Cultivo de microalgas e quantificação de biomassa em um fotobiorreator em escala de banco com gases corrosivos de flue

Este protocolo detalha as adaptações de equipamentos fotobioreatores necessários para cultivar microalgas com gases corrosivos e discute operação segura e amostragem do fotobioreator. Fotobioreatores fornecem o controle necessário para experimentos microánguos confiáveis e reprodutíveis. Este sistema de escala de bancada pode ser usado para estudar as características e produtividade das microalgas cultivadas com emissões simuladas de combustão.

Este método pode ser usado com outros bioreatores cuidadosamente adaptados ou para cultivar outros microrganismos fotoautotróficos. A demonstração visual deste método é fundamental porque é um protocolo complexo que impede a exposição humana às emissões tóxicas de combustão simulada utilizadas para o cultivo de microalgas. Para começar, modele a possível concentração acumulada de gases tóxicos na sala se o capô da fumaça falhar.

Use a planilha de modelagem matemática da American Industrial Hygiene Association IH Mod para cada gás. Do pessoal de manutenção do HVAC ou técnico de HVAC, obtenha Q, o fornecimento de quarto ou a taxa de ar de escape em metros cúbicos por minuto. Calcule o volume, V, do laboratório em metros cúbicos.

Calcule a taxa de emissão de contaminantes, G, de cada tipo de gás tóxico em miligramas por minuto usando a equação adaptada da Lei do Gás Ideal onde P é a fração de pressão exercida pelo gás tóxico em um caixa eletrônico, gás Q é a taxa de fluxo do gás em litros por minuto, R é a constante universal do gás, T é a temperatura em Kelvin , e MW é o peso molecular do gás em gramas por toupeira. Use os valores para V, Q e G para cada gás no modelo de quarto bem misturado com opção de cessar a geração e modelo de algoritmo de expurgo na planilha IH Mod para calcular as concentrações acumuladas de gás para cada gás durante um período de simulação de 24 horas. Compare esses valores com os limites de exposição.

Configure um sistema de monitoramento de gás tóxico com sensores para cada um dos gases tóxicos em uso. Calibrar os sensores de acordo com as instruções do fabricante. Teste de colisão com frequência.

Localize o monitor de gás do lado de fora do capô da fumaça. Antes do experimento, certifique-se de que todos os funcionários sejam instruídos sobre as respostas apropriadas a um alarme de gás tóxico. Agora, prepare 100 mililitros cada um de um hidróxido de sódio normal e um ácido clorídrico normal em duas garrafas de solução de entrada de 250 mililitros.

Armazene soluções de entrada aferidas em garrafas tampadas autoclaveable equipadas com tubos de mergulho e um tubo de ventilação com um filtro de ar estéril em linha. Conecte os tubos de mergulho a duas das quatro portas de entrada do fotobiorreator usando tubos autoclaveáveis. Insira e parafuso feche o dedo frio e o condensador de escape na placa da cabeça fotobioreatorial.

Insira a porta de inoculação e enrosque firmemente no lugar. Adicione um comprimento de tubulação autoclavevel à seção da porta de inoculação acima da placa da cabeça fotobioreatorial. Antes de autoclavar o bioreator, aperte a tubulação fechada com um grampo de host autoclaveable.

Anexar tubos tampados com filtros estéreis a quaisquer portas fotobioreadoras nãousadas. Adicione 1,5 litros de meio de cultura. Autoclave o reator e soluções de entrada associadas por 30 a 45 minutos a 121 graus Celsius.

Passe o tubo autoclavevel de 1,6 milímetros de diâmetro entre as soluções de entrada e suas portas através de bombas peristálticas separadas. Coloque o motor do impulsor no eixo do impulsor e aperte o encaixe. Organize painéis de luz LED simetricamente fora do bioreator de acordo com os requisitos de iluminação.

Anexar reguladores apropriados capazes de 20 pressão de saída PSI aos cilindros de gás. Conecte tubos resistentes à pressão de seis milímetros dentro do diâmetro à barra de mangueira de saída reguladora e fixe com um grampo de mangueira. Conecte a outra extremidade da tubulação resistente à pressão à entrada de gás que regula a torre de gás usando uma farpa de mangueira a um encaixe de conexão rápida de seis milímetros fixado com um grampo de mangueira.

Conecte tubos de 3,2 milímetros de diâmetro interno à saída de gás que regula a torre de gás usando encaixe de conexão rápida de seis milímetros e conecte a outra extremidade da tubulação de saída à porta do anel de sparging na placa da cabeça fotobioreatorial. Coloque a pressão de saída para 20 PSI em cada regulador de gás. Na interface do bioreator, defina as taxas experimentais de fluxo de gás.

Use a função STIRR para definir uma taxa de rotação de impulsor que seja rápida o suficiente para o meio de cultura assimilar as bolhas de gás espremidas. Após a autoclavagem, monte o fotobioreator e cilindros de gás dentro de um capô de fumaça. Coloque o fotobioreator sobre uma mesa dentro de um recipiente secundário e coloque cilindros de gás em colanders de cilindro autônomo ou em um rack de cilindro.

Após iniciar o fluxo de gás, use um frasco de lavagem preenchido com uma diluição de 1:100 de sabão de prato para água para cobrir as conexões entre os cilindros de gás e o bioreator com um pequeno fluxo de solução de sabão. Verifique se há vazamentos de gás indicados por borbulha. Ao iniciar os experimentos microánguos, comece a ressarcir o gás e, em seguida, ajuste o pH antes da inoculação.

Inocular o fotobiorreator aspirando o inóculo microalgal preparado em uma seringa estéril, encaixando a seringa na tubulação presa à porta de inoculação, abrindo o grampo de tubulação de inoculação e deprimindo a seringa. Verifique o monitor de gás, as pressões do cilindro de gás e o fotobioreator duas vezes ao dia para níveis elevados de gás tóxico ou indicação de vazamentos. Limitar a abertura da faixa do capô de fumaça a uma largura que permite que os reguladores do bioreator e do cilindro de gás sejam atingidos.

Na amostragem, gire os reguladores do cilindro de gás para a posição fechada para cessar o fluxo de gás para o reator. Feche a faixa do capô da fumaça e deixe cinco minutos para o capô evacuar os gases corrosivos. Prove dentro do capô da fumaça, abrindo uma porta de placa de cabeça e usando uma pipeta sorológica estéril ou desenhando cultura em uma seringa através da porta de inoculação ou amostragem.

Neste estudo, foi estabelecida uma curva de calibração para o microalgae verde Scenedesmus obliquus colhido na fase exponencial com medições de OD750 e concentrações de biomassa seca. As concentrações de biomassa foram calculadas a partir da curva de calibração e modeladas com uma curva logística onde L é a concentração máxima de biomassa, k é a inclinação relativa da fase exponencial, x0 é o tempo do ponto médio da curva, e x é o tempo. Um teste preliminar promissor com um gás de chaminé simulado alcançou uma taxa máxima de produtividade de biomassa microalgal a 690 miligramas por litro por dia, que foi maior que a de 12% de dióxido de carbono e ar ultra-zero a 510 miligramas por litro por dia.

A montagem correta do sistema é mais importante para o procedimento de cultivo microálgal e para a segurança humana. O sistema precisa ser constantemente monitorado com sensores de gás. As linhas de transferência precisam ser apertadas a gás e o capô da fumaça deve ser usado adequadamente.

Cilindros pressurizados contendo gases tóxicos são perigosos. Certifique-se sempre de que os cilindros estão protegidos e usados apenas dentro de um capô de fumaça depois de estabelecer um sistema de monitoramento de gás tóxico.