生物酶法制備生物柴油

1、生物酶法制備生物柴油生物酶法制備生物柴油 隨著世界石油資源的消耗和日益嚴重的環(huán)境污染,開發(fā)綠色可再生能源成為人類擺脫能源匱乏和環(huán)境污染困擾而勢在必行的重要舉措。 生物柴油是可再生能源,具備良好的環(huán)境友好性,可生物降解,與傳統(tǒng)的化石柴油相比,由于生物柴油氧含量高而燃燒充分,毒害物排放量低而釋放較少的顆粒、二氧化碳、硫氧化物、碳氫化合物、煙塵等,因此全世界掀起了研究生物柴油的熱潮。生物柴油制備方法生物柴油制備方法物理法化學法直接使用法混合法微乳液法高溫熱裂解法酯交換法超臨界法生物酶法酸/堿催化法固定化酶法全細胞法液體酶法一、固定化脂肪酶法 利用固定化脂肪酶催化制備生物柴油是非水酶學理論應用于實踐的

2、典型實例,也正因為如此,固定化脂肪酶催化制備生物柴油具備非水介質(zhì)中酶催化的優(yōu)勢： 2、產(chǎn)物容易純化; 1、可防止凍干的酶粉在反應過程中發(fā)生聚集從而增大酶與底物的接觸面積;一、固定化脂肪酶法 3、有利于酶的回收和連續(xù)化生產(chǎn); 4、酶的熱穩(wěn)定性及對甲醇等短鏈醇的耐受性顯著提高; 5、利用溶劑工程可提高酶與底物油脂、甲醇的接觸頻率,從而提高反應速率。影響因素 不同的固定化形式、反應介質(zhì)體系、?；荏w及添加策略均會對酶活力、酶對甲醇的耐受性等有著顯著的影響 (1)不同的固定化形式。脂肪酶采用不同的固定化形式對酶活力、酶對甲醇的耐受性等有著顯著的影響。 (2)不同的反應介質(zhì)體系。不同的反應介質(zhì)體系對于固

3、定化脂肪酶催化制備生物柴油的得率有著顯著的影響。影響因素 (3)不同的酰基受體及添加策略。大量的研究表明,甲醇、乙醇等短鏈醇因剝奪脂肪酶的必需水而破壞維持蛋白功能構象的氫鍵體系,從而使酶活性降低或失去活性。 針對傳統(tǒng)酶法工藝中以甲醇作為?；荏w,過高的甲醇濃度會導致脂肪酶的嚴重失活,甲醇必須分步加入且醇解反應的副產(chǎn)物(甘油)容易吸附在固定化酶表面從而導致酶活性下降的現(xiàn)狀,開發(fā)了采用新型酰基受體乙酸甲酯制備生物柴油的工藝。二、液體脂肪酶法 在油水界面上脂肪酶催化反應速率較快 界面活化效應：即在油水界面催化反應速率較快的原因。一般而言,脂肪酶活性位點為一個蓋子所罩住,所謂界面活化是指此蓋子的打開使

4、催化活性位點暴露出來。二、液體脂肪酶法 液體脂肪酶通過催化雙相(油相/水相)體系界面的轉(zhuǎn)酯/酯化反應而制備生物柴油。 優(yōu)點： 1、基于雙相體系、油水界面活化效應的特點,液體酶法催化制備生物柴油的反應速率較快,不受底物、產(chǎn)物的擴散限制,產(chǎn)物、副產(chǎn)物易分離。 2、液體脂肪酶生產(chǎn)工藝簡單,成本低廉。二、液體脂肪酶法 目前關于液體酶法催化生物柴油的研究還未見報道。 由于甲醇的積累毒害作用,維持液體脂肪酶功能構象的氫鍵體系逐漸被破壞,酶活力隨著反應時間的延長而降低或者消失。三、全細胞法 國內(nèi)外利用微生物胞內(nèi)脂肪酶催化合成生物柴油的報道還不多。 目前的報道主要來自日本Kobe大學的化學科學和工程實驗室Ka

5、zuhiro等人將根霉菌Rhizopusoryzae固定在聚氨酯泡沫體顆粒上。 為了避免過量甲醇對脂肪酶及細胞帶來的毒害,采用分3步加入甲醇的方式。三、全細胞法 當反應體系中含有質(zhì)量分數(shù)為15%的水時,甲酯得率可以高達90%。 為了提高R.oryzaeIFO4697的回用穩(wěn)定性,Kazuhiro等人還考察了戊二醛交聯(lián)處理對固定化米根霉細胞脂肪酶活性的影響。 方法：用質(zhì)量分數(shù)為011%的戊二醛溶液處理后,經(jīng)過6次回用。 結果：胞內(nèi)脂肪酶的活性并沒有明顯的下降。 另發(fā)現(xiàn)：利用不同的脂肪酸作為碳源,細胞膜的脂肪酸組成不同,細胞催化劑的催化活性和穩(wěn)定性也不同,不飽和脂肪酸有利于提高細胞膜的通透性,使酶催化活性提高,而飽和脂肪酸有利于提高細胞的剛性,使酶穩(wěn)定性提高。 清華大學化學工程系陳 新、里 偉、杜 偉、劉德華、丁富新等人在實驗室以聚氨酯泡沫為載體固Rhizopusoryzae(R.oryzae)IFO4697全細胞在叔丁醇介質(zhì)體系中催化制備生物柴油,研究發(fā)現(xiàn)其回用穩(wěn)定性得到顯著提高,而且原料油脂中游離脂肪酸、水分、磷脂等成分對其催化性能及回用穩(wěn)定性無明顯影響。四、展望 隨著能源危機和環(huán)境污染的加劇,開發(fā)綠色的可再生能源是人類擺脫此窘境的蹊徑。生物酶法催化制備生物柴油反應條件溫和,無污染物排放,符合綠色化學發(fā)展的方向,但脂肪酶生