Protocolo experimental para Produção de Biodiesel com Isolamento de Alkenones como subprodutos da Commercial

O objetivo geral deste procedimento é produzir biodiesel a partir de Isochyrsis Algal comercialmente disponível, ao mesmo tempo em que permite o co-isolamento de alquenonas de cadeia longa como subproduto valioso. Este método pode ajudar a responder perguntas fundamentais na área de energia renovável, como, por exemplo, se nossos biocombustíveis derivados de algas são alternativas viáveis aos combustíveis derivados de petróleo.

A principal vantagem desta técnica é que a alga que utilizamos já é cultivada industrialmente e pode ser adquirida em quantidades de vários quilogramas junto a diversos fornecedores comerciais. Além disso, essas algas específicas biossintetizam um tipo exclusivo de lipídios conhecido como alquenonas de cadeia longa, que podem ser isoladas como um subproduto. O procedimento será demonstrado por John Williams, um estudante de pós-graduação do meu laboratório.

Para preparar a pasta comercialmente disponível de isocrysis úmida, corte um pequeno orifício em uma embalagem de um quilograma e esprema aproximadamente 300 gramas sobre um recipiente de cristalização de 150 por 75 milímetros. A pasta possui cerca de 80% de água, é verde-escura, quase preta, e tem um odor forte. Seque a pasta ao ar para criar uma camada com cerca de 20 milímetros de espessura.

Retire a biomassa seca para o cartucho de extração de celulose de massa conhecida. Em seguida, registre o peso da biomassa de isocrixis. Transfira cerca de 50 a 60 gramas de isocrixis seca para um aparelho de extração Soxhlet.

Em seguida, encha o frasco de soxhlet com 400 mililitros de hexanos. Ligue a água do condensador e a fonte de aquecimento e deixe o soxhlet cíclico por um a dois dias. Quando a cor do solvente passar de verde escuro a um amarelo pálido, a extração estará concluída.

Resfrie até a temperatura ambiente e use um evaporador rotativo para remover os hexanos. Por fim, pese o óleo algal de hexano. Comece dissolvendo o óleo algal de hexano no seu frasco com 10 volumes de metanol-diclorometano na proporção dois para um.

A seguir, adicione uma barra de agitação e duas partes e dois terços de água em comparação ao volume do óleo, e adicione uma massa de hidróxido de potássio equivalente à metade do peso do óleo. Agora, acople o frasco a um condensador de refluxo com 500 milímetros de comprimento. Aqueça a mistura sob agitação a 60 graus Celsius por três horas em uma capela de exaustão.

Após resfriar a reação, remova os solventes orgânicos em um evaporador rotativo. Em seguida, despeje a mistura aquosa remanescente em um funil de separação de um litro e adicione um volume igual de hexanos. Enxágue o frasco com os hexanos para garantir que todo o material seja transferido para o funil.

Agite o funil e deixe as camadas separarem. Em seguida, transfira a camada aquosa inferior para um frasco e despeje a camada orgânica superior em um segundo frasco. Mantenha ambas as camadas.

Repita a extração com hexano até que a camada orgânica fique levemente amarelo-esverdeada. Em seguida, combine os extratos orgânicos coletados e concentre-os em um evaporador rotativo para isolar os lipídios neutros. Esses lipídios aparecem como um sólido esverdeado e têm um ponto de fusão entre 60 e 70 graus Celsius.

Em seguida, acidifique a fase aquosa até um pH de dois usando ácido clorídrico seis molar. Depois, extraia os ácidos graxos livres da fase aquosa acidificada utilizando hexanos e um funil de separação, como anteriormente. Por fim, remova os hexanos dos extratos orgânicos combinados em um evaporador rotativo para obter ácidos graxos livres purificados.

Um resíduo oleoso verde escuro, próximo ao preto, que derrete logo acima de 30 graus Celsius. Dissolva os ácidos graxos utilizando seis volumes de clorofórmio metanólico e, em seguida, despeje a solução em um frasco de reação de alta pressão com fundo espesso e um bastão de agitação, fazendo uma lavagem para garantir a transferência completa dos ácidos graxos para o frasco de reação. Em seguida, sob capela, adicione ácido sulfúrico concentrado.

Feche o frasco hermeticamente e aqueça a mistura a 90 graus Celsius sob agitação por uma hora. Após resfriar a reação até a temperatura ambiente, despeje-a em um funil de separação e adicione dois volumes de água. Agite então o funil de separação, deixe as fases se separarem e drene a camada inferior para um frasco de fundo redondo previamente pesado.

Em seguida, concentre a solução em um evaporador rotativo e registre a massa do biodiesel resultante; a substância pode agora ser analisada por meio de cromatografia gasosa. Os lipídios neutros podem ser raspados do fundo redondo, pesados e transferidos para um frasco para purificação. Inicie dissolvendo os lipídios neutros em uma quantidade mínima de diclorometano.

Em seguida, aplique cuidadosamente a solução em uma coluna de cromatografia contendo 100 gramas de gel de sílica. Depois, utilize pressão leve para eluir a solução através da sílica com cerca de 150 mililitros de diclorometano. Uma fina camada de areia é adicionada ao topo da coluna para evitar que a sílica seja perturbada ao encher com o solvente.

Colete o extrato bruto em um balão de fundo redondo de 250 mililitros. Em seguida, remova o diclorometano com um evaporador rotativo. O resultado deve ser um sólido de cor laranja.

Recristalize os sólidos em hexanos ferventes. Primeiro, adicione inicialmente 100 mililitros e, em seguida, continue adicionando hexanos ferventes até que a solução fique homogênea. Agora, resfrie lentamente a solução até a temperatura ambiente para promover a cristalização e colete as alcenonas cristalizadas utilizando um aparato de filtração.

Utilize um pequeno volume de hexanos gelados para enxaguar o frasco. Antes do processamento, a pasta de isocrisis foi primeiramente seca para obter um material preto-esverdeado e escamoso, com cheiro semelhante ao de algas marinhas. Em contraste, a isocrisis em pó era um pó seco, marrom-amarelado e finamente moído, utilizado sem processamento adicional.

A extração de qualquer material por soxhlet com hexanos forneceu óleos algais com rendimentos substancialmente mais altos a partir da pasta do que do pó. Os acilgliceróis no óleo algal foram convertidos em carboxilato solúvel em água, do qual lipídios neutros e ácidos graxos livres foram extraídos em volume quase quantitativo a partir de qualquer material de partida. No entanto, a proporção dos produtos foi diferente.

A esterificação produziu ésteres metílicos de ácidos graxos. Também conhecido como biodiesel, um líquido oleoso verde escuro, quase preto. O rendimento excedeu 90%. O produto foi descolorido conforme descrito no protocolo do texto.

A análise de MEAG dos combustíveis biodiesel purificados mostrou perfis semelhantes, mas não idênticos, a partir dos dois materiais iniciais. A filtração dos lipídios neutros dissolvidos por meio de sílica utilizando DCM fornece um sólido alaranjado avermelhado que foi recristalizado com hexanos para obter alquenonas puras para análise. Após assistir a este vídeo, você deverá ter uma boa compreensão de como processar a Isochrysis disponível comercialmente em biodiesel, com o isolamento de alquenonas puras como coproduto.

Uma vez dominada, esta técnica pode gerar consistentemente quantidades significativas de biodiesel de algas e alquenonas para estudos posteriores. Com seu desenvolvimento, essa técnica abriu caminho para que possamos examinar criticamente as propriedades do combustível do biodiesel de algas, fornecendo quantidades suficientes para realizar os diversos testes de combustível, em vez de depender de previsões ou simulações. Não se esqueça de que trabalhar com ácidos ou bases fortes e aquecer o conteúdo dentro de um recipiente fechado pode ser extremamente perigoso.

Certifique-se de usar equipamento de proteção individual adequado e trabalhe em uma capela de exaustão ao realizar esses passos.