Protocolo experimental para la producción de biodiesel con Aislamiento de alquenonas como Coproductos de Comercial

El objetivo general de este procedimiento es producir biodiésel a partir de Isochyrsis Algal disponible comercialmente, al tiempo que se permite el aislamiento simultáneo de alquenonas de cadena larga como subproducto valioso. Este método puede ayudar a responder preguntas clave en el campo de la energía renovable, como, por ejemplo, si nuestros biocombustibles derivados de algas son alternativas viables a los combustibles basados en petróleo.

La principal ventaja de esta técnica es que la alga que utilizamos ya se cultiva industrialmente y puede adquirirse en cantidades de varios kilogramos de varios proveedores comerciales. Además, estas algas en particular biosintetizan un tipo único de lípidos conocidos como alquenonas de cadena larga, que pueden aislarse como un producto secundario. El procedimiento lo demostrará John Williams, un estudiante de posgrado en mi laboratorio.

Para preparar la pasta húmeda de isocrixis disponible comercialmente, corte un pequeño orificio en un paquete de un kilogramo y exprima aproximadamente 300 gramos sobre un recipiente cristalizador de 150 por 75 milímetros. La pasta contiene aproximadamente un 80 % de agua, es de color verde oscuro, casi negro, y tiene un olor fuerte. Seque la pasta al aire para crear una capa de aproximadamente 20 milímetros de espesor.

Recoger la biomasa seca en un cartucho de extracción de celulosa de masa conocida. Luego registrar el peso de la biomasa de isocrixis. Transferir aproximadamente de 50 a 60 gramos de isocrixis seca a un aparato de extracción Soxhlet.

Luego, llene el matraz Soxhlet con 400 mililitros de hexanos. Encienda el agua del condensador y la fuente de calor, y permita que el Soxhlet realice ciclos durante uno o dos días. Cuando el color del disolvente pase de verde oscuro a un amarillo tenue, la extracción habrá finalizado.

Enfríelo hasta temperatura ambiente y utilice un evaporador rotatorio para eliminar los hexanos. Finalmente, pese el aceite algal en hexano. Comience disolviendo el aceite algal en hexano en su matraz con 10 volúmenes de una mezcla de metanol-diclorometano dos a uno.

A continuación, agregue una barra de agitación, dos partes y dos tercios de agua en comparación con el volumen del aceite, y agregue una masa de hidróxido de potasio que sea la mitad del peso del aceite. Ahora, conecte el matraz a un condensador de reflujo de 500 milímetros de largo. Caliente la mezcla con agitación a 60 grados celsius durante tres horas en una campana extractora de gases.

Después de enfriar la reacción, elimine los disolventes orgánicos en un evaporador rotatorio. A continuación, vierta la mezcla acuosa restante en un embudo de separación de un litro y agregue un volumen igual de hexanos. Enjuague el matraz con los hexanos para asegurar que todo el material pase al embudo.

Agite el embudo y deje que las capas se separen. A continuación, vierta la capa acuosa inferior en un matraz y decante la capa orgánica superior en un segundo matraz. Conserve ambas capas.

Repita la extracción con hexano hasta que la capa orgánica sea un verde amarillento tenue. Luego, combine los extractos orgánicos recolectados y condénselos en un evaporador rotatorio para aislar los lípidos neutros. Estos lípidos aparecen como un sólido verdoso y tienen un punto de fusión entre 60 y 70 grados Celsius.

A continuación, acidifique la fase acuosa hasta un pH de dos utilizando ácido clorhídrico 6 M. Luego, extraiga los ácidos grasos libres de la fase acuosa acidificada usando hexanos y un embudo de separación como antes. Finalmente, elimine los hexanos de los extractos orgánicos combinados mediante un evaporador rotatorio para obtener ácidos grasos libres purificados.

Un residuo oleoso de color verde oscuro, casi negro, que se funde ligeramente por encima de 30 grados celsius. Disuelva los ácidos grasos utilizando seis volúmenes de metanol cloroformo y luego vierta la solución en un matraz de reacción de alta presión con pocillo profundo y una barra de agitación, enjuagando para asegurar que todos los ácidos grasos pasen al matraz de reacción. A continuación, bajo una campana extractora, agregue ácido sulfúrico concentrado.

Cierre el matraz y caliente la mezcla a 90 grados Celsius durante una hora con agitación. Después de enfriar la reacción a temperatura ambiente, viértala en un embudo de separación y agregue dos volúmenes de agua. Agite ahora el embudo de separación, deje que las fases se separen y deseche la capa inferior en un matraz redondo de fondo plano previamente pesado.

Luego, concentre la solución en un evaporador rotatorio y registre la masa del biodiésel resultante; la sustancia ahora puede analizarse mediante cromatografía de gases. Los lípidos neutros pueden rasparse del fondo redondo, pesarse y transferirse a un matraz para su purificación. Comience disolviendo los lípidos neutros en una cantidad mínima de diclorometano.

Luego, aplique la solución en la parte superior de una columna de cromatografía que contiene 100 gramos de gel de sílice. A continuación, utilice una presión ligera para hacer pasar la solución a través de la sílice con aproximadamente 150 mililitros de diclorometano. Se añade una pequeña capa de arena en la parte superior de la columna para evitar que la sílice se perturbe al llenar con disolvente.

Recolecte la yelia wint en un matraz redondo de 250 mililitros. Luego elimine el diclorometano con un evaporador rotatorio. El resultado debe ser un sólido de color naranja.

Re-cristalice los sólidos en hexanos hirviendo. Primero, agregue inicialmente 100 mililitros y luego siga agregando hexanos hirviendo hasta que la solución sea homogénea. Ahora, enfríe lentamente la solución a temperatura ambiente para favorecer la cristalización y recolecte las alquenonas cristalizadas utilizando un equipo de filtración.

Utilice un pequeño volumen de hexanos fríos para enjuagar el matraz. Antes del procesamiento, la pasta de isocrixis se secó primero para obtener un material negro, verde y escamoso con olor a alga marina. En contraste, la isocrixis en polvo era un polvo seco molido finamente de color amarillo-marrón que se utilizó sin procesamiento adicional.

La extracción de cualquiera de los materiales mediante soxhlet con hexanos produjo aceites algales con rendimientos considerablemente más altos a partir de la pasta que del polvo. Los acilglicéridos en el aceite algal se convirtieron en carboxilato soluble en agua, del cual se extrajeron lípidos neutros y ácidos grasos libres en un volumen casi cuantitativo a partir de cualquiera de los materiales iniciales. Sin embargo, la proporción de los productos fue diferente.

La esterificación produjo ésteres metílicos de ácidos grasos. También conocido como biodiésel, un líquido oleoso verde oscuro, casi negro. El rendimiento superó el 90 %. El producto se decoloró según se describe en el protocolo del texto.

El análisis de MEAG de los combustibles biodiésel purificados mostró perfiles similares pero no idénticos a partir de los dos materiales iniciales. Al filtrar los lípidos neutros disueltos a través de sílice utilizando DCM, se obtuvo un sólido de color anaranjado rojizo que fue re-cristalizado con hexanos para obtener alquenonas puras desde el punto de vista analítico. Después de ver este video, debería tener una comprensión clara de cómo procesar la isocrysis disponible comercialmente para producir biodiésel, con el aislamiento de alquenonas puras como subproducto.

Una vez dominada, esta técnica puede generar consistentemente cantidades significativas de biodiésel de algas y alquenonas para su posterior estudio. Con su desarrollo, esta técnica ha allanado el camino para que examinemos críticamente las propiedades del combustible del biodiésel de algas al proporcionar cantidades suficientes para realizar diversas pruebas de combustible, en lugar de depender de predicciones o simulaciones. No olvide que trabajar con ácidos o bases fuertes y calentar los contenidos dentro de un recipiente sellado puede ser extremadamente peligroso.

Asegúrese de usar equipo de protección personal adecuado y trabaje en una campana extractora al realizar estos pasos.