Экспериментальный протокол для производства биодизеля с выделением Alkenones в копроизведениями из коммерческих

Общая цель данной процедуры заключается в производстве биодизеля из коммерчески доступных водорослей Isochyrsis с одновременным выделением длинноцепочечных алкенонов в качестве ценного сопутствующего продукта. Этот метод может помочь ответить на ключевые вопросы в области возобновляемой энергии, например, являются ли наши биотоплива из водорослей жизнеспособной альтернативой топливам на основе нефти.

Основным преимуществом данного метода является то, что используемые нами водоросли уже выращиваются в промышленных масштабах и могут быть приобретены в многокилограммовых количествах у нескольких коммерческих поставщиков. Кроме того, эти конкретные водоросли биосинтезируют уникальный набор липидов, известных как длинноцепочечные алкеноны, которые могут быть выделены в качестве сопутствующего продукта. Процедуру продемонстрирует Джон Уильямс, аспирант моей лаборатории.

Для подготовки имеющейся в продаже влажной пасты из *Isochrysis* прорежьте небольшое отверстие в упаковке весом один килограмм и выдавите примерно 300 граммов на кристаллизационную чашку размером 150 на 75 миллиметров. Паста содержит около 80% воды, имеет темно-зеленый, почти черный цвет и резкий запах. Высушите пасту на воздухе до образования слоя толщиной около 20 миллиметров.

Перенесите сухую биомассу в экстракционный тигель для целлюлозы известной массы. Затем зафиксируйте вес биомассы Isochrysis. Перенесите примерно 50–60 граммов сухой Isochrysis в аппарат для экстракции Сокслета.

Затем наполните колбу Сокслета 400 миллилитрами гексанов. Включите подачу воды в конденсатор и источник нагрева, после чего оставьте систему Сокслета работать в течение одного-двух дней. Экстракция считается завершенной, когда цвет растворителя изменится с темно-зеленого на бледно-желтый.

Охладите до комнатной температуры и удалите гексаны с помощью ротационного испарителя. В завершение взвесьте гексановый экстракт водорослевого масла. Начните с растворения гексанового экстракта водорослевого масла в колбе в 10 объемах смеси метанол-дихлорметан в соотношении два к одному.

Затем добавьте магнитный перемешиватель и количество воды, составляющее две и две трети части по отношению к объему масла, а также массу гидроксида калия, равную половине веса масла. Теперь подсоедините колбу к обратнику длиной 500 мм. Нагревайте смесь при перемешивании до 60 °C в течение трех часов в вытяжном шкафу.

После охлаждения реакционной смеси удалите органические растворители на роторном испарителе. Затем перелейте оставшуюся водную смесь в делительную воронку объемом один литр и добавьте равный объем гексанов. Промойте колбу гексанами, чтобы обеспечить полный перенос всего материала в воронку.

Встряхните делительную воронку и дайте слоям разделиться. Затем слейте нижний водный слой в колбу, а верхний органический слой перелейте во вторую колбу. Сохраните оба слоя.

Повторяйте экстракцию гексаном до тех пор, пока органический слой не станет бледно-желто-зеленым. Затем объедините собранные органические экстракты и упарьте их на роторном испарителе для выделения нейтральных липидов. Эти липиды представляют собой зеленоватое твердое вещество с температурой плавления от 60 до 70 °C.

Затем подкислите водную фазу до pH 2, используя 6 М соляную кислоту. После этого экстрагируйте свободные жирные кислоты из подкисленной водной фазы гексанами с помощью делительной воронки, как и ранее. В завершение удалите гексаны из объединенных органических экстрактов на роторном испарителе для получения очищенных свободных жирных кислот.

Темно-зеленый, почти черный маслянистый осадок, который плавится при температуре чуть выше 30 °C. Растворите жирные кислоты, используя шесть объемов смеси метанола и хлороформа, затем перелейте раствор в колбу высокого давления с толстыми стенками, содержащую магнитную мешалку, тщательно промывая емкость, чтобы все жирные кислоты перешли в реакционную колбу. Далее, в вытяжном шкафу, добавьте концентрированную серную кислоту.

Герметично закройте колбу и нагревайте смесь до 90 °C при перемешивании в течение одного часа. После охлаждения реакционной смеси до комнатной температуры перелейте ее в делительную воронку и добавьте два объема воды. Встряхните делительную воронку, дождитесь разделения фаз и слейте нижний слой в предварительно взвешенную круглодонную колбу.

Затем сконцентрируйте раствор на роторном испарителе и зафиксируйте массу полученного биодизеля; теперь вещество можно проанализировать с помощью газового хроматографа. Нейтральные липиды можно собрать со дна круглодонной колбы, взвесить и перенести в колбу для очистки. Начните с растворения нейтральных липидов в минимальном количестве дихлорметана.

Затем аккуратно нанесите раствор на хроматографическую колонку, содержащую 100 граммов силикагеля. После этого при небольшом давлении промойте силикагель раствором, используя около 150 миллилитров дихлорметана. Сверху на колонку добавьте тонкий слой песка, чтобы предотвратить размывание силикагеля при заполнении растворителем.

Соберите желтый осадок в круглодонную колбу объемом 250 milliliter. Затем удалите dichloromethane с помощью роторного испарителя. В результате должно получиться твердое вещество оранжевого цвета.

Проведите повторную перекристаллизацию твердого вещества в кипящем гексане. Сначала добавьте 100 миллилитров, затем продолжайте добавлять кипящий гексан до получения однородного раствора. Медленно охладите раствор до комнатной температуры для стимуляции кристаллизации, после чего соберите кристаллизованные алкеноны с помощью фильтрационной установки.

Используйте небольшой объем ледяного гексана для промывки колбы. Перед обработкой пасту из Isochrysis сначала высушили до получения черного зеленоватого чешуйчатого материала с запахом морских водорослей. Напротив, порошок из Isochrysis представлял собой желто-коричневый мелкопомолотый сухой порошок, который использовали без дополнительной обработки.

Экстракция обоих материалов методом Сокслета с использованием гексанов позволила получить водорослевые масла, при этом выход из пасты был существенно выше, чем из порошка. Ацилглицерины в водорослевом масле были преобразованы в водорастворимые карбоксилаты, из которых нейтральные липиды и свободные жирные кислоты экстрагировались почти количественно из любого исходного материала. Однако соотношение продуктов различалось.

В результате этерификации были получены метиловые эфиры жирных кислот. Данное вещество, также известное как биодизель, представляет собой маслянистую жидкость темно-зеленого, почти черного цвета. Выход продукта превысил 90%. Продукт был обесцвечен согласно описанию в текстовом протоколе.

Анализ FAME очищенного биодизельного топлива выявил схожие, но не идентичные профили для двух исходных материалов. Фильтрование растворенных нейтральных липидов через силикагель с использованием DCM позволило получить красно-оранжевое твердое вещество, которое было перекристаллизовано с гексанами до получения аналитически чистых алкенонов. После просмотра этого видео вы должны получить четкое представление о том, как перерабатывать коммерчески доступную isochyrsis в биодизель с выделением чистых алкенонов в качестве побочного продукта.

После освоения эта методика позволяет стабильно получать значительные количества биодизеля из водорослей и алкенонов для дальнейшего изучения. Её разработка открыла нам возможность критически оценить топливные свойства биодизеля из водорослей, обеспечив достаточные объемы материала для проведения различных испытаний топлива, вместо того чтобы полагаться на прогнозы или моделирование. Не забывайте, что работа с сильными кислотами или основаниями, а также нагревание содержимого в герметичном сосуде могут быть крайне опасными.

При выполнении этих действий обязательно используйте соответствующие средства индивидуальной защиты и работайте в вытяжном шкафу.