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    氯仿在小球藻酯化液中萃取條件的優(yōu)化

    2015-06-20 03:57:02金洪波畢生雷尹永磊喬建援杜風(fēng)光
    安徽農(nóng)業(yè)科學(xué) 2015年11期
    關(guān)鍵詞:異養(yǎng)小球藻酯化

    金洪波,魯 龍,畢生雷,尹永磊,喬建援,劉 鉞,杜風(fēng)光

    (河南天冠企業(yè)集團(tuán)有限公司,河南南陽 473000)

    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[9]。但是,使用正已烷并不能將油脂完全萃取出來。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),購于天津科密歐公司;JOYN-SXT-04脂肪測(cè)定儀購于上海喬躍公司;G12高速離心機(jī)購于長(zhǎng)沙英泰儀器公司;旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀購于瑞士BUCHI公司;電子天平購于梅特勒公司;玻璃量筒購于四川蜀牛;分液漏斗購于四川蜀牛。

    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)-30×105Pa、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)。

    表1 正交試驗(yàn)因素水平

    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。

    表2 正交試驗(yàn)結(jié)果

    表3 方差分析表

    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。

    [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.

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