CZ2013323A3 - Způsob zpracování řas a sinic - Google Patents

Způsob zpracování řas a sinic Download PDF

Info

Publication number
CZ2013323A3
CZ2013323A3 CZ2013-323A CZ2013323A CZ2013323A3 CZ 2013323 A3 CZ2013323 A3 CZ 2013323A3 CZ 2013323 A CZ2013323 A CZ 2013323A CZ 2013323 A3 CZ2013323 A3 CZ 2013323A3
Authority
CZ
Czechia
Prior art keywords
algae
suspension
cyanobacteria
sorbent
disruption
Prior art date
Application number
CZ2013-323A
Other languages
English (en)
Other versions
CZ304392B6 (cs
Inventor
Jiří Sobek
Milan Hájek
Václav Veselý
Miroslav Punčochář
VladimĂ­r CĂ­rkva
Original Assignee
Ústav Chemických Procesů Akademie Věd České Republiky
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ústav Chemických Procesů Akademie Věd České Republiky filed Critical Ústav Chemických Procesů Akademie Věd České Republiky
Priority to CZ2013-323A priority Critical patent/CZ2013323A3/cs
Publication of CZ304392B6 publication Critical patent/CZ304392B6/cs
Publication of CZ2013323A3 publication Critical patent/CZ2013323A3/cs

Links

Landscapes

  • Micro-Organisms Or Cultivation Processes Thereof (AREA)
  • Preparation Of Compounds By Using Micro-Organisms (AREA)
  • Extraction Or Liquid Replacement (AREA)

Abstract

Řešení se týká způsobu zpracování řas a sinic pro získání oleje vzniklého narušením jejich buněčné stěny s použitím mikrovlnného záření. Vodná suspenze řas se nejprve upraví přidáním hydrofobního sorbentu v množství 0,5 až 5 % hmotn. a takto upravená suspenze se při tlaku 200 až 2000 kPa zahřeje účinkem mikrovlnného záření na teplotu 105 až 190 .degree.C po dobu 1 až 5 min. Suspenze se následně nechá expandovat a po jejím ochlazení a oddělení rozrušených řas se z vodní vrstvy oddělí sorbent s naadsorbovaným olejem, který se izoluje extrakčním činidlem.

Description

Způsob zpracování řas a sinic
Oblast techniky
Vynález se týká způsobu zpracování řas a sinic pro získání oleje vzniklého narušením jejich buněčné stěny s použitím mikrovlnného záření.
Dosavadní stav techniky
Rasy, případně sinice, mají velký potenciál pro použití např. v biotechnologii, vzhledem ke své vysoké růstové rychlosti a možnosti průmyslového pěstování v masových suspenzních kulturách, které jsou snadno technicky ovladatelné. Navíc mohou být instalovány i v lokalitách nevhodných pro pěstování vyšších rostlin. Jsou popsány různé metody jejich transformace, jako je mletím podle US 20120018556, tlakem, extrakcí, enzymatickou degradací, osmózou apod. včetně genetických přeměn, jak je uvedeno v americkém patentu US 5,661,017.
V současné době je stále větší tlak nahrazovat potraviny a potravinové doplňky přírodními látkami. Vhodné kultury řas mohou produkovat cenné biogenní a nutriční látky, například inhibitory acetylcholinesterázy podle CZ 299567, které příznivě působí na zdraví lidského organizmu, nebo doplňují díky svým nutričním vlastnostem přirozený zdroj žádaných potravinových komponent, například rostlinné olej) podle CZ 302J18. Tyto látky produkují řasy během svého růstu a vegetace a jsou tvořeny uvnitř buněčné stěny a tedy jsou označovány jako intracelulámí produkty. Pro jejich efektivní získání je tedy nutné tuto buněčnou stěnu rozrušit tak, aby obsah cenných látek mohl být rychlým a levným způsobem izolován, anebo aby mohly být sinice nebo řasy použity přímo pro výživu zvířat nebo lidí.
Rozrušení buněčné stěny je řešeno například v patentu CZ 299567, kde lyofilizované řasy jsou homogenizovány mořským pískem a následně třikrát extrahovány. Homogenizace pískem, tj. mechanické rozrušení buněčné stěny řasy nebo sinice, není příliš účinný proces, a proto je také v patentu popsána několikanásobná extrakce, která je finančně nákladná. Literatura uvádí rozrušení buněčné stěny řasy nebo sinice pomocí ultrazvuku viz „Review Disruption of microbial cells for intracellular products“, Enzyme Microb. Technol. 1986 vol. 8, nebo patent US 5,629,185, dále pomocí vysokého tlaku nebo mechanickým rozrušením podle US 2012/0018556, chemickým a enzymatickým rozrušením buněčné stěny řasy nebo sinice.
Nevýhody jmenovaných metod jsou následující. Při ultrazvukovém rozrušení dochází ke značné spotřebě energie a k nehomogenitě rozrušení buněčné stěny řasy nebo sinice. K nestejnoměrnosti rozrušení buněčné stěny také dochází při využití vysokého tlaku.
- *4 · · · « • · * · * β 4 « · « « «
- 2 ’
Chemické rozrušení buněčné stěny je sice vysoce účinné, ale vzhledem k dlouhému působení chemických činidel dochází k degradaci intracelulárního materiálu. Enzymatické rozrušení toto sice z části eliminuje, ale pro jeho použití je nutné sterilizovat celý buněčný obsah a použít poměrně drahé typy enzymů, což je ekonomicky neefektivní.
Dalšíí způsobem rozrušení buněčné stěny je tzv. metoda hydrodynamické kavitace, která je popsána v v US 2010/0151540. Tato metoda je dle popsaného způsobu ekonomicky nevýhodná, protože pro účinnou hydrodynamickou kavitaci musejí být použity velmi zředěné suspenze řas a sinic. Tyto suspenze jsou jen velice těžce oddělitelné, a proto následné operace vyžadují vysoké investiční prostředky a velké provozní náklady na jednotkové množství rozrušených řas.
Jiný způsob rozrušení řas je popsán v patentovém spisu WO2011/022228 účinkem střídavého působení hypertonického a hypotonického prostředí. Dle patentu jde o poměrně složitou operaci, vysoce nákladnou, s vysokou spotřebou vody a průmyslově jen málo využitelnou. Podobně jako řasy se chovají i sinice.
Současné nebo oddělené použití ultrazvuku a mikrovlnného záření je popsáno ve španělském patentu ES 2 304 839 a kanadském patentu CA 2 61 1 533. Čínské patenty CN 101233939, CN 101016,. 514, CN 101972622 a japonský patent JP 62138171 popisují využití mikrovlnného záření při získání a přeměně řas pro různé, zejména potravinářské účely. Je zřejmé, že zpracování řas výše uvedenými metodami je zatíženo nevýhodou, zejména v procesu jejich separace.
Podstata vynálezu
Výše uvedené nedostatky jsou odstraněny ve značné míře způsobem zpracování řas a sinic pro získání oleje vzniklého narušením jejich buněčné stěny s použitím mikrovlnného záření jehož podstata spočívá v tom, že vodná suspenze řas se upraví přidáním hydrofobního sorbentu v množství 0,5 až 5 % hm(á“takto upravená suspenze se při tlaku'2 až 20 baru) zahřeje účinkem mikrovlnného záření na teplotu 105 až 190 °C po dobu 1 až 5 min,, načež se suspenze nechá expandovat a po jejím ochlazení a oddělení rozrušených řas se z vodní vrstvy oddělí sorbent s naadsorbovaným olejem, který se izoluje extrakčním činidlem.
Jako extrakční činidlo lze s výhodou použít nepolární uhlovodík a jako hydrofobní sorbent kalcinovaný přírodní minerál ve formě granulátu, expandovaný grafit nebo aktivní uhlí.
Suspenze řas nebo sinic obsahuje od 0,01 γ 10·% hmi řas nebo sinic ve vodě a je získána po vegetačním období, kdy se živný roztok obsahující řasy nebo sinice odstřeďuje, nebo je upraven na pH od 9 až 14 pomocí amoniaku, louhu sodného, draselného nebo • 3 - vápenatého, kdy dojde k flokulaci řas, jejich usazení a následné snadné filtraci. Tímto je možné eliminovat značný objem vody v procesu a získat zkoncentrovanou suspenzi řas nebo sinic.
Účinnost mikrovlnného ohřevu je přímo dána velikostí permitivity materiálu. Zjednodušeně je možné tvrdit, že čím je permitivita materiálu vyšší, tím efektivnější a rychlejší bude jeho ohřev v mikrovlnném poli. Selektivní ohřev je založen na klesající permitivitě vody při vzrůstající teplotě a na zvyšující se permitivitě buněčného materiálu při zvyšující se teplotě. Při ohřevu vody z 20 °C na 100 °C dochází k poklesu permitivity vody až na jednu polovinu. Čím menší je permitivita materiálu, tím méně má materiál schopnost ohřívat se v mikrovlnném poli. U buněčného (intracelulárního) materiálu je situace opačná. Se zvyšující se teplotou jeho permitivita roste. Buněčný materiál je tedy efektivně zahříván při teplotách nad 100 °C, a protože jeho permitivita je vyšší než permitivita vody, dochází kjeho přednostnímu selektivnímu ohřátí. Tím se buněčný materiál přehřívá a dochází tak k rychlému zvýšení tlaku uvnitř buňky. ।
Suspenze obsahující 0,01 až 10% hm. řas nebo sinic se zahřeje účinkem mikrovlnného záření v rozsahu teplot od 105 do 190 °C za současného zvýšení tlakúod 2 do 20 barů) Ohřev probíhá vysokou rychlostí v celém objemu. Od teploty přesahující 105 °C klesá permitivita vody téměř na jednu třetinu ve srovnání s hodnotou při 20 °C. S klesající permitivitou vody klesá její absorpce mikrovlnného záření tj. schopnost se ohřívat mikrovlnným polem, a současně stoupá absorpce buněčného materiálu, u něhož se permitivita materiálu se zvyšující teplotou zvyšuje. Tím je zaručen účinný selektivní ohřev buněčného materiálu uvnitř buněčné stěny řasy. Při dosažení teploty 105 až 190 °C dojde k expanzi vodné suspenze řas nebo sinic a k vyloučení oleje za současné absorpce vzniklého oleje na hydrofobním sorbentu. Jako účinný sorbent se použije hydrofobní sorbent na olej, jako je např. kalcinovaný přírodní minerál typu Densorb ve formě granulátu nebo expandovaný grafit typu Sorbeum - čistý uhlík, nebo běžně používané aktivní uhlí.
Při expanzi takové suspenze nastává následně efektivní rozrušení buněčné stěny. Expanze se provádí rychlou změnou tlaku tj. rychlým uvolněním tlaku do atmosféry. Suspenze řas nebo sinic je expandována do sběrné nádoby. Při tomto procesu je suspenze účinně chlazená. Tento efekt má příznivý vliv pro využití řas v potravinářství, neboť řízeným přehřátím buněčného materiálu vznikají látky vhodné pro zdravou výživu.
Mikrovlnný ohřev dle popsaného způsobu separace oleje podle vynálezu je energeticky velmi úsporný, nebot se uspoří 30 až 50% elektrické energie ve srovnání s klasickými metodami ohřevu. Dále má nespornou výhodu v selektivitě a homogenitě ohřevu celé vsázky a tím eliminaci tvorby přehřátého nánosu řas na stěnách reaktoru. Vzhledem k « * ♦ « 4 * selektivnímu ohřevu se současným působením tlaku dochází k homogennímu a účinnému rozrušení řas a k separaci oleje aktivním sorbentem.
Příklady provedení vynálezu
Příklad 1
Do mikrovlnného tlakového reaktoru se vloží 0,5 kg vodné suspenze řas o složení 1(% hmýřas nebo sinic a v přítomnosti 5 g aktivního uhlí se vystaví mikrovlnnému záření o frekvenci 2450 MHz a výkonu 700 W po dobu 1 minuty při teplotě 150 °C a tlakÚ(15 barul Zahřátá suspenze se nechá expandovat do sběrné nádoby, čímž dojde k částečnému ochlazení vsázky následované rozrušením buněčné stěny řas a k separaci oleje povrchovou absorpcí na sorbentu. Absorbovaný olej se izoluje ze sorbentu zahřátím nebo extrakcí.
Příklad 2
100 litru suspenze řas o obsahu 0,01 % hmr řas s živným roztokem se vloží do přípravné nádoby a k této suspenzi je přidáván amoniak, dokud se pH nezmění na na hodnotu 9,7. Roztok je míchán 10 min a vzniklé flokulované řasy jsou sedimentovány a následně filtrovány. Takto se získá 0,5 kg suspenze řas o obsahu 2°/o hmúřas, která se po přidání expandovaného grafitu jako sorbentu vloží do mikrovlnného reaktoru a vystaví se mikrovlnnému záření o frekvenci 2450 MHz o výkonu 700 W po dobu 1 minuty při teplotě 170 C. Zahřátá suspenze se nechá expandovat do sběrné nádoby, čímž dojde k částečnému zchlazení vsázky a účinnému rozrušení řas. Vzniklý olej se extrahuje ze sorbentu nepolárním uhlovodíkem např. hexanem.
Tab. 1 Vyhodnocení rozrušení buněčné stěny řas
Typ rozrušení řas Doba rozrušení (min) Hmotnost suspenze (g) Koncentrace suspenze (%hmř řas) Rozrušení (%) Extrahovatelnost (%)
Mechanické mlýnem 30 500 1 30 10
Ultrazvukem 30 500 1 60 40
Tlakem bez mikrovlnného ohřevu Tlakem s mikrovlnným 30 500 1 72 53
ohřevem a následnou expanzí Tlakem s mikrovlnným 10 500 1 98 97
ohřevem a následnou expanzí 10 500 2 98 97
V Tabulce 1 jsou porovnané výsledky různých typů rozrušení řas a extrakcí vzniklého oleje sorbentem. Dobou rozrušení se rozumí následující souhrn operací: ohřev + ochlazení + expanze. Pracovní tlak byl-15 barů) Z výsledku vyplynulo, že nej efektivnější a nejméně energeticky náročnou metodou je metoda použitá podle vynálezu, tj. získání oleje po rozrušení buněčné stěny řas mikrovlnným ohřevem v součinnosti se sorbentem. V tabulce jsou uvedeny, doba rozrušení, hmotnost suspenze a její koncentrace v hmotnostních procentech vztaženo na řasy. V posledních dvou sloupcích je uvedena účinnost rozrušení v %, která byla vyhodnocena pomocí mikroskopu s UV světlem, kde se detekce provádí pomocí fluorescenčních (nerozrušených) a tmavých (rozrušených) řas počítáním množství těchto řas a jejich porovnáním v odebraném vzorku. Extrahovatelnost je vhodnou metodou, jak zjistit, zda jsou řasy rozrušené a olej uvolněný. Čím větší počet buněčných stěn je rozrušen, tím se lépe řasy zpracovávají. Jako standart byly vzaty řasy, které byly extrahovány v několika cyklech hexanem, byly vysušeny a zváženy až do konstantní váhy.
Uvedenou metodou se zjistilo, že obsah extrahovatelných látek v řase činní 22 %, což je v tabulce vyjádřenou jako 100 %. Vzorky, uvedené v tabulce po rozrušení buněčné stěny různými metodami byly vysušeny a extrahovány 10 min v hexanu o teplotě 35 °C za stejný čas. Rasy byly následně odstraněny z hexanu filtrací a byly vysušeny. Hexanový roztok byl následně odpařen při sníženém tlaku. Řasy po extrakci byly zváženy a účinnost extrakce byla vyjádřena v % jako extrahovatelnost (Tab. 1).
Průmyslová využitelnost
Vynález lze využít k výrobě oleje z řas nebo sinic, který má široké použití v potravinářství například pro potravinové doplňky a další výrobky v oblasti zdravé výživy.

Claims (1)

  1. Patentové nároky
    Způsob zpracování řas a sinic pro získání oleje vzniklého narušením jejich buněčné stěny s použitím mikrovlnného záření vyznačující se tím, že vodná suspenze řas se upraví přidáním hydrofobního sorbentu v množství 0,5 až 5 % hmí á takto upravená suspenze se při tlakifo až 20 barů, zahřeje účinkem mikrovlnného záření na teplotu 105 až 190 C po dobu 1 až 5 min^, načež se suspenze nechá expandovat a po jejím ochlazení a oddělení rozrušených řas se z vodní vrstvy oddělí sorbent s naadsorbovaným olejem, který se izoluje extrakčním činidlem.
    Způsob zpracování řas a sinic podle nároku 1, vyznačující se tím, že jako extrakční činidlo se použije nepolární uhlovodík.
    Způsob zpracování řas a sinic podle nároku 1 nebo 2^ vyznačující se tím, že jako hydrofobní sorbent se použije kalcinovaný přírodní minerál ve formě granulátu, expandovaný grafit nebo aktivní uhlí.
CZ2013-323A 2013-04-30 2013-04-30 Způsob zpracování řas a sinic CZ2013323A3 (cs)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CZ2013-323A CZ2013323A3 (cs) 2013-04-30 2013-04-30 Způsob zpracování řas a sinic

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CZ2013-323A CZ2013323A3 (cs) 2013-04-30 2013-04-30 Způsob zpracování řas a sinic

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CZ304392B6 CZ304392B6 (cs) 2014-04-09
CZ2013323A3 true CZ2013323A3 (cs) 2014-04-09

Family

ID=50436545

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CZ2013-323A CZ2013323A3 (cs) 2013-04-30 2013-04-30 Způsob zpracování řas a sinic

Country Status (1)

Country Link
CZ (1) CZ2013323A3 (cs)

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102994220B (zh) * 2012-11-30 2014-08-13 新奥科技发展有限公司 微波辅助绿色溶剂微藻湿法提油方法

Also Published As

Publication number Publication date
CZ304392B6 (cs) 2014-04-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Hamid et al. Harvesting microalgae, Chlorella sp. by bio-flocculation of Moringa oleifera seed derivatives from aquaculture wastewater phytoremediation
Li et al. Removal of Microcystis aeruginosa using hydrodynamic cavitation: performance and mechanisms
Ansari et al. Microalgal cultivation using aquaculture wastewater: integrated biomass generation and nutrient remediation
Ansari et al. Evaluation of various cell drying and disruption techniques for sustainable metabolite extractions from microalgae grown in wastewater: A multivariate approach
Pandey et al. Experimental studies on zeta potential of flocculants for harvesting of algae
Xu et al. Chitin purification from shrimp wastes by microbial deproteination and decalcification
Gorin et al. Methods coagulation/flocculation and flocculation with ballast agent for effective harvesting of microalgae
HK1210670A1 (en) Methods of processing waste activated sludge
Mal et al. Facets of diatom biology and their potential applications
Niphadkar et al. Ultrasound‐assisted three‐phase partitioning of polyphenol oxidase from potato peel (Solanum tuberosum)
KR101593108B1 (ko) 천연 광물에 포함된 광물계 소마티드를 이용한 다기능 천연젤 및 천연 파우더 제조방법
Tamil Selvam et al. Nutrient Removal of POME using POME isolated microalgae strain, Characium sp.
ES2559902A1 (es) Procedimiento de reducción de contaminantes en materia vegetal proteica
Kadir et al. Simultaneous harvesting and cell disruption of microalgae using ozone bubbles: optimization and characterization study for biodiesel production
JP2018093766A (ja) 塩分を含有する培養液で培養されたオーランチオキトリウム属に属する微細藻類の脱塩乾燥製品の製造方法
Saridewi et al. Synthesis and characterization of ZnO nanoparticles using pumpkin seed extract (Cucurbita moschata) by the sol-gel method
KR20180115421A (ko) 토양 개량제의 제조방법 및 이 제조방법에 의해 제조된 중간 혼합물을 이용한 식물 배양액의 제조방법
Mohamed et al. Optimising Chlorella vulgaris bioflocculation by Aspergillus Niger pellets and their application in wastewater treatment and lipid production
Suparmaniam et al. Development of bioflocculant from chicken’s eggshell membrane to harvest Chlorella vulgaris
Khalatbari et al. Optimisation of chemical harvesting of microalgae from fish processing wastewater and economic assessment based on process modelling
CZ2013323A3 (cs) Způsob zpracování řas a sinic
JP4780414B2 (ja) 液状培地および光合成細菌を増殖培養する方法
WO2018002581A1 (en) Edible fungus
CN107812513B (zh) 一种利用餐厨蔬果皮垃圾制作油污吸附剂的方法
RU2650978C1 (ru) Способ получения сорбента из лузги подсолнечника

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A Patent lapsed due to non-payment of fee

Effective date: 20180430