专利名称：一种利用微生物油脂制备生物柴油的方法
技术领域：
本发明属于生物化工领域，涉及一种利用微生物油脂为原料制备生物柴油的方法。
背景技术：
近年来，随着石油资源的日益枯竭，石油价格的上涨，全世界都面临着能源短缺的 危机，生物柴油作为一种可再生的生物能源受到广泛的关注。生物柴油是由油脂与醇(甲醇或乙醇)经酯交换反应制得的脂肪酸单烷基酯，最 典型的是脂肪酸甲酯，与传统的石油相比具有原料可再生，闪点高，燃烧性能好等优点。因 此，是一种前景广阔的环境友好型绿色燃料。目前国内外生产生物柴油多采用油料植物粮 食为原料，如 D Samios 等在文献《Fuel ProcessingTechnology, 2009,90 (4) :599_605》的 "A Transesterification Double Step Process-TDSP for biodiesel preparation from fatty acids triglycerides”和孔洁等在文献《粮油加工，2010，3 :31_33》的“碱性离子 液体[bmim]0H催化下葵花籽油制备生物柴油”文中，采用食用植物油脂进行生物柴油的制 备，但植物油脂具有成本高、原料总量缺口大及受环境限制等特点，使得制备的生物柴油价 格高于石化柴油。玉米皮渣水解液高密度发酵生产微生物油脂，通过转酯化反应制备生物 柴油，降低了生产成本，而且资源丰富。生物柴油制备的过程中会有未参加反应的油脂，因此需要进行精制分离，目前生 物柴油工业中对生物柴油的精制多采取高温蒸馏方法，例如孙小嬝等在文献《中国油脂， 2007,32(8) :59-62》的“固体超强碱S04-2/Fe203催化制备生物柴油的研究”中，在0. IMPa下 减压蒸馏，230-280°C收集生物柴油。但是高温蒸馏精制生物柴油其工艺复杂，成本昂贵。
发明内容
本发明以价格低廉的玉米淀粉工业副产物_玉米皮渣经发酵得到的微生物油脂 为原料，通过酸、碱两步催化制备生物柴油，反应条件温和，产品得率高。采用低温蒸馏法精 制生物柴油，得到的生物柴油符合中国国家标准，具有成本低，工艺简单等优点，易于工业 化生产，实现了微生物油脂高值化利用。以玉米皮渣为原料，深黄被孢霉(Mortierella isabellina)为菌株发酵生产的微 生物油脂的制备方法，已由申请号为201010272455. O的中国专利给出。下面把其制备方法 说明如下—种利用玉米皮渣为原料发酵生产微生物油脂的方法，步骤和条件如下(1)玉米皮渣两步水解①玉米皮渣酶水解在反应釜中加入碎粉至40-200目玉米干皮渣，按照干燥的玉米皮渣的质量g与水 的体积mL的配比为1 4-8加入水，加入玉米皮渣干重0.5-2%的α-淀粉酶，淀粉酶的活 性为36000IU/mL，再加入玉米皮渣干重0. 1-0. 2%的CaCl2,于40_50°C恒温20_50min，升温
5至80-85°C恒温60-120min，再煮沸lOmin，降温至50_60°C加入玉米皮渣干重0. 1-0. 5%的 糖化酶，糖化酶的活性为100000IU/mL，于60°C保温30min，采用过滤或离心的方法得到玉 米皮渣酶解液的上清液；②玉米皮渣酸水解在反应釜中加入步骤①玉米皮渣水解后的滤渣，按该滤渣酶解前玉米皮渣干重g 与水的体积HiL的配比为1 4-8加入水，再加入该溶液总体积比的0. 2-0. 6%盐酸水解 2_4h，水解温度80-100°C，水解后采用过滤或离心的方法得到玉米皮渣酸解液的上清液； 所述盐酸质量浓度为37% ；(2)玉米皮渣水解液的中和将步骤(1)的①和②得到的上清液混合，再将其浓缩至所含的还原糖质量浓度为 60-80g/L，加入混合上清液体积的1. 5-2. 0%玉米浆，用Ca(OH)2调pH值为6. 0-7. 0，70°C 恒温20-30min，离心除去沉淀，得到玉米皮渣水解液；(3)油脂微生物发酵培养①种子培养在无菌条件下将已长满深黄被孢霉(Mortierella isabellina)分 生孢子的试管斜面加入2-3ml无菌水，轻轻振荡使之悬浮于无菌水中，吸取孢子悬浮液加 入已灭菌的马铃薯葡萄糖培养基中，摇瓶培养温度28-30°C，摇瓶转速80-100r/min，培养 时间20-24h，得到发酵种子液；所述的马铃薯葡萄糖培养基的组成为质量/体积浓度为20%的土豆汁1000ml， 葡萄糖 20g, KH2P043g, MgSO4 · 7H20 1. 5g, pH 6. 0 ；所述的所述的马铃薯葡萄糖培养基在121°C条件下灭菌15min ；②发酵培养在步骤(2)得到的玉米皮渣水解液中，添加玉米皮渣水解液体积的 0. 1-0. 2%硫酸铵，在玉米皮渣发酵培养液中接入步骤(3)的①得到种子液，接入的种子液 是添加硫酸铵后的玉米皮渣水解液体积的5-10%，在全自动发酵装置中进行培养，发酵温 度28-30°C，通气量0. 4-0. 8vvm，搅拌转速120-200r/min，发酵周期4_6d，过滤或离心获得 油脂微生物菌体；所述的玉米皮渣发酵培养液在121°C条件下灭菌15min ；(4)微生物油脂制备将步骤(3)的②得到的油脂微生物菌体干燥，再用有机溶剂提取法，对干燥的油 脂微生物菌体细胞内油脂进行提取把干燥的油脂微生物菌体研磨后用滤纸包装，放入索 氏提取器中，按照干燥的油脂微生物菌体的质量g与石油醚的体积HiL的配比为1 15加 入石油醚，提取温度90-100°C，提取时间5-8h，用旋转蒸发仪减压去除有机溶剂，得到微生 物油脂。本发明提供的一种利用微生物油脂为原料生产生物柴油的方法，其步骤和条件如 下(1)微生物油脂脱酸处理微生物油脂中含有大量的游离脂肪酸(FFA)，采用碱催化工艺前必须进行预酯化 脱酸，否则FFA会与碱反应生成皂化物。在反应釜中加入以玉米皮渣为原料，深黄被孢霉(Mortierella isabellina)为菌 株发酵生产的微生物油脂；按照微生物油脂与甲醇的摩尔比1 6-24加入甲醇，100r/min低速搅拌
65-15min,再加入微生物油脂质量2_5 %的浓H2SO4,继续搅拌，搅拌速度为400r/min，反应温 度55-70°C，反应l_4h后，停止搅拌，水洗油相至pH值6. 5-7. 0，105°C加热30min除去水分， 得到脱酸后的微生物油脂；经此处理微生物油脂的酸值降至2mgK0H/g以下，达到碱催化酯 交换反应的要求。(2)微生物油脂转酯化制备生物柴油在反应釜中加入脱酸后的微生物油脂；按照脱酸后的微生物油脂与甲醇的摩尔比 1 6-14称取甲醇，将是微生物油脂质量0.25-1. 2%的KOH溶于甲醇后加入反应釜中，搅 拌速度400r/min，反应温度50-70°C，反应l_3h后，停止搅拌，静置，分离出下层甘油相后， 加入热水洗涤，分离出热水，得到水洗粗生物柴油。(3)生物柴油的精制在粗生物柴油中加入是其体积的3-6倍的乙醇，搅拌后静置5-15min，甲酯进入上 层乙醇相，将下层未参加转酯化反应的微生物油脂分离出来，重新作为制备生物柴油的原 料；上层乙醇相在0. IMPa下减压蒸馏，在40°C分离出乙醇，得到甲酯-生物柴油。所述的 乙醇也可循环使用。本发明制备的生物柴油的理化指标如表1所示。从表1可以看出，微生物油脂制 备的生物柴油的性能均在0#柴油GB252-2000和生物柴油GB/T20828-2007的标准要求范 围内，因此可直接作为燃料使用。表1生物柴油主要理化性能指标
权利要求
一种利用微生物油脂为原料制备生物柴油的方法，其特征在于，步骤和条件如下(1)微生物油脂脱酸处理在反应釜中加入以玉米皮渣为原料，深黄被孢霉(Mortierella isabellina)为菌株发酵生产的微生物油脂；按照微生物油脂与甲醇的摩尔比1∶6 24加入甲醇，100r/min低速搅拌5 15min，再加入微生物油脂质量2 5％的浓H2SO4，继续搅拌，搅拌速度为400r/min，反应温度55 70℃，反应1 4h后，停止搅拌，水洗油相至pH值6.5 7.0，105℃加热30min除去水分，得到脱酸后的微生物油脂；(2)微生物油脂转酯化制备生物柴油在反应釜中加入脱酸后的微生物油脂；按照脱酸后的微生物油脂与甲醇的摩尔比1∶6 14称取甲醇，将是微生物油脂质量0.25 1.2％的KOH溶于甲醇后加入反应釜中，搅拌速度400r/min，反应温度50 70℃，反应1 3h后，停止搅拌，静置，分离出下层甘油相后，加入热水洗涤，分离出热水，得到水洗粗生物柴油；(3)生物柴油的精制在粗生物柴油中加入是其体积的3 6倍的乙醇，搅拌后静置5 15min，甲酯进入上层乙醇相，将下层未参加转酯化反应的微生物油脂分离出来，重新作为制备生物柴油的原料；上层乙醇相在0.1MPa下减压蒸馏，在40℃分离出乙醇，得到甲酯 生物柴油；所述的乙醇也可循环使用。
2.如权利要求1所述的一种利用微生物油脂制备生物柴油的方法，其特征在于，步骤 和条件如下(1)微生物油脂脱酸处理在反应釜中加入微生物油脂，按照微生物油脂与甲醇的摩尔比1 6加入甲醇，IOOr/ min低速搅拌15min，再加入微生物油脂质量5%的浓H2SO4，搅拌速度400r/min，反应温度 65°C，反应4h后，停止搅拌，水洗油相至pH值7. 0，105°C加热30min除去水分；(2)微生物油脂转酯化制备生物柴油在反应釜中加入脱酸后的微生物油脂，按照微生物油脂与甲醇的摩尔比1 6称取甲 醇，将微生物油脂质量0. 25%的KOH溶于甲醇后加入反应釜中，搅拌速度400r/min，反应温 度50°C，反应Ih后，停止搅拌，静置2h，分离出下层甘油相后，加入是油脂体积80%的热水 洗涤，分离出热水，得到水洗粗生物柴油；(3)生物柴油的精制在粗生物柴油中加入是粗生物柴油体积的3倍的乙醇，静置5min，甲酯进入上层乙醇 相，将未参加转酯化反应的微生物油脂分离出来，重新作为制备生物柴油的原料；上层乙醇 相在0. IMPa下减压蒸馏，在40°C分离出乙醇，得到甲酯-生物柴油；所述的乙醇也可循环使用。
3.如权利要求1所述的一种利用微生物油脂制备生物柴油的方法，其特征在于，步骤 和条件如下(1)微生物油脂脱酸处理在反应釜中加入微生物油脂，按照微生物油脂与甲醇的摩尔比1 12加入甲醇，IOOr/ min低速搅拌5min，再加入微生物油脂质量2 %的浓H2SO4,搅拌速度400r/min，反应温度550C，反应4h后，停止搅拌，水洗油相至pH值6. 8，105°C加热30min除去水分；表2步骤(1) 微生物油脂脱酸处理(2)微生物油脂转酯化制备生物柴油在反应釜中加入脱酸后的微生物油脂，按照微生物油脂与甲醇的摩尔比1 8称取甲 醇，将微生物油脂质量0.5%的KOH溶于甲醇后加入反应釜中，搅拌速度400r/min，反应温 度70°C，反应2h后，停止搅拌，静置2h，分离出下层甘油相后，加入是油脂体积80%的热水 洗涤，分离出热水，得到水洗粗生物柴油；(3)生物柴油的精制在粗生物柴油中加入是粗生物柴油体积的3倍的乙醇，静置5min，甲酯进入上层乙醇 相，将未参加转酯化反应的微生物油脂分离出来，重新作为制备生物柴油的原料；上层乙醇 相在0. IMPa下减压蒸馏，在40°C分离出乙醇，得到甲酯-生物柴油；所述的乙醇也可循环使用。
4.如权利要求1所述的一种利用微生物油脂制备生物柴油的方法，其特征在于，步骤 和条件如下(1)微生物油脂脱酸处理在反应釜中加入微生物油脂，按照微生物油脂与甲醇的摩尔比1 18加入甲醇，IOOr/ min低速搅拌lOmin，再加入微生物油脂质量3 %的浓H2SO4,搅拌速度400r/min，反应温度 70°C，反应3h后，停止搅拌，水洗油相至pH值6. 7，105°C加热30min除去水分；(2)微生物油脂转酯化制备生物柴油在反应釜中加入脱酸后的微生物油脂，按照微生物油脂与甲醇的摩尔比1 10称取甲 醇，将微生物油脂质量0. 75 %的KOH溶于甲醇后加入反应釜中，搅拌速度400r/min，反应温 度65°C，反应3h后，停止搅拌，静置2h，分离出下层甘油相后，加入是油脂体积80%的热水 洗涤，分离出热水，得到水洗粗生物柴油；(3)生物柴油的精制在粗生物柴油中加入是粗生物柴油体积的4倍的乙醇，静置lOmin，甲酯进入上层乙醇 相，将未参加转酯化反应的微生物油脂分离出来，重新作为制备生物柴油的原料；上层乙醇 相在0. IMPa下减压蒸馏，在40°C分离出乙醇，得到甲酯-生物柴油；所述的乙醇也可循环使用。
5.如权利要求1所述的一种利用微生物油脂制备生物柴油的方法，其特征在于，步骤 和条件如下(1)微生物油脂脱酸处理在反应釜中加入微生物油脂，按照微生物油脂与甲醇的摩尔比1 24加入甲醇，IOOr/ min低速搅拌15min，再加入微生物油脂质量4%的浓H2SO4，搅拌速度400r/min，反应温度 60°C，反应2h后，停止搅拌，水洗油相至pH值6. 6，105°C加热30min除去水分；(2)微生物油脂转酯化制备生物柴油在反应釜中加入脱酸后的微生物油脂，按照微生物油脂与甲醇的摩尔比1 12称取甲 醇，将微生物油脂质量1 %的KOH溶于甲醇后加入反应釜中，搅拌速度400r/min，反应温度 55°C，反应Ih后，停止搅拌，静置2h，分离出下层甘油相后，加入是油脂体积80%的热水洗 涤，分离出热水，得到水洗粗生物柴油；(3)生物柴油的精制在粗生物柴油中加入是粗生物柴油体积的5倍的乙醇，静置15min，甲酯进入上层乙醇 相，将未参加转酯化反应的微生物油脂分离出来，重新作为制备生物柴油的原料；上层乙醇 相在0. IMPa下减压蒸馏，在40°C分离出乙醇，得到甲酯-生物柴油；所述的乙醇也可循环使用。
6.如权利要求1所述的一种利用微生物油脂制备生物柴油的方法，其特征在于，步骤 和条件如下(1)微生物油脂脱酸处理在反应釜中加入微生物油脂，按照微生物油脂与甲醇的摩尔比1 12加入甲醇，IOOr/ min低速搅拌15min，再加入微生物油脂质量5 %的浓H2SO4,搅拌速度400r/min，反应温度 65°C，反应Ih后，停止搅拌，水洗油相至pH值6. 5，105°C加热30min除去水分；(2)微生物油脂转酯化制备生物柴油在反应釜中加入脱酸后的微生物油脂，按照微生物油脂与甲醇的摩尔比1 14称取甲 醇，将微生物油脂质量1. 2 %的KOH溶于甲醇后加入反应釜中，搅拌速度400r/min，反应温 度65°C，反应3h后，停止搅拌，静置2h，分离出下层甘油相后，加入是油脂体积80%的热水 洗涤，分离出热水，得到水洗粗生物柴油；(3)生物柴油的精制在粗生物柴油中加入是粗生物柴油体积的6倍的乙醇，静置5min，甲酯进入上层乙醇 相，将未参加转酯化反应的微生物油脂分离出来，重新作为制备生物柴油的原料；上层乙醇 相在0. IMPa下减压蒸馏，在40°C分离出乙醇，得到甲酯-生物柴油；所述的乙醇也可循环 使用。
全文摘要
本发明提供一种利用微生物油脂为原料制备生物柴油的方法。其是一种利用玉米淀粉工业副产物-玉米皮渣经发酵生产的微生物油脂制备生物柴油。本发明的方法得到脱酸后的微生物油脂酸值为1.58-1.90mgKOH/g，生物柴油得率为71.56-93.20％，利用本发明方法制备的生物柴油符合国家标准，可作为燃料使用，有较高的工业价值。本发明所用的方法对环境友好、反应条件温和、工艺简单、过程易控制，具有生产成本低，符合工业化生产的要求等优点。
文档编号C11B3/02GK101974371SQ20101051696
公开日2011年2月16日 申请日期2010年10月25日 优先权日2010年10月25日
发明者卢晓霆, 吴洪发, 宫莉, 张贺, 李东风, 潘安龙, 王晶, 薛冬桦, 赵振波 申请人:长春工业大学