酶法制備生物柴油新技術(shù)研究.pdf

1、生物柴油是由動植物油脂轉(zhuǎn)化得到的環(huán)保型可再生能源。近年來,隨著生物酶技術(shù)的發(fā)展,采用脂肪酶代替酸堿催化劑制備生物柴油的技術(shù)工藝受到人們的青睞。酶法合成生物柴油具有反應條件溫和、無污染物排放等優(yōu)點,符合“綠色化學”的發(fā)展方向;但是酶的價格較高,反應過程中易失活,使用壽命短,成為制約生物酶法工業(yè)應用的瓶頸。
　　豬油是我國動物油脂中產(chǎn)量最大的一種油脂,也是一種重要的可再生油源。重新開發(fā)日漸過剩的豬油成為一個重要問題。以豬油為原料制備生

2、物柴油是一個非常有意義的嘗試,既可以減少資源浪費,提高經(jīng)濟效益,還可以擴大生物柴油的油脂原料來源,實現(xiàn)生物柴油的可持續(xù)發(fā)展。
　　本文以降低酶的使用成本、優(yōu)化制備工藝入手,分別以甲醇和乙酸甲酯為?；荏w研究開發(fā)了生物柴油制備新工藝,并詳細考察了豬油等各種油脂為原料的生物柴油合成過程中不同因素對脂肪酶催化活性和穩(wěn)定性的影響,為生物柴油工業(yè)化中酶工程技術(shù)的進一步應用提供了實驗依據(jù)和理論參考。具體工作如下:
　　(1)建立了油脂物

3、理化學性質(zhì)及脂肪酸組成檢測方法以及油脂預處理的方法。豬油、豆油、棉籽油、橄欖油、蓖麻油、菜籽油和鵝油等多種精制油脂的酸價和水分含量符合原料油脂的企業(yè)控制指標。豬油等油脂的含量超過97％,脂肪酸組成主要為16-18碳鏈,其分子結(jié)構(gòu)基本與理想的生物柴油替代品的分子結(jié)構(gòu)相類似,基本可滿足作為燃料替代品的條件。針對精制油脂的復雜制備工藝,采用廉價的粗豬油作為原料,探討了乙酸甲酯作為浸提溶劑萃取豬油的工藝條件,在最優(yōu)萃取條件下提油率為78%。并對

4、油脂處理前后的轉(zhuǎn)酯特性進行了對比。
　　(2)系統(tǒng)研究了叔丁醇為有機介質(zhì)、甲醇為?；荏w的生物柴油制備新工藝。叔丁醇的加入使反應體系成為均相,緩解了甲醇和甘油對酶的毒害,提高了酶的使用壽命。探索了甲醇為酰基受體叔丁醇作為反應介質(zhì),脂肪酶催化油脂轉(zhuǎn)酯制備生物柴油的新方法。單因子方法優(yōu)化的工藝條件為3%Novozym435,甲醇油脂摩爾比5:1,叔丁醇與油脂體積比40%,反應24h多種油脂的甲酯得率均超過90%。每次反應后用有機溶劑沖

5、洗脂肪酶,有利于酶復活,脂肪酶可以保持高活性和高穩(wěn)定性。
　　(3)首次系統(tǒng)研究了2種不同催化性能的脂肪酶混合催化甲醇為?；荏w的制備生物柴油新工藝,大大提高催化效率的同時,還可大幅降低酶的使用成本。利用響應面法優(yōu)化工藝條件,得到混合酶催化甲醇為酰基受體豬油制備生物柴油的模型為:
　　最佳工藝條件為:1.96%Novozym435和2.04%Lipozyme TLIM協(xié)同催化精制豬油制備生物柴油的得率為97%?；旌厦该富钆cL

6、ipozyme TLIM、Novozym435單獨催化相比高49.8%和8.2%。重復使用10次(200h)以后,復合酶活性保持在95%以上。復合酶催化其它多種油脂的甲酯得率均高于90%,說明復合酶工藝具有廣泛油源底物的適應性和很好的實用價值。
　　(4)系統(tǒng)研究乙酸甲酯作為新型?；荏w脂肪酶催化酯交換制備生物柴油工藝。反應底物(乙酸甲酯和油脂)可以完全混溶,乙酸甲酯和反應副產(chǎn)物三乙酸甘油酯均對脂肪酶沒有毒害作用。以5種精制油脂為

7、原料,單一脂肪酶催化的單因子優(yōu)化工藝條件為:30%Novozym435,乙酸甲酯與油脂的摩爾比為14:1,反應20h甲酯得率91%以上;反應40個批次(800h)后,酶活沒有出現(xiàn)任何下降趨勢。響應面法優(yōu)化混合酶催化乙酸甲酯為酰基受體豬油制備生物柴油工藝,獲得模型為:
　　最優(yōu)工藝條件為:20%Novozym435和20%Lipozyme TLIM協(xié)同催化,乙酸甲酯與油脂摩爾比為14:1,豬油轉(zhuǎn)化為生物柴油的甲酯得率可達97.6%。

8、粗制油脂和精制油脂為底物可獲得相當?shù)募柞サ寐?在反應10個批次后,酶活沒有出現(xiàn)任何下降趨勢,復合脂肪酶可以保持較高活性,適合生物柴油的制備生產(chǎn)。
　　(5)首次提出豬油原位提取酯交換反應制備生物柴油。使用乙酸甲酯為萃取劑原位提取豬油,除去部分乙酸甲酯,剩余反應液在酶的催化下酯交換制備生物柴油,其甲酯得率與精制油脂相當。
　　(6)首次對以豬油為原料制備的生物柴油的理化指標和化學組成進行了測定與分析。其十六烷值、灰分、閃點、粘