استفاده از دستگاه های التراسونیک، بهترین و به صرفه ترین روش برای تولید بیواتانول با استفاده از تخمیر است که می تواند راندمان این فرایند را چندین برابر کند.

در مقالات قبلی، توضیحاتی در مورد التراسونیک هموژنایزر داده ایم و در مورد نحوۀ کار آن و کاربرد آن در صنایع مختلف به صورت مختصر بحث کردیم. در این نوشتار سعی داریم در مورد نحوۀ تاثیر این دستگاه پرکاربرد در تولید بیواتانول و فرایند تخمیر، توضیحات بیشتری ارائه کنیم و بگوییم دستگاه اولتراسونیک هموژنایزر و امواج فراصوت، چگونه فرایند تخمیر را بهبود می بخشند.

تخمیر همراه با استفاده از اولتراسونیک می‌تواند تولید بیواتانول را افزایش دهد، زیرا با افزایش تجزیه کربوهیدرات‌های پیچیده به قند‌های ساده‌تر، آن‌ها را برای مخمر به منظور تبدیل به اتانول قابل‌دسترس‌تر می‌کند. به طور همزمان، اولتراسونیک نیز عملکرد نفوذ دیواره‌های سلولی مخمر را بهبود می‌بخشد، که اجازه آزادسازی سریع‌تر اتانول و افزایش تولید کلی را می‌دهد. بنابراین، تخمیر بیواتانول همراه با استفاده از اولتراسونیک منجر به نرخ‌های تبدیل بالاتر و بازدهی بهتر می‌شود.

تخمیر:

تخمیر می‌تواند یک فرآیند هوازی (تخمیر اکسایشی) یا بی‌هوازی باشد که برای کاربردهای بیوتکنولوژیک، برای تبدیل مواد آلی توسط کشت‌های باکتریایی، قارچی یا سلول‌های زیستی دیگر یا توسط آنزیم‌ها استفاده می‌شود. از طریق تخمیر، انرژی از اکسایش ترکیبات آلی مانند کربوهیدرات‌ها استخراج می‌شود.

شکر پرکاربردترین بستر تخمیر است. محصول این تخمیر می تواند اسید لاکتیک، لاکتوز، اتانول و هیدروژن باشد. در تخمیر الکلی، عمدتا اتانول تولید می‌شود که به منظور تولید سوخت استفاده می گردد. هنگامی که سویه‌های مخمر خاصی مانند Saccharomyces cerevisiae شکر را متابولیزه می‌کنند، سلول‌های مخمر مواد اولیه را به اتانول و دی‌اکسید کربن تبدیل می‌کنند. واکنش شیمایی زیر این تبدیل را به صورت خلاطه نشان می دهد:

اگر مادۀ اولیۀ فرایند تخمیر، نشاسته باشد، (مثلاً نشاستۀ ذرت) ابتدا نشاسته باید به قند تبدیل شود. برای بیواتانول مورد استفاده به عنوان سوخت، هیدرولیز برای تبدیل نشاسته لازم است. به طور معمول، هیدرولیز با استفاده از اسید یا آنزیمی یا ترکیبی از هر دو تسریع می‌شود. به طور معمول، تخمیر در دمای حدود 35-40 درجه سانتی‌گراد انجام می‌شود.

انواع فرآیندهای تخمیر :

غذایی:

• تولید و نگه داری
• لبنیات(تخمیر لاکتیک اسید) مثل ماست، دوغ و کفیر
• تخمیر لاکتیکی گیاهان
• بهبود عطر مثل سس سویا

داروها:

تولید ترکیبات دارویی  مانند: انسولین، هیالورونیک اسید

بیوگاز/ اتانول

بهبود تولید بیوگاز / بیوتانول

مقالات تحقیقاتی مختلف و آزمایش‌ها در اندازه بنچ تا پایلوت نشان داده‌اند که اولتراسونیک فرایند تخمیر را با افزایش دسترسی به زیست‌توده برای تخمیر آنزیمی بهبود می‌بخشد. در بخش بعدی، اثرات اولتراسونیک در مایع توضیح داده خواهد شد.

تاثیر التراسونیک در فرآوری مایعات:

با استفاده از اولتراسونیک با توان بالا و فرکانس پایین، امواج صونی با دامنه نوسانی بالا تولید می‌شود. این موج صوتی با توان بالا و فرکانس پایین می‌تواند برای پردازش مایعات مانند مخلوط کردن، امولسیون‌سازی، پراکندگی و کلوخه زدایی یا خردایش استفاده شود. هنگام اعمال امواج اولتراسونیک با شدت بالا به مایعات، امواج صوتی که توسط محیط مایع منتقل می‌شود، منجر به ایجاد نواحی با فشار بالا (فشرده) و فشار پایین (تخلیه) با نرخ‌هایی که وابسته به فرکانس است، می‌شود. در طول دوره فشار پایین، امواج اولتراسونیک با شدت بالا حباب‌های کوچک خلاء یا حفره در مایع ایجاد می‌کنند. زمانی که حباب‌ها به یک حجمی می‌رسند که دیگر نمی‌توانند انرژی جذب کنند، در طول دوره فشار بالا به طور شدیدی فرو می‌ریزند. این پدیده به نام کویتاسیون (Cavitation) شناخته می‌شود. کویتاسیون، یعنی "تشکیل، رشد و فروپاشی انفجاری حباب‌ها در یک مایع". فروپاشی حباب‌ها حرارت نقطه‌ای شدیدی ایجاد می‌کند (حدود 5000 کلوین)، فشار بالایی ایجاد می‌کند (حدود 1000 اتمسفر) و نرخ‌های گرمایش و خنک سازی بسیار بالایی دارد (بیش از 109 کلوین بر ثانیه) و جریان‌های سریع مایع (حدود 400 کیلومتر در ساعت) ایجاد می کند. (ساسلیک 1998)

روش‌های مختلفی برای ایجاد کویتاسیون وجود دارد، مانند استفاده از نازل‌های فشار بالا، هموژنایزرهای روتور-استاتور یا پردازنده‌های فراصوتی (اولتراسونیک). در تمام این سیستم‌ها، انرژی ورودی به اصطکاک، آشفتگی، موج و کویتاسیون تبدیل می‌شود. قسمتی از انرژی ورودی که به کویتاسیون تبدیل می‌شود، بستگی به چندین عامل دارد که حرکت تجهیزات تولید کننده کویتاسیون در مایع را توصیف می‌کنند. شدت شتاب یکی از مهم‌ترین عواملی است که بر تبدیل کارآمد انرژی به کویتاسیون تأثیر می‌گذارد. شتاب بالاتر فشارهای بالاتری ایجاد می‌کند. این امر باعث افزایش احتمال ایجاد حباب‌های خلاء به جای ایجاد موج‌های منتشر شده از طریق مایع می‌شود. بنابراین، هر چه شتاب بیشتر باشد، قسمت بیشتری از انرژی به کویتاسیون تبدیل می‌شود.

در مورد یک مبدل اولتراسونیک، بزرگی نوسان توصیف‌کننده شدت شتاب است. دامنه‌های بالاتر منجر به ایجاد کویتاسیون موثرتر می‌شوند. علاوه بر شدت، مایع باید به گونه‌ای شتاب داده شود که حداقل اتلاف را  از نظر  توربولانس، اصطکاک و تولید موج داشته باشد. برای این کار، بهترین راه حرکت در یک راستا است. با تغییر شدت و پارامترهای فرآیند سونیکاسیون، اولتراسونیک می‌تواند بسیار سخت یا بسیار نرم باشد. این ویژگی اولتراسونیک را به یک ابزار بسیار چندمنظوره برای برنامه‌های مختلف تبدیل می‌کند.

برنامه‌های نرم، اعمال سونیکاسیون ملایم ، شامل خارج کردن گاز، امولسیفای کردن و فعال‌سازی آنزیم است. برنامه‌های سخت با اولتراسونیک شدت/ قدرت بالا (بیشتر تحت فشار بالا) شامل آسیاب‌ مرطوب، کلوخه زدایی و کاهش اندازه ذرات و پخش کردن(دیسپرس) است. برای کاربردهای زیادی مانند استخراج، تجزیه یا سونوشیمی، شدت اولتراسونیک مورد نیاز بستگی به مواد خاصی که قرار است سونیکیشن شوند، دارد. با تنوع پارامترها که می‌توانند به فرآیند خاص سازگار شوند، اولتراسونیک امکان پیدا کردن نقطه بهینه برای هر فرآیند خاص را فراهم می‌کند.

به جز تبدیل توان بسیار مناسب، التراسونیک امکان بسیار مناسبی از کنترل کامل بر مهمترین پارامترها را فراهم می کند: شدت، فشار، دما، ویسکوزیته و غلظت. این امر، این امکان را فراهم می کند تا تمام این پارامترها را با هدف یافتن پارامترهای پردازش ایده آل برای هر مواد خاص تنظیم کنیم، که منجر به افزایش کارایی بیشتر و بهینه سازی کارایی می شود.

استفاده از فراصوت برای بهبود فرآیندهای تخمیر، به عنوان مثال با تولید بیواتانول:

بیواتانول،محصول تجزیه توده یا مواد قابل تجزیه زیستی زباله توسط باکتری های بی‌هوازی یا هوازی است. اتانول تولید شده اصولاً به عنوان سوخت زیستی استفاده می شود. این امر باعث می شود بیواتانول یک جایگزین تجدیدپذیر و دوستدار محیط زیست برای سوخت‌های فسیلی مانند گاز طبیعی باشد.

برای تولید اتانول از زیست‌توده، قند، نشاسته و مواد لیگنوسلولوزیک می‌توانند به عنوان مواد اولیه استفاده شوند. برای ابعاد تولید صنعتی، در حال حاضر قند و نشاسته به عنوان مواد اولیه اصلی استفاده می‌شوند زیرا از نظر اقتصادی مناسب هستند.

چگونگی بهبود یک فرآیند اختصاصی مشتری با مواد اولیه خاص تحت شرایط داده شده با استفاده از اولتراسونیک می‌تواند از طریق آزمایش‌های امکان‌پذیر به راحتی امتحان شود. در مرحله اول، اعمال اولتراسونیک به مقدار کمی از ترکیب مواد خام با یک دستگاه آزمایشگاهی اولتراسونیک، نشان خواهد داد که آیا اولتراسونیک بر مواد اولیه تأثیر می‌گذارد یا خیر.

امکان سنجی:

در مرحله‌ی اول آزمایش، بهتر است مقدار نسبتاً زیادی از انرژی فراصوتی را وارد یک حجم کوچک مایع کنیم تا احتمالاً فرصت بیشتری برای دیدن نتایج فراهم شود. حجم نمونه کوچک همچنین زمان استفاده از دستگاه آزمایشگاهی را کاهش می‌دهد و هزینه‌ها را برای آزمایش‌های اولیه کاهش می‌دهد.

موج‌های فراصوتی توسط سطح سونوترود به مایع منتقل می‌شوند. بیشترین شدت فراصوتی زیر سطح سونوترود است. بنابراین، فواصل کوتاه بین سونوترود و مواد مورد سونیکاسیون ترجیح داده می‌شوند. هنگامی که یک حجم مایع کوچک در نظر گرفته می‌شود، می‌توان فاصله از سونوترود را کوتاه نگه داشت.

جدول زیر میزان‌های نمونه/انرژی برای فرایندهای سونیکاسیون پس از بهینه‌سازی را نشان می‌دهد. از آنجا که آزمایش‌های اولیه بهینه انجام نخواهند شد، افزایش یا کاهش 10 تا 50 برابری از مقدار نمونه و زمان سونیکاسیون نشان خواهد داد که آیا تأثیری بر مواد سونیکاسیون دارد یا خیر.

بهینه سازی:

نتایج به دست آمده در طول مطالعات امکان‌سنجی ممکن است نشان دهند که فرایند نیاز به مصرف انرژی بسیار بالایی در مورد حجم کوچکی که پردازش شده است، دارد. اما هدف آزمایش امکان‌سنجی در گام اول نمایش اثرات اولتراسوند بر روی مواد است. اگر در آزمایش‌های امکان‌‌سنجی اثرات مثبت روی داد، باید تلاش‌های بیشتری برای بهینه‌سازی نسبت انرژی/حجم انجام شود. این به معنی کشف پیکربندی ایده‌آل پارامترهای اولتراسوند برای رسیدن به بالاترین بازدهی با استفاده از کمترین انرژی ممکن برای تبدیل پردازش به اقتصادی‌ترین و کارآمدترین فرآیند است. برای یافتن پیکربندی پارامترهای بهینه (کسب مزایای مورد نظر با حداقل ورودی انرژی) باید ارتباط بین مهمترین پارامترها دامنه، فشار، دما و ترکیب مایع مورد بررسی قرار گیرد. در مرحله دوم، تغییر از سونیکیشن بچ به یک راکتور التراسونیک پیشنهاد می‌شود زیرا پارامتر مهم فشار نمی‌تواند برای سونیکیشن بچ مورد بررسی قرار گیرد. در حین سونیکیشن در بچ، فشار تا فشار محیط محدود است. اگر فرآیند سونیکیشن از یک کانال جریانی تحت فشار عبور کند، فشار می‌تواند افزایش یابد (یا کاهش یابد) که به طور کلی بر کویتاسیون اولتراسونیک تأثیرگذار است. با استفاده از یک راکتور التراسونیک، ارتباط بین فشار و کارایی فرآیند می‌تواند تعیین شود. پردازنده‌های اولتراسونیک با قدرت بین 500 وات تا 2000 وات برای بهینه‌سازی یک فرآیند مناسب ترین هستند.

تولید صنعتی محصول:

اگر پیکربندی بهینه پیدا شده باشد، مرحله بعدی یعنی صنعتی‌سازی به سادگی انجام می‌شود زیرا فرآیندهای فراصوتی به طور کامل قابل افزایش در مقیاس خطی هستند. این بدان معناست که هنگامی که فراصوت به یک فرمولاسیون مایع مشخص تحت پارامترهای پردازش مشابه اعمال می‌شود، انرژی یکسانی برای هر حجم مورد نیاز است تا نتیجه‌ای یکسان مستقل از مقیاس پردازش به دست آید. (هیلشر 2005) و این امکان را فراهم می‌کند تا پیکربندی پارامتر بهینه فراصوت را به اندازه تولید در مقیاس کامل اجرا کنیم. در واقع، حجمی که می‌تواند به صورت فراصوتی پردازش شود نامحدود است. سیستم‌های التراسونیک تجاری می‌توانند به صورت خوشه‌ای نصب شوند. این خوشه‌های پردازنده‌های اولتراسونیک می‌توانند به صورت موازی یا به صورت سری نصب شوند. با نصب خوشه‌ای از پردازنده‌های فراصوتی با توان بالا، توان کل تقریباً نامحدود است به طوری که جریان‌های حجم بالا بدون مشکل پردازش شوند. همچنین اگر نیاز به تطبیق سیستم فراصوتی، به عنوان مثال برای تنظیم پارامترها برای یک فرمولاسیون مایع تغییر یافته باشد، با تغییر سونوترود، بوستر یا راکتور انجام می‌شود. قابلیت مقیاس خطی، تکثیرپذیری و قابلیت تطبیق فراصوت این فناوری نوآورانه را کارآمد و مقرون به صرفه می‌کند.

پارامترهای پردازش التراسونیک:

پردازش مایع فراصوتی توسط تعدادی پارامتر توصیف می‌شود. مهم‌ترین آن‌ها شامل دامنه، فشار، دما، ویسکوزیته و غلظت هستند. نتیجه فرآیند، مانند اندازه ذرات، برای یک پیکربندی پارامتری خاص به عنوان یک تابع از انرژی بر حجم پردازش شده است. این تابع با تغییرات در پارامترها به صورت جداگانه تغییر می‌کند. علاوه بر این، توان خروجی واقعی بر سطح مقطع سونوترود، به پارامترهای سامانه فراصوت بستگی دارد. توان خروجی بر سطح مقطع سونوترود به چگالی سطحی (I) معروف است. چگالی سطحی به دامنه (A)، فشار (p)، حجم راکتور (VR)، دما (T)، ویسکوزیته (η) و پارمترهای دیگر به صورت زیر وابسته است.

تأثیر کویتاسیون پردازش فراصوتی بستگی به چگالی سطحی دارد که توسط شدت، فشار، حجم راکتور، دما، ویسکوزیته و دیگر موارد توصیف می‌شود. علامت‌های منفی و مثبت نشان‌دهنده تأثیر مثبت یا منفی پارامتر مشخص بر شدت سونیکاسیون هستند. تأثیر کاویتیشن تولید شده به چگالی سطحی وابسته است. به همین شکل، نتیجه فرآیند هم به آن وابستگی دارد. توان کل یک واحد التراسونیک، حاصل ضرب شدت سطح (I) و مساحت سطح (S) است:
 

P (W) = I (W/mm²) / S(mm²)

دامنه:

دامنه ارتعاش، مسافتی که سطح سونوترود در یک زمان مشخص (مثلاً 1/20,000 ثانیه در 20 کیلوهرتز) جابه‌جا می گردد را توصیف می‌کند (مثلاً 50 میکرومتر). هرچه دامنه بزرگتر باشد، نرخ کاهش و افزایش فشار در هر نوسان بیشتر است. علاوه بر این، حجم جابه‌جایی هر نوسان افزایش می‌یابد که منجر به حجم بزرگتری از کاویتیشن (اندازه حباب و/یا تعداد) می‌شود. زمانی که التراسونیک بر روی دیسپرشن‌ها اعمال می‌شود، دامنه‌های بالاتر نشان‌دهنده افزایش تخریب ذرات جامد هستند. جدول 1 مقادیر عمومی برای برخی از فرآیندهای التراسونیک را نشان می‌دهد.

فشار:

نقطه جوش یک مایع به فشار بستگی دارد. هر چه فشار بالاتر باشد، نقطه جوش بالاتر خواهد بود و برعکس. فشار بالا امکان ایجاد کاویتیشن در دماهای نزدیک به یا بالاتر از نقطه جوش را فراهم می کند. همچنین، شدت فروپاشی را افزایش می دهد که به تفاوت بین فشار استاتیک و فشار بخار داخل حباب مربوط است. از آنجا که قدرت فرکانس فراصوت و شدت با تغییرات فشار به سرعت تغییر می کند، پمپ با فشار ثابت اولویت دارد. هنگام انتقال مایع به یک راکتور التراسونیک، پمپ باید قادر به کنترل دقیق جریان مایع با فشارهای مناسب باشد. پمپ های دیافراگم یا غشایی، لوله انعطاف پذیر، لوله یا پمپ فشاری؛ پمپ های پریستالتیک؛ یا پمپ های سیلندر یا پیستون فشارهای متناوبی ایجاد خواهند کرد. پمپ های سانتریفیوژ، پمپ های دنده، پمپ های مارپیچ و پمپ های حفره پیشرونده که مایع مورد نیاز برای سونیکاسیون را با یک فشار پایدار به طور مداوم تامین می کنند، ترجیح داده می شوند.

دما:

با سونیکاسیون یک مایع، انرژی به محیط منتقل می شود، زیرا نوسان فرا‌صوتی توربولانس‌ها و اصطکاک ایجاد می کند، و در نتیجه مایع سونیک شده طبق قوانین ترمودینامیک گرم خواهد شد. دماهای بالای محیط پردازشی ممکن است به مواد آسیب رسانده و کارایی کاویتیشن التراسونیک را کاهش دهد. راکتورهای التراسونیک نوآورانه با یک جداره خنک کننده تجهیز شده اند. با این کار، کنترل دقیق بر روی دمای ماده در طول پردازش التراسونیک فراهم می شود. برای سونیکاسیون در حجم کم، حمام آب و یخ برای جبران‌سازی حرارت توصیه می شود.

ویسکوزیته و غلظت:

آسیاب التراسونیک و دیسپرس فرآیندهای مایع اولتراسونیک هستند. ذرات باید در سوسپانسیون باشند، به عنوان مثال در آب، روغن، حلال‌ها یا رزین‌ها. با استفاده از راکتورهای اولتراسونیک، امکان سونیکاسیون مواد بسیار چسبنده و خمیری فراهم می‌شود.

پردازنده اولتراسونیک با توان بالا می‌تواند با غلظت‌های جامد نسبتاً بالا اجرا شود. غلظت بالا باعث اثربخشی فرآیند اولتراسونیک می‌شود، زیرا فرآیند آسیاب اولتراسونیک به دلیل برخورد میان ذرات ایجاد می‌شود. به عنوان مثال بررسی‌ها نشان داده است که نرخ شکست سیلیس مستقل از غلظت جامد تا 50٪ بر حسب وزن است. پردازش مستربچ‌ها با نسبت مواد بسیار غلیظ یک روش تولید معمول برای استفاده از اولتراسونیک است.

توان و شدت در مقابل انرژی:

چگالی سطحی و توان کل تنها شدت پردازش را توصیف می‌کنند. حجم نمونه و زمان تابش در شدت خاص باید مدنظر قرار گیرد تا یک فرآیند سونیکاسیون را توصیف کند تا قابل مقیاس‌پذیری و تکرارپذیری شود. برای تنظیم یک پارامتر مشخص، نتیجه فرآیند، به عنوان مثال اندازه ذرات یا تبدیل شیمیایی، به انرژی بر حجم (E/V) وابسته خواهد بود.

Result = f (E /V )
 

در صورتی که انرژی (E) حاصل ضرب توان خروجی (P) و زمان (t) اعمال انرژی است.

E[Ws] = P[W]*t[s]

تغییرات در پیکربندی پارامترها باعث تغییر در نتیجه می‌شود، که باعث تغییر مقدار انرژی (E) مورد نیاز برای به دست آوردن مقدار خاص نتیجه از مقدار نمونه داده شده (V) می‌شود. به همین دلیل استفاده از یک قدرت مشخص التراسونیک برای به نتیجه رسیدن یک فرآیند کافی نیست. برای شناسایی قدرت مورد نیاز و پیکربندی پارامترها، نیاز به یک رویکرد پیچیده‌تر است. (Hielscher 2005)

تولید بیواتانول با کمک اولتراسوند:

می دانیم که اولتراسوند تولید بیوانرژی را بهبود می بخشد. توصیه می‌شود که مایع با زیست توده به گونه‌ای غلیظ شود که هنوز قابل پمپ کردن باشد. راکتورهای اولتراسونیک می‌توانند غلظت‌های جامد نسبتاً بالا را پردازش کنند تا فرآیند سونیکاسیون به بهترین شکل انجام شود. هر چه مواد بیشتری در دوغاب وجود داشته باشد، مایع حامل کمتری وجود خواهد داشت که از فرآیند سونیکاسیون بهره‌مند نخواهد شد. زیرا ورود انرژی به یک مایع باعث گرم شدن مایع طبق قانون ترمودینامیک می‌شود، این به این معناست که انرژی اولتراسونیک تا جایی که امکان دارد، به مواد هدف اعمال می‌شود،. با طراحی فرآیند بهینه‌ای مانند این، گرمای بی‌فایده بیش از حد مایع حامل از بین می‌رود.

اولتراسوند به استخراج مواد داخل‌سلولی کمک کرده و این مواد را برای تخمیر آنزیمی در دسترس قرار می‌دهد. اولتراسونیک ملایم می‌تواند فعالیت آنزیمی را افزایش دهد، اما برای استخراج زیست‌توده نیاز به اولتراسونیک شدیدتر است. بنابراین، آنزیم‌ها باید پس از سونیکیشن به دوغاب زیست توده اضافه شوند زیرا اولتراسونیک شدید آنزیم‌ها را غیرفعال می‌کند که یک اثر ناخواسته است.

نتیاج بروز بر اساس تحقیقات علمی:

مطالعات یوسواتانا و همکاران (2010) درباره تولید بیواتانول از کاه برنج نشان داده است که ترکیب پیش‌فرآوری اسیدی و فراصوتی قبل از فرآوری آنزیمی منجر به افزایش بازده قند تا 44٪ (بر اساس پایه کاه برنج) می‌شود. این نشان می‌دهد که ترکیب پیش فرآوری فیزیکی و شیمیایی قبل از هیدرولیز آنزیمی مواد لیگنوسلولزی به قند، موثر است.

نمودار 2 اثرات مثبت تابش فراصوتی در حین تولید بیواتانول از کاه برنج را به صورت گرافیکی نشان می‌دهد. (زغال فعال برای سم زدایی نمونه‌های پیش‌فرآروی شده از پیش فرآوری اسیدی/آنزیمی و پیش فرآوری فراصوتی استفاده شده است.)

در یک مطالعه اخیر دیگر، تأثیر التراسونیک بر سطوح خارج‌سلولی و داخل‌سلولی آنزیم بتا-گالاکتوزیداز مورد بررسی قرار گرفته است. Sulaiman و همکاران (2011) توانستند با استفاده از اولتراسونیک در یک دمای کنترل شده و با تحریک رشد مخمر Kluyveromyces marxianus (ATCC 46537) بهبود قابل توجهی در بهره‌وری تولید بیواتانول داشته باشند. نویسندگان مقاله مشخص کردند که التراسونیک منقطع با التراسونیک پرتوان (20 کیلوهرتز) با دوره‌های کاری حداکثر 20٪، تولید زیست توده، متابولیسم لاکتوز و تولید اتانول در K. marxianus را در شدت التراسونیک نسبتاً بالای 11.8 وات بر سانتیمتر مربع تحریک کرد. در بهترین شرایط، التراسونیک باعث افزایش تقریباً 3.5 برابری در غلظت نهایی اتانول نسبت به فرآیند عادی شد. که باعث افزایش 3.5 برابری در بهره‌وری اتانول شد، اما نیاز به 952 وات توان اضافی در هر متر مکعب محلول از طریق التراسونیک داشت. این نیاز اضافی به انرژی حتماً داخل حدود عملیاتی قابل قبول برای بیوراکتورها بود و برای محصولات با ارزش بالا، می‌توانست به راحتی با افزایش بهره‌وری جبران شود.

نتیجه‌گیری: مزایای نتاج از فرماندهی اولتراسونیک در تولید بیواتانول:

به‌طور کلی، اثبات شده است که استفاده از فرآوری اولتراسونیک به عنوان یک تکنیک کارآمد و نوآورانه می‌تواند بهبود چشمگیری در عملکرد تولید بیواتانول داشته باشد. در ابتدا، اولتراسونیک به عنوان یک ابزار استفاده می‌شود تا مواد داخل‌سلولی از بیومس مانند ذرت، سویا، ساقه، مواد لیگنوسلولزیک یا مواد ضایعات سبزیجات استخراج شود. برخی از مزایای پردازش اولتراسونیک عبارتند از:

1. افزایش بهره‌وری تولید بیواتانول
2. از بین بردن/نابودی سلول و آزادسازی مواد داخل‌سلولی
3. بهبود تجزیه بی هوازی
4. فعال‌سازی آنزیم‌ها توسط سونیکاسیون ملایم
5. بهبود کارایی فرآیند با غلظت بالای مواد

آزمایش‌های ساده، امکان صنعتی سازی قابل تکرار و نصب آسان (حتی در جریان‌های تولید موجود) اولتراسونیک را به یک فناوری سودآور و کارآمد تبدیل کرده است. پردازنده‌های اولتراسونیک صنعتی قابل اعتماد برای پردازش تجاری موجود بوده و امکان سونیکاسیون حجم‌های مایع تقریباً نامحدود را فراهم می‌کنند.

با ما تماس بگیرید!

ما در تیم آواپرداز، با تجربۀ بیش از 10 سال طراحی و تولید سامانه های التراسونیک آزمایشگاهی و صنعتی در مقیاس بزرگ، از مرحلۀ امکان سنجی تا مرحلۀ تولید صنعتی در کنار شما خواهیم بود. مشاورین مجرب و متخصص ما، شما را در رسیدن به بهترین نتایج همراهی خواهند کرد. همین الان با ما تماس بگیرید!