專利名稱：：利用玉米芯固定化脂肪酶制備生物柴油的方法
技術領域：
：本發(fā)明屬于生物能源領域，具體涉及一種生物柴油的制備方法。
背景技術：
：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動物油脂、餐飲垃圾油等為原料油通過酯交換工藝制成的長鏈脂肪酸酯類物質(zhì)，它與石化柴油相比具有許多優(yōu)點，如能源安全，可利用再生資源，使用中(A、CO和NOx等氣體排放量少。因此，生物柴油是一種環(huán)保清潔的能源，它的研究和應用已經(jīng)受到了廣泛的關注。目前，工業(yè)化生產(chǎn)的生物柴油主要是通過化學方法生產(chǎn)，該法具有反應速度快、轉(zhuǎn)化效率高等優(yōu)點，但還存在自身無法消除的一些缺陷工藝復雜、醇必須過量，后期工藝必須有醇回收裝置，能耗高；酯化產(chǎn)物難于回收，成本高；生產(chǎn)過程有廢堿液排放，污染環(huán)境。與化學法相比，生物酶法生產(chǎn)生物柴油具有反應條件溫和，醇用量少，無污染物排放等優(yōu)點，許多專家學者嘗試著用生物酶法催化合成生物柴油。MohamedM.Soumanou等以正己烷為有機溶劑，用固定化的根毛霉脂肪酶催化向日葵油和甲醇反應，生物柴油轉(zhuǎn)化率達84%(EuropeanJournalofLipidScienceandTechnology);LloydA.Nelson等同樣以正己烷為有機溶劑，用1，3-位置專一性脂肪酶催化牛油和正丁醇反應，生物柴油轉(zhuǎn)化率達99.4%(JournaloftheAmericanOilChemists'Society);專利CN1640991A公布了禾U用硅藻土固定的脂肪酶來催化動植物或微生物油脂和甲醇或乙醇反應合成生物柴油，酯轉(zhuǎn)化率達90%左右，然而該法制備的固定脂肪酶穩(wěn)定性不是很好，重復利用次數(shù)低；專利CN101121896A公布了利用游離脂肪酶催化預處理的麻瘋樹油和低碳醇反應合成生物柴油，該方法的局限性在于生物柴油轉(zhuǎn)化效率低，脂肪酶不能重復利用，增加生產(chǎn)中的成本。在上述生物酶法制備生物柴油的技術中，主要存在幾點不足，(1)直接用脂肪酶作催化劑生產(chǎn)生物柴油的技術，脂肪酶不能重復利用，增加工業(yè)生產(chǎn)的成本。(2)對于那些應用固定化脂肪酶的技術，有的采用的固定化載體價格昂貴，除了制作工藝復雜外，而且載體在自然界難以降解，會造成對環(huán)境不利的現(xiàn)象，不利于工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)；而另外一些采用的固定化載體雖然價格不高，但固定化后其穩(wěn)定性不好，酶活性低，同樣不利于工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)。所以研究一種生產(chǎn)成本較低、穩(wěn)定性好、對環(huán)境友好的生物酶法新體系生產(chǎn)生物柴油的技術有重要的意義，
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于克服上述化學法生產(chǎn)生物柴油存在的能耗高，成本高和污染環(huán)境等技術缺陷，以及上述生物酶法制備生物柴油過程中存在的一些不足，提供一種新的脂肪酶催化制備生物柴油的方法，即利用玉米芯固定化脂肪酶制備生物柴油的方法，它采用農(nóng)作物廢棄物玉米芯為載體制得固定化脂肪酶用于生物柴油的催化轉(zhuǎn)化，且固定化脂肪酶易回收，可多次重復使用，它還能利用地溝油，光皮樹油，蓖麻油，桐油等非食用油油脂，不與口爭油。本發(fā)明的利用玉米芯固定化脂肪酶制備生物柴油的方法，具體工藝步驟為將油脂、低碳醇、有機溶劑和固定化脂肪酶依次加入反應器中，其中，油脂與低碳醇的摩爾比為1:34，低碳醇采取按其添加總量分批等量等間隔時間添加的方式加入反應器中，油脂與有機溶劑的質(zhì)量比為i:0.55，固定化脂肪酶與油脂的質(zhì)量比為i:105;反應溫度為405(TC，攪拌反應時間為212小時；反應結(jié)束后，過濾出固定化脂肪酶并回收再用，離心分離除去反應產(chǎn)物粗甘油，蒸餾除去并回收有機溶劑，獲得生物柴油。本發(fā)明方法在實施時，原料油可以為地溝油，光皮樹油，蓖麻油，桐油，大豆油，菜籽油，玉米油，花生油，或其他動植物來源油中的任一種。本發(fā)明方法在實施時，采用的低碳醇優(yōu)選為甲醇或乙醇。本發(fā)明方法在實施時，將低碳醇(甲醇或乙醇)按其添加總量分25批次等量等間隔時間地加入到反應器中。本發(fā)明方法在實施時，采用的有機溶劑優(yōu)選為正己烷，叔丁醇，環(huán)己烷，石油醚中的任一種。本發(fā)明方法在實施時，采用的玉米芯固定化的脂肪酶可以為畢赤酵母，白地霉，青霉和黑曲霉中的任何一種或任何幾種的組合-本發(fā)明方法在實施中組合使用幾種不同的脂肪酶時，各種脂肪酶的用量優(yōu)選為依據(jù)脂肪酶總用量按比例均分。本發(fā)明方法具有如下優(yōu)點(l)采用農(nóng)作物廢棄物玉米芯為載體，一是得到的固定化脂肪酶活力高，穩(wěn)定性好，易回收再利用；二是以農(nóng)作物廢棄物玉米芯為載體是廢棄物的再利用，而且玉米芯在自然界容易降解，對環(huán)境友好。(2)工藝簡單，生物柴油轉(zhuǎn)化率高，經(jīng)氣相色譜檢測，油脂轉(zhuǎn)化為生物柴油的轉(zhuǎn)化率為63.8%97.5%。(3)無污染物排放。(4)能利用地溝油，光皮樹油，蓖麻油，桐油等非食用油油脂作原料，解決與口爭油的問題。制備的生物柴油與0號石化柴油燃燒性能相似，是一種安全、潔凈的生物質(zhì)燃料油。本發(fā)明方法有效地降低了制備生物柴油的生產(chǎn)成本，具備工業(yè)化生產(chǎn)的潛力。具體實施例方式下面結(jié)合實施例對本發(fā)明作進一步詳細說明。本發(fā)明方法使用的玉米芯固定化脂肪酶是采用本申請人參與共同申請的另一發(fā)明專利"玉米芯固定化脂肪酶制備方法及其產(chǎn)品"(200910044436.X)的技術制備，它是將粉碎至粒度為30-100目的玉米芯粉末先用去離子水洗滌并濾去水分，后用氫氧化鉀溶液浸泡再用去離子水洗滌至中性并濾去水分，然后用檸檬酸溶液浸泡再用去離子水洗滌至中性濾去水分，再加入三羥甲基氨基甲烷溶液，置于50°C8(TC溫度下活化，活化結(jié)束后取出樣品用去離子水洗滌并濾去水分，干燥后得到玉米芯載體；再將上述步驟制備的玉米芯載體與脂肪酶酶液混合均勻，在3042t:溫度下固定612小時，取出已固定了脂肪酶的載體，用磷酸鹽溶液清洗載體表面未被吸附的脂肪酶，干燥后得到玉米芯固定化脂肪酶產(chǎn)品。實施例1，將地溝油、甲醇、正己烷和玉米芯固定化脂肪酶依次加入反應器中，其中，選用的脂肪酶為青霉脂肪酶，地溝油的添加量為20g，油脂(地溝油)與甲醇的摩爾比為l:4，甲醇按其添加總量分2次等量添加(每次添加的時間間隔按具體的總反應時間等分，以下實施例215皆相同)，本實施例兩次添加的間隔時間為3小時，油脂與有機溶劑的質(zhì)量比為i:i，固定化脂肪酶與油脂的質(zhì)量比為i:io。反應溫度4(rc，攪拌反應6小時。反應結(jié)束后，先過濾出固定化脂肪酶，以便回收再使用，再離心分離除去下層的反應產(chǎn)物粗甘油，最后蒸餾除去并回收上層液有機溶劑(正己烷)，剩余物即為獲得的生物柴油(反應結(jié)束后，至獲得生物柴油的工藝步驟，以下實施例215皆相同)。實驗中，利用前一次實驗濾出的固定化脂肪酶再進行下一輪的反應，在保持上述反應條件不變，各添加物質(zhì)添加量不變的條件下，固定化脂肪酶共重復實驗使用了20次(以下實施例215皆采用這種固定化脂肪酶重復使用20次的實驗方式)。經(jīng)氣相色譜檢測，第20次反應的油脂轉(zhuǎn)化為生物柴油的轉(zhuǎn)化率為67.8%。所得生物柴油主要參數(shù)分析結(jié)果為密度895(2(TC)/(kgm—3)，運動黏度6.7(20°C)/(mm2s—0，閃點(閉口)137°C，酸值0.19(mg/g)，十六烷值47。實施例2，將大豆油、乙醇、石油醚和玉米芯固定化脂肪酶依次加入反應器中，其中，選用的脂肪酶為黑曲霉脂肪酶，大豆油的添加量為20g，油脂(大豆油)與乙醇的摩爾比為1:3.5，乙醇按其添加總量分3次等量添加，本實施例每次添加的間隔時間為2.66小時，油脂與有機溶劑的質(zhì)量比為1:2，固定化脂肪酶與油脂的質(zhì)量比為1:7。反應溫度5(TC，攪拌反應8小時。經(jīng)氣相色譜檢測，第20次反應的油脂轉(zhuǎn)化為生物柴油的轉(zhuǎn)化率為75.6%。所得生物柴油主要參數(shù)分析結(jié)果為密度880(20°C)/(kgm—3)，運動黏度6.6(20°C)/(mm2s-"，閃點(閉口)134°C，酸值0.18(10mg/L)，十六烷值47。實施例3，將光皮樹油、甲醇、叔丁醇和玉米芯固定化脂肪酶依次加入反應器中，其中，選用的脂肪酶為酵母脂肪酶和白地霉脂肪酶(采用幾種不同來源的脂肪酶時，各種脂肪酶的用量依據(jù)脂肪酶總用量按比例均分，以下實施例使用幾種不同來源的脂肪酶時皆相同)，本實施例中兩種脂肪酶用量各占脂肪酶總用量的50%，光皮樹油的添加量為20g，油脂(光皮樹油)與甲醇的摩爾比為1:3，甲醇按其添加總量分4次等量添加，本實施例每次添加的間隔時間為2.5小時，油脂與有機溶劑的質(zhì)量比為1:3，固定化脂肪酶與油脂的質(zhì)量比為l:5。反應溫度45t:，攪拌反應10小時。經(jīng)氣相色譜檢測，第20次反應的油脂轉(zhuǎn)化為生物柴油的轉(zhuǎn)化率為92.7%。所得生物柴油主要參數(shù)分析結(jié)果為密度893(20°C)/(kgm-3)，運動黏度5.8(20°C)/(mm2s-0，閃點(閉口)162°C，酸值0.15(mg/g)，十六烷值48。實施例4，將菜籽油、甲醇、正己烷和玉米芯固定化脂肪酶依次加入反應器中，其中，選用的脂肪酶為青霉脂肪酶和黑曲霉脂肪酶，兩種脂肪酶用量各占脂肪酶總用量的50X，菜籽油的添加量為20g，油脂(菜籽油)與甲醇的摩爾比為1:3，甲醇按其添加總量分3次等量添加，本實施例每次添加的間隔時間為3小時，油脂與有機溶劑的質(zhì)量比為i:4，固定化脂肪酶與油脂的質(zhì)量比為i:6。反應溫度45t:，攪拌反應9小時。經(jīng)氣相色譜檢測，第20次反應的油脂轉(zhuǎn)化為生物柴油的轉(zhuǎn)化率為89.7%。所得生物柴油主要參數(shù)分析結(jié)果為密度878(20°C)/(kg'm—3)，運動黏度6.7(20°C)/(mm2's—0，閃點(閉口)135°C，酸值O.16(mg/g)，十六烷值48。實施例515，油脂的添加量都為20g，固定化脂肪酶都重復使用20次，具體工藝步驟同以上實施例14，其工藝參數(shù)列如表1和表2中實施例59工藝參數(shù)表表l<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>實施例1015工藝參數(shù)表表:i參數(shù)<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>權(quán)利要求一種利用玉米芯固定化脂肪酶制備生物柴油的方法，具體步驟為將油脂、低碳醇、有機溶劑和固定化脂肪酶依次加入反應器中，其中，油脂與低碳醇的摩爾比為1∶3～4，低碳醇采取按其添加總量分批等量等間隔時間添加的方式加入，油脂與有機溶劑的質(zhì)量比為1∶0.5～5，固定化脂肪酶與油脂的質(zhì)量比為1∶10～5；反應溫度為40～50℃，攪拌反應時間為2～12小時；反應結(jié)束后，過濾出固定化脂肪酶并回收再用，離心分離除去粗甘油，蒸餾除去并回收有機溶劑，獲得生物柴油。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用玉米芯固定化脂肪酶制備生物柴油的方法，其特征在于所述油脂為地溝油，光皮樹油，蓖麻油，桐油，大豆油，菜籽油，玉米油，花生油，或其他動植物來源油中的任一種。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用玉米芯固定化脂肪酶制備生物柴油的方法，其特征在于所述低碳醇為甲醇或乙醇。4.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的利用玉米芯固定化脂肪酶制備生物柴油的方法，其特征在于低碳醇按其添加總量分25批次等量等間隔時間添加。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用玉米芯固定化脂肪酶制備生物柴油的方法，其特征在于所述有機溶劑為正己烷，叔丁醇，環(huán)己烷，石油醚中的任一種。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用玉米芯固定化脂肪酶制備生物柴油的方法，其特征在于所述玉米芯固定化的脂肪酶為畢赤酵母，白地霉，青霉和黑曲霉中的任何一種或任何幾種的組合。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的利用玉米芯固定化脂肪酶制備生物柴油的方法，其特征在于組合使用幾種不同的脂肪酶時，各種脂肪酶的用量依據(jù)脂肪酶總用量按比例均分。全文摘要本發(fā)明公開了一種利用玉米芯固定化脂肪酶制備生物柴油的方法，具體工藝步驟為將油脂、低碳醇、有機溶劑和固定化脂肪酶依次加入反應器中，其中，油脂與低碳醇的摩爾比為1∶3～4，低碳醇采取按其添加總量分批等量等間隔時間添加，油脂與有機溶劑的質(zhì)量比為1∶0.5～5，固定化脂肪酶與油脂的質(zhì)量比為1∶10～5；反應溫度為40～50℃，攪拌反應時間為2～12小時；反應結(jié)束后，過濾出固定化脂肪酶并回收再用，離心分離除去粗甘油，蒸餾除去并回收有機溶劑，獲得生物柴油。本發(fā)明使用的玉米芯固定化脂肪酶活力高，穩(wěn)定性好，可以重復多次使用，生物柴油轉(zhuǎn)化率63.8％～97.5％，制得的生物柴油與0號石化柴油燃燒性能相似。文檔編號C12R1/685GK101717801SQ20091022718公開日2010年6月2日申請日期2009年12月10日優(yōu)先權(quán)日2009年12月10日發(fā)明者馮超,張敏,李培旺,李昌珠,王衛(wèi),蔣麗娟,袁強,郝聚喜,馬倩,黎繼烈申請人:中南林業(yè)科技大學;長沙創(chuàng)林科技有限公司;湖南省林業(yè)科學院