用正己烷萃取小球藻油條件的優(yōu)化

金洪波等

摘要

[目的] 優(yōu)化正己烷萃取小球藻油的試驗(yàn)條件。[方法] 采用正已烷萃取小球藻油脂，進(jìn)行三因素三水平正交試驗(yàn)考察最佳提取條件。 [結(jié)果] 萃取溫度對(duì)萃取結(jié)果影響最大，最佳萃取溫度以60 ℃為宜，萃取劑/藻干重以4 ml/g為宜，而最佳萃取時(shí)間為60 min。[結(jié)論] 該研究可為小球藻油的生物柴油方向利用提供基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞小球藻；萃??；正己烷

中圖分類號(hào)S181.3文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A文章編號(hào)0517-6611（2015）05-206-02

基金項(xiàng)目“十二五”農(nóng)村領(lǐng)域國(guó)家科技計(jì)劃課題（2011BAD14B05）。

作者簡(jiǎn)介金洪波（1975- ），男，河南南陽(yáng)人，工程師，從事生物質(zhì)能源研究。

收稿日期2014-12-29

生物柴油是一種優(yōu)質(zhì)清潔柴油，可以從各種生物質(zhì)中提煉，可以說(shuō)是取之不盡、用之不竭的能源。生物柴油更以其環(huán)保、安全、可降解、可再生以及優(yōu)良的燃燒性能等優(yōu)點(diǎn)，在資源日益枯竭的今天，在能源領(lǐng)域擁有重要的地位和廣闊的發(fā)展前景，有望取代石油成為替代燃料。在2014年APEC會(huì)議期間，中美簽署了關(guān)于氣候和環(huán)境保護(hù)的合作協(xié)議，許多專家都預(yù)計(jì)我國(guó)會(huì)陸續(xù)出臺(tái)支持生物質(zhì)能源的具體政策，以及加大對(duì)違反環(huán)保法規(guī)的處罰力度。

小球藻發(fā)酵生產(chǎn)生物柴油，是柴油生產(chǎn)的一條比較具有優(yōu)勢(shì)的技術(shù)途徑，河南天冠集團(tuán)技術(shù)中心使用發(fā)酵法生產(chǎn)異養(yǎng)小球藻[1-3]，胞內(nèi)油脂質(zhì)含量在50%左右，且質(zhì)量較好；制備出來(lái)的生物柴油含硫量低，同時(shí)該中心實(shí)驗(yàn)室在后提取工序上也不使用硫酸，避免硫的增加，提取出來(lái)的生物柴油使用后二氧化硫和硫化物的排放大大減少；具有良好的生物降解性，在環(huán)境中容易被微生物分解利用。發(fā)酵法生產(chǎn)生物柴油具有非常好的可再生性，也更符合國(guó)家的“不能與糧爭(zhēng)地”，“不能與人爭(zhēng)糧”，“不能與人爭(zhēng)油”，“不能污染環(huán)境”的“四不”的關(guān)于生物柴油的國(guó)家政策。因此小球藻發(fā)酵法生產(chǎn)生物柴油具有廣闊的發(fā)展前景。

發(fā)酵法生產(chǎn)的小球藻發(fā)酵液，在后處理提油工序中，萃取是關(guān)鍵的一步，在很大程度上影響著油質(zhì)的得率。在萃取過(guò)程中，溫度低不利于油質(zhì)溶于萃取劑中，但溫度太高又會(huì)增大萃取劑的揮發(fā)性；萃取劑用量少會(huì)造成油提取不充分，但用量太多又會(huì)造成損耗太多。因此，該試驗(yàn)以正己烷為萃取劑，從萃取溫度、萃取劑與干物質(zhì)比值，萃取時(shí)間長(zhǎng)短三因素，以及每個(gè)因素選取的3個(gè)水平的正交試驗(yàn)來(lái)確定正己烷在小球藻酯化液中萃取的最佳條件。

1材料與方法

1.1試驗(yàn)材料

小球藻細(xì)胞破碎液為河南天冠集團(tuán)技術(shù)中心50 L罐小球藻發(fā)酵液經(jīng)高壓均質(zhì)機(jī)在100 MPa條件下破碎3次后所得，細(xì)胞破碎率為85%；

正己烷為分析級(jí)正己烷液體。

脂肪測(cè)定儀為上海喬躍電子有限公司JOYN-SXT-04型號(hào)脂肪測(cè)定儀；

高速離心機(jī)為長(zhǎng)沙英泰儀器有限公司 G12臺(tái)式大容量冷凍離心機(jī)；

旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀為BUCHI R-200 Rotavapor。

其他材料：0.001級(jí)電子稱一臺(tái)，100 ml量筒1支，250 ml量筒1支，500 ml量筒1支，500 ml分液漏斗3支。

1.2試驗(yàn)方法

1.2.1萃取。每次取100 ml小球藻細(xì)胞破碎液按以下根據(jù)因素水平表設(shè)定的正交試驗(yàn)表來(lái)進(jìn)行試驗(yàn)，所取小球藻細(xì)胞破碎液的干物質(zhì)含量為53.63 g/L。

1.2.2離心。按正交試驗(yàn)表所做的9次試驗(yàn)，每次萃取后的混合液用高速離心機(jī)6 000 r/min離心10 min。離心2次。

1.2.3靜置分層。離心2次的上層混合液倒入500 ml分液漏斗中靜置15 min分層。

1.2.4蒸餾。將靜置分層后的油相用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀蒸餾出小球藻油和回收正己烷。旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀蒸餾時(shí)溫度為85 ℃，壓力為-30×10-4 MPa。

2結(jié)果與分析

使用SPSS18.0對(duì)溫度（40 ℃、60 ℃、80 ℃）、萃取劑添加量（2 ml/g、3 ml/g、4 ml/g）、萃取時(shí)間（30 min、60 min、90 min）進(jìn)行3因素3水平正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)（表1）。

由表2可以看出，溫度為60 ℃、萃取劑/藻干重為4 ml/g、萃取時(shí)間60 min時(shí)，萃取后獲得的油脂量最高，達(dá)到4.74 g。說(shuō)明該條件為最佳萃取條件。

由表3可以看出，因素時(shí)間的均方、F值均比較高，說(shuō)明其對(duì)整個(gè)結(jié)果的影響最大。而添加量的均方和F值均比較低，說(shuō)明其對(duì)整個(gè)結(jié)果的影響最小。最終分析得出，數(shù)據(jù)間顯著性分析R2>95%，說(shuō)明結(jié)果差異比較顯著。通過(guò)對(duì)參數(shù)進(jìn)行估計(jì)，結(jié)果表明各參數(shù)均在95%置信區(qū)間內(nèi)，數(shù)據(jù)可靠。

3結(jié)論

研究結(jié)果表明，試驗(yàn)的3因素中，影響最大的溫度因素以60 ℃合適，影響其次的時(shí)間因素以60 min為宜，影響最小的萃取劑與干物質(zhì)比值為4 ml/g最好，其影響最小說(shuō)明萃取劑用量還可以增加。

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責(zé)任編輯黃小燕責(zé)任校對(duì)李巖