酶法催化蓖麻油生产生物柴油的研究Word下载.docx

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tionandSafety,Tiain300457）

Abstract[Objective]Thepurposewastooptimizetheconditionofproducingbiodleselwithcastoroilbyenzymaticcatalysis.IMethodJH-4,astrain

ofPseudomonassp.-wasisolatedfromthesoilplantedcastor.WithimmobilizedenzymepreparedfromthefermentationbrothofH-4ascatalyzer,the

transesterificationofcastoroilandmethylalcoholwascatalyzedtoproducebiodieselSOastostudyitstransesterificationability,[Result]TLCandGCde—

teetionsshowedthatthelipasehadfunctionofcatalyzingtransosterificationreactionofcastorollandmethylalcoholtoproducerlclnoleinacid—methylester.

Theesterexchangingrateincreasedcontinuallyalongwiththeprolongingofreactiontime.Whenmethylalcoholwasaddedseparatelyfor3times,theester

exchangingmtewas78%.WhenthereactiontemperatureWas40℃,theesterexchangingmtewas81%.WhentheenzymeadditionwasO.6g,theester

exchangingmtewas85%.1Conelusion]Underthereactionconditionwiththemoleratioofalcoholtooilbeing3:

1,addingmethylalcoholseparatelyfor

3timeswithintervalof3handO.6gimmobilizedenzyme,reactingat40℃and150r/rain,theesterexchangingmteoftheoilreached85%.

KeywordsBiodiesel;

Castoroil;

Methylalcohol;

Lipase;

Catalyzer

随着地球上煤炭,石油等不可再生化石能源储量的日益

减少以及燃烧造成的污染日益严重,风能,太阳能,生物能等

清洁的可再生能源日益受到人们的关注.生物柴油是近年

来迅速发展的一种新兴的生物能,由可再生的油脂原料,如

植物或动物油脂,经合成（酯交换）所得的长链脂肪酸甲酯,

是可代替柴油的一种环保燃料油….目前,生物柴油的工业

化生产一般采用化学法,即利用动,植物油脂与短链醇在强

酸或强碱的作用下制备,但该法存在反应时醇量必须过量,

能量消耗高,对原料要求苛刻,下游处理过程繁杂和废碱液

污染环境等缺点_2j.脂肪酶催化合成生物柴油因要求的

醇用量小,反应条件温和,无污染物排放,产品容易分离而倍

受关注[4-6].

根据KevinJ.Harrington的研究I7j,作为柴油替代品的理

想物质应具有以下分子结构:

①较长的碳直链;

②双键数目

尽可能少,最好只有1个双键,且双键位于碳分子链的末端

或者是均匀分布在碳分子中;

③含有一定含量的氧元素,最

好是酯类,酚类,醇类化合物;

④分子结构尽可能没有或只有

很少的碳支链;

⑤分子中不含有芳香烃结构.蓖麻油主要成

分是蓖麻油酸甘油脂（80%以上）,其化学名称为12.羟基.9.

十八烯酸,分子式为c（cH,）（OH）CHCH2CH:

CH

（CH2）COOH_8J,以蓖麻油为原料制备石化柴油的替代物

——

生物柴油具有可行性.笔者以蓖麻油为原料,从某蓖麻

种植试验地土壤中分离出l株产脂肪酶菌株,发酵后提取脂

肪酶,催化蓖麻油与甲醇发生酯交换反应生产生物柴油,初

步研究了该酶的转酯能力.

作者简介高利飞（1982一）,女,河北张家口人,硕士研究生,研究方

向:

农副产品生物转化.*通讯作者.

收稿日期20O8—03—29

1材料与方法

1.1试验材料蓖麻油购自内蒙古通辽化工厂,固定化脂

肪酶自制（从蓖麻种植试验地土壤中筛选分离出1株产脂肪

酶菌株（Pseudomonassp.）H.4,发酵后提取脂肪酶,固定在硅

藻土上）,蓖麻油酸甲酯标准品为色谱纯,甲醇,正己烷,氯

仿,丙酮等均为分析纯.

1.2试验方法

1.2.1脂肪酶固定化.准确称取10.00g硅藻土,加入10.0o

gpH值7.5的磷酸缓冲液,置于70℃烘箱中,干燥后精确称

取8.57g,与20ml发酵液混合,室温条件下放置,干燥后制成

固定化粗酶9l9.

1.2.2酯交换反应.

1.2.2.1转酯反应体系.5ml正己烷,4ml蓖麻油,1.35ml

甲醇（甲醇,蓖麻油摩尔比3:

1）,一定量固定化脂肪酶,反应

一

定时问后取上层混合液进行分析.

1.2.2.2转酯能力检测.①薄层层析检测.吸附剂:

硅胶板

GF254;

展开剂:

三氯甲烷:

丙酮（24:

1,V/V）;

显色剂:

碘;

点样

量:

5～10l.②气相色谱检测.气相色谱分析条件:

CBP毛

细管柱（50Ill×

0.25Bin,0.25胛）,进样口温度280℃,起始

柱温120℃,保持5min,升温速度为5~C/min,结束柱温240

℃,检测器温度280℃,进样量为1,载气N2,流量1.0

ml/min,分流比为20:

1.,r

1.2.2.3分析方法.①定性分析方法.比较蓖麻油酸甲酯

标准品与产物在硅胶板上的R值,初步分析以H4制备的

脂肪酶是否具有转酯能力,并利用标准品的峰保留时间及峰

形与产物峰保留时间及峰形对比,确认该酶的转酯能力.②

定量分析方法.油脂的酯交换率计算公式:

酯交换%,=×

100

（1）

36卷l6期高利飞等酶法催化蓖麻油生产生物柴油的研究6951

2结果与分析

2.1转酯能力的测定

2.1.1薄层层析检测.在"

1.2.2.1"

的反应体系中催化蓖麻

油进行转酯反应,测定转酯能力,结果见图1.

注:

1为蓖麻油酸甲酯标准品,2为转酯反应产物.

Note:

1.Standardofmethyloleateincastor-oilp1;

2.Productsofin—

terestfication.

图1蓖麻油酸甲酯的薄层层析定性检测

Fig.1Qualitativedetectionofmethyloleateincas~r-oilplant

由图1可知,蓖麻油酸甲酯标准品与转酯反应产物的R

值相近,初步认为从种植蓖麻的土壤中筛选的H.4菌株产生

的脂肪酶具有催化蓖麻油与甲醇发生酯交换反应的功能.

2.1.2气相色谱检测.对蓖麻油酸甲酯标准品及转酯反应

产物进行气相色谱检测,结果见图2和图3.由图2,3可知,

转酯反应产物图谱中1的峰保留时间及峰形与蓖麻油酸甲

酯标准品图谱的峰保留时间及峰形一致,说明该脂肪酶具有

催化蓖麻油发生转酯反应制备蓖麻油酸甲酯的功能.

暑

时间TiI【Ierain

图2蓖麻油酸甲酯标准品气相色谱

Fig.2Gasdlromatogramofmethyloleateincas~r-oilplant

2.2油脂酯交换率的测定

2.2.1反应时间对酯交换率的影响.由图4可知,醇油摩尔

比为理论反应比例3:

1,在37℃,150r/min的条件下进行反

应,随着反应时间的延长,油脂的酯交换率不断升高.前6h

反应速度增长很快,8h后反应速度变慢,接近平衡,10h时

油脂的酯交换率达到最大,为72%,因此,确定9～10h作为

反应时间.

2.2.2甲醇添加次数对酯交换率的影响.由图5可知,醇油

摩尔比为理论反应比例3:

1,在37oC,150r/min的条件下反

应10h,甲醇1次性加入时油脂转化率较低,甲醇过量对脂肪

酶有毒害作用,减弱其催化功能.甲醇分3次加入,脂交换

率最高,为78%,大于3次添加次数对脂交换率影响不大.

2.2.3反应温度对酯交换率的影响.由图6可知,醇油摩尔

1,甲醇分3次加入,150r/min条件下反

应10h,反应温度40qC时脂交换率最高,达81%.提高温度

增加了反应物分子的热能,加速了反应速度,酶活性也随之

增高,脂交换率升高,但当温度增加到一定程度时,酶本身蛋

白质结构的分子热能增加,导致维系酶三维结构的非共价键

相互作用破裂,最终造成酶变性,降低了其催化活性.

时间Tilmmin

1为转酯反应产物中的蓖麻油酸甲酯.

1.Methyloleateincastor-oilplantintheproductsofinterestefiI"

i-

cation.

图3转酯反应产物气相色谱

rig.3GasdaromatogramoftheproductsofinteresterificaUon

b0

许普

羹巷'

曰-

许詈

羹藿目-

反应时间ReactiontiI【Ieh

图4反应时间对酯交换率的影响

ng.4Effectsofreactionthne蚰esterard1aI咖rate

甲醇添加次数AddiI1gti[msofrmthanol次

图5甲醇添加次数对酯交换率的影响

Fig.5Effectsofa【ldiIlgtimesofmethanolonesterard珊I咖rate

2,2,4酶添加量对酯交换率的影响.由图7可知,醇油摩尔

1,甲醇分3次加入,在40℃,150r/lTlin

的条件下反应10h,酶添加量0,6g（油脂质量