بخشی از مقاله
چکیده
یکی از مهمترین مراحل تولید بیودیزل، استخراج لیپید از ریزجلبک هاست. کاهش در هزینه عملیاتی استخراج و افزایش میزان بازده لیپید استخراجی باعث بهینهسازی فرایند تولید بیودیزل میشوند. برای افزایش بازده لیپید استخراجی از ریزجلبک کلرلا ولگاریس، علاوه بر بهینهسازی و اعمال شرایط مطلوب در محیط کشت، می توان از فرایند استخراج با حلال آلی با انجام مرحله آماده سازی ریزجلبک بهره برد. در واقع، با استفاده از حلال پراکسید هیدروژنی مرحله شکست سلولی انجام شده و لیپیدهای موجود در داخل سلول کاملا در معرض حلال آلی قرار میگیرند و بدین طریق درصد لیپید استخراج شده به همراه کلروفیل به بالاترین مقدار خود یعنی 7/65 درصد میرسد.
کلمات کلیدی: ریزجلبک کلرلا ولگاریس، استخراج، لیپید، حلال آلی، بیودیزل، پراکسید هیدروژن.
.1 مقدمه
استفاده از بیوسوختها بعنوان منابع سوختی تجدیدپذیر، از برنامههای اقتصادی بسیاری از کشورهاست. بیودیزل حاصل از فرایند استریفیکاسیون لیپید ریزجلبکها، یک منبع سوختی با ارزش محسوب میشود که در طی سالهای گذشته جهت بهینهسازی مراحل مختلف تولید و تهیه آن تلاشهای فراوانی صورت گرفته است. بدین منظور، روشهای جدید و موثر در فرایند استخراج لیپید و همچنین افزایش میزان تجمع لیپید در داخل سلول ریزجلبکی از اهمیت بسزایی برخوردار است.[1,2] بهینه سازی و بهبود روشهای استخراج برای مقیاس صنعتی، ملزوم استفاده از روشهای ساده و در عین حال کارآمد و همراه با کاهش هزینههای عملیاتی است. روش استخراج با حلال آلی، روشی است که در مقیاس صنعتی قابل تعریف بوده و با تنظیم پارامترهای موثر بر آن میتوان مقادیر لیپید استخراجی را افزایش داد. قابل ذکر است، زمانی یک روش بصورت تجاری و در مقیاس صنعتی قابلیت اجرایی پیدا می کند که دارای توجیه اقتصادی باشد.
بنابراین زمانی می توان از بیودیزل بعنوان یک سوخت رایج و در دسترس استفاده نمود که هزینه تولید آن کاهش یابد. در کشورهایی که فاقد منابع نفت و گاز هستند، منابع سوخت فسیلی دارای قیمت بالا بوده و بیودیزل و سایر بیوسوختها دارای جایگاه مناسب تری نسبت به کشورهای دارای منابع نفتی بوده و روز به روز استفاده از آنها گسترش می یابد.[3,4] در کشور ما با وجود منابع عظیم نفت و گاز، می توان با اعمال روشهای مطلوبتری، امکان تولید بیوسوختها را فراهم نمود و بدین طریق هم از تبعات آلودگی زیست محیطی سوخت های فسیلی در امان مانده و هم در حفظ و پاسداری از منابع موجود برای آیندگان گامی موثر برداشت.[4] در تحقیق حاضر سعی شده است حذف مرحله شکست سلولی که یک مرحله هزینهبر است، برای ریزجلبک اعمال شود تا از این طریق کاهش هزینههای استخراج تامین گردد. در این حالت، کلیه مواد غیر قابل حل در آب از جمله کلروفیل و کاروتنوئیدها وارد فاز آلی میشوند. با اجرای این روشها علاوه بر کاهش هزینهها، روشهای مناسبی از استخراج اعمال شده و امکان افزایش مقیاس نیز وجود دارد.
.2 پیشینه تحقیق
جهت کاهش هزینهها در بخش استخراج لیپید و تبدیل آن به بیودیزل، در سالهای اخیر کارهای بسیار خوبی صورت گرفته است. از جمله میتوان به اجرای همزمان استخراج و ترانس استریفیکاسیون در یک مرحله اشاره نمود همچنین، اعمال شکست سلولی و نفوذ حلال به داخل سلول در یک مرحله، توسط شرکت اریجین ایل صورت گرفته است. از سوی دیگر، علاوه بر ادغام نمودن مراحل در یک مرحله، محققان در سالهای اخیر سعی نمودهاند که روشهای استخراج با حلال را در دما و فشار محیط انجام داده و از ریزجلبک های مناسب که محتوای لیپیدی مطلوبی دارند، بهره ببرند.[5,6]
باید این نکته نیز اشاره گردد که حضور کلروفیل در بسیاری از مقالات نادیده گرفته شده هرچند که کلروفیل و کاروتنوئیدها همراه لیپید وارد فاز آلی شده و همراه آن استخراج میگردند و در نهایت در هنگام توزین لیپید نیز بعنوان وزن کل لیپید استخراج شده، توزین میشوند. مقالات بسیار کمی وجود دارد که حذف کلروفیل و کاروتنوئیدها را مد نظر قرار داده باشد. حذف کلروفیل بعنوان رنگدانه اصلی ریزجلبک کلرلا از فاز آلی و وارد نمودن آن به فاز آبی بسیار حائز اهمیت است ولی کاروتنوئیدها به سختی از فاز آلی قابل حذفند و در اغلب موارد در فاز آلی همراه لیپید باقی میمانند.[7,8]
.3 روش کار
جهت استخراج لیپید بایستی مراحل زیر به ترتیب اجرا شوند: خشک کردن - آبگیری - ، شکست سلولی، استخراج با حلال. نکته حائز اهمیت این است که هر چقدر تعداد مراحل استخراجی کمتر شوند و یا بعبارت بهتر در هم ادغام شوند، اجرای فرایند دارای صرفه اقتصادی بوده و اتلاف انرژی کمتری خواهد داشت.
.1,3 مرحله خشک کردن
در ابتدا، محلول شفاف بالایی سرریز شده و با استفاده از سانتریفیوژ آب باقیمانده در لابلای کیک ریزجلبکی خارج شده است. مقداری از آب موجود در نمونه توسط حرارت دادن به مدت 1 ساعت با استفاده از هیتر برقی در دمای 90-80 درجه سانتیگراد حذف گردید. برای خشک نمودن کامل، نمونه در داخل آون با دمای 105درجه سانتیگراد به مدت2 ساعت خشک میگردد.
.2,3مرحله شکست سلولی
بطورکلی روشهای شکست سلولی در سه دسته قرار میگیرند: مکانیکی، شیمیایی و روشهای بیولوژیکی. در روش مکانیکی از امواج فراصوتی، امواج میکرووی، هموژنایزر با فشار بالا، آسیاب دانهای و روش شیمیایی شامل شوک اسمزی و استفاده از اسید و باز و سایر برهمکنشهای شیمیایی بوده و در روش بیولوژیکی از آنزیمها برای تجزیه پروتئینها و پلی ساکاریدها استفاده میگردد.[9,10] مشخص شده است که بازده استخراج لیپید از ریزجلبک با میزان یا درجه شکست سلولی افزایش مییابد. زمانیکه سلولهای ریزجلبک از همدیگر مجزا میشوند، لیپید داخل سلولی از ساختار سلولی رها شده و به داخل محیط اطراف آزاد میشود.[10] در مقیاس آزمایشگاهی روشهای سلولی برای تجزیه و شکست سلولی در شکل - 2 - آورده شده است.
از میان انواع روشهای شکست سلولی روش آسیاب دانهای دارای شرایط مطلوبی برای کاربرد در مقیاس بالا و هزینه کم است. امواج فراصوتی باعث ایجاد تعدادی شکاف بر روی سطح سلولی شده و منجر به جدا شدن دیواره یا غشاء سلولی میگردند.[10,11] برای اعمال شکست سلولی، ریزجلبک خشک شده در دستگاه آسیاب دانهای با 7000 دور بر دقیقه به مدت 30 دقیقه قرار میگیرد. پودر خشک حاصله را میتوان برای استخراج لیپید مورد استفاده قرار داد.
.1,2,3 بررسی شکست سلولی با میکروسکوپ نوری
در این حالت بر روی لام شیشهای یک قطره از نمونه ریزجلبک صابونی شده،توسط آنس گذاشته میشود. پس از خشک شدن موضعی نمونه، لامل بر روی آن قرار داده میشود. تصاویر با لنزهای 40 و 100 بزرگنمایی شده و ثبت گردیدهاند. شکل - . - 2 تصویر میکروسکوپ نوری با مقیاس 10 میکرومتر - سمت راست - با مقیاس 30 میکرومتر - سمت چپ -
