离子液体辅助亚临界水从微藻湿藻细胞提取油脂的机理研究

Traditional lipids extraction methods could produce some problems such as high energy consumption of drying microalgae biomass and a large amount of toxic organic solvents etc., which caused high cost of lipids extraction and environment pollution, and has been one of the main bottlenecks constrainting microalgae biodiesel industrialization. This proposal is motivated by previous work to detect the mechanism of ionic liquids assisted subcritical water extraction and its application feasibilty from wet microalgae cells.The influences of ionic liquids types, composition and extraction conditions on microalgae lipid recovery rates will be investigated. the morphes of microalgae cell before and after extraction will be analysized from both macro and micro views. The extraction kinetics will also be studied in order to determine the limited step. It is hoped that this project can provide more information to help understanding of such aqueous extraction assisted by ionic liquids and to promote the setup of the lipid oil extraction technology from wet algal cells cost-effectively.

传统微藻油脂提取技术存在藻细胞干燥能耗高及有机溶剂用量大、毒性大等缺点，导致油脂提取成本过高，并易造成环境污染，已成为制约微藻生物柴油产业化的主要瓶颈之一。本项目在前期工作基础上，拟采用离子液体辅助的亚临界水作为萃取剂，进行直接从微藻湿藻细胞提取油脂过程及控制机理的研究。通过比较不同种类的离子液体、不同的操作条件对于亚临界水从微藻湿藻细胞中油脂提取效果的影响，分别从宏观和微观的角度探讨油脂提取过程中的提取机理，并重点分析离子液体在油脂提取过程中的作用机制，确定提取过程的限速环节，最终建立适合于该体系的油脂提取动力学模型，为离子液体辅助亚临界水从微藻湿藻细胞提取油脂的工艺优化和工业化应用提供科学依据，从而降低利用微藻生产生物柴油的成本，促进微藻生物柴油产业化的发展。

本项目在前期的研究基础上，针对限制微藻生物柴油产业化的瓶颈和和核心问题，以离子液体为辅助提取剂，亚临界水为萃取剂，从微藻湿藻细胞中直接进行油脂提取。主要研究了不同种类离子液体、不同操作参数对于亚临界水从微藻湿藻细胞中油脂提取效果的影响，从宏观和微观的角度探讨油脂提取过程机理，并建立动力学模型。主要结果如下：1、酸性较强、碳链分支越多、具有一定疏水性的离子液体辅助亚临界水从微藻湿藻细胞中提取油脂效果较好。通过比较研究，筛选出三乙基铵硫酸氢盐（[HNEt3][HSO4]）为最佳的辅助提取剂。2、当离子液体浓度为1%、提取温度为110℃，提取时间为40min时，油脂提取率最高，能够达到微藻干重的42.02%，明显高于Bligh-Dyer方法的提取率（占干重的35.32%）。3、离子液体辅助亚临界水提取油脂中甘油三酯（TAG）的含量高于Bligh-Dyer方法，而固醇酯（SE）、甘油二酯（DAG）和甘油单酯（MAG）的含量明显低于Bligh-Dyer方法，这个结果对于油脂制备生物柴油来讲无疑是有利的，生物柴油制备更欢迎的是原油中含有更高含量的TAG。4、用该方法提取得到的油脂中，C16:0、C18:1和C18:2脂肪酸为主要的脂肪酸，而且相对含量明显高于Bligh-Dyer方法得到的油脂，其它多不饱和脂肪酸的含量，前者低于后者，这对于制备高性能生物柴油也是有利的。5、从宏观和微观的角度进行分析，研究结果表明，经过离子液体辅助亚临界水处理后固相和液相的界面处已经出现明显的油脂层，处理后藻细胞已经没有完整的细胞形态，成块状聚集。用抽滤的方法就很容易将固液分开，使得后续分离工序变得容易，从而减少能耗。6、将离子液体辅助亚临界水从微藻湿藻细胞中提取油脂提取率随着提取时间的变化规律采用传统的经典模型进行拟合。结果表明，离子液体辅助亚临界水从微藻湿藻细胞中提取油脂的提取率随着提取时间的变化规律与Polynomial: Third order(Y=A+ B*X+ C*X^2+D*X^3)、Polynomial: Fourth order(Y=A+B*X+ C*X^2+D*X^3+E*X^4)和Gaussian distribution具有较好的拟合性。