Hệ thống quang sinh học và tối ưu hóa quy trình sinh học quang dưỡng

24/09/2021

Hệ thống quang sinh học và tối ưu hóa quy trình sinh học quang dưỡng

Hệ thống quang sinh học (Photobioreactors) cho phép kiểm soát quy trình sinh học quang dưỡng để tối ưu hóa quá trình quang hợp, sản xuất sinh khối và các sản phẩm sinh học có giá trị cao.

Hệ thống nuôi cấy quang dưỡng hoạt động như thế nào?

Hệ thống nuôi cấy tế bào quang dưỡng là hệ thống sinh học chuyên dụng để nuôi cấy các sinh vật quang dưỡng. Với các điều kiện thích hợp, hầu hết mọi loại tảo, vi khuẩn lam, rong biển hoặc tế bào thực vật đều có thể được phát triển một cách hiệu quả trong một hệ thống quang sinh học. Khả năng kiểm soát carbon dioxide, nhiệt độ, chất dinh dưỡng, sự phối trộn và cường độ ánh sáng trong hệ thống sinh học có nghĩa là sinh vật được đề cập có thể đạt được sinh khối cao hơn nhiều so với trong tự nhiên.

Ứng dụng cho Photobioreactors

Các ứng dụng cho các hệ thống nuôi cấy tế bào quang dưỡng bao gồm tảo và vi khuẩn lam đang phát triển để làm nhiên liệu sinh học, nhựa sinh học, dược phẩm, chất dinh dưỡng, phụ gia thực phẩm, thu giữ carbon và xử lý nước thải.

Các ứng dụng cho Photobioreactors bao gồm:

Nuôi cấy Macro và Micro tảo.
Vi khuẩn lam và vi khuẩn màu tía.
Rong biển, tế bào thực vật và thực vật có hạt.
Xử lý nước thải.
Sản xuất khí hydro (nhà máy sinh học).
Rượu và dầu tảo làm nhiên liệu sinh học.
Sản xuất các phân tử sinh học (polysaccharide, axit amin, isoprenoids, phenol, …).
Nhựa sinh học, chất thay thế hữu cơ có thể tái tạo cho các sản phẩm hóa dầu.
Nuôi trồng thủy sản (thức ăn chăn nuôi, dinh dưỡng cho người, sản phẩm sau chế biến).
Thu giữ carbon (bồn carbon để giảm thiểu biến đổi khí hậu).
Ứng dụng dược phẩm (khám phá thuốc, phân tử hoạt tính sinh học, sản xuất vắc xin, v.v.).

Vi khuẩn lam là một hệ thống mô hình

“Vi khuẩn lam là nhóm sinh vật nhân sơ, gram âm, quang hợp tự dưỡng sớm nhất đã tiến hóa. Chúng có khả năng tạo ra nhiều chất chuyển hóa thứ cấp có đặc tính, hoạt tính sinh học như kháng sinh, kháng nấm và kháng u. Vi khuẩn lam có thể được sử dụng để sản xuất nhiên liệu sinh học một cách hiệu quả, nhựa sinh học và polymer. Vi khuẩn lam là một hệ thống di truyền đã và đang được sử dụng ngày càng nhiều trong protein tái tổ hợp. Ngoài ra, vi khuẩn lam cũng có tiềm năng trong việc được sử dụng khả năng cố định nitơ để sản xuất phân bón sinh học. Photobioreactors là cách tốt nhất để nuôi cấy và tối ưu hóa các quy trình dựa trên vi khuẩn lam ở quy mô để bàn.”

Nguồn: sciricalirect.com

Những thách thức khi sử dụng Photobioreactors

Các thiết kế hệ thống phản ứng sinh học truyền thống phải đối mặt với những thách thức trong việc mang lại hiệu quả của quy trình. Những thách thức khi sử dụng photobioreactor bao gồm:

Kiểm soát chính xác cường độ ánh sáng và nhiệt độ đồng thời.
CO₂ và hằng số khuếch tán khí.
Điều chỉnh độ pH.
Thành phần môi trường
Bổ sung chất dinh dưỡng.
Bay hơi và mất nước.
Tiệt trùng.
Thu thập và nuôi sinh khối vi tảo
Yêu cầu về khả năng mở rộng và không gian làm việc.

Solaris đã giải quyết những thách thức này ở quy mô phòng thí nghiệm/ để bàn.

Hệ thống PhotoBioreactor có thể khử trùng Elara

Photobioreactor ELARA ST (có cánh khuấy) lý tưởng cho các sinh vật quang dưỡng như rêu, vi tảo, vi khuẩn và tế bào thực vật trong điều kiện tối ưu. Có thể lựa chọn quang phổ và cường độ ánh sáng có thể điều chỉnh độ sáng từ 0-100% lên đến 3000 μmol (photon)/m2 chế độ Turbidostat thông qua cảm biến độ đục.

Lợi ích của Elara Stirred bao gồm:

Quản lý cảm biến DO, pH, độ dẫn điện, và/ hoặc ORP trực tuyến kỹ thuật số sử dụng giao tiếp Hamilton ARC Modbus.
Tổng thể tích 4L.
Thiết kế linh hoạt.
Điều khiển tự động và/ hoặc thủ công cường độ ánh sáng và mô phỏng chu kỳ sinh học.
Tùy chọn bơm nhu động cho thức ăn, kiểm soát độ pH…
5 bộ điều khiển lưu lượng khối trong khối PCS.
Kích hoạt mạnh và chính xác sử dụng động cơ DC không chổi than với dải vòng tua 1 đến 2.000 vòng/ phút. Tiêu thụ điện năng có sẵn trong phần mềm.
Mật độ tế bào: Có sẵn tích hợp đầu dò OD hoặc VCD.
Các thông số khác có sẵn bao gồm trọng lượng, CO2…
Phần mềm Leonardo mạnh mẽ và trực quan để điều khiển song song 24 đơn vị.
Tùy chọn linh hoạt đề xuất và quản lý dữ liệu.
Có thể truy cập điều khiển từ xa qua PC, máy tính bảng và/ hoặc điện thoại thông minh.

Elara Photobioreactor dạng phẳng – Flat

Photobioreactor ELARA FLAT thích hợp cho các sinh vật quang dưỡng như rêu, vi tảo, vi khuẩn và tế bào thực vật. Cho phép thiết kế kiểm soát cường độ ánh sáng tốt hơn nhiều bằng cách sử dụng bộ thu và nguồn sáng đơn hướng. Cường độ ánh sáng có thể điều chỉnh độ sáng từ 0-100% lên đến 3000 µmol (photon) / m2.

Ưu điểm của Elara Flat bao gồm:

Được quản lý song song lên đến 24 thiết bị với một HMI duy nhất (24 ”) cải tiến LEONARDO: bộ điều khiển thông minh được thiết kế để cung cấp mức độ quản lý tự động cao đối với các quy trình lên men.
Tổng thể tích 1.6L.
HMI 24 ”.
Điều khiển từ xa qua PC, máy tính bảng và điện thoại thông minh để quản lý quy trình và hỗ trợ sau bán hàng.
Phân bố ánh sáng đồng nhất.
Điều khiển tự động và thủ công cường độ ánh sáng và mô phỏng chu kỳ sinh học.
Cảm biến kỹ thuật số Modbus
LEDA hệ thống lấy mẫu vô trùng an toàn.
An toàn: van giảm áp được cung cấp trong mỗi đơn vị.
Nhỏ gọn và mô-đun PCS.
4 có thể chỉ định máy bơm Watson Marlow ở đầu vào.
Hộp bổ sung bên ngoài: OD, dCO2, khối lượng, hộp nhiệt, máy bơm nhu động.
Các bộ phận tiếp xúc với môi trường nuôi cấy được làm bằng borosilicat và Super duplex SAF 2507 có khả năng chịu mặn cao.
Phương pháp trộn bằng trợ lực khí