Analysis of Microalgae Biomass by TOC and TG

Význam tématu

Mikrořasy představují perspektivní zdroj biologicky vázaného uhlíku, který lze využít pro výrobu biopaliv a dalších bioproduktů, aniž by docházelo ke konkurenci s potravinářskou produkcí. Klíčové je porozumět obsahu organického a anorganického uhlíku v biomase během růstu, což umožňuje optimalizovat kultivační podmínky a maximalizovat výtěžnost cenných sloučenin.

Cíle a přehled studie

Cílem studie bylo ověřit vhodnost kombinovaného přístupu analýzy celkového uhlíku (TC/TOC) a termogravimetrie (TG) pro hodnocení tří druhů mikrořas: Emiliania huxleyi (Alga A), Tisochrysis lutea (Alga B) a Chlorella vulgaris (Alga C). Experiment zahrnoval stanovení linearity mezi hmotností peliet a obsahem uhlíku, určení vlhkosti v mokrých pelietách a výpočet obsahu uhlíku v suché biomase.

Použitá instrumentace

• TOC-LCPH s option SSM-5000A (TOC analyzátor s jednotkou pro spalování pevných vzorků)
• DTG-60 (simultánní termogravimetrie/diferenciální termická analýza)

Metodika

Vzorky mikrořas byly kultivovány 10 dní a následně separovány centrifugací. Pelietové frakce byly důkladně promyty a rozděleny na několik hmotnostních pásem (20–100 mg). Pro analýzu TC se spálením vzorku v TOC solid sample systému měřil obsah uhlíku při 900 °C. Vlhkost vzorků se stanovila pomocí DTG-60 zahříváním od pokojové teploty do 800 °C rychlostí 20 °C/min.

Hlavní výsledky a diskuse

• Lineární závislost obsahu TC na hmotnosti peliet byla potvrzena pro všechny tři druhy řas, což dokládá rovnoměrné rozložení uhlíku ve vzorcích.
• Termogravimetrická křivka ukázala významný úbytek hmotnosti pod 200 °C (úbytek vlhkosti ~70 % u všech druhů), menší poklesy v středních a vysokých teplotních intervalech pak korespondují s odpařováním ostatních těkavých či termicky rozložitelných složek.
• Na základě naměřeného TC a stanovené vlhkosti bylo možné vypočítat obsah uhlíku v suché biomasové hmotě a potvrdit lineární vzorec i pro suché vzorky.

Přínosy a praktické využití metody

• Rychlý a jednoduchý postup pro přímou analýzu mokrých peliet bez nutnosti dlouhodobého sušení.
• Vysoká přesnost a opakovatelnost díky ověřené linearitě a standardizovanému spálení vzorků.
• Možnost selektivního sledování růstové frakce organického uhlíku v reálném čase, klíčové pro optimalizaci kultivace mikrořas.

Budoucí trendy a možnosti využití

• Integrace automatizovaných jednotek pro kontinuální odběr a analýzu vzorků v biotechnologických provozech.
• Rozšíření metodiky o stanovení anorganického uhlíku a izotopových poměrů pro detailní charakterizaci metabolismu řas.
• Využití AI‐řízené analýzy termogravimetrických dat pro rychlejší interpretaci termální stability a složení biomasy.

Závěr

Kombinace TOC analýzy se spalováním pevných vzorků a termogravimetrie se ukázala jako efektivní nástroj pro stanovení obsahu organického uhlíku a vlhkosti v mikrořasách. Metoda nabízí vyšší rychlost a přesnost oproti tradičnímu suchému vážení a je vhodná pro rutinní sledování kultivačních podmínek a optimalizaci produkce biopaliv či bioaktivních látek.

Reference

• Y. Ikezawa, M. Tanaka, Shimadzu Review, Vol. 75, No. 1/2, pp. 33-39, 2018