超聲輔助提取微藻油脂機(jī)理及工藝參數(shù)的研究?

張仕雙 李彬彬 傅波

(四川大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院 成都 610065)

0 引言

受化石能源的不可再生性、日益減少的存儲(chǔ)量以及對(duì)環(huán)境的污染等影響，可再生能源引起世界各國(guó)的廣泛關(guān)注[1]。生物質(zhì)能源是人類應(yīng)對(duì)能源危機(jī)和環(huán)境惡化時(shí)提出的解決方案之一。其中生物柴油是將生物體內(nèi)的油脂經(jīng)酯交換反應(yīng)而形成以脂肪酸甲酯為主要成分的一種生物質(zhì)液體燃料，是近年來(lái)生物質(zhì)能源研究的熱點(diǎn)。在制備生物柴油的眾多原料中，微藻憑借油脂含量高、生長(zhǎng)速度快、培養(yǎng)不占用耕地等優(yōu)點(diǎn)被認(rèn)為是生物質(zhì)能源的重要原料[2?3]。

在微藻的能源轉(zhuǎn)化過(guò)程中，將微藻植物油經(jīng)酯交換反應(yīng)制得生物柴油的技術(shù)已經(jīng)成熟；但是，由于微藻細(xì)胞壁比較堅(jiān)固，微藻中油脂的提取仍然面臨巨大的挑戰(zhàn)[4]。超聲波破碎法是一種有效的細(xì)胞破碎方法，廣泛應(yīng)用于油脂浸取、多糖提取以及天然藥物活性成分提取[5]。郭孝武等[6]介紹了利用超聲提取分離技術(shù)在蘋果、紅花、橘皮、小球藻等植物中提取油脂的應(yīng)用以及相關(guān)工藝參數(shù)。Araujo等[7]設(shè)置不同實(shí)驗(yàn)組，研究超聲對(duì)微藻油脂提取的影響，結(jié)果表明超聲波處理能有助于細(xì)胞壁破碎，提高了提取效率。Santos等[8]通過(guò)實(shí)驗(yàn)對(duì)幾種小球藻油脂的提取方法進(jìn)行比較，結(jié)果表明在超聲波輔助作用下，利用有機(jī)溶劑氯仿:甲醇(2:1)的混合物作為溶劑是從微藻類中提取脂類物質(zhì)最有效的方法。Ellison等[9]介紹了一種對(duì)微藻類進(jìn)行處理的新技術(shù)路線，研究了超聲功率和處理時(shí)間對(duì)微藻油脂提取的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)超聲功率越高，處理時(shí)間越長(zhǎng)，細(xì)胞破碎越徹底，油脂產(chǎn)量越高。岳敏等[10]研究了超聲功率、超聲處理溫度以及時(shí)間等因素對(duì)細(xì)胞破壁率的影響，得出一組優(yōu)化的超聲破壁參數(shù)。

現(xiàn)有研究主要是采用固定的超聲設(shè)備進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，研究超聲電功率、時(shí)間以及萃取試劑等因素對(duì)提取率的影響，而對(duì)超聲輔助提取微藻油脂的機(jī)理、超聲振動(dòng)子的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及超聲頻率、超聲振動(dòng)子工具頭浸入溶液深度等工藝參數(shù)如何影響微藻細(xì)胞破碎率等方面較少涉及。本文分析了超聲波對(duì)微藻細(xì)胞的作用機(jī)理，建立了基于聲沖流、聲輻射力、聲空化的傳質(zhì)動(dòng)力學(xué)的經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ停O(shè)計(jì)了幾種常見(jiàn)縱振頻率的超聲振動(dòng)子，研究超聲頻率、超聲電功率、工具頭浸入溶液深度、超聲處理時(shí)間、萃取試劑等因素對(duì)微藻細(xì)胞破碎率的影響，獲取超聲提取微藻油脂的最佳工藝參數(shù)。

1 超聲輔助提取微藻油脂機(jī)理

超聲振動(dòng)子將電能轉(zhuǎn)變?yōu)槌曊駝?dòng)，在溶液中形成聲沖流、聲輻射力以及聲空化效應(yīng)[11]。聲空化效應(yīng)形成的空化泡在振蕩或破裂的過(guò)程中會(huì)在局部產(chǎn)生瞬時(shí)的高溫、高壓，同時(shí)產(chǎn)生強(qiáng)烈沖擊波和剪切力，對(duì)周圍的細(xì)胞有沖擊撕裂的效果，破壞生物細(xì)胞壁和細(xì)胞膜，有利于細(xì)胞內(nèi)容物釋放到提取液中[12]。高頻振動(dòng)產(chǎn)生的聲沖流與聲輻射力在提取液中產(chǎn)生的沖流、渦流以及湍流促進(jìn)微藻細(xì)胞與溶劑形成對(duì)流，具有攪拌作用，加快提取進(jìn)程。

微藻油脂的物理提取是有效成分從固相向液相傳遞的動(dòng)力學(xué)過(guò)程，其實(shí)質(zhì)是傳質(zhì)動(dòng)力學(xué)理論。Fick第一定律表達(dá)式為

式(1)中，D表示擴(kuò)散系數(shù)，S表示擴(kuò)散面的面積，c表示擴(kuò)散物質(zhì)的體積濃度，dc/dx表示溶質(zhì)濃度梯度，“?”號(hào)表示擴(kuò)散方向與濃度梯度的方向相反，dn/dt表示溶質(zhì)擴(kuò)散速率。

微藻細(xì)胞中溶質(zhì)的濃度隨著時(shí)間的增加而不斷下降的同時(shí)，擴(kuò)散邊界層的濃度也隨時(shí)間減小，其變化曲線可用冪函數(shù)表示：

在超聲振動(dòng)提取時(shí)，擴(kuò)散系數(shù)D由兩種擴(kuò)散系數(shù)組成，分別為分子擴(kuò)散系數(shù)DM和渦流擴(kuò)散系數(shù)DE[13]：

其中，

式(4)中，K表示影響系數(shù)，E表示擴(kuò)散活化能，R表示普適氣體常量，T表示溫度，q表示濃度的參數(shù)。

考慮到聲空化、聲沖流、聲輻射力所產(chǎn)生的微射流、渦流以及湍流現(xiàn)象，對(duì)渦流擴(kuò)散系數(shù)DE進(jìn)行定義：

式(5)中，vs表示由聲沖流引起的渦流速度，vf表示由聲輻射引起的振動(dòng)速度，vc表示聲空化引起的射流速度；k1、k2、k3、k4分別表示聲沖流系數(shù)、聲輻射振動(dòng)系數(shù)、聲空化系數(shù)以及各因素之間的相互影響系數(shù)。

將式(4)、式(5)帶入式(3)可得

超聲作用于溶液，溶液中物質(zhì)破碎產(chǎn)生的附加表面積能提高傳質(zhì)率[14]。超聲振動(dòng)將細(xì)胞壁破碎，增大細(xì)胞中的溶質(zhì)與溶液的接觸面積，根據(jù)文獻(xiàn)[15]研究結(jié)果對(duì)擴(kuò)散面的面積S進(jìn)行修正：

式(7)中，S0表示超聲作用前的擴(kuò)散面積，t表示時(shí)間，μ表示與微藻顆粒形狀相關(guān)的系數(shù)，P表示超聲功率。

微藻細(xì)胞的總數(shù)為ω，其顆粒線度為σ，總質(zhì)量為G，其密度為ρ，可得

其中，k、k′是與細(xì)胞形狀和線度有關(guān)的常數(shù)，化簡(jiǎn)后得

式(11)中，Y表示細(xì)胞吸收溶劑的速率，對(duì)于特定的細(xì)胞Y是一定值。

將式(2)、式(6)、式(7)、式(8)、式(11)、式(12)代入式(1)，結(jié)合邊界條件：在t=0時(shí)，c=0；在t≠時(shí)，n=Vc，n表示溶質(zhì)物質(zhì)的量，V表示溶液體積。進(jìn)行積分化簡(jiǎn)得到超聲微藻油脂提取的傳質(zhì)動(dòng)力學(xué)方程：

以上方程表明，擴(kuò)散物質(zhì)的體積濃度受超聲電功率、作用時(shí)間等工藝參數(shù)的影響，為了提高微藻細(xì)胞的破碎率及油脂的提取率，需選取恰當(dāng)?shù)某曒o助工藝參數(shù)。

2 超聲振動(dòng)子的設(shè)計(jì)

超聲振動(dòng)子主要由換能器、變幅桿和工具頭組成，結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。在工作區(qū)內(nèi)要破壞微藻細(xì)胞壁，縱向振動(dòng)的振幅應(yīng)不低于25μm，換能器的縱振頻率應(yīng)在20 kHz以上[16]。因此，本文設(shè)計(jì)常見(jiàn)的共振頻率20 kHz、25 kHz、28 kHz振動(dòng)子。

圖1 超聲振動(dòng)子結(jié)構(gòu)示意圖Fig.1 Schematic diagram of ultrasonic vibrator structure

傳輸矩陣法作為一種壓電超聲振動(dòng)子的設(shè)計(jì)建模方法，因其簡(jiǎn)明有效的特性被許多研究采用[17]。將超聲振動(dòng)子等效成多個(gè)單一截面桿的串聯(lián)，對(duì)各個(gè)單一截面桿建立四端網(wǎng)絡(luò)，得到若干個(gè)傳輸矩陣，忽略機(jī)械損耗及預(yù)應(yīng)力螺栓的影響，最后再將所有的四端網(wǎng)絡(luò)串聯(lián)起來(lái)，即可得到超聲振動(dòng)子整體的傳輸矩陣方程[18?19]：

根據(jù)邊界條件以及上述的傳輸矩陣方程，計(jì)算出振動(dòng)子各段的尺寸。用有限元分析軟件對(duì)振動(dòng)子的各段進(jìn)行模態(tài)分析及優(yōu)化，優(yōu)化后的28 kHz超聲振動(dòng)子實(shí)物圖如圖2所示。

圖2 28 kHz超聲振動(dòng)子實(shí)物圖Fig.2 Physical map of 28 kHz ultrasonic vibrator

3 實(shí)驗(yàn)

3.1 實(shí)驗(yàn)平臺(tái)

在超聲破碎實(shí)驗(yàn)中，利用坐標(biāo)支架來(lái)固定超聲振動(dòng)子，通過(guò)電機(jī)與絲杠可以實(shí)現(xiàn)超聲振動(dòng)子的垂直與水平方向的移動(dòng)。利用超聲電源和PC機(jī)調(diào)節(jié)超聲破碎時(shí)的電功率和頻率。圖3為搭建好的超聲破碎實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。

圖3 超聲破碎系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)Fig.3 Experimental platform of ultrasonic crushing system

實(shí)驗(yàn)儀器主要包括WG-1000W型超聲電源、PC機(jī)、超聲振動(dòng)子(諧振頻率分別為20 kHz、25 kHz、28 kHz)、PV80A阻抗分析儀、坐標(biāo)軸移動(dòng)平臺(tái)、BMC500系列生物顯微鏡、FA2004型電子天平、TD5A型離心機(jī)、燒杯(規(guī)格500 mL、杯身直徑90 mm)。

實(shí)驗(yàn)材料與試劑主要有干燥的剛毛藻顆粒與扁藻顆粒、正己烷試劑、無(wú)水乙醚/石油醚(1:2)混合溶劑、氯仿試劑、蒸餾水。

3.2 實(shí)驗(yàn)方法

利用超聲破碎實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，研究超聲振動(dòng)的頻率、電功率、超聲處理時(shí)間以及振動(dòng)子工具頭浸入溶液的深度等工藝參數(shù)對(duì)微藻細(xì)胞破碎率的影響。采用阻抗分析儀分別測(cè)量振子在空氣負(fù)載和水負(fù)載下的導(dǎo)納圓直徑，根據(jù)電聲效率計(jì)算公式(16)計(jì)算，得到28 kHz超聲振動(dòng)子的電聲效率為73.4%。

其中，Dw為水負(fù)載時(shí)導(dǎo)納圓的直徑，Da為空氣負(fù)載時(shí)導(dǎo)納圓的直徑，G0為水負(fù)載時(shí)諧振頻率下的電導(dǎo)[20]。

為了評(píng)價(jià)細(xì)胞破碎率，用膠頭滴管、量筒量取1 mL處理前的微藻溶液，通過(guò)高倍電子顯微鏡與血球計(jì)數(shù)板統(tǒng)計(jì)微藻溶液中微藻細(xì)胞的個(gè)數(shù)。再按照實(shí)驗(yàn)方法用滴管吸取超聲破碎后的溶液，在顯微鏡下觀察統(tǒng)計(jì)未被破碎的細(xì)胞個(gè)數(shù)。為提高實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確度，多次統(tǒng)計(jì)求取平均值，計(jì)算出細(xì)胞的破碎率，計(jì)算公式為

式(17)中，ψ表示細(xì)胞破碎率，Ni表示超聲處理前計(jì)算細(xì)胞數(shù)目，Nj表示超聲處理后計(jì)算細(xì)胞數(shù)目的平均值，在本實(shí)驗(yàn)中n=5，表示統(tǒng)計(jì)次數(shù)為5。

3.2.1 處理時(shí)間與超聲電功率對(duì)細(xì)胞破碎率的影響

設(shè)置4個(gè)實(shí)驗(yàn)組，超聲電功率分別設(shè)置為75 W、150 W、225 W、300 W。用電子天平稱取25 g剛毛藻放入燒杯中，加入160 mL蒸餾水，微藻溶液的總深度為55 mm，工具頭浸入溶液的深度是25 mm，采用縱振頻率為28 kHz的振動(dòng)子進(jìn)行破碎實(shí)驗(yàn)，每隔5 min采集一次數(shù)據(jù)。

3.2.2 振動(dòng)子頻率對(duì)細(xì)胞破碎率的影響

設(shè)置3個(gè)實(shí)驗(yàn)組，縱振頻率分別為20 kHz、25 kHz、28 kHz的超聲振動(dòng)子，用電子天平稱取25 g剛毛藻放入燒杯中，加入160 mL蒸餾水，微藻溶液的總深度為55 mm，振動(dòng)子浸入燒杯的深度為30 mm，超聲電功率設(shè)置為225 W，每隔10 min采集一次數(shù)據(jù)。

3.2.3 工具頭浸入溶液的深度對(duì)細(xì)胞破碎率的影響

設(shè)置8個(gè)實(shí)驗(yàn)組，利用PC機(jī)控制坐標(biāo)平臺(tái)的z軸上下移動(dòng)從而改變工具頭浸入溶液深度，浸入深度值分別為5 mm、10 mm、15 mm、20 mm、25 mm、30 mm、35 mm、40 mm。用電子天平稱取25 g剛毛藻放入燒杯中，加入160 mL蒸餾水，超聲振動(dòng)子的工作頻率為28 kHz，超聲電功率設(shè)置為225 W，微藻溶液的總體深度是55 mm，每個(gè)浸入深度值超聲處理時(shí)間為10 min，每隔5 min采集一次數(shù)據(jù)。

3.2.4 不同試劑萃取油脂效果的比較

用電子天平稱取25 g剛毛藻加入160 mL的蒸餾水，采取前述獲得的超聲振動(dòng)工藝參數(shù)進(jìn)行細(xì)胞破碎處理。破碎結(jié)束后用吸管取出3份樣品，每份樣品15 mL，放入離心管中。在樣品1中加入15 mL的甲醇和15 mL三氯甲烷，在樣品2中加入30 mL無(wú)水乙醚/石油醚(1:2)的混合溶劑，在樣品3中加入30 mL的正己烷。提取期間至少搖4次，提取時(shí)間為1 h，充分靜置。用離心機(jī)以4500 r/min的轉(zhuǎn)速離心樣品溶液5 min，用注射器取出樣品1下層溶液，樣品2、樣品3的上層溶液。對(duì)3份樣品重復(fù)上述步驟，使油脂充分得到提取。合并取出的溶液，將溶液放入帶蓋試管中進(jìn)行水浴加熱，得到粗油脂。

3.2.5 兩種常見(jiàn)微藻的油脂含量測(cè)定

剛毛藻和扁藻是兩種常見(jiàn)的微藻，在高倍顯微鏡下面這兩種微藻的細(xì)胞形狀如圖4所示。

圖4 微藻細(xì)胞Fig.4 Microalgae cells

各取10 g剛毛藻與扁藻，加入160 mL的蒸餾水，在縱振頻率25 kHz、電功率225 W條件下，超聲破碎處理25 min。用吸管各吸取16 mL微藻破碎溶液，加入16 mL甲醇混合均勻，再加入16 mL三氯甲烷混勻，進(jìn)行萃取，其間至少搖勻4次，萃取時(shí)間為1 h。離心5 min，用注射器取出下層液體，再在上層液體中加入16 mL三氯甲烷混勻進(jìn)行萃取1 h，離心5 min，用注射器取出下層溶液，重復(fù)上述步驟，使充分提取。合并下層液體，置于稱量皿中，通風(fēng)廚過(guò)濾去除三氯甲烷，放置24 h。

4 結(jié)果與討論

4.1 處理時(shí)間與超聲電功率對(duì)細(xì)胞破碎率的影響

超聲電功率分別設(shè)置為75 W、150 W、225 W、300 W的實(shí)驗(yàn)組的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表1所示。為了更直觀地觀察到超聲電功率與超聲處理時(shí)間對(duì)剛毛藻破碎率的影響，繪制折線圖，如圖5所示。

表1 不同超聲電功率實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)Table 1 Experimental data of different ultrasonic electrical power

根據(jù)表1和圖5可以觀察到，超聲電功率為75 W的實(shí)驗(yàn)組在前20 min時(shí)間內(nèi)，細(xì)胞破碎效果不明顯，破碎率不足40%，相同的條件下，超聲電功率分別為150 W、225 W、300 W的實(shí)驗(yàn)組細(xì)胞破碎率超過(guò)80%。說(shuō)明75 W的超聲電功率過(guò)低，超聲振動(dòng)子在提取溶液中所產(chǎn)生的超聲波強(qiáng)度低，聲空化效應(yīng)微弱，所產(chǎn)生的空化泡數(shù)量少，空化泡破裂所產(chǎn)生的沖擊波與剪切力，不能快速對(duì)剛毛藻細(xì)胞壁造成損傷。超聲電功率分別為150 W、225 W、300 W的實(shí)驗(yàn)組在超聲處理25 min時(shí)間內(nèi)，隨著處理時(shí)間增加，剛毛藻細(xì)胞破碎率增長(zhǎng)迅速，均達(dá)到90%，但增加的趨勢(shì)到25 min以后比較平緩，實(shí)驗(yàn)組之間差距不明顯。原因是超聲波強(qiáng)度增加到一定值，空化趨于飽和。通過(guò)生物顯微鏡觀察到超聲功率設(shè)置為225 W的實(shí)驗(yàn)組在處理時(shí)間分別為0 min、6 min、12 min、18 min時(shí)剛毛藻細(xì)胞的形狀如圖6所示?？梢杂^察到在未對(duì)細(xì)胞進(jìn)行處理時(shí)，剛毛藻細(xì)胞排列整齊，細(xì)胞壁厚實(shí)，細(xì)胞內(nèi)容物清晰可見(jiàn)。隨著處理時(shí)間的增加，剛毛藻細(xì)胞排列混亂，細(xì)胞內(nèi)容物逐漸減少，完整的剛毛藻細(xì)胞越來(lái)越少?？紤]到超聲振動(dòng)子的功耗因素，較為合理的超聲電功率為225 W，處理時(shí)間為25 min。

圖5 細(xì)胞破碎率與超聲電功率、時(shí)間的關(guān)系Fig.5 Relationship between cell disruption rate and ultrasonic electrical power and time

圖6 不同處理時(shí)間的細(xì)胞形狀Fig.6 Cell shape at different treatment times

4.2 振動(dòng)子頻率對(duì)細(xì)胞破碎率的影響

超聲頻率分別為20 kHz、25 kHz、28 kHz的實(shí)驗(yàn)組的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表2所示。為了更為清晰直觀地觀察到超聲頻率與剛毛藻破碎率的關(guān)系，繪制折線圖，如圖7所示。

表2 不同超聲頻率實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)Table 2 Experimental data of different ultrasonic frequencies

由圖7可以觀察到，在相同的條件下，剛毛藻細(xì)胞破碎率隨著超聲振動(dòng)子的縱振頻率的增大而增大，縱振頻率為20 kHz時(shí)，細(xì)胞破碎效率較低。說(shuō)明超聲頻率越高，所產(chǎn)生的聲輻射力越大，引起的振動(dòng)速度越大，對(duì)細(xì)胞壁的破壞更加劇烈。頻率增大到一定值時(shí)，破碎率隨著縱振頻率的增加而增加得比較緩慢。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果來(lái)看，在相同實(shí)驗(yàn)條件下，28 kHz與25 kHz時(shí)的細(xì)胞破碎率相差不大，并且隨著超聲頻率的提高，產(chǎn)生空化效應(yīng)的閾值也就越高，產(chǎn)生空化效應(yīng)所需電功率就越大。根據(jù)超聲輔助提取微藻油脂理論分析，相比于高頻振動(dòng)產(chǎn)生的聲沖流以及聲輻射作用，更希望獲得更好的聲空化效應(yīng)。因此，縱振頻率選為25 kHz較為合適。

圖7 細(xì)胞破碎率與超聲頻率的關(guān)系Fig.7 Relationship between cell breakage rate and ultrasonic frequency

4.3 工具頭浸入溶液的深度對(duì)細(xì)胞破碎率的影響

工具頭浸入溶液中不同深度與剛毛藻細(xì)胞破碎率的實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表3所示，為了更為清晰直觀地觀察到浸入深度與剛毛藻破碎率的關(guān)系，繪制折線圖，如圖8所示。

圖8 細(xì)胞破碎率與浸入深度的關(guān)系Fig.8 Relationship between cell breakage rate and immersion depth

表3 不同深度下的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)Table 3 Experimental data at different d ep ths

由圖8可以觀察到，在超聲振動(dòng)時(shí)間相同的情況下，剛毛藻細(xì)胞破碎率隨著浸入深度的增加呈現(xiàn)先增加后減小的趨勢(shì)，在工具頭浸入剛毛藻溶液總深度的二分之一左右時(shí)，細(xì)胞破碎率達(dá)到最大。原因是工具頭浸入溶液總深度的二分之一時(shí)，聲壓分布較為均勻；而工具頭浸入微藻溶液較深時(shí)，底部的壓強(qiáng)太大，超聲波產(chǎn)生的能量損耗比較大，對(duì)剛毛藻細(xì)胞壁的破壞作用遭到削弱。因此，超聲振動(dòng)子的工具頭浸入溶液的最佳深度應(yīng)為二分之一總深度。

4.4 不同試劑萃取油脂效果的比較

3份樣品在添加萃取劑并充分融合靜置后如圖9所示。樣品1為氯仿試劑萃取效果，樣品2為無(wú)水乙醚/石油醚(1:2)的混合溶劑萃取效果，樣品3為正己烷試劑萃取效果。通過(guò)離心機(jī)以4500 r/min的轉(zhuǎn)速離心，并水浴加熱去除溶劑后，得到的粗油脂如圖10所示。

圖9 樣品溶液Fig.9 Sample solution

圖10 提取的油脂樣品Fig.10 Extracted oil sample

根據(jù)圖9與圖10可以觀察到，正己烷試劑萃取靜置分層不明顯，從提取到的粗油脂樣品量來(lái)分析，氯仿的萃取效果最好，無(wú)水乙醇-石油醚次之，正己烷的萃取效果最差。因此，選擇氯仿試劑作為提取微藻油脂的試劑。

4.5 兩種常見(jiàn)微藻的油脂含量測(cè)定

獲得的剛毛藻以及扁藻的油脂如圖11所示，圖11(a)是從扁藻中提取的油脂，質(zhì)量為0.0674 g，其提取率為6.74%，圖11(b)是從剛毛藻中提取的油脂，質(zhì)量為0.0815 g，其提取率為8.15%?？梢缘贸鰟偯宓挠椭恳缺庠宓挠椭扛?。

圖11 粗油脂F(xiàn)ig.11 Crude oil

5 結(jié)論

本文闡述了超聲輔助提取微藻油脂的機(jī)理，從超聲振動(dòng)處理時(shí)間、超聲頻率、超聲電功率以及超聲振動(dòng)子的工具頭浸入溶液深度等因素分析了超聲波對(duì)微藻細(xì)胞破碎率的影響，獲得了超聲輔助提取微藻油脂的最佳工藝參數(shù)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：對(duì)于所研究的微藻溶液，超聲振動(dòng)最佳工藝參數(shù)為縱振頻率25 kHz、電功率225 W、浸入溶液總深度的二分之一、超聲振動(dòng)處理25 min。在對(duì)破碎后的微藻溶液的萃取方法中，氯仿的萃取效果最好。對(duì)于常見(jiàn)的剛毛藻和扁藻，采用本文的超聲輔助提取方法進(jìn)行油脂提取，剛毛藻的油脂提取率更高。超聲波在微藻油脂提取過(guò)程中具有顯著的優(yōu)點(diǎn)，如細(xì)胞破碎效率高、加工時(shí)間短、能耗低等。合理地利用超聲輔助油脂提取的最佳工藝參數(shù)對(duì)于利用微藻進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化制備生物柴油以及相關(guān)高效能源轉(zhuǎn)化裝備的設(shè)計(jì)具有指導(dǎo)意義。