专利名称：一种用低温活性脂肪酶催化油脂生产生物柴油的方法
技术领域：
本发明属于生物油脂合成技术领域，特别是低温活性脂肪酶催化油脂生产生物柴油的方法。
背景技术：
利用低温脂肪酶作为催化剂，将生物油脂原料与短链醇通过酯交换反应，生成长链脂肪酸酯类物质，是一种新型的无污染可再生能源，称为生物柴油。其燃烧性能可以与传统的石化柴油相比，目前生物柴油的研究和应用已经受到了广泛的关注，酶法生产生物柴油更是受到越来越多的关注。目前生物柴油的生产工艺主要包括化学法、物理法和生物酶法三种。但应用于工业化生产的主要是用化学法，即动植物油脂和低碳醇在碱或者酸性催化剂作用下进行转酯化反应，生成相应的脂肪酸甲酯或乙酯。化学法制备生物柴油存在一些难以避免的问题，如对原料中游离脂肪酸和水含量有较高要求，反应后产物处理过程复杂，且废酸(碱)液排放容易对环境造成二次污染等。利用生物酶法制备生物柴油则具有反应条件温和、无污染排放、油脂原料中的游离脂肪酸和少量的水不影响酶促反应等优点，另外利用生物脂肪酶还能进一步合成其他一些高价值的产品，包括可生物降解的润滑剂以及用于燃料和润滑剂的添加剂等，这些优点使脂肪酶成为生物柴油生产中一种适宜的生物催化剂，其生产工艺符合绿色环保发展方向，因而日益受到人们的重视。但目前生物酶法合成生物柴油的工艺也存在一些亟待解决的问题，如脂肪酶对短链醇的转化率较低，不如对长链醇的酯化或转酯化有效，而且短链醇对酶有一定的毒性，使酶的使用寿命缩短；脂肪酶的价格昂贵，生产成本较高，限制了其在工业规模生产生物柴油中的应用。故开发廉价的生物酶法工艺，寻找新的生物酶催化剂和工艺，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实现生物酶法产业化生产生物柴油的关键。然而，目前所报道的生物酶催化原料油脂进行生物柴油的合成工艺中，绝大多数脂肪酶酶催化的酯交换反应最适温度都在30-50°C，但是，温度高会加速酶的失活，影响生物柴油的得率。
发明内容
本发明的目的是提供一种具有低温活性的脂肪酶来生产生物柴油的方法，利用该酶的低温酯化特性，用于催化原料油脂同甲醇发生反应合成生物柴油，从而在获得较高生物柴油得率的基础上，降低能耗，克服酶热稳定性差的弱点的基础上，有效降低生物柴油生产成本。本发明将具有低温酯化活性的脂肪酶用于催化酯交换反应，利用该脂肪酶的低温特性，将原料油脂有效转化生成生物柴油。具体方法如下
将在低温下具有高转酯化活性的脂肪酶用于催化原料油脂与短链醇反应，短链醇与原料油脂的反应摩尔比为2:1-5:1，脂肪酶添加量按每克油脂60 130U添加，反应在适于酶催化反应的生化反应器中进行，反应温度为20°C-40°C;反应体系为无溶剂体系和正己烷溶剂体系。这种方法可以在较低温度条件和较少酶量的情况下，快速将原料油脂几乎完全转化生成生物柴油。本发明所述脂肪酶为L-10000低温酸性脂肪酶制剂，购自云南省昆明市爱科特生物技术有限公司。本发明所述油脂为生物油脂，包括植物油脂和地沟油。 本发明所述植物油脂为菜籽油、小桐子油、大豆油、玉米油、葵花籽油。 本发明所述短链醇为甲醇。本发明的优点在于用于该工艺的脂肪酶催化剂具有低温转酯活性，该工艺能在较低温度和较短时间内达到高的甲酯转化率，可以在较低温度下有效转化可再生油脂原料，获得高得率的生物柴油。该方法不仅降低了生产的能耗，还克服了脂肪酶热稳定差的弱点。
下面结合附图及实施方式对本发明作进一步详细的说明
图I为菜籽油制备生物柴油的温度曲线20°C时甲酯的最高得率为95. 1%。图2为大豆油制备生物柴油的温度曲线，20°C时甲酯的最高得率为95%。图3为地沟油制备生物柴油的温度曲线，20°C时甲酯的最高得率为94. 97%。图4为小桐子油制备生物柴油的温度曲线，25°C时甲酯的最高得率为94. 13%。图5为玉米油制备生物柴油的温度曲线，25°C时甲酯的最高得率为97. 33%。图6为葵花油制备生物柴油的温度曲线，20°C时甲酯的最高得率为95. 94%。
具体实施例方式脂肪酶溶液的制备将L-10000低温酸性脂肪酶制剂溶于一定量的蒸馏水中，置于20°C, 180r/min的摇床中摇勻60min,取出溶液,5000g/min离心10分钟,取上清，即为脂肪酶溶液。酯交换反应体系在适合酶催化反应的反应器中加入一定量的原料油和甲醇，置于恒温水浴摇床中预热5分钟后，加入制备好的脂肪酶溶液开始反应，反应结束后，将样品以10000g/min离心10分钟，取IOOul上层酯相，溶于900ul正己烷中，用气质联用分析产物中的脂肪酸甲酯含量。下面通过实施例来进一步说明本发明，但本发明不仅限于以下实例
实施例I
将醇油摩尔比为5:1的甲醇和菜籽油，加入反应器中，将反应器置于15°C、20°C、25°C、30 V、35°C >40 V，150r/min的恒温摇床中摇匀5min后，分别添加酶液，酶添加单位按每克油脂105U添加，水添加量根据酶液计算为油重的20%，反应12h后取样，将样品以IOOOOg/min离心10分钟，取IOOul上层酯相，溶于900ul正己烷中，用GC-MS分析产物中的脂肪酸甲酯含量，可以得到生物柴油的得率最高，约为97. 58%，如图I所示。实施例2将醇油摩尔比为3:1的甲醇和大豆油，加入到反应器中，将反应器置于15°C、20°C、25°C、30°C、35°C、40°C，150r/min的恒温摇床中摇匀5min后，添加酶液，酶添加量按每克油脂91U添加，水添加量根据酶液计算为油重的10%，反应24h后取样，利用GC-MS分析可知，当反应温度为20°C时，生物柴油的得率最高，约为95%，如图2所示。实施例3
将醇油摩尔比为2:1的甲醇和地沟油，以及占油重10%的正己烷，加入到反应器中，将反应器置于15°C、20°C、25°C、30°C、35°C、4(TC，150r/min的恒温摇床中摇匀5min后，添加酶液，酶添加量按每克油脂62U添加，水添加量根据酶液计算为油重的10%，反应24h后取样，利用GC-MS分析可知当反应温度为20°C时，生物柴油的得率最高，约为94. 97%，如图3所示。实施例4
将醇油摩尔比为3:1的甲醇和小桐子油，以及占油重10%的正己烷，加入到反应器中，将反应器置于15°C、20°C、25°C、30°C、35°C、4(rC，150r/min的恒温摇床中摇匀5min后，添加酶液，酶添加量按每克油脂130U添加，水添加量根据酶液计算为油重的10%，反应24h后取样，利用GC-MS分析可知，当反应温度为25°C时，生物柴油的得率最高，约为94. 13%，如图4所示。实施例5
将醇油摩尔比为3:1的甲醇和玉米油，加入到反应器中，将反应器置于15°C、20°C、25°C、30°C、35°C、40°C，150r/min的恒温摇床中摇匀5min后，添加酶液，酶添加量按每克油脂91U添加，水添加量根据酶液计算为油重的10%，反应24h后取样，利用GC-MS分析可知，当反应温度为25°C时，生物柴油的得率最高，约为97. 33%，如图5所示。实施例6
将醇油摩尔比为4:1的甲醇和葵花油，加入到反应器中，将反应器置于15°C、20°C、25°C、30°C、35°C、40°C，150r/min的恒温摇床中摇匀5min后，添加酶液，酶添加量按每克油脂91U添加，水添加量根据酶液计算为油重的10%，反应24h后取样，利用GC-MS分析可知，当反应温度为20°C时，生物柴油的得率最高，约为95. 94%，如图6所示。权利要求
1.一种用低温活性脂肪酶催化油脂生产生物柴油的方法，其特征在于用具有低温转酯活性的脂肪酶催化原料油与短链醇发生酯交换反应制备生物柴油，短链醇和原料油反应摩尔比为2:1-5:1，反应温度为15°C -40°C ;反应在无溶剂体系或正己烷体系，酶添加量按每克油脂添加60 130U，在低温下，快速将原料油脂转化合成生物柴油。
2.根据权利要求I所述的用低温活性脂肪酶催化油脂生产生物柴油的方法，其特征在于所涉述的原料油脂为植物油脂菜籽油、小桐子油、大豆油、玉米油、葵花籽油，和地沟油。
3.根据权利要求I所述的用低温活性脂肪酶催化油脂生产生物柴油的方法，其特征在于所述短链醇为甲醇。
全文摘要
本发明是一种用低温活性脂肪酶催化油脂生产生物柴油的方法。用具有低温转酯活性的脂肪酶催化原料油与短链醇发生酯交换反应制备生物柴油，短链醇和原料油反应摩尔比为2:1-5:1，反应温度为20℃-40℃；反应在无溶剂体系或正己烷体系，酶添加量按每克油脂添加60～130U，在低温下，快速将原料油脂转化合成生物柴油。使原料油脂与甲醇的反应过程在低温下就可以达到较高的酯化率，可以在较低温度下有效转化可再生油脂原料，获得高得率的生物柴油。该工艺不仅降低了生产的能耗，还克服了脂肪酶热稳定差的弱点。
文档编号C12P7/64GK102634548SQ201210123679
公开日2012年8月15日 申请日期2012年4月25日 优先权日2012年4月25日
发明者周峻沛, 唐湘华, 张学林, 李俊俊, 杨云娟, 许波, 黄遵锡 申请人:云南师范大学