ПОЛУЧЕНИЕ ЖИРНЫХ КИСЛОТ ИЗ МИКРОВОДОРОСЛЕЙ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА БИОТОПЛИВА И МЕДИЦИНСКИХ ПРЕПАРАТОВ

ПОЛУЧЕНИЕ ЖИРНЫХ КИСЛОТ ИЗ МИКРОВОДОРОСЛЕЙ ДЛЯ
ПРОИЗВОДСТВА БИОТОПЛИВА И МЕДИЦИНСКИХ ПРЕПАРАТОВ
Алиев А.М.1,2, Абдулагатов И.М.3
ФГБУН Институт физики ДНЦ РАН, Махачкала, Россия
e-mail: aslan4848@yahoo.com
2
ФГБУН Горный ботанический сад ДНЦ РАН, Махачкала, Россия
3
National Institute of Standards and Technology, Boulder, Colorado, U.S.A., e-mail:
ilmutdin@boulder.nist.gov
1
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 40 оС и давлении 32 МПа
для всех процессов экстракции.
Микроводоросли
Пальм. масло
Ятрофа
Горчица
Рапс
Соя
литров в год с га
10000
9000
8000
7000
6000
5000
4000
3000
2000
1000
0
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
Nannochloropsis salina.
состав
экстрактов
микроводорослей
Растворитель
СК СО2+
С2H5OH
СК СО2+
C3H6O
следы
0.03
0.01
0.42
0.03
2.71
0.01
0.03
0.03
0.4
0.02
2.87
0.01
0.03
0.02
0.4
0.02
2.7
0.05
0.04
0.05
0.50
0.5
0.05
СК СО2
Вещество
Капроновая кислота
Каприловая кислота
Каприновая кислота
Лауриновая кислота
Tridecanoic acid
Миристиновая кислота
cis-10-Pentadecenoic acid,
methyl ester
Pentadecanoic acid,
methyl
Пальмитолеиновая
кислота
Пальмитиновая кислота
cis-10-Heptadecenoic acid
methyl ester
Маргариновая кислота
Гамма-Линоленовая
кислота
Олеиновая кислота
Стеариновая кислота
Арахидоновая кислота
Тимнодоновая кислота
Дигомо-гаммаЛиноленовая кислота
cis-11,14-Eicosadienoic
acid methyl ester
Нервоновая кислота
Лигноцериновая кислота
Церотиновая кислота
25.12
17.89
25.78
17.45
27.5
17.5
0.06
0.56
5.32
0.03
0.66
5.26
0.04
0.5
5.3
19.47
1.22
5.88
13.09
20.29
1.11
5.69
12.34
19.4
1.1
5.7
12.5
1.78
1.65
1.64
0.06
0.65
3.12
2.05
0.07
0.88
3
1.89
0.05
0.7
3
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. Д.С.Джарцилаев,
А.М.Алиев,
Э.М.Расулов,
Р.З.Гасанов,
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 T. Suicide 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.