专利名称：：利用玉米芯固定化脂肪酶制备生物柴油的方法
技术领域：
：本发明属于生物能源领域，具体涉及一种生物柴油的制备方法。
背景技术：
：生物柴油是指以油料作物、野生油料植物和工程微藻等水生植物油脂以及动物油脂、餐饮垃圾油等为原料油通过酯交换工艺制成的长链脂肪酸酯类物质，它与石化柴油相比具有许多优点，如能源安全，可利用再生资源，使用中(A、CO和NOx等气体排放量少。因此，生物柴油是一种环保清洁的能源，它的研究和应用已经受到了广泛的关注。目前，工业化生产的生物柴油主要是通过化学方法生产，该法具有反应速度快、转化效率高等优点，但还存在自身无法消除的一些缺陷工艺复杂、醇必须过量，后期工艺必须有醇回收装置，能耗高；酯化产物难于回收，成本高；生产过程有废碱液排放，污染环境。与化学法相比，生物酶法生产生物柴油具有反应条件温和，醇用量少，无污染物排放等优点，许多专家学者尝试着用生物酶法催化合成生物柴油。MohamedM.Soumanou等以正己烷为有机溶剂，用固定化的根毛霉脂肪酶催化向日葵油和甲醇反应，生物柴油转化率达84%(EuropeanJournalofLipidScienceandTechnology);LloydA.Nelson等同样以正己烷为有机溶剂，用1，3-位置专一性脂肪酶催化牛油和正丁醇反应，生物柴油转化率达99.4%(JournaloftheAmericanOilChemists'Society);专利CN1640991A公布了禾U用硅藻土固定的脂肪酶来催化动植物或微生物油脂和甲醇或乙醇反应合成生物柴油，酯转化率达90%左右，然而该法制备的固定脂肪酶稳定性不是很好，重复利用次数低；专利CN101121896A公布了利用游离脂肪酶催化预处理的麻疯树油和低碳醇反应合成生物柴油，该方法的局限性在于生物柴油转化效率低，脂肪酶不能重复利用，增加生产中的成本。在上述生物酶法制备生物柴油的技术中，主要存在几点不足，(1)直接用脂肪酶作催化剂生产生物柴油的技术，脂肪酶不能重复利用，增加工业生产的成本。(2)对于那些应用固定化脂肪酶的技术，有的采用的固定化载体价格昂贵，除了制作工艺复杂外，而且载体在自然界难以降解，会造成对环境不利的现象，不利于工业化大规模生产；而另外一些采用的固定化载体虽然价格不高，但固定化后其稳定性不好，酶活性低，同样不利于工业化大规模生产。所以研究一种生产成本较低、稳定性好、对环境友好的生物酶法新体系生产生物柴油的技术有重要的意义，
发明内容本发明的目的在于克服上述化学法生产生物柴油存在的能耗高，成本高和污染环境等技术缺陷，以及上述生物酶法制备生物柴油过程中存在的一些不足，提供一种新的脂肪酶催化制备生物柴油的方法，即利用玉米芯固定化脂肪酶制备生物柴油的方法，它采用农作物废弃物玉米芯为载体制得固定化脂肪酶用于生物柴油的催化转化，且固定化脂肪酶易回收，可多次重复使用，它还能利用地沟油，光皮树油，蓖麻油，桐油等非食用油油脂，不与口争油。本发明的利用玉米芯固定化脂肪酶制备生物柴油的方法，具体工艺步骤为将油脂、低碳醇、有机溶剂和固定化脂肪酶依次加入反应器中，其中，油脂与低碳醇的摩尔比为1:34，低碳醇采取按其添加总量分批等量等间隔时间添加的方式加入反应器中，油脂与有机溶剂的质量比为i:0.55，固定化脂肪酶与油脂的质量比为i:105;反应温度为405(TC，搅拌反应时间为212小时；反应结束后，过滤出固定化脂肪酶并回收再用，离心分离除去反应产物粗甘油，蒸馏除去并回收有机溶剂，获得生物柴油。本发明方法在实施时，原料油可以为地沟油，光皮树油，蓖麻油，桐油，大豆油，菜籽油，玉米油，花生油，或其他动植物来源油中的任一种。本发明方法在实施时，采用的低碳醇优选为甲醇或乙醇。本发明方法在实施时，将低碳醇(甲醇或乙醇)按其添加总量分25批次等量等间隔时间地加入到反应器中。本发明方法在实施时，采用的有机溶剂优选为正己烷，叔丁醇，环己烷，石油醚中的任一种。本发明方法在实施时，采用的玉米芯固定化的脂肪酶可以为毕赤酵母，白地霉，青霉和黑曲霉中的任何一种或任何几种的组合-本发明方法在实施中组合使用几种不同的脂肪酶时，各种脂肪酶的用量优选为依据脂肪酶总用量按比例均分。本发明方法具有如下优点(l)采用农作物废弃物玉米芯为载体，一是得到的固定化脂肪酶活力高，稳定性好，易回收再利用；二是以农作物废弃物玉米芯为载体是废弃物的再利用，而且玉米芯在自然界容易降解，对环境友好。(2)工艺简单，生物柴油转化率高，经气相色谱检测，油脂转化为生物柴油的转化率为63.8%97.5%。(3)无污染物排放。(4)能利用地沟油，光皮树油，蓖麻油，桐油等非食用油油脂作原料，解决与口争油的问题。制备的生物柴油与0号石化柴油燃烧性能相似，是一种安全、洁净的生物质燃料油。本发明方法有效地降低了制备生物柴油的生产成本，具备工业化生产的潜力。具体实施例方式下面结合实施例对本发明作进一步详细说明。本发明方法使用的玉米芯固定化脂肪酶是采用本申请人参与共同申请的另一发明专利"玉米芯固定化脂肪酶制备方法及其产品"(200910044436.X)的技术制备，它是将粉碎至粒度为30-100目的玉米芯粉末先用去离子水洗涤并滤去水分，后用氢氧化钾溶液浸泡再用去离子水洗涤至中性并滤去水分，然后用柠檬酸溶液浸泡再用去离子水洗涤至中性滤去水分，再加入三羟甲基氨基甲烷溶液，置于50°C8(TC温度下活化，活化结束后取出样品用去离子水洗涤并滤去水分，干燥后得到玉米芯载体；再将上述步骤制备的玉米芯载体与脂肪酶酶液混合均匀，在3042t:温度下固定612小时，取出已固定了脂肪酶的载体，用磷酸盐溶液清洗载体表面未被吸附的脂肪酶，干燥后得到玉米芯固定化脂肪酶产品。实施例1，将地沟油、甲醇、正己烷和玉米芯固定化脂肪酶依次加入反应器中，其中，选用的脂肪酶为青霉脂肪酶，地沟油的添加量为20g，油脂(地沟油)与甲醇的摩尔比为l:4，甲醇按其添加总量分2次等量添加(每次添加的时间间隔按具体的总反应时间等分，以下实施例215皆相同)，本实施例两次添加的间隔时间为3小时，油脂与有机溶剂的质量比为i:i，固定化脂肪酶与油脂的质量比为i:io。反应温度4(rc，搅拌反应6小时。反应结束后，先过滤出固定化脂肪酶，以便回收再使用，再离心分离除去下层的反应产物粗甘油，最后蒸馏除去并回收上层液有机溶剂(正己烷)，剩余物即为获得的生物柴油(反应结束后，至获得生物柴油的工艺步骤，以下实施例215皆相同)。实验中，利用前一次实验滤出的固定化脂肪酶再进行下一轮的反应，在保持上述反应条件不变，各添加物质添加量不变的条件下，固定化脂肪酶共重复实验使用了20次(以下实施例215皆采用这种固定化脂肪酶重复使用20次的实验方式)。经气相色谱检测，第20次反应的油脂转化为生物柴油的转化率为67.8%。所得生物柴油主要参数分析结果为密度895(2(TC)/(kgm—3)，运动黏度6.7(20°C)/(mm2s—0，闪点(闭口)137°C，酸值0.19(mg/g)，十六烷值47。实施例2，将大豆油、乙醇、石油醚和玉米芯固定化脂肪酶依次加入反应器中，其中，选用的脂肪酶为黑曲霉脂肪酶，大豆油的添加量为20g，油脂(大豆油)与乙醇的摩尔比为1:3.5，乙醇按其添加总量分3次等量添加，本实施例每次添加的间隔时间为2.66小时，油脂与有机溶剂的质量比为1:2，固定化脂肪酶与油脂的质量比为1:7。反应温度5(TC，搅拌反应8小时。经气相色谱检测，第20次反应的油脂转化为生物柴油的转化率为75.6%。所得生物柴油主要参数分析结果为密度880(20°C)/(kgm—3)，运动黏度6.6(20°C)/(mm2s-"，闪点(闭口)134°C，酸值0.18(10mg/L)，十六烷值47。实施例3，将光皮树油、甲醇、叔丁醇和玉米芯固定化脂肪酶依次加入反应器中，其中，选用的脂肪酶为酵母脂肪酶和白地霉脂肪酶(采用几种不同来源的脂肪酶时，各种脂肪酶的用量依据脂肪酶总用量按比例均分，以下实施例使用几种不同来源的脂肪酶时皆相同)，本实施例中两种脂肪酶用量各占脂肪酶总用量的50%，光皮树油的添加量为20g，油脂(光皮树油)与甲醇的摩尔比为1:3，甲醇按其添加总量分4次等量添加，本实施例每次添加的间隔时间为2.5小时，油脂与有机溶剂的质量比为1:3，固定化脂肪酶与油脂的质量比为l:5。反应温度45t:，搅拌反应10小时。经气相色谱检测，第20次反应的油脂转化为生物柴油的转化率为92.7%。所得生物柴油主要参数分析结果为密度893(20°C)/(kgm-3)，运动黏度5.8(20°C)/(mm2s-0，闪点(闭口)162°C，酸值0.15(mg/g)，十六烷值48。实施例4，将菜籽油、甲醇、正己烷和玉米芯固定化脂肪酶依次加入反应器中，其中，选用的脂肪酶为青霉脂肪酶和黑曲霉脂肪酶，两种脂肪酶用量各占脂肪酶总用量的50X，菜籽油的添加量为20g，油脂(菜籽油)与甲醇的摩尔比为1:3，甲醇按其添加总量分3次等量添加，本实施例每次添加的间隔时间为3小时，油脂与有机溶剂的质量比为i:4，固定化脂肪酶与油脂的质量比为i:6。反应温度45t:，搅拌反应9小时。经气相色谱检测，第20次反应的油脂转化为生物柴油的转化率为89.7%。所得生物柴油主要参数分析结果为密度878(20°C)/(kg'm—3)，运动黏度6.7(20°C)/(mm2's—0，闪点(闭口)135°C，酸值O.16(mg/g)，十六烷值48。实施例515，油脂的添加量都为20g，固定化脂肪酶都重复使用20次，具体工艺步骤同以上实施例14，其工艺参数列如表1和表2中实施例59工艺参数表表l<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>实施例1015工艺参数表表:i参数<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>权利要求一种利用玉米芯固定化脂肪酶制备生物柴油的方法，具体步骤为将油脂、低碳醇、有机溶剂和固定化脂肪酶依次加入反应器中，其中，油脂与低碳醇的摩尔比为1∶3～4，低碳醇采取按其添加总量分批等量等间隔时间添加的方式加入，油脂与有机溶剂的质量比为1∶0.5～5，固定化脂肪酶与油脂的质量比为1∶10～5；反应温度为40～50℃，搅拌反应时间为2～12小时；反应结束后，过滤出固定化脂肪酶并回收再用，离心分离除去粗甘油，蒸馏除去并回收有机溶剂，获得生物柴油。2.根据权利要求1所述的利用玉米芯固定化脂肪酶制备生物柴油的方法，其特征在于所述油脂为地沟油，光皮树油，蓖麻油，桐油，大豆油，菜籽油，玉米油，花生油，或其他动植物来源油中的任一种。3.根据权利要求1所述的利用玉米芯固定化脂肪酶制备生物柴油的方法，其特征在于所述低碳醇为甲醇或乙醇。4.根据权利要求1或3所述的利用玉米芯固定化脂肪酶制备生物柴油的方法，其特征在于低碳醇按其添加总量分25批次等量等间隔时间添加。5.根据权利要求1所述的利用玉米芯固定化脂肪酶制备生物柴油的方法，其特征在于所述有机溶剂为正己烷，叔丁醇，环己烷，石油醚中的任一种。6.根据权利要求1所述的利用玉米芯固定化脂肪酶制备生物柴油的方法，其特征在于所述玉米芯固定化的脂肪酶为毕赤酵母，白地霉，青霉和黑曲霉中的任何一种或任何几种的组合。7.根据权利要求6所述的利用玉米芯固定化脂肪酶制备生物柴油的方法，其特征在于组合使用几种不同的脂肪酶时，各种脂肪酶的用量依据脂肪酶总用量按比例均分。全文摘要本发明公开了一种利用玉米芯固定化脂肪酶制备生物柴油的方法，具体工艺步骤为将油脂、低碳醇、有机溶剂和固定化脂肪酶依次加入反应器中，其中，油脂与低碳醇的摩尔比为1∶3～4，低碳醇采取按其添加总量分批等量等间隔时间添加，油脂与有机溶剂的质量比为1∶0.5～5，固定化脂肪酶与油脂的质量比为1∶10～5；反应温度为40～50℃，搅拌反应时间为2～12小时；反应结束后，过滤出固定化脂肪酶并回收再用，离心分离除去粗甘油，蒸馏除去并回收有机溶剂，获得生物柴油。本发明使用的玉米芯固定化脂肪酶活力高，稳定性好，可以重复多次使用，生物柴油转化率63.8％～97.5％，制得的生物柴油与0号石化柴油燃烧性能相似。文档编号C12R1/685GK101717801SQ20091022718公开日2010年6月2日申请日期2009年12月10日优先权日2009年12月10日发明者冯超,张敏,李培旺,李昌珠,王卫,蒋丽娟,袁强,郝聚喜,马倩,黎继烈申请人:中南林业科技大学;长沙创林科技有限公司;湖南省林业科学院