Alg yetiştirme endüstrisinde oyun-değiştiricilerin yanında
08 Jul 2019
Zengin bir çoklu doymamış yağ asidi, protein, enzim, vitamin, mineral ve eser miktarda diğer içerik kaynağı olan alglerin ilaç, kimyasal ve gıda sektörlerindeki çok sayıda ürünün en çok aranan ham maddesi olması şaşırtıcı değildir. 50 Yılı aşkın süredir GEA, yeni firmalara ve alg üreticilerine AR-GE desteği ile birlikte katı endüstri standartlarını karşılayan yüksek kaliteli işleme teknolojileri sağlamaktadır.
Gezegenimizdeki en büyük CO2 tüketicisi olup, 1 kilogram alg biyo-kütlesi yaklaşık 2 kilogram CO2 depolarken aynı zamanda 1.6 kilogram oksijen açığa çıkartmaktadır. Bu çok önemli işin yanı sıra, alg kullanılan uygulamalar çok geniş kapsamlı olup, diş macunu, ayakkabı cilası, yüz kremi, hayvan yemi, gıda ve gıda takviyeleri, doğal gıda boyaları, biyo-gübre, toprak koşullandırıcı, atık su arıtması ve ağır metal bağlayıcı gibi bir çok alanda kullanılmaktadır. Ve bu liste uzamaya devam ediyor.
Deniz veya tatlı su ortamında bulunan algler ayrıca boyutlarına - makro veya mikro alg - ve rengine göre sınıflandırılır: mavi, yeşil, kahverengi veya kırmızı. Mikro algler yaklaşık 50 metre boya kadar büyüyebilen laminarya ve deniz yosunu gibi daha büyük su bitkilerini içermektedir. Mikro alg, örneğin Klorella ve Spirulina türlerini içermekte olup:
- Genellikle mikroskobik tek hücreli organizmalardır (ortalama hücre boyu 2-10 mikrometre civarındadır)
- Kökleri, sapları veya yaprakları yoktur
- Foto-biyoreaktörlerde (PBR'ler) veya açık göletlerde yetiştirilebilir ve kanalizasyon dahil olmak üzere atık su ile beslenebilir veya alglerin güneş ışığı yerine şekerlerle beslendiği heterotrofik fermantasyon ile yetiştirilebilir
- Yetiştirme, gıdasal bitkilerin yetişmesine uygun olmayan topraklarda gerçekleştirilebilir ve böylece gıda üretimine rekabet oluşturmaz
Alg biyo-kütlesinin içinde yetiştirildiği sudan ayrılması için işleme veya hasat gereklidir - bu da GEA'nın 1960'lardan bu yana alg konsantrasyonu, ekstraksiyonu ve yıkama-kurutma teknolojileri ile aktif olduğu bir alandır.
Besinsel açıdan bakıldığında algleri yenmek kolay değildir. Örneğim somon gibi balıklar faydalı omega-3 balık yağlarını içerir ancak bunu doğal olarak üretemez, ancak mikro alg tüketerek üretebilirler. Bu, alg yağlarının global besin ihtiyaçlarının karşılanmasında destek sağlamada ve örneğin balık yeminde daha yaygın kullanılması halinde global balık tedariki üzerindeki baskının azaltılmasında daha büyük potansiyele sahip olduğu anlamına gelmektedir. Aynı şekilde güvenilir, sürdürülebilir ve düşük maliyetli enerji ve biyolojik olarak çözünen plastik taleplerindeki artış, bu heyecan verici sektörde büyümeye yol açması beklenen ana etkenler arasındadır.
Nazik, nazik: Alg canlı kalma oranlarını arttırmak için parçalanmanın frenlenmesi
Modern alg işlemesi, hasat edilen alg süspansiyonlarının konsantrasyonu, ekstraksiyonu ve yıkanması için santrifüj teknolojisi gerektirir. Alglerin biyolojik yapısından dolayı santrifüjler genellikle mikro algin etkin biçimde işlemesinde tek ekonomik çözümdür, çünkü hem seramik membran filtrasyonundan daha az enerji tüketir, hem de hücre boyu geleneksel döner vakumlu filtrelerde bağlanmaya veya tıkanmaya neden olmaktadır.
O nedenle santrifüj, merkezkaç kuvveti demektir ve alg hücrelerinin canlı tutulurken aynı zamanda 15.000 g-kuvvetine maruz bırakılması biraz zorlayıcı olabilmektedir. Bu işlem esnasında iki kritik adım bulunmaktadır: hücrelerin santrifüj alanına alınması ve daha sonra yeniden çıkartılması. GEA, hassas hücrelerin döner bir sisteme beslenmesi problemini yıllar önce patentli hidrohermetik besleme sistemi ile çözmüştür. Sistemde, hücreleri önceden doldurulmuş bir hazne içindeki sıvı seviyesinin altından besleyen besleme borusunun ucunda bir disk yer almaktadır - hortumun ucunu biraz suyla dolu bir kovada su yüzeyinin altına yerleştirmek suretiyle sıçramaların önlenmesi mantığıyla benzer şekilde çalışır.
Yakın zamanda GEA, Diyatom ve Haptophyta gibi parçalanmaya karşı aşırı hassas hücrelerin döner sistemden hasar görmeden veya yok edilmeden boşaltılması için çok ihtiyaç duyulan bir çözüm geliştirmiştir, çünkü düşük hızlarda bile ölüm oranları yüzde 90 üzerine çıkabilmektedir. Çoğu işlenmiş ürün, herhangi bir negatif etki olmaksızın sert uygulamalara dayanabilmektedir ve normal tahliye esnasında hazne tam veya düşük hızda çalışırken açılır ve toplanan katı maddeler kolaylıkla tutucuya fırlatılır.
Alglerde ise santrifüj, hücreleri konsantre eder ve çalışma esnasında bunları hazne çeperindeki katı madde tutma boşluğunda toplar - burası tam olarak santrifüj içinde merkezkaç kuvvetinin en yüksek olduğu noktadır. GEA çözümünün anahtar noktası, deşarj esnasında katı maddelerin hızlarını ve böylece hücrelerin tutucu duvara çarpma hızlarını azaltmanın bir yolunu bulmaktı. Bu, GEA'nın hidro-fren yardımlı tahliye sistemini geliştirmesine yol açtı. Fren yardımı, katı maddelerin tahliye edildiği bir sıvı perdesi olarak görev yapar. Bir dizi sprey nozülünün tutucu üzerine monte edilmesiyle gerçekleştirilmiştir, piston devreye girer girmez kontrol sistemi nozülleri tetikler ve aşağıya, tutucunun içine doğru bir sıvı perdesi spreylenir, katı maddelerin çıkış hızı önemli oranda azaltılır veya frenlenir. Kullanılan sıvı genellikle sudur, ancak ayrı bir temiz aşama da kullanılabilir. İkinci piston devreye girdiğinde nozüller sadece kısa bir süre spreylendiği için, konsantre alglerin yeniden sulanması azaltılabilir.
Deşarj sistemini içeren sıvı akış modelinin gösterildiği GEA separatörü kesit görünümü.
Yeni özelliği sayesinde ürün kayıplarının yüzde 95'ten yüzde 2'ye azaltılması
Japonya'da ilaçlarda ve işlevsel maddelerde kullanılmak üzere deniz kaynaklarından doğal ürünler elde edilmesi üzerine araştırma ve geliştirme yapan OP Bio Factory, 2018 yılında yeni GEA hidro-freni kullanmaya başladı. Konvansiyonel tahliye sistemi ile müşterinin alg hücrelerinin yüzde 95'i boşaltma esnasında parçalanıyordu. Yeni yardımcı özellikle alg hücresi kayıpları sadece yüzde 2'ye düşürülerek maliyet ve verimlilikte devasa bir iyileştirme elde edilmiştir. Artık Op Bio Factory, santrifüj ile en hassas algleri bile başarılı şekilde işleyebilmektedir.
Artan global alg ürünleri talebinin karşılanmasındaki ortağınız
Alg endüstrisine giriş yapan ve mevcut işletmeler için fon, laboratuvar aşamasından pilot aşamasına geçişin anahtarıdır. Yatırımcılar genel olarak fon sağlamadan önce belirli bir teknolojinin küçük ölçekte çalıştığını veya tonlarca alg biyo-kütlesi veya litrelerce alg yağı üretecek şekilde büyütülebileceğini gösteren kanıtları görmek istemektedir. Alg üretimi ve işlemesinde başarılı şekilde ölçek büyütmenin anahtar faktörleri enerji tüketiminin ve işletme maliyetlerinin azaltılmasıdır.
2015 Yılından bu yana GEA, yerinde ayrıştırma denemelerine başlayan bir Fransız biyo-teknoloji kuruluşunu desteklemektedir. Birlikte çalışarak GEA, müşterinin hayvan besini, gıda ve kozmetikte kullanılmak üzere yüksek kaliteli biyokütle mikro alg üretimi yapan özelleştirilmiş bir alg hasat prosesini geliştirmesine yardımcı olmuştu. GEA viscon® nozüllü separatör örneğin heterotrofik mikro alg separasyonunda kullanılmakta, yüksek separasyon verimliliği için tamamen CIP uygulanabilir makine kullanarak maksimum kuru madde ile homojen bir alg konsantresi elde edilmektedir.
Hollanda şirketi Duplaco da heterotrofik fermantasyon ile yetiştirilen, smoothie, alg burger veya makarna gibi sağlıklı gıdaların, gıda takviyelerinin veya hayvan yemlerinin üretiminde kullanılan Klorellanın işlenmesi içim GEA separasyon know-how bilgilerini kullanmaktadır. GEA çözümleri, Duplaco'nun alg tozunun ve gıda takviyelerinin maksimum kıvam ve yüksek kalitede olmasını sağlarken aynı zamanda üreticinin enerji maliyetlerini ve üretim ayak izini azaltmaktadır.
Müşterilerle erken aşamalarda ortaklık kurabilmek, özellikle üretim ve birim maliyetlerinin düşürülme ihtiyacı göz önünde bulundurulduğunda alg hasadı proseslerinin geliştirilmesinde kritik öneme haizdir.”- Alexander Piek, Uygulama Müdürü - Separasyon, Alg, GEA Yenilenebilir Ürünler
- Alexander Piek, Uygulama Müdürü - Separasyon, Alg, GEA Yenilenebilir Ürünler
Sürdürülebilir gıda üretiminin desteklenmesi için alg rafinerisine giderek daha fazla odaklanılması, GEA'nın ve çeşitli AB bilim ve işletme ortaklarının 2016 yılında Tarım ve Su Ürünleri için Sürdürülebilir Alg Biyo-rafineri (Sustainable Algae Biorefinery for Agriculture and Aquaculture - SABANA) projesini gerçekleştirmesine yol açmıştır. AB tarafından fon sağlanan Horizon 2020 (Ufuk 2020) inisiyatifi ile ekip besin kaynağı olarak sadece deniz suyu ve atık su kullanarak değerli alg yan ürünleri üretiminin teknik, çevresel ve sosyal fizibilitesini göstererek, biyo-stimulan, biyo-gübre ve biyo-pestisit dahil olmak üzere yem ve yem katkılarının üretimi için büyük ölçekli, entegre, mikro-alg bazlı bir biyo-rafineri geliştirmiştir.
Biyo-pestisit alanında ekip, çeşitli bitki patojenleriyle savaşan anti-mikrobiyel etkenler içeren alg dizilerinin yetiştirilmesi, test edilmesi ve işlenmesi üzerine çalışmaktadır. Hassas biyokütlenin işlenebilmesi için GEA, mikro alglerin hasat edilmesi ve konsantrasyonu için santrifüjler; hücre parçalaması için homojenizatörler ve daha sonra etken maddelerin test edilebilmesi amacıyla biyokütle kurutması için sprey kurutucu dahil olmak üzere uzmanlık ve ekipmanını tedarik etmiştir ve sonuçlar 2021 sonunda belli olacaktır.
SABANA AR-GE teşhir tesisi, IFAPA araştırma merkezi, Almeria, İspanya'da tübüler foto-biyoreaktörler mikro alg üretiyor. Referans: SABANA
GEA işiniz için doğru araçlara sahiptir
Konsantrasyon işlemi için GEA geniş birseparatör ve dekanter yelpazesi sunmaktadır, bunların her biri alg tipine ve yetiştirme koşullarına göre kendine has avantajlara sahiptir. Separatör seçimi ayrıca işlenmesi gereken miktara, ürün viskozitesine, katı madde içeriğine, fermantasyon suyundaki pH değerine ve hücre yapısına göre değişmektedir. Biyokütlenin daha fazla konsantre edilmesi ve susuzlaştırılması veya mikro alg sınıflandırması için GEA dekanteri, prosesteki bir sonraki adımdır.
Söz konusu kırmızı ve yeşil mikro alglerin işlenmesi olduğunda GEA homojenizatörleri, gıda ve vitamin takviyeleri ile biyo-materyal ya da biyoplastik için gereken aşırı yüksek kalite ham madde sağlaması bakımından idealdir. Bu teknoloji, aseptik gereklilikleri karşılayan, bütün yönetmeliklere uygun ürün elde edilmesini sağlayan güvenilir, uzun ömürlü bileşenleri sağlamaktadır. Homojenizasyon, hücre içi sıvının açığa çıkartılması amacıyla dış hücre duvarını 1500 bar seviyesinde kıran mekanik bir işlemdir. Aşağıdakiler söz konusu olduğunda güvenilirlik ve mülkiyetin toplam maliyetinin telafisi bakımından avantajlar sunmaktadır:
- Hızlı ve devamlı bir proses
- Laboratuvarda elde edilen sonuçlar endüstriyel ölçekte %100 tekrar edilebilir
- Basınç, doğru hücre yırtılma derecesini bulmak için değiştirilebilir
- Ürünün başka maddelerle kirlenme olasılığı yoktur
Santrifüjler alg süspansiyonlarındaki serbest suyun büyük kısmını boşaltabilirken, bazı uygulamalar sprey kurutma gerektiren alg tozlarına ihtiyaç duymaktadır. Kuru alg tozu yüksek kalite bir proteindir ve örneğin hayvan yemi katkısı olarak kullanılabilmektedir.
* Bu proje, Hibe Anlaşması No. 727874 altında Avrupa Birliğinin Horizon 2020 Araştırma ve İnovasyon programından fon almıştır.
