مرافقة اللاعبين الكبار في صناعة الطحالب المتنامية
08 Jul 2019
مصدر غني بالأحماض الدهنية المتعددة غير المشبعة والبروتينات والإنزيمات والفيتامينات والمعادن والعناصر النزرة، ليس من المستغرب أن الطحالب أصبحت مادة مرغوبة للغاية بعد المواد الخام للعديد من المنتجات في قطاعات المنتجات الصيدلية والكيمياء والأغذية. وعلى مدار أكثر من 50 عامًا، رافقت GEA الشركات الناشئة ومنتجي الطحالب بدعم البحث والتطوير وتكنولوجيا المعالجة عالية الجودة التي تلبي معايير الصناعة الصارمة.
أهم مستهلك لثاني أكسيد الكربون على كوكبنا، 1 كيلوغرام من الكتلة الحيوية للطحالب قادرة على تخزين حوالي 2 كيلوجرام من ثاني أكسيد الكربون مع إطلاق 1.6 كيلوجرام من الأكسجين في ذات الوقت. بالإضافة إلى هذا العمل الهام للغاية، فإن التطبيقات التي تُستخدم فيها الطحالب واسعة جدًا، بما في ذلك كل شيء كمعجون الأسنان، وتلميع الأحذية، وكريم الوجه، والأعلاف الحيوانية، والمكملات الغذائية والأغذية، وملونات الطعام الطبيعية، والأسمدة الحيوية، ومكيفات التربة، وفي معالجة ماء الصرف الصحي وكمادة رابطة للمعادن الثقيلة. والقائمة تطول.
تتواجد الطحالب في ماء البحر أو الماء العذب، ويتم تصنيفها أيضًا وفقًا للحجم - الطحالب الكبيرة أو الدقيقة - وحسب اللون: الأزرق أو الأخضر أو البني أو الأحمر. تشمل الطحالب الكبيرة نباتات مائية كبيرة نسبيًا مثل أصناف عشب البحر والأعشاب البحرية التي يمكن أن تنمو بطول 50 مترًا. الطحالب الدقيقة، والتي تشمل على سبيل المثال، شلوريلاوسبيرولينا:
- هي كائنات مجهرية أحادية الخلية بشكل عام (يتراوح متوسط حجم الخلية بين 2 إلى 10 ميكرومتر)
- لا توجد لها جذور أو جذوع أو أوراق
- ويمكن استنباتها في مفاعلات حيوية ضوئية (PBRs) أو في أحواض مفتوحة وتغذيتها على ماء الصرف الصحي، بما في ذلك ماء المجاري، أو تُزرع عن طريق التخمير المغاير، حيث تتغذى الطحالب على السكريات بدلًا من أشعة الشمس
- يمكن استنباتها في الأراضي الغير مناسبة للمحاصيل الغذائية وبالتالي فهي لا تتنافس مع إنتاج الأغذية
تعتبر المعالجة، أو الحصاد، ضرورية لفصل الكتلة الحيوية للطحالب عن الماء الذي نمت فيه - وهو مجال نشطت به GEA منذ الستينيات من القرن الماضي، مع تقنيات لتركيز الطحالب واستخلاصها وغسلها، فضلًا عن تجفيفها.
من الناحية الغذائية، يصعب التغلب على الطحالب. على سبيل المثال، تحتوي الأسماك، مثل سمك السلمون، على زيوت أوميجا 3 المفيدة، ولكنها لا تنتجها بشكل طبيعي، بل تحصل عليها عن طريق استهلاك الطحالب الدقيقة. ويعني هذا أن زيت الطحالب لديه إمكانات أكبر لدعم الاحتياجات الغذائية العالمية، ويمكن أن يساعد على تخفيف الضغط عن الإمداد العالمي بالأسماك، على سبيل المثال، إذا تم استخدامه على نطاق أوسع في دقيق السمك. وبالمثل، فإن الطلب المتزايد على مصادر موثوقة ومستدامة ومنخفضة التكلفة للطاقة وللبلاستيك القابل للتحلل الحيوي هي عوامل رئيسية من المتوقع أن تدفع النمو في هذا القطاع المثير.
بلطف، بلطف: وضع كوابح على القص لزيادة معدلات نجاة الطحالب
تتطلب معالجة الطحالب الحديثة تكنولوجيا الطرد المركزي لتركيز واستخراج وغسل معلقات الطحالب المحصودة. نظرًا للتكوين البيولوجي للطحالب، غالبًا ما تكون أجهزة الطرد المركزي الوسيلة الاقتصادية الوحيدة لمعالجة الطحالب الدقيقة بكفاءة، ليس فقط لأنها تستخدم طاقة أقل من الترشيح بالغشاء الخزفي، ولكن أيضًا لأن حجم الخلية يجعلها تلتصق أو تسد مرشحات التفريغ الدورانية التقليدية.
ومع ذلك، فإن أجهزة الطرد المركزي تستخدم قوة الطرد المركزي، ويمكن أن يكون إبقاء خلايا الطحالب حيةً أثناء تعرضها لما يصل إلى 15,000 غرام من القوة أمرًا صعبًا. وخلال هذه العملية، هناك خطوتان مهمتان: إدخال الخلايا في حقل الطرد المركزي وإخراجها مرة أخرى. حلت GEA التحدي المتمثل في تغذية نظام دوار بالخلايا الحساسة منذ عدة سنوات من خلال نظام التغذية الهيدرومتري المسجل ببراءة اختراع لها. يتكون النظام من قرص في نهاية الأنبوب الذي يغذي الخلايا تحت مستوى السائل في الحوض المملوء مسبقًا - على غرار التأثير الذي تحصل عليه عند ملء دلو بالماء مع تواجد الخرطوم الذي تستخدمه لملء الحاوية أسفل سطح الماء مما يلغي تناثر الماء.
في الآونة الأخيرة، طورت GEA حلًا كان ضروريًا للغاية لتفريغ خلايا حساسة للغاية مثل دياتوم ولمسيات النبت من النظام الدوار دون الإضرار بها أو إتلافها، نظرًا لأن معدلات الفاقد منها يمكن أن تصل إلى أكثر من 90 بالمائة حتى بسرعات مخفضة. يمكن لمعظم المنتجات المعالجة تحمل التعامل القاسي معها دون أي تأثير سلبي، وخلال القذف العادي، يتم فتح الوعاء أثناء التشغيل بأقصى سرعة أو سرعة مخفضة، ويتم إطلاق المواد الصلبة المجمعة في الممساك.
في حالة الطحالب، يقوم الطرد المركزي بتركيز الخلايا وجمعها أثناء العملية في مكان حجز المواد الصلبة في محيط الحوض- وهو نفس المكان الذي تكون فيه قوى الطرد المركزي في أعلى مستوياتها في أجهزة الطرد المركزي كان السبيل الناجح لحل GEA هو إيجاد طريقة لإبطاء المواد الصلبة أثناء التفريغ، وبالتالي تقليل السرعة التي تصطدم بها الخلايا بجدار الممساك. أدى ذلك إلى تطوير نظام قذف مساعد المكابح المائية لـ GEA. يعمل مساعد الكابح بمثابة ستارة من السائل يتم من خلاله إخراج المواد الصلبة. تم إنشاؤه عن طريق تركيب سلسلة من فوهات الرش على الممساك، وبمجرد تنشيط المكبس، يقوم نظام التحكم بتشغيل الفوهات، ويتم رش ستارة من السائل إلى أسفل الممساك، مما يؤدي إلى إبطاء أو تخفيف سرعة قذف المواد الصلبة. عادة ما يكون السائل المستخدم عبارة عن ماء، ولكن يمكن استخدام السائل الناتج من مرحلة الفصل. ونظرًا لأن الفوهات ترش لفترة وجيزة فقط عند تنشيط المكبس الثاني، يمكن إعادة تخفيف الطحالب المركزة.
التدفق المستعرض لفاصل GEA الذي يُظهر نمط التدفق السائل، بما في ذلك نظام التفريغ.
انخفضت خسارة المنتجات من 95 إلى 2 في المئة مع الميزة الجديدة
في عام 2018، بدأ مصنع OP Bio في اليابان، الذي يجري الأبحاث، ويطور المنتجات الطبيعية من الموارد البحرية لاستخدامها في الأدوية والمواد الوظيفية المحتملة، باستخدام مكابح GEA المائية الجديدة. باستخدام نظام قذف تقليدي، يدمر 95 في المائة من خلايا الطحالب الخاصة بالعميل أثناء التفريغ. مع ميزة المساعد الجديدة، تم تقليل خسائر خلايا الطحالب إلى 2 في المائة فقط، مما يمثل تحسنا هائلا في التكاليف والكفاءة. والآن، يستطيع مصنع OP Bio معالجة حتى أكثر خلايا الطحالب حساسية باستخدام أجهزة الطرد المركزي.
الشراكة لتلبية الطلب العالمي المتزايد على منتجات الطحالب
بالنسبة للشركات الناشئة والشركات في صناعة الطحالب، يعتبر التمويل مفتاحًا للانتقال من المختبر إلى المرحلة التجريبية. يريد المستثمرون عمومًا بعض الأدلة التي تثبت أن تقنية معينة تعمل على نطاق صغير أو يمكن زيادتها لإنتاج عدة أطنان من الكتلة الحيوية للطحالب أو زيت الطحالب قبل تخصيص الأموال. العوامل الرئيسية في زيادة إنتاج الطحالب ومعالجتها بنجاح هي تقليل استهلاك الطاقة وتكاليف التشغيل.
ومنذ عام 2015، دعمت GEA شركة ناشئة فرنسية للتكنولوجيا الحيوية، بدءًا من تجارب الفصل في الموقع. من خلال العمل معًا، ساعدت GEA العميل على تطوير معالجة حصاد مخصصة للطحالب تنتج طحالب عالية الجودة من الكتلة الحيوية للطحالب الدقيقة على نطاق صناعي لاستخدامها في تغذية الحيوانات والأغذية ومستحضرات التجميل. على سبيل المثال، يتم استخدام فاصل فوهة GEA viscon® في فصل الطحالب الدقيقة متعددة التغذية، مما يؤدي إلى تركيز الطحالب المتجانسة مع أقصى قدر من المادة الجافة باستخدام آلة قادرة على CIP (التنظيف المكاني) بالكامل لتحقيق كفاءة فصل عالية.
تستفيد الشركة الهولندية Duplaco أيضًا من المعرفة الفنية للفصل الخاص بـ GEA لمعالجة طحالب العرمض الدقيقة، التي تنمو عن طريق التخمير متعدد التغذية، والتي يمكن استخدامها في إنتاج الأغذية الصحية، مثل العصائر أو برغر الطحالب أو المعكرونة، أو في المكملات الغذائية أو الأعلاف الحيوانية. تساعد حلول GEA على ضمان تقديم مسحوق الطحالب والمكملات الغذائية لـ Duplaco بجودة عالية وبأقصى قدر من الاتساق، مع تقليل تكاليف الطاقة للمُنتج وبصمة الإنتاج.
- يقول ألكساندر بيك، مدير التطبيقات - الفصل، الطحالب، في مصادر GEA المتجددة: "تعد القدرة على الشراكة مع العملاء في وقت مبكر أمرًا بالغ الأهمية عندما يتعلق الأمر بتطوير معالجة حصاد الطحالب، خصوصًا بالنظر إلى مطالب توجيه الإنتاج وخفض تكاليف الإنتاج للوحدة."
- يقول ألكساندر بيك، مدير التطبيقات - الفصل، الطحالب، في مصادر GEA المتجددة
أدى التركيز المتزايد على تكرير الطحالب لدعم الإنتاج المستدام للأغذية إلى جذب GEA والعديد من الشركاء من المجتمع العلمي وقطاع الأعمال في الاتحاد الأوروبي لتشكيل مشروع معمل تكرير الطحالب الحيوي المستدام للزراعة والاستزراع المائي (SABANA) في عام 2016. ومن خلال مبادرة Horizon 2020 التي يمولها الاتحاد الأوروبي، قام الفريق بتطوير معمل تكرير حيوي متكامل وواسع النطاق قائم على الطحالب الدقيقة لإنتاج التغذية وإضافاتها، بما في ذلك المنشطات الحيوية والأسمدة الحيوية والمبيدات الحيوية، من خلال إظهار الجدوى التقنية والبيئية والاجتماعية لإنتاج منتجات الطحالب المشتقة القيمة باستخدام الماء البحري وماء الصرف فقط كمصدر للمواد الغذائية.*
في مسار عمل المبيدات الحيوية، يقوم الفريق بتطوير واختبار ومعالجة سلالات الطحالب التي تحتوي على عوامل مضادة للميكروبات تحارب مختلف مسببات الأمراض النباتية. من أجل معالجة الكتلة الحيوية الحساسة، قدمت GEA الخبرة والمعدات، بما في ذلك أجهزة الطرد المركزي لحصد الطحالب وتركيزها؛ المجانسات لتعطيل الخلايا ومجفف الرذاذ لتجفيف الكتلة الحيوية بحيث يمكن بعد ذلك اختبار العوامل النشطة، والتي ستكون نتائجها متاحة في نهاية عام 2021.
تنتج المفاعلات الحيوية الضوئية الأنبوبية الطحالب الدقيقة في المصنع التجريبي للبحوث والتطوير في مشروع SABANA، مركز أبحاث IFAPA في الميريا، إسبانيا. مقدم من: SABANA
تمتلك GEA الأداة المناسبة للعمل
بالنسبة لمعالجة التركيز، توفر GEA عدة أجهزة فصل ودوارق للاختيار من بينها، ولكل منها مزايا فردية ووفقًا لنوع الطحالب وظروف الاستزراع. يعتمد اختيار أجهزة الفصل أيضًا على السعات التي يجب التعامل معها ولزوجة المنتج ومحتوى المواد الصلبة وقيمة الرقم الهيدروجيني في مرق التخمير وهيكل الخلية. لمزيد من التركيز وإزالة الماء من الكتلة الحيوية أو تصنيف الطحالب الدقيقة، فإن دورق GEA هو الخطوة التالية في المعالجة.
عندما يتعلق الأمر بمعالجة الطحالب الحمراء والخضراء، فإن مجانسات GEA مثالية، حيث إنها توفر المواد الخام عالية الجودة المطلوبة لمكملات الأغذية والفيتامينات وكذلك المواد الحيوية أو البلاستيك الحيوي. تضمن هذه التكنولوجيا مكونات موثوقة وطويلة الأمد تلبي المتطلبات والمنتجات المعقمة التي تتوافق تمامًا مع جميع اللوائح. التجانس هو معالجة ميكانيكية تكسر جدار الخلية الخارجي بما يصل إلى 1500 بار لتحرير السائل داخل الخلايا. توفر مزايا من حيث الموثوقية واسترداد إجمالي تكاليف الملكية، نظرًا لما يلي:
- هي معالجة سريعة ومستمرة
- النتائج التي تم الحصول عليها في المختبر هي 100٪ ويمكن إعادة استنساخها على نطاق صناعي
- يمكن أن يتنوع الضغط للعثور على درجة تمزق الخلية الصحيحة
- لا توجد فرصة لتلوث المنتج بمواد أخرى
مع أن أجهزة الطرد المركزي قادرة على إزالة معظم الماء الحر من معلقات الطحالب، تتطلب بعض التطبيقات مسحوق الطحالب الذي يتطلب تجفيف الرذاذ. مسحوق الطحالب الجافة عبارة عن بروتين عالي الجودة، ويمكن استخدامه، على سبيل المثال، كإضافة لعلف الحيوان.
* تلقى هذا المشروع تمويلًا من برنامج Horizon 2020 للبحوث والابتكار في الاتحاد الأوروبي بموجب اتفاقية المنحة رقم 727874.
