Name: Protocole expérimental pour la production de biodiesel avec Isolement de alkénones comme coproduits de Commercial Isochrysis Biomasse algale (Vidéo) | JoVE Journal
Uploaded: 2016-06-24T15:00:00.000+00:00
Duration: 9 min 10 s
Description: Découvrez la production de biodiesel à partir de biomasse algale Isochrysis commerciale avec co-isolation d'alkénones comme coproduits valorisés. Cette méthode utilise l'extraction Soxhlet et la transestérification pour obtenir des rendements supérieurs à 90%.

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Ce travail a été soutenu par la National Science Foundation (CHE-1151492), le Nord-Ouest avancée Renewables Alliance (bourse pour J. Wilson-Peltier), et par un don privé des amis de WHOI. Nous remercions Kevin R. Steidley et Kim Ascherl (USDA / ARS / NCAUR) pour une excellente assistance technique.

1. microalgues et biomasse Préparation Note: La marine microalgues Isochrysis sp. &quot;T-iso&quot; utilisé dans la présente étude peut être acheté (voir la liste des matériaux). Quantités Multi-kilogramme de Isochrysis peuvent être achetés sous forme de pâte humide congelé (Iso -paste) contenant environ 80% d&#39; eau et 20% de la biomasse, et est vert foncé / près de couleur noire avec une odeur odeur âcre de la mer. Isochrysis peut aussi être acheté comme une poudre sèche jaune-brun (95% de matière sèche) (Iso -Poudre) avec une odeur semblable. <ol><li> Pour sécher la pâte Isochrysis, ouvrez un paquet de 1 kg en coupant un 1 - trou de 2 pouces dans le coin de l&#39;emballage en plastique avec des ciseaux. </li><li> Pincez environ 300 g de cette Isochrysis coller à travers le trou dans un 150 mm x 75 mm cristallisoir pour créer une couche mince (~ 20 mm). </li><li> Laisser la pâte sécher à l&#39;air à la température ambiante jusqu&#39;à ce qu&#39;elle devienne sèche et squameuse (typiquement, 48 -96 h). Remarque: les temps de séchage réels peuvent varier et dépendent de la température. Cependant, aucune différence n&#39;a été remarquée dans les rendements ou la qualité des produits, même avec des temps de séchage plus longs (jusqu&#39;à deux semaines). Le processus de séchage peut également être rendu plus uniforme et / ou accéléré en plaçant le cristallisoir sur une plaque chaude (30 - 40 ° C). </li><li> Grattez la biomasse sèche du cristallisoir à l&#39;aide d&#39;une spatule et de recueillir dans une extraction de cellulose virole (Longueur: 123 mm, 43 mm ID). Noter le poids de la biomasse Isochrysis sec. </li></ol> 2. Extraction Soxhlet de biomasse sèche Isochrysis <ol><li> Charger l&#39; extraction de cellulose de virole d&#39;un Isochrysis (typiquement 50 - 60 g de biomasse sèche) dans un appareil d&#39;extraction Soxhlet. </li><li> Remplir le ballon de Soxhlet avec de l&#39;hexane (400 ml), tourner sur la source d&#39;eau du condenseur et de la chaleur, et de permettre au Soxhlet à cycle pour 24-48 h (jusqu&#39;à ce que la couleur du solvant est passé du vert foncé à unjaune pâle). </li><li> Éteindre le feu et laisser l&#39;appareil refroidir à la température ambiante, puis débranchez le flacon de l&#39;extracteur Soxhlet. </li><li> Retirer les hexanes à l&#39;aide d&#39;un évaporateur rotatif et on enregistre le poids de la matière extractible à l&#39;hexane ( «huile hexane algal&quot; (h-AO)). </li></ol> 3. La saponification de l&#39;huile d&#39;algue et de séparation des acides gras et lipides neutres <ol><li> Redissoudre le h-AO dans le même ballon à fond rond de l&#39;étape 2.4 ci-dessus avec du methanol: dichlorométhane (2: 1, volume = 10 x masse de l&#39;huile d&#39;algue). </li><li> Ajouter une barre d&#39;agitation et de joindre un condenseur à reflux (Coil: 500 mm de longueur). </li><li> Ajouter la lettre H 2 O (volume = 2,67 x masse de l&#39; huile d&#39; algue) et du KOH (50% p / p de l&#39; huile d&#39; algue) et on chauffe le contenu sous agitation à 60 ° C pendant 3 h. </li><li> Après refroidissement à température ambiante, éliminer les solvants organiques (méthanol et du dichlorométhane) sur un évaporateur rotatif. </li><li> Transférer le mélange aqueux restant en versant dans un 1ampoule à décanter -L. Ajouter hexanes (équivalent en volume à la solution aqueuse), agiter l&#39;ampoule à décanter, et laisser les couches se séparer. </li><li> Égoutter la couche inférieure aqueuse dans un flacon Erlenmeyer, et verser la phase organique supérieure dans un Erlenmeyer séparé. </li><li> Répéter les étapes 3.5 et 3.6 jusqu&#39;à ce que la couche organique est incolore (typiquement 1-2 fois plus). </li><li> On concentre les extraits organiques réunis sur un évaporateur rotatif pour isoler les lipides neutres en tant que solide verdâtre (point de fusion ≈ 60 -. 70 ° C). </li><li> Acidifier la phase aqueuse avec du HCl (6 M, jusqu&#39;à un pH ~ 2, comme indiqué par le papier pH). </li><li> Extraire les acides gras libre (FFA de) de la phase aqueuse acidifiée avec de l&#39;hexane (Equivolume à la phase aqueuse) avec une ampoule à décanter de 1 litre comme décrit dans les étapes 3.5 et 3.6. </li><li> Retirez les hexanes sur un évaporateur rotatif pour obtenir les FFAs comme un résidu huileux vert presque noir foncé (liquide à des températures&gt; 30 ° C). </li></ol> 4.L&#39;estérification catalysée par un acide des acides gras libres et la production d&#39;un biodiesel vert <ol><li> Transférer les FFAs utilisant du méthanol: chloroforme (1: 1, 6 x volume d&#39;huile d&#39;algue) d&#39;abord dissoudre les FFAs puis en versant dans un ballon de réaction haute pression à paroi épaisse équipé d&#39;un barreau d&#39;agitation. </li><li> Ajouter la lettre H 2 SO 4 concentré (20% p / p de l&#39; huile d&#39; algue), sceller le flacon, et on chauffe le mélange à 90 ° C tout en agitant pendant 1 h. </li><li> Après refroidissement à température ambiante, transférer le mélange en le versant dans une ampoule à décanter. </li><li> Ajouter H 2 O (2 x volume d&#39;huile d&#39; algues), agiter l&#39;ampoule à décanter, et laisser les phases se séparer. </li><li> Égoutter la couche inférieure dans un ballon à fond rond pré-pesé et on concentre sur un évaporateur rotatif. Noter la masse du biodiesel résultant. </li><li> Analyser le profil des acides gras par chromatographie en phase gazeuse avec détecteur à ionisation de flamme (GC-FID) 28 (chromatographe en phase gazeuse équipé d&#39;un DB-88 [(88% cyanopropyl) methylarylpolysiloxane] colonne (30 mx épaisseur 0,25 mm ID x 0,20 um de film). Nota: les esters gras courants méthyliques d&#39;acides sont vérifiées par comparaison des temps de rétention avec des échantillons authentiques obtenus dans le commerce. En outre, chromatographie en phase gazeuse-spectrométrie de masse (CG-SM, Chromatographie en phase gazeuse couplée à un détecteur sélectif de masse) est effectuée dans des conditions identiques de programme et de température de la colonne pour analyser des composants tels que C18: 4 pour lesquels aucun des étalons authentiques sont disponibles avec les résultats appliqués à GC quantification. </li></ol> 5. Biodiesel Décoloration <ol><li> Chauffer le vert foncé de couleur biodiesel à 60 ° C dans un ballon à fond rond équipé d&#39;un barreau d&#39;agitation. </li><li> Ajouter montmorillonite K 10 (MK10) poudre (10-20% p / p du biodiesel) et agiter pendant 1 h. </li><li> Retirez le fond rond de la chaleur et laisser refroidir la solution à la température ambiante. </li><li> Préparer un appareil de filtration constitué d&#39;un ballon à fond rond et le filtre d&#39;amusementnel contenant un papier filtre de cellulose (Ash 0,007%). </li><li> Verser le biodiesel refroidi décoloré à travers l&#39;entonnoir de filtration en utilisant une quantité minimale d&#39;hexanes pour rincer le ballon à fond rond. </li><li> Débranchez l&#39;entonnoir de filtre du ballon à fond rond (il contient maintenant une solution de hexanes du biodiesel décolorée) et retirer les hexanes avec un évaporateur rotatif pour donner une orange / biodiesel rouge. </li><li> Conserver les échantillons à 4 ° C, temps pendant lequel un certain tassement de la matière insoluble (environ 10% p / p) se produira. </li><li> Retirer la matière insoluble par décantation ou filtration comme décrit à l&#39;étape 5.4 et 5.5 pour produire un biodiesel homogène limpide pour l&#39;analyse. </li></ol> 6. Isolement et purification de alcénones des lipides neutres <ol><li> Dissoudre les lipides neutres (étape 3.8) dans une quantité minimale de dichlorométhane (environ 50 ml pour 10 g de lipides neutres) et ajouter la solution avec une pipette à la partie supérieure d&#39;une colonne de Chromatographie (O.D 60 mm, ID 55 mm, longueur 18 &quot;) contenant du gel de silice (230-400 mesh, 100 g). </li><li> Éluer la solution à travers la silice sous pression (environ 5 livres par pouce carré) en utilisant du dichlorométhane (150 ml environ) comme solvant et de recueillir l&#39;éluant dans 250 ml ballon à fond rond. </li><li> Éliminer le dichlorométhane avec un évaporateur rotatif pour donner un solide orange. </li><li> Recristalliser le solide en utilisant de l&#39;hexane en ajoutant environ 100 ml d&#39;hexane bouillant, suivie par des quantités supplémentaires incrémentielles de l&#39;hexane bouillant jusqu&#39;à ce que la solution soit homogène (volume total ~ 150 ml). Ensuite, la solution refroidir lentement à la température ambiante pour favoriser la cristallisation. </li><li> Ramassez les alcénones cristallisés en utilisant un appareil de filtration comme décrit à l&#39;étape 5.4 en utilisant une petite quantité de (0 ° C) hexane froid pour rincer le flacon. </li></ol>

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<li>Knothe, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Dependence+of+biodiesel+fuel+properties+on+the+structure+of+fatty+acid+alkyl+esters%5BTitle%5D)+AND+%22Fuel+Process.+Technol%22%5BJournal%5D)">Dependence of biodiesel fuel properties on the structure of fatty acid alkyl esters.</a> Fuel Process. Technol. 86, 1059-1070 (2005).</li>
<li>Valenzuela-Espinoza, E., Millán-Núñez, R., Protein Núñez-Cebrero, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Protein%2C+carbohydrate%2C+lipid+and+chlorophyll+a+content+in+Isochrysis+aff.+galbana+%28clone+T-Iso%29+cultured+with+a+low+cost+alternative+to+the+f%2F2+medium%5BTitle%5D)+AND+%22Aquacult.+Eng%22%5BJournal%5D)">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.</a> Aquacult. Eng. 25, 207-216 (2002).</li>
<li>Kulkarni, M. G., Dalai, A. K., Bakshi, N. N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Utilization+of+green+seed+canola+oil+for+biodiesel+production%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Chem.+Technol.+Biotechnol%22%5BJournal%5D)">Utilization of green seed canola oil for biodiesel production.</a> J. Chem. Technol. Biotechnol. 81, 1886-1893 (2006).</li>
</ol>

La mention de noms commerciaux ou de produits commerciaux dans cette publication est uniquement dans le but de fournir des informations spécifiques et n’implique pas une recommandation ou une approbation par le ministère américain de l’Agriculture. L’USDA est un fournisseur et un employeur qui souscrit au principe de l’égalité des chances.

Isochrysis est l&#39; un de seulement un certain nombre d&#39;espèces d&#39; algues cultivées industriellement, récoltés en tant que composant principal de l&#39; alimentation des mollusques et crustacés, et donc représentant de l&#39;échelle nécessaire pour la production de biocarburants. La disponibilité des algues utilisées et des méthodes classiques utilisées dans cette étude, rendre le protocole présenté largement accessible à d&#39;autres groupes pour d&#39;autres investigations. Les étapes critiques incluent l&#39; air de séchage des algues (par opposition à la lyophilisation 33), extraction au solvant, saponification et estérification. Grâce à ces opérations , on peut examiner les rendements des lipides et d&#39; autres coproduits issus des différents Isochrysis disponibles 30. Il est prévu que ceux - ci peuvent différer en raison des souches et des méthodes de culture, 31 différentes et peuvent également être touchés par la nature du produit et de tout traitement supplémentaire (par exemple, le séchage ou la congélation) utilisé par le fournisseur. Comme nous le démontrons ici, le protocole développered peut être appliquée avec succès à différents types de produits Isochrysis, allant d&#39;une pâte humide à une poudre broyée à sec. Les rendements de biodiesel ont cependant été plus faible de la biomasse en poudre (7% p / p par rapport à la biomasse sèche de 12% en poids / poids de la pâte sèche), ce qui correspond à des quantités plus faibles de l&#39;huile d&#39;algue (h-AO) extraite. Cela peut suggérer qu&#39;un protocole d&#39;extraction alternatif 32 autre qu&#39;un appareil de Soxhlet peut être mieux adapté pour les produits de Isochrysis en poudre sèche. La poudre Isochrysis utilisée dans cette étude est annoncé comme contenant 23-25% de lipides, qui semblable à ce que nous avons obtenu expérimentalement à partir de pâte séchée Isochrysis 33,34,26. Malgré les différentes couleurs de la biomasse sèche de départ, le Iso- pâte-hao et Iso -Poudre-hao étaient essentiellement impossibles à distinguer, à la fois vert foncé / près de solides noirs avec des points de fusion d&#39;environ 50 ° C. Fait intéressant, le rapport des acides gras libres à lèvre neutreids dans les deux extraits d&#39;hexane était différent. Après saponification et la séparation des lipides neutres, nous avons obtenu 60% (p / p) AGL et 40% (p / p) lipides neutres de la Iso -paste-hao. La Iso- poudre-hao produit , en moyenne , 46% (p / p) AGL et 54% (p / p) lipides neutres. Les résultats suggèrent que la biomasse soit en poudre de départ peuvent contenir des quantités plus élevées de lipides neutres par rapport aux dérivés FA que la pâte Isochrysis, ou que l&#39; extraction au Soxhlet en poudre de Isochrysis est quelque peu sélective pour les lipides neutres. Non seulement les rendements des produits obtenus à partir des deux Isochrysis commerciale biomasses différents, mais aussi des profils d&#39;acides gras de biodiesel obtenu. Ceci est important, car les propriétés du carburant d&#39;un biodiesel sont directement dépendantes de la nature et le contenu des FAME individuels 35. Pour être commercialisé, tout le biodiesel doit être conforme aux normes décrites dans les documents ASTMD6751 ou EN 14214 aux Etats-Unis ou en Europe, respectivement. Les spécifications comprennent des gammes pour la lubricité et la viscosité cinématique, et les valeurs minimales pour l&#39;indice de cétane et de stabilité à l&#39;oxydation. D&#39;autres recommandations importantes sont liées aux propriétés d&#39;écoulement à froid sous la forme d&#39;un point (CP) ou le point de colmatage du filtre à froid (CFPP) nuage. Nous avons précédemment rapporté les résultats de l&#39;essai de carburant complet de biodiesel préparé à partir de pâte Iso-. 36 Depuis le profil de FAME du biodiesel produit à partir du -Poudre Iso dans cette étude est similaire à ceux précédemment testé, nous pouvons prédire certaines propriétés du carburant pour être similaire pour les deux carburants biodiesel. Par exemple, les acides gras poly - insaturés (PuFAMEs, plus de deux doubles liaisons) représentent environ 40% des deux mélanges de FAME (35,2% et 39,9%, tableau 2). Cela se traduira par une stabilité à l&#39;oxydation pauvres et écoulement à froid favorable. 35 Il y a, cependant, de légères différences dans les profils FAME des deux biodiecombustibles Sél. Le biodiesel produit à partir du Isochrysis en poudre contenait des quantités plus élevées de 14: 0 (19,4 mg / g par rapport à 16,4 mg / g), 18: 3 (13,5 mg / g contre 8,5 mg / g), et 22: 6 (11,0 mg / g contre 6,9 ​​mg / g) FAME, mais des quantités inférieures de 18: 4 (10,4 mg / g par rapport à 19,8 mg / g). L&#39;ampleur de l&#39;impact de ces différences sur les différentes propriétés du carburant contenues dans les normes ASTM reste à étudier. Le biodiesel initial obtenu à la fois commerciale Isochrysis algues étaient de la même couleur vert foncé qui peut être expliqué par la présence de chlorophylles. 36 Chlorophylle et ses dérivés ont été signalés à avoir un effet négatif sur la stabilité des huiles végétales et de leurs carburants biodiesel correspondants. 36,29 Basé sur la méthode de Issariyakul et Dalai pour décolorer l&#39; huile de canola greenseed dans le cadre de la production de biodiesel, 29 agitant notre biodiesel vert plus de 10% (p / p) MK10 à 60 ° C pendant 1 heure a donné lieu à une spectaculaireréduction de la teneur en pigment par inspection visuelle (réf. Figure 2). recouvrements de masse du processus de décoloration étaient en moyenne de 90%. Les rendements de alcénones purifiés à partir de Iso- pâte-hao et de lipides neutres poudre-hao iso- étaient comparables à 40% et 46% p / p (tableau 1). Comme lipides neutres représentent une proportion plus élevée de matière contenue dans la Iso- poudre-hao (54% p / p par rapport à 40% p / p), alcénone rendement de la Iso- poudre-hao dépasse le rendement de Iso- alcénone pâte HAO d&#39;environ 10% (25% p / p par rapport à 16% p / p). Toutefois, étant donné que les rendements de la Iso- poudre-hao s&#39;étaient inférieurs à Iso- pâte HAO (15% contre 20% p / p), les rendements globaux de alcénones des deux biomasses Isochrysis secs sont plus similaires (0,2 x 0,4 x 0,4 = 3,2% en poids / poids de la pâte séchée Isochrysis et 0,15 x 0,54 x 0,46 = 3,7% de poudre Isochrysis).

Il a récemment été un grand regain d&#39;intérêt pour les biocarburants à partir d&#39; algues, en particulier pour la production de combustibles liquides tels que le biodiesel 1 et d&#39; autres huiles dérivés de la biomasse. 2 avantages proposés comprennent l&#39;évitement de certains aliments par rapport à des controverses de combustible 3 et productivités seraient plus élevés et les capacités de CO 2 d&#39;atténuation que les cultures agricoles traditionnelles. 4 Cette suit la presque 20 années Département du Programme pour les espèces aquatiques de l&#39; énergie (ASP) des États-Unis a commencé en 1978 dans le but d&#39;enquêter sur le carburant de transport à partir d&#39; algues. Comme il est indiqué dans le rapport de Sheehan, 5 le programme a pris fin en 1996 , principalement en raison des coûts projetés ne sont pas en concurrence avec le pétrole brut à ce moment - là (18,46 $ par baril (159 L)). Alors que le coût du pétrole a augmenté de façon spectaculaire depuis ($ 87.39 par baril en 2014) 6, qui est relié à la renaissance dans la recherche sur les biocarburants d&#39; algues, certains have a fait valoir que néanmoins les biocarburants d&#39; algues vont se révéler trop coûteux. 7 Comme une stratégie visant à compenser les coûts de production de biocarburants, la notion de coproduits à valeur ajoutée a émergé parmi les critiques 7,8 et promoteurs 9,10 et caractéristiques comme l&#39; une des principales raisons pour la poursuite de biocarburants d&#39; algues dans le United States Department of Energy (DOE) &quot;national algales Biofuels Technology Roadmap&quot;. 11 Nous décrivons ici une méthode pour la coproduction de deux courants de combustible séparés à partir de microalgues Isochrysis commercial. Nous nous sommes concentrés sur Isochrysis en partie parce qu&#39;il est déjà produit industriellement, récoltée à des fins de la mariculture, et aussi parce que Isochrysis est l&#39; une des seules quelques espèces d&#39;algues qui , en plus de lipides traditionnels ( par exemple, les acides gras) biosynthèse une classe unique de des composés connus comme alcénones à longue chaîne poly - insaturés. 12 structures sont caractérisées par alcénone très l<html> les chaînes hydrocarbonées de ong (36-40 carbones), deux à quatre méthylène non interrompus liaisons trans -Doubles et un groupe méthyle ou éthyle cétone (figure 1). Alcénone insaturation est sensible à la température de croissance des algues, 13,14 de telle sorte que la proportion de la diinsaturé alcénone de méthyle C37 (que l&#39;on appelle « l&#39; indice d&#39;insaturation») peut être utilisé comme indicateur de la température de surface de la mer depuis 15 -. 20 alcénones sont pensé à résider dans des corps lipidiques cytoplasmiques et peut être plus abondant que les triglycérides (TAG). 21,22 Sous azote ou la limitation de phosphore, jusqu&#39;à 10-20% de carbone de cellules dans la phase stationnaire est accumulée comme alcénones. 23,24 du point de vue évolutif, alcénones peut avoir été favorisée par rapport à TAGs parce que leur géométrie de double liaison trans fournit une forme plus stable de stockage d&#39;énergie. 21 189fig1.jpg &quot;/&gt; Figure 1. Structures de polyinsaturés alcénones longue chaîne alcénone commune méthyle 37:. 3 isolé de Isochrysis exemplifiant longueurs de chaîne longue d&#39;hydrocarbures (36 - 40 atomes de carbone), non-méthylène trans doubles liaisons interrompues, et se terminant par un groupe méthyle ou éthyle cétone. Nomenclature est similaire aux acides gras où #: # fait référence à nombre de carbones:. Nombre de doubles liaisons <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/54189/54189fig1large.jpg" target="_blank">S&#39;il vous plaît cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure.</a> Nous soutenons que alcénones représentent une prometteuse renouvelable charge de carbone à partir d&#39; une algue commune avec une histoire de la culture industrielle. 25 Biodiesel produit directement à partir de l&#39;extrait lipidique total de Isochrysis contient une quantité importante (10-15% p / p) de alcénones et la contamination par des ces composés à haut point de fusion se traduit par de mauvaises propriétés de carburant d&#39;écoulement à froid. Cependant, l&#39;utilisation de til techniques saponification / d&#39;extraction décrits ici, alcénones peut être enlevé et récupéré en améliorant ainsi la qualité du biodiesel, tout en produisant un courant de produit secondaire. Récemment , nous avons démontré la conversion de alcénones à un carburant liquide par métathèse croisée avec le 2-butène (butenolysis). 26 La réaction de butenolysis utilise un ruthénium commercial métathèse-initiateur, se produit rapidement à basse température, et proprement délivre un mélange prévisible du carburant hydrocarbures de la gamme. Cette réaction est réalisée en parallèle avec la synthèse de biodiesel à partir d&#39; acides gras, ce qui représente les premiers pas vers une «bioraffinerie» approche 27 pour commercialement viable la production de biocarburants Isochrysis.

<table><tbody><tr><td>Isochrysis</td><td>Reed Mariculture</td><td>Iso, Brute, Non transformée, 20 %p.p.</td><td>Pâte de culture vivante, 20 % p/p biomasse</td></tr><tr><td>Isochrysis</td><td>Necton, S.A</td><td>AADISS004</td><td>PhytoBloom Prof Isochrysis (lyophilisé)</td></tr><tr><td>Hexanes</td><td>Fisher Chemical</td><td>H291-4</td><td>Méthanol certifié ACS</td></tr> Fisher <tr><td></td><td>Chemical</td><td>A452-4</td><td>Qualité HPLC</td></tr><tr><td>Dichlorométhane</td><td>Fisher Chemical</td><td>D37-4</td><td></td></tr><tr><td>Appareil Soxhlet</td> certifié/stabilisé <td>Sigma Aldrich</td><td>64826</td><td></td></tr><tr><td>Dé à coudre d’extraction</td><td>Sigma Aldrich</td><td>64842</td><td></td></tr><tr><td>B&uuml ; chner Entonnoir</td><td>Chemglass</td><td>CG-1406-25</td><td></td></tr><tr><td>Récipient de réaction haute pression</td><td>Chemglass</td><td>CG-1880-12</td><td></td></tr><tr><td>Papier filtre Whatman</td><td>GE Life Sciences</td><td>1442-042</td><td>Grade 42, Cendres 0,007 %, cercle, 42,5 mm</td></tr><tr><td>Biodiesel (B100)</td><td>Bellingham Shell</td><td></td><td>Le biodiesel (B100) en Figure 3 a été acheté dans une station-service locale : Bellingham Shell, Bellingham, WA 98226</td></tr><tr><td>Isochrysis</td><td>Aquacave</td><td></td><td>En plus de Reed et Necton, Isochrysis peut également être acheté auprès d’Aquacave (Gurnee, IL) à l’adresse suivante : www.aquacave.com (consulté le 30 septembre 2015).</td></tr><tr><td>Isochrysis</td><td>Brine Shrimp Direct</td><td></td><td>Isochrysis peut également être acheté auprès de Brine Shrimp Direct (Ogden, UT) à l’adresse suivante : www.brineshrimpdirect.com (consulté le 30 septembre 2015).</td></tr></tbody></table>

protocole expérimental pour la production de biodiesel avec isolement de alkénones comme coproduits de commercial<em&gt; isochrysis</em&gt; biomasse algale

Experimental Protocol for Biodiesel Production with Isolation of Alkenones as Coproducts from Commercial Isochrysis Algal Biomass

La nécessité de remplacer les combustibles pétroliers par des alternatives provenant de sources renouvelables respectueuses de l&#39;environnement et plus est d&#39;une importance croissante. biocarburants dérivés de la biomasse ont gagné une attention considérable à cet égard, mais les biocarburants de première génération à partir de cultures comestibles tels que l&#39;éthanol de maïs ou le biodiesel de soja ont généralement perdu la faveur. Il y a donc un grand intérêt pour le développement de méthodes pour la production de combustibles liquides à partir de sources non-comestibles domestiques et supérieures. Nous décrivons ici une procédure détaillée pour la production d&#39;un biodiesel purifié à partir de micro - algues marines Isochrysis. En outre, une suite unique de lipides appelés alcénones polyinsaturés à longue chaîne sont isolés en parallèle comme coproduits potentiellement utiles pour compenser le coût de la production de biodiesel. Quantités Multi-kilogramme de Isochrysis sont achetés auprès de deux sources commerciales, l&#39; une comme une pâte humide (80% d&#39; eau) qui est d&#39; abord séché avant le traitement, et l&#39;otelle une poudre sèche broyée (95% de matière sèche). Lipides sont extraits avec de l&#39; hexane dans un appareil Soxhlet pour produire une huile d&#39; algue ( &quot;huile hexane algale&quot;) contenant à la fois des graisses classiques ( par exemple, des triglycérides, de 46 à 60% p / p) et alcénones (16 à 25% en poids / poids). Saponification des triglycérides dans l&#39;huile d&#39;algue permet une séparation des acides gras libres résultants (AGL) à partir des lipides neutres contenant alcénones. FFAs sont ensuite converties en biodiesel ( par exemple, les esters méthyliques d&#39;acides gras, FAME) par estérification catalysée par un acide alors que alcénones sont isolés et purifiés à partir des lipides neutres par cristallisation. Nous avons démontré que le biodiesel à partir des deux biomasses Isochrysis commerciaux ont des profils de FAME similaires mais non identiques, caractérisé par des teneurs élevées poly - insaturés d&#39;acides gras (environ 40% p / p). Les rendements de biodiesel étaient toujours plus élevés lors du démarrage de la pâte humide Isochrysis (12% p / p par rapport à 7% p / p), qui peut être attribuée à la baisse des quantités d&#39;hexane algal oil obtenu à partir du produit Isochrysis en poudre.

<html> Avant le traitement, la pâte Isochrysis (pâte Iso-) a été séché. Cela a été commodément à plus grande échelle en ajoutant le -paste Iso à un grand cristallisoir et laisser le matériau sécher à l&#39; air à la température ambiante. Au cours du séchage, certaines formes d&#39;accumulation d&#39;eau (généralement de couleur rougeâtre) qui peut être retiré par décantation ou pipetage pour accélérer le processus de séchage. Après environ 48-96 heures, le Isochrysis maintenant à sec pouvait être gratté sur le plat cristallisant et obtenu sous la forme d&#39; un vert matériau noir / feuilletée avec une odeur d&#39;algues comme (Figure 2). Les rendements de biomasse sèche étaient généralement 20% en poids / poids de la pâte comme annoncé. En revanche, le produit Isochrysis poudre (poudre Iso-) était un jaune-brun, finement broyé, poudre sèche (95% sec) qui a été utilisé directement sans autre traitement (Figure 2). gurer 2 &quot;src =&quot; / files / ftp_upload / 54189 / 54189fig2.jpg &quot;/&gt; Figure 2. Comparaison des commerciale pâte Isochrysis. Isochrysis (80% humide) se propage le long du fond d&#39;un plat de cristallisation et laissé sécher à l&#39; air à la température ambiante pendant 48-96 heures avant le traitement. Le Isochrysis séché résultant est obtenu sous la forme d&#39; un matériau en paillettes de couleur foncée ( à droite) qui est différent en apparence que la poudre sèche commerciale Isochrysis ( à gauche). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/54189/54189fig2large.jpg" target="_blank">S&#39;il vous plaît cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure.</a> Extraction soit de la poudre Iso -paste ou Iso- séchée par Soxhlet avec des hexanes a donné, après élimination des hexanes, des huiles d&#39;algues (h-AO) qui étaient semblables en apparence que vert foncé / presque noir solides (mp. ~ 50 -60 ° C). Les rendements de h-AO lors du démarrage de la pâte ( &quot;Iso- pâte HAO») Étaient généralement 20% p / p de la biomasse Isochrysis sèche, en accord avec nos résultats précédents, 26 alors que les rendements de h-AO par extraction Soxhlet de la publicité en poudre Isochrysis (&quot; Iso- poudre-hao &quot;) étaient 15% p / w (tableau 1). <table fo:keep-together.within-page="1"><tbody><tr><td> Produit (g) </td><td> Iso -paste </td><td> Iso -Poudre-1 </td><td> Iso -Poudre-2 </td></tr><tr><td> La biomasse sèche </td><td> 30 </td><td> 20 </td><td> 20 </td></tr><tr><td> Hexane algales Oil </td><td> 5,86 </td><td> 2,87 </td><td> 3.11 </td></tr><tr><td> FFAs </td><td> 3.52 </td><td> 1,34 </td><td> 1,38 </td></tr><tr><td> lipides neutres </td><td> 2.34 </td><td> 1,38 </td><td> 1.61 </td></tr><tr><td> alkénones </td><td> 0,94 </td><td> 0,63 </td><td> 0,74 </td></tr><tr><td colspan="4"> Notes: Iso-poudre-1 et Iso-poudre-2 représentent les résultats de deux échantillons de Isochrysis en poudre qui ont été traitées en parallèle. Pour d&#39;autres rapports avec des rendements de ces produits de Iso-paste voir les références 26, 32 et 33. </td></tr></tbody></table> Tableau 1. Les rendements de produits de Isochrysis biomasse commerciale. Acylglycérols dans le h-AO ont été convertis en sels de carboxylate soluble dans l&#39;eau correspondants ( par exemple, des savons) lors de l&#39; addition de KOH dans le methanol aqueux / CH 2 Cl 2. Les lipides neutres dont alcénones ont ensuite été extraites de ce mélange aqueux par répartition sélective avec des hexanes. Après élimination des lipides neutres, des savons réacidification réalise ensuite les acides gras libres correspondants (AGL) qui pourraient être extraites de manière similaire à partir de la solution aqueusela phase ueous avec de l&#39;hexane. Les recouvrements globaux de masse pour FFAs combinés et des lipides neutres provenant soit Iso- pâte-hao ou Iso -Poudre-hao étaient toujours près quantitative. Cependant, le rapport des produits ( par exemple, les lipides neutres + AGL) est différent. De l&#39;Iso- pâte-hao , nous avons obtenu 60% (p / p) AGL et 40% (p / p) lipides neutres (tableau 1). A l&#39; inverse, Iso- poudre-hao prouvé enrichi en lipides neutres (moyenne = 54% de lipides neutres + 46% AGL) comme détaillé dans le tableau 1. Estérification des FFAs avec H 2 SO 4 et de méthanol a ensuite produit des esters d&#39;acides gras de méthyle (FAME, à savoir, biodiesel) comme un vert foncé près de liquide huileux noir dans plus de 90% de rendement (figure 3). Décoloration par chauffage sur montmorillonite K10 29 (MK10) l&#39; argile a ensuite donné un produit jaune / orange, similaire en apparence à un autre bi commercialecarburants odiesel (voir la liste des matériaux) (figure 3). Les résultats de l&#39;analyse FAME des décolorées carburants biodiesel Isochrysis sont présentés dans le tableau 2. <img alt="Figure 3" src="/files/ftp_upload/54189/54189fig3.jpg" /> Figure 3. Comparaison des Isochrysis et de soja carburants biodiesel. Vert Isochrysis de biodiesel (milieu) est produit par estérification d&#39;acides gras libres extraits et purifiés. Décoloration produit un produit ( à droite) avec des propriétés similaires à biodiesel commercial ( à gauche). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/54189/54189fig3large.jpg" target="_blank">S&#39;il vous plaît cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure.</a> <table fo:keep-together.within-page="1"><tbody><tr><td> FAME A </td><td> Iso -paste </td><td> Iso -Poudre </td></tr><tr><td> 14:00 </td><td> 16.4 </td&gt; <td> 19.4 </td></tr><tr><td> 14h01 </td><td> - </td><td> 0,3 </td></tr><tr><td> 15:00 </td><td> trace </td><td> 0,3 </td></tr><tr><td> 16h00 </td><td> 10.1 </td><td> 8.8 </td></tr><tr><td> 16: 1 Δ9 </td><td> 7.6 </td><td> 5.5 </td></tr><tr><td> 16h02 </td><td> Dakota du Nord </td><td> 0,3 </td></tr><tr><td> 16h03 </td><td> Dakota du Nord </td><td> 0,5 </td></tr><tr><td> 18:00 </td><td> Trace </td><td> 0,2 </td></tr><tr><td> 18: 1 B </td><td> 12.1 </td><td> 14.3 </td></tr><tr><td> 18h02 </td><td> 8.1 </td><td> 7.1 </td></tr><tr><td> 18: 3 C </td><td> 8.5 </td><td> 13.5 </td></tr><tr><td> 18h04 </td><td> 19,8 </td><td> 10.4 </td></tr><tr><td> 18h05 </td><td> Dakota du Nord </td><td> 3 </td></tr><tr><td> 20h05 </td><td> Dakota du Nord </td><td> - </td></tr><tr><td> 22h05 </td><td> Dakota du Nord </td><td> 2 </td></tr><tr><td> 22h06 </td><td> 6.9 </td&gt; <td> 11 </td></tr><tr><td> Σ D </td><td> 89,8 </td><td> 96,2 </td></tr><tr><td colspan="3"> Notes: Une nomenclature des acides gras est #carbons:. # Cis liaisons -double B combinés 18: 1 Δ9 + 18:.. 1 Δ11 C combiné Δ6,9,12 et Δ9,12,15 d&#39;isomères D La matière restante est à peu près 50 : 50 autres FAME et composants non-FAME (total ~ 95% FAME). ND = non détecté. </td></tr></tbody></table> Tableau 2. Composition de FAME du biodiesel produit à partir de -past commerciale Iso et Iso -Poudre Isochrysis biomasse. Les lipides neutres ont été obtenus sous la forme d&#39; un mélange solide verdâtre à 40% p / p de l&#39;Iso -paste-hao et 54% (moy.) À partir de la poudre-hao Iso- (tableau 1). Filtrer les lipides neutres dissous à travers la silice en utilisantDCM a donné, après élimination du solvant, d&#39;un rouge / orange solide qui peut être recristallisé dans un mélange avec de l&#39;hexane pour donner alcénones analytiquement pur sous forme d&#39;un solide blanc. Cette procédure a abouti à 16% (p / p) rendement isolé de alcénones de Iso- pâte-hao et un rendement de 25% par rapport à Iso -Poudre-hao (tableau 1).

Des méthodes détaillées sont présentées pour la production de biodiesel ainsi que la co-isolement de alcénones comme coproduits de valeur à partir de microalgues Isochrysis commercial.

Protocole expérimental pour la production de biodiesel avec Isolement de alkénones comme coproduits de Commercial<em&gt; Isochrysis</em&gt; Biomasse algale

The need to replace petroleum fuels with alternatives from renewable and more environmentally sustainable sources is of growing importance. ...

L'objectif général de cette procédure est de produire du biodiesel à partir d'algues Isochrysis commercialement disponibles, tout en permettant l'isolement simultané d'alkénones à chaîne longue comme coproduit de valeur. Cette méthode peut contribuer à répondre à des questions clés dans le domaine des énergies renouvelables, telles que la viabilité des biocarburants algaux en tant qu'alternatives aux carburants dérivés du pétrole.Le principal avantage de cette technique est que l'algue que nous utilisons est déjà cultivée à l'échelle industrielle et peut être achetée en quantités de plusieurs kilogrammes auprès de plusieurs fournisseurs commerciaux. De plus, ces algues particulières biosynthétisent un type unique de lipides appelé alkenones à chaîne longue, qui peuvent être isolés comme produit secondaire. La procédure sera démontrée par John Williams, un étudiant diplômé de mon laboratoire.Pour préparer la pâte humide d'isochrysis disponible dans le commerce, faites un petit trou dans un emballage d'un kilogramme et pressez environ 300 grammes sur une coupelle de cristallisation de 150 par 75 millimètres. La pâte contient environ 80 % d'eau, est de couleur vert foncé, presque noire, et possède une odeur piquante. Séchez-la à l'air libre afin de former une couche d'environ 20 millimètres d'épaisseur.Gratter la biomasse sèche dans un creuset d'extraction en cellulose de masse connue. Ensuite, noter la masse de la biomasse d'isochrysise. Transférer environ 50 à 60 grammes d'isochrysise sèche dans un appareil d'extraction de Soxhlet.Ensuite, remplir le ballon de Soxhlet avec 400 millilitres d'hexanes. Mettre en marche l'eau du condenseur et la source de chaleur, puis laisser le système de Soxhlet fonctionner pendant un à deux jours. Lorsque la couleur du solvant passe du vert foncé à un jaune pâle, l'extraction est terminée.Refroidissez à température ambiante et utilisez un évaporateur rotatif pour éliminer les hexanes. Enfin, pesez l'huile algale hexanique. Commencez par dissoudre l'huile algale hexanique dans son flacon avec 10 volumes de mélange méthanol-dichlorométhane deux pour un.Ajoutez ensuite une barre d'agitation et deux parties entières plus deux tiers de parties d'eau par rapport au volume d'huile, puis ajoutez une masse d'hydroxyde de potassium équivalant à la moitié du poids de l'huile. Fixez maintenant le ballon à un réfrigérant à reflux de 500 millimètres de long. Chauffez le mélange sous agitation à 60 degrés Celsius pendant trois heures dans une hotte aspirante.Après refroidissement de la réaction, éliminer les solvants organiques à l'aide d'un évaporateur rotatif. Ensuite, verser le mélange aqueux restant dans une ampoule à décanter d'un litre et ajouter un volume équivalent d'hexanes. Rincer le ballon avec les hexanes afin de s'assurer que tout le matériau est transféré dans l'ampoule.Agiter l’ampoule et laisser les couches se séparer. Ensuite, verser la couche aqueuse inférieure dans un flacon et transvaser la phase organique supérieure dans un deuxième flacon. Conserver les deux couches.Répétez l'extraction à l'hexane jusqu'à ce que la phase organique devienne un jaune-vert pâle. Ensuite, réunissez les extraits organiques recueillis et concentrez-les à l'aide d'un évaporateur rotatif afin d'isoler les lipides neutres. Ces lipides apparaissent sous forme d'un solide verdâtre et ont un point de fusion compris entre 60 et 70 degrés Celsius.Ensuite, acidifier la phase aqueuse jusqu'à un pH de deux à l'aide d'acide chlorhydrique six molaire. Puis, extraire les acides gras libres de la phase aqueuse acidifiée à l'aide d'hexanes et d'une ampoule à décanter, comme précédemment. Enfin, éliminer les hexanes des extraits organiques combinés à l'aide d'un évaporateur rotatif afin d'obtenir les acides gras libres purifiés.Un résidu huileux vert foncé, presque noir, qui fond juste au-dessus de 30 degrés Celsius. Dissoudre les acides gras en utilisant six volumes de mélange méthanol-chloroforme, puis verser la solution dans un flacon épais à réaction sous haute pression, muni d’un barreau aimanté, en rinçant soigneusement pour garantir le transfert complet des acides gras dans le flacon de réaction. Ensuite, sous une hotte, ajouter de l’acide sulfurique concentré.Fermez hermétiquement le flacon et chauffez le mélange à 90 degrés Celsius sous agitation pendant une heure. Après refroidissement de la réaction à la température ambiante, versez-le dans une ampoule à décanter et ajoutez deux volumes d'eau. Agitez ensuite l'ampoule à décanter, laissez les phases se séparer et éliminez la couche inférieure dans un flacon rond préalablement pesé.Ensuite, concentrez la solution à l'aide d'un évaporateur rotatif et enregistrez la masse du biodiesel obtenu ; la substance peut désormais être analysée par chromatographie en phase gazeuse. Les lipides neutres peuvent être prélevés au rasoir depuis le fond rond, pesés et transférés dans un flacon pour purification. Commencez par dissoudre les lipides neutres dans une quantité minimale de dichlorométhane.Ensuite, versez délicatement la solution sur une colonne de chromatographie contenant 100 grammes de gel de silice. Puis, appliquez une légère pression pour faire passer la solution à travers la silice avec environ 150 millilitres de dichlorométhane. Une fine couche de sable est ajoutée au sommet de la colonne afin d'empêcher la silice d'être perturbée lors du remplissage avec le solvant.Recueillir l'extrait brut dans un ballon rond de 250 millilitres. Ensuite, éliminer le dichlorométhane à l'aide d'un évaporateur rotatif. Le résultat doit être un solide de couleur orange.Recristalliser les solides dans l'hexane bouillant. Ajouter d'abord 100 millilitres initialement, puis continuer à ajouter de l'hexane bouillant jusqu'à ce que la solution devienne homogène. Refroidir ensuite lentement la solution à température ambiante pour favoriser la cristallisation et recueillir les alkenones cristallisées à l’aide d’un appareil de filtration.Utilisez un petit volume d'hexanes glacés pour rincer le flacon. Avant le traitement, la pâte d'isochrysis a d'abord été séchée pour obtenir un matériau noir, vert et écailleux, ayant une odeur semblable à celle des algues. En revanche, l'isochrysis en poudre était une poudre sèche jaune-brun finement moulue, utilisée sans traitement supplémentaire.L'extraction à partir de l'un ou l'autre matériau par Soxhlet au moyen d'hexanes a donné des huiles algales dont les rendements étaient nettement plus élevés à partir de la pâte que du poudre. Les acylglycérols présents dans l'huile algale ont été convertis en carboxylate soluble dans l'eau, à partir duquel les lipides neutres et les acides gras libres ont été extraits en volume quasi quantitatif à partir de l'un ou l'autre matériau de départ. Toutefois, le rapport entre les produits était différent.L'estérification a produit des esters méthyliques d'acides gras. Également connu sous le nom de biodiesel, un liquide huileux vert foncé, presque noir. Le rendement a dépassé 90 %. Le produit a été décoloré comme décrit dans le protocole du texte.L'analyse des MEAG des carburants biodiesel purifiés a révélé des profils similaires, mais non identiques, à partir des deux matières premières. Le filtrage des lipides neutres dissous à travers de la silice en utilisant du DCM donne un solide orangé rougeâtre qui a été recristallisé avec des hexanes pour obtenir des alkenones pures sur le plan analytique. Après avoir visionné cette vidéo, vous devriez bien comprendre comment transformer l'isochrysis disponible commercialement en biodiesel, avec l'isolement d'alkenones pures en tant que coproduit.Une fois maîtrisée, cette technique peut produire de manière reproductible de grandes quantités de biodiesel algale et d'alkénones pour des études ultérieures. Grâce à son développement, cette méthode nous permet d'analyser de façon rigoureuse les propriétés énergétiques du biodiesel algale en fournissant des quantités suffisantes pour réaliser divers tests sur les carburants, plutôt que de s'appuyer sur des prédictions ou des simulations. N'oubliez pas que manipuler des acides ou des bases forts et chauffer des contenus dans un récipient scellé peut présenter des risques extrêmement élevés.Veillez à porter des équipements de protection individuelle appropriés et à travailler sous une hotte aspirante lors de l'exécution de ces étapes.

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Source : Ginies, C., et al. Identification des acides gras chez Bacillus cereus. J. Vis. Exp. (2016)Cette vidéo montre le processus de préparation des esters méthyliques d’acides gras (EMAG) à partir d’échantillons bactériens en traitant la biomasse avec une solution alcaline, suivie d’une séparation de phase et d’une évaporation du solvant pour l’analyse en aval.

Préparation d’esters méthyliques d’acides gras (EMAG) à partir de biomasse bactérienne

Procédé pour la détermination de la teneur en acides gras et de la composition en micro-algues sur la base de la rupture mécanique des cellules, le solvant d'extraction à base de lipide, de transestérification, et la quantification et l'identification des acides gras par chromatographie en phase gazeuse est décrit. Un étalon interne tripentadecanoin est utilisé pour compenser les pertes possibles lors de l'extraction et de transestérification incomplète.

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Découvrez la production de biodiesel à partir de biomasse algale Isochrysis commerciale avec co-isolation d'alkénones comme coproduits valorisés. Cette méthode utilise l'extraction Soxhlet et la transestérification pour obtenir des rendements supérieurs à 90%.

Protocole expérimental pour la production de biodiesel avec Isolement de alkénones comme coproduits de Commercial Isochrysis Biomasse algale (Vidéo) | JoVE Journal

Protocole expérimental pour la production de biodiesel avec Isolement de alkénones comme coproduits de Commercial

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