediately to further isolate the relevant target bioproduct or several target bioproducts. Known methods such as centrifugation, settling, extraction, or a combination of these methods, or other methods can be used to separate / extract the bioproducts from the residual (lysed) biomass.
Po (su)ardymo bioproduktai, pvz., lipidai (gali būti laisvi aliejai) per suardytas dumblių sieneles išlaisvinami į aplinką. Lipidų cheminė sudėtis gali būti skirtinga ir priklauso nuo naudojamų dumblių padermės. Lipidai dumblių ląstelėse kaupiami viduląstelinėse vakuolėse - riebalų kaupimo „kamerose“. Po ląstelių sienelių (su)ardymo riebalai gali būti atpalaiduoti laisvoje formoje, bet gali likti riebalų kaupimo „kamerose“ - vakuolėse. (Su)ardymo proceso režimas turi įtakos ir lemia ląstelių sienelių suardymo laipsnį ir bioproduktų atpalaidavimo pilnumą.After (disintegration), bioproducts such as lipids (may be free oils) are released into the environment through disrupted algae walls. Lipid chemistry may vary, depending on the strain of algae used. Lipids are accumulated in algae cells in the intracellular vacuoles - fat storage "chambers". After breaking down the cell walls, the fat may be released in free form, but may remain in the fat storage "chambers" - vacuoles. The mode of (self) disruption influences and determines the degree of cell wall disruption and the complete release of the bioproducts.
Visi tirtų padermių dumblių ląstelių viduje sukaupti bioproduktai (lipidai, baltymai, pigmentai ir vitaminai) po ląstelių ūžavimo siūlomu būdu be cheminės sandaros pažaidų; pilnai išlaisvinami/atpalaiduojami iš viduląstelinių struktūrų; ženkliai lengviau (dėl agregacijos ir išsisluoksniavimo) ir mažesnėmis laiko ir energijos sąnaudomis tradiciniais, klasikiniais kiekvienai bioprodukto klasei metodais gali būti atskiriami nuo likutinės masės; išskiriami gryname pavidale ir praktiškai panaudojami pagal tikslą ir poreikį.All bioproducts (lipids, proteins, pigments, and vitamins) accumulated inside the cells of the strains of the tested strains after cell lysis in the proposed manner without chemical damage; fully released / released from intracellular structures; can be significantly differentiated (by aggregation and delamination) and less time and energy by traditional, classical methods for each class of bio-based product from residual mass; excreted in pure form and practically used according to purpose and need.
Bioproduktai, gauti pagal siūlomą išradimą, toliau gali būti panaudoti konkretiems biotechnologinės pramonės produktams gauti. Pvz., riebalai (triacilgliceroliai) su įvairiais alkoholiais gali būti transesterinami iki riebalų rūgščių alkilo esterių. Jei reakcijoje bus naudojamas metilo alkoholis, bus gaunami riebalų rūgščių (RR) metilo esteriai (biodyzelinas), jei aukštesnieji, ilgagrandžiai, šakotos cheminės sandaros alkoholiai - atitinkami RR esteriai, naudojami darniosios chemijos, farmacijos ir kt. pramonės šakose. Be to, iš dumblių lipidų gali būti gautas biobutanolis, įvairios sudėties išgryninti augaliniai aliejai, polinesočiosios γ-, ωriebalų rūgštys ir t.t.The bioproducts obtained according to the present invention can be further utilized to obtain specific products of the biotechnology industry. For example, fats (triacylglycerols) with various alcohols can be transesterified to alkyl fatty acid esters. If methyl alcohol is used in the reaction, the fatty acid (RR) methyl esters (biodiesel) will be obtained, while the higher, long-chain, branched alcohols will be the corresponding RR esters used in sustainable chemistry, pharmaceutical, etc. in industries. In addition, algal lipids can be obtained from biobutanol, purified vegetable oils of various compositions, polyunsaturated γ-, ω-fatty acids, and the like.
Feromagnetinės dalelės arba nanodaleles gali būti pašalintos bet kuriuo būdu, pvz., magnetinio lauko poveikiu, centrifugavimu. (Su)ardymo procese gali būti pastoviai panaudotos pakartotinai regeneruotos feromagnetinės dalelės. Likutinė biomasė po minėtų bioproduktų išskyrimo gali būti panaudota kaip atsinaujinantis biokuro (biodujų, metano) šaltinis, kaip pašarų priedai. Likutinė terpė, vandens nuotekos gali būti grąžinta į procesą dumblių rekultivavimui.Ferromagnetic particles or nanoparticles can be removed by any means, such as magnetic field treatment, centrifugation. Repeatedly regenerated ferromagnetic particles can be continuously used in the (self) disintegration process. The residual biomass after isolation of the said bioproducts can be used as a renewable source of biofuels (biogas, methane) as feed additives. The residual medium, water effluent, can be returned to the process for algae cultivation.
Trumpas figūrų aprašymas:Brief description of the figures:
Fig. 1 pavaizduotas įrenginys (blokinė schema, žinomas technikos lygis), tinkamas elektromagnetinės malyklės funkcijai atlikti ir sukamojo magnetinio lauko poveikiui pagal išradimą sukurti: 1- galios reguliatorius; 2- reguliuojamos talpos kondensatorių grupė; 3- magnetinio lauko induktorius; 4 - darbo blokas.FIG. 1 illustrates a device (block diagram, prior art) suitable for performing the function of an electromagnetic grinder and for creating the effect of a rotating magnetic field according to the invention: 1- power regulator; 2- adjustable capacitors group; 3- magnetic field inductor; 4 - Work unit.
Fig. 2. Grynų cheminių junginių, kaip galimų dumblių lipidinės kilmės bioproduktų, chromatografinis vaizdas (kontrolės). 1- oleino rūgšties metilo esteris (MetO, metiloleatas); 2 - trioleinas (TO; TAG - triacilglicerolis); 3 - oleino rūgštis (OR, riebalų rūgštis (RR)); 4-1,3, 1,2 - dioleinų mišinys (DO; DAG - diacilgliceroliai); 5 monooleinas (MO, MAG - mono acilglicerolis). Sistema: petrolio eteris (PE): dietilo eteris (E): acto rūgštis (AR) - (85:15:2).FIG. 2. Chromatographic image (control) of pure chemical compounds as potential algae lipid bioproducts. 1-oleic acid methyl ester (MetO, methyl oleate); 2 - triolein (TO; TAG - triacylglycerol); 3 - oleic acid (OR, fatty acid (RR)); A mixture of 4-1,3, 1,2-diolines (DO; DAG = diacylglycerols); 5 monoolein (MO, MAG = mono acylglycerol). System: Petroleum Ether (PE): Diethyl Ether (E): Acetic Acid (AR) - (85: 15: 2).
Fig. 3 (A, B) pateiktos dumblių Chlorella vulgaris ląstelių iki (su)ardymo ir po (su)ardymo mikroskopinio vaizdo nuotraukos: A - Chlorella vulgaris CCALA 269 ląstelių mikroskopinio vaizdo nuotrauka (padidinimas 40x); B - elektromagnetine malykle lizuotų Chlorella vulgaris CCALA 269 ląstelių mikroskopinio vaizdo nuotrauka (padidinimas 100x).FIG. 3 (A, B) Photographs of pre-disrupted and post-disruption algal Chlorella vulgaris cells: A - Microscopic image of Chlorella vulgaris CCALA 269 cells (magnification 40x); B - Microscopic image of Chlorella vulgaris CCALA 269 cells lysed by electromagnetic mill (magnification 100x).
Fig. 4 Pigmentų koncentracijos pasiskirstymo chromatografinis vaizdas. 1, 2 ir 3iame takelyje užnešti ekstraktai atitinkamai iš C.vulgaris 269, C.vulgaris 896 ir C.tf.vulgaris suardytos biomasės. S- starto linija, F- fronto linija.FIG. 4 Chromatographic distribution of pigment concentration distribution. Lanes 1, 2 and 3 contain extracts from the digested biomass of C.vulgaris 269, C.vulgaris 896 and C.tf.vulgaris, respectively. S- start line, F- front line.
Fig. 5. Chlorella vulgaris lizuotos biomasės išekstrahuotų lipidinės kilmės bioproduktų chromatografinis vaizdas: TAG, DAG, MAG - tri-, di- ir monoacilgliceroliai, RR riebalų rūgštys (pažymėjimai, kaip antroje figūroje).FIG. 5. Chromatographic image of lipid-derived bioproducts extracted from lysed biomass of Chlorella vulgaris: TAG, DAG, MAG - tri-, di- and monoacylglycerols, RR fatty acids (as in figure 2).
Išradimo pavyzdžiaiExamples of the invention
Toliau pateikiami konkretūs dumblių ląstelių suardymo ir bioproduktų išskyrimo pavyzdžiai tik iliustruoja išradimo įgyvendinimą, bet neapriboja jo apimties.The following specific examples of algae cell disruption and bio-product isolation illustrate, but are not intended to limit, the scope of the invention.
pavyzdys. Botryococcus braunii ir Scenedesmus dimorphus dumblių ląstelių ardymas ir lipidų išskyrimasexample. Algal cell disruption and lipid extraction of Botryococcus braunii and Scenedesmus dimorphus
Atskirti Botryococcus braunii ir Scenedesmus dimorphus ląstelių biomasę nuo auginimo terpės galima filtruojant arba centrifuguojant terpę, o lipidus išskirti klasikiniais metodais. B. braunii ląstelės turi labai storą sienelę ir šlapioje biomasėje yra 10 kartų daugiau vandens, nei lipidų. Chlorella vulgaris, Botryococcus braunii ir/ar Scenedesmus dimorphus dumbliai buvo auginami Bristol maitinimo terpėje, 25°+1° C temperatūroje, natūraliu dienos/nakties apšvietimo režimu.The biomass of the cells of Botryococcus braunii and Scenedesmus dimorphus can be separated from the growth medium by filtration or centrifugation and the lipids are isolated by classical methods. B. braunii cells have a very thick wall and wet biomass contains 10 times more water than lipids. Chlorella vulgaris, Botryococcus braunii and / or Scenedesmus dimorphus algae were grown in Bristol nutrient medium at 25 ° + 1 ° C under natural day / night light regime.
Standartinis metodas: Padermė auginama skystoje terpėje. Iš mėgintuvėlių su agarizuota terpe sėjimo lazdele padermė perkeliama j mėgintuvėlius su 50 ml skystos terpės. Auginama 30 dienų autoklavuotoje (120 °C 1 MPa 30 min.) modifikuotoje Bristol terpėje. Po 30 dienų auginimo, kai vizualiai matyti, kad biomasės susiformavo pakankamai, 15 ml (10 % terpės tūrio) kultūros persėjama į 250 tūrio kolbą, kurioje yra 150 ml autoklavuotos, modifikuotos Bristol terpės. Steriliai užsėjus kultūrą kolba užkemšama vatos kamščiu. Padermių peršėjimas j skystą terpę atliekamas kas 10 - 20 dienų, atsižvelgiant j biomasės augimo greitį ir ląstelių koncentraciją.Standard method: The strain is grown in a liquid medium. The strain is transferred from tubes with agarized medium to 50 ml of liquid medium. Cultured for 30 days in autoclaved (120 ° C 1 MPa 30 min) modified Bristol medium. After 30 days of cultivation, after visualization of sufficient biomass, transfer 15 ml (10% volume) of culture to a 250-ml flask containing 150 ml autoclaved, modified Bristol medium. After sterile culture, stopper the flask with a cotton plug. Transfer of the strains to the liquid medium is performed every 10 to 20 days, depending on the growth rate of the biomass and the cell concentration.
Kultivuojama auginimo spintoje 25 °C temperatūros ir 12:12 (12val šviesos:12 vai. tamsos) šviesos arba dienos/ nakties periodo sąlygomis 7-14 dienų.Cultivate in a growth cabinet at 25 ° C and 12:12 (12 hours light: 12 hours dark) light or day / night for 7-14 days.
Dumblių biomasės koncentracijos nustatymui naudojami optinio tankio matavimai. Užsėjus padermes yra išmatuojami užsėtų terpių optiniai tankiai. Optiniam tankiui matuoti pasirinktas bangos ilgis yra D 670 (pagal ALGALTOXKIT FTM metodiką). Optinio tankio matavimai kartojami tris kartus ir skaičiuojamas vidurkis. Optinis tankis matuojamas kasdien 14 dienų bėgyje.Optical density measurements are used to determine algal biomass concentration. After inoculation of strains, the optical densities of the inoculated media are measured. The wavelength selected for optical density measurement is D 670 (according to ALGALTOXKIT FTM). The optical density measurements shall be repeated three times and the mean calculated. The optical density is measured daily for 14 days.
Dumblių biomasė standartiniu metodu sukoncentruojama 7 ir 14 auginimo dienomis naudojant centrifūgą. į 10 - 250 ml tūrio centrifuginius mėgintuvėlius pilama skysta terpė su paderme ir centrifuguojama 1500 rpm 15 min. Tada centrifugatas surenkamas ir supilamas į atskirus mėgintuvėlius, o surinkta biomasė praplaunama distiliuotu vandeniu ir dar kartą centrifuguojama tokiomis pačiomis sąlygomis. Surinkta šlapia biomasė užšaldoma (-18 °C) tolimesniems tyrimams.The algal biomass is concentrated by centrifugation at 7 and 14 days of cultivation by standard method. the liquid medium containing the strain was added to 10 to 250 ml centrifuge tubes and centrifuged at 1500 rpm for 15 min. The supernatant is then collected and placed in separate tubes, and the collected biomass is washed with distilled water and centrifuged again under the same conditions. The collected wet biomass is frozen (-18 ° C) for further study.
Lipidų ekstrakcija organiniais tirpikliais:Lipid extraction with organic solvents:
Ependorfiniame mėgintuvėlyje į šlapią dumblių 0,45 g biomasę pridedama 0,16 g stiklo grūdelių ir visas turinys užpilamas 1 ml tirpikliu, kurio sudėtis chloroformas:metanolis (CHCI3:CH3OH) tūrių santykiu 3:1, ir dedama 30 minučių į purtyklę (1400 rpm). Purtyklėje mėginiai išlaikomi 20 vai. Išėmus iš purtyklės mėginiai nucentrifuguojami 5000 rpm 5 min. Išsiskyręs vanduo virš mėginių ependorfiniuose mėgintuvėliuose nusiurbiamas automatine pipete. Imami tiriamieji mėginiai iš chloroforminio sluoksnio po atsisluoksniavusiu dumblių biomasės sluoksniu ependorfiniame mėgintuvėlyje ir analizuojami.Add 0,16 g of glass beads to a wet algae biomass of 0,45 g in an ependorph tube and pour the contents into 1 ml of a 3: 1 v / v chloroform: methanol (CHCl3: CH3OH) vial (1400 rpm). ). The samples are kept in the shaker for 20 hours. After removal from the shaker, the samples are centrifuged at 5000 rpm for 5 min. Separate the water above the samples in ependorph tubes using an automatic pipette. The test samples are taken from the chloroform layer beneath the peeled algal biomass layer in an ependorphic tube and analyzed.
Analizei plonasluoksnės chromatografijos (TLC) metodu naudotos stiklo plokštelės padengtos silikageliu (G-25, sluoksnio storis 0,25 mm). Parinkta tirpiklių sistema: 96:4:1 chloroformas-acetonas-acto rūgštis. Ant chromatog ratinės plokštelės 1,0 cm nuotoliu nuo krašto pažymima starto linija. Ant jos 0,8-1,0 cm nuotoliu vienas nuo kito automatine pipete užlašinami po 4-8 pi tiriamos medžiagos. Palaukiama kol dėmės išdžiūsta. Chromatografinė plokštelė dedama į chromatografijos indą su atitinkama tirpiklių sistema. Naudotos tirpiklių sistemos: 80:20:2 petrolio eteris-eteris-acto rūgštis (pagrindinė), 70:30:2 petrolio eteris-eterisacto rūgštis, toluolas-chloroformas 70:30, 96:4:1 chloroformas-acetonas-acto rūgštis. Išdžiovintos plokštelės ryškinamos jodo garų kameroje. Dėmių padėtis lyginama su standartu - atitinkamos koncentracijos grynų riebalų rūgščių, linalolo, linalolo acetato. Plokštelių tinkamumas ir eliucijos sistemų efektyvumas tolimesniam darbui pasirinktas, atsižvelgiant į gautus rezultatus (medžiagų atskyrimo efektyvumas, dėmių stabilumas ant plokštelių saugojimo metu ir kt.).Glass plates used for analysis by thin layer chromatography (TLC) were coated with silica gel (G-25, 0.25 mm layer thickness). Selected solvent system: 96: 4: 1 chloroform-acetone-acetic acid. The starting line is marked on the chromatographic wheel at a distance of 1.0 cm from the edge. Apply 4 to 8 pi of the test substance by automatic pipette at a distance of 0,8 to 1,0 cm from each other. Wait for the stains to dry. Place the chromatographic plate in a chromatography vessel with an appropriate solvent system. Solvent systems used: 80: 20: 2 petroleum ether-ether-acetic acid (basic), 70: 30: 2 petroleum ether-ether acetic acid, toluene-chloroform 70:30, 96: 4: 1 chloroform-acetone-acetic acid. The dried plates are developed in an iodine vapor chamber. The position of the stains is compared with the standard - appropriate concentrations of pure fatty acids, linalool, linalool acetate. The suitability of the plates and the efficiency of the elution systems for further work were selected based on the results obtained (material separation efficiency, stain stability on plates during storage, etc.).
Plokštelė išimama, pažymima fronto linija ir išdžiovinama traukos spintoje. Plokštelės ryškinamos jodo garų kameroje.Remove the plate, mark the front line and dry in a fume cupboard. The plates are developed in an iodine vapor chamber.
Dėmių padėtis lyginama su atitinkamos koncentracijos kontrolėmis pvz., trioleinas, tripalmitinas; cis-13-dokazeno (C22:1, eruko) rūgštis; cis-9-oktadeceno (C18:1, oleino) rūgštis; trilaurino; 1,3—dipalmitoil—3—oleil—glicerolis; trikaprinas ir/ar kt.The position of the stains is compared with the corresponding concentration controls, eg triolein, tripalmitin; cis-13-docazenoic acid (C22: 1, erucic acid); cis-9-octadecenoic (C18: 1, oleic) acid; trilaurin; 1,3-dipalmitoyl-3-oleyl-glycerol; tricaprin and / or others.
Naudojant fotodensitometrą (Uvitec Cambrige Fire-reader imaging system) apskaičiuojama ant plonasluoksnės chromatografinės plokštelės pasiskirsčiusių riebalų koncentracija.Using a photodensitometer (Uvitec Cambrige Fire-reader imaging system), calculate the concentration of fat distributed on the thin layer chromatographic plate.
Riebalų koncentracija šlapioje dumblių biomasėje apskaičiuota pagal formulę:The fat content in wet algae biomass was calculated using the formula:
X = A · B/C , (čia X - riebalų koncentracija (mg/μΙ), A - nežinomos riebalų koncentracijos, dėmės parametrai (px), B - kontrolės koncentracija (1,3-dipalmitoil-3-oleil-glicerolis 0,098 mg/μΙ), C - kontrolinės dėmės parametrai (5718014 px).X = A · B / C, (where X is the fat concentration (mg / μΙ), A is the unknown fat concentration, stain parameters (px), B is the control concentration (1,3-dipalmitoyl-3-oleyl glycerol 0.098 mg / μΙ), C - control stain parameters (5718014 px).
Iš biomasės mėginio pašalinus vandenį centrifugavimu gauta apie 10 ml dumblių koncentrato. Jis supilamas j užsukamą cilindrinį konteinerį, pridedant feromagnetinių dalelių santykiu 10:1. Konteineris talpinamas elektromagnetinės malyklės (aprašytos aukščiau) darbo bloko aktyvioje zonoje, kur 40 sek taiko 50 Hz sukamąjį magnetinį lauką, kurio magnetinio srauto tankis aktyviosios zonos centreAbout 10 ml of algae concentrate was removed from the biomass sample by centrifugation. It is poured into a screw-type cylindrical container with the addition of ferromagnetic particles in a ratio of 10: 1. The container is housed within the core of an electromagnetic mill (described above) in the core of a working block, where for 40 seconds, a 50 Hz rotating magnetic field is applied with a magnetic flux density in the center of the core.
0,17 T. Apdorotas dumblių koncentratas yra linkęs agreguotis, ko pasėkoje išsisluoksniuoja. Lipidai išskiriami įprastu būdu, ekstrahuojant heksanu; terpė grąžinama į dumblių auginimo stadiją. Alternatyviai tinkamas organinis tirpiklis gali būti taip pat pridedamas kartu su feromagnetinėmis dalelėmis prieš taikant apdorojimą sukamuoju magnetiniu lauku. Likusi biomasė gali būti toliau panaudota kitų naudingų bioproduktų gavimui arba biodujų gamybai.0.17 T. The processed algae concentrate tends to aggregate, which results in the peeling off. The lipids are isolated in a conventional manner by hexane extraction; the medium is returned to the algae growth stage. Alternatively, a suitable organic solvent may also be added together with the ferromagnetic particles prior to treatment with the rotating magnetic field. The remaining biomass can be further used to produce other useful bioproducts or to produce biogas.
Analogiškai pagal šio pavyzdžio metodiką galima išskirti lipidinės kilmės bioproduktus iš kitų padermių, pavyzdiui, Chlorella vulgaris dumblių. Grynų cheminių junginių, kaip galimų dumblių lipidinės kilmės bioproduktų, chromatografinis vaizdas (kontrolės) pateiktas Fig. 2, kur 1- oleino rūgšties metilo esteris (Meto, metiloleatas);Similarly, the procedure of this example can be used to isolate lipid-derived bio-products from other strains, such as Chlorella vulgaris algae. The chromatographic image (control) of the pure chemical compounds as potential algae lipid bioproducts is shown in Figs. 2, wherein 1-oleic acid methyl ester (Meth, methyl oleate);
- trioleinas (TO; TAG - triacilglicerolis); 3 - oleino rūgštis (OR, riebalų rūgštis (RR)); 4-1,3, 1,2 - dioleinų mišinys (DO; DAG - diacilgliceroliai); 5 - monooleinas (MO, MAG - mono acilglicerolis). Sistema: petrolio eteris (PE): dietilo eteris (E) : acto rūgštis (AR) - (85:15:2).- triolein (TO; TAG - triacylglycerol); 3 - oleic acid (OR, fatty acid (RR)); A mixture of 4-1,3, 1,2-diolines (DO; DAG = diacylglycerols); 5 - monoolein (MO, MAG - mono acylglycerol). System: Petroleum Ether (PE): Diethyl Ether (E): Acetic Acid (AR) - (85: 15: 2).
pavyzdys. Spirulina platensis dumblių ląstelių ardymas ir baltymų išskyrimasexample. Cellular disruption and protein extraction of Spirulina platensis algae
Spirulina platensis dumbliai buvo kultivuoti standartinėmis sąlygomis maitinimo terpėje, natūraliu dienos/nakties apšvietimo režimu 25°+1° C temperatūroje (Spirulina platensis 1) ir standartinėmis sąlygomis maitinimo terpėje, natūraliu dienos/nakties apšvietimo režimu, bet 20°+1° C temperatūroje (Spirulina platensis 2). (Spirulina platensis biomasės pavyzdžiai 1 ir 2 buvo gauti iš UAB „Speila“)Spirulina platensis algae were cultured under standard conditions in nutrient medium, day / night natural light at 25 ° + 1 ° C (Spirulina platensis 1) and under standard conditions in nutrient medium, day / night illumination but at 20 ° + 1 ° C ( Spirulina platensis 2). (Spirulina platensis biomass samples 1 and 2 were obtained from Speila UAB)
Žinomi dumblių ląstelėse esančių baltymų nustatymo būdai po ląstelių ardymo analoge (Meijer E.A. and R.H. VVijffels, 1998. Development of a fast, reproducible and effective method for the extraction and ąuantification of proteine of micro-algea. Biotechnology Techniąues, Vol 12, pp. 353-358) aprašytais metodais 1) ližės buferis (5 ml/l Tritono Χ-100, 0.3722 g/EDTA, 0.0348 g/ p- metilsulfonilfluorido, PMSF) 1 vai.; 2) didelės galios ultragarsinė vonelė (Ultrasons, J.P. Selecta, Barcelona.Spain), trukmė - 10 min su ližės buferiu; 3) 5 min trynimas grustūvėliu piestoje su ližės buferiu; 4) 5 min trynimas grustūvėliu piestoje su ližės buferiu ir su aliuminio oksido milteliais (biomasės ir miltelių santykis 1:1). Baltymų kiekis buvo nustatomas Louri metodu), 5) Kjeldalio metodu buvo nustatytas bendras azoto ir elementinės analizės metodu - visas azoto kiekis mėginyje.Methods for Detecting Proteins in Algal Cells after Cell Disruption in Analog (Meijer EA and RH Wijffels, 1998) Development of a Fast, Reproducible and Effective Method for Extraction and Proteinization of Micro-Algea. Biotechnology Techniques, Vol. 12, p. 353 -358) 1) lysis buffer (5 mL / L Triton Χ-100, 0.3722 g / EDTA, 0.0348 g / p-methylsulfonyl fluoride, PMSF) for 1 h; 2) high power ultrasonic bath (Ultrasons, J.P. Selecta, Barcelona.Spain), 10 min with lysis buffer; 3) 5 minutes rubbing in a mortar with a lithium buffer; 4) 5 minutes rubbing in a mortar with lithium buffer and alumina powder (1: 1 biomass to powder ratio). The protein content was determined by the Louri method), 5) The total nitrogen in the sample was determined by the Kjeldahl method and the total nitrogen in the sample.
Siūlomo metodo efektyvumo išryškinimui Spirulina platensis 1 ir Spirulina platensis 2 biomasė buvo ardyta tiek žinomais analoguose aprašytais, tiek ir išradime siūlomu būdais:In order to demonstrate the effectiveness of the proposed method, the biomass of Spirulina platensis 1 and Spirulina platensis 2 was disrupted by both known analogs and the methods of the invention:
1) Suspendavimas ližės buferyje, 1 vai.1) Suspension in lysis buffer for 1 hour.
2) Trynimas grūstuvėliu piestoje su stiklo rutuliukais: 5 min (0,5 g drėgnos biomasės - 0,1 g stiklo rutuliukų, svorio santykis - 5:1) ir suspendavimas ližės buferyje arba dist. H2O.2) Rubbing in a mortar with glass beads: 5 min (0.5 g wet biomass - 0.1 g glass balls, 5: 1 weight ratio) and slurry in lysis buffer or dist. H2O.
3) Ardymas ultragarsu: 10 min, 175 W galia, ližės buferyje arba dist. H2O (mėginys laikomas ledo vonioje).3) Ultrasonic destruction: 10 min, 175 W power, lysis buffer or dist. H 2 O (sample in ice bath).
4) (Su)ardymas išradime siūlomu metodu su elektomagnetine malykle: -1-5 g drėgnos biomasės suspenduota 3-15 mL dist. H2O, malama su smulkiomis (1-10 mm) dalelėmis 45 s ir 60 s, ir su stambiomis (5-30 mm) dalelėmis 45 s ir 60 s.4) (With) destruction by the method of the invention with an electromagnetic grinder: -1-5 g of wet biomass suspended in 3-15 mL of dist. H 2 O, milled with fine (1-10 mm) particles for 45 s and 60 s and with large (5-30 mm) particles for 45 s and 60 s.
Baltymų kiekis nustatytas Louri (Lowry) metodu. Ardymas ližės buferiu pasirodė neefektyviausias biomasės suardymo būdas, nes nustatytų baltymų kiekis yra tik ~3,85 %. Ardymu trinant piestoje su stiklo rutuliukais nustatyta, kad Spirulina 1 biomasėje yra 41,34 % , o Spirulina 2 biomasėje - 36,41 %. Labai panašios baltymų išeigos gautos suvidurkinus Lowry ir Smith’o metodais gautus duomenis iš ardytų ultragarsu mėginių - 71,76 % ir 70,84 % atitinkamai. Bretford’o metodas netinka baltymų kiekiui nustatyti bet kuriuo būdu suardytoje Spirulina biomasėje, nes sumažina jų kiekį, lyginant su Smith’o ir Lowry metodais. Išdžiovintą Spirulina 2 biomasę suardžius ultragarsu, baltymai buvo išsodinti trichloracto rūgštimi (TCA) ir jų koncentracija nustatyta anksčiau naudotais metodais. TCA išsodintų baltymų kiekio išeigos yra 65,76 ir 65,58 % atitinkamai, nustatytos Lowry ir Bretford’o metodais.Baltymų išeigos ardytoje ultragarsu, bet TCA neišsodintoje biomasėje, nustatytos Lowry ir Smith’o metodais, buvo 71,76 % ir 70,84 % atitinkamai. Gaunamą ~5 % skirtumą, lyginant baltymų išeigą ardytoje ultragarsu ir TCA neišsodintoje biomasėje, galėjo lemti tai, kad TCA gali nepilnai išsodinti baltymus, esančius mėginyje, trumpus peptidus ir/ar laisvas aminorūgštis, bet kurie nustatomi ir Lowry, ir Smith’o metodais. Baltymų kiekis TCA išsodintame mėginyje, nustatytas BredfordO metodu, yra didesnis nei ultragarsu ardytame mėginyje, dėl galimo pašalinio įvairių ultragarsu ardytoje biomasėje esančių komponentų pašalinimo išsodinant TCA.The protein content was determined by the Louri (Lowry) method. Lysis buffer destruction proved to be the most inefficient method of biomass degradation, as the protein content was only ~ 3.85%. Fragmentation with a glass bead mortar showed 41.34% Spirulina 1 biomass and 36.41% Spirulina 2 biomass. Very similar protein yields were obtained by averaging data from disassembled ultrasound samples from Lowry and Smith methods at 71.76% and 70.84%, respectively. The Bretford method is not suitable for the determination of protein content in any degraded Spirulina biomass because it reduces their content compared to the Smith and Lowry methods. After sonication of the dried Spirulina 2 biomass, the proteins were precipitated with trichloroacetic acid (TCA) and their concentration was determined by methods previously used. The yields of protein precipitated by TCA are 65.76 and 65.58%, respectively, as determined by the Lowry and Bretford methods. Protein yields by digested ultrasound but by TCA in the non-precipitated biomass were 71.76% and 70, 84% respectively. The resulting difference of ~ 5% between protein yield in digested ultrasound and TCA in non-precipitated biomass may have been due to the fact that TCA may not fully precipitate proteins present in the sample, short peptides and / or free amino acids, as determined by both Lowry and Smith. The protein content of the TCA-deposited sample, as determined by the Bradford method, is higher than that of the ultrasonically digested sample, due to the possible by-product removal of the various components present in the sonicated biomass by TCA precipitation.
Spirulina baltymų koncentracijai nustatyti klasikiniais metodais suardytoje šlapioje biomasėje tinka ir Smith’o ir Lowry metodai, o išdžiovintoje - Lowry ir Bredfordo metodai.The Smith and Lowry methods are suitable for the determination of Spirulina protein concentrations in wet biomass by classical methods and the Lowry and Bradford methods for dried biomass.
(Su)ardžius išradime siūlomu būdu elektromagnetinėje malyklėje, baltymų kiekis buvo nustatytas visais trimis metodais - Lowry, Smith’o ir Bretford’o. Didžiausia baltymų koncentracija Spirulina platensis 1 ir 2 biomasėje ir šiuo atveju nustatyta Lowry metodu - 87,76 % ir 82,77 % atitinkamai. Dalelių dydis turi įtakos proceso efektyvumui: su smulkiomios dalelėmis (1-10 mm) aptinkama daugiau baltymų, negu veikiant su stambiomis dalelėmis, bet neturi reikšmės poveikio trukmė - po 45 s ir 60 s nustatytas baltymo kiekis praktiškai nesiskiria. Su stambiomis dalelėmis (5-30 mm) poveikio trukmės liginimas nuo 45 s iki 60 s turi įtakos proceso efektyvumui, nes Bretford’o metodu aptinkama ~ 18 %, Smith’o metodu ~ 19 % ir Lowry metodu ~ 23 % daugiau baltymų, negu po 45 s, tačiau nepasiekiamas baltymų kiekio lygis, kaip po povekio 45 s smulkiomis dalelėmis.By (disrupting) the electromagnetic mill in the method of the invention, the protein content was determined by all three methods - Lowry, Smith and Bretford. The highest protein concentration in Spirulina platensis 1 and 2 biomass was 87.76% and 82.77% respectively in the case of Lowry method. Particle size influences the efficiency of the process: with fine particles (1-10 mm), more protein is detected than with large particles, but the effect duration is not significant - the amount of protein detected after 45 s and 60 s is practically the same. Lengthening of exposure time from 45 s to 60 s with coarse particles (5-30 mm) influences process efficiency, with ~ 18% more protein detected by the Bretford method, ~ 19% by the Smith method and ~ 23% by the method of Lowry. after 45 s, but the protein level is not reached as after 45 s of fine particles.
Analogišku būdu pagal 1 pavyzdžio metodiką buvo ardomos ir Chlorella vulgaris dumblių ląstelės, siekiant išskirti baltymus.Similarly, algal cells from Chlorella vulgaris were disrupted to isolate proteins according to the procedure of Example 1.
pavyzdys. Chlorella dumblių ląstelių ardymas ir pigmentų išskyrimasexample. Chlorella algae cell disruption and pigment release
Chlorella vulgaris 269, C.vulgaris 896 ir C.et.vulgaris dumbliai buvo kultivuoti 14 dienų Bristol modifikuotoje maitinimo terpėje, 25°+1° C temperatūroje, esant dirbtiniam apšvietimui.Chlorella vulgaris 269, C.vulgaris 896, and C.et.vulgaris algae were cultured for 14 days in Bristol modified medium at 25 ° + 1 ° C under artificial light.
Iš biomasės mėginio gauta 120 ml dumblių koncentrato, kuris buvo apdorojamas pagal 1 pavyzdžio metodiką, tik pridedant feromagnetinių dalelių santykiu 7:1 ir 1 min taikant 50 Hz sukamąjį magnetinį lauką, kurio magnetinio srauto tankis apdorojimo zonos centre sudarė 0,17 T. Fig. 3 (A, B) pateiktos dumblių Chlorella vulgaris ląstelių iki (su)ardymo (A) ir po (su)ardymo (B) mikroskopinio vaizdo nuotraukos.The biomass sample yielded 120 ml of algal concentrate, which was treated according to the procedure of Example 1, only by adding ferromagnetic particles in a ratio of 7: 1 and 1 min using a 50 Hz rotating magnetic field with a magnetic flux density of 0.17 T. 3 (A, B) Photographs of microscopic images of algal Chlorella vulgaris cells before (with) destruction (A) and after (with) destruction (B).
Pigmentai buvo išskiriami įprastais būdais, ekstrahuojant tinkamais organiniai tirpikliais (acetonas, etilo alkoholis arba jų mišiniai). Chlorella pigmentų kokybinei identifikacijai panaudota plonasluoksnė chromatografija (angį. Thin LayerThe pigments were isolated by conventional techniques and extracted with suitable organic solvents (acetone, ethyl alcohol or mixtures thereof). Thin Layer Chromatography for Qualitative Identification of Chlorella Pigments
Chromaotography, TLC). Apskaičiuoti kiekvienos pigmentų dėmės, pasiskirsčiusios ant chromatografinės plokštelės, pasiskirstymo koeficientai (Rf). Pigmentų dėmės identifikuotos lyginant jų pasiskirstymo koeficientus su žinomais pigmentų pasiskirstymo koeficientų standartais. Ant chromatografinės plokštelės iš kiekvienoChromaotography, TLC). Partition coefficients (Rf) for each pigment spot on a chromatographic plate were calculated. Pigment spots were identified by comparing their partition coefficients with known pigment partition coefficient standards. On a chromatographic plate of each
Chlorella kultūrų ekstrakto ryškiai pasiskirstė po 4 pigmentų dėmes.Chlorella culture extract showed a pronounced distribution of 4 pigment stains.
Chromatografinėje plokštelėje visų Chlorella ekstraktų pigmentų dėmės yra pasiskirsčiusios vienodai (Fig. 4) , pigmentų įvairovė - ta pati. Apskaičiuoti TLC pasiskirstymo koeficientai ir pagal tai identifikuoti pigmentai pateikti 5-oje lentelėje.In the chromatographic plate, the pigment spots of all Chlorella extracts are uniformly distributed (Fig. 4) and the pigment variety is the same. The calculated TLC partition coefficients and the pigments identified from this are shown in Table 5.
lentelėtable
Identifikuoti pigmentai pagal pasiskirstymo koeficientusPigments by partition coefficients were identified
Pasiskirstymo koeficientai Chlorella ekstraktuose atitinka šiuos pigmentus: ksantofilus, chlorofilą a, chlorofilą b ir β karoteną. Kitų pigmentų kokybiškai aptikti nepavyko.Partition coefficients for Chlorella extracts correspond to the following pigments: xanthophylls, chlorophyll a, chlorophyll b, and β-carotene. Other pigments could not be detected qualitatively.
Spektrofotometru išmatuota pigmentų sugertis ties atitinkamais bangų ilgiais ir pagal jos reikšmes apskaičiuotos kiekvienos Chlorella kultūros chlorofilo a, b, c ir karotenoidų koncentracijos (6 lentelė).The absorbance of the pigments at the appropriate wavelengths was measured with a spectrophotometer and the chlorophyll a, b, c and carotenoid concentrations of each Chlorella culture were calculated (Table 6).
lentelėtable
Tirtų Chlorella kultūrų pigmentų koncentracijų reikšmėsValues of pigment concentrations of Chlorella cultures tested
Analogiškai ardant dumblių ląsteles sukamuoju magnetiniu lauku pagal siūlomą išradimą, galima iš to paties dumblių koncentrato paeiliui išskirti daugiau nei vieną juose esančių bioproduktų, pavyzdžiui, tiek lipidus, tiek baltymus ( pvz., iš Botryoccocus braunii ar kt J.By analogous disruption of algal cells with a rotating magnetic field according to the present invention, it is possible to sequentially isolate more than one of the bioproducts contained therein from the same algae concentrate, e.g., both lipids and proteins (e.g., Botryoccocus braunii et al.
Apdorojant dumblių ląsteles sukamuoju magnetiniu lauku pagal išradimą, darbo bloke atsiranda stiprūs lokaliniai elektromagnetiniai laukai. Kintamas magnetinis laukas kuria elektrinį lauką, o pastarojo sukurta srovė - papildomą magnetinį lauką. Be sukurtų papildomų laukų elektromagnetinės malyklės darbo bloke susidaro ir akustinės bangos - garsinės ir ultragarsinės. Jų šaltinis - judančios feromagnetinės dalelės, taip pat iššaukiančios ir kavitacijos efektą.By treating algal cells with a rotating magnetic field according to the invention, strong local electromagnetic fields are generated in the working unit. An alternating magnetic field generates an electric field and the current generated by the latter produces an additional magnetic field. In addition to creating additional fields, the actuator wave generates acoustic waves - acoustic and ultrasonic. They originate from moving ferromagnetic particles that also cause cavitation effects.
Esant pakankamai didelėms smūgių galioms pradeda veikti fiziniai ir cheminiai procesai, kurie normaliomis sąlygomis neįmanomi: pvz., deformuojama medžiagos kristalinė gardelė, ženkliai padidėja apdorojamų medžiagų cheminis aktyvumas. Smūgių vietoje slėgis siekia tūkstančius megapasakalių, todėl dėl tokio poveikio ženkliai išauga laisvosios energijos kiekis. Be to, šį procesą dar skatina ir lokaliniai elektromagnetiniai laukai. Sūkurinio sluoksnio tūrio vienete sukuriama didele galia ir, kaip minėta, visuminis poveikis lemia dumblių ląstelių sienelių greitą suardymą ir leidžia veiksmingai išskirti tikslinius ląstelėje sukauptus bioproduktus (lipidus, baltymus, pigmentus, vitaminus ir kt.) iš suardytos dumblių biomasės, naudojant mažas energijos ir laiko sąnaudas.At sufficiently high impact forces, physical and chemical processes occur which are not possible under normal conditions: for example, the crystalline lattice of the material is deformed, and the chemical activity of the materials to be treated is significantly increased. The impact at the impact site is in the thousands of megapixels, resulting in a significant increase in free energy. In addition, local electromagnetic fields contribute to this process. The high power generated by the vortex volume unit and, as mentioned above, the cumulative effect results in the rapid destruction of algal cell walls and allows the efficient extraction of target cellular bio products (lipids, proteins, pigments, vitamins, etc.) from degraded algal biomass. costs.
Būtinas ir pakankamas ląstelių sienelių suardymui elektromagnetinių laukų superpozicijos poveikis pagal išradimą ne tiktai leidžia greitai ir efektyviai gauti dumblių ląstelių lizatą, iš kurio galima kiekybiškai išskirti dumbliuose sukauptus naudingus bioproduktus, palengvina flokuliaciją ir t.t., bet - svarbiausia - užtikrina lizuotos biomasės (bioproduktais praturtintos terpės) kokybiškumą, maksimaliai išsaugo išlaisvintų bioproduktų nepakitusią cheminę sandarą ir biologinį aktyvumą, nes nenaudojami jam kenkiantys arba jį mažinantys faktoriai: aukšta temperatūra, agresyvios, aplinkai kenkiančios cheminės medžiagos (pvz., šarmai, rūgštys, abrazyvinės, paviršiaus aktyvios medžiagos (PAV), detergentai), ilgai trunkantis, didelės jėgos slėgimas.Necessary and sufficient effect of superposition of electromagnetic fields on cell wall disruption according to the invention not only allows rapid and efficient algae cell lysate quantification of useful bio-products accumulated in algae, facilitates flocculation, etc., but most importantly provides lysed biomass (media enriched media). quality, maintains the unchanged chemical structure and biological activity of the released bioproducts without the use of damaging or degrading factors: high temperature, aggressive, environmentally harmful chemicals (eg alkalis, acids, abrasives, surfactants (EIA), detergents) , long lasting, high force pressure.
Claims (11)
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
LT2012072A LT6018B (en) | 2012-08-13 | 2012-08-13 | The method and system of algae cell disturbance and isolation of bioproduts |
EP13717576.6A EP2882839A1 (en) | 2012-08-13 | 2013-03-13 | Method and system of algal cells disruption and isolation of bioproducts therefrom |
PCT/LT2013/000005 WO2014027871A1 (en) | 2012-08-13 | 2013-03-13 | Method and system of algal cells disruption and isolation of bioproducts therefrom |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
LT2012072A LT6018B (en) | 2012-08-13 | 2012-08-13 | The method and system of algae cell disturbance and isolation of bioproduts |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
LT2012072A LT2012072A (en) | 2014-02-25 |
LT6018B true LT6018B (en) | 2014-04-25 |
Family
ID=48142849
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
LT2012072A LT6018B (en) | 2012-08-13 | 2012-08-13 | The method and system of algae cell disturbance and isolation of bioproduts |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
EP (1) | EP2882839A1 (en) |
LT (1) | LT6018B (en) |
WO (1) | WO2014027871A1 (en) |
Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN104962473B (en) * | 2015-06-02 | 2018-08-31 | 中国农业大学 | A method of microalgae is cultivated stage by stage using sewage |
JP6880571B2 (en) * | 2016-05-20 | 2021-06-02 | Jnc株式会社 | Recovery method and recovery device for microorganisms in aqueous solution using magnetic particles |
CN113801725A (en) * | 2021-09-18 | 2021-12-17 | 华中科技大学 | Biofuel and preparation method and application thereof |
Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4065875A (en) | 1976-09-17 | 1978-01-03 | University Of Delaware | Selective destruction of certain algae |
SU662046A1 (en) | 1977-04-04 | 1979-05-15 | Волгоградское Головное Проектно-Конструкторское Бюро Мясной И Молочной Промышленности | Cheese washing machine |
UA24468U (en) | 2004-06-14 | 2007-07-10 | Kovalevskyi Inst Of Southern S | Method for extraction of lipids and pigments from unicellular algae |
US20100261918A1 (en) | 2009-04-13 | 2010-10-14 | Board Of Regents, The University Of Texas System | Novel Process for Separating Lipids From a Biomass |
WO2010123903A1 (en) | 2009-04-20 | 2010-10-28 | Originoil, Inc. | Systems, apparatus and methods for obtaining intracellular products and cellular mass and debris from algae and derivative products and process of use thereof |
WO2010132414A1 (en) | 2009-05-11 | 2010-11-18 | Phycal Llc | Biofuel production from algae |
WO2011069070A2 (en) | 2009-12-03 | 2011-06-09 | Bard Holding, Inc. | Process and system for producing algal oil |
WO2012021831A2 (en) | 2010-08-13 | 2012-02-16 | Origin Oil, Inc. | Procedure for extracting of lipids from algae without cell sacrifice |
Family Cites Families (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU662043A1 (en) | 1976-12-27 | 1979-05-15 | Сибирский технологический институт | Method of destructing algae cell wall |
EP1650297B1 (en) * | 2004-10-19 | 2011-04-13 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Method and apparatus for the rapid disruption of cells or viruses using micro magnetic beads and laser |
US8722375B2 (en) | 2010-03-05 | 2014-05-13 | Raytheon Company | Algal cell lysis and lipid extraction using electromagnetic radiation-excitable metallic nanoparticles |
US20130224822A1 (en) * | 2010-07-07 | 2013-08-29 | Richard Sayre | Modification of microalgae for magnetic properties |
WO2012010969A2 (en) | 2010-07-20 | 2012-01-26 | Board Of Regents, The University Of Texas System | Electromechanical lysing of algae cells |
-
2012
- 2012-08-13 LT LT2012072A patent/LT6018B/en not_active IP Right Cessation
-
2013
- 2013-03-13 WO PCT/LT2013/000005 patent/WO2014027871A1/en active Application Filing
- 2013-03-13 EP EP13717576.6A patent/EP2882839A1/en not_active Withdrawn
Patent Citations (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4065875A (en) | 1976-09-17 | 1978-01-03 | University Of Delaware | Selective destruction of certain algae |
SU662046A1 (en) | 1977-04-04 | 1979-05-15 | Волгоградское Головное Проектно-Конструкторское Бюро Мясной И Молочной Промышленности | Cheese washing machine |
UA24468U (en) | 2004-06-14 | 2007-07-10 | Kovalevskyi Inst Of Southern S | Method for extraction of lipids and pigments from unicellular algae |
US20100261918A1 (en) | 2009-04-13 | 2010-10-14 | Board Of Regents, The University Of Texas System | Novel Process for Separating Lipids From a Biomass |
WO2010123903A1 (en) | 2009-04-20 | 2010-10-28 | Originoil, Inc. | Systems, apparatus and methods for obtaining intracellular products and cellular mass and debris from algae and derivative products and process of use thereof |
WO2010132414A1 (en) | 2009-05-11 | 2010-11-18 | Phycal Llc | Biofuel production from algae |
US20120095245A1 (en) | 2009-05-11 | 2012-04-19 | Phycal, Inc. | Biofuel production from algae |
WO2011069070A2 (en) | 2009-12-03 | 2011-06-09 | Bard Holding, Inc. | Process and system for producing algal oil |
WO2012021831A2 (en) | 2010-08-13 | 2012-02-16 | Origin Oil, Inc. | Procedure for extracting of lipids from algae without cell sacrifice |
Non-Patent Citations (6)
Title |
---|
HUMPHREY A.M.: "Chlorophyll as a color and functional ingredient", J FOOD SCI, 2004, pages 422 - 425 |
MATA T.M. ET AL.: "Microalgae for biodiesel production and other applications: A review", RENEWABLE AND SUSTAINABLE ENERGY REVIEWS, 2010, pages 217 - 232, XP026670594, DOI: doi:10.1016/j.rser.2009.07.020 |
PULZ O, GROSS W.: "Valuable products from biotechnology of microalgae", APPL. MICROBIOL. BIOTECHNOL, 2004, pages 635 - 648, XP055172247, DOI: doi:10.1007/s00253-004-1647-x |
Retrieved from the Internet <URL:http://www.oilgae.com/algae/oil/extract.html> |
SIMON D. AND HALLIWELL S.: "Extrxtion and quantification of chlorophyl from freshwater green algae", WATER RESEARCH, 1998, pages 2220 - 2223 |
SPEARS K.: "Developments in food solourings: the natural alternatives", TRENDS BIOTECHNOL., 1988, pages 283 - 288 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
EP2882839A1 (en) | 2015-06-17 |
LT2012072A (en) | 2014-02-25 |
WO2014027871A1 (en) | 2014-02-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Goh et al. | Sustainability of direct biodiesel synthesis from microalgae biomass: A critical review | |
Chen et al. | Determination of microalgal lipid content and fatty acid for biofuel production | |
Tommasi et al. | Enhanced and selective lipid extraction from the microalga P. tricornutum by dimethyl carbonate and supercritical CO2 using deep eutectic solvents and microwaves as pretreatment | |
Hoang et al. | Extraction of squalene as value-added product from the residual biomass of Schizochytrium mangrovei PQ6 during biodiesel producing process | |
Pérez et al. | An effective method for harvesting of marine microalgae: pH induced flocculation | |
Benavides et al. | Productivity and biochemical composition of Phaeodactylum tricornutum (Bacillariophyceae) cultures grown outdoors in tubular photobioreactors and open ponds | |
KR101961958B1 (en) | Extraction of lipid from cells and products therefrom | |
Moheimani et al. | Non-destructive oil extraction from Botryococcus braunii (Chlorophyta) | |
ES2406189B2 (en) | Procedure for the extraction of lipids from algal biomass. | |
Wahidin et al. | Rapid biodiesel production using wet microalgae via microwave irradiation | |
Bondioli et al. | Oil production by the marine microalgae Nannochloropsis sp. F&M-M24 and Tetraselmis suecica F&M-M33 | |
Halim et al. | Extraction of oil from microalgae for biodiesel production: A review | |
Wu et al. | Evaluation of several flocculants for flocculating microalgae | |
Sanyano et al. | Coagulation–flocculation of marine Chlorella sp. for biodiesel production | |
Han et al. | Beneficial changes in biomass and lipid of microalgae Anabaena variabilis facing the ultrasonic stress environment | |
Kowthaman et al. | A comprehensive insight from microalgae production process to characterization of biofuel for the sustainable energy | |
Zhou et al. | Optimization of microwave assisted lipid extraction from microalga Scenedesmus obliquus grown on municipal wastewater | |
Polakovičová et al. | Process integration of algae production and anaerobic digestion | |
WO2009073816A1 (en) | Optimization of biofuel production | |
MX2011000178A (en) | Process for the extraction of fatty acids from algal biomass. | |
AU2012214187A1 (en) | Aqueous extraction methods for high lipid microorganisms | |
Russell et al. | Microalgae for lipid production: Cultivation, extraction & detection | |
Zalogin et al. | Azide improves triglyceride yield in microalgae | |
LT6018B (en) | The method and system of algae cell disturbance and isolation of bioproduts | |
AU2012236994B2 (en) | A method for recovering lipids from a microorganism |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
BB1A | Patent application published |
Effective date: 20140128 |
|
FG9A | Patent granted |
Effective date: 20140425 |
|
MM9A | Lapsed patents |
Effective date: 20160813 |