專利名稱：利用脂肪酶催化生產生物柴油的方法
技術領域：
本發明的技術方案涉及從脂肪酸制備生物柴油領域，特別是利用脂肪酶催化生產生 物柴油的方法。
背景技術：
生物柴油是利用植物油脂或動物油脂之類可再生資源制造出來的可以替代石化柴油 的清潔安全的新型燃料。目前生物柴油的制備主要是用化學法，即用動植物油脂與甲醇或乙醇等低碳醇在酸 性或堿性催化劑及230 250 'C的高溫的條件下進行轉酯化反應。CN1580190、 CN1696247、 CN1556174都公開了用化學法制備生物柴油的方法。化學法存在以下缺點 工藝復雜，原料醇必須過量，后續工藝必須有相應的醇回收裝置，能耗高，成本高，酯 化產物難于回收，生產過程有廢堿液排放，污染環境嚴重。為了克服化學法的諸多缺點，生物法制備生物柴油的研究得以開展。生物法反應條 件溫和，選擇性高，副產物少，具有化學法不可比擬的優勢。CN1583959提出了一種利用油菜籽發酵法制取生物柴油的生產工藝，發明生產工藝 分為五個階段，原材料預處理、菌種培養、中和，然后洗滌干燥分餾。但是該發酵法生 產生物柴油對工藝條件要求嚴格，對設備及技術要求高，具體操作復雜。CN1640991公 開了一種利用脂肪酶生產生物柴油的方法，以經過過濾和乳化處理的動植物油脂為原料， 加入甲醇或乙醇，在3(TC土15'C的溫度條件下，在密閉容器中利用固定化脂肪酶在有機 溶劑油-水界面上進行催化酯交換反應，混合反應4 18h，將產物與酶分離后，離心分 層，靜置后分離出下層的粗甘油，上層液蒸餾，回收有機溶劑，同時得到成品生物柴油。 這種方法需要在反應的過程中分三次向體系中加入甲醇才能保證較高的催化效率，這樣 就大大增加了操作的復雜程度。CN101020836提出的一種1， 3-位置專一性脂肪酶轉化含 酸油脂生產生物柴油的工藝及CN1687313提出的一種不同脂肪酶相結合生產生物柴油的 工藝，該兩種方法采用的原料均為人類生活必需的植物油脂和短鏈醇。在上述現有制備生物柴油的技術中，無論是化學法還是生物法都存在兩大缺陷一 是，大多使用短鏈醇參與轉酯化反應，提供酯基。然而短鏈醇尤其是甲醇易使酶失活，
且甲醉參與反應后生成的產物甘油難于分離，給反應的后續操作帶來很大的麻煩;二是， 所用主體原料為占用競爭耕地而獲取的植物油脂。隨著我國水資源的缺乏和耕地的陸續 減少，將使以競爭耕地而獲取的植物油或可食用油為原料的生物柴油制備技術受到極大 的限制。所以研究一種新的體系下生產生物柴油的技術有重要的意義。發明內容本發明所要解決的技術問題是提供利用脂肪酶催化生產生物柴油的方法，它是以麻瘋樹油和乙酸甲酯為原料，利用脂肪酶催化來生產生物柴油，克服了短鏈醇尤其是甲醇易使酶失活，且甲醇參與反應后生成的產物甘油難于分離，以及所用主體原料植物油脂占用競爭耕地的缺點。本發明解決該技術問題所采用的技術方案是:利用脂肪酶催化生產生物柴油的方法， 該方法以麻瘋樹油和乙酸甲酯為原料，具體步驟是 第一步，麻瘋樹油的預處理麻瘋樹油用乙醇為溶劑進行萃取，溫度30 40t，萃取3 5次，每次萃取時間5 15分鐘，使麻瘋樹油的酸值由11. 02mgK0H/g降低到2. 4 3. 2mgK0H/g;第二步，利用脂肪酶催化麻瘋樹油和乙酸甲酯反應生產生物柴油將乙酸甲酯與麻瘋樹油放入反應器中，其質量配比為乙酸甲酯麻瘋樹油=1:1 2， 然后再將脂肪酶、有機溶劑和有機堿依次加入該反應器中，脂肪酶用量為麻瘋樹油質量 的10% 20%，有機溶劑用量為麻瘋樹油質量的1 3倍，有機堿用量為麻瘋樹油質量的 10%，反應器密封后放置到恒溫水浴搖床中，搖床轉數150轉每分鐘，反應溫度40 60°C， 反應時間6 12小時，反應完成后將生成物過濾出催化劑脂肪酶，將濾液蒸餾即得到產 物生物柴油，收集濾出的脂肪酶重復利用，所用有機溶劑為叔丁醇、正己烷或石油醚， 所用有機堿為三羥甲基氨基甲垸。反應生成物體系中包含產物生物柴油和副產物三乙酸甘油酯，還有脂肪酶和有機溶 劑，處理后剩余的副產物三乙酸甘油酯和有機溶劑很容易分離并加以利用。上面所述的脂肪酶為柱狀假絲酵母脂肪酶(以下稱CCL)、茸毛腐質霉菌脂肪酶(以 下稱Lipex)、南極假絲酵母脂肪酶B (以下稱N435)、嗜熱真菌脂肪酶(以下稱TLIM) 之中的一種或其中兩種脂斷酶混合所形成的復合酶。以上酶均為市售商品酶。上面所述復合酶是南極假絲酵母脂肪酶B與任意另一種脂肪酶所形成的復合酶。上面所述復合酶是南極假絲酵母脂肪酶B與任意另一種脂肪酶以質量比為1:10 20所形成的復合酶。經氣相色譜檢測，生物柴油的有效成分即脂肪酸甲酯的得率達到66. 27% 87. 57%。 本發明的有益效果是1. 本發明利用脂肪酶催化生產生物柴油的方法是以麻瘋樹油為原料。麻瘋樹又名小 桐子，屬大戟科灌木，其中含有油酸，亞油酸，棕櫚油油酸等不飽和脂肪酸，是世界公 認的生物能源樹。目前麻瘋樹主要生長在我國云南、貴州、四川、廣東、廣西、福建、 海南等省海拔300—1600米的荒山、干熱河谷地區。種植麻瘋樹不占耕地，耕作栽培成本低，可以生長在荒山、荒地等貧瘠的土地上，有利于綠化荒山野嶺，改善生態環境， 利用本發明方法將麻瘋樹油作為生產生物柴油的原料，更使其得以綜合開發利用。麻瘋 樹油易得，而且價格便宜，所以利用麻瘋樹油生產生物柴油具有十分廣闊的發展空間。2. 本發明方法使用乙酸甲酯參與轉酯化反應，提供酯基，反應中不會使酶失活，且 反應的后續操作方便。3. 本發明方法的制備工藝簡單，反應條件溫和，無環境污染，生物柴油的有效成分 即脂肪酸甲酯的得率達到66. 27% 87. 57%。
具體實施方式
實施例1第一步，麻瘋樹油的預處理麻瘋樹油以乙醇為溶劑，溫度30"C,萃取3次，每次萃取時間10分鐘，根據國家中國國家標準GB/T 5530—1998檢測，麻瘋樹油的酸值降低酸值由11. 02mgK0H/g降低到3.2mgK0H/g 。第二步，利用脂肪酶催化麻瘋樹油和乙酸甲酯反應生產生物柴油 將乙酸甲酯1. 62克與麻瘋樹油2. 00克放入50毫升的磨口具塞三角瓶中，然后再將 脂肪酶CCL 0. 40克、正己烷2. 01克和三羥甲基氨基甲烷0. 20克依次加入到該磨口具塞 三角瓶中，用四氟乙烯密封帶將該瓶口密封后放置到恒溫水浴搖床中，搖床轉數150轉 每分鐘，反應溫度55t，反應時間6小時，反應完成后將生成物過濾出脂肪酶CCL，將 濾液蒸餾即得到產物生物柴油，收集濾出的脂肪酶CCL重復利用。取磨口具塞三角瓶中產物l克，內標物水楊酸甲酯l克，放入5毫升容量瓶中，最后用正己垸定容至5毫升，使用微型漩渦混合儀將容量瓶中的溶液混合均勻后用氣相色譜內標法檢測，測得生物柴油的有效成分即脂肪酸甲酯得率為69. 27%。實施例2第一步，麻瘋樹油的預處理麻瘋樹油以乙醇為溶劑，溫度35°C，萃取4次，每次萃取時間10分鐘，酸值由 11. 02mgK0H/g降低到2. 8mgK0H/g。第二步，利用脂肪酶催化麻瘋樹油和乙酸甲酯反應生產生物柴油 將乙酸甲酯3. 00克與麻瘋樹油3. 00克放入50毫升的磨口具塞三角瓶中，然后再將 脂肪酶N435 0.35克、叔丁醇4.69克和三羥甲基氨基甲烷0.30克依次加入到該磨口具 塞三角瓶中，用四氟乙烯密封帶將該瓶口密封后放置到恒溫水浴搖床中，搖床轉數150 轉每分鐘，反應溫度40t，反應時間12小時，反應完成后將生成物過濾出脂肪酶N435， 將濾液蒸餾即得到產物生物柴油，收集濾出的脂肪酶N435重復利用。 采用同實施例1所述的檢測方法，檢測脂肪酸甲酯得率為77. 08%。實施例3第一步，麻瘋樹油的預處理麻瘋樹油以乙醇為溶劑，溫度40°C，萃取5次，每次萃取時間15分鐘，酸值由11. 02mgK0H/g降低到2. 4mgK0H/g 。第二步，利用脂肪酶催化麻瘋樹油和乙酸甲酯反應生產生物柴油 將乙酸甲酯3. 35克與麻瘋樹油4. 00克放入50毫升的磨口具塞三角瓶中，然后再將 脂肪酶為N435+Lipex所形成的復合酶0. 45克、石油醚4. 46克和三羥甲基氨基甲烷0. 40 克依次加入到該磨口具塞三角瓶中，用四氟乙烯密封帶將該瓶口密封后放置到恒溫水浴 搖床中，搖床轉數150轉每分鐘，反應溫度60。C，反應時間9小時，反應完成后將生成 物過濾出脂肪酶N435+Lipex復合酶，將濾液蒸餾即得到產物生物柴油，收集濾出的脂肪 酶N435+Lipex復合酶重復利用，復合酶中二者的質量比為N435:Lipex = 1:15。 采用同實施例1所述的檢測方法，檢測脂肪酸甲酯得率為82. 991實施例4除第二步中麻瘋樹油用量為2. 00克和乙酸甲酯用量為1. 00克之外，其他反應條件 和測定方法均同實施例1，脂肪酸甲酯的得率為66.27%。 實施例5除第二步中所用脂肪酶改為N435+TLIM所形成的復合酶0. 40克，復合酶中二者的質 量比為N435: TLIM=1: 20之外，其他反應條件和測定方法均同實施例1，脂肪酸甲酯 的得率為87. 57%。 實施例6除第二步中所用脂肪酶改為N435+CCL所形成的復合酶0. 35克，復合酶中二者的質 量比為N435: CCL= 1:10，有機溶劑改為叔丁醇6. 00克之外，其他反應歩驟和測定方 法均同實施例l,脂肪酸甲酯的得率為77.57%。
實施例7除第一步中每次萃取時間改為5分鐘，第二步中所用脂肪酶改為Lipex 0. 40克之外， 其他反應步驟和測定方法均同實施例1，脂肪酸甲酯的得率為67. 11%。 實施例8除第二步中所用脂肪酶改為TLIM 0. 40克之外，其他反應步驟和測定方法均同實施 例1，脂肪酸甲酯的得率為68. 23%。
權利要求
1. 利用脂肪酶催化生產生物柴油的方法，其特征在于以麻瘋樹油和乙酸甲酯為原 料，具體步驟是第一步，麻瘋樹油的預處理麻瘋樹油用乙醇為溶劑進行萃取，溫度30 40t，萃取3 5次，每次萃取時間5 15分鐘，使麻瘋樹油的酸值由11. 02mgK0H/g降低到2. 4 3. 2mgK0H/g; 第二步，利用脂肪酶催化麻瘋樹油和乙酸甲酯反應生產生物柴油 將乙酸甲酯與麻瘋樹油放入反應器中，其質量配比為乙酸甲酯麻瘋樹油=1:1 2， 然后再將脂肪酶、有機溶劑和有機堿依次加入該反應器中，脂肪酶用量為麻瘋樹油質量 的10% 20%，有機溶劑用量為麻瘋樹油質量的1 3倍，有機堿用量為麻瘋樹油質量的 10%，反應器密封后放置到恒溫水浴搖床中，搖床轉數150轉每分鐘，反應溫度40 60"C， 反應時間6 12小時，反應完成后將生成物過濾出催化劑脂肪酶，將濾液蒸餾即得到產 物生物柴油，收集濾出的脂肪酶重復利用，所用有機溶劑為叔丁醇、正己烷或石油醚， 所用有機堿為三羥甲基氨基甲垸。
2. 根據權利要求1所述利用脂肪酶.催化生產生物柴油的方法，其特征在于所述的 脂肪酶為柱狀假絲酵母脂肪酶、茸毛腐質霉菌脂肪酶、南極假絲酵母脂肪酶B、嗜熱真 菌脂肪酶之中的一種或其中兩種脂肪酶混合所形成的復合酶。
3. 根據權利要求2所述利用脂肪酶催化生產生物柴油的方法，其特征在于所述復 合酶是南極假絲酵母脂肪酶B與任意另一種脂肪酶所形成的復合酶。
4. 根據權利要求3所述利用脂肪酶催化生產生物柴油的方法，其特征在于所述復 合酶是南極假絲酵母脂肪酶B與任意另一種脂肪酶以質量比為1:10 20所形成的復合 酶。
全文摘要
本發明利用脂肪酶催化生產生物柴油的方法涉及從脂肪酸制備生物柴油領域。該方法以麻瘋樹油和乙酸甲酯為原料，先進行麻瘋樹油的預處理；然后利用脂肪酶催化麻瘋樹油和乙酸甲酯反應生產生物柴油，乙酸甲酯∶麻瘋樹油(質量比)＝1∶1～2，脂肪酶用量為麻瘋樹油質量的10％～20％，所述的脂肪酶為柱狀假絲酵母脂肪酶、茸毛腐質霉菌脂肪酶、南極假絲酵母脂肪酶B、嗜熱真菌脂肪酶之中的一種或其中兩種脂肪酶混合所形成的復合酶。本發明方法使用乙酸甲酯參與轉酯化反應，提供酯基，反應中不會使酶失活，后續操作方便，所用麻瘋樹油易得，而且價格便宜，制備工藝簡單，反應條件溫和，無環境污染，生物柴油的有效成分即脂肪酸甲酯的得率達到66.27％～87.57％。
文檔編號C12P7/64GK101121896SQ20071005972
公開日2008年2月13日 申請日期2007年9月19日 優先權日2007年9月19日
發明者麗 馬, 靜 高 申請人:河北工業大學