Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
Click here for the English version

Environment

संक्षारक फ्लू गैसों के साथ बेंच-स्केल फोटोबायोरिएक्टर में माइक्रोएल्गे खेती और बायोमास क्वांटिफिकेशन

Published: December 19, 2019 doi: 10.3791/60566

Summary

बेंच-स्केल, एक्सनिक खेती बाद की प्रक्रिया स्केल-अप से पहले माइक्रोएल्गल लक्षण वर्णन और उत्पादकता अनुकूलन की सुविधा प्रदान करती है। फोटोबायोरिएक्टर विश्वसनीय और प्रजनन योग्य माइक्रोएल्गल प्रयोगों के लिए आवश्यक नियंत्रण प्रदान करते हैं और नगरपालिका या औद्योगिक दहन उत्सर्जन से संक्षारक गैसों (सीओ2,एसओ2,कोई2)के साथ माइक्रोएल्गाई को सुरक्षित रूप से खेती करने के लिए अनुकूलित किया जा सकता है।

Abstract

फोटोबायोरिएक्टर फोटोट्रोफिक सूक्ष्मजीवों पर प्रयोगों के लिए प्रकाशित खेती प्रणाली हैं। ये प्रणालियां तापमान, पीएच, और गैस संरचना और प्रवाह दर नियंत्रण के साथ सूक्ष्मशैवाल खेती के लिए एक बाँझ वातावरण प्रदान करती हैं। बेंच-स्केल पर, माइक्रोएल्गल गुणों, उत्पादकता और विकास अनुकूलन का अध्ययन करने वाले शोधकर्ताओं के लिए फोटोबायोरिएक्टर फायदेमंद हैं। औद्योगिक पैमानों पर, फोटोबायोरिएक्टर उत्पाद शुद्धता बनाए रख सकते हैं और उत्पादन दक्षता में सुधार कर सकते हैं। वीडियो में सूक्ष्मशैवाल खेती के लिए बेंच-स्केल फोटोबायोरिएक्टर की तैयारी और उपयोग का वर्णन किया गया है, जिसमें संक्षारक गैस आदानों का सुरक्षित उपयोग और प्रासंगिक बायोमास मापन और बायोमास उत्पादकता गणना का विवरण शामिल है । विशेष रूप से, वीडियो सूक्ष्मभाषा संस्कृति भंडारण और टीका, फोटोबायोरिएक्टर असेंबली और नसबंदी, बायोमास एकाग्रता माप, और दर के साथ माइक्रोएल्गल बायोमास उत्पादकता के लिए एक लॉजिस्टिक मॉडल के लिए तैयारी दिखाता है अधिकतम और समग्र बायोमास उत्पादकता सहित गणना। इसके अतिरिक्त, चूंकि नकली या वास्तविक अपशिष्ट गैस उत्सर्जन का उपयोग करके माइक्रोएल्गेट की खेती करने के लिए प्रयोगों में रुचि बढ़ रही है, इसलिए वीडियो संक्षारक गैसों के साथ काम करने और सुरक्षित नमूने पर चर्चा करने के लिए आवश्यक फोटोबायोरिएक्टर उपकरण अनुकूलन को कवर करेगा ऐसे परिदृश्य।

Introduction

फोटोबायोरिएक्टर नियंत्रित प्रयोगों और शुद्ध सूक्ष्मशैवाल उत्पादों की खेती के लिए उपयोगी होते हैं, जितना खुले तालाबों द्वारा प्राप्त किया जा सकता है। बेंच-स्केल फोटोबायोरिएक्टरों में माइक्रोएल्गल खेती मौलिक ज्ञान के विकास का समर्थन करती है जिसका उपयोग प्रक्रिया स्केल-अप के लिए किया जा सकता है। पर्यावरणीय परिस्थितियों में मामूली परिवर्तन माइक्रोबायोलॉजिकल प्रयोगों को काफी बदल सकता है औरपरिणाम 1को चकित कर सकते हैं । तापमान, पीएच, और गैस स्पारिंग नियंत्रण के साथ एक बाँझ प्रक्रिया विभिन्न परिस्थितियों में सूक्ष्मशैवाल गुणों और प्रदर्शन का अध्ययन करने के लिए लाभप्रद है। इसके अतिरिक्त, इनपुट गैस सांद्रता, तापमान, मिश्रण से कतरनी बल पर नियंत्रण, और मध्यम पीएच विविध प्रजातियों का समर्थन कर सकता है जो अन्यथा खेती करने के लिए चुनौतीपूर्ण हैं। फोटोबायोरिएक्टरों को निरंतर गैस फ़ीड और स्पेर्गिंग के साथ एक बैच प्रक्रिया के रूप में या निरंतर गैस फ़ीड और स्पारिंग प्लस इनफ्लोरेंट और बहिस्त्राव अपशिष्ट जल पोषक तत्व आदानों के साथ चेमोस्टेंट प्रवाह-थ्रू प्रणाली के रूप में चलाया जा सकता है। यहां, हम निरंतर गैस फ़ीड और स्पारिंग के साथ बैच प्रक्रिया का प्रदर्शन करते हैं।

फोटोबायोरिएक्टरों का उपयोग कई सूक्ष्मशैवाल खेती और उत्पादन चुनौतियों का समाधान करता है। क्षेत्र आम तौर पर अन्य सूक्ष्मजीवों द्वारा संदूषण की चिंताओं के साथ संघर्ष करता है, कुशल सब्सट्रेट उपयोग (जो सीओ2 शमन या अपशिष्ट जल उपचार के मामले में विशेष रूप से महत्वपूर्ण है)2,पीएच नियंत्रण, रोशनी परिवर्तनशीलता, और बायोमास उत्पादकता3। फोटोबायोरिएक्टर शोधकर्ताओं को बारीकी से नियंत्रित बैच सिस्टम में फोटोट्रोफ की एक विस्तृत श्रृंखला का अध्ययन करने में सक्षम बनाता है, जहां धीमी गति से बढ़ती प्रजातियों को शिकारियों या प्रतिस्पर्धी सूक्ष्मजीवों से भी संरक्षित किया जाता है4। ये बैच सिस्टम अधिक सीओ2 उपयोग दरों और बायोमास उत्पादकता को सुविधाजनक बनाने में भी बेहतर हैं क्योंकि वे बंद प्रणालियां हैं जो आपूर्ति की गई गैसों के संतुलन में होने की अधिक संभावना है । फोटोबायोरिएक्टर तकनीक पीएच नियंत्रण भी प्रदान करती है, जिसकी कमी ने पिछले अध्ययनों में उच्च बायोमास उत्पादकता में रुकावट पैदा की है5। बेंच स्केल पर, फोटोबायोरिएक्टरों द्वारा पेश किए गए नियंत्रण का स्तर शोधकर्ताओं के लिए लाभप्रद है । बड़े औद्योगिक पैमानों पर, फोटोबायोरिएक्टरों का उपयोग वाणिज्यिक बायोप्रोडक्ट शुद्धता बनाए रखने और न्यूट्रास्यूटिकल, कॉस्मेटिक, भोजन या फीड एप्लिकेशन6के लिए उत्पादन दक्षता में सुधार करने के लिए किया जा सकता है।

माइक्रोएल्गे सीओ2 के बायोसेज़प्रोज़ेशन के लिए बहुत रुचि रखते हैं क्योंकि वे तेजी से बायोमास कार्बन के रूप में सीओ2 को ठीक कर सकते हैं। हालांकि, सीओ2 के अधिकांश मानवजनित स्रोत दहन प्रक्रिया ईंधन स्रोत के आधार पर अन्य संक्षारक और विषाक्त गैसों या संदूषकों (कोईएक्स,एसओएक्स,सीओ, एचजी) से दूषित होते हैं। टिकाऊ सीओ2 ज़ब्ती में बढ़ती रुचि ने सीओ2-समृद्धउत्सर्जनों के इलाज के लिए फोटोबायोरिएक्टर प्रौद्योगिकियों के विकास के लिए प्रेरित किया है, जैसे कि कोयले से चलने वाले बिजली संयंत्रों(तालिका 1)से । दुर्भाग्य से, अनुसंधान और स्केल-अप प्रक्रियाओं के दौरान संक्षारक और विषाक्त संदूषकों के लिए मानव और पर्यावरणीय जोखिम का अंतर्निहित जोखिम है। इस प्रकार, संक्षारक गैसों का उपयोग करके सुरक्षित असेंबली और बायोरिएक्टरों के संचालन का वर्णन करना आवश्यक और शिक्षाप्रद है।

यह विधि सावधानीपूर्वक नियंत्रित प्रायोगिक परिस्थितियों में माइक्रोएल्गे के विकास के लिए 2 एल बेंच-स्केल फोटोबायोरिएक्टर के उपयोग के लिए है। प्रोटोकॉल में माइक्रोएल्गल स्टोरेज, इनोकुलम तैयारी और फोटोबायोरिएक्टर सेटअप और नसबंदी का वर्णन किया गया है। बुनियादी संचालन से परे, यह काम सूक्ष्म अल्गल बायोमास माप नक्शों और बायोमास उत्पादकता गणना, और संक्षारक गैसों के साथ सूक्ष्मशैवाल खेती के लिए उपकरणों के अनुकूलन का वर्णन करता है। नीचे वर्णित प्रोटोकॉल अधिक प्रयोगात्मक नियंत्रण लागू करने, माइक्रोएल्गल विकास की स्थिति, या सूक्ष्म संस्कृति फोटोट्रोफिक रोगाणुओं की एक श्रृंखला को अनुकूलित करने की मांग करने वाले शोधकर्ताओं के लिए उपयुक्त है। यह विधि ज्वलनशील गैसों का उत्पादन या उपभोग करने वाले रोगाणुओं की खेती के लिए उपयुक्त सामग्रियों का वर्णन नहीं करती है (उदाहरण के लिए सीएच4,एच2,आदि) 7.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. संक्षारक गैसों के साथ स्पर्ग किए गए फोटोबायोरिएक्टर का सुरक्षित उपयोग और नमूना

नोट: यह विधि सूक्ष्मशैवाल संस्कृतियों के सुरक्षित नमूने के लिए उचित प्रक्रियाओं का वर्णन नहीं करती है जो अत्यधिक ज्वलनशील गैसों का उत्पादन या उपभोग करती हैं।

  1. मानव स्वास्थ्य के लिए एक जोखिम के रूप में विषाक्त गैस का प्रबंधन।
    नोट: आयोवा के रासायनिक स्वच्छता योजना के विश्वविद्यालय के अनुसार, लेखकों ने विषाक्त गैसों के साथ काम करने के लिए एक सुरक्षा प्रोटोकॉल विकसित करने के लिए विश्वविद्यालय अग्नि सुरक्षा समन्वयक और विश्वविद्यालय पर्यावरण स्वास्थ्य और सुरक्षा औद्योगिक स्वच्छता अधिकारी के साथ काम किया।
  2. उपयोग में विषाक्त गैसों में से प्रत्येक के लिए सेंसर के साथ एक विषाक्त गैस निगरानी प्रणाली स्थापित करें। निर्माता निर्देशों के अनुसार सेंसर को कैलिब्रेट करें। निर्माता निर्देशों के अनुसार, टक्कर परीक्षण (अंशांकन गैसों के साथ सेंसर और अलार्म कार्यक्षमता की जांच करें) अक्सर। सिर्फ धुएं हुड के बाहर गैस मॉनिटर का पता लगाएं ।
  3. किसी भी संक्षारक गैस प्रयोगशुरू करने से पहले, जोखिम और अलार्म प्रणाली के आसपास के कर्मियों को सूचित करें । इसके अलावा, उपयुक्त स्थानीय आपातकालीन उत्तरदाताओं को सूचित करें। प्रयोगशाला प्रवेश द्वार पर संकेत पोस्ट निर्दिष्ट जो खतरनाक गैसों के उपयोग में हैं ।
    1. विषाक्त गैस का पता चलने पर आसपास के सभी कर्मियों को खाली करने का निर्देश दें। प्रयोगशाला पर्यवेक्षकों और आपातकालीन प्रतिक्रिया कर्मियों को सूचित करें।
      नोट: एक बिजली आउटेज में, गैस को विनियमित टॉवर गैस प्रवाह बंद हो जाएगा जब यह बिजली खो देता है । हालांकि, अगर कमरे में हीटिंग, वेंटिलेशन, और एयर कंडीशनिंग (HVAC) प्रणाली या धूम हुड एक बिजली आउटेज के बिना नीचे जाना, यह विषाक्त गैस लीक में परिणाम होगा ।
  4. मॉडल कमरे में विषाक्त गैसों की संभव संचित एकाग्रता अगर धूम हुड के लिए प्रत्येक गैस के लिए अमेरिकी औद्योगिक स्वच्छता एसोसिएशन (AIHA) गणितीय मॉडलिंग स्प्रेडशीट IH MOD8 का उपयोग कर विफल रहे थे ।
    1. एचवीएसी रखरखाव कर्मियों या एचवीएसी तकनीशियन के निर्माण से एम3 मिन-1 में कमरे की आपूर्ति/निकास वायु दर, क्यूप्राप्त करें। एम3में प्रयोगशाला (एल एक्स डब्ल्यू एक्स एच) की मात्रा, वीकी गणना करें। संदूषक उत्सर्जन दर की गणना करें, जी,एमजीमिन-1में विषाक्त गैस के प्रत्येक प्रकार के, आदर्श गैस कानून से अनुकूलित समीकरण 1 का उपयोग कर:
      Equation 1(1)
      जहां पी 1 एटीएम (पीपीएम गैस/106 पीपीएम) पर विषाक्त गैस द्वारा लगाए गए दबाव का अंश है, क्यूगैस एलमिन-1में गैस की प्रवाह दर है, आर सार्वभौमिक गैस स्थिर है (०.०८२०५७ L'atm·mol-1 · कश्मीर-1), टी कश्मीर में तापमान है, और मेगावाट जीमोल-1में गैस का आणविक वजन है।
    2. आईएच मॉड स्प्रेडशीट में उत्पादन और मॉडल रूम शुद्ध करने के विकल्प के साथ "अच्छी तरह से मिश्रित कमरे मॉडल" में प्रत्येक गैस के लिए वी, क्यूऔर जी के लिए मूल्यों का उपयोग करें 1440 मिन (24 एच) सिमुलेशन अवधि में प्रत्येक गैस के लिए संचित कमरे गैस सांद्रता की गणना करने के लिए। इन मूल्यों की तुलना एक्सपोजर सीमा(तालिका 2)9से करें .

2. माइक्रोएल्गल इनोक्यूलम की तैयारी

  1. प्रयोग की शुरुआत से पहले फोटोबायोरिएक्टर के लिए चयनित सीनडेसर्मस ओब्लीक्यूस इनोक्यूलम या अन्य माइक्रोएल्गल प्रजातियों को भंडारण से स्थानांतरित करके तैयार करें, चाहे वह एगर मीडिया पर क्रायोपआरक्षित या सुसंस्कृत हो।
    1. बाँझ माइक्रोएल्गल ग्रोथ मीडियम (ट्रिपल-नाइट्रोजन बोल्ड का बेसल मीडियम [3एन-बीबीएम], टेबल 3)का 30−50 मीटर जोड़ना एक बाँझ (150−250 mL) शेक फ्लास्क में फोम डाट के साथ छाया हुआ है।
      नोट: जब तक फ्लास्क को विरल नहीं किया जाता है, तब तक शेक फ्लास्क वॉल्यूम का केवल पांचवां तरल मीडिया द्वारा कब्जा किया जाना चाहिए।
    2. कोशिकाओं को तिरछा या शेक फ्लास्क करते समय बंध्यता बनाए रखने के लिए बायोसेफ्टी कैबिनेट का उपयोग करें। आगर पर संस्कृतियों के लिए, अपनी आगर प्लेट या तिरछा से सूक्ष्मशैवाल को शेक फ्लास्क में स्थानांतरित करने के लिए बाँझ लूप का उपयोग करें। क्रायोपआरक्षित संस्कृतियों के लिए, धीरे-धीरे क्रायोपआरक्षित नमूने को पिघलाएं और चुने हुए प्रोटोकॉल10के अनुसार क्रायोप्रोटेक्टिव को कुल्ला करें, फिर कोशिकाओं को शेक फ्लास्क में जोड़ें।
    3. 16 घंटे के तहत 20−25 डिग्री सेल्सियस पर 3N-BBM में संस्कृति कोशिकाओं: 8 h प्रकाश: अंधेरा और 115−130 आरपीएम पर मिलाते हुए ।
    4. ऑप्टिकल घनत्व (ओडी) माप (धारा 5 और 6 में) का उपयोग करके समय के साथ माइक्रोएल्गल विकास को ट्रैक करें। फोटोबायोरिएक्टर में कोशिकाओं को स्थानांतरित करने से पहले माइक्रोशैवाल को अपने घातीय विकास चरण (2−4 दिन) तक पहुंचने की अनुमति दें।
      नोट: प्रयोग के लक्ष्य के आधार पर, कोशिकाओं को संस्कृति माध्यम (इस अध्ययन) और/या बायोरिएक्टर के टीका से पहले कई केंद्रीकरण चरणों के साथ केंद्रित किया जा सकता है ।

3. फोटोबायोरिएक्टर का सेटअप और संचालन

  1. तापमान, पीएच, सरगर्मी दर, गैस प्रवाह दर, और इनपुट समाधान प्रवाह दरों को नियंत्रित करने के लिए फोटोबायोरिएक्टर(चित्रा 1)का उपयोग करें।
    नोट: फोटोबायोरिएक्टर का उपयोग चार अलग-अलग इनपुट समाधानों, आमतौर पर एसिड, बेस, एंटीफोम और सब्सट्रेट के प्रवाह को नियंत्रित करने के लिए किया जा सकता है।
    1. 1 एन नाओएच और 1 एन एचसीएल में से प्रत्येक 100 मीटर तैयार करें और प्रत्येक को 250 मीटर इनपुट समाधान बोतल में जोड़ें। इन समाधानों के लिए माध्यमिक रोकथाम का उपयोग करें।
    2. डिप ट्यूब ों से लैस ऑटोक्लेवबल कैप्ड बोतलों में मीटर किए गए इनपुट समाधान ों को स्टोर करें और बाँझ इनलाइन एयर फिल्टर के साथ एक वेंट ट्यूब। डिप ट्यूबों को ऑटोक्लेवेबल ट्यूबिंग का उपयोग करके फोटोबायोरिएक्टर के चार इनपुट पोर्ट से कनेक्ट करें और फोटोबायोरिएक्टर ऑपरेशन के दौरान, इनपुट समाधानों में डुबकी ट्यूबों को सबमर्सिबल करें । अलग पेरिटैटिक पंपों के माध्यम से इनपुट समाधान और उनके बंदरगाहों के बीच डाइमीटर (आईडी) ऑटोक्लेवेबल ट्यूबिंग के अंदर 1.6 मिमी पास करें जिन्हें या तो मैन्युअल रूप से चयनित प्रवाह दरों द्वारा या पीएच और फोम-स्तर की जांच (एसिड के मामले में) से प्रतिक्रिया द्वारा नियंत्रित किया जा सकता है, आधार, और एंटीफोम समाधान)।
  2. ऑटोक्लेविंग से पहले फोटोबायोरिएक्टर पीएच मीटर को कैलिब्रेट करें।
    1. पीएच जांच को कनेक्टिंग लाइन से फिटिंग करके और लॉक करने के लिए घुमाकर फोटोबायोरिएक्टर कंट्रोल टॉवर से जोड़ें। पीएच मीटर को कैलिब्रेट करने के लिए पीएच 4 और पीएच 7 बफ़र्स का उपयोग करें। पीएच मीटर मूल्य स्वीकार करने से पहले मूल्यों को स्थिर नहीं किया गया है तब तक प्रतीक्षा करें।
    2. पीएच मीटर कॉर्ड से पीएच जांच डिस्कनेक्ट करें जो जांच को नियंत्रण टॉवर से जोड़ता है।
    3. सतह 70% इथेनॉल के साथ बंध्याकरण या रिएक्टर के साथ जांच को ऑटोक्लेव करें। ऑटोक्लेव करने के लिए, एल्यूमीनियम पन्नी के साथ पीएच जांच कसकर टोपी।
      नोट: यदि जांच को स्वचालित किया जाता है, तो भाप क्षति से जांच इंटीरियर के जंग का खतरा है। यह कैपिंग विधि पूरी तरह से नुकसान की रोकथाम की गारंटी नहीं देती है।
    4. पीएच को बेहतर ढंग से नियंत्रित करने के लिए संस्कृति माध्यम में 10 एमएम 4-(2-हाइड्रोक्सेथिल) पिट्राज़िन-1-एथेनेसल्फोनिक एसिड (HEPES) बफर जोड़ें।
  3. डालने और पेंच ने फोटोबायोरिएक्टर हेडप्लेट पर ठंडी उंगली और निकास कंपाउंडर को बंद कर दिया।
  4. टीका बंदरगाह डालें और जगह में कसकर पेंच। फोटोबायोरिएक्टर हेडप्लेट के ऊपर टीका पोर्ट के सेक्शन में ऑटोक्लेवेबल ट्यूबिंग की लंबाई जोड़ें। बायोरिएक्टर को ऑटोक्लेव करने से पहले, टयूबिंग को एक ऑटोक्लेवेबल नली क्लैंप के साथ बंद कर दिया।
  5. किसी भी अप्रयुक्त फोटोबायोरिएक्टर बंदरगाहों के लिए बाँझ फिल्टर के साथ छाया हुआ ट्यूबिंग संलग्न करें।
  6. ऑटोक्लेवेबल ट्यूबिंग के माध्यम से फोटोबायोरिएक्टर इनपुट पोर्ट के लिए एसिड और बेस इनपुट समाधान संलग्न करें। संस्कृति माध्यम के 1.5 एल जोड़ें।
  7. काम की मात्रा के अनुसार 121 डिग्री सेल्सियस पर 30−45 min के लिए रिएक्टर और संबद्ध इनपुट समाधान को ऑटोक्लेव करें।
    नोट: यदि संस्कृति माध्यम ऑटोक्लेविंग से प्रतिकूल रूप से प्रभावित होता है, तो लैमिनार प्रवाह हुड में बाँझ परिस्थितियों में ऑटोक्लेव िंग के बाद मीडिया जोड़ें। यहां प्रोटोकॉल रुका जा सकता है।
    सावधानी: ऑटोक्लेव से हटाने के बाद रिएक्टर गर्म हो जाएगा।
  8. इम्पेलर शाफ्ट में इम्पेलर मोटर को अटैच करें और फिटिंग को कस लें।
  9. रोशनी आवश्यकताओं के अनुसार बायोरिएक्टर के बाहर सममित रूप से एलईडी लाइट पैनलों की व्यवस्था करें।
    1. स्वचालित करने से पहले, मापने और एक फोटोमीटर के साथ प्रकाश तीव्रता रिकॉर्ड। फोटोबायोरिएक्टर पोत के अंदर इलामिनेंस सेंसर रखें और प्रकाश स्रोत की ओर सेंसर का सामना करें।
  10. फोटोबायोरिएक्टर में माइक्रोएल्गे तक नकली कोयले से चलने वाले पावर प्लांट उत्सर्जन(टेबल 1)की आपूर्ति करने के लिए दो गैस सिलेंडरों से कनेक्ट करें।
    नोट: गैस इस अध्ययन में इस्तेमाल सांद्रता आयोवा पावर प्लांट के विश्वविद्यालय के उन अनुमानित ।
    1. गैस सिलेंडर, गैस विनियमन टॉवर, और फोटोबायोरिएक्टर स्पारिंग रिंग के बीच कनेक्शन इकट्ठा करें। गैस सिलेंडरों के लिए 20 साई आउटलेट दबाव में सक्षम उचित नियामकों संलग्न करते हैं । रेगुलेटर आउटलेट नली बार्ब को 6 एमएम आईडी प्रेशर रेसिस्टेंट ट्यूबिंग अटैच करें और नली क्लैंप के साथ सुरक्षित करें। 6 मिमी स्टेम त्वरित कनेक्ट फिटिंग एक नली क्लैंप के साथ सुरक्षित करने के लिए एक नली कंटिया का उपयोग कर गैस विनियमन टॉवर गैस इनलेट करने के लिए दबाव प्रतिरोधी टयूबिंग के दूसरे छोर को संलग्न करें । एक और 6 मिमी त्वरित कनेक्ट फिटिंग का उपयोग कर गैस विनियमन टॉवर गैस आउटलेट के लिए 3.2 मिमी आईडी ट्यूबिंग कनेक्ट और फोटोबायोरिएक्टर हेडप्लेट पर स्पारिंग रिंग पोर्ट करने के लिए आउटलेट ट्यूबिंग के दूसरे छोर कनेक्ट।
      नोट: एक दूसरे इनपुट गैस के लिए, दोहराएं कदम ३.९.१, लेकिन एक टी के आकार का नली कंटिया का उपयोग करने के लिए विरल अंगूठी बंदरगाह से जुड़े ट्यूब के एक खंड के लिए दो इनपुट गैस लाइनों को मजबूत ।
    2. प्रत्येक गैस नियामक पर 20 साई के लिए आउटलेट दबाव निर्धारित करें और प्रायोगिक गैस प्रवाह दर निर्धारित करने के लिए बायोरिएक्टर इंटरफेस का उपयोग करें।
      नोट: प्रति मिनट तरल (वीवीएम) की मात्रा के अनुसार मानक शर्तों के तहत हवा की मात्रा की गणना और रिपोर्ट करें; संस्कृति की मात्रा से वॉल्यूमेट्रिक गैस प्रवाह दर को विभाजित करें। प्रति मिनिड्यूट की इकाइयों में रिपोर्ट करें।
  11. जब एक से अधिक गैस सिलेंडर के साथ स्पारिंग, एक सीओ2 सेंसर के साथ फोटोबायोरिएक्टर के लिए आपूर्ति की सीओ2 एकाग्रता की पुष्टि करें ।
    1. एक कंप्यूटर के यूएसबी पोर्ट के लिए एक सॉफ्टवेयर (जैसे, GasLab) संगत सीओ2 सेंसर कनेक्ट करें। सबसे हाल ही में सॉफ्टवेयर है कि सीओ2 सेंसर मॉडल से मेल खाती है डाउनलोड करें। सॉफ्टवेयर खोलें और सेंसर मॉडल, माप समय अंतराल, और माप डेटा लॉगिंग की अवधि इनपुट करें।
    2. सीओ2 सेंसर और संयुक्त गैस प्रवाह ट्यूब (बायोरिएक्टर के साथ ट्यूब को जोड़ने से पहले) को 100−250 मीटर, छाया हुआ, निकाल पोत (बायोरिएक्टर के लिए बाहरी) में रखें।
      नोट: प्रयोग के दौरान, हेडस्पेस सीओ2 सांद्रता को फोटोबायोरिएक्टर हेडप्लेट पर वेंटिंग ट्यूबों में से एक से मापा जा सकता है।
    3. यूजर इंटरफेस पर सीओ2 एकाग्रता माप शुरू करें और माप ों को समतुल्य करने की प्रतीक्षा करें।
    4. वांछित कुल प्रवाह दर (0.1 एल मिन-1)और सीओ2 एकाग्रता (12%) तक प्रत्येक टैंक से गैस प्रवाह दरों को समायोजित करने के लिए फोटोबायोरिएक्टर यूजर इंटरफेस का उपयोग करें प्राप्त किया जाता है।
  12. फोटोबायोरिएक्टर यूजर इंटरफेस पर, इम्पेलर रोटेशन दर सेट करने के लिए स्कर फंक्शन का उपयोग करें। सुनिश्चित करें कि मिश्रण दर संस्कृति माध्यम के लिए काफी तेजी से विरल गैस बुलबुले आत्मसात करने के लिए है ।
    नोट: कुछ सूक्ष्म शैवाल प्रजातियों में कमजोर कोशिका संरचनाएं होती हैं और उच्च कतरनी बल द्वारा क्षतिग्रस्त या उठी जाएंगी।

4. विषाक्त गैस के उपयोग के लिए फोटोबायोरिएक्टर और प्रायोगिक सेटअप को अनुकूलित करना

सावधानी: वास्तविक या नकली फ्लू गैस में संक्षारक गैसों संक्षारक और विषाक्त हैं । यदि साँस लिया जाता है तो ये गैसें गंभीर जोखिम पैदा करती हैं ।
नोट: यह विधि अत्यधिक ज्वलनशील गैसों (यानी मीथेन, हाइड्रोजन आदि) का उत्पादन या उपभोग करने वाले रोगाणुओं की सुरक्षित खेती के लिए उपयुक्त सामग्रियों का वर्णन नहीं करती है।

  1. जंग प्रतिरोधी सामग्री के साथ पीतल, प्लास्टिक, और मानक ट्यूबिंग घटकों की जगह।
    1. कोईएक्स या एसओएक्स और पानी के बीच प्रतिक्रिया द्वारा गठित मजबूत एसिड से जंग का मज़बूती से विरोध करने के लिए स्टेनलेस स्टील का उपयोग करें। गैस इनलेट्स और गैस पर आउटलेट पर प्लास्टिक त्वरित कनेक्ट फिटिंग की जगह स्टेनलेस स्टील त्वरित कनेक्ट फिटिंग के साथ गैस को विनियमित टॉवर । पीतल के बजाय आउटलेट नली कंटीली सहित गैस सिलेंडरों के लिए स्टेनलेस स्टील रेगुलेटर का उपयोग करें।
    2. गैस सिलेंडर से गैस-विनियमन टॉवर और फोटोबायोरिएक्टर के लिए गैस-विनियमन टॉवर के बीच कनेक्शन पर नोएक्स और एसओएक्स गैसों (क्रमशः) से जंग का विरोध करने के लिए पॉलीटेट्राफ्लोरोएथिलीन (पीटीएफई) या प्राकृतिक एथिल विनाइल एसीटेट (ईवा) ट्यूबिंग का उपयोग करें।
  2. ऑटोक्लेव करने के बाद, एक वॉक-इन धूम हुड के भीतर फोटोबायोरिएक्टर और गैस सिलेंडर ों को इकट्ठा करें। फोटोबायोरिएक्टर को माध्यमिक रोकथाम के अंदर एक मेज पर रखें और मुफ्त खड़े सिलेंडर कॉलर या सिलेंडर रैक में गैस सिलेंडर रखें।
  3. गैस प्रवाह शुरू करने के बाद, गैस सिलेंडर और बायोरिएक्टर के बीच सभी कनेक्शनों में गैस लीक की जांच करने के लिए एक बुलबुला प्रकार तरल रिसाव डिटेक्टर का उपयोग करें। एक धोने की बोतल एक 1:100 (v:v) डिश साबुन के कमजोर पड़ने से भरा उपयोग करें: साबुन समाधान की एक छोटी सी धारा के साथ कनेक्शन को कवर करने के लिए पानी ।
    नोट: लीक कनेक्शन पर बुदबुदाते द्वारा संकेत दिया जाएगा ।
  4. माइक्रोएल्गल प्रयोगों की शुरुआत करते समय, टीका से पहले पीएच को समायोजित करना शुरू करें (मानक फोटोबायोरिएक्टर प्रयोगों के रूप में)।
    नोट: संक्षारक गैस प्रयोगों के दौरान संस्कृति माध्यम बफरिंग अत्यधिक सिफारिश की है क्योंकि इनपुट गैसों दृढ़ता से अम्लीय हैं ।
  5. तैयार माइक्रोएल्गल इनोकुलम को बाँझ सिरिंज में एस्पिरेटिंग करके फोटोबायोरिएक्टर को टीका लगाते हुए, टीका बंदरगाह से जुड़े ट्यूबिंग के लिए सिरिंज फिटिंग, टीका टयूबिंग क्लैंप खोलना और सिरिंज को निराशाजनक बनाना।
  6. विषाक्त गैस के ऊंचा स्तर या लीक के संकेत के लिए गैस मॉनिटर, गैस सिलेंडर दबाव, और फोटोबायोरिएक्टर दैनिक (और नमूनाकरण से पहले) की जांच करें।
  7. धुएं के हुड को एक चौड़ाई तक खोलने की सीमा दें जो बायोरिएक्टर और गैस सिलेंडर नियामकों तक पहुंचने की अनुमति देता है। साँस लेना जोखिम जोखिम से बचने के लिए, सुनिश्चित करें कि उद्घाटन धड़ क्षेत्र के ऊपर कर्मियों को बेनकाब नहीं करता है ।
  8. रिएक्टर में गैस प्रवाह बंद करने के लिए गैस सिलेंडर नियामकों को बंद स्थिति में बदल दें। धुएं हुड सैश बंद करो और फोटोबायोरिएक्टर संस्कृति नमूना से पहले संक्षारक गैसों को खाली करने के लिए हुड के लिए 5 मिन की अनुमति देते हैं ।
  9. धूम हुड के भीतर नमूना या तो एक हेडप्लेट बंदरगाह खोलने और एक बाँझ सीरोलॉजिकल पाइपकाका का उपयोग करके या टीका के माध्यम से एक सिरिंज में संस्कृति ड्राइंग/ गैस सिलेंडर खोलने और प्रयोग शुरू करने से पहले फोटोबायोरिएक्टर बंदरगाहों को सुरक्षित करें।

5. माइक्रोएल्गल बायोमास उत्पादकता को मापने

  1. सूखे माइक्रोएल्गल बायोमास सांद्रता के लिए माइक्रोएल्गल संस्कृति ओडी750 माप से संबंधित करने के लिए एक अंशांकन वक्र का उपयोग करें।
    1. कई (न्यूनतम: 4, न्यूनतम काम की मात्रा: 500 mL) बाँझ माइक्रोएल्गल माध्यम के साथ फ्लास्क तैयार करें और ब्याज की प्रजातियों के साथ टीका लगाते हैं (उदाहरण के लिए, इस अध्ययन में एस ओब्लिक्यूस)।
    2. संस्कृति OD750 उपाय जब तक विकास घातीय है, और तुरंत ज्ञात द्रव्यमान की 0.45 माइक्रोन फिल्टर झिल्ली के साथ सामग्री की ज्ञात मात्रा (न्यूनतम 100 mL) को फ़िल्टर करके फ्लास्क का नमूना करें। बायोमास और फिल्टर का समर्थन करने के लिए कवर एल्यूमीनियम वजन नौकाओं या कांच के जहाजों का उपयोग करें क्योंकि वे सूख जाते हैं।
    3. 80−100 डिग्री सेल्सियस के बीच ओवन में लगभग 18−24 घंटे तक सूखने के बाद बायोमास और फिल्टर को बड़े पैमाने पर करें। पूर्ण सुखाने को सत्यापित करने के लिए, एक अतिरिक्त 2−3 घंटे के बाद फिर से मापने के लिए निर्धारित करने के लिए अगर द्रव्यमान स्थिर हो गया है ।
    4. बायोमास द्रव्यमान की गणना करने के लिए संयुक्त बायोमास और फिल्टर द्रव्यमान से फिल्टर द्रव्यमान को घटाएं।
    5. बायोमास एकाग्रता (फ़िल्टर संस्कृति की मात्रा से विभाजित बायोमास के द्रव्यमान) के खिलाफ मापा OD750 के रूप में अंशांकन वक्र प्लॉट और एक रैखिक प्रतिगमन के साथ डेटा फिट।

6. बायोमास उत्पादकता मॉडलिंग और दर गणना

  1. अंशांकन वक्र रैखिक प्रतिगमन (धारा 5 में निर्धारित) का उपयोग करके ओडी750 माप से प्रयोग बायोमास सांद्रता की गणना करें।
  2. फिट बैच माइक्रोएल्गल विकास डेटा अंतराल और सांख्यिकी सॉफ्टवेयर(सामग्री की तालिका)में एक लॉजिस्टिक प्रतिगमन (समीकरण 2) के साथ स्थिर चरण के लिए अंतराल से घातीय करने के लिए डेटा:
    Equation 2(2)
    जहां एल वक्र का अधिकतम बायोमास एकाग्रता मूल्य है, कश्मीर घातीय चरण(समय-1)की सापेक्ष तेजी है, एक्स सिग्मोइडल वक्र के मध्य बिंदु का समय है, और एक्स समय है।
    1. मैन्युअल रूप से ऊपर लॉजिस्टिक समीकरण दर्ज करें। सॉफ्टवेयर में एनालिसिस टैब पर nonlinear प्रतिगमन के साथ एक वक्र फिट का चयन करें। मापदंडों के बाईं ओर: Nonlinear प्रतिगमन बॉक्स, नए ड्रॉपडाउन बॉक्स के तहत नए समीकरण बनाएं चुनें । समीकरण प्रकार के रूप में डिफ़ॉल्ट स्पष्ट समीकरण का उपयोग करें, नए फ़ंक्शन का नाम दें, और नए फ़ंक्शन को वाई = एल/(1+ एक्सपी (-k*(x-b)) के रूप में परिभाषित करें, जहां बी एक्सका प्रतिनिधित्व करता है।
  3. अंतिम और प्रारंभिक समय के बीच अंतर से अंतिम और प्रारंभिक बायोमास सांद्रता के बीच अंतर को विभाजित करके माइक्रोएल्गल बैच की समग्र बायोमास उत्पादकता की गणना करें।
  4. सिग्माइड मिडपॉइंट पर समीकरण 2 (समीकरण 3) के व्युत्पन्न से माइक्रोएल्गल बैच की अधिकतम बायोमास उत्पादकता की गणना करें, जब एक्स = एक्सओ।
    Equation 3(3)

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

हरी माइक्रोएल्गे, एस ओब्लिक्यूसके लिए एक अंशांकन वक्र, जो घातीय चरण में काटा गया था, ओडी750 और सूखे बायोमास सांद्रता(चित्रा 2)के साथ स्थापित किया गया था। रैखिक प्रतिगमन 0.9996 का आर2 मूल्य था।

एक एस obliquus संस्कृति एक प्रशीतित आगर प्लेट पर संग्रहीत संस्कृति से एक २५० mL Erlenmeyer फ्लास्क में शुरू किया गया था । माइक्रोएल्गा को 3एन-बीबीएम में 10 एमएम हेप्स बफर के साथ टीका लगाया गया था और 1.5 एल वर्किंग वॉल्यूम (0.07 वीवीएम)(चित्रा 1)के साथ 2 एल फोटोबायोरिएक्टर में 2.2% सीओ2 के साथ स्पार किया गया था। बैच को ओडी750के माध्यम से ट्रैक किया गया था; बायोमास सांद्रता की गणना अंशांकन वक्र से की गई थी, और फिर लॉजिस्टिक वक्र(चित्रा 3)के साथ मॉडलिंग की गई थी। फोटोबायोरिएक्टर ने पीएच 6.8, 100 सेमी3 मिन-1 कुल गैस प्रवाह दर, निरंतर 280 माइक्रोमोल मीटर-2 एस -1 रोशनी, और 27 डिग्री सेल्सियस पर संस्कृति को बनाए रखा। लॉजिस्टिक वक्र लैग से स्थिर चरण तक बायोमास एकाग्रता डेटा फिट करता है। लॉजिस्टिक मॉडल से, बैच के दौरान अधिकतम बायोमास एकाग्रता 2070 ± 20 मिलीग्रामएल-1थी, अधिकतम बायोमास उत्पादकता 4.6 दिन में हुई, और विशिष्ट बायोमास उत्पादकता की दर 1.0 डी-1थी। अधिकतम वृद्धि के समय लॉजिस्टिक वक्र के व्युत्पन्न से गणना की गई अधिकतम बायोमास उत्पादकता, 532 ± 60 मिलीग्राम एल-1 डी-1थी।

अच्छी तरह से मिश्रित कमरे मॉडल 24 घंटे के लिए धूम हुड विफलता के मामले में कोई2,एसओ2,और सीओ की संचित एकाग्रता की गणना करने के लिए इस्तेमाल किया गया था। इन मूल्यों की तुलना एक्सपोजर सीमा(तालिका 2)से की गई थी । उदाहरण के लिए, परिदृश्य में जहां 0.05 एल मिन-400 पीपीएम नंबर2 के 1 24 घंटे की धूम हुड विफलता अवधि के दौरान जारी किया जाता है, गणना जी = 0.0377 मिलीग्राम न्यूनतम-1,क्यू = 0.0001 मीटर3 मिन-1,वी = 100 मीटर3,और सिमुलेशन के लिए अधिकतम समय = 1440 न्यूनतम के इनपुट के साथ अच्छी तरह से मिश्रित कमरे मॉडल 0.54 मिलीग्राम मीटर-3 (0.29 पीपीएम) के लिए कोई2 संचय की भविष्यवाणी करता है, जो स्वीकार्य पुरानी एक्सपोजर सीमा (सरकारी औद्योगिक स्वच्छता सीमा के अमेरिकी सम्मेलन) से ऊपर है ACGIH TLV]) और अल्पकालिक एक्सपोजर सीमा (STEL) से नीचे ।

नकली फ्लू गैस के साथ एक आशाजनक प्रारंभिक परीक्षण ने 12% सीओ2 और अल्ट्रा-जीरो एयर (510 ± 40 मिलीग्रामएल-1 डी-1)(चित्रा 4)की तुलना में अधिक अधिकतम माइक्रोएल्गल बायोमास उत्पादकता दर (690 ± 70 मिलीग्रामएल-1 डी-1)हासिल की। प्रयोग से पहले, एक गैस मॉनिटर सीओ, कोई2,और एसओ2के साथ अंशांकित किया गया था । नकली फ्लू गैस प्रयोग कर्मियों या संक्षारक गैसों से उपकरणों को नुकसान के लिए किसी भी जोखिम के बिना किया गया था ।

Figure 1
चित्रा 1: बेंच-टॉप फोटोबायोरिएक्टर लाल और नीले रंग की एलईडी रोशनी से प्रबुद्ध । फोटोबायोरिएक्टर 1.5 एल वर्किंग वॉल्यूम के साथ 2 एल बैच रिएक्टर के रूप में संचालित होता है। फोटोबायोरिएक्टर को हेडप्लेट में बंदरगाहों के माध्यम से स्पारिंग रिंग और अतिरिक्त गैस वेंट के माध्यम से गैसों से लगातार खिलाया जाता है । मोलिटर एट अल5से अनुमति के साथ अनुकूलित । कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।

Figure 2
चित्रा 2: ओडी750 से एस ओब्लिक्यूस सेल ड्राई वेट से संबंधित कैलिब्रेशन कर्व। एस obliquus सेल संस्कृति प्रकाश अवशोषण ७५० एनएम पर मापा गया था, तो कोशिकाओं को फ़िल्टर और सेल शुष्क वजन माप प्राप्त करने के लिए सूख गए थे । मोलिटर एट अल5से अनुमति के साथ फिर से मुद्रित । कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।

Figure 3
चित्रा 3: एस obliquus विकास डेटा २.२% सह2 इनपुट पर एक रसद प्रतिगमन के साथ मॉडलिंग की । डेटा अंक ऑप्टिकल घनत्व माप से गणना के रूप में बायोमास मूल्यों का प्रतिनिधित्व करते हैं। डेटा एक कम वर्गफिट के माध्यम से एक रसद प्रतिगमन के साथ मॉडलिंग की गई है; Equation 4 जहां एल = 1955 मिलीग्राम एल-1, कश्मीर = 1.154 डी-1,और एक्स0 = 3.317 डी आर2 = 0.995। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।

Figure 4
चित्रा 4: 12% सीओ2में मॉडलिंग एस obliquus विकास, के साथ और अतिरिक्त नकली फ्लू गैस घटकों के बिना । माइक्रोशैवाल के प्रत्येक बैच से बायोमास माप रसद प्रतिगमन के साथ मॉडलिंग की गई थी । कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।

घटक प्रतिशत
एच2 12.6%
सीओ2 11.6%
2 5.8%
सह 0.048%
तो2 0.045%
कोई2 0.022%
एन2 69.9%

तालिका 1: कोयले से चलने वाले बिजली संयंत्र उत्सर्जन की संरचना। इन मात्राओं आयोवा बिजली संयंत्र उत्सर्जन 10 घंटे की अवधि में मिनट के अंतराल पर एकत्र डेटा के विश्वविद्यालय से औसत थे ।

विषाक्त गैस Twa छत STEL निओश इडलेएच निओश आरईएल ACGIH TLV सीडीसी विवरण
सह 35 पीपीएम 200 पीपीएम - 1,200 पीपीएम 35 पीपीएम 25 पीपीएम बेरंग, गंधहीन
तो2 2 पीपीएम 100 पीपीएम 5 पीपीएम 100 पीपीएम 2 पीपीएम 2 पीपीएम एक विशेषता, परेशान, तीखी गंध के साथ बेरंग गैस
कोई2 3 पीपीएम 5 पीपीएम 1 पीपीएम 13 पीपीएम 1 पीपीएम 0.2 पीपीएम पीले-भूरे रंग के तरल या लाल-भूरे रंग की गैस (70 डिग्री एफ से ऊपर) एक तीखी, तीखी गंध के साथ

तालिका 2: विषाक्त गैसों (सीओ, एसओ2,कोई2)फ्लू गैस में एक्सपोजर सीमा और विवरण। OSHA TWA: समय भारित औसत (आमतौर पर 8 घंटे अवधि), छत: मूल्य कभी नहीं पहुंचा जा करने के लिए, STEL: अल्पकालिक जोखिम सीमा (15 से अधिक min से अधिक TWA), NIOSH IDLH: जीवन और स्वास्थ्य के लिए खतरा, NIOSH REL: 15 मिन एक्सपोजर सीमा, ACGIH TLV: स्वीकार्य पुरानी जोखिम सीमा, कोई बीमार प्रभाव ।

यौगिक मिमी
नानो3 8.82 x 100
एमजीएसओ4·7H2O 3.04 x 10-1
Nacl 4.28 x 10-1
कश्मीर2एचबीओ4 4.31 x 10-1
KH2पीओ4 1.29 x 100
सीएसीएल2·2एच2 1.70 x 10-1
ZnSO4· 7H2O 3.07 x 10-2
एमएनसीएल2·4एच2 7.28 x 10-3
एमओओ3 4.93 x 10-3
क्यूएसओ4·5H2O 6.29 x 10-3
सीओ (कोई3)2· 6H2O 1.68 x 10-3
एच3बो3 1.85 x 10-1
ईडीटीए 1.71 x 10-1
Koh 5.52 x 10-1
फेसो4·7H2O 1.79 x 10-2
एच2एसओ4 (केंद्रित) 1 x 10-3 μL

तालिका 3: ट्रिपल-नाइट्रोजन बोल्ड के बेसल माध्यम (3एन-बीबीएम) की संरचना। नाइट्रोजन की मात्रा मूल बोल्ड के बेसल मीडियम11से तीन गुना हो गई है ।

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

बैच, विनियमित पीएच, तापमान, गैस प्रवाह दर, और गैस एकाग्रता के साथ एक्सनिक फोटोबायोरिएक्टर प्रयोगगैर लक्षित शैवाल उपभेदों और संस्कृति की स्थिति में परिवर्तनशीलता द्वारा संदूषण को नष्ट करके सार्थक परिणामों को बढ़ावा देते हैं । सटीक शुद्ध संस्कृति विकास गतिज संक्षारक गैसों (सीओ2,एसओ2,कोई2),जो पोषक तत्वों के रूप में सेवा, पशु फ़ीड जैसे एक मूल्यवान उत्पाद में अपशिष्ट गैसों मोड़ की उपस्थिति में भी प्राप्त किया जा सकता है।

किसी भी माइक्रोएल्गल प्रयोग की शुरुआत करने से पहले, चुनी हुई माइक्रोएल्गा संस्कृति को भंडारण से लिया जाना चाहिए और तरल संस्कृति के लिए फिर से अनुकूलित किया जाना चाहिए। सूक्ष्मशैवाल को घातीय चरण में बढ़ाने से इस संभावना में सुधार होता है कि प्रयोगों में समकक्ष प्रारंभिक स्थितियां होती हैं और माइक्रोएल्गेट टीका के बाद अंतराल चरण में स्थिर नहीं होते हैं।

बायोमास उत्पादकता के अध्ययन के दौरान ऑप्टिकल घनत्व और बायोमास सांद्रता से संबंधित अंशांकन घटता विशेष रूप से महत्वपूर्ण है। उच्च माइक्रोएल्गल बायोमास उत्पादकता माइक्रोएल्गल उद्योग के प्रमुख लक्ष्यों में से एक है और, इस तरह, अक्सर अनुसंधान सफलता12का संकेतक है। इसलिए, ऑप्टिकल घनत्व माप से बायोमास सांद्रता की सटीक गणना प्रजातियों-विशिष्ट, सटीक और सटीक अंशांकन वक्र डेटा से स्टेम होनी चाहिए। संभावित ऑप्टिकल हस्तक्षेप से बचने के लिए, यह महत्वपूर्ण है कि अंशांकन वक्र के लिए और प्रयोग के दौरान समान पृष्ठभूमि समाधान ों में किए जाने वाले माप। इसके अतिरिक्त, अंशांकन वक्र को प्रयोगों में उन लोगों के अधिकांश प्रतिनिधि विकास चरण (ओं) में माइक्रोएल्गेट से लिए गए मापों के साथ बनाया जाना चाहिए। कुछ सूक्ष्मशैवाल प्रजातियों में विभिन्न विकास चरणों के दौरान कोशिका आकार में नाटकीय अंतर हो सकता है जो ऑप्टिकल घनत्व और कथित बायोमास सांद्रता को बदल सकते हैं। यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि बायोमास उत्पादकता से संबंधित है, लेकिन विकास दर के बराबर नहीं है। विशिष्ट विकास दर कोशिकाओं की संख्या (समय के साथ सेल घनत्व में परिवर्तन/सेल घनत्व) वर्तमान पर निर्भर करता है, और विशिष्ट बायोमास उत्पादकता कोशिकाओं के थोक द्रव्यमान (एमजी/एल बायोमास में समय के साथ परिवर्तित प्रति एमजी/एल बायोमास)13 वर्तमान पर निर्भर करता है ।

जब माइक्रोएल्गल बायोमास सांद्रता को लॉजिस्टिक वक्र के साथ मॉडलिंग किया जाता है, तो प्रयोगात्मक परिणामों की तुलना बायोमास सांद्रता को इंटरपोलिंग और बायोमास उत्पादकता की सटीक गणना से सार्थक रूप से की जा सकती है। हालांकि, इन प्रयोगात्मक परिणामों की व्याख्या करते समय देखभाल की जानी चाहिए; समग्र और अधिकतम बैच बायोमास उत्पादकता की तुलना करना अनुचित है। जबकि अधिकतम बायोमास उत्पादकता मूल्य बैच परिणामों की तुलना करने के लिए उपयोगी हैं, समग्र बायोमास उत्पादकता प्रयोग अवधि और माइक्रोएल्गल विकास चरणों के बारे में अधिक जानकारी के बिना भ्रामक है। ये दरें अंतराल, लॉग ग्रोथ और स्थिर चरणों के दौरान लगातार बदलती हैं।

संक्षारक गैसों के साथ प्रयोगों के दौरान जो पावर प्लांट या औद्योगिक दहन उत्सर्जन की विशेषता है, मानव स्वास्थ्य और उपकरण दीर्घायु दोनों के लिए सावधानी बरती जानी चाहिए । मानक भागों को अधिक मजबूत सामग्रियों के साथ प्रतिस्थापित किया जाना चाहिए, और ट्यूबिंग जैसे उपभोग्य वस्तुओं का निरीक्षण किया जाना चाहिए और जंग का विरोध करने, लीक को रोकने और मानव जोखिम से बचने के लिए अधिक बार प्रतिस्थापित किया जाना चाहिए। सुरक्षित और सफल ऑपरेशन और सैंपलिंग के लिए अतिरिक्त सुरक्षा उपाय और जोखिम जागरूकता जरूरी है । विधि ज्वलनशील गैसों के लिए उपयुक्त नहीं है क्योंकि हेडस्पेस के भीतर गैस संचय की क्षमता है और उपकरण न तो ऐसे जोखिमों के लिए डिज़ाइन किया गया है और न ही ऐसी स्थितियों के लिए सुरक्षित अनुकूलन के लिए उपयुक्त है ।

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

लेखकों के पास खुलासा करने के लिए कुछ नहीं है ।

Acknowledgments

यह सामग्री ग्रांट नंबर 1546595 के तहत नेशनल साइंस फाउंडेशन ग्रेजुएट रिसर्च फेलोशिप द्वारा समर्थित काम पर आधारित है। इस सामग्री में व्यक्त की गई कोई भी राय, निष्कर्ष और निष्कर्ष या सिफारिशें लेखकों की हैं और जरूरी नहीं कि राष्ट्रीय विज्ञान फाउंडेशन के विचारों को प्रतिबिंबित करें । इस काम को आयोवा ग्रेजुएट और प्रोफेशनल स्टूडेंट गवर्नमेंट रिसर्च ग्रांट और यूनिवर्सिटी ऑफ आयोवा फाउंडेशन, एलन एस हेनरी एंडोमेंट ने भी सपोर्ट किया था । डब्ल्यू एम केक फाइटोटेक्नोलॉजीज लेबोरेटरी में शोध किया गया। लेखक नकली ग्रिप गैसों के लिए विशेषज्ञता और वित्तीय सहायता के लिए आयोवा पावर प्लांट स्टाफ, विशेष रूप से मार्क मैक्सवेल विश्वविद्यालय का शुक्रिया अदा करना चाहते हैं । लेखक भी उसकी सहायता और प्रोटोकॉल वीडियो में भागीदारी के लिए नमूना और विश्लेषण और एमिली ग्रीन के साथ उसकी सहायता के लिए एमिली मूर स्वीकार करना चाहते हैं ।

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Biostat A bioreactor Sartorius Stedim 2-liter bioreactor for microbial fermentation; designed to be autoclaved; pH, temperature, gas flow rate control
Bump test NO2 gas Grainger GAS34L-112-5 Calibration gas for MultiRAE gas detector
Bump test O2, CO, LEL gas Grainger GAS44ES-301A Calibration gas for MultiRAE gas detector
Bump test SO2 gas Grainger GAS34L-175-5 Calibration gas for MultiRAE gas detector
Corrosion resistant tubing for NO2 gas Swagelok SS-XT4TA4TA4-6 PTFE Core Hose Smooth Bore X Series—Fiber Braid and 304 SS Braid Reinforcement
Corrosion resistant tubing for SO2 gas QC Supply 120325 Reinforced Braided Natural EVA Tubing - 1/4" ID
cozIR 100% CO2 meter Gas Sensing Solutions Ltd. CM-0121 at CO2meter.com CO2 meter for concentrations up to 100%
cozIR 20% CO2 meter Gas Sensing Solutions Ltd. CM-0123 at CO2meter.com CO2 meter for concentrations up to 20%
Durapore Membrane Filter, 0.45 μm Millipore Sigma HVLP04700 Hydrophilic, plain white, 47 mm diameter, 0.45 μm pore size, PVFD membrane filters
Gas cylinder regulators Praxair PRS 40221331-660 Single-stage stainless steel regulator configured for 0-15 psi outlet assembly diaphragm valve with 1/4" MNPT threads, Stainless steel to resist corrosion from NOx and SOx
Gas cylinders Praxair Ulta-zero air, high purity CO2, or custom gas composition Dependent on study objectives
Gas monitoring and leak detection system RAE Systems by Honeywell MAB3000235E020 Pumped model that detects O2, SO2, NO2, CO, and LEL
GasLab software GasLab v2.0.8.14 Software for CO2 meter measurements and data logging
Hose barb Grainger Item # 3DTN3 Used to adapt regulators to tubing, Stainless steel to resist corrosion from NOx and SOx
K30 1% CO2 meter Senseair CM-0024 at CO2meter.com CO2 meter for concentrations less than 1%
LED grow panels Roleadro HY-MD-D169-S Red & blue LED light panels
Memosens dissolved oxygen probe Endress+ Hauser COS22D-19M6/0 Autoclavable (with precautions) dissolved oxygen probe for bioreactor
Memosens pH probe Endress+ Hauser CPS71D-7TB41 Autoclavable (with precautions) pH probe for bioreactor
Oven, Isotemp 500 Series Fisher Scientific 13246516GAQ Small oven for drying
Prism GraphPad software GraphPad Software Version 7.03 or 8.0.1 Graphing software for data organization, data analysis, and publication-quality graphs
Stem to hose barb fitting Swagelok SS-4-HC-A-6MTA Stainless Steel Hose Connector, 6 mm Tube Adapter, 1/4 in. Hose ID
Tubing, dilute acid/base transfer Allied Electronics and Automation 6678441 Silicone TP Process Tubing; 1.6mm Bore Size; 3000mm Long; Food Grade
Tubing, gas transfer Allied Electronics and Automation 6678444 Silicone TP Process Tubing; 3.2mm Bore Size; 3000mm Long; Food Grade

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Obom, K. M., Magno, A., Cummings, P. J. Operation of a Benchtop Bioreactor. Journal of Visualized Experiments. (79), e50582 (2013).
  2. Cheah, W. Y., Pau Loke, S., Chang, J. -S., Ling, T., Juan, J. C. Biosequestration of atmospheric CO2 and flue gas-containing CO2 by microalgae. Bioresource Technology. 184, 190-201 (2014).
  3. Xu, L., Weathers, P. J., Xiong, X. -R., Liu, C. -Z. Microalgal bioreactors: Challenges and opportunities. Engineering in Life Sciences. 9 (3), 178-189 (2009).
  4. Tsang, Y. F. Photobioreactors: Advancements, Applications and Research. , Nova Science Publishers, Inc. Hauppauge, NY. (2017).
  5. Molitor, H. R., Moore, E. J., Schnoor, J. L. Maximum CO2 Utilization by Nutritious Microalgae. ACS Sustainable Chemistry & Engineering. 7 (10), 9474-9479 (2019).
  6. Khan, M. I., Shin, J. H., Kim, J. D. The promising future of microalgae: current status, challenges, and optimization of a sustainable and renewable industry for biofuels, feed, and other products. Microbial Cell Factories. 17 (1), 36 (2018).
  7. Benemann, J. R. Hydrogen production by microalgae. Journal of Applied Phycology. 12 (3), 291-300 (2000).
  8. AIHA. IH MOD. , Available from: https://aiha.org/public-resources/consumer-resources/topics-of-interest/ih-apps-tools (2019).
  9. Centers for Disease Control and Prevention, Immediately Dangerous To Life or Health (IDLH) Values. The National Institute for Occupational Safety and Health. , Available from: https://www.cdc.gov/niosh/idlh/intridl4.html (2019).
  10. Nakanishi, K., Deuchi, K., Kuwano, K. Cryopreservation of four valuable strains of microalgae, including viability and characteristics during 15 of cryostorage. Journal of Applied Phycology. 24 (6), 1381-1385 (2012).
  11. Bischoff, H. W., Bold, H. C. Some soil algae from Enchanted Rock and related algal species. , University of Texas. Austin, Texas. (1963).
  12. Mata, T. M., Martins, A. A., Caetano, N. S. Microalgae for biodiesel production and other applications: A review. Renewable and Sustainable Energy Reviews. 14 (1), 217-232 (2010).
  13. Wood, A. M., Everroad, R. C., Wingard, L. M. Measuring growth rates in microalgal cultures. Algal Culturing Techniques. Andersen, R. A. , Elsevier Academic Press. Burlington, MA. 270-272 (2005).

Tags

पर्यावरण विज्ञान अंक 154 माइक्रोशैवाल खेती फोटोबायोरिएक्टर एक्सनिक संस्कृतियां प्रायोगिक नियंत्रण बायोमास उत्पादकता संक्षारक गैस उपयोग के लिए अनुकूल
संक्षारक फ्लू गैसों के साथ बेंच-स्केल फोटोबायोरिएक्टर में माइक्रोएल्गे खेती और बायोमास क्वांटिफिकेशन
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Molitor, H. R., Williard, D. E.,More

Molitor, H. R., Williard, D. E., Schnoor, J. L. Microalgae Cultivation and Biomass Quantification in a Bench-Scale Photobioreactor with Corrosive Flue Gases. J. Vis. Exp. (154), e60566, doi:10.3791/60566 (2019).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter