用正己烷萃取小球藻油條件的優化

金洪波等

摘要

[目的] 優化正己烷萃取小球藻油的試驗條件。[方法] 采用正已烷萃取小球藻油脂，進行三因素三水平正交試驗考察最佳提取條件。 [結果] 萃取溫度對萃取結果影響最大，最佳萃取溫度以60 ℃為宜，萃取劑/藻干重以4 ml/g為宜，而最佳萃取時間為60 min。[結論] 該研究可為小球藻油的生物柴油方向利用提供基礎。

關鍵詞小球藻；萃取；正己烷

中圖分類號S181.3文獻標識碼A文章編號0517-6611（2015）05-206-02

基金項目“十二五”農村領域國家科技計劃課題（2011BAD14B05）。

作者簡介金洪波（1975- ），男，河南南陽人，工程師，從事生物質能源研究。

收稿日期2014-12-29

生物柴油是一種優質清潔柴油，可以從各種生物質中提煉，可以說是取之不盡、用之不竭的能源。生物柴油更以其環保、安全、可降解、可再生以及優良的燃燒性能等優點，在資源日益枯竭的今天，在能源領域擁有重要的地位和廣闊的發展前景，有望取代石油成為替代燃料。在2014年APEC會議期間，中美簽署了關于氣候和環境保護的合作協議，許多專家都預計我國會陸續出臺支持生物質能源的具體政策，以及加大對違反環保法規的處罰力度。

小球藻發酵生產生物柴油，是柴油生產的一條比較具有優勢的技術途徑，河南天冠集團技術中心使用發酵法生產異養小球藻[1-3]，胞內油脂質含量在50%左右，且質量較好；制備出來的生物柴油含硫量低，同時該中心實驗室在后提取工序上也不使用硫酸，避免硫的增加，提取出來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，在環境中容易被微生物分解利用。發酵法生產生物柴油具有非常好的可再生性，也更符合國家的“不能與糧爭地”，“不能與人爭糧”，“不能與人爭油”，“不能污染環境”的“四不”的關于生物柴油的國家政策。因此小球藻發酵法生產生物柴油具有廣闊的發展前景。

發酵法生產的小球藻發酵液，在后處理提油工序中，萃取是關鍵的一步，在很大程度上影響著油質的得率。在萃取過程中，溫度低不利于油質溶于萃取劑中，但溫度太高又會增大萃取劑的揮發性；萃取劑用量少會造成油提取不充分，但用量太多又會造成損耗太多。因此，該試驗以正己烷為萃取劑，從萃取溫度、萃取劑與干物質比值，萃取時間長短三因素，以及每個因素選取的3個水平的正交試驗來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試驗材料

小球藻細胞破碎液為河南天冠集團技術中心50 L罐小球藻發酵液經高壓均質機在100 MPa條件下破碎3次后所得，細胞破碎率為85%；

正己烷為分析級正己烷液體。

脂肪測定儀為上海喬躍電子有限公司JOYN-SXT-04型號脂肪測定儀；

高速離心機為長沙英泰儀器有限公司 G12臺式大容量冷凍離心機；

旋轉蒸發儀為BUCHI R-200 Rotavapor。

其他材料：0.001級電子稱一臺，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試驗方法

1.2.1萃取。每次取100 ml小球藻細胞破碎液按以下根據因素水平表設定的正交試驗表來進行試驗，所取小球藻細胞破碎液的干物質含量為53.63 g/L。

1.2.2離心。按正交試驗表所做的9次試驗，每次萃取后的混合液用高速離心機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蒸發儀蒸餾出小球藻油和回收正己烷。旋轉蒸發儀蒸餾時溫度為85 ℃，壓力為-30×10-4 MPa。

2結果與分析

使用SPSS18.0對溫度（40 ℃、60 ℃、80 ℃）、萃取劑添加量（2 ml/g、3 ml/g、4 ml/g）、萃取時間（30 min、60 min、90 min）進行3因素3水平正交試驗設計（表1）。

由表2可以看出，溫度為60 ℃、萃取劑/藻干重為4 ml/g、萃取時間60 min時，萃取后獲得的油脂量最高，達到4.74 g。說明該條件為最佳萃取條件。

由表3可以看出，因素時間的均方、F值均比較高，說明其對整個結果的影響最大。而添加量的均方和F值均比較低，說明其對整個結果的影響最小。最終分析得出，數據間顯著性分析R2>95%，說明結果差異比較顯著。通過對參數進行估計，結果表明各參數均在95%置信區間內，數據可靠。

3結論

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

參考文獻

[1] 畢生雷，張成明，李十中，等.異養小球藻半連續發酵生產油脂工藝探討[J].食品與發酵科技，2014（5）：36-40.

[2] 鄭世文，趙玉峰，畢生雷.不同型號酵母浸粉及補糖對異養微藻生長的影響[J].現代農業科技，2014（8）：178-179.

[3] 畢生雷，喬建援，劉鉞，等.異養小球藻用發酵罐的使用與維護[J].化學工程與裝備，2014（7）：64-65.

[4] 景建克，許倩倩，劉碩，等.大規模異養發酵培養小球藻USTB-01研究[J].現代化工，2008，28（12）：67-70.

[5] ZHENG Y，CHI Z，LUCKER B，et al.Two-stage heterotrophic and phototrophic culture strategy for algal biomass and lipid production[J].Bioresource Technology，2012，103（1）：484-488.

[6] CERON-GARCIA M C，MACIAS-SANCHEZ M D，SANCHEZ-MIRON A，et al.A process for biodiesel production involving the heterotrophic fermentation of Chlorella protothecoides with glycerol as the carbon source[J].Applied Energy，2013，103：341-349.

[7] CHEN Y H，WALKER T H.Fed-batch fermentation and supercritical fluid extraction of heterotrophic microalgal Chlorella protothecoides lipids[J].Bioresource Technology，2012，114（1）：512-517.

[8] MUGE ISLETEN-HOSOGLU，IDIL GULTEPE，MURAT ELIBOL.Optimization of carbon and nitrogen sources for biomass and lipid production by Chlorella saccharophila under heterotrophic conditions and development of Nile red fluorescence based method for quantification of its neutral lipid content[J].Biochemical Engineering Journal，2012，61：11-19.

[9] 李興武，李元廣，錢峰慧，等.小球藻異養–光自養串聯培養技術及其放大研究[C]//全國海洋生物技術與海洋藥物學術會議集.大連，2006：2-6.

[10] 畢生雷，杜風光，孫沛勇，等.異養小球藻的半連續發酵方法：中國：CN201310031846.7[P].2013-04-24.

[11] 錢文倩.微生物對異養小球藻生長及代謝產物影響的研究[D].上海：上海交通大學，2008：2-10.

[12] 梁世中，朱明軍，孟海華，等.發酵罐葡萄糖流加大規模異養培養小球藻[J].華南理工大學學報：自然科學版，2000，28（12）：66-70.

責任編輯黃小燕責任校對李巖