專利名稱：一種不同脂肪酶相結(jié)合生產(chǎn)生物柴油的工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于生物油脂合成技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種不同脂肪酶相結(jié)合生產(chǎn)生物柴油的工藝，將不同催化性能的脂肪酶結(jié)合使用，用于催化可再生油脂原料轉(zhuǎn)化合成生物柴油的新工藝。
背景技術(shù)：
由生物油脂原料通過(guò)轉(zhuǎn)酯反應(yīng)生成的長(zhǎng)鏈脂肪酸酯類物質(zhì)，是一種新型的無(wú)污染可再生能源，被稱為生物柴油。其燃燒性能可以與傳統(tǒng)的石油系柴油媲美，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。
目前生物柴油主要是用化學(xué)法生產(chǎn)，即用動(dòng)植物油脂和一些低碳醇(甲醇或乙醇)在堿或者酸性催化劑作用下進(jìn)行轉(zhuǎn)酯反應(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不可避免的問(wèn)題，如廢酸(堿)液排放容易對(duì)環(huán)境造成二次污染等。由于利用生物酶法合成生物柴油具有反應(yīng)條件溫和、無(wú)污染物排放、油脂原料中的游離脂肪酸和少量水不影響酶促反應(yīng)等優(yōu)點(diǎn)，符合綠色化學(xué)的發(fā)展方向，因而日益受到人們的重視。但酶法合成生物柴油工藝也存在一些亟待解決的問(wèn)題，如酶的成本過(guò)高，酶法轉(zhuǎn)化油脂原料合成生物柴油得率相對(duì)較低等。故開發(fā)廉價(jià)的生物酶法工藝，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。
目前所報(bào)道的利用生物酶催化油脂原料進(jìn)行生物柴油的合成過(guò)程中，一般都是使用單一脂肪酶進(jìn)行油脂原料的轉(zhuǎn)化。利用這種單一酶法工藝進(jìn)行生物柴油的合成，一般生物柴油的得率相對(duì)較低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提出一種不同脂肪酶相結(jié)合生產(chǎn)生物柴油的工藝，利用不同脂肪酶的催化特性，尤其是脂肪酶的底物特異性及位置專一性，將兩種或多種脂肪酶結(jié)合使用，用于催化油脂原料同甲醇等短鏈醇以及其它?；荏w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，有效降低生物酶成本。
本發(fā)明將催化性能不同的2-5種脂肪酶結(jié)合使用，利用不同脂肪酶的催化特性，將油脂原料有效轉(zhuǎn)化生成生物柴油。其特征在于將性能不同的脂肪酶混合使用或分開“串連”使用，尤其是將具有1，3-位置專一性的脂肪酶與不具有位置專一性的脂肪酶結(jié)合使用；用于催化油脂原料與短鏈醇反應(yīng)進(jìn)行生物柴油的制備。短鏈醇與油脂原料的反應(yīng)摩爾比為1∶1-5∶1，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30℃-50℃；反應(yīng)可以間歇批次進(jìn)行或連續(xù)進(jìn)行，反應(yīng)體系為無(wú)溶劑體系或有溶劑體系，反應(yīng)過(guò)程可以有吸水裝置或無(wú)吸水裝置。這種新工藝可以在使用較少酶量的情況下，快速將油脂原料幾乎完全轉(zhuǎn)化生成生物柴油。
本發(fā)明所述脂肪酶為微生物脂肪酶，優(yōu)先包括固定化脂肪酶Lipozyme TL(來(lái)源于Thermomyces lanuginosus)，Lipozyme PM(來(lái)源于Rhizomucor miehe)，Novozym435(來(lái)源于Candida antarctic)。來(lái)源于Candida antarctic的固定化脂肪酶包括Novozym435，來(lái)源于Thermomyces lanuginosus的固定化脂肪酶包括Lipozyme TL，來(lái)源于Rhizomucor miehei的固定化脂肪酶括Lipozyme RM。
本發(fā)明所述油脂為生物油脂包括植物油脂、動(dòng)物油脂、廢食用油或煉油腳料。
本發(fā)明所述植物油脂為蓖麻油、菜籽油、大豆油、花生油、玉米油、棉籽油、米糠油或藻類油脂。
本發(fā)明所述動(dòng)物油脂為魚油、豬油。
本發(fā)明所述短鏈醇為甲醇、乙醇、丙醇、丁醇或戊醇。
本發(fā)明所述其它?；荏w為短鏈脂肪酸酯RCOOR’，其中R及R‘為具有1-5個(gè)碳原子的烷基。
本發(fā)明所述“串連”使用是指反應(yīng)物先經(jīng)脂肪酶1轉(zhuǎn)化，再經(jīng)脂肪酶2轉(zhuǎn)化或脂肪酶3轉(zhuǎn)化。
本發(fā)明是將不同催化性能的脂肪酶有效結(jié)合使用，用于轉(zhuǎn)化可再生油脂原料進(jìn)行生物柴油的制備，其有益效果是在使用較少酶量的同時(shí)(也即有效降低了生物酶成本)，可以獲得高的得率的生物柴油。
具體實(shí)施例方式
下面通過(guò)實(shí)施例來(lái)進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明，但本發(fā)明不僅限于以下實(shí)施例實(shí)施例1將摩爾比為4∶1的甲醇和菜籽油，以及基于油脂體積50％的叔丁醇，裝入具塞三角瓶中混合均勻，并置于可自動(dòng)控溫的往復(fù)搖床中加熱至40℃后，加入油脂質(zhì)量2％的固定化脂肪酶Lipozyme TL開始反應(yīng)，反應(yīng)5小時(shí)，生物柴油得率約為70％。將反應(yīng)混合物取出，然后利用另一種固定化脂肪酶Novozym 435(基于起始油脂質(zhì)量的0.5％)繼續(xù)轉(zhuǎn)化4小時(shí)，生物柴油得率約為100％。
實(shí)施例2將摩爾比為3.5∶1的乙醇和棉籽油，以及基于油脂體積20％的叔丁醇，裝入酶反應(yīng)器中，夾套控溫35℃，加入油脂質(zhì)量1％的固定化脂肪酶Lipozyme RM開始反應(yīng).反應(yīng)4小時(shí)，生物柴油得率約為65％；反應(yīng)混合物流入另一裝有固定化脂肪酶Novozym 435(基于起始油脂質(zhì)量的0.5％)的酶反應(yīng)器繼續(xù)轉(zhuǎn)化5小時(shí)，生物柴油得率約為100％。
實(shí)施例3
將摩爾比為3.5∶1的甲醇和油酸，裝入具塞三角瓶中混合均勻，并置于可自動(dòng)控溫的往復(fù)搖床中加熱至40℃后，加入油脂質(zhì)量1％的固定化脂肪酶Lipozyme TL開始反應(yīng)，反應(yīng)2小時(shí)，生物柴油得率約為65％，然后將反應(yīng)混合物取出，用分子篩或硅膠等吸水劑吸水處理后(加入基于油酸2％的3分子篩或硅膠)，然后利用固定化脂肪酶Novozym 435(基于起始油脂質(zhì)量的0.2％)繼續(xù)轉(zhuǎn)化5小時(shí)，生物柴油得率約為100％。
實(shí)施例4將摩爾比為3.5∶1的甲醇和廢油脂以及基于廢油脂質(zhì)量10％的叔丁醇混合均勻，置于裝有基于油脂質(zhì)量1％的固定化脂肪酶Lipozyme TL開始反應(yīng)(夾套控溫35℃)，反應(yīng)2小時(shí)，生物柴油得率約為70％；反應(yīng)混合物流入另一裝有分子篩或硅膠等吸水劑的吸水柱吸水處理后，然后流入裝有固定化脂肪酶Novozym 435(基于起始油脂質(zhì)量的0.5％)繼續(xù)轉(zhuǎn)化3小時(shí)(夾套控溫35℃)，生物柴油得率約為100％。
實(shí)施例5將摩爾比為5∶1的乙醇和菜籽油，以及基于油脂體積100％的叔丁醇，裝入具塞三角瓶中混合均勻，并置于可自動(dòng)控溫的往復(fù)搖床中加熱至40℃后，加入油脂質(zhì)量2％的固定化脂肪酶Lipozyme TL和基于油脂質(zhì)量的0.5％的固定化脂肪酶Novozym435反應(yīng)5小時(shí)，生物柴油得率約為100％。
實(shí)施例6將摩爾比為5∶1的甲醇和棉籽油，以及基于油脂體積80％的乙酸甲酯，裝入具塞三角瓶中混合均勻，并置于可自動(dòng)控溫的往復(fù)搖床中加熱至40℃后，加入油脂質(zhì)量3％的固定化脂肪酶Lipozyme TL和基于油脂質(zhì)量的1％的固定化脂肪酶Novozym435反應(yīng)4小時(shí)，生物柴油得率約為100％。
實(shí)施例7將摩爾比為4∶1的甲醇和大豆油，以及基于油脂體積80％的丙酮，裝入具塞三角瓶中混合均勻，并置于可自動(dòng)控溫的往復(fù)搖床中加熱至40℃后，加入油脂質(zhì)量5％的固定化脂肪酶Lipozyme TL和基于油脂質(zhì)量的0.2％的固定化脂肪酶Novozym 435反應(yīng)5小時(shí)，生物柴油得率約為100％。
實(shí)施例8將摩爾比為3.5∶1的甲醇和棉籽油以及基于油脂質(zhì)量50％的叔丁醇混合均勻，置于裝有基于油脂質(zhì)量1％的固定化脂肪酶Lipozyme TL開始反應(yīng)(夾套控溫35℃)，反應(yīng)2小時(shí)，生物柴油得率約為70％；反應(yīng)混合物流入另一裝有分子篩或硅膠等吸水劑的吸水柱吸水處理后，然后流入裝有固定化脂肪酶Novozym 435(基于起始油脂質(zhì)量的0.5％)繼續(xù)轉(zhuǎn)化3小時(shí)(夾套控溫35℃)，生物柴油得率約為100％。
實(shí)施例9
將摩爾比為3.5∶1的甲醇和棕櫚油以及基于油脂質(zhì)量100％的叔丁醇混合均勻，置于裝有基于油脂質(zhì)量1％的固定化脂肪酶Lipozyme TL開始反應(yīng)(夾套控溫35℃)，反應(yīng)3小時(shí)，生物柴油得率約為70％；反應(yīng)混合物流入另一裝有分子篩或硅膠等吸水劑的吸水柱吸水處理后，然后流入裝有固定化脂肪酶Novozym 435(基于起始油脂質(zhì)量的0.5％)繼續(xù)轉(zhuǎn)化4小時(shí)(夾套控溫35℃)，生物柴油得率約為100％。
實(shí)施例10將摩爾比為5∶1的甲醇和魚油以及基于油脂質(zhì)量150％的叔丁醇混合均勻，置于裝有基于油脂質(zhì)量1％的固定化脂肪酶Lipozyme TL開始反應(yīng)(夾套控溫45℃)，反應(yīng)5小時(shí)，生物柴油得率約為70％；反應(yīng)混合物流入另一裝有分子篩或硅膠等吸水劑的吸水柱吸水處理后，然后流入裝有固定化脂肪酶Novozym 435(基于起始油脂質(zhì)量的0.5％)的酶反器繼續(xù)轉(zhuǎn)化3小時(shí)(夾套控溫45℃)，生物柴油得率約為100％。
實(shí)施例11將摩爾比為4∶1的甲醇和“地溝油”以及基于油脂質(zhì)量20％的叔丁醇混合均勻，以70升/每小時(shí)的速率連續(xù)流經(jīng)裝有固定化脂肪酶Lipozyme TL(基于油脂質(zhì)量1％)的酶反應(yīng)器，接著流經(jīng)一裝有分子篩或硅膠的吸水柱吸水處理，再流經(jīng)裝有固定化脂肪酶Novozym 435的酶反應(yīng)器(基于起始油脂質(zhì)量的0.5％)(夾套控溫35℃)，生物柴油得率約為100％。
實(shí)施例12將摩爾比為4.5∶1的乙醇和“地溝油”以及基于油脂質(zhì)量20％的叔丁醇混合均勻，以50升/每小時(shí)的速率連續(xù)流經(jīng)裝有固定化脂肪酶Lipozyme TL(基于油脂質(zhì)量1％)的酶反應(yīng)器(夾套控溫35℃)，接著流經(jīng)一裝有分子篩或硅膠的吸水柱吸水處理，再流經(jīng)裝有固定化脂肪酶Novozym 435的酶反應(yīng)器(基于起始油脂質(zhì)量的0.5％)(夾套控溫35℃)，生物柴油得率約為100％。
實(shí)施例13將摩爾比為5∶1的甲醇和豬油以及基于油脂質(zhì)量200％的叔丁醇混合均勻，以100升/每小時(shí)的速率連續(xù)流經(jīng)裝有固定化脂肪酶Lipozyme TL(基于油脂質(zhì)量1％)的酶反應(yīng)器(夾套控溫50℃)，接著流經(jīng)一裝有分子篩或硅膠的吸水柱吸水處理，再流經(jīng)裝有固定化脂肪酶Novozym 435的酶反應(yīng)器(基于起始油脂質(zhì)量的0.5％)(夾套控溫50℃)，生物柴油得率約為100％。
實(shí)施例14將摩爾比為5∶1的甲醇和菜籽油以及基于油脂質(zhì)量200％的乙酸乙酯混合均勻，以200升/每小時(shí)的速率連續(xù)流經(jīng)裝有固定化脂肪酶Lipozyme TL(基于油脂質(zhì)量2％)的酶反應(yīng)器(夾套控溫30℃)，接著流經(jīng)一裝有分子篩或硅膠的吸水柱吸水處理，再流經(jīng)裝有固定化脂肪酶Novozym 435的酶反應(yīng)器(基于起始油脂質(zhì)量的1％)(夾套控溫30℃)，生物柴油得率約為100％。
實(shí)施例15將摩爾比為4∶1的乙醇醇和米糠油以及基于油脂質(zhì)量100％的乙酸甲酯混合均勻，以150升/每小時(shí)的速率連續(xù)流經(jīng)裝有固定化脂肪酶Lipozyme TL(基于油脂質(zhì)量3％)的酶反應(yīng)器(夾套控溫35℃)，接著流經(jīng)一裝有分子篩或硅膠的吸水柱吸水處理，再流經(jīng)裝有固定化脂肪酶Novozym 435的酶反應(yīng)器(基于起始油脂質(zhì)量的0.2％)(夾套控溫35℃)，生物柴油得率約為100％。
實(shí)施例16將摩爾比為5∶1的甲醇和“泔水油”混合均勻，以250升/每小時(shí)的速率連續(xù)流經(jīng)裝有固定化脂肪酶Lipozyme TL(基于油脂質(zhì)量0.5％)的酶反應(yīng)器(夾套控溫35℃)，接著流經(jīng)一裝有分子篩或硅膠的吸水柱吸水處理，再流經(jīng)裝有固定化脂肪酶Lipozyme TL(基于油脂質(zhì)量0.5％)的酶反應(yīng)器(夾套控溫35℃)，接著流經(jīng)一裝有分子篩或硅膠的吸水柱吸水處理，然后再流經(jīng)裝有固定化酶Novozym 435的酶反應(yīng)器(基于起始油脂質(zhì)量的1％)(夾套控溫35℃)，生物柴油得率約為100％。
實(shí)施例17將摩爾比為4∶1的甲醇和“泔水油”混合均勻，以200升/每小時(shí)的速率連續(xù)流經(jīng)裝有固定化脂肪酶Lipozyme TL(基于油脂質(zhì)量0.5％)的酶反應(yīng)器(夾套控溫35℃)，接著流經(jīng)一裝有分子篩或硅膠的吸水柱吸水處理，再流經(jīng)裝有固定化脂肪酶Lipozyme RM(基于油脂質(zhì)量0.5％)的酶反應(yīng)器(夾套控溫35℃)，接著流經(jīng)一裝有分子篩或硅膠的吸水柱吸水處理，然后再流經(jīng)裝有固定化酶Novozym 435的酶反應(yīng)器(基于起始油脂質(zhì)量的1％)(夾套控溫35℃)，生物柴油得率約為100％。
實(shí)施例18將摩爾比為6∶1的甲醇和豬油和基于油脂50％的己烷混合均勻，以150升/每小時(shí)的速率連續(xù)流經(jīng)裝有固定化脂肪酶Lipozyme RM(基于油脂質(zhì)量0.5％)的酶反應(yīng)器(夾套控溫45℃)，接著流經(jīng)一裝有分子篩或硅膠的吸水柱吸水處理，再流經(jīng)裝有固定化脂肪酶Lipozyme TL(基于油脂質(zhì)量0.5％)的酶反應(yīng)器(夾套控溫45℃)，接著流經(jīng)一裝有分子篩或硅膠的吸水柱吸水處理，然后再流經(jīng)裝有固定化酶Novozym435的酶反應(yīng)器(基于起始油脂質(zhì)量的1％)(夾套控溫45℃)，生物柴油得率約為100％。
權(quán)利要求
1.一種不同脂肪酶相結(jié)合生產(chǎn)生物柴油的工藝，將催化性能不同的2-5脂肪酶結(jié)合使用，利用不同脂肪酶的催化特性，將油脂原料有效轉(zhuǎn)化生成生物柴油；其特征在于將性能不同的脂肪酶混合使用或分開串連使用，用于催化油脂原料與短鏈醇反應(yīng)進(jìn)行生物柴油的制備，短鏈醇與油脂原料的反應(yīng)摩爾比為1∶1-5∶1，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30℃-50℃；反應(yīng)間歇批次進(jìn)行或連續(xù)進(jìn)行，反應(yīng)體系為無(wú)溶劑體系或有溶劑體系，反應(yīng)過(guò)程有吸水裝置或無(wú)吸水裝置，使用酶量為基于油重的0.2％-5％，快速將油脂原料轉(zhuǎn)化生成生物柴油。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述工藝，其特征在于將具有1，3-位置專一性的固定化脂肪酶與不具有位置專一性的固定化脂肪酶結(jié)合使用。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述工藝，其特征在于所述脂肪酶為微生物脂肪酶，包括固定化脂肪酶；所述的固定化脂肪酶包括來(lái)源于Candida antarctic，Thermomyceslanuginosus和Rhizomucor miehei的脂肪酶；來(lái)源于Candida antarctic的固定化脂肪酶包括Novozym435，來(lái)源于Thermomyces lanuginosus的固定化脂肪酶包括LipozymeTL，來(lái)源于Rhizomucor miehei的固定化脂肪酶包括Lipozyme RM。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述工藝，其特征在于反應(yīng)體系為無(wú)溶劑體系，含有機(jī)溶劑的體系，或有機(jī)反應(yīng)介質(zhì)體系，有機(jī)溶劑包括叔丁醇，乙酸甲酯，乙酸乙酯，己烷和丙酮。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述工藝，其特征在于吸水裝置包括硅膠，分子篩吸水劑；分子篩吸水劑包括3分子篩。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述工藝，其特征在于所述的油脂為生物油脂，包括植物油脂、動(dòng)物油脂、廢食用油或煉油腳料。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或6所述工藝，其特征在于所述植物油脂為蓖麻油、菜籽油、大豆油、花生油、玉米油、棉籽油、米糠油或藻類油脂。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或6所述工藝，其特征在于所述動(dòng)物油脂為魚油、豬油。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述工藝，其特征在于所述短鏈醇ROH中R為具有1-5個(gè)碳原子的烷基，包括甲醇、乙醇、丙醇、丁醇或戊醇。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述工藝，其特征在于所述“串連”使用是指反應(yīng)物先經(jīng)脂肪酶1轉(zhuǎn)化，再經(jīng)脂肪酶2轉(zhuǎn)化或脂肪酶3轉(zhuǎn)化。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種不同脂肪酶相結(jié)合生產(chǎn)生物柴油的工藝，屬于生物油脂合成技術(shù)領(lǐng)域。將催化性能不同的兩種或多種脂肪酶結(jié)合使用，尤其是將具有1，3－位置專一性的固定化脂肪酶與不具有位置專一性的固定化脂肪酶結(jié)合使用，利用不同脂肪酶的催化特性，將油脂原料有效轉(zhuǎn)化生成生物柴油的新工藝。其特征在于將性能不同的脂肪酶混合使用或分開“串連”使用，用于催化油脂原料與甲醇等短鏈醇或其它酰基受體反應(yīng)進(jìn)行生物柴油的制備，反應(yīng)可以間歇批次進(jìn)行或連續(xù)進(jìn)行，不同脂肪酶的結(jié)合使用可以在較短時(shí)間內(nèi)有效轉(zhuǎn)化可再生油脂原料，獲得高得率的生物柴油。
文檔編號(hào)C10G3/00GK1687313SQ20051001162
公開日2005年10月26日 申請(qǐng)日期2005年4月25日 優(yōu)先權(quán)日2005年4月25日
發(fā)明者劉德華, 杜偉, 李俐林, 王利, 李澤波 申請(qǐng)人:清華大學(xué)