氯仿在小球藻酯化液中萃取條件的優(yōu)化

金洪波　魯龍　畢生雷　尹永磊　喬建援　劉鉞　杜風(fēng)光

摘要 [目的]優(yōu)化氯仿在小球藻酯化液中的萃取條件。[方法]使用氯仿作為萃取劑，從小球藻酯化液中提取生物柴油，選取萃取溫度、萃取劑添加量、萃取時(shí)間3因素，進(jìn)行正交試驗(yàn)。[結(jié)果]最佳萃取條件為溫度80 ℃，萃取劑添加量2 ml/g，萃取時(shí)間30 min。各因素影響萃取結(jié)果的順序?yàn)椋狠腿囟?萃取時(shí)間>萃取劑添加量。[結(jié)論]該研究為藻類制備生活柴油中萃取劑的選擇提供了理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞 氯仿；萃取；小球藻

中圖分類號(hào) S188 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A 文章編號(hào) 0517-6611（2015）11-246-01

小球藻的培養(yǎng)方法包括異養(yǎng)、自養(yǎng)、混養(yǎng)3種。小球藻在異養(yǎng)時(shí)使用常規(guī)發(fā)酵罐進(jìn)行培養(yǎng)[1]，與自養(yǎng)相比具有能夠與其他生化生產(chǎn)設(shè)備通用、空間利用效率高、生產(chǎn)效率高等的特點(diǎn)，受到業(yè)內(nèi)人士的廣泛關(guān)注。在異養(yǎng)條件下，小球藻利用葡萄糖、木薯粉等碳源以及酵母粉、蛋白胨等氮源[2]進(jìn)行培養(yǎng)，由于營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)豐富，容易受到環(huán)境中桿菌、霉菌、酵母菌的污染[3]。河南天冠企業(yè)集團(tuán)有限公司通過添加500 mg/L的安菌素等抑菌劑，成功克服了染菌的問題，使受到污染的小球藻發(fā)酵能夠繼續(xù)下去，且最終發(fā)酵結(jié)果相差不大[4]；并利用半連續(xù)發(fā)酵工藝將發(fā)酵速率升至10.37 g/（L·d），最終干重高達(dá)140.5 g/L[5]。據(jù)報(bào)道，固定化技術(shù)的使用也使小球藻的培養(yǎng)水平有一定的提高[6]。

使用藻類制備生物柴油，由于其環(huán)保、可再生等特點(diǎn)，成為目前研究的熱點(diǎn)。藻類制備生物柴油主要是使用乙醇等短鏈醇，在加熱、催化的條件下，與藻細(xì)胞內(nèi)油脂發(fā)生酯化反應(yīng)合成生物柴油[7]。目前，使用發(fā)酵液、藻泥、藻粉制備生物柴油[8]。研究表明，使用正已烷等有機(jī)物質(zhì)均可以將生物柴油從酯化液中提取出來(lái)[9]。但是，使用正已烷并不能將油脂完全萃取出來(lái)。因此，筆者使用氯仿作為萃取劑，研究其對(duì)生物柴油的萃取效果。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器536.3 g/L小球藻酯化液由天冠集團(tuán)車用生物燃料技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室發(fā)酵法提供；氯仿為分析級(jí)，購(gòu)于天津科密歐公司；JOYNSXT04脂肪測(cè)定儀購(gòu)于上海喬躍公司；G12高速離心機(jī)購(gòu)于長(zhǎng)沙英泰儀器公司；旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀購(gòu)于瑞士BUCHI公司； 電子天平購(gòu)于梅特勒公司；玻璃量筒購(gòu)于四川蜀牛；分液漏斗購(gòu)于四川蜀牛。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 萃取。每次取100 ml酯化液，先離心棄上清液，固體部分按比例加入氯仿混勻。萃取后離心，反復(fù)3次，取上清液部分進(jìn)行蒸餾。

1.2.2 蒸餾。將萃取的油相裝入旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀中，在壓強(qiáng)-30×105 Pa、溫度60 ℃條件下進(jìn)行蒸餾；蒸餾結(jié)束后稱量生物柴油重量。

1.2.3 數(shù)據(jù)處理。采用SPASS13.0進(jìn)行試驗(yàn)設(shè)計(jì)及數(shù)據(jù)處理。

2 結(jié)果與分析

選取萃取溫度（40、60、80 ℃）、萃取時(shí)間（30、60、90 min）、萃取劑添加量（2、3、4 ml/g）進(jìn)行3因素3水平正交試驗(yàn)（表1）。

由表2和3可知，萃取溫度試驗(yàn)極差和F值最大，可以認(rèn)為萃取溫度是影響氯仿萃取效果的主要因素；其次是萃取時(shí)間的極差和F值，可以認(rèn)為萃取時(shí)間對(duì)于萃取效果影響也比較大；萃取劑添加量極差和F值最小，所以萃取劑用量不是影響萃取效果的主要因素。由表2可知，溫度80 ℃、萃取劑添加量2 ml/g、萃取時(shí)間30 min時(shí)萃取效果最好。

由表2中K值可以看出，溫度升至80 ℃時(shí)，萃取效果更好一些，可以根據(jù)萃取劑揮發(fā)程度來(lái)適當(dāng)提高萃取溫度；萃取劑添加量為3 ml/g時(shí)效果最好；隨著萃取時(shí)間的延長(zhǎng)，而萃取效果反而下降。

3 結(jié)論

用氯仿萃取小球藻生物柴油試驗(yàn)的3因素中，萃取溫度是影響萃取效果的主要因素，溫度為80 ℃時(shí)效果最好，是否進(jìn)一步提高溫度可根據(jù)萃取劑揮發(fā)情況和萃取得油的情況來(lái)進(jìn)一步確定；隨萃取時(shí)間的延長(zhǎng)，萃取效果反而下降，這可以提高工作效率；萃取劑添加量以3 ml/g為宜，氯仿的使用量并不是越高萃取效果越好，這可以降低損耗和成本。

參考文獻(xiàn)

[1]畢生雷，喬建援，劉鉞，等.異養(yǎng)小球藻用發(fā)酵罐的使用與維護(hù)[J].化學(xué)工程與裝備，2014（7）：25.

[2] 鄭世文，趙玉峰，畢生雷.不同型號(hào)酵母浸粉及補(bǔ)糖對(duì)異養(yǎng)微藻生長(zhǎng)的影響[J].現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技，2014（8）：178-179.

[3] 金洪波，畢生雷，喬建援，等.異養(yǎng)小球藻發(fā)酵染菌問題的探析 （英文）[J].Agricultural Science & Technology，2014（12）：12.

[4] 畢生雷，張成明，金洪波，等.抑菌劑在異養(yǎng)小球藻發(fā)酵過程中的應(yīng)用[J/OL].食品與發(fā)酵工業(yè)，http：//www.cnki.net/kcms/detail/11.1802.TS.20150122.1431014.html.

[5] 畢生雷，張成明，李十中，等.異養(yǎng)小球藻半連續(xù)發(fā)酵生產(chǎn)油脂工藝探討[J].食品與發(fā)酵科技，2014，50（5）：36-40.

[6] 畢生雷，張成明，李十中，等.固定化技術(shù)在生物能源及環(huán)境工程領(lǐng)域的研究和應(yīng)用進(jìn)展[J].釀酒科技，2015（1）：102-105.

[7] 畢生雷，張成明，李十中，等.乙醇在微藻產(chǎn)業(yè)中的應(yīng)用[J].釀酒科技，2015（1）：73-76.

[8] 河南天冠企業(yè)集團(tuán)有限公司.一種一步法制生物柴油的方法：中國(guó)，CN201410093691.4[P].2014-07-09.

[9] 金洪波，畢生雷，尹永磊，等.用正己烷萃取小球藻油條件的優(yōu)化[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2015（5）：206-207.

責(zé)任編輯 楊瑩瑩 責(zé)任校對(duì) 李巖