Ticari dan Eş Çarpımların olarak Alkenones izolasyonu ile Biyodizel Üretimi için Deneysel Protokolü

Environment
 

Summary

Detaylı yöntemler ticari Isochrysis mikroalglerden değerli birlikte-olarak alkenones co-izolasyonu ile birlikte biyodizel üretimi için sunulmuştur.

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

yenilenebilir ve daha çevre sürdürülebilir kaynaklardan alternatifleri ile petrol yakıtların yerine ihtiyacı önemi artan biridir. Biyokütle kökenli biyoyakıt bu konuda büyük ilgi kazanmıştır, mısır etanol veya soya fasulyesi biyodizel gibi yenilebilir ürünlerden ancak ilk nesil biyoyakıtlar genellikle lehine dışına düşmüş. Ev ve üstün olmayan, yenilebilir kaynaklardan sıvı yakıtların üretimi için yöntemlerin geliştirilmesine büyük ilgi duyulmaktadır. Burada deniz mikroalg Isochrysis elde edilen bir saflaştırılmış biyodizel üretimi için ayrıntılı bir prosedürü açıklar. potansiyel olarak değerli Koçarpımlar biyodizel üretimi dengelemek için Buna ek olarak, çok-doymamış uzun zincirli alkenones olarak bilinen lipid benzersiz paketi paralel izole edilir. Isochrysis Çok kilogram miktarlarda iki ticari önce işlemden önce kurutulur kaynakları, ıslak macun (% 80 su) halinde bir ve OT satın alınırona bir kuru öğütülmüş bir toz (kuru,% 95). Lipidler yosun yağlarının her ikisini ihtiva eden bir yağ ( "heksan alg yağı") (örneğin, trigliserid, ağ / ağ 46-60%) ve alkenones (ağ / ağ% 16-25) üretimi için bir Soxhlet tertibatında heksan ile ekstre edilmiştir. alg yağı trigliseritleri sabunlaştırılması alkenone içeren nötr lipidler kaynaklanan serbest yağ asitlerinin (SYA) ayrılması sağlar. SYA sonra alkenones izole edilir ve kristallendirme nötr lipidler saflaştırılan ise asit katalizörlü esterifikasyonu ile (örneğin, yağlı asit metil esterler, kareleri) biyodizel dönüştürülür. Bu yükseltilmiş çoklu doymamış yağlı asit içeriği (a / a yaklaşık% 40) ile karakterize edilen, hem ticari Isochrysis biyokütlelerin biyodizel içindeki ancak aynı FAME profillerine sahip olduğunu göstermektedir. , Heksan alg oi miktarlarını azaltmak için takip edilebilir (% 12 vs ağ% 7 ağırlık / ağırlık / ağırlık) Isochrysis ıslak macun başlatırken biyodizel Verim sürekli olarak daha yüksektitoz haline getirilmiş Isochrysis üründen elde edilen L.

Introduction

Son zamanlarda, özellikle bu tür biyodizel 1 ve diğer biyokütle kaynaklı yağlar gibi sıvı yakıtların üretimi için, yosunlardan biyoyakıt ilgi büyük bir diriliş olmuştur. 2 Önerilen faydaları dahil bazı gıda kaçınma yakıt tartışmalar 3 ve bildirildiğine yüksek verimliliklerinin vs ve geleneksel tarım ürünlerinin daha CO 2 azaltma yetenekleri. 4 Bu Energy'nin Aquatic Türler Programı (ASP) yaklaşık 20 yıl Amerika Birleşik Devletleri Bölümü alglerden ulaşım yakıt incelemek amacıyla 1978 yılında başlatılan izler. Sheehan raporunda belirtildiği gibi, 5 programın öngörülen maliyetler o zaman (varil başına $ 18,46 (159 L)) ham petrol ile rekabet değildi çünkü öncelikle 1996 yılında sona erdi. Petrol maliyeti alg biyoyakıt araştırma rönesansı bağlı olan (2014 yılında varil başına $ 87,39) 6, bazı h o zamandan bu yana önemli ölçüde artmıştır ikenave yine alg biyoyakıt çok pahalıya mal olacağını savundu. 7, katma birlikte-nosyonu için önemli nedenlerinden biri olarak hem eleştirmenler 7,8 ve savunucuları 9,10 ve özellikler arasında ortaya çıkan biyoyakıt üretim maliyetlerini dengelemek için bir strateji olarak Amerika Birleşik Devletleri Enerji Bakanlığı (DOE) "Ulusal alg Biyoyakıtlar Teknoloji Yol" olarak alg biyoyakıt peşinde. 11

Burada ticari Isochrysis mikroalglerden iki ayrı yakıt akımlarının eş zamanlı üretim için bir yöntem tarif eder. Zaten endüstriyel üretilir, çünkü mariculture amacıyla hasat kısmen Isochrysis odaklanmış ve aynı Isochrysis geleneksel lipid ilave olarak (örneğin, yağ asitleri) eşsiz bir sınıfı biyosentezleyebilmektedir yosun birkaç türlerinden biri olduğu bileşikler, çok-doymamış uzun zincirli alkenones olarak da bilinir. 12 Alkenone yapıları oldukça l ile karakterize edilir Ong hidrokarbon zincirlerinin (36-40 karbon), olmayan iki metilen dört trans -Double bağa ​​bölünmüş ve bir metil veya etil keton (Şekil 1). Alkenone doymamışlık yosun büyüyen sıcaklığa duyarlı, didoymamış C37 metil alkenone (sözde "doymamışlık endeksi") oranı geçen deniz yüzeyi sıcaklıkları için bir proxy olarak kullanılabilecek şekilde 13,14 15 -. 20 Alkenones vardır sitoplazmik lipid organları ikamet ve trigliserid (TAGs'ların) daha bol olabilir düşündüm. azot ya da fosfor sınırlama altında 21,22, yukarı sabit faz hücre karbon% 10-20 alkenones olarak birikir. 23,24 bir Gönderen onların trans -Çift bağ geometrisi enerji depolama daha istikrarlı bir form sağlar, çünkü evrimsel bakış açısı, alkenones Etiketler tercih olabilir. 21

189fig1.jpg "/>
Şekil poli-doymamış uzun zincirli alkenones 1. Yapılar ortak alkenone metil 37:., Uzun hidrokarbon zinciri uzunluklarını örneklendiren Isochrysis izole 3 (36-40 karbon), trans-olmayan metilen çift bağ kesildi, ve bir metil ya da etil keton içinde sona eren. # Karbonlar sayısını ifade eder: İsimlendirme # yağ asitleri benzer. Çift bağların sayısı bu rakamın daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen buraya tıklayınız.

Biz alkenones endüstriyel tarımı bir geçmişi olan, ortak bir alglerden gelecek vaat eden yenilenebilir karbon hammaddeyi temsil savunuyorlar. 25 Biyodizel Isochrysis total lipid özü doğrudan üretilen alkenones ve kirlenme önemli miktarda (ağırlık / ağırlık% 10-15) ihtiva eder bu yüksek erime noktalı bileşikleri, zayıf soğuk akış yakıt özelliklerine yol açar. Bununla birlikte, t-Burada tarif edilen sabunlaştırma / çıkarma teknikleri, alkenones çıkarıldı ve ikinci bir ürün akımının üretilmesi sırasında, böylece biyodizel kalitesinin iyileştirilmesi elde edilebilir. Son zamanlarda biz 2-buten (butenolysis) ile çapraz metatez bir sıvı yakıta alkenones dönüşümünü gösterdi. 26 butenolysis reaksiyonu, ticari bir rutenyum metathesis-başlatıcı istihdam düşük sıcaklıkta hızla oluşur ve temiz bir jet yakıtı öngörülebilir bir karışımını sunar aralık hidrokarbonlar. Bu reaksiyon, ticari açıdan Isochrysis biyoyakıt üretimi için bir "biorefinery" yaklaşımı 27 ilk adımları temsil yağ asitlerinin biyodizel sentezi paralel olarak gerçekleştirilir.

Protocol

1. Mikroalg ve Biyokütle Hazırlama

Not: Deniz mikroalg Isochrysis sp. Bu çalışmada kullanılan "T-iso" (Malzeme listesi bakınız) satın alınabilir. Isochrysis Çok kilogram miktarları deniz keskin koku kokulu ile koyu yeşil renkli / yakın siyah yaklaşık% 80 su ve% 20 biyokütle içeren dondurulmuş ıslak macun (Iso -Yapıştır) olarak satın alınan ve bir olabilir. Isochrysis de yapabilirsiniz benzer bir koku ile kuru (% 95 kuru) sarı-kahverengi toz (Iso-tozu) olarak satın alınabilir.

  1. Makas kullanarak plastik ambalaj köşesinde 2 inç delik - Isochrysis macun kurutmak için, 1 keserek bir 1 kg'lık paketini açın.
  2. Bu Isochrysis ince bir tabaka (~ 20 mm) oluşturmak için çanak kristalize bir 150 mm x 75 mm içine delikten yapıştırmak yaklaşık 300 gr sıkın.
  3. Bu (tipik haliyle, 48 Kuru ve pul pul hale gelinceye kadar oda sıcaklığında hava içinde kurumaya macun boş -96 saat).
    Gerçek kuruma süreleri değişebilir ve sıcaklığa bağlıdır: Not. Ancak, hiçbir fark (iki haftaya kadar) daha uzun kuruma süreleri ile verim veya ürün kalitesinde fark edildi. Kurutma işlemi, eşitlenmiş ve / veya sıcak plaka üzerinde kristalleşen çanak yerleştirerek hızlandırılabilir (30-40 ° C).
  4. Bir spatula kullanarak kristalize çanak kuru biyokütle kazıyın ve selüloz ekstraksiyon yüksük (Uzunluk: 123 mm, 43 mm ID) içine toplamak. Kuru Isochrysis biyokütle ağırlığını kaydedin.

Kuru Isochrysis Biyokütle 2. Soxhlet Ekstraksiyon

  1. Bir Soxhlet ekstraksiyon aparatına - (60 g kuru biyokütle tipik olarak 50) bir Isochrysis içeren yeni selüloz çıkarma yüksük yükleyin.
  2. , Hekzan (400 ml) ile Soxhlet şişesi doldurun kondenser su ve ısı kaynağının açın ve 24 için döngüsü Soxhlet izin - çözücü rengi koyu yeşilden gitti kadar (48 saat) Soluk sarı.
  3. Sonra Soxhlet çıkarıcı gelen balon ayırın, ısı kapatın ve cihaz oda sıcaklığına kadar soğumasını bekleyin.
  4. Bir dönen buharlaştıncı kullanarak heksanlar çıkarın ve heksan ile ekstrakte edilmiş malzeme ( "heksan alg yağı" (H-AO)) ve ağırlığı kaydedin.

Alg Petrol ve Yağ Asitleri ve Tarafsız Lipidler Ayrılığı 3. Sabunlaşma

  1. metanol ile yukarıdaki Aşama 2.4 aynı yuvarlak tabanlı bir şişe içinde, H-AO yeniden çözünmesi: diklorometan (2: 1 lik hacim alg yağı = 10 x kütle).
  2. Bir karıştırma çubuğu ekleyin ve bir geri dönüş soğutucusu takmak (Bobin: 500 mm uzunluğunda).
  3. Ekleme H2O (hacim = alg yağı 2.67 X kütlesi) ve KOH (% 50, alg yağı ağırlık / ağırlık) ve 3 saat boyunca 60 ° C'de karıştırılarak, muhtevanın ısıtılması.
  4. Oda sıcaklığına kadar soğutulduktan sonra, bir döner buharlaştırıcı üzerinde, organik çözücüler (metanol ve diklorometan) çıkarın.
  5. 1 içine dökülerek Geri kalan sulu karışımın transferL ayırma hunisi. (Sulu çözelti eşit hacimde heksan) ekleyin ayırıcı huni çalkalanır ve tabakalar ayrılmaya izin verir.
  6. Bir Erlenmeyer şişesi içine alt sulu tabaka boşaltın ve ayrı Erlenmeyer halinde Üst organik faz dökülür.
  7. Organik tabaka renksiz (genellikle 1-2 kez daha) kadar tekrarlayın 3.5 ve 3.6 adımları tekrarlayın.
  8. yeşilimsi bir katı olarak nötr lipidler izole edilmesi için bir döner buharlaştırıcı üzerinde birleştirilmiş organik ekstreler konsantre (en ≈ 60 -. 70 ° C).
  9. (PH kağıdı ile gösterildiği gibi pH değerine kadar ~ 2, 6 M) HCI ile sulu faz asitleştirin.
  10. adım 3.5 ve 3.6 de tarif edildiği gibi, bir 1 L'lik bir ayırma hunisi kullanılarak heksan ile asitleştirilmiş sulu fazdan serbest yağ asitleri (SYA) (sulu faza hacimde) ekstrakte edin.
  11. (Sıcaklık> 30 ° C 'de sıvı) koyu yeşil yakın siyah yağlı bir tortu halinde SYAleri elde edilmesi için bir döner buharlaştırıcı üzerinde heksanlar çıkarın.

4.Serbest Yağ Asidi esterifikasyonu asit katalizli ve Yeşil Biyodizel Üretimi

  1. metanol kullanılarak SYAleri aktarın: kloroform (1: 1, alg yağı 6 x hacim) olanlar SYAleri çözülür ve daha sonra bir karıştırıcı çubuğu ile teçhiz edilmiş bir kalın duvarlı, yüksek basınçlı bir reaksiyon şişesi içine dökülerek için.
  2. 1 saat boyunca karıştırılırken, SO 4 (% 20, alg yağı ağırlık / ağırlık) konsantre edilerek H2 ekleme balon mühür ve 90 ° C'de karışım ısıtılır.
  3. Oda sıcaklığına kadar soğutulduktan sonra ayırıcı bir huni içine dökülerek karışımı aktarın.
  4. , H2O (alg yağı 2 x hacim) ilave ayırıcı huni çalkalanır ve fazlar ayrı izin verir.
  5. önceden tartılmış yuvarlak dipli bir şişeye alt tabaka boşaltın ve bir döner buharlaştırıcı üzerinde konsantre edilir. Ortaya çıkan biyodizel kütlesini kaydedin.
  6. Alev iyonizasyon detektörü (GC-FID) bir DB-88 [(% 88 cyanopropy ile donatılmış 28 (gaz kromatografisi, gaz kromatografisi ile yağlı asit profili analizl) methylarylpolysiloxane] kolon (0.25 mm çap x 0.20 mikron film kalınlığında 30 mx).
    Not: Genel yağlı asit metil esterleri ticari olarak elde özgün örnekleri ile, tutma süresi karşılaştırılarak onaylanmıştır. Buna ek olarak, gaz kromatografisi-kütle spektrometrisi (GC-MS; Kütle Seçici dedektör birleştirilmiş gaz kromatografisi) gibi C18 gibi bileşenleri analiz sıcaklık programına ve sütunun aynı koşullar altında gerçekleştirilir: 4 olan herhangi bir orijinal standartları elde edilebilmektedir uygulanmış kantitatif GŞ.

5. Biyodizel renk giderimi

  1. Bir karıştırma çubuğu ile teçhiz edilmiş yuvarlak dipli bir reaksiyon kabı içinde 60 ° C'ye kadar koyu yeşil renkli bir biyodizel ısıtın.
  2. montmorilonit K 10 (MK10) toz 1 saat için karışmaya ve (biyodizel ağ / ağ% 10-20) eklenir.
  3. ısı Yuvarlak tabanlı çıkarın ve çözelti, oda sıcaklığına soğumaya bırakın.
  4. Yuvarlak dipli bir şişe ve filtre eğlence oluşan bir süzme tertibatı hazırlamaknel bir selüloz filtre kağıdı (Ash% 0.007) ihtiva eden.
  5. yuvarlak tabanlı bir şişe, durulama minimum heksan miktarı kullanılarak bir filtre hunisi içinden soğutuldu rengi giderilir biyodizel dökün.
  6. yuvarlak tabanlı bir şişe filtre hunisi ayırın (bu değer rengi giderilir biyodizel bir heksan solüsyonu içerir) ve bir turuncu / kırmızı bir biyodizel elde etmek üzere döner buharlaştırıcı ile heksanlar çıkarın.
  7. 4 ° C'de saklayın örnekler, bu süre içinde çözünmeyen malzemenin bir çöktürme (~ a / a% 10) ortaya çıkar.
  8. analiz için berrak homojen bir biyodizel üretimi için adım 5.4 ve 5.5 de tarif edildiği gibi, boşaltılarak ve çözünmez malzeme süzülerek çıkarın.

Nötr Lipid 6. izolasyonu ve saflaştırılması Alkenones

  1. (O. (yaklaşık 10 g, nötr lipitleri, 50 mi), diklorometan içinde az miktarda (Kademe 3,8) nötr lipidler içinde çözülür ve bir kromatografi sütununun tepesine bir pipet ile çözeltisini ekleyinD 60 mm İD 55 mm, uzunluğu 18 ") ihtiva eden silika jel (230-400 delik, 100 g) eklenmiştir.
  2. çözücü olarak diklorometan (150 mi) ile basınçlı silika boyunca çözeltisi (~ 5 psi) Zehir ve 250 ml eluent tabanı yuvarlak bir şişe toplar.
  3. portakal renkli bir katı madde vermek üzere bir döner buharlaştırıcı ile diklorometan çıkarın.
  4. Çözelti homojen (toplam hacim ~ 150 mi) kadar kaynayan heksan artan ilave miktarda ardından kaynar heksan, yaklaşık 100 ml ekleyerek katının heksanlar tekrar kristalize edilir. Daha sonra, yavaş yavaş, kristalleşmeyi hızlandırmak için Solüsyon oda sıcaklığına kadar soğutulur.
  5. balon durulama soğuk (0 ° C) heksan küçük bir miktar kullanılarak adım 5.4 de tarif edildiği gibi bir süzme cihazı kullanılarak kristalleştirilir alkenones toplayın.

Representative Results

Işlemeden önce, Isochrysis pastası (Isoflavonlar macun) ilk kurutuldu. Bu uygun bir şekilde büyük bir kristalizasyon çanağında Iso -Yapıştır eklenmesi ve oda sıcaklığında kurumaya malzemenin izin vererek daha büyük bir ölçekte gerçekleştirilmiştir. Kurutma esnasında, bazı toplanmış su formları kurutma sürecini hızlandırmak için boşaltılarak veya pipet ile kaldırılabilir ki (genellikle renkli kırmızımsı). Yaklaşık 48 - şimdi kuru Isochrysis 96 saat kristalize yemeğin dışında kazınmış ve deniz yosunu gibi koku (Şekil 2) ile bir siyah / yeşil pul pul malzeme olarak elde edilebilir. kuru biyokütle verimleri macun w reklamı genellikle% 20 w / vardı. Buna karşılık, toz Isochrysis ürünü (Isoflavonlar toz), bir sarı-kahverengi, ince öğütülmüş, başka bir işleme tabi doğrudan kullanılan kuru toz (% 95, kuru) (Şekil 2).

şekil 2 "src =" / files / ftp_upload / 54189 / 54189fig2.jpg "/>
Şekil ticari Isochrysis. Isochrysis macunu (% 80 ıslak) 2. karşılaştırması işlemeden önce 48-96 saat boyunca oda sıcaklığında havayla kurumaya kristalleşen bir çanak tabanı boyunca yayılmış ve bırakılır. Elde edilen kurutulmuş Isochrysis ticari kuru toz Isochrysis (solda) daha görünüş olarak farklı olan koyu renkli bir lapa lapa malzeme (sağda) olarak elde edilir. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.

Heksan ile Soxhlet kurutuldu Iso -Yapıştır ya da izopentil gibi bir toz ya da ekstraksiyonu heksan çıkarılmasından sonra verdi haliyle, koyu-yeşil / yakın siyah katı madde (erime noktası: görünüm olarak benzer olan algal yağları (H-AO). ~ 50 -60 ° C). H-AO Verim macun ( "Isoflavonlar macun-Hao başlatırkenW / 15 idi Isoflavonlar toz Hao ")%") / önceki sonuçlar, ticari toz Isochrysis ve Soxhlet ekstraksiyonu (h-AO verimleri ise 26 ile uyumlu kuru Isochrysis biyokütle, bir ağırlık tipik% 20 idi " W (Tablo 1).

Ürün (g) iso -Yapıştır İzo-tozu-1 İzo-tozu-2
Kuru biyo-kütle 30 20 20
Hekzan Alg Yağı 5.86 2.87 3.11
SYA 3.52 1.34 1.38
Nötr lipidler 2.34 1.38 1.61
Alkenones 0.94 0.63 0.74
Notlar: Iso-toz-1 ve Iso-toz-2 paralel işlendi toz Isochrysis iki örneklerinin sonuçlarını temsil etmektedir. Iso-yapıştır bu ürünlerin verimleri ile diğer raporlar için başvurular 26, 32 ve 33 bkz.

Ticari Isochrysis biyokütleden Tablo 1. Ürün verimi.

H-AO açilgliseroller metanol / CH2C! 2 sulu KOH eklenmesi ile karşılık gelen su içinde çözünebilen karboksilat tuzları (örneğin, sabun) dönüştürülmüştür. alkenones içeren Nötr lipidler daha sonra heksanlar ile seçici bir bölme ile, bu sulu karışım elde edildi. Nötr lipidler çıkarılmasından sonra sabunların reacidification daha sonra benzer şekilde sulu ekstre olabilir karşılık gelen serbest yağlı asitleri (SYA) üretildiheksan ile su muamelesinden geçirilerek aşaması. Isoflavonlar macun Hao veya-tozu-Hao Iso birinden kombine FFAs ve nötr lipidlerin genel kitle kazanımları kantitatif yakın tutarlı idi. Bununla birlikte, ürünün oranı (yani, nötral lipitler + SYA) farklıydı. Isoflavonlar macun Hao itibaren% 60 elde (ağırlık / ağırlık) SYA ve (ağ / ağ)% 40 nötr lipidler (Tablo 1). Bunun aksine, izo- toz Hao Tablo 1 'de ayrıntılı olarak açıklandığı gibi nötral lipid (ortalama = 54% nötral lipitler +% 46 SYA) zenginleştirilmiş kanıtladı.

H 2 SO 4 ve metanol ile FFAs esterifikasyonu daha sonra daha büyük,% 90 verimle (Şekil 3), siyah yağlı sıvı yakın koyu yeşil (yani FAMEler, biyodizel) yağlı asit metil esterleri üretti. Montmorillonit K10 29 üzerinde ısıtma ile renk giderme (MK10) Toprak daha sonra, diğer ticari bi görünüm olarak benzeyen bir sarı / turuncu bir ürün verdi,odiesel yakıtlar (Malzeme listesi bakınız) (Şekil 3). Rengi giderilir Isochrysis biyodizel yakıt FAME analizi sonuçları Tablo 2'de gösterilmiştir.

Şekil 3,
Şekil Isochrysis 3. karşılaştırması ve soya biyodizel yakıtları. Yeşil Isochrysis biyodizel (orta) ekstre edilmiş ve saflaştırılmış serbest yağ asitlerinin esterleştirilmesi ile elde edilir. Renk giderimi ticari biyodizel (solda) benzer özelliklere sahip bir ürün (sağda) üretir. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.

FAME A iso -Yapıştır iso-tozu
14:00 16.4 19.4
14:01 - 0.3
15:00 iz 0.3
16:00 10.1 8.8
16: 1 Δ9 7.6 5.5
16:02 ND 0.3
16:03 ND 0.5
18:00 iz 0.2
18: 1 B 12.1 14.3
18:02 8.1 7.1
18: 3 8.5 13.5
18:04 19.8 10.4
18:05 ND 3
20:05 ND -
22:05 ND 2
22:06 6.9 11
Σ D 89.8 96.2
1 Δ9 + 18:.:. 1 Δ11 C Kombine Δ6,9,12 ve Δ9,12,15 izomerleri D kalan malzeme kabaca 50 Notlar: A Yağ asidi isimlendirme #carbons ise:. # Sis -Double bağlar 18 Kombine B'ye : 50 diğer kareleri ve non-FAME bileşenleri (Toplam ~% 95 FAME). ND tespit edilmedi =.

Ticari Iso -past ve Iso Isochrysis biyokütleden-tozu üretilen biyodizel Tablo 2. FAME bileşimi.

Nötr lipidler / Iso -Yapıştır Hao dan w% 54 ağırlık% 40 yeşilimsi bir katı karışım olarak elde edilmiştir (avg.) Isoflavonlar toz Hao (Tablo 1). kullanılarak silis üzerinden çözülmüş nötral lipidlerin filtreDCM, çözücünün çıkarılmasından sonra verdi heksan ile yeniden kristalize edilebilir kırmızımsı bir katı / turuncu beyaz bir katı olarak analitik olarak saf alkenones elde edildi. Bu prosedür,% 16 ile sonuçlanmıştır (a / a) İzo-tozu Ho (Tablo 1) izole Isoflavonlar macun Hao gelen alkenones verim ve% 25 ürün elde edilmiştir.

Discussion

Isochrysis birincil kabuklu besleme bileşeni, ve biyo-yakıt üretimi için gerekli olan ölçek nedenle temsilcisi olarak hasat endüstriyel çiftlik alg türlerinin, sadece belirli bir sayıda biridir. kullanılan yosun ve bu çalışmada kullanılan standart yöntemler, kullanılabilirliği protokolü ileri tetkikler için diğer gruplara yaygın olarak erişilebilir takdim olun. Kritik adımlar hava-kurutma (33 liyofilize aksine) alg çözücü çekimi, sabunlaştırma ve esterleştirme dahildir. Bu operasyonlar aracılığıyla bir 30 mevcut olan çeşitli Isochrysis gelen lipidler ve diğer birlikte-verimlerini inceleyebilirsiniz. Gerilme ve üretim yöntemleri, 31 farklı bir sonucu olarak, farklı olabilir ve aynı zamanda, ürünün doğasına ve herhangi bir ek işlem ile ilgili tarafından kullanılan (örneğin, kurutma ya da dondurma) ile etkilenebilir tahmin edilmektedir. Burada gösterdiği gibi, protokol geliştirmekEd başarılı bir şekilde kuru öğütülmüş toz, ıslak hamur arasında değişen Isochrysis ürünlerin farklı uygulanabilir. biyodizel verimleri toz biyokütleden Ancak düşük alg yağı düşük miktarda gelir, (% 7, kuru biyokütle vs% 12 w / w / kurutuldu macunundan a) (lH-AO) özü çıkarıldı. Bu bir Soxhlet cihazında başka bir alternatif çıkarma protokolü 32 kuru toz Isochrysis ürünler için daha uygun olabileceğini düşündürmektedir. Bu çalışmada kullanılan Isochrysis toz deneysel olarak kurutulmuş Isochrysis hamur elde ne benzer olan 23-25% lipitleri içeren olarak bildirilir. 33,34,26

Başlangıç ​​kuru biyokütle farklı renklerde olmasına rağmen, Isoflavonlar macun-Hao ve Iso-tozu-Hao esasen farksız, hem yaklaşık 50 ° C erime noktaları ile siyah katı yakınında / koyu yeşil idi. İlginç bir şekilde, doğal dudak FFAs oranıİki hekzan özleri içinde kimlikleri farklı oldu. Nötr lipidler sabunlaştınlması ve ayrılmasından sonra,% 60 oranında elde Iso -Yapıştır Hao gelen SYA'lerine ve (ağ / ağ)% 40 nötr lipidler (a / a). Isoflavonlar toz Hao ortalama% 46 (a / a) SYA'lerine ve% 54 (a / a) nötr lipidler üretti. Sonuçlar başlangıç ​​ya toz haline getirilmiş biyokütle toz Isochrysis bölgesinin Soxhlet ekstraksiyonu nötr lipidler için biraz seçicidir Isochrysis macun daha fazla veya çok FA türevleri göre nötral lipidlerin yüksek miktarlarını ihtiva olabileceğini düşündürmektedir.

Iki ticari Isochrysis elde edilen ürünlerin verimi, farklı biyokütlelerin, ama aynı zamanda elde edilen biyodizel yağlı asit profilleri sadece. Bir biyodizel yakıt özelliklerinin ticari olmak doğa ve bireysel FAME içeriğine. 35 doğrudan bağlıdır olarak bu tüm biyodizel belgeleri ASTM açıklanan standartlara uygun olmalıdır, önemli olanD6751 veya sırasıyla ABD veya Avrupa'da EN 14214. Özellikler setan sayısı ve oksidatif stabilite için kayganlık ve kinematik viskozite aralıkları ve asgari değerleri içerir. Diğer önemli tavsiyeler bulut noktası (CP) veya soğuk filtre tıkanma noktası (CFPP) şeklinde soğuk akış özellikleri ile ilgilidir. Biz daha önce Isoflavonlar hamur hazırlanan biyodizel kapsamlı yakıt testi sonuçlarını bildirmişlerdir. 36 Bu çalışmada Iso-tozu üretilen biyodizel FAME profili, biz benzer olduğu belli yakıt özelliklerini tahmin edebilirsiniz önce test benzer olduğundan Her iki biyodizel yakıtlar için. Örneğin, hem FAME karışımları yaklaşık% 40 (% 35.2 ve% 39.9, Tablo 2), poli-doymamış yağ asitleri (PuFAMEs, ikiden fazla çift bağ) oluşturur. Bu sonuç, zayıf oksidatif stabilite ve olumlu bir soğuk akış neden olur. 35, iki biodie FAME profillerinde küçük farklar Ancak varsel yakıtlar. 0 (19.4 mg / g genel 16.4 mg / g), 18: toz Isochrysis elde edilen biyodizel 14 daha yüksek miktarda içeren 3 (13.5 mg / g genel 8.5 mg / g) ve 22: 6 (11.0 mg / g vs 6.9 mg / g) fAMES henüz 18 düşük miktarlarda: 4 (10.4 mg / g vs 19.8 mg / g). ASTM standartlarına içerdiği çeşitli yakıt özelliklerine bu farklılıkların etki derecesi araştırılması devam etmektedir.

Hem ticari Isochrysis alglerden elde edilen başlangıç ​​biyodizel klorofil varlığı ile açıklanabilir renkli Benzer koyu yeşil idi. 36 klorofil ve türevleri, bitkisel yağlar ve bunların karşılık gelen biyodizel yakıt stabilitesi üzerinde olumsuz bir etkiye sahip olduğu rapor edilmiştir. 1 saat dramatik olarak ortaya çıkmıştır 36,29 biyodizel üretimi ile bağlantılı olarak Greenseed kanola yağı renk giderici için Issariyakul ve dalai yöntemine göre, 29, 60 ° C 'de MK10 (ağ / ağ)% 10 üzerinde bizim yeşil biyodizel karıştırıldıktangörsel inceleme ile pigment içeriğindeki azalma (ref. Şekil 2). renk giderimi sürecinden kitle kazanımları ortalama% 90 idi.

Isoflavonlar macun-Hao ve Isoflavonlar toz Hao nötral lipidlerin saflaştırılmış alkenones getirileri sırasıyla w / (Tablo 1) w% 40 ve% 46 karşılaştırılabilir. Nötr lipidler Isoflavonlar toz Hao bulunan malzemenin yüksek oranda temsil ettiğinden (w / vs% 40 ağırlık% 54 a / a), Isoflavonlar toz Hao gelen alkenone verim Isoflavonlar macun-Hao alkenone verim aşıyor yaklaşık% 10 (ağ / ağ / ağ 16 genel ağırlık olarak% 25%) ile yapılmaktadır. Ancak, Isoflavonlar toz Hao kendisi verimleri Isoflavonlar macun-Hao (% 15 vs 20 w / w%), daha benzer (0.2 x 0.4 x, kuru Isochrysis Biyokütlelerden hem alkenones genel verimi daha düşük olduğunu düşünüyor 0.4 =% 3.2) / kurutulmuş Isochrysis macunundan w Isochrysis toz 0.15 x 0.54 x 0.46 =% 3.7 w.

Acknowledgements

Bu çalışma, Ulusal Bilim Vakfı (CHE-1151492) tarafından desteklenmiştir, Kuzeybatı Gelişmiş Yenilenebilir Alliance (J. Wilson-Peltier için bursu) ve WHOI arkadaşlarından gelen özel bir bağış yoluyla. Biz mükemmel teknik yardım için Kevin R. Steidley ve Kim Ascherl (USDA / ARS / NCAUR) teşekkür ederim.

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