專利名稱：一種用低溫活性脂肪酶催化油脂生產(chǎn)生物柴油的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于生物油脂合成技術(shù)領(lǐng)域，特別是低溫活性脂肪酶催化油脂生產(chǎn)生物柴油的方法。
背景技術(shù)：
利用低溫脂肪酶作為催化劑，將生物油脂原料與短鏈醇通過酯交換反應(yīng)，生成長鏈脂肪酸酯類物質(zhì)，是一種新型的無污染可再生能源，稱為生物柴油。其燃燒性能可以與傳統(tǒng)的石化柴油相比，目前生物柴油的研究和應(yīng)用已經(jīng)受到了廣泛的關(guān)注，酶法生產(chǎn)生物柴油更是受到越來越多的關(guān)注。目前生物柴油的生產(chǎn)工藝主要包括化學(xué)法、物理法和生物酶法三種。但應(yīng)用于工業(yè)化生產(chǎn)的主要是用化學(xué)法，即動植物油脂和低碳醇在堿或者酸性催化劑作用下進(jìn)行轉(zhuǎn)酯化反應(yīng)，生成相應(yīng)的脂肪酸甲酯或乙酯?；瘜W(xué)法制備生物柴油存在一些難以避免的問題，如對原料中游離脂肪酸和水含量有較高要求，反應(yīng)后產(chǎn)物處理過程復(fù)雜，且廢酸(堿)液排放容易對環(huán)境造成二次污染等。利用生物酶法制備生物柴油則具有反應(yīng)條件溫和、無污染排放、油脂原料中的游離脂肪酸和少量的水不影響酶促反應(yīng)等優(yōu)點(diǎn)，另外利用生物脂肪酶還能進(jìn)一步合成其他一些高價(jià)值的產(chǎn)品，包括可生物降解的潤滑劑以及用于燃料和潤滑劑的添加劑等，這些優(yōu)點(diǎn)使脂肪酶成為生物柴油生產(chǎn)中一種適宜的生物催化劑，其生產(chǎn)工藝符合綠色環(huán)保發(fā)展方向，因而日益受到人們的重視。但目前生物酶法合成生物柴油的工藝也存在一些亟待解決的問題，如脂肪酶對短鏈醇的轉(zhuǎn)化率較低，不如對長鏈醇的酯化或轉(zhuǎn)酯化有效，而且短鏈醇對酶有一定的毒性，使酶的使用壽命縮短；脂肪酶的價(jià)格昂貴，生產(chǎn)成本較高，限制了其在工業(yè)規(guī)模生產(chǎn)生物柴油中的應(yīng)用。故開發(fā)廉價(jià)的生物酶法工藝，尋找新的生物酶催化劑和工藝，降低生物酶使用成本以及提高生物酶法合成生物柴油的得率是實(shí)現(xiàn)生物酶法產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)生物柴油的關(guān)鍵。然而，目前所報(bào)道的生物酶催化原料油脂進(jìn)行生物柴油的合成工藝中，絕大多數(shù)脂肪酶酶催化的酯交換反應(yīng)最適溫度都在30-50°C，但是，溫度高會加速酶的失活，影響生物柴油的得率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種具有低溫活性的脂肪酶來生產(chǎn)生物柴油的方法，利用該酶的低溫酯化特性，用于催化原料油脂同甲醇發(fā)生反應(yīng)合成生物柴油，從而在獲得較高生物柴油得率的基礎(chǔ)上，降低能耗，克服酶熱穩(wěn)定性差的弱點(diǎn)的基礎(chǔ)上，有效降低生物柴油生產(chǎn)成本。本發(fā)明將具有低溫酯化活性的脂肪酶用于催化酯交換反應(yīng)，利用該脂肪酶的低溫特性，將原料油脂有效轉(zhuǎn)化生成生物柴油。具體方法如下
將在低溫下具有高轉(zhuǎn)酯化活性的脂肪酶用于催化原料油脂與短鏈醇反應(yīng)，短鏈醇與原料油脂的反應(yīng)摩爾比為2:1-5:1，脂肪酶添加量按每克油脂60 130U添加，反應(yīng)在適于酶催化反應(yīng)的生化反應(yīng)器中進(jìn)行，反應(yīng)溫度為20°C-40°C;反應(yīng)體系為無溶劑體系和正己烷溶劑體系。這種方法可以在較低溫度條件和較少酶量的情況下，快速將原料油脂幾乎完全轉(zhuǎn)化生成生物柴油。本發(fā)明所述脂肪酶為L-10000低溫酸性脂肪酶制劑，購自云南省昆明市愛科特生物技術(shù)有限公司。本發(fā)明所述油脂為生物油脂，包括植物油脂和地溝油。 本發(fā)明所述植物油脂為菜籽油、小桐子油、大豆油、玉米油、葵花籽油。 本發(fā)明所述短鏈醇為甲醇。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于用于該工藝的脂肪酶催化劑具有低溫轉(zhuǎn)酯活性，該工藝能在較低溫度和較短時(shí)間內(nèi)達(dá)到高的甲酯轉(zhuǎn)化率，可以在較低溫度下有效轉(zhuǎn)化可再生油脂原料，獲得高得率的生物柴油。該方法不僅降低了生產(chǎn)的能耗，還克服了脂肪酶熱穩(wěn)定差的弱點(diǎn)。


下面結(jié)合附圖及實(shí)施方式對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明
圖I為菜籽油制備生物柴油的溫度曲線20°C時(shí)甲酯的最高得率為95. 1%。圖2為大豆油制備生物柴油的溫度曲線，20°C時(shí)甲酯的最高得率為95%。圖3為地溝油制備生物柴油的溫度曲線，20°C時(shí)甲酯的最高得率為94. 97%。圖4為小桐子油制備生物柴油的溫度曲線，25°C時(shí)甲酯的最高得率為94. 13%。圖5為玉米油制備生物柴油的溫度曲線，25°C時(shí)甲酯的最高得率為97. 33%。圖6為葵花油制備生物柴油的溫度曲線，20°C時(shí)甲酯的最高得率為95. 94%。
具體實(shí)施例方式脂肪酶溶液的制備將L-10000低溫酸性脂肪酶制劑溶于一定量的蒸餾水中，置于20°C, 180r/min的搖床中搖勻60min,取出溶液,5000g/min離心10分鐘,取上清，即為脂肪酶溶液。酯交換反應(yīng)體系在適合酶催化反應(yīng)的反應(yīng)器中加入一定量的原料油和甲醇，置于恒溫水浴搖床中預(yù)熱5分鐘后，加入制備好的脂肪酶溶液開始反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)束后，將樣品以10000g/min離心10分鐘，取IOOul上層酯相，溶于900ul正己烷中，用氣質(zhì)聯(lián)用分析產(chǎn)物中的脂肪酸甲酯含量。下面通過實(shí)施例來進(jìn)一步說明本發(fā)明，但本發(fā)明不僅限于以下實(shí)例
實(shí)施例I
將醇油摩爾比為5:1的甲醇和菜籽油，加入反應(yīng)器中，將反應(yīng)器置于15°C、20°C、25°C、30 V、35°C >40 V，150r/min的恒溫?fù)u床中搖勻5min后，分別添加酶液，酶添加單位按每克油脂105U添加，水添加量根據(jù)酶液計(jì)算為油重的20%，反應(yīng)12h后取樣，將樣品以IOOOOg/min離心10分鐘，取IOOul上層酯相，溶于900ul正己烷中，用GC-MS分析產(chǎn)物中的脂肪酸甲酯含量，可以得到生物柴油的得率最高，約為97. 58%，如圖I所示。實(shí)施例2將醇油摩爾比為3:1的甲醇和大豆油，加入到反應(yīng)器中，將反應(yīng)器置于15°C、20°C、25°C、30°C、35°C、40°C，150r/min的恒溫?fù)u床中搖勻5min后，添加酶液，酶添加量按每克油脂91U添加，水添加量根據(jù)酶液計(jì)算為油重的10%，反應(yīng)24h后取樣，利用GC-MS分析可知，當(dāng)反應(yīng)溫度為20°C時(shí)，生物柴油的得率最高，約為95%，如圖2所示。實(shí)施例3
將醇油摩爾比為2:1的甲醇和地溝油，以及占油重10%的正己烷，加入到反應(yīng)器中，將反應(yīng)器置于15°C、20°C、25°C、30°C、35°C、4(TC，150r/min的恒溫?fù)u床中搖勻5min后，添加酶液，酶添加量按每克油脂62U添加，水添加量根據(jù)酶液計(jì)算為油重的10%，反應(yīng)24h后取樣，利用GC-MS分析可知當(dāng)反應(yīng)溫度為20°C時(shí)，生物柴油的得率最高，約為94. 97%，如圖3所示。實(shí)施例4
將醇油摩爾比為3:1的甲醇和小桐子油，以及占油重10%的正己烷，加入到反應(yīng)器中，將反應(yīng)器置于15°C、20°C、25°C、30°C、35°C、4(rC，150r/min的恒溫?fù)u床中搖勻5min后，添加酶液，酶添加量按每克油脂130U添加，水添加量根據(jù)酶液計(jì)算為油重的10%，反應(yīng)24h后取樣，利用GC-MS分析可知，當(dāng)反應(yīng)溫度為25°C時(shí)，生物柴油的得率最高，約為94. 13%，如圖4所示。實(shí)施例5
將醇油摩爾比為3:1的甲醇和玉米油，加入到反應(yīng)器中，將反應(yīng)器置于15°C、20°C、25°C、30°C、35°C、40°C，150r/min的恒溫?fù)u床中搖勻5min后，添加酶液，酶添加量按每克油脂91U添加，水添加量根據(jù)酶液計(jì)算為油重的10%，反應(yīng)24h后取樣，利用GC-MS分析可知，當(dāng)反應(yīng)溫度為25°C時(shí)，生物柴油的得率最高，約為97. 33%，如圖5所示。實(shí)施例6
將醇油摩爾比為4:1的甲醇和葵花油，加入到反應(yīng)器中，將反應(yīng)器置于15°C、20°C、25°C、30°C、35°C、40°C，150r/min的恒溫?fù)u床中搖勻5min后，添加酶液，酶添加量按每克油脂91U添加，水添加量根據(jù)酶液計(jì)算為油重的10%，反應(yīng)24h后取樣，利用GC-MS分析可知，當(dāng)反應(yīng)溫度為20°C時(shí)，生物柴油的得率最高，約為95. 94%，如圖6所示。權(quán)利要求
1.一種用低溫活性脂肪酶催化油脂生產(chǎn)生物柴油的方法，其特征在于用具有低溫轉(zhuǎn)酯活性的脂肪酶催化原料油與短鏈醇發(fā)生酯交換反應(yīng)制備生物柴油，短鏈醇和原料油反應(yīng)摩爾比為2:1-5:1，反應(yīng)溫度為15°C -40°C ;反應(yīng)在無溶劑體系或正己烷體系，酶添加量按每克油脂添加60 130U，在低溫下，快速將原料油脂轉(zhuǎn)化合成生物柴油。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用低溫活性脂肪酶催化油脂生產(chǎn)生物柴油的方法，其特征在于所涉述的原料油脂為植物油脂菜籽油、小桐子油、大豆油、玉米油、葵花籽油，和地溝油。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用低溫活性脂肪酶催化油脂生產(chǎn)生物柴油的方法，其特征在于所述短鏈醇為甲醇。
全文摘要
本發(fā)明是一種用低溫活性脂肪酶催化油脂生產(chǎn)生物柴油的方法。用具有低溫轉(zhuǎn)酯活性的脂肪酶催化原料油與短鏈醇發(fā)生酯交換反應(yīng)制備生物柴油，短鏈醇和原料油反應(yīng)摩爾比為2:1-5:1，反應(yīng)溫度為20℃-40℃；反應(yīng)在無溶劑體系或正己烷體系，酶添加量按每克油脂添加60～130U，在低溫下，快速將原料油脂轉(zhuǎn)化合成生物柴油。使原料油脂與甲醇的反應(yīng)過程在低溫下就可以達(dá)到較高的酯化率，可以在較低溫度下有效轉(zhuǎn)化可再生油脂原料，獲得高得率的生物柴油。該工藝不僅降低了生產(chǎn)的能耗，還克服了脂肪酶熱穩(wěn)定差的弱點(diǎn)。
文檔編號C12P7/64GK102634548SQ201210123679
公開日2012年8月15日 申請日期2012年4月25日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月25日
發(fā)明者周峻沛, 唐湘華, 張學(xué)林, 李俊俊, 楊云娟, 許波, 黃遵錫 申請人:云南師范大學(xué)