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

Environment
 

Summary

Подробные методы представлены для производства биодизельного топлива наряду с совместным выделением alkenones в качестве ценных побочных продуктов от коммерческого Isochrysis микроводорослей.

Cite this Article

Copy Citation | Download Citations

O'Neil, G. W., Williams, J. R., Wilson-Peltier, J., Knothe, G., Reddy, C. M. Experimental Protocol for Biodiesel Production with Isolation of Alkenones as Coproducts from Commercial Isochrysis Algal Biomass. J. Vis. Exp. (112), e54189, doi:10.3791/54189 (2016).

Please note that all translations are automatically generated.

Click here for the english version. For other languages click here.

Abstract

Необходимость замены нефтяное топливо с альтернативными вариантами из возобновляемых и экологически более устойчивых источников приобретает все большее значение. Биомасса полученные виды биотоплива получили значительное внимание в этом отношении, однако первые поколения биотоплива из пищевых культур, таких как кукуруза этанол или биодизельного топлива из сои, как правило, в опале. Существует, таким образом, большой интерес к разработке методов производства жидкого топлива из внутренних и улучшенные непищевых источников. Здесь мы опишем подробную процедуру для получения очищенного биодизельного топлива из морской микроводоросли Isochrysis. Кроме того, уникальный набор липидов, известных как полиненасыщенных с длинными цепями alkenones изолированы параллельно, как это потенциально ценные побочные продукты, чтобы компенсировать стоимость производства биодизельного топлива. Multi-килограммовых количествах Isochrysis приобретены у двух коммерческих источников, один в качестве влажной пасты (80% воды) , который вначале высушивают перед обработкой, и ВЗее сухой измельченный порошок (95% в сухом состоянии). Липиды экстрагируют гексаном в аппарате Сокслета для получения водорослевого масла ( "гексан водорослевые масло") , содержащий как традиционные жиры (т.е., триглицериды, 46-60% вес / вес) и alkenones (16-25% вес / вес). Омыления триглицеридов в водорослевой масла позволяет разделения получаемых свободных жирных кислот (FFAs) от alkenone содержащих нейтральных липидов. FFAs затем преобразуются в биодизельное топливо (т.е. метиловых эфиров жирных кислот, FAMEs) путем катализируемой кислотой этерификации в то время как alkenones выделяют и очищают от нейтральных липидов путем кристаллизации. Показано , что биодизельное топливо из коммерческих биомасс Isochrysis имеют сходные , но не идентичные профили FAME, характеризуется повышенным содержанием полиненасыщенных жирных кислот (приблизительно 40% вес / вес). Урожайность биодизельного топлива была выше при запуске с влажной пасты Isochrysis (12% вес / вес против 7% вес / вес), которая может быть прослежена до меньших количеств гексана водорослевой О.И.л получается из порошкового продукта Isochrysis.

Introduction

Там в последнее время был большой всплеск интереса к биотоплива из водорослей, в частности , для производства жидких топлив , таких как биодизель 1 и другие масла , полученного из биологической массы. 2 Предлагаемые преимущества включают предотвращение определенных продуктов питания по сравнению с топливными спорами 3 и , по сообщениям высших продуктивностью и возможности CO 2 по предотвращению изменения климата по сравнению с традиционными сельскохозяйственными культурами. 4 Это соответствует почти 20 лет департамент Соединенных Штатов видов программы водной энергетики (ASP) началось в 1978 году с целью изучения транспортировки топлива из водорослей. Как отмечается в докладе Шихэна, 5 программа закончилась в 1996 году , в первую очередь потому , что прогнозируемые расходы не были конкурентоспособными с сырой нефтью в то время ($ 18,46 за баррель (159 л)). В то время как стоимость нефти резко возросла с тех пор ($ 87,39 за баррель в 2014 году) 6, который соединен с возрождением в водорослевой исследований биологического топлива, некоторые чпр утверждал , что , тем не менее водорослевые виды биотоплива окажется слишком дорогостоящей. 7 В качестве одной стратегии , чтобы компенсировать издержки производства биотоплива, понятие копроизведениями добавленной стоимостью стала как среди критиков 7,8 и сторонников 9,10 и функций в качестве одной из основных причин преследуя водорослевые биотоплива в Соединенных Штатах Министерства энергетики (DOE) "Национальный Водоросли биотопливо технологии дорожной карты". 11

Здесь мы опишем метод для копродукции двух отдельных потоков топлива от коммерческого Isochrysis микроводорослей. Мы сосредоточились на Isochrysis отчасти потому , что уже производится промышленно, собирают для целей марикультуры, а также потому , что Isochrysis является одним из немногих видов водорослей , которые в дополнение к традиционным липидов (т.е. жирные кислоты) biosynthesize уникальный класс соединения , известные как полиненасыщенных длинноцепочечных alkenones. 12 Alkenone структуры характеризуются очень л Ong углеводородные цепи (36-40 атомов углерода), от двух до четырех не-метилен прервала транс -double связи, и метил или этил кетон (рисунок 1). Alkenone ненасыщенности чувствительна к растущей температуры водорослей, 13,14 таким образом, что доля diunsaturated C37 метильной alkenone (так называемый "индекс ненасыщенности") может быть использован в качестве посредника для последних температуры поверхности моря 15 - 20 . Alkenones являются Считается , находятся в цитоплазматических липидных тел и может быть более обильным , чем триглицериды (СТП). 21,22 в атмосфере азота или фосфора ограничения, вплоть до 10-20% углерода клеток в стационарной фазе накапливается в alkenones. 23,24 с эволюционной точки зрения, alkenones , возможно, были предпочитать TAGs , потому что их транс -double геометрия связь обеспечивает более стабильную форму хранения энергии. 21

189fig1.jpg "/>
Рисунок 1. Структуры полиненасыщенных длинной цепью alkenones Общие alkenone метил 37: 3 . Изолировано от Isochrysis иллюстрирующих длинной углеводородной цепью длиной (36 - 40 атомов углерода), транс не-метилен прервала двойные связи, и оканчивающийся в метил или этил - кетона. Номенклатура подобен жирных кислот , где #: # относится к числу атомов углерода. Число двойных связей Пожалуйста , нажмите здесь , чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры.

Мы полагаем , что alkenones представляют собой многообещающую возобновляемого сырья углерода из общего водорослей с историей промышленного выращивания. 25 Биодизель получают непосредственно из общего липидного экстракта Isochrysis содержит значительное количество (10-15% вес / вес) от alkenones и загрязнения эти соединения с высокой температурой плавления приводит к ухудшению свойств холодного потока топлива. Тем не менее, с помощью тон методики омыления / экстракции, описанные здесь, alkenones могут быть удалены и восстановлены тем самым улучшая качество биодизельного при производстве вторичного потока продукта. Недавно мы показали , превращение alkenones в качестве жидкого топлива путем перекрестного обмена с 2-бутена (butenolysis). 26 Реакция butenolysis использует коммерческий рутений метатезиса-инициатор, быстро происходит при низкой температуре, и чисто обеспечивает предсказуемую смесь топливо для реактивных двигателей диапазон углеводородов. Эта реакция осуществляется параллельно с синтезом биодизельного топлива из жирных кислот, представляющих первые шаги к "Biorefinery" подход 27 для коммерчески жизнеспособного производства биотоплива Isochrysis.

Protocol

1. микроводорослей и Биомасса Приготовление

Примечание: морской микроводоросли Isochrysis Sp. "Т-изо", используемый в настоящем исследовании, можно приобрести (см список материалов). Multi-килограммовые количества Isochrysis можно приобрести в виде замороженного влажной пасты (Iso -paste) , содержащий около 80% воды и 20% биомассы, а также темно - зеленый / около черного цвета с резким запахом , пахнущей моря. Isochrysis может также приобрести в виде сухого (95% в сухом состоянии ) желто-коричневого порошка (МОС -порошковая) с подобным запахом.

  1. Для того , чтобы высушить пасту Isochrysis, открыть 1 кг пакет с разрезанием 1 - 2 - дюймовый отверстие в углу пластиковой упаковки с помощью ножниц.
  2. Выдавить примерно 300 г этого Isochrysis вставить через отверстие в 150 мм х 75 мм кристаллизатор , чтобы создать тонкий слой (~ 20 мм).
  3. Оставьте пасту высохнуть на воздухе при комнатной температуре, пока она не становится сухой и шелушится (как правило, 48 -96 ч).
    Примечание: Фактическое время сушки может изменяться и зависит от температуры. Тем не менее, никакой разницы не было замечено в урожайности или качества продукции с еще более длительное время сушки (до двух недель). Процесс сушки может быть также сделано более однородным и / или ускорен путем размещения кристаллизатор на теплой плите (30 - 40 ° C).
  4. Скрип сухой биомассы из кристаллизатор с помощью шпателя и собрать в экстракции целлюлозы наперстка (длина: 123 мм, 43 мм ID). Запишите вес сухой биомассы Isochrysis.

2. Сокслета Добыча сухой биомассы Isochrysis

  1. Загрузите Isochrysis катио- экстракции целлюлозы наперстка ( как правило , 50 - 60 г сухой биомассы) в аппарате Сокслета экстракции.
  2. Колба заливается Сокслета с гексаном (400 мл), включите источник воды в конденсаторе и тепла, и позволить Сокслета, к циклу в течение 24 - 48 ч (до тех пор пока цвет растворителя не пошел от темно-зеленого кслабый желтый).
  3. Выключите огонь и дайте возможность устройству остыть до комнатной температуры, затем отсоедините колбу с экстрактором Сокслета.
  4. Удалить гексаны с помощью роторного испарителя и записать вес гексановой экстрагируемые вещества ( "гексан водорослевой масло" (Н-AO)).

3. Омыление цветению нефти и разделения жирных кислот и нейтральных липидов

  1. Растворяться Н-AO в то же круглодонную колбу с шага 2.4 выше смесью метанол: дихлорметан (2: 1, объем = 10 х масса водорослевой масла).
  2. Добавьте мешалку и прикрепить обратным холодильником (катушки: 500 мм длина).
  3. Добавить H 2 O (объем = 2,67 × масса водорослевой масла) и KOH (50% вес / вес водорослевой масла) и нагревают содержимое при перемешивании до 60 ° С в течение 3 часов.
  4. После охлаждения до комнатной температуры, удаления органических растворителей (метанол и дихлорметан) на роторном испарителе.
  5. Перенести оставшуюся водную смесь выливали в 1-L Делительную воронку. Добавить гексаны (эквивалент в объеме к водному раствору), встряхните делительную воронку, и позволяют слоям разделиться.
  6. Слить нижний водный слой в коническую колбу и слейте верхнюю органическую фазу в отдельную Эрленмейера.
  7. Повторите шаги 3.5 и 3.6, пока органический слой не станет бесцветным (обычно 1-2 раза больше).
  8. Концентрируют объединенные органические экстракты на роторном испарителе, чтобы изолировать нейтральные липиды в виде зеленовато твердого вещества (т ≈ 60 -. 70 ° С).
  9. Подкислите водной фазы с HCl (6 M, до рН ~ 2, как указано индикаторной бумаге).
  10. Извлечение свободных жирных кислот (FFAs) из подкисленной водной фазы гексаном (эквиобъемном к водной фазе), используя 1-литровую делительную воронку, как это описано в пунктах 3.5 и 3.6.
  11. Удалить гексаны на роторном испарителе, чтобы получить FFAs в виде темно-зеленого почти черного маслянистого остатка (являющийся жидким при температуре> 30 ° C).

4.Кислотно-катализируемой этерификации свободных жирных кислот и производство зеленой биодизельного топлива

  1. Передача FFAs с использованием смеси метанол: хлороформ (1: 1, 6 х объем водорослевой масла) сначала растворить FFAs, а затем выливали в толстостенной реакционную колбу высокого давления, снабженный мешалкой.
  2. Добавить концентрированную H 2 SO 4 (20% вес / вес водорослевой масла), запечатать колбу и нагревают смесь до 90 ° С при перемешивании в течение 1 часа.
  3. После охлаждения до комнатной температуры, вводить смесь выливали в делительную воронку.
  4. Добавить H 2 O (2 х объем водорослевого масла), встряхните делительную воронку, и позволить фазам разделиться.
  5. Слить нижний слой в предварительно взвешенную колбу с круглым дном и концентрировали на роторном испарителе. Записывают массу полученного биодизельного топлива.
  6. Анализировать профиль жирных кислот с помощью газовой хроматографии с пламенно-ионизационным детектором (ГХ-FID) 28 (газовый хроматограф , снабженный DB-88 [(88% cyanopropyл) methylarylpolysiloxane] колонка (30 м х толщина 0,25 мм ID х пленки 0,20 мкм).
    Примечание: Общие жирные кислоты метиловые эфиры аттестованы удерживания сравнения времени с подлинными образцами, полученными в промышленных масштабах. Кроме того, газовая хроматография-масс-спектрометрии (ГХ-МС, газовый хроматограф в сочетании с масс-селективным детектором) проводят при идентичных условиях температурной программе и колонки для анализа компонентов, таких, как С18: 4, для которых не имеющие аутентичного стандарты не доступны с применены результаты ГХ количественного определения.

5. Биодизель обесцвечивание

  1. Нагреть темно-зеленого цвета биодизельного топлива до 60 ° С в круглодонную колбу, снабженную мешалкой.
  2. Добавить монтмориллонита K 10 (МК10) порошка (10-20% вес / вес биодизельного топлива) и перемешивают в течение 1 часа.
  3. Удалите с круглым дном с огня и дайте раствору остыть до комнатной температуры.
  4. Подготовьте устройство с фильтрующей состоящую из круглодонную колбу и фильтровальную удовольствияNel, содержащий целлюлозный фильтр бумагу (зола 0,007%).
  5. Налейте охлажденный обесцвечивают биодизель через фильтрующую воронку с использованием минимального количества гексана, чтобы промыть круглодонную колбу.
  6. Отсоедините фильтровальной воронке от круглодонную колбу (это теперь содержит гексаны решение обесцвечен биодизель) и удалите гексанов с помощью роторного испарителя с получением оранжевого / красного биодизельного топлива.
  7. Образцы хранят при температуре 4 ° С в течение которых некоторое осаждение нерастворимого вещества (~ 10% вес / вес) будет происходить.
  8. Удалите нерастворимого материала путем декантации или фильтрации, как описано в шаге 5.4 и 5.5 для получения прозрачного гомогенного биодизель для анализа.

6. Выделение и очистка Alkenones от нейтральных липидов

  1. Растворите нейтральные липиды (со стадии 3.8) в минимальном количестве дихлорметана (приблизительно 50 мл на 10 г нейтральных липидов) и добавляют раствор пипеткой в ​​верхней части хроматографической колонки (О.D 60 мм, ID 55 мм, длина 18 "), содержащей силикагель (230-400 меш, 100 г).
  2. Элюции раствора через кремнезем с давлением (~ 5 фунтов на квадратный дюйм) с использованием дихлорметана (приблизительно 150 мл) в качестве растворителя и собирают элюент в 250-мл круглодонную колбу.
  3. Удалите дихлорметан на роторном испарителе с получением твердого вещества оранжевого цвета.
  4. Рекристаллизации твердого вещества, используя гексаны путем добавления приблизительно 100 мл кипящего гексанами с последующим дополнительным количеством дополнительных перегонных гексаны до тех пор, пока раствор не станет однородным (общий объем ~ 150 мл). Затем медленно охлаждают раствор до комнатной температуры с целью ускорения кристаллизации.
  5. Собирают Кристаллизовавшийся alkenones с использованием устройства фильтрации, как описано на стадии 5.4, используя небольшое количество холодной (0 ° C) гексанов, смыва колбы.

Representative Results

Перед обработкой, паста Isochrysis (изотропизирует паста) сначала сушат. Это было удобно осуществлять в больших масштабах путем добавления -paste Iso к большому кристаллизатор и позволяя материалу высохнуть на воздухе при комнатной температуре. Во время сушки, некоторые формы воды объединенные (как правило, красноватого цвета), которые могут быть удалены путем декантации или пипеткой, чтобы ускорить процесс сушки. Примерно через 48 - 96 ч, теперь сухой Isochrysis может быть выгребали из кристаллизатор и получают в виде черного / зеленого чешуйчатого материала с водорослями подобный запах (рисунок 2). Урожайность сухой биомассы, как правило, 20% вес / вес пасты, как в рекламе. В противоположность этому , порошкообразный продукт Isochrysis (изотропизирует порошок) был желто-коричневого цвета, мелко измельчают, сухой порошок (95% в сухом состоянии ) , который использовали непосредственно без дальнейшей обработки (рисунок 2).

2 цифра "SRC =" / файлы / ftp_upload / 54189 / 54189fig2.jpg "/>
Рисунок 2. Сравнение коммерческой пасты Isochrysis. Isochrysis (80% влажность) распространяется вдоль дна кристаллизатор и оставляли высохнуть на воздухе при комнатной температуре в течение 48-96 ч перед обработкой. Полученный в результате высушенный Isochrysis получают в виде темного цвета слоеного материала (справа) , который отличается по внешнему виду чем товарного сухого порошка Isochrysis (слева). Пожалуйста , нажмите здесь , чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры.

Экстракция либо высушенного Iso -paste или изобутил порошка Сокслета гексаны, после удаления гексанах, водорослевые масла (Н-АО) , которые были похожи по внешнему виду , как темно-зеленый / почти сухому остатку черного (Т. пл. ~ 50 -60 ° С). Урожайность ч-AO при запуске из пасты ( "изотропизирует паста-Hao") Были , как правило , 20% вес / вес сухой биомассы Isochrysis, в соответствии с нашими предыдущими результатами, 26 , тогда как доходность Н-АО путем экстракции в аппарате Сокслета коммерческого порошкообразного Isochrysis (" изотропизирует порошковым Hao ») было 15% вес / W (таблица 1).

Продукта (г) Iso -paste Iso -порошковая-1 Iso -порошковая-2
Сухой Биомасса 30 20 20
Гексан Algal масло 5,86 2,87 3.11
FFAs 3,52 1,34 1,38
нейтральные липиды 2,34 1,38 1,61
Alkenones 0,94 0,63 0,74
Примечания: Iso-порошок-1 и Iso-порошковые-2 представляют результаты двух проб порошка Isochrysis, которые были обработаны параллельно. Для других отчетов с выходов этих продуктов из Исо-пасты ссылки см 26, 32 и 33.

Таблица 1. Выход продуктов из биомассы на коммерческой основе Isochrysis.

Ацилглицеролов в Н-AO были превращены в соответствующие соли растворимы в воде карбоновой кислоты (т.е., мылах) при добавлении водного КОН в смеси метанол / CH 2 Cl 2. Нейтральные липиды, включая alkenones затем экстрагируют из этой водной смеси путем селективного разделения с гексанами. После удаления нейтральных липидов, reacidification из мыла затем получают соответствующие свободные жирные кислоты (FFAs), которые могут быть аналогичным образом, извлеченные из воднueous фаза с гексанами. От общей массы возмещений для комбинированных FFAs и нейтральных липидов из любой изотропизирует пасты-хао или Iso -порошковая-Hao были последовательно почти количественный. Тем не менее, соотношение продуктов (то есть, нейтральные липиды + FFAs) была другой. Из изотропизирует пасты-Hao мы получили 60% (вес / вес) FFAs и 40% (вес / вес) Нейтральные липиды (таблица 1). С другой стороны , изотропизирует порошок-Hao доказано обогащены нейтральных липидов ( в среднем = 54% нейтральных липидов + 46% FFAs) , как указано в таблице 1.

Этерификацией FFAs с H 2 SO 4 и метанола затем получают метиловые эфиры жирных кислот (FAMEs, т.е. биодизельное топливо) в виде темно - зеленого цвета вблизи черной маслянистой жидкости в более чем 90% выходом (рисунок 3). Обесцвечивание путем нагревания над монтмориллонита К10 29 (MK10) глина затем дал желтый / оранжевый продукт, похожий по внешнему виду другой коммерческой биodiesel топливо (см перечень материалов) (рисунок 3). Результаты анализа Известность обесцвечивает биодизельного топлива Isochrysis приведены в таблице 2.

Рисунок 3
Рисунок 3. Сравнение Isochrysis и сои биодизельного топлива. Зеленый Isochrysis биодизельного топлива (средний) получают путем этерификации извлечены и очищены свободных жирных кислот. Обесцвечивание производит продукт (справа) с аналогичными свойствами для коммерческого производства биодизельного топлива (слева). Пожалуйста , нажмите здесь , чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры.

FAME Iso -paste Iso -порошковая
14:00 16.4 19,4
14:01 - 0,3
15:00 след 0,3
16:00 10.1 8,8
16: 1 Δ9 7.6 5.5
16:02 Северная Дакота 0,3
16:03 Северная Дакота 0,5
18:00 след 0,2
18: 1 В 12.1 14.3
18:02 8.1 7.1
18: 3 C 8.5 13.5
18:04 19,8 10.4
18:05 Северная Дакота 3
20:05 Северная Дакота -
22:05 Северная Дакота 2
22:06 6.9 11
Σ D 89,8 96,2
Примечания: Кислота номенклатура Жирные является #carbons:. # Цис -double облигации B Комбинированный 18: 1 Δ9 + 18:.. 1 Δ11 C Совмещенный Δ6,9,12 и Δ9,12,15 изомеры D Оставшийся материал составляет примерно 50 : 50 других FAMEs и компоненты, не FAME (Total ~ 95% FAME). ND = не обнаружено.

Таблица 2. FAME состав биодизельного топлива производится из коммерческих -past Iso и Iso -порошковая Isochrysis биомассы.

Нейтральные липиды были получены в виде зеленовато твердой смеси при 40% вес / вес от Iso -paste-Hao и 54% (средн.) От изотопического порошковым Hao (таблица 1). Фильтрация растворенные нейтральные липиды через диоксид кремния с использованиемДХМ дало после удаления растворителя, красновато / оранжевого твердого вещества, которые могут быть перекристаллизовывают с гексаном, получа аналитически чистое alkenones в виде белого твердого вещества. Эта процедура привела к 16% (вес / вес) , выделенных выходом alkenones из изотропизирует пасты-Hao и с выходом 25% по сравнению с Iso -порошковая-Hao (таблица 1).

Discussion

Isochrysis является одним из только выбрать количество видов водорослей разводимых промышленно, заготавливаемых в качестве основного компонента кормов моллюсками, и поэтому представитель в масштабах , необходимых для производства биотоплива. Наличие водорослей и используемых стандартных методов, используемых в данном исследовании, сделать протокол представлен широко доступными для других групп для дальнейших исследований. Критические шаги включают в себя сушку на воздухе водоросли (в отличие от лиофилизации 33), экстракции растворителем, омыление и этерификацию. С помощью этих операций можно исследовать выход липидов и других побочных продуктов от различных Isochrysis имеющихся 30. Предполагается , что они могут отличаться в результате различающихся штаммов и методов культивирования, 31 , а также может оказать влияние на характер продукта и какой - либо дополнительной обработки (например, сушки или замораживания) , используемых поставщиком. Как мы покажем здесь, протокол разработкиEd может быть успешно применен к различным видам продукции Isochrysis, начиная от влажной пасты до сухого размолотого порошка. Урожайность биодизельного топлива были ниже, однако из порошкообразной биомассы (7% вес / вес сухой биомассы VS. 12% вес / вес от высушенной пасты), что соответствует с меньшими количествами водорослевой масла (Н-АО) извлечено. Это может свидетельствовать о том , что альтернативный протокол экстракции 32, кроме Сокслета может быть лучше подходит для сухих измельченных Isochrysis продуктов. Порошок Isochrysis используемый в данном исследовании, рекламируется как содержащие 23-25% липиды, которые похожи на то , что мы экспериментально полученный из высушенного Isochrysis пасты. 33,34,26

Несмотря на различные цвета исходной сухой биомассы, изотопического паста-хао и Iso -порошковая-Hao были практически неразличимы, как темно - зеленый / вблизи черных тел с точками плавления приблизительно 50 ° С. Интересно отметить, что отношение FFAs к нейтральной губеИдентификаторы в течение двух экстрактов гексана разные. После того, как омыление и разделения нейтральных липидов, мы получили 60% (вес / вес) FFAs и 40% (вес / вес) нейтральных липидов из Iso -paste-Hao. Изотропизирует порошок-Hao производится в среднем 46% (вес / вес) FFAs и 54% (вес / вес) нейтральные липиды. Эти результаты свидетельствуют о том, что либо исходные порошкообразные биомасса может содержать более высокие количества нейтральных липидов по отношению к производным FA , чем пасты Isochrysis, или что экстракция Сокслета порошкообразного Isochrysis несколько селективным для нейтральных липидов.

Мало того, что выходы продуктов , полученных из двух коммерческих Isochrysis биомасс разные, но и профили жирных кислот в результате производства биодизельного топлива. Это важно, так как топливные свойства биодизель напрямую зависят от характера и содержания отдельных МЭЖК. 35 Для того, чтобы быть коммерческим, все биодизельное топливо должно соответствовать стандартам , описанным в ASTM документовD6751 или EN 14214 в США или Европе соответственно. Технические характеристики включают диапазоны для смазывающей способности и кинематической вязкости, а также минимальные значения цетанового числа и окислительной стабильности. Другие важные рекомендации относятся к свойствам холодного потока в виде облака точек (CP) или холодного фильтра точка закупорка (ПТФ). Ранее мы уже сообщали результаты от всесторонних испытаний топлива биодизельного топлива , полученного из изотропизирует пасты. 36 Поскольку профиль FAME биодизельного топлива производится из -порошковая Iso в данном исследовании, аналогичны тем , которые ранее испытания, мы можем предсказать некоторые свойства топлива , чтобы быть похожими для обоих биодизельного топлива. Например, полиненасыщенные жирные кислоты (PuFAMEs, более двух двойных связей) приходится около 40% обоих FAME смесей (35,2% и 39,9%, таблица 2). Это приведет к снижению устойчивости к окислению и благоприятной холодной потока. 35 Есть, однако, небольшие различия в FAME профилях двух biodieSEL топлива. Биодизель получают из порошкообразного Isochrysis содержал более высокое количество 14: 0 (19,4 мг / г против 16,4 мг / г), 18: 3 (13,5 мг / г по сравнению с 8,5 мг / г), и 22: 6 (11,0 мг / г против 6,9 мг / г) FAMEs, еще более низкие количества 18: 4 (10,4 мг / г против 19,8 мг / г). Степень влияния этих различий на различных свойств топлива, содержащихся в стандартах ASTM остается исследовать.

Первоначальный биодизель , полученный из обоих коммерческих Isochrysis водорослей было так же темно - зеленого цвета , который можно объяснить наличием хлорофиллов. 36 Хлорофилл и его производные, как сообщается, оказывают негативное влияние на стабильность растительных масел и их соответствующих биодизельного топлива. 36,29 на основе метода Issariyakul и Далай - ламы для обесцвечивать greenseed рапсовое масло в связи с производством биодизельного топлива, 29 помешивая наш зеленый биодизель более чем на 10% (вес / вес) MK10 при 60 ° с в течение 1 ч привело к резкомуснижение содержания пигмента путем визуального осмотра (см. рисунок 2). Массовые извлечения из процесса обесцвечивание были в среднем на 90%.

Урожайность очищенных alkenones из изотропизирует пасты-хао и изотропизирует порошковым Hao нейтральных липидов были сопоставимы на 40% и 46% вес / вес соответственно (таблица 1). Так как нейтральные липиды представляют собой большую долю материала , содержащегося в изотропизирует пороховой Hao (54% вес / вес по сравнению с 40% вес / вес), alkenone выход из изотропизирует порошка-Hao превышает изотропизирует пасты Hao выход alkenone примерно на 10% (25% вес / вес по сравнению 16% вес / вес). Однако, учитывая , что урожайность изотопического самого порошка-Hao были ниже , чем изотропизирует пасты-хао (15% против 20% вес / вес), общий выход alkenones из сухих биомасс Isochrysis больше похожи (0,2 х 0,4 х 0,4 = 3,2% вес / вес из высушенной Isochrysis пасты и 0,15 х 0,54 х 0,46 = 3,7% от Isochrysis порошка).

Acknowledgements

Эта работа была поддержана Национальным научным фондом (CHE-1151492), Северо-Западный Альянс Advanced Возобновляемые (общение Дж Wilson-Пельтье), а также через частные пожертвования от друзей WHOI. Мы благодарим Кевин Р. Steidley и Ким Ascherl (USDA / ARS / NCAUR) за отличную техническую помощь.

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).

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. 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).
  2. 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).
  3. Tenenbaum, D. J. Food vs fuel: Diversion of crops could cause more hunger. Environ. Health Perspect. 116, 254-257 (2008).
  4. Pienkos, D. T., Darzins, A. The promise and challenges of microalgal-derived biofuels. Biofuels, Bioprod. Biorefin. 3, (4), 431-440 (2009).
  5. 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).
  6. 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).
  7. Petkov, G., Ivanova, A., Iliev, I., Vaseva, I. A critical look at the microalgae biodiesel. Eur. J. Lipid Sci. 114, (2), 103-111 (2012).
  8. van Beilen, J. B. Why microalgal biofuels won't save the internal combustion engine. Biofuels, Bioprod. Biorefin. 4, 41-52 (2010).
  9. Chisti, Y. Biodiesel from microalgae. Biotechnol. Adv. 25, (3), 294-306 (2007).
  10. Wijffles, R. H., Barbosa, M. J. An outlook on microalgal biofuels. Science. 329, 796-799 (2010).
  11. 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).
  12. Patterson, G. W., Tsitsa-Tsardis, E., Wikfors, G. H., Gladu, P. K., Chitwood, D. J., Harrison, D. Sterols and alkenones of Isochrysis. Phytochem. 35, (5), 1233-1236 (1994).
  13. 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).
  14. 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).
  15. 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).
  16. 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).
  17. Prahl, F. G., Wakeham, S. G. Calibration of unsaturation patterns in long-chain ketone compositions for palaeotemperature assessment. Nature. 330, 367-369 (1987).
  18. 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).
  19. 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).
  20. 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).
  21. 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).
  22. 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).
  23. 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).
  24. Prahl, F. G., Sparrow, M. A., Wolfe, G. V. Physiological impacts on alkenone paleothermometry. Paleoceanogaphy. 18, (2), 1025-1031 (2003).
  25. 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).
  26. 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).
  27. 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).
  28. 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).
  29. Issariyakul, T., Dalai, A. K. Biodiesel production from greenseed canola oil. Energy Fuels. 24, 4652-4658 (2010).
  30. 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).
  31. Mercer, P., Armenta, R. E. Developments in oil extraction from microalgae. Eur. J. Lipid Sci. Technol. 113, (5), 539-547 (2011).
  32. 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).
  33. 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).
  34. Knothe, G. Dependence of biodiesel fuel properties on the structure of fatty acid alkyl esters. Fuel Process. Technol. 86, 1059-1070 (2005).
  35. 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).
  36. 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).

Comments

0 Comments


    Post a Question / Comment / Request

    You must be signed in to post a comment. Please or create an account.

    Usage Statistics