詳細な方法は、市販のイソクリシス微細藻類からの貴重な副産物としてアルケノンの同時分離と一緒にバイオディーゼルの生産のために提示されています。
再生可能な、より環境的に持続可能な供給源からの選択肢で石油燃料を交換する必要性がますます重要です。バイオマス由来のバイオ燃料は、この点でかなりの注目を集めている、トウモロコシのエタノールやダイズバイオディーゼルなどの食用作物からしかし、第一世代バイオ燃料は、一般的に好意から下落しています。国内の優れた非食用源から液体燃料を製造するための方法の開発に大きな関心が存在します。ここでは、海洋微細藻類のイソクリシスから精製したバイオディーゼルの生産のための詳細な手順を説明します。また、多価不飽和長鎖アルケノンとして知られている脂質のユニークなスイートは、バイオディーゼル生産のコストを相殺するために潜在的に価値のある副産物として並列に単離されます。 イソクリシスのマルチキログラム量は2市販の供給源、最初の処理に先立って乾燥させる湿潤ペースト(80%水)として1、およびOTから購入されています彼女の乾燥粉砕した粉末(乾燥95%)。脂質は、伝統的な脂肪( すなわち、トリグリセリド、w / wで46-60%)およびアルケノン(16-25重量/重量%)の両方を含む藻類油(「ヘキサン藻類油」)を生成するソックスレー装置においてヘキサンで抽出します。藻類油中のトリグリセリドの鹸化は、アルケノン含有中性脂質から得られた遊離脂肪酸(FFA)の分離を可能にします。 FFAは、その後アルケノンを単離し、結晶化による中性脂質から精製され、一方、酸触媒エステル化によって( すなわち 、脂肪酸メチルエステル、脂肪酸メチルエステル)をバイオディーゼルに変換されます。我々は、高い多価不飽和脂肪酸含量(w / wの約40%)によって特徴付けられる、両方の商業イソクリシスのバイオマスからバイオディーゼルは、類似するが同一でないFAMEプロフィールを有することを示しています。ヘキサン藻類大井の低い量にさかのぼることができイソクリシス湿潤ペースト(w / wの対12%7%w / w)の、から起動する場合には、バイオディーゼルの収率は一貫して高かったです粉末イソクリシス製品から得られるリットル。
最近、特に、バイオディーゼル1および他のバイオマス由来の油のような液体燃料の生産のために、藻類からバイオ燃料への関心の偉大な復活がありました。2案の利点は、燃料論争3と伝えられる高い生産性対特定の食品の回避を含みます従来の農作物よりもおよびCO 2緩和機能を提供します。これは、次の4ほぼ20年米国部のエネルギーの水生生物種プログラム(ASP)は、藻類からの輸送燃料を調査する目的で1978年に開始しました。シーハンさんのレポートで概説したように、5プログラムは、投影されたコストは、その時点(バレルあたり$ 18.46(159 L))で原油と競合しなかった主な理由は、1996年に終了しました。石油のコストは、藻類バイオ燃料研究にルネサンスに接続されている(2014年にバレル当たり$ 87.39)6、いくつかの時間それ以来、劇的に増加したがaveが、それにもかかわらず、藻類バイオ燃料はコストがかかりすぎることを証明します。バイオ燃料生産コストを相殺するための7つとしての戦略を、付加価値の副産物の概念はのための重要な理由の一つとして、両方の批評家7,8と支持者9,10と機能の間で浮上していると主張しました米国エネルギー省(DOE)「国家藻類バイオ燃料技術ロードマップ」の藻類バイオ燃料を追求。11
ここでは、商業イソクリシスの微細藻類からの二つの別々の燃料流の共同制作のための方法を説明します。我々は、それがすでに工業的に生産されるので、部分的にはイソクリシスに焦点を当てた養殖のために採取し、そしてまたイソクリシスは、従来の脂質( すなわち、脂肪酸)に加えて、独特のクラスを生合成藻類のわずか数種の一つであるためいます多価不飽和長鎖アルケノンとして知られている化合物は、12アルケノンの構造は非常にLによって特徴付けられますオング炭化水素鎖(36-40炭素原子)、二つの非メチレン〜4は、 トランス -二重結合を遮断し、メチルまたはエチルケトン( 図1)。アルケノン不飽和は、二不飽和C37メチルアルケノン(いわゆる"不飽和指数」)の割合は、過去の海面温度の代用として使用することができること13,14、例えば、藻類成長温度に敏感である15 – 20アルケノンされます細胞質脂質体中に存在するとトリグリセリド(タグ)をより豊富であることができると思った。窒素やリンの制限の下で21,22、最大定常期における細胞炭素の10から20パーセントにアルケノンとして蓄積されている。23,24から進化の観点から、そのトランス -二重結合の幾何学的形状は、エネルギー貯蔵のより安定した形を提供するため、アルケノン、タグよりも好まれている場合があります。21
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図ポリ不飽和長鎖アルケノンの1構造共通アルケノンメチル37:長い炭化水素鎖長例示イソクリシスから単離した3(35 – 40個の炭素)を、 トランス非メチレン中断二重結合を、メチルまたはエチルケトンで終端します。 #炭素数を指す:命名法は、#は脂肪酸に似ている。二重結合の数をこの図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。
私たちは、アルケノンは、工業栽培の歴史を持つ一般的な藻類から有望な再生可能な炭素原料を表していると主張している。25バイオディーゼルはイソクリシスの総脂質抽出物から直接製造は、アルケノンと汚染のかなりの量(w / wの10から15パーセント)によるが含まれていますこれらの高融点化合物は、乏しい低温流動燃料特性をもたらします。しかし、トンを使用して、彼はここで説明けん化/抽出技術、アルケノンを除去し、二次生成物の流れを生成しながら、バイオディーゼルの品質を向上させることにより回収することができます。最近では2ブテン(butenolysis)との交差メタセシスによる液体燃料へのアルケノンの変換を実証した。26 butenolysis反応は、商業ルテニウムメタセシス重合開始剤を用いた低温で急速に発生し、きれいにジェット燃料の予測可能な混合物を提供します範囲の炭化水素です。この反応は、商業的に実行可能なイソクリシスのバイオ燃料生産のための「バイオリファイナリー」アプローチ27に向かって最初のステップを示す、脂肪酸からバイオディーゼル合成と並行して行われます。
イソクリシスは、プライマリ貝類飼料の成分、及びバイオ燃料生産のために必要な規模の、したがって代表として収穫工業的に養殖藻類種の唯一の選択された数の一つです。本研究で用いた藻類を利用し、標準的な方法の可用性は、プロトコルはさらなる調査のための他のグループにも広くアクセス可能に提示してください。重要なステップは、空気乾燥藻(33を凍結乾燥するとは対照的に)、溶剤抽出、鹸化、およびエステル化が含まれます。これらの事業活動を通じ1が利用可能な様々なイソクリシス 30から脂質および他の副産物の収率を調べることができます。なお、これらは、株や栽培方法、31の異なる結果と異なる場合があり、また、製品の性質および任意の追加の処理業者が利用する( 例えば 、乾燥または凍結)によって影響を受ける可能性があることが予想されます。我々はここで実証したように、プロトコルを開発しますEDは正常湿潤ペーストの乾燥粉砕した粉末の範囲、 イソクリシス製品の異なるタイプに適用することができます。バイオディーゼルの収率は、藻類油の低い量(H-AO)に対応した粉末状のバイオマス(12%w / wの乾燥ペーストから7%w / wの乾燥バイオマスの対)、からしかし低い抽出しました。これはソックスレー装置以外の代替抽出プロトコル32は、乾燥粉末イソクリシス製品のためのより適していることを示唆している場合があります。本研究で用いたイソクリシス粉末は、我々が実験的に乾燥したイソクリシスペーストから得られたものと類似の23から25パーセントの脂質を含むとして宣伝されている。33,34,26
出発乾燥バイオマスの異なる色にもかかわらず、 イソペースト-HAOおよびISO -powder-HAOは、約50℃の融点を持つ黒い固形物に近い/ダークグリーンの両方、本質的に区別できませんでした。興味深いことに、中立唇へのFFAの比率2ヘキサン抽出物内のIDが異なっていました。ケンと中性脂質を分離した後、我々は、ISO -paste-HAOから60%(w / w)のFFAを40%(w / w)の中性脂質を得ました。 イソ粉末HAOは平均46%(重量/重量)のFFA及び54%(w / w)の中性脂質の生成しました。結果は、出発粉末バイオマスがイソクリシスペーストよりもFA誘導体に比べて中性脂質の高い量を含んでいる、または粉末イソクリシスのソックスレー抽出は、中性脂質のために幾分選択的であることをいずれでもよいことを示唆しています。
異なる2つの市販イソクリシスのバイオマスから得られた生成物の収率が、また、得られたバイオディーゼルの脂肪酸プロフィールであっただけではなく。バイオディーゼルの燃料特性は、個々のFAMEの性質や内容に直接依存しているように、これは、重要である。35実用化するには、すべてのバイオディーゼルは、文書のASTMに記載の基準に準拠している必要がありD6751または米国やヨーロッパではEN 14214それぞれ。仕様は、セタン価と酸化安定性のための潤滑性および動粘度のための範囲、および最小値を含みます。その他の重要な勧告は、曇り点(CP)またはコールドフィルター目詰まり点(CFPP)の形で低温流動性に関連しています。我々は以前イソペーストから調製されたバイオディーゼルの総合的な燃料試験の結果を報告している。36本研究で磯の -powderから製造したバイオディーゼルのFAMEプロファイルは、以前に試験されたものと同様であるので、我々は似ているように、特定の燃料特性を予測することができます両方のバイオディーゼル燃料について。例えば、両方のFAME混合物の約40%(35.2%および39.9% を表2)のための多価不飽和脂肪酸(PuFAMEs、二つ以上の二重結合)アカウント。これは、貧しい酸化安定性と良好な低温流動になります。2 biodieのFAMEプロファイルのわずかな違いは、しかし、35がありますSEL燃料。 0(19.4ミリグラム/グラム対16.4ミリグラム/グラム)、18:3(13.5ミリグラム/グラム対8.5ミリグラム/グラム)、および22:6(11.0ミリグラム/粉末イソクリシスから製造されたバイオディーゼルは14のより多くの量を含んでいましたグラム対6.9ミリグラム/グラム)のFAME、まだ18の低い量:4(10.4ミリグラム/グラム対19.8ミリグラム/グラム)。 ASTM規格に含まれる様々な燃料特性上、これらの違いの影響範囲については、今後検討を要します。
両方の商業イソクリシス藻類から得られた初期のバイオディーゼルは、クロロフィルの存在によって説明することができる色が同様に暗緑色であった。36クロロフィルおよびその誘導体は、植物油およびそれらの対応するバイオディーゼル燃料の安定性に負の効果を有することが報告されています。 36,29バイオディーゼル生産に関連してgreenseedキャノーラ油を脱色するためのIssariyakulとダライの方法に基づいて、1時間60℃で10%(w / w)のMK10を超える当社のグリーンバイオディーゼル燃料を攪拌29が劇的になりました目視で顔料含有量の減少(文献 図2)。脱色プロセスからの質量回収率は平均90%でした。
イソペーストハオとイソ粉末-HAO中性脂質から精製されたアルケノンの収率は( 表1)40%で同等であったと46%w / wのそれぞれ。中性脂質は、 イソ粉末-HAO(w / wの54%w / wの対40%)に含まれる材料の割合が高く、 イソ粉末-HAOはイソペーストHAOアルケノンの収率を超えてからのアルケノンの収率を表すので、 (w / wで/ワット対16%wの25%)は約10%。しかし、 イソ粉末-HAO自体の収率はイソペースト-HAO(15%対20%w / w)でより低かったことを考慮すると、両方のドライイソクリシスバイオマスからのアルケノンの全収率は、x 0.2×0.4(もっと似ています0.4 = 3.2%w / wの乾燥イソクリシスペーストからであり、x 0.54のx 0.46 0.15 = 3.7% イソクリシス粉末から)。
The authors have nothing to disclose.
この作品は、国立科学財団(CHE-1151492)によってサポートされていました、北西高度な再生可能エネルギー同盟(J.ウィルソン-ペルチェへフェローシップ)、およびWHOIの友人から民間の寄付を通じ。私たちは、優れた技術支援のためのケビンR. SteidleyとキムAscherl(USDA / ARS / NCAUR)をお願いいたします。
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). |