Summary
자세한 방법은 상업 이소 크리 시스 속에서 미세 조류에서 가치 로서도으로 alkenones의 공동 격리와 함께 바이오 디젤의 생산을 위해 제공됩니다.
Abstract
재생보다 환경 친화적 출처 대안 석유 연료를 대체 할 필요가 중요성이 커지고있다. 바이오 매스 유래 바이오 연료는이 점에서 상당한 관심을 얻고있다, 옥수수 에탄올 또는 대두 바이오 디젤과 같은 식용 작물에서 그러나 1 세대 바이오 연료는 일반적으로 호의에서 떨어졌다. 국내 및 우수한 비 식용 소스로부터의 액체 연료의 제조 방법의 개발에 관심을 따라서있다. 여기에서 우리는 해양 미세 조류의 이소 크리 시스 속에서 정제 된 바이오 디젤의 생산을위한 상세한 절차를 설명합니다. 잠재적 가치 로서도 바이오 디젤 제조 비용을 상쇄하도록 또한 불포화 장쇄 alkenones로 알려진 지질의 고유 한 세트를 병렬로 분리된다. 이소 크리 시스 속 멀티 킬로그램 수량 두 상업 제 처리 전에 건조 소스 습윤 페이스트 (80 % 물)와 같은 하나 및 OT로부터 구입그녀 건조 분쇄 분말 (건조 95 %). 지질은 조류 전통적인 지방이 모두 포함 된 오일 ( "헥산 조류 오일") (즉, 중성 지방을, w / w 46~60%) 및 alkenones (w / w 16~25%)를 생산하는 속 슬렛 장치에서 헥산으로 추출한다. 조류 오일에서 중성 지방의 비누화는 alkenone 함유 중성 지질에서 생성 된 자유 지방산 (유리 지방산)의 분리 할 수 있습니다. 유리 지방산은 alkenones 단리하고 결정화에 의해 중성 지질로부터 정제되는 동안 산 촉매에 의해 에스테르 화 반응 (즉, 지방산 메틸 에스테르, FAMES)를 바이오 디젤로 변환된다. 우리는 높은 고도 불포화 지방산 함량 (w / w 약 40 %)을 특징으로, 상업 이소 크리 시스 속에서 바이오 매스로부터 바이오 디젤은 유사하지만 동일하지 FAME 프로파일을 가지고 있음을 보여줍니다. , 헥산 조류 오이의 양을 낮출 추적 할 수있는 (12 % 대 승 7 %는 w / W / W)에 이소 크리 시스 속 젖은 페이스트 시작할 때 바이오 디젤의 수익률은 지속적으로 증가 하였다분말 이소 크리 시스 속 생성물로부터 수득 L.
Introduction
최근에 특히 바이오 디젤 1 등 바이오 매스 유래 오일 등의 액체 연료의 생산을위한 조류에서 바이오 연료에 대한 관심의 위대한 부활이 있었다.이 제안 된 이점은 특정 음식의 회피 연료 논쟁 3 소문에 높은하여 생산성 대 전통적인 농업 작물보다 CO 2 저감 기능. 4이 에너지의 수생 종 프로그램 (ASP)의 거의 이십년 미국학과는 조류에서 운송 연료를 조사하기위한 목적으로 1978 년에 시작 따른다. 시핸의 보고서에 설명 된 바와 같이, 5 프로그램은 예상 비용은 그 시간 (배럴당 $ 18.46 (159 L))에서 원유와 경쟁하지 않았다 주로하기 때문에 1996 년에 끝났다. 석유의 비용은 조류 바이오 연료 연구의 르네상스에 연결되어있는 (2014 년 배럴당 $ 87.39) 6, 몇 시간 이후 크게 증가하고 있지만아베 그럼에도 불구하고 조류 바이오 연료가 너무 비싼 증명할 것이라고 주장했다. 7, 부가 가치 로서도 개념이에 대한 주요 이유 중 하나로 모두 비평가 7, 8과 지지자 9, 10 및 기능 사이에 등장했다 바이오 연료 생산 비용을 상쇄하기위한 하나의 전략으로 미국 에너지 부 (DOE) "국가 해조 바이오 연료 기술 로드맵"에 조류 바이오 연료를 추구. (11)
여기에서 우리는 상업 이소 크리 시스 속에서 미세 조류에서 두 개의 연료 스트림의 공동 제작하는 방법을 설명합니다. 이미 공업 적으로 생산되고 있기 때문에 우리는 해양 생물 양식 목적 수확 부분적 이소 크리 시스 속 집중 있고, 또한 이소 크리 시스 속 전통적인 지질 외에 (즉, 지방산)의 고유 클래스 생합성 조류 단지 몇 종의 하나이기 때문에 화합물 불포화 장쇄 alkenones라고도. 12 Alkenone 구조는 매우 L 특징 옹 탄화수소 사슬 (36-40 carbons)이 아닌 메틸렌 네 트랜스 두 배 결합을 중단하고, 메틸 또는 에틸 케톤 (그림 1). Alkenone 불포화 조류 성장 온도에 민감 상기 diunsaturated C37 메틸 alkenone (소위 "불포화 인덱스")의 비율은 과거 바다 표면 온도에 대한 프록시로서 이용 될 수있는 13, 14 15 -. 20 Alkenones은 세포질 지질 몸에 상주하고 중성 지방 (태그)보다 더 풍부 할 수있다 생각했다. 질소, 인 제한에서 21, 22, 최대 고정 단계에서 세포 탄소 10 ~ 20 %로 alkenones으로 축적된다. (23, 24)를에서 자신의 트랜스 두 배 결합 구조는 에너지 저장의보다 안정적인 양식을 제공하기 때문에 진화론 적 관점은 alkenones 태그를 통해 선호되었을 수 있습니다. (21)
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도 불포화 장쇄 alkenones 1. 구조 일반 alkenone 메틸 37. 긴 탄화수소 사슬 길이 예시 이소 크리 시스 속에서 분리 된 3 (36-40 탄소수), 트랜스 아닌 메틸렌은 이중 결합을 차단하고, 메틸 에틸 케톤에 종료. # 탄소의 수를 나타냅니다 : 명명법은 # 지방산과 유사하다. 이중 결합의 수 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
우리는 alkenones 산업 재배의 역사를 가진 일반적인 조류에서 유망한 신 재생 탄소 원료를 대표한다고 주장한다. (25) 바이오 디젤은 이소 크리 시스 속의 총 지질 추출물에서 직접 생산은 alkenones 오염 상당한 양의 (w / w 10~15%)로 포함되어 있습니다 이러한 높은 융점 화합물은 가난한 차가운 흐름 연료 특성을 초래한다. 그러나, 사용 t그는 여기서 설명 비누화 / 추출 기술은 alkenones 제거와 2 생성물 스트림을 생성시키면서 바이오 품질을 개선 회수 할 수있다. 최근에 우리는 2- 부텐 (butenolysis)와 교차 치환 반응에 의해 액체 연료에 alkenones의 전환을 보여 주었다. 26 butenolysis 반응, 상업 루테늄 복분해 - 개시제를 사용 저온에서 급속하게 발생하고 깨끗하게 제트 연료의 예측 혼합물을 제공합니다 등급 탄화수소. 이 반응은 상업적 이소 크리 시스 속 바이오 연료 생산을위한 "바이오 리파이너리"접근 (27)를 향한 첫 단계를 나타내는, 지방산에서 바이오 디젤 합성과 병렬로 수행된다.
Protocol
1. 미세 조류 바이오 매스 준비
참고 : 해양 미세 조류의 이소 크리 시스 속 특검팀합니다. 본 연구에 사용 된 "T-이소는"(재료의 목록 참조) 구입할 수 있습니다. 이소 크리 시스 속의 멀티 kg 수량은 바다의 자극적 인 냄새의 냄새와 색으로 짙은 녹색 / 근처에 검은 색을 약 80 %의 물과 20 %의 바이오 매스를 포함하는 냉동 젖은 붙여 넣기 (ISO의 -paste)로 구입하고있다 할 수있다. 이소 크리 시스 속도 수 비슷한 냄새 건조 (95 % 건조) 노란색 - 갈색 분말 (이소 - 분말)으로 구입할 수.
- 가위를 사용하여 플라스틱 포장의 구석에 2 인치 홀 - 이소 크리 시스 속 페이스트를 건조하기 위하여, (1)의 절단에 의해 1kg 패키지를 연다.
- 이 이소 크리 시스 속 얇은 층 (~ 20mm)를 만들 수있는 요리를 결정화 150mm X 75mm로 구멍을 통해 붙여 넣기의 약 300g을 짜내.
- 그것은 (일반적으로 48 건조하고 각질이 될 때까지 실온에서 자연 건조시킨 페이스트를 남겨주세요 -96 시간).
실제 건조 시간이 다를 수 및 온도에 따라 달라집니다 : 있습니다. 그러나 차이가 (최대 2 주) 더 긴 건조 시간과 수율 또는 제품의 품질에 발견되지 않았다. 건조 공정은 또한보다 균일하게 및 / 또는 따뜻한 플레이트 결정화 접시를 배치함으로써 가속화 될 수있다 (30-40 ° C). - 주걱을 사용하여 결정화 접시에서 건조 바이오 매스를 긁고 셀룰로오스 추출 골무 (길이 : 123mm, 43mm의 ID)로 수집합니다. 건조 이소 크리 시스 속 바이오 매스의 무게를 기록한다.
드라이 이소 크리 시스 속 바이오 매스 2. 속 슬렛 추출
- 속 슬렛 추출 장치에 - (60g 건조 바이오 매스 일반적으로 50)는 이소 크리 시스 속 함유 셀룰로오스 추출 골무를 넣습니다.
- , 헥산 (400 ㎖)로 속 슬렛 플라스크를 채우 콘덴서 물 및 열 소스를 켜고 24주기에 속 슬렛을 허용 - 용매의 색이 진한 녹색에서 사라 때까지 (48 시간) 희미한 노란색.
- 다음 속 슬렛 추출기에서 플라스크를 분리, 불을 끄고 장치는 실온으로 냉각 할 수 있습니다.
- 회전 증발기를 이용하여 헥산을 제거하고, 헥산 - 추출 물질 ( "헥산 조류 오일"(H-AO))의 중량을 기록한다.
조류 석유 및 지방산과 중성 지질의 분리 3. 비누화
- 메탄올은 상기 단계 2.4에서와 동일한 둥근 바닥 플라스크 내의 H-AO를 재용 : 디클로로 메탄 (2 : 1, 부피 조류 오일 = 10 × 질량).
- 교반 막대를 추가하고 환류 냉각기를 부착 (코일 : 500mm 길이).
- 추가 H 2 O (부피 = 조류 오일 2.67 질량 X) 및 KOH (50 % 조류 오일 w / w)로 3 시간 동안 60 ℃로 교반하면서 내용물을 가열한다.
- 실온으로 냉각 한 후, 회전 증발기에서 유기 용매 (메탄올, 디클로로 메탄)을 제거한다.
- 1에 부어 나머지 수성 혼합물로 이동-L 분별 깔때기. (수용액에 볼륨 상당) 헥산을 추가 분별 깔때기를 흔들하고, 층 분리 할 수 있습니다.
- 삼각 플라스크에 넣고, 하부 수성 층을 배출하고, 별도의 삼각으로 상단 유기 상을 붓는다.
- 유기 층은 무색 (일반적으로 1 ~ 2 회 이상)가 될 때까지 반복 3.5 및 3.6 단계를 반복합니다.
- 녹색을 띤 고체로서 중성 지질을 분리하기 위해 회전 증발기상에서 합한 유기 추출물을 농축시켜 (MP ≈ 60 -. 70 ℃).
- (PH 종이로 나타낸 바와 같이 pH가 될 때까지 2 ~ 6 M) HCl로 수성 상을 산성화.
- 단계 3.5 및 3.6에 기술 된 바와 같이, 1 L의 분별 깔때기를 이용하여 헥산과 산성화 된 수성 상으로부터 유리 지방산 (유리 지방산) (수성 상을 동량)을 추출한다.
- (온도> 30 ℃에서 액상) 진한 녹색에 가까운 흑색 유성 잔류 물로서 유리 지방산을 수득 회전 증발기에 헥산을 제거한다.
4.무료 지방산의 에스테르 화 산 촉매 및 녹색 바이오 디젤의 생산
- 메탄올을 사용하여 유리 지방산을 전송 : 클로로포름 (1 : 1, 조류 오일 6 X 볼륨) 먼저 유리 지방산을 용해 후, 교반 막대가 장착 된 두꺼운 고압 반응 플라스크에 붓는 의해.
- 1 시간 동안 교반하면서, SO 4 (20 % 조류 오일 W / W) 농축 된 H 2를 추가 플라스크를 밀봉하고, 90 ° C의 혼합물을 가열한다.
- 실온까지 냉각 후, 분액 깔대기에 부어 혼합물을 옮긴다.
- , H 2 O (조류 오일의 2 개 볼륨)를 추가 분액 깔때기를 흔들어과 위상이 분리 할 수 있습니다.
- 미리 칭량 둥근 바닥 플라스크에 바닥층을 배출시키고 회전 증발기에서 농축시킨다. 그 결과 바이오 디젤의 질량을 기록한다.
- 불꽃 이온화 검출기 (GC-FID)를 DB-88 (88 % cyanopropy 구비 28 (가스 크로마토 그래피로 가스 크로마토 그래피의 지방산 프로필을 분석리터) methylarylpolysiloxane] 칼럼 (0.25 mm의 ID X 0.20 μm의 막 두께를 30 MX).
주 : 일반 지방산 메틸 에스테르는 시판 정통 샘플 유지 시간 비교에 의해 확인된다. 또한, 가스 크로마토 그래피 - 질량 분석 (GC-MS, 질량 선택적 검출기에 연결된 가스 크로마토 그래프)는 예컨대 C18로 성분 분석 온도 프로그램과 열의 동일한 조건 하에서 수행된다 : (4)하는 더 확실한 기준을 사용할 수없는 결과가 적용된 정량 GC합니다.
5. 바이오 디젤 탈색
- 교반 막대가 장착 된 둥근 바닥 플라스크에서 60 ° C로 어두운 녹색 컬러 바이오 가열한다.
- 몬모릴로나이트 K (10) (MK10) 분말 1 시간 동안 교반과 (바이오 디젤의 w / w ~ 20 %)를 추가합니다.
- 히트의 둥근 바닥을 제거하고 용액을 실온으로 냉각시킨다.
- 둥근 바닥 플라스크 및 필터 재미 구성된 여과 장치를 준비Nel 보낸는 셀룰로오스 여과지 (애쉬 0.007 %)을 함유.
- 둥근 바닥 플라스크를 씻어 헥산의 최소량을 사용하여 필터 깔때기를 통해 냉각 탈색 바이오 디젤을 붓는다.
- 둥근 바닥 플라스크에서 필터 유입 경로를 분리합니다 (이 지금은 탈색 바이오 디젤의 헥산 용액을 포함)와 오렌지 / 레드 바이오 디젤을 수득 회전 증발기로 헥산을 제거합니다.
- 4 ° C에서 보관 샘플은이 기간 동안 불용성 물질의 일부 침전은 (~ w / w 10 %)이 발생합니다.
- 분석을 위해 맑고 균질 바이오 디젤을 생산하는 단계 5.4 및 5.5에 기술 된 바와 같이 경사 분리 또는 여과에 의해 불용성 물질을 제거한다.
중립 지질 6. 분리 및 Alkenones의 정제
- (O.을 (약 10g 중성 지질, 50 mL)을 디클로로 메탄의 최소량 (단계 3.8)에서 중성 지질을 용해시키고, 크로마토 그래피 칼럼의 상부에 피펫으로 용액을 추가D 60mm, ID 55mm, 길이 18 ")을 함유하는 실리카 겔 (230-400 메쉬, 100g).
- 용매로서 디클로로 메탄 (약 150 ㎖)를 이용하여 압력과 실리카를 통해 용액 (~ 5 PSI)를 용출하고, 250 mL의 용출액에서 둥근 바닥 플라스크를 수집한다.
- 오렌지 색의 고체를 수득 회전 증발기로 디클로로 메탄을 제거합니다.
- 용액이 균질 (전량 ~ 150 ml)을 끓는 헥산 때까지 점진적으로 추가 량이어서 끓는 헥산 약 100 ㎖를 첨가하여 고체를 재결정 화하여 헥산. 그 다음, 천천히 결정화를 촉진 실온 용액을 냉각.
- 플라스크를 씻어 차가운 (0 ℃) 헥산, 소량을 사용하여 단계 5.4에 기재된 여과 장치를 이용하여 결정화 alkenones 수집.
Representative Results
처리 전에 상기 페이스트를 이소 크리 시스 속 (아이소 페이스트) 제 건조시켰다. 이 편리한 대형 결정화 접시로 이소 -paste을 첨가하고, 실온에서 자연 건조 재료를 허용함으로써 대규모로 수행 하였다. 건조시 일부 풀링 물 형태는 건조 공정을 가속화 경사 또는 피펫으로 제거 될 수있다 (일반적으로 붉은 착색). 후 약 48 - 지금 건조 이소 크리 시스 속 96 시간 결정화 접시에서 긁어와 해초와 같은 냄새 (그림 2)와 블랙 / 그린 색다른 소재로 얻을 수 있었다. 건조 바이오 매스의 수확량은 페이스트의 승 광고 일반적으로 20 % 승으로 / 있었다. 대조적으로, 이소 크리 시스 속 분말 제품 (아이소 분말)을 황색 - 갈색 미세 분쇄, 추가 처리없이 직접 사용 하였다 건조 분말 (95 % 건조) (도 2)이었다.
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그림 상업 이소 크리 시스 속. 이소 크리 시스 속 페이스트 (80 % 습식) 2. 비교 처리 전에 48-96 시간 동안 실온에서 자연 건조에 결정화 접시의 바닥을 따라 확산 남아 있습니다. 그 결과 건조 이소 크리 시스 속가 상업 건조 분말 이소 크리 시스 속 (왼쪽)보다 모양이 다른 어두운 색의 색다른 재료 (오른쪽)으로 얻을 수있다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
헥산과 속 슬렛에 의해 건조 된 이소 -paste 또는 아이소 분말 중의 추출은 헥산의 제거 후, 준, 어두운 녹색 / 거의 검은 색 고체 (MP 모양이 비슷 조류 오일 (H-AO). ~ (50) -60 ° C). H-AO의 수익률은 페이스트 ( "아이소 페이스트 하오에서 시작할 때/ w (15)이었다 아이소 분말 하오 ") %") / 이전 결과, 상업 가루 이소 크리 시스 속의 속 슬렛 추출 (기준 시간-AO의 수율 반면 (26)과 일치 건조 이소 크리 시스 속 바이오 매스의 w w 일반적으로 20 %였다 " w (표 1).
| 제품 (g) | 이소 -paste | 이소 - 분말-1 | 이소 - 분말-2 |
| 드라이 바이오 매스 | (30) | (20) | (20) |
| 헥산 해조 오일 | 5.86 | 2.87 | 3.11 |
| 유리 지방산 | 3.52 | 1.34 | 1.38 |
| 중성 지질 | 2.34 | 1.38 | 1.61 |
| Alkenones | 0.94 | 0.63 | 0.74 |
| 주 : 이소 분말 -1- 이소 분말-2 병렬 처리 된 분말 이소 크리 시스 속 두 샘플의 결과를 나타낸다. 이소 붙여 넣기에서 이러한 제품의 수율과 다른 보고서의 참고 문헌 26, 32, 33를 참조하십시오. | |||
상업 이소 크리 시스 속 바이오 매스에서 표 1. 제품 수율.
상기 H-AO에서 Acylglycerols 메탄올 / CH 2 CL이 수성 KOH의 첨가에 상응하는 수용성 카르 복실 레이트 염 (예, 비누)로 전환 하였다. alkenones 포함 중성 지질은 다음 헥산 선택적 분할하여이 수성 혼합물로부터 추출 하였다. 중성 지질을 제거한 후, 비누 reacidification는 마찬가지로 수용액으로부터 추출 될 수있는 상응하는 유리 지방산 (유리 지방산)을 제조헥산과 ueous 단계입니다. 아이소 페이스트 하오 또는 - 분말 - 하오 이소 하나의 결합 된 유리 지방산과 중성 지질의 전체 질량 회수율은 양적 근처 일관했다. 그러나, 제품의 비율 (즉, 중성 지질 + 유리 지방산)이 달랐다. 아이소 페이스트 하오에서 우리는 60 %를 얻은 (w / w) 유리 지방산과 (w / w) 40 % 중성 지질 (표 1). 반대로, 아이소 분말 하오 표 1에 설명 된대로 중성 지질 (평균 = 54 % 중성 지질 + 46 % 유리 지방산)에서 농축 입증했다.
H 2 SO 4 및 메탄올의 유리 지방산 에스테르는 90 % 이상의 수율 (도 3)에서 검은 오일성 액체에 가까운 어두운 녹색으로 (즉 FAMES, 바이오 디젤) 지방산 메틸 에스테르를 생산했다. 몬모릴로나이트 K10 (29)를 통해 가열하여 탈색 (MK10) 점토는 다른 상업 양방향와 모양이 비슷한 노란색 / 오렌지 제품을 준odiesel 연료 (재료의 목록 참조) (그림 3). 탈색 이소 크리 시스 속 바이오 디젤 연료의 FAME 분석 결과는 표 2에 나타내었다.
도 이소 크리 시스 속 3. 비교 대두 바이오 디젤 연료. 그린 이소 크리 시스 속 바이오 디젤 (중간)을 추출하고, 정제 된 유리 지방산의 에스테르 화에 의해 제조된다. 탈색 상업적 바이오 디젤 (왼쪽)과 유사한 특성을 가진 제품 (오른쪽)를 생성한다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
| FAME | 이소 -paste | 이소 - 분말 |
| 14시 | 16.4 19.4 | |
| 14시 1분 | - | 0.3 |
| 15시 | 자취 | 0.3 |
| 16시 | 10.1 | 8.8 |
| 16 : 1 Δ9 | 7.6 | 5.5 |
| 16시 2분 | ND | 0.3 |
| 16시 3분 | ND | 0.5 |
| 18시 | 자취 | 0.2 |
| 18 : 1 B | 12.1 | 14.3 |
| 18시 2분 | 8.1 | 7.1 |
| 18 : 3 C | 8.5 | 13.5 |
| 18시 4분 | 19.8 | 10.4 |
| 18시 5분 | ND | 삼 |
| 20시 5분 | ND | - |
| 22시 5분 | ND | 이 |
| 22시 6분 | 6.9 (11) | |
| Σ D | 89.8 | 96.2 |
| 1 Δ9 + 18 :.. (1) Δ11 C 결합 Δ6,9,12 및 Δ9,12,15 이성질체는 D 나머지 재료는 약 50 참고 : • 지방산 명칭이 #carbons입니다. # 시스 두 배 채권은 18 결합 유저 (B) : 50 다른 FAMES 및 비 FAME 구성 요소 (전체 ~ 95 % FAME). ND 불검출 =. | ||
상업 이소의 -past 및 이소 이소 크리 시스 속 바이오 매스 - 분말에서 생산되는 바이오 디젤의 표 2 FAME 조성입니다.
중성 지질 /를 이소 -paste - 하오에서 w 및 54 % w 40 %에서 녹색 고체 혼합물로서 얻었다 (평균하십시오.) 아이소 분말 하오 (표 1)에서. 사용하여 실리카를 통해 용해 된 중성 지질 필터링DCM은 용매의 제거 후에 준 헥산으로 재결정 화 될 수있는 고체 붉은 오렌지색 / 백색 고체로서 분석적으로 순수한 alkenones을 수득 하였다. 이 절차는 16 %의 결과 (w w /) 이소 - 분말 - 하오 (표 1)에서 격리 아이소 페이스트 하오에서 alkenones의 수율 25 % 수율.
Discussion
이소 크리 시스 속는 기본 조개 공급의 구성 요소 및 바이오 연료 생산에 필요한 규모의 때문에 대표로 수확 산업 농장 조류 종의 만 선택 번호 중 하나입니다. 이용 된 조류와 본 연구에 사용 된 표준 방법의 가용성은 프로토콜이 추가 조사를위한 다른 그룹에 널리 액세스 제공합니다. 중요한 단계는 풍건 (33 동결 반대) 조류, 용매 추출, 비누화 및 에스테르를 포함한다. 이러한 작업을 통해 하나의 30 사용할 수있는 다양한 이소 크리 시스 속에서 지질 및 기타 로서도 수율을 검사 할 수 있습니다. 그러나, 이들 균주 및 배양 방법, (31) 서로 다른 결과로 다를 수 있으며 제품의 특성 및 추가 처리를 공급자에 의해 이용 (예컨대, 건조 또는 동결)에 의해 영향을받을 수 있다는 것을 예상한다. 우리는 여기에서 입증 된 바와 같이, 프로토콜이 개발ED 성공적 건식 분쇄 분말을 습식 페이스트 이르기 이소 크리 시스 속 제품의 종류에 적용될 수있다. 바이오 디젤의 수율은 가루 바이오 매스 그러나 낮았다 조류 오일의 낮은 금액에 해당, (7 % 건조 바이오 매스 대 w 12 % / w / 건조 붙여 넣기에서 w W) (H-AO) 추출 하였다. 이것은 속 슬렛 장치 이외의 다른 추출 프로토콜 (32)는 건조 분말 이소 크리 시스 속 제품에 대한 더 적합 할 수 있음을 제안 할 수 있습니다. 본 연구에 사용 된 이소 크리 시스 속 분말은 우리가 실험적으로 건조 이소 크리 시스 속 페이스트에서 얻은 것과 유사한하는 23~25% 지질을 포함하는 것으로 알려집니다. 33,34,26
시작 건조 바이오 매스의 다른 색상에도 불구하고, 아이소 페이스트 하오 및 ISO - 분말 - 하오는 본질적으로 구별, 모두 약 50 ° C의 녹는 점과 검은 색 고체에 가까운 / 짙은 녹색이었다. 흥미롭게도, 중성 입술에 유리 지방산의 비율두 헥산 추출물 내 ID는 달랐다. 중성 지질의 비누화 및 분리 후, 우리는 60 %를 얻은 이소 -paste - 하오에서 유리 지방산과 (w / w) 40 % 중성 지질 (/ w w). 아이소 분말 하오 평균 46 % (w / w) 유리 지방산 및 54 % (w / w) 중성 지질에서 생산. 그 결과 중 하나를 시작 분말 바이오 매스 가루 이소 크리 시스 속의 속 슬렛 추출 중성 지질에 대한 다소 선택적 인 이소 크리 시스 속 페이스트보다, 또는 FA 유도체에 비해 중성 지질의 높은 금액을 포함 할 수 있음을 시사한다.
두 상업적인 이소 크리 시스 속에서 얻어지는 생성물의 수율은 다양한 바이오 매스 있었지만, 또한 얻어진 디젤의 지방산 프로필 아닙니다. 바이오 디젤의 연료 특성이 상용화 될 수있는 자연과 개별 FAMES의 내용. (35)에 직접 의존 이것은 모든 바이오 디젤은 문서 ASTM에 설명 된 표준을 준수해야하며, 중요하다D6751 또는 각각 미국이나 유럽의 EN 14214. 사양 세탄가 및 산화 안정성에 대한 윤활성 및 동점도에 대한 범위 및 최소 값을 포함한다. 다른 중요한 권장 사항은 클라우드 포인트 (CP) 또는 저온 필터 막힘 점 (CFPP)의 형태로 차가운 유동 특성 관련이 있습니다. 우리는 이전에 아이소 페이스트로부터 제조 된 바이오 디젤의 포괄적 인 연료 테스트에서 결과를보고했다. (36) 본 연구에서의 ISO - 분말에서 생산되는 바이오 디젤의 FAME 프로필, 우리는 유사한 것으로 특정 연료의 특성을 예측할 수 이전 테스트와 유사하기 때문에 모두 바이오 디젤 연료. 예를 들어, 두 FAME 혼합물의 약 40 % (35.2 %, 39.9 %, 표 2)에 대한 불포화 지방산 (PuFAMEs 두 개 이상의 이중 결합) 계정. 이것은 가난한 산화 안정성과 유리한 차가운 흐름에서 발생합니다. 35 두 biodie의 FAME 프로필에 약간의 차이가 있지만,있다셀프 연료. 0 (19.4 mg / g 재생 대 16.4 밀리그램 / g) 18 : 분말 이소 크리 시스 속에서 제조 된 바이오 디젤 (14)보다 많은 양을 함유 3 (13.5 mg / g 재생 대 8.5 밀리그램 / g), 22 : 6 (11.0 밀리그램 / g 대 6.9 밀리그램 / g) FAMES, 아직 18의 낮은 금액 : 4 (10.4 mg / g 재생 대 19.8 밀리그램 / g). ASTM 표준에 포함되는 다양한 연료 특성에 대한 이러한 차이의 영향의 정도를 조사하기 위해 남아있다.
상업 이소 크리 시스 속 조류로부터 얻어지는 초기 바이오 디젤은 엽록소의 존재에 의해 설명 될 수 색 마찬가지로 짙은 녹색이었다. 36 엽록소와 그 유도체는 식물성 오일과 해당 바이오 디젤 연료의 안정성에 부정적인 효과를 갖는 것으로보고되었다. 1 시간 극적인 결과를 위해 36,29 바이오 디젤 제조와 관련 greenseed 카놀라유를 탈색 Issariyakul와 달라이의 방법에 따라, 29 ~ 60 ° C에서 MK10 (W / W)의 10 % 이상 친환경 바이오 교반육안 검사에 의한 색소 함량의 감소 (심판. 그림 2). 탈색 과정에서 질량 회수율은 평균 90 %에 있었다.
아이소 페이스트 하오 및 아이소 분말 하오 중성 지질에서 정제 alkenones의 수익률은 각각 w / (표 1) 승 40 %, 46 %로 비슷 하였다. 중성 지질은 아이소 분말 하오에 포함 된 물질의 높은 비율을 나타냅니다 때문에 (/ w 대 40 % w 54 %를 W / W)의 아이소 분말 하오에서 alkenone 수율은 아이소 페이스트 하오 alkenone 수익률을 초과 약 10 % (w / w / w 16 대 % w 25 %)에 의해. 그러나, 아이소 분말 하오 자체의 수율은 아이소 페이스트 하오 (15 % 대 w / w 20 %), 더 유사 (0.2 × 0.4 ×는 건조 이소 크리 시스 속에서 바이오 매스 모두에서 alkenones의 전체 수익률보다 낮았다 것을 고려 0.4 = 3.2 %) / 건조 이소 크리 시스 속 페이스트에서 w와 이소 크리 시스 속 분말에서 0.15 × 0.54 X 0.46 = 3.7 % w
Acknowledgments
이 작품은 국립 과학 재단 (National Science Foundation) (CHE-1151492)에 의해 지원되었다, 노스 웨스트 고급 재생 에너지 얼라이언스 (J. 윌슨 - 펠티어에 교제), 및 WHOI의 친구의 개인 기부를 통해. 우리는 우수한 기술 지원에 대해 케빈 R. Steidley 김 Ascherl (USDA / ARS / NCAUR를) 감사합니다.
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). |
References
- Ahmad, A. L., Mat Yasin, N. H., Derek, C. J. C., Lim, J. K. Microalgae as a sustainable energy source for biodiesel production: A review. Renew. Sustain. Energy Rev. 15 (1), 584-593 (2011).
- Vardona, D. R., Sharmab, B. K., Blazinaa, G. V., Rajagopalanb, K., Strathmann, T. J. Thermochemical conversion of raw and defatted algal biomass via hydrothermal liquefaction and slow pyrolysis. Bioresour. Technol. 109, 178-187 (2012).
- Tenenbaum, D. J. Food vs fuel: Diversion of crops could cause more hunger. Environ. Health Perspect. 116, 254-257 (2008).
- Pienkos, D. T., Darzins, A. The promise and challenges of microalgal-derived biofuels. Biofuels, Bioprod. Biorefin. 3 (4), 431-440 (2009).
- U.S. First Crude Oil Purchase Price. , U.S Energy Information Administration. Available from: http://www.eia.gov/dnav/pet/hist/LeafHandler.ashx?n=PET&s=F000000__3&f=A (2015).
- Sheehan, J., Dunahay, T., Sheehan, J., Dunahay, T., Benemann, J., Roessler, P. A. A look back at the U.S. Department of Energy's Aquatic Species Program: Biodiesel from algae. , Prepared by the National Renewable Energy Laboratory, report NREL/TP-580-24190. Available from: www.nrel.gov/docs/legosti/fy98/24190.pdf (1996).
- Petkov, G., Ivanova, A., Iliev, I., Vaseva, I. A critical look at the microalgae biodiesel. Eur. J. Lipid Sci. 114 (2), 103-111 (2012).
- van Beilen, J. B. Why microalgal biofuels won't save the internal combustion engine. Biofuels, Bioprod. Biorefin. 4, 41-52 (2010).
- Chisti, Y.
- Wijffles, R. H., Barbosa, M. J. An outlook on microalgal biofuels. Science. 329, 796-799 (2010).
- Ferrell, J., Sarisky-Reed, V. National Algal Biofuels Technology Roadmap. Fishman, D., Majumdar, R., Morello, J., Pate, R., Yang, J. , United States Department of Energy. Available from: http://www1.eere.energy.gov/bioenergy/pdfs/algal_biofuels_roadmap.pdf (2010).
- Patterson, G. W., Tsitsa-Tsardis, E., Wikfors, G. H., Gladu, P. K., Chitwood, D. J., Harrison, D.
- Volkman, J. K., Eglinton, G., Corner, E. D. S. Long-chain alkenes and alkenones in the marine coccolithophorid Emiliania huxleyi. Phytochem. 19, 2619-2622 (1980).
- Conte, M. H., Thompson, A., Lesley, D., Harris, R. P. Genetic and physiological influences on the alkenone/alkenoate versus growth temperature relationship in Emiliania huxleyi and Gephyrocapsa Oceanica. Geochim. Cosmochim. Acta. 62 (1), 51-68 (1998).
- Brassell, S. C., Eglinton, G., Marlowe, I. T., Pflaumann, U., Sarnthein, M. Molecular stratigraphy: a new tool for climatic assessment. Nature. 320, 129-133 (1986).
- Marlowe, I. T., Brassell, S. C., Eglinton, G., Green, J. C. Long chain unsaturated ketones and esters in living algae and marine sediments. Org. Geochem. 6, 135-141 (1984).
- Prahl, F. G., Wakeham, S. G. Calibration of unsaturation patterns in long-chain ketone compositions for palaeotemperature assessment. Nature. 330, 367-369 (1987).
- Eglinton, G., Bradshaw, S. A., Rosell, A., Sarnthein, M., Pflaumann, U., Tiedemann, R. Molecular record of secular sea surface temperature changes on 100-year timescales for glacial terminations I, II and IV. Nature. 356, 423-426 (1992).
- Müller, P. J., Kirst, G., Ruhland, G., von Storch, I., Rosell-Melé, A. Calibration of the alkenone paleotemperature index U37K′ based on core-tops from the eastern South Atlantic and the global ocean (60°N-60°S). Geochim. Cosmochim. Acta. 62 (10), 1757-1772 (1998).
- Volkman, J. K., Barrerr, S. M., Blackburn, S. I., Sikes, E. L. Alkenones in Gephyrocapsa oceanica: Implications for studies of paleoclimate. Geochim. Cosmochim. Acta. 59 (3), 513-520 (1995).
- Eltgroth, M. L., Watwood, R. L., Wolfe, G. V. Production and cellular localization of neutral long-chain lipids in the haptophyte algae Isochrysis Galbana. and Emiliania Huxleyi. J. Phycol. 41, 1000-1009 (2005).
- Volkman, J. K., Everitt, D. A., Allen, D. I. Some analyses of lipid classes in marine organisms, sediments and seawater using thin-layer chromatography-flame ionisation detection. J. Chromatogr. A. 356, 147-162 (1986).
- Epstein, B. L., D'Hondt, S., Quinn, J. G., Zhang, J., Hargraves, P. An effect of dissolved nutrient concentrations on alkenone-based temperature estimates. Paleoceanography. 13 (2), 122-126 (1998).
- Prahl, F. G., Sparrow, M. A., Wolfe, G. V. Physiological impacts on alkenone paleothermometry. Paleoceanogaphy. 18 (2), 1025-1031 (2003).
- Sachs, D., Sachs, J. P. Inverse relationship between D/H fractionation in cyanobacterial lipids and salinity in Christmas Island saline ponds. Geochim. Cosmochim. Acta. 72 (25), 793-806 (2008).
- O'Neil, G. W., Culler, A. R., Williams, J. R., Burlow, N. P., Gilbert, G. J., Carmichael, C. A., Nelson, R. K., Swarthout, R. F., Reddy, C. M. Production of jet fuel range hydrocarbons as a coproduct of algal biodiesel by butenolysis of long-chain alkenones. Energy Fuels. 29 (2), 922-930 (2015).
- Foley, P. M., Beach, E. S., Zimmerman, J. B. Algae as a source of renewable chemicals: opportunities and challenges. Green Chem. 13, 1399-1405 (2011).
- Razon, L. F., Bacani, F. T., Evangelista, R. L., Knothe, G. Fatty acid profile of kenaf seed oil. J. Am. Oil Chem. Soc. 90 (6), 835-840 (2013).
- Issariyakul, T., Dalai, A. K. Biodiesel production from greenseed canola oil. Energy Fuels. 24, 4652-4658 (2010).
- Nalder, T. D., Miller, M. R., Packer, M. A. Changes in lipid class content and composition of Isochrysis. sp. (T-Iso) grown in batch culture. Aquacult. Int. 23, 1293-1312 (2015).
- Mercer, P., Armenta, R. E. Developments in oil extraction from microalgae. Eur. J. Lipid Sci. Technol. 113 (5), 539-547 (2011).
- O'Neil, G. W., Carmichael, C. A., Goepfert, T. J., Fulton, J. M., Knothe, G., Lau, C. P. -L., Lindell, S. R., Mohammady, N. G. -E., Van Mooy, B. A. S., Reddy, C. M. Beyond fatty acid methyl esters: expanding the renewable carbon profile with alkenones from Isochrysis sp. Energy Fuels. 26, 2434-2441 (2012).
- O'Neil, G. W., Knothe, G., Williams, J. R., Burlow, N. P., Culler, A. R., Corliss, J. M., Carmichael, C. A., Reddy, C. M. Synthesis and analysis of an alkenone-free biodiesel from Isochrysis sp. Energy Fuels. 28 (4), 2677-2683 (2014).
- Knothe, G. Dependence of biodiesel fuel properties on the structure of fatty acid alkyl esters. Fuel Process. Technol. 86, 1059-1070 (2005).
- Valenzuela-Espinoza, E., Millán-Núñez, R., Protein Núñez-Cebrero, F. Protein, carbohydrate, lipid and chlorophyll a content in Isochrysis aff. galbana (clone T-Iso) cultured with a low cost alternative to the f/2 medium. Aquacult. Eng. 25, 207-216 (2002).
- Kulkarni, M. G., Dalai, A. K., Bakshi, N. N. Utilization of green seed canola oil for biodiesel production. J. Chem. Technol. Biotechnol. 81, 1886-1893 (2006).
