ПОЛУЧЕНИЕ ЖИРНЫХ КИСЛОТ ИЗ МИКРОВОДОРОСЛЕЙ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА БИОТОПЛИВА И МЕДИЦИНСКИХ ПРЕПАРАТОВ
1,2, 3
1ФГБУН Институт физики ДНЦ РАН, Махачкала, Россия
e-mail: *****@***com
2 ФГБУН Горный ботанический сад ДНЦ РАН, Махачкала, Россия
3 National Institute of Standards and Technology, Boulder, Colorado, U. S.A., e-mail: *****@***nist. gov
Постоянный рост потребления человечеством углеводородного топлива и непрерывное истощение их запасов заставляет ученых искать экологически чистые возобновляемые альтернативные источники. Oднако, используемые ныне технологии и низкая продуктивность растительного сырья, из которого получают топливо, не позволяют обеспечивать потребности современного мира возобновляемым биотопливом.
В качестве объекта исследований были выбраны микроводоросли в силу их высокой урожайности и неприхотливости. Для выращивания микроводорослей не требуются плодородные земли, а необходимы только вода, углекислый газ и солнечный свет и при этом выделяется в большом количестве кислород. Это позволяет создавать плантации по размножению микроводорослей на поверхностях морей и океанов. Они превосходят все известные на сегодняшний день культуры по содержанию энергетически емких соединений (рисунок 1). Выращивание микроводорослей для получения биотоплива может решить одновременно две такие важные проблемы человечества, как энергетические и экологические.
Для подтверждения выше перечисленного, нами была поставлена задача изучить генномодифицированные микроводоросли Nannochloropsis salina, которые были выращены в фото-биореакторе (marine) в соленой воде.
Жирные кислоты из микроводорослей получали сверхкритической экстракцией, которая является наиболее передовой и перспективной технологией за счет возможности получать из одного сырья различные по составу и свойствам продукты простым изменением термодинамических параметров процесса [1]. До экстракции микроводоросли высушивали при комнатной температуре. Экстракцию проводили сверхкритическим (СК) СО2 (выход составил 6,25%), СК СО2 модифицированным этиловым спиртом в соотношении 96,8:3,2 массовых процента (выход составил 3,23%) и СК СО2 модифицированным ацетоном в соотношении 96,9:3,1 массовых процента (выход составил 6,38) при постоянной температуре 40оС и давлении 32 МПа для всех процессов экстракции.
Рисунок 1. Мировое производство масла для получения биотоплива (для микроводорослей приведен теоретический расчет)
Полученные экстракты были проанализированы на газо-жидкостном хроматографе Agilent 6890N с масс-спектральным детектированием на приборе JMS GCmate II на колонке DB5-MS, 30м * 0.32мм * 0.25мкм. Результаты исследований приведены в таблице 1.
Таблица 1. Жирнокислотный состав экстрактов микроводорослей Nannochloropsis salina.
Растворитель Вещество | СК СО2 | СК СО2+ С2H5OH | СК СО2+ C3H6O |
Капроновая кислота | следы | 0.01 | 0.01 |
Каприловая кислота | 0.03 | 0.03 | 0.03 |
Каприновая кислота | 0.01 | 0.03 | 0.02 |
Лауриновая кислота | 0.42 | 0.4 | 0.4 |
Tridecanoic acid | 0.03 | 0.02 | 0.02 |
Миристиновая кислота | 2.71 | 2.87 | 2.7 |
cis-10-Pentadecenoic acid, methyl ester | 0.05 | 0.04 | 0.05 |
Pentadecanoic acid, methyl | 0.50 | 0.5 | 0.05 |
Пальмитолеиновая кислота | 25.12 | 25.78 | 27.5 |
Пальмитиновая кислота | 17.89 | 17.45 | 17.5 |
cis-10-Heptadecenoic acid methyl ester | 0.06 | 0.03 | 0.04 |
Маргариновая кислота | 0.56 | 0.66 | 0.5 |
Гамма-Линоленовая кислота | 5.32 | 5.26 | 5.3 |
Олеиновая кислота | 19.47 | 20.29 | 19.4 |
Стеариновая кислота | 1.22 | 1.11 | 1.1 |
Арахидоновая кислота | 5.88 | 5.69 | 5.7 |
Тимнодоновая кислота | 13.09 | 12.34 | 12.5 |
Дигомо-гамма-Линоленовая кислота | 1.78 | 1.65 | 1.64 |
cis-11,14-Eicosadienoic acid methyl ester | 0.06 | 0.07 | 0.05 |
Нервоновая кислота | 0.65 | 0.88 | 0.7 |
Лигноцериновая кислота | 3.12 | 3 | 3 |
Церотиновая кислота | 2.05 | 1.89 | 1.95 |
Проведенные исследования показывают, что микроводоросли подходят как сырье для получения биотоплива. Полученные липиды легко трансформируются в биотопливо уже имеющейся известной технологией переэтерификация [2]. Вместе с тем, микроводоросли являются еще и сырьем для получения физиологиески необходимых для человека веществ. В частности, пальмитолеиновая, арахидоновая, тимнодоновой кислоты используются для лечения таких заболеваний как сердечнососудистые, диабет, глазные болезни, артрит, способствуют замедлению болезни Альцгеймера, позволяют контролировать холестерин и кровяное давление, болезни суставов и др. Полиненасыщенные жирные кислоты также поддерживают функционирование мозга, формирование красных кровяных клеток, иммунную систему [3-7].
Содержание в микроводорослях большого количества биологически активных веществ позволяет использовать их в медицинской и фармацевтической промышленностях, а сам процесс сверхкритической экстракции обладает рядом преимуществ по сравнению с другими способами экстракции: быстрота процесса, низкая температура экстракции, процесс экстракции протекает без контакта с кислородом, что позволяет экстрагировать оксилабильные соединения, а также высокая экологичность.
Авторы благодарны компании Solix BioSystems (USA, Colorado) за предоставление образца микроводорослей (Nannochloropsis salina) для исследований.
ЛИТЕРАТУРА
1. , , Экспериментальная установка сверхкритической СО2- экстракции, Пищевая промышленность. 9 (2007), 22.
2. Biktashev, Sh. A., Usmanov, R. A., Gabitov, R. R., Gazizov, R. A., Gumerov, F. M., Gabitov, F. R., Abdulagatov, I. M., Yarullin, R. S., Yakushev, I. A. Transesterification of Rapeseed and Palm Oils in Supercritical Methanol and Ethanol Biomass and Bioenergy 35 (2011) 2999.
3. Mozaffarian, D.; Cao, H.; King, I. B.; Lemaitre, R. N.; Song, X.; Siscovick, D. S.; Hotamisligil, G. S. Circulating palmitoleic acid and risk of metabolic abnormalities and new-onset diabetes American Journal of Clinical Nutrition 92 (2010) 1350.
4. Amtul, Z.; Uhrig, M.; Wang, L.; Rozmahel, R. F.; Beyreuther, K. Detrimental effects of arachidonic acid and its metabolites in cellular and mouse models of Alzheimer's disease: Structural insight Neurobiology of Aging 33 (2012) 831
5. Schaeffer, EL; Forlenza, OV; Gattaz, WF. Phospholipase A2 activation as a therapeutic approach for cognitive enhancement in early-stage Alzheimer disease Psychopharmacology 202 (2009) 37.
6. Huan M, Hamazaki K, Sun Y, Itomura M, Liu H, Kang W, Watanabe S, Terasawa K, Hamazaki icide attempt and n-3 fatty acid levels in red blood cells: a case control study in China Biological Psychiatry 56 (2004) 490.
7. Martins, J. G. EPA but not DHA appears to be responsible for the efficacy of omega-3 long chain polyunsaturated fatty acid supplementation in depression: Evidence from a meta-analysis of randomized controlled trials Journal of the American College of Nutrition 28 (2009) 525.
