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Alkenones के अलगाव के साथ बायोडीजल उत्पादन के लिए प्रायोगिक प्रोटोकॉल वाणिज्यिक से Coproducts के रूप में Published: June 24, 2016 doi: 10.3791/54189
Automatic Translation
1, 1, 1, 2, 3
1Department of Chemistry, Western Washington University, 2Agricultural Research Service, United States Department of Agriculture, 3Department of Marine Chemistry and Geochemistry, Woods Hole Oceanographic Institution

Summary

विस्तृत तरीके वाणिज्यिक Isochrysis microalgae से बहुमूल्य coproducts रूप alkenones के सह-अलगाव के साथ बायोडीजल के उत्पादन के लिए प्रस्तुत कर रहे हैं।

Abstract

पर्यावरण की दृष्टि से स्थायी स्रोतों अक्षय और अधिक से विकल्प के साथ पेट्रोलियम ईंधन की जगह की आवश्यकता बढ़ते महत्व का है। बायोमास व्युत्पन्न जैव ईंधन इस संबंध में काफी ध्यान प्राप्त की है, मकई इथेनॉल या सोयाबीन बायोडीजल जैसे खाद्य फसलों से हालांकि पहली पीढ़ी के जैव ईंधन आम तौर पर एहसान से बाहर गिर गया है। वहाँ इस तरह के घरेलू और बेहतर गैर खाद्य स्रोतों से तरल ईंधन के उत्पादन के लिए विधियों के विकास में बहुत रुचि है। यहाँ हम समुद्री microalgae Isochrysis से एक शुद्ध बायोडीजल के उत्पादन के लिए एक विस्तृत प्रक्रिया का वर्णन है। इसके अतिरिक्त, पॉलीअनसेचुरेटेड लंबी श्रृंखला alkenones रूप में जाना जाता लिपिड का एक अनूठा सूट समानांतर में अलग कर रहे हैं के रूप में संभावित मूल्यवान coproducts बायोडीजल उत्पादन की लागत ऑफसेट करने के लिए। Isochrysis की मल्टी किलोग्राम मात्रा दो वाणिज्यिक स्रोतों, एक गीला पेस्ट (80% पानी) के रूप में एक ही है कि पहले प्रसंस्करण करने से पहले सूख जाता है, और ओ.टी. से खरीदी कर रहे हैंउसकी एक सूखी milled पाउडर (95% सूखा)। लिपिड एक Soxhlet तंत्र में hexanes साथ निकाले जाते हैं एक काई तेल ( "हेक्सेन काई तेल") दोनों पारंपरिक वसा युक्त (यानी, ट्राइग्लिसराइड्स, 46-60% w / w) और alkenones (16-25% w / w) का उत्पादन करने के लिए। काई तेल में ट्राइग्लिसराइड्स के साबुन बनाने का काम alkenone युक्त तटस्थ लिपिड से उत्पन्न मुक्त फैटी एसिड (FFAs) के अलग होने के लिए अनुमति देता है। FFAs तो (यानी, फैटी एसिड मिथाइल एस्टर, fames) biodiesel के लिए एसिड उत्प्रेरित एस्टरीफिकेशन द्वारा जबकि alkenones पृथक और क्रिस्टलीकरण द्वारा तटस्थ लिपिड से शुद्ध कर रहे हैं परिवर्तित कर रहे हैं। हम जानते हैं कि दोनों वाणिज्यिक Isochrysis biomasses से बायोडीजल समान नहीं बल्कि समान प्रसिद्धि प्रोफाइल है दिखाना है, ऊंचा पॉलीअनसेचुरेटेड फैटी एसिड सामग्री (लगभग 40% डब्ल्यू डब्ल्यू /) से होती है। बायोडीजल की पैदावार लगातार उच्च जब (डब्ल्यू 12% / डब्ल्यू बनाम 7% डब्ल्यू / डब्ल्यू), हेक्सेन काई ओय की मात्रा कम करने के लिए पता लगाया जा सकता है जो Isochrysis गीला पेस्ट से शुरू किया गयाएल पाउडर Isochrysis उत्पाद से प्राप्त की।

Introduction

वहाँ हाल ही में ब्याज की एक महान पुनरुत्थान शैवाल से जैव ईंधन में, विशेष रूप से इस तरह के बायोडीजल 1 और अन्य बायोमास व्युत्पन्न तेलों के रूप में तरल ईंधन के उत्पादन के लिए शामिल कुछ खाद्य का परिहार बनाम ईंधन विवादों 3 और कथित तौर पर उच्च productivities किया गया है। 2 प्रस्तावित लाभ और परंपरागत कृषि फसलों की तुलना में सीओ 2 शमन क्षमताओं। 4 यह इस प्रकार लगभग 20 साल एनर्जी के जलीय प्रजातियों कार्यक्रम (एएसपी) के संयुक्त राज्य अमेरिका विभाग शैवाल से परिवहन ईंधन की जांच करने के उद्देश्य से 1978 में शुरू किया था। जैसा कि शीहान की रिपोर्ट में उल्लिखित, 5 कार्यक्रम 1996 में समाप्त हो गया है इसका मुख्य कारण अनुमानित लागत उस समय (प्रति बैरल $ 18.46 (159 एल)) में कच्चे पेट्रोलियम के साथ प्रतिस्पर्धी नहीं थे। पेट्रोलियम की लागत तब से (2014 में $ 87,39 प्रति बैरल) 6, जो काई जैव ईंधन अनुसंधान के क्षेत्र में पुनर्जागरण से जुड़ा है, कुछ ज नाटकीय रूप से वृद्धि हुई है जबकिएवेन्यू ने तर्क दिया कि फिर भी काई जैव ईंधन भी महंगा साबित होगा। 7 एक रणनीति जैव ईंधन उत्पादन लागत की भरपाई के रूप में, मूल्य वर्धित coproducts की धारणा के लिए मुख्य कारणों में से एक के रूप में दोनों आलोचकों 7,8 और समर्थकों 9,10 और सुविधाओं के बीच में उभरा है ऊर्जा के संयुक्त राज्य अमेरिका विभाग (डीओई) "राष्ट्रीय algal जैव ईंधन प्रौद्योगिकी रोडमैप" में काई जैव ईंधन का पीछा। 11

यहाँ हम वाणिज्यिक Isochrysis microalgae से दो अलग-अलग धाराओं के ईंधन coproduction के लिए एक विधि का वर्णन है। क्योंकि यह पहले से ही औद्योगिक उत्पादन किया जाता है हम भाग में Isochrysis पर ध्यान केंद्रित किया है, mariculture के प्रयोजनों के लिए काटा, और इसलिए भी क्योंकि Isochrysis केवल शैवाल की कुछ प्रजातियों है कि पारंपरिक लिपिड के अलावा (यानी, फैटी एसिड) की एक अद्वितीय वर्ग biosynthesize में से एक है यौगिकों पॉलीअनसेचुरेटेड लंबी श्रृंखला alkenones के रूप में जाना जाता है। 12 Alkenone संरचनाओं बहुत एल की विशेषता है ओंग हाइड्रोकार्बन श्रृंखला (36-40 कार्बन), दो से चार गैर methylene को पार डबल बांड बाधित, और एक मिथाइल या एथिल ketone (चित्रा 1)। Alkenone unsaturation शैवाल से बढ़ रहा तापमान के प्रति संवेदनशील है, 13,14 ऐसी है कि diunsaturated C37 मिथाइल alkenone (तथाकथित "unsaturation सूचकांक") के अनुपात में पिछले समुद्र सतह के तापमान के लिए एक प्रॉक्सी के रूप में इस्तेमाल किया जा सकता है 15 -। 20 Alkenones हैं , cytoplasmic लिपिड शरीर में निवास करने के लिए और अधिक से ट्राइग्लिसराइड्स (टैग) अधिक प्रचुर मात्रा में हो सकता है सोचा। 21,22 नाइट्रोजन या फॉस्फोरस सीमा के तहत स्थिर चरण में सेल कार्बन का 10-20% तक एक से alkenones के रूप में जमा है। 23,24 विकासवादी दृष्टिकोण, alkenones टैग पर इष्ट किया गया हो सकता है क्योंकि उनके ट्रांस डबल बंधन ज्यामिति ऊर्जा के भंडारण के लिए एक अधिक स्थिर रूप प्रदान करता है। 21

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चित्रा 1. पॉलीअनसेचुरेटेड लंबी श्रृंखला alkenones की संरचनाएं आम alkenone मिथाइल 37:। 3 लंबी हाइड्रोकार्बन श्रृंखला लंबाई का दृष्टांत Isochrysis से अलग (36 - 40 कार्बन), ट्रांस गैर methylene डबल बांड बाधित, और एक मिथाइल या एथिल ketone में समाप्त। # कार्बन की संख्या को संदर्भित करता है: नामकरण फैटी एसिड होता है, जहां # करने के लिए इसी तरह की है। डबल बांड की संख्या में यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

हम तर्क है कि alkenones औद्योगिक खेती के इतिहास के साथ एक आम शैवाल से एक होनहार अक्षय कार्बन फीडस्टॉक प्रतिनिधित्व करते हैं। 25 बायोडीजल Isochrysis की कुल लिपिड निकालने से सीधे उत्पादन से alkenones और प्रदूषण की एक महत्वपूर्ण राशि (10-15% w / w) शामिल हैं इन उच्च पिघलने यौगिकों गरीब ठंड प्रवाह ईंधन संपत्तियों में यह परिणाम है। हालांकि, टी का उपयोग करवह साबुन बनाने का काम / निकालना तकनीक यहाँ वर्णित है, alkenones हटा दिया है और जबकि एक माध्यमिक उत्पाद धारा उत्पादन जिससे बायोडीजल गुणवत्ता में सुधार लाने बरामद किया जा सकता है। हाल ही में हम 2-ब्यूटेन (butenolysis) के साथ पार metathesis द्वारा एक तरल ईंधन को alkenones के रूपांतरण का प्रदर्शन किया। 26 butenolysis प्रतिक्रिया, एक वाणिज्यिक दयाता metathesis-सर्जक को रोजगार कम तापमान पर तेजी से होता है, और सफाई से जेट ईंधन का एक उम्मीद के मुताबिक मिश्रण उद्धार रेंज हाइड्रोकार्बन। यह प्रतिक्रिया समानांतर में एक "biorefinery" वाणिज्यिक रूप से व्यवहार्य Isochrysis जैव ईंधन के उत्पादन के लिए 27 दृष्टिकोण की ओर पहला कदम का प्रतिनिधित्व करने, फैटी एसिड से बायोडीजल संश्लेषण के साथ किया जाता है।

Protocol

1. सूक्ष्म शैवाल और बायोमास तैयारी

नोट: समुद्री microalgae Isochrysis सपा। "टी-आईएसओ" वर्तमान अध्ययन में इस्तेमाल खरीदा जा सकता है (देखें सामग्री की सूची)। Isochrysis की मल्टी किलोग्राम मात्रा में समुद्र की एक तीखी गंध महक के साथ रंग में एक जमे हुए गीला पेस्ट (आईएसओ -paste) लगभग 80% पानी और 20% बायोमास से युक्त के रूप में खरीदा जा सकता है, और गहरे हरे रंग / के पास काला। Isochrysis भी कर सकते हैं इसी तरह की एक गंध के साथ एक सूखी (95% सूखा) पीले, भूरे रंग का पाउडर (आईएसओ -powder) के रूप में खरीदा जा सकता है।

  1. प्लास्टिक की पैकेजिंग कैंची का उपयोग कर के कोने में 2 इंच छेद - क्रम Isochrysis पेस्ट करने के लिए सूखी में, एक 1 काटने से एक 1 किलो पैकेज खुला।
  2. लगभग 300 ग्राम निचोड़ के इस Isochrysis एक 150 मिमी x 75 मिमी एक पतली परत (~ 20 मिमी) बनाने के लिए पकवान crystallizing में छेद के माध्यम से चिपका दें।
  3. कमरे के तापमान पर हवा शुष्क पेस्ट छोड़ दें जब तक यह सूखा और परतदार (आमतौर पर 48 हो जाता है -96 घंटा)।
    नोट: वास्तविक सूखने बार भिन्न हो सकते हैं और तापमान पर निर्भर हैं। हालांकि, कोई फर्क भी अब सूखने समय के साथ पैदावार या उत्पाद की गुणवत्ता में देखा गया था (अप करने के दो सप्ताह के लिए)। सुखाने की प्रक्रिया भी अधिक समान बना दिया है और / या एक गर्म थाली पर crystallizing पकवान रखकर तेजी से किया जा सकता है (30 - 40 डिग्री सेल्सियस)।
  4. एक रंग का उपयोग crystallizing पकवान से सूखी बायोमास परिमार्जन और एक सेलूलोज निकासी नोक (लंबाई: 123 मिमी, 43 मिमी ID) में एकत्र। सूखी Isochrysis बायोमास के वजन रिकॉर्ड।

2. सूखी Isochrysis बायोमास की Soxhlet निकासी

  1. एक Soxhlet निकासी तंत्र में - (60 ग्राम सूखी बायोमास आमतौर पर 50) एक Isochrysis युक्त सेल्यूलोज निकासी नोक लोड।
  2. , Hexanes (400 एमएल) के साथ Soxhlet फ्लास्क भरने कंडेनसर पानी और गर्मी स्रोत पर बारी है, और 24 के लिए चक्र के लिए Soxhlet अनुमति देते हैं - (जब तक विलायक के रंग गहरे हरे रंग से एक करने के लिए चला गया है 48 घंटाबेहोश पीला)।
  3. गर्मी बंद करें और तंत्र कमरे के तापमान को शांत करने के लिए अनुमति देते हैं, तो Soxhlet चिमटा से कुप्पी काट।
  4. एक रोटरी बाष्पीकरण का उपयोग कर hexanes निकालें और hexanes-निष्कर्षण सामग्री ( "हेक्सेन काई तेल" (एच ए ओ)) का वजन रिकॉर्ड है।

3. Algal तेल और फैटी एसिड और उदासीन लिपिड की जुदाई की साबुन बनाने का काम

  1. 2.4 कदम से ही दौर नीचे फ्लास्क में एच-ए ओ redissolve मेथनॉल के साथ ऊपर: क्लोराइड (2: 1, मात्रा = 10 x काई तेल की बड़े पैमाने पर)।
  2. एक हलचल बार जोड़ें और एक भाटा कंडेनसर देते हैं (तार: 500 मिमी लंबाई)।
  3. (डब्ल्यू काई ​​तेल डब्ल्यू / 50%) जोड़ें एच 2 ओ (मात्रा = 2.67 x काई तेल की बड़े पैमाने पर) और कोह और 3 घंटे के लिए 60 डिग्री सेल्सियस के लिए सरगर्मी के साथ सामग्री की गर्मी।
  4. कमरे के तापमान को ठंडा करने के बाद, एक रोटरी बाष्पीकरण पर कार्बनिक सॉल्वैंट्स (मेथनॉल और क्लोराइड) को हटा दें।
  5. एक 1 में गिरने से शेष जलीय मिश्रण स्थानांतरण-एल जुदा कीप। , Hexanes (जलीय समाधान के लिए मात्रा में बराबर) जोड़ें जुदा कीप हिला, और परतों को अलग करने की अनुमति देते हैं।
  6. एक Erlenmeyer फ्लास्क में कम जलीय परत नाली, और एक अलग Erlenmeyer में शीर्ष जैविक चरण टपकना।
  7. दोहराएँ 3.5 और 3.6 कदम जब तक जैविक परत बेरंग (आम तौर पर 1-2 गुना अधिक) है।
  8. एक रोटरी बाष्पीकरण पर संयुक्त जैविक अर्क ध्यान लगाओ एक हरे ठोस रूप में तटस्थ लिपिड को अलग-थलग करने के लिए (≈ 60 सांसद -। 70 डिग्री सेल्सियस)।
  9. एचसीएल के साथ जलीय चरण खट्टा (6 एम, पीएच तक ~ 2 के रूप में पीएच पेपर ने संकेत दिया)।
  10. acidified जलीय चरण से मुक्त फैटी एसिड (FFAs) hexanes साथ (जलीय चरण के लिए equivolume) कदम 3.5 और 3.6 में वर्णित के रूप में एक 1 एल जुदा कीप का उपयोग कर निकालें।
  11. (तापमान> 30 डिग्री सेल्सियस पर तरल) एक गहरे हरे रंग के पास काले तेल अवशेषों के रूप में FFAs प्राप्त करने के लिए एक रोटरी बाष्पीकरण पर hexanes निकालें।

4।एसिड उत्प्रेरित की मुक्त फैटी एसिड Esterification और एक ग्रीन बायोडीजल का उत्पादन

  1. मेथनॉल का उपयोग कर FFAs स्थानांतरण: क्लोरोफॉर्म (1: 1, काई तेल की 6 एक्स मात्रा) पहली FFAs भंग करने और फिर एक मोटी दीवारों उच्च दबाव प्रतिक्रिया हलचल पट्टी के साथ सुसज्जित फ्लास्क में गिरने से करने के लिए।
  2. केंद्रित एच 2 अतः (डब्ल्यू काई ​​तेल डब्ल्यू / 20%) 4 जोड़े, कुप्पी सील, और 90 डिग्री सेल्सियस के लिए मिश्रण गर्मी, जबकि 1 घंटे के लिए क्रियाशीलता।
  3. कमरे के तापमान को ठंडा करने के बाद, एक जुदा कीप में गिरने से मिश्रण हस्तांतरण।
  4. , एच 2 ओ (काई तेल के 2 एक्स मात्रा) जोड़ें जुदा कीप हिला, और चरणों अलग करने के लिए अनुमति देते हैं।
  5. एक पूर्व तौला दौर नीचे कुप्पी में नीचे की परत नाली और एक रोटरी बाष्पीकरण पर ध्यान केंद्रित। जिसके परिणामस्वरूप बायोडीजल की बड़े पैमाने पर रिकॉर्ड।
  6. लौ-आयनीकरण डिटेक्टर (जीसी खूंटी), 28 (गैस एक DB-88 [(88% cyanopropy के साथ सुसज्जित chromatograph के साथ गैस क्रोमैटोग्राफी द्वारा फैटी एसिड प्रोफाइल विश्लेषणएल) methylarylpolysiloxane] स्तंभ (30 एमएक्स 0.25 मिमी आईडी x 0.20 माइक्रोन फिल्म मोटाई)।
    नोट: आम फैटी एसिड मिथाइल एस्टर व्यावसायिक रूप से प्राप्त प्रामाणिक नमूनों के साथ अवधारण समय की तुलना द्वारा सत्यापित कर रहे हैं। इसके अतिरिक्त, गैस क्रोमैटोग्राफी मास स्पेक्ट्रोमेट्री (जीसी एमएस; गैस chromatograph एक जन चयनात्मक डिटेक्टर के लिए युग्मित) तापमान कार्यक्रम और स्तंभ के समान शर्तों के तहत इस तरह के C18 के रूप में घटकों का विश्लेषण करने के लिए किया जाता है: 4 जिसके लिए कोई प्रामाणिक मानकों उपलब्ध हैं परिणामों के साथ लागू किया quantitation जीसी।

5. बायोडीजल विरंजन

  1. एक हलचल पट्टी से लैस एक दौर नीचे फ्लास्क में 60 डिग्री सेल्सियस के लिए गहरे हरे रंग का बायोडीजल हीट।
  2. montmorillonite कश्मीर 10 (MK10) पाउडर (10-20% w / बायोडीजल के डब्ल्यू) और 1 घंटे के लिए हलचल जोड़ें।
  3. गर्मी से दौर नीचे निकालें और समाधान कमरे के तापमान को शांत करने के लिए अनुमति देते हैं।
  4. एक छानने का काम एक दौर नीचे कुप्पी और फिल्टर मज़ा से मिलकर तंत्र तैयारनेल एक सेल्यूलोज फिल्टर पेपर (ऐश 0.007%) युक्त।
  5. दौर नीचे कुप्पी कुल्ला करने के लिए hexanes की एक न्यूनतम राशि का उपयोग कर फिल्टर कीप के माध्यम से ठंडा decolorized बायोडीजल डालो।
  6. दौर नीचे कुप्पी से फिल्टर कीप डिस्कनेक्ट (यह अब decolorized बायोडीजल का एक hexanes समाधान होता है) और एक नारंगी / लाल बायोडीजल वहन करने में एक रोटरी बाष्पीकरण साथ hexanes को हटा दें।
  7. 4 डिग्री सेल्सियस पर स्टोर के नमूने जो समय के दौरान अघुलनशील सामग्री के कुछ बसने (~ 10% w / w) हो जाएगा।
  8. decanting या निस्पंदन कदम 5.4 और 5.5 में वर्णित के रूप में विश्लेषण के लिए एक स्पष्ट सजातीय बायोडीजल का उत्पादन करने से अघुलनशील सामग्री निकालें।

6. अलगाव और Alkenones की शुद्धि से उदासीन लिपिड

  1. क्लोराइड की एक न्यूनतम राशि में (3.8 चरण से) तटस्थ लिपिड (लगभग 10 ग्राम तटस्थ लिपिड के लिए 50 मिलीलीटर) को भंग करने और एक क्रोमैटोग्राफी स्तंभ के शीर्ष करने के लिए एक pipet के साथ समाधान जोड़ने (ओडी 60 मिमी, आईडी 55 मिमी, लंबाई 18 ") युक्त सिलिका जेल (230-400 जाल, 100 ग्राम)।
  2. दबाव के साथ सिलिका के माध्यम से समाधान (~ 5 साई) क्लोराइड (लगभग 150 मिलीलीटर) का उपयोग कर के रूप में विलायक Elute और एक 250 मिलीलीटर में eluent दौर नीचे कुप्पी इकट्ठा।
  3. एक रोटरी बाष्पीकरण साथ क्लोराइड हटाये एक नारंगी रंग का ठोस देने के लिए।
  4. उबलते hexanes के वृद्धिशील अतिरिक्त मात्रा के द्वारा पीछा उबलते hexanes के लगभग 100 मिलीलीटर जोड़ने जब तक समाधान सजातीय (कुल मात्रा ~ 150 मिलीलीटर) द्वारा ठोस hexanes का उपयोग कर recrystallize। फिर, धीरे धीरे क्रिस्टलीकरण बढ़ावा देने के लिए कमरे के तापमान को शांत समाधान।
  5. कदम 5.4 में वर्णित के रूप में कुप्पी कुल्ला करने के लिए ठंड (0 डिग्री सेल्सियस) hexanes की एक छोटी राशि का उपयोग कर एक निस्पंदन उपकरण का उपयोग कर सघन alkenones लीजिए।

Representative Results

प्रसंस्करण के लिए पहले, Isochrysis पेस्ट (आईएसओ पेस्ट) पहले सूख गया था। यह सुविधा एक बड़ी crystallizing पकवान के लिए आईएसओ -paste जोड़ने और कमरे के तापमान पर हवा शुष्क करने के लिए सामग्री की अनुमति देकर बड़े पैमाने पर पूरा किया गया। सुखाने के दौरान, कुछ जमा पानी रूपों (आम तौर पर रंग लाल) कि decanting या pipetting सुखाने की प्रक्रिया में तेजी लाने के द्वारा हटाया जा सकता है। लगभग बाद 48 - 96 घंटा, अब सूखी Isochrysis crystallizing पकवान से बाहर स्क्रैप और एक समुद्री शैवाल की तरह गंध (चित्रा 2) के साथ एक काले / ग्रीन परतदार सामग्री के रूप में प्राप्त किया जा सकता है। सूखी बायोमास की पैदावार थे / विज्ञापित के रूप में आम तौर पर 20% w पेस्ट के डब्ल्यू। इसके विपरीत, पाउडर Isochrysis उत्पाद (आईएसओ पाउडर) एक पीले रंग, पतले milled, शुष्क पाउडर (95% सूखा) है कि सीधे आगे की प्रक्रिया के बिना इस्तेमाल किया गया था (चित्रा 2) था।

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चित्रा 2. वाणिज्यिक Isochrysis। Isochrysis पेस्ट (80% गीला) की तुलना प्रसंस्करण से पहले 48-96 घंटे के लिए कमरे के तापमान पर एक crystallizing पकवान के नीचे के साथ फैला है और हवा शुष्क करने के लिए छोड़ दिया है। जिसके परिणामस्वरूप सूख Isochrysis एक काले रंग का परतदार सामग्री (दाएं) है कि वाणिज्यिक शुष्क पाउडर Isochrysis (बाएं) से दिखने में अलग है के रूप में प्राप्त होता है। यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

Hexanes साथ Soxhlet द्वारा या तो सूख आईएसओ -paste या आईएसओ पाउडर की निकासी hexanes को हटाने के बाद, दे दी है, काई तेलों (एच ए ओ) के रूप में है कि काले हरी / पास-काले ठोस (सांसद दिखने में समान थे। ~ 50 -60 डिग्री सेल्सियस)। एच-ए ​​ओ की पैदावार जब पेस्ट ( "आईएसओ पेस्ट-हाओ से शुरू") थे आमतौर पर 20% w सूखी Isochrysis बायोमास, हमारे पिछले परिणाम 26 (वाणिज्यिक पाउडर Isochrysis की Soxhlet निष्कर्षण द्वारा एच-ए ओ की पैदावार जबकि साथ सुसंगत के डब्ल्यू /" आईएसओ पाउडर हाओ ") थे 15% w / डब्ल्यू (1 टेबल)।

उत्पाद (जी) आईएसओ -paste आईएसओ -powder -1 आईएसओ -powder -2
सूखी बायोमास 30 20 20
हेक्सेन Algal तेल 5.86 2.87 3.11
FFAs 3.52 1.34 1.38
तटस्थ लिपिड 2.34 1.38 1.61
Alkenones 0.94 0.63 0.74
नोट्स: आईएसओ-पाउडर -1 और आईएसओ पाउडर -2 पाउडर Isochrysis कि समानांतर में प्रोसेस किया गया के दो नमूनों से परिणाम दर्शाते हैं। आईएसओ पेस्ट से इन उत्पादों की पैदावार के साथ अन्य रिपोर्टों के लिए संदर्भ 26, 32, और 33 देखें।

वाणिज्यिक Isochrysis बायोमास से तालिका 1। उत्पाद की पैदावार।

एच-ए ​​ओ में Acylglycerols मेथनॉल / सीएच 2 सीएल 2 में जलीय KOH के अलावा पर ​​इसी पानी में घुलनशील लवण कार्बोक्सिलेट (यानी, साबुन) में परिवर्तित किया गया। alkenones सहित तटस्थ लिपिड तो hexanes साथ चयनात्मक विभाजन द्वारा इस जलीय मिश्रण से निकाले गए थे। तटस्थ लिपिड को हटाने के बाद, साबुन का reacidification तो इसी मुक्त फैटी एसिड (FFAs) है कि इसी तरह AQ से निकाला जा सकता है उत्पादनhexanes साथ ueous चरण। या तो आईएसओ पेस्ट-हाओ या -powder-हाओ आईएसओ से संयुक्त FFAs और तटस्थ लिपिड के लिए समग्र जन वसूली के मात्रात्मक पास लगातार थे। हालांकि, उत्पादों के अनुपात (यानी, तटस्थ लिपिड + FFAs) अलग था। आईएसओ पेस्ट-हाओ से हम 60% प्राप्त (डब्ल्यू / डब्ल्यू) FFAs और 40% (डब्ल्यू डब्ल्यू /) तटस्थ लिपिड (1 टेबल)। इसके विपरीत, आईएसओ पाउडर हाओ तटस्थ लिपिड (औसत = 54% तटस्थ लिपिड + 46% FFAs) तालिका 1 में विस्तृत रूप में समृद्ध साबित कर दिया।

एच 2 अतः 4 और मेथनॉल के साथ FFAs की Esterification तो फैटी एसिड मिथाइल एस्टर (fames, यानी, बायोडीजल) का उत्पादन 90% से अधिक उपज (चित्रा 3) में काले तेल तरल के पास एक गहरे हरे रंग के रूप में। Montmorillonite K10 29 से अधिक गर्म करके विरंजन (MK10) मिट्टी तो एक पीला / नारंगी उत्पाद, अन्य वाणिज्यिक द्वि दिखने में समान दियाodiesel ईंधन (देखें सामग्री की सूची) (चित्रा 3)। Decolorized Isochrysis बायोडीजल ईंधन की प्रसिद्धि विश्लेषण से परिणाम तालिका 2 में दिखाया जाता है।

चित्र तीन
चित्रा 3. Isochrysis की तुलना और सोयाबीन biodiesel ईंधन। ग्रीन Isochrysis बायोडीजल (मध्य) निकाले और शुद्ध मुक्त फैटी एसिड की एस्टरीफिकेशन द्वारा निर्मित है। विरंजन एक (दाएं) उत्पाद वाणिज्यिक बायोडीजल (बाएं) के लिए इसी तरह की संपत्ति के साथ पैदा करता है। यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

ख्याति आईएसओ -paste आईएसओ -powder
14:00 16.4 19.4
14:01 - 0.3
15:00 निशान 0.3
16:00 10.1 8.8
16: 1 Δ9 7.6 5.5
16:02 एनडी 0.3
16:03 एनडी 0.5
18:00 निशान 0.2
18: 1 बी 12.1 14.3
18:02 8.1 7.1
18: 3 सी 8.5 13.5
18:04 19.8 10.4
18:05 एनडी 3
20:05 एनडी -
22:05 एनडी 2
22:06 6.9 1 1
Σ डी 89.8 96.2
नोट्स: एक फैटी एसिड नामकरण #carbons है। # सीआईएस डबल बांड 18 संयुक्त बी: 1 Δ9 + 18:।। 1 Δ11 सी संयुक्त Δ6,9,12 और Δ9,12,15 isomers डी शेष सामग्री लगभग 50 है : 50 अन्य fames और गैर-प्रसिद्धि घटकों (कुल ~ 95% प्रसिद्धि)। एनडी नहीं पाया =।

तालिका 2 प्रसिद्धि बायोडीजल की संरचना वाणिज्यिक आईएसओ -past और आईएसओ Isochrysis बायोमास -powder से उत्पादन किया।

तटस्थ लिपिड आईएसओ पाउडर हाओ (तालिका 1) से 40% w / आईएसओ -paste-हाओ से डब्ल्यू और 54% पर एक हरे ठोस मिश्रण के रूप में प्राप्त किया गया (औसत।)। का उपयोग कर के माध्यम से सिलिका भंग तटस्थ लिपिड छननडीसीएम विलायक को हटाने के बाद दिया था, एक लाल / नारंगी ठोस कि hexanes साथ recrystallized किया जा सकता है एक सफेद ठोस रूप में विश्लेषणात्मक शुद्ध alkenones वहन करने में। यह प्रक्रिया 16% के परिणामस्वरूप (डब्ल्यू / डब्ल्यू) आईएसओ -powder-हाओ (तालिका 1) से आईएसओ पेस्ट-हाओ से alkenones की पृथक उपज और 25% उपज।

Discussion

Isochrysis केवल औद्योगिक रूप से खेती काई प्रजातियों, शंख फ़ीड के एक प्राथमिक घटक है, और इसलिए पैमाने पर जैव ईंधन के उत्पादन के लिए आवश्यक के प्रतिनिधि के रूप में काटा का एक नंबर का चयन में से एक है। शैवाल का उपयोग किया और मानक तरीकों इस अध्ययन में कार्यरत हैं, की उपलब्धता प्रोटोकॉल व्यापक रूप से आगे की जांच के लिए अन्य समूहों के लिए सुलभ प्रस्तुत करते हैं। महत्वपूर्ण कदम हवा सुखाने शैवाल (के रूप में 33 lyophilizing के खिलाफ), विलायक एक्सट्रेक्शन, साबुन बनाने का काम, और एस्टरीफिकेशन शामिल हैं। इन कार्यों के माध्यम से एक लिपिड और विभिन्न Isochrysis से अन्य coproducts उपलब्ध 30 की पैदावार की जांच कर सकते हैं। यह अनुमान है कि इन उपभेदों और खेती के तरीकों, 31 अलग-अलग करने का एक परिणाम के रूप में अलग हो सकता है और यह भी उत्पाद की प्रकृति और किसी भी अतिरिक्त संसाधन (जैसे, सुखाने या ठंड) आपूर्तिकर्ता द्वारा उपयोग से प्रभावित हो सकता है। हम यहाँ प्रदर्शित, प्रोटोकॉल का विकासएड सफलतापूर्वक Isochrysis उत्पादों के विभिन्न प्रकार के लिए लागू किया जा सकता है, एक सूखी milled पाउडर के लिए एक गीला पेस्ट से लेकर। बायोडीजल की पैदावार हालांकि पाउडर बायोमास से कम थे, जो काई तेल की कम मात्रा के साथ मेल खाती (7% / डब्ल्यू सूखी बायोमास बनाम 12% / सूखे पेस्ट से डब्ल्यू डब्ल्यू डब्ल्यू) (एच ए ओ) निकाली गई। यह सुझाव हो सकता है कि एक विकल्प के निष्कर्षण प्रोटोकॉल 32 एक Soxhlet तंत्र के अलावा अन्य बेहतर शुष्क पाउडर Isochrysis उत्पादों के लिए उपयुक्त हो सकता है। इस अध्ययन में इस्तेमाल Isochrysis पाउडर के रूप में 23-25% लिपिड, जो कि क्या हम प्रयोगात्मक सूखे Isochrysis पेस्ट से प्राप्त किया है के समान युक्त विज्ञापित है। 33,34,26

शुरू सूखी बायोमास के अलग अलग रंग के बावजूद, आईएसओ पेस्ट-हाओ और आईएसओ -powder-हाओ अनिवार्य रूप से पृथक, दोनों गहरे हरे रंग की लगभग 50 डिग्री सेल्सियस के पिघलने अंक के साथ काले ठोस पास / थे। दिलचस्प है, तटस्थ होंठ FFAs के अनुपातदो हेक्सेन अर्क भीतर आईडी को अलग था। साबुन बनाने का काम और तटस्थ लिपिड की जुदाई के बाद, हम 60% प्राप्त (डब्ल्यू / डब्ल्यू) FFAs और 40% (डब्ल्यू डब्ल्यू /) आईएसओ -paste-हाओ से तटस्थ लिपिड। आईएसओ पाउडर हाओ पर औसत 46% (डब्ल्यू / डब्ल्यू) FFAs और 54% (डब्ल्यू / डब्ल्यू) तटस्थ लिपिड का उत्पादन किया। परिणाम बताते हैं कि या तो शुरू पाउडर बायोमास एफए डेरिवेटिव के सापेक्ष तटस्थ लिपिड की उच्च मात्रा Isochrysis पेस्ट से, या कि पाउडर Isochrysis की Soxhlet निकासी तटस्थ लिपिड के लिए कुछ हद तक चयनात्मक है हो सकता है।

इतना ही नहीं दो वाणिज्यिक Isochrysis से प्राप्त उत्पादों की पैदावार अलग biomasses थे, लेकिन यह भी जिसके परिणामस्वरूप बायोडीजल के फैटी एसिड प्रोफाइल। यह महत्वपूर्ण है, के रूप में एक बायोडीजल के ईंधन गुण सीधे प्रकृति और व्यक्ति fames की सामग्री। 35 पर निर्भर वाणिज्यीकरण किया जा करने के लिए कर रहे हैं, सभी बायोडीजल दस्तावेजों एएसटीएम में वर्णित मानकों के अनुरूप होना चाहिएD6751 या अमेरिका या यूरोप में क्रमश: 14214 एन। विनिर्देशों सिटेन संख्या और ऑक्सीडेटिव स्थिरता के लिए चिकनापन और कीनेमेटीक्स चिपचिपापन के लिए पर्वतमाला, और न्यूनतम मूल्यों शामिल हैं। अन्य महत्वपूर्ण सिफारिशें एक बादल बिंदु (सीपी) या ठंड फिल्टर plugging बिंदु (CFPP) के रूप में ठंड प्रवाह गुण से संबंधित हैं। हम पहले से बायोडीजल के व्यापक ईंधन परीक्षण आईएसओ पेस्ट से तैयार से परिणाम की सूचना है। 36 के बाद से बायोडीजल की प्रसिद्धि प्रोफ़ाइल इस अध्ययन में आईएसओ -powder से उत्पादित पहले परीक्षण उन लोगों के लिए समान है, हम इसी तरह होना निश्चित ईंधन गुण भविष्यवाणी कर सकते हैं दोनों बायोडीजल ईंधन के लिए। उदाहरण के लिए, पॉलीअनसेचुरेटेड फैटी एसिड (PuFAMEs, अधिक से अधिक दो डबल बांड) दोनों प्रसिद्धि के मिश्रण का लगभग 40% (35.2% और 39.9%, 2 टेबल) के लिए खाते। इस गरीब ऑक्सीडेटिव स्थिरता और अनुकूल ठंड प्रवाह में परिणाम होगा। 35 कर रहे हैं, हालांकि, दो biodie की प्रसिद्धि प्रोफाइल में मामूली मतभेदएसईएल ईंधन। 0 (19.4 मिलीग्राम / जी बनाम 16.4 मिलीग्राम / छ), 18:: पाउडर Isochrysis से उत्पादित बायोडीजल 14 से अधिक मात्रा में निहित 3 (13.5 मिलीग्राम / जी बनाम 8.5 मिलीग्राम / छ), और 22: 6 (11.0 मिलीग्राम / जी बनाम 6.9 मिलीग्राम / छ) fames, फिर भी 18 वर्ष की कम मात्रा: 4 (10.4 मिलीग्राम / जी बनाम 19.8 मिलीग्राम / छ)। ASTM मानकों में निहित विभिन्न ईंधन संपत्तियों पर इन मतभेदों के प्रभाव की हद तक जांच की बात है।

प्रारंभिक दोनों वाणिज्यिक Isochrysis शैवाल से प्राप्त बायोडीजल रंग में इसी तरह गहरे हरे रंग की जो Chlorophylls की उपस्थिति से समझाया जा सकता थे। 36 क्लोरोफिल और उसके डेरिवेटिव वनस्पति तेलों और उनके इसी बायोडीजल ईंधन की स्थिरता पर एक नकारात्मक प्रभाव है करने के लिए सूचित किया गया है। 36,29 बायोडीजल उत्पादन के संबंध में greenseed कनोला तेल decolorizing के लिए Issariyakul और दलाई की विधि के आधार पर, 29 हमारे हरी बायोडीजल 10% से अधिक (/ डब्ल्यू डब्ल्यू) MK10 60 डिग्री सेल्सियस पर सरगर्मी के लिए 1 घंटा एक नाटकीय में हुईदृश्य निरीक्षण द्वारा वर्णक सामग्री में कमी (Ref। चित्रा 2)। विरंजन की प्रक्रिया से मास वसूलियां पर औसत 90% थे।

आईएसओ पेस्ट-हाओ और आईएसओ पाउडर हाओ तटस्थ लिपिड से शुद्ध alkenones की पैदावार डब्ल्यू / डब्ल्यू क्रमशः (तालिका 1) 40% और 46% से कम तुलनीय थे। चूंकि तटस्थ लिपिड आईएसओ पाउडर हाओ में निहित सामग्री की एक उच्च अनुपात का प्रतिनिधित्व करते हैं (54% डब्ल्यू / डब्ल्यू बनाम 40% डब्ल्यू / डब्ल्यू), आईएसओ पाउडर हाओ से alkenone उपज आईएसओ पेस्ट-हाओ alkenone उपज अधिक हो जाती है लगभग 10% (25% डब्ल्यू / डब्ल्यू बनाम 16% w / w) द्वारा। हालांकि, विचार है कि आईएसओ पाउडर हाओ ही की पैदावार आईएसओ पेस्ट-हाओ (15% बनाम 20% w / w), दोनों सूखे Isochrysis biomasses से alkenones के समग्र पैदावार हैं और अधिक समान (0.2 x 0.4 x तुलना में कम थे / सूखे Isochrysis पेस्ट से डब्ल्यू और 0.15 x 0.54 x 0.46 = 3.7 Isochrysis पाउडर से%) डब्ल्यू 0.4 = 3.2%।

Acknowledgments

यह काम राष्ट्रीय विज्ञान फाउंडेशन (चे-1151492) द्वारा समर्थित किया गया था, उत्तर पश्चिमी उन्नत Renewables गठबंधन (जे विल्सन-Peltier करने के लिए फेलोशिप), और WHOI के दोस्तों से एक निजी दान के माध्यम से। हम उत्कृष्ट तकनीकी सहायता के लिए केविन आर Steidley और किम Ascherl (यूएसडीए / एआरएस / NCAUR) धन्यवाद।

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Isochrysis Reed Mariculture Iso, Raw, Unprocessed, 20%dw Live culture paste, 20% w/w biomass
Isochrysis Necton, S.A AADISS004 PhytoBloom Prof Isochrysis (Freeze-dried)
Hexanes Fisher Chemical H291-4 ACS Certified
Methanol Fisher Chemical A452-4 HPLC Grade
Dichloromethane Fisher Chemical D37-4 Certified/Stabilized
Soxhlet Apparatus Sigma Aldrich 64826
Extraction Thimble Sigma Aldrich 64842
Büchner Funnel Chemglass CG-1406-25
High Pressure Reaction Vessel Chemglass CG-1880-12
Whatman Filter Paper GE Life Sciences 1442-042 Grade 42, Ash 0.007%, circle, 42.5 mm
Biodiesel (B100) Bellingham Shell The biodiesel (B100) in Figure 3 was purchased at a local filling station: Bellingham Shell, Bellingham, WA 98226
Isochrysis Aquacave In addition to Reed and Necton, Isochrysis can also be purchased from Aquacave (Gurnee, IL) at: www.aquacave.com (accessed September 30, 2015).
Isochrysis Brine Shrimp Direct Isochrysis can also be purchased from Brine Shrimp Direct (Ogden, UT) at: www.brineshrimpdirect.com (accessed September 30, 2015).

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पर्यावरण विज्ञान अंक 112 काई जैव ईंधन बायोडीजल फैटी एस्टर लिपिड coproducts alkenones,
Alkenones के अलगाव के साथ बायोडीजल उत्पादन के लिए प्रायोगिक प्रोटोकॉल वाणिज्यिक से Coproducts के रूप में<em&gt; Isochrysis</em&gt; Algal बायोमास
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O'Neil, G. W., Williams, J. R., Wilson-Peltier, J., Knothe, G., Reddy, C. M. Experimental Protocol for Biodiesel Production with Isolation of Alkenones as Coproducts from Commercial Isochrysis Algal Biomass. J. Vis. Exp. (112), e54189, doi:10.3791/54189 (2016).

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