生物柴油专用脂肪酶的研究

论文摘要

生物柴油是一种可再生、可生物降解、无毒的清洁能源,可以部分替代石化柴油。酶法合成生物柴油和传统碱法、酸法催化相比,具有反应条件温和、不产生废水、反应产物容易分离等优点。本论文首先对催化合成生物柴油的脂肪酶进行了单酶筛选,对三种不同的脂肪酶催化反应合成生物柴油和前人对生物柴油催化反应的脂肪酶的研究成果进行了对比。研究表明PB011脂肪酶具有较高的催化特性,在催化不同的油脂过程中,脂肪酸甲酯的转化率高达90%左右。通过单因素实验,考察PB011脂肪酶催化合成生物柴油的工艺条件如反应温度、酶用量、甲醇流加次数、有机溶剂用量、底物摩尔比和体系水含量对脂肪酸甲酯(FAME)产率的影响,并对产物进行了气相分析。结果表明,PB011脂肪酶催化大豆油的适宜反应条件为:反应温度35℃、酶用量10%(相对于油的质量分数)、甲醇流加次数3次、有机溶剂用量30mL、体系水含量为0%(相对于油的质量分数)、底物醇油摩尔比为1.5∶1,得到的脂肪酸甲酯转化率为93.21%。利用响应面法对PB011脂肪酶催化大豆油合成生物柴油的进行了反应条件的优化研究。本实验考察了反应酶量、温度、有机溶剂量、底物摩尔比、流加次数、水含量等因素对大豆油—甲醇酯交换反应的影响。通过6因素5水平CCRD法来考察不同反应条件下对生物柴油的产量的影响,确定了反应的最佳操作条件以及影响反应的关键因素。研究结果表明,PB011脂肪酶催化大豆油酯交换合成生物柴油的最佳反应条件如下:酶量11.5%,反应温度37.5℃,流加次数4次,有机溶剂用量19mL,水含量为2.5%,底物摩尔比为1∶1,在该条件下转化率达96.89%。根据各种脂肪酶对油脂的选择性,研发得出的PB012复合脂肪酶催化大豆油、棕榈油、花生油、菜籽油合成生物柴油的反应条件进行了优化研究。考察了PB012复合脂肪酶的反应酶量、温度、有机溶剂、甲醇的抑制作用、体系含水量和底物摩尔比等参数对酯化过程的影响。试验结果表明,以大油为底物合成生物柴油,脂肪酸甲酯的转化率达97.58;以棕榈油为底物合成生物柴油,脂肪酸甲酯转化率最高达96.40%;以花生油为底物合成生物柴油,脂肪酸甲酯转化率最高达98.20%;以菜籽油为底物合成生物柴油,脂肪酸甲酯转化率最高达93.54%。可见,PB012复合脂肪酶在催化不同的油脂过程中,具有较高的脂肪酸甲酯转化率。一定程度上,消除了单酶催化过程中的原料受限问题,开发出了一种生物柴油专用脂肪酶,为酶法催化合成生物柴油的产业化奠定了一定的理论基础。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 符号说明
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 生物柴油概述
• 1.2.1 生物柴油的性质
• 1.2.2 生物柴油的生产方法
• 1.3 国内外生物柴油的产业发展现状
• 1.3.1 欧盟生物柴油的产业发展现状
• 1.3.2 美国生物柴油的产业发展现状
• 1.3.3 印度生物柴油的产业发展现状
• 1.3.4 巴西和日本生物柴油的产业发展现状
• 1.3.5 中国生物柴油的产业发展现状
• 1.3.6 其他国家生物柴油的产业发展
• 1.4 脂肪酶简介
• 1.4.1 脂肪酶的分类
• 1.4.2 脂肪酶的催化反应特性
• 1.4.3 微生物脂肪酶的应用
• 1.5 课题研究的内容和意义
• 1.5.1 主要研究内容
• 1.5.2 课题研究的意义
• 第二章 单脂肪酶合成生物柴油的研究
• 2.1 引言
• 2.2 材料和方法
• 2.2.1 主要试剂
• 2.2.2 主要仪器
• 2.2.3 试验原理与方法
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 不同的脂肪酶催化不同的油脂反应性能的对比
• 2.3.2 反应时间对脂肪酸甲酯转化率的影响
• 2.3.3 脂肪酶用量对脂肪酸甲酯转化率的影响
• 2.3.4 反应温度对脂肪酸甲酯转化率的影响
• 2.3.5 有机溶剂用量对脂肪酸甲酯转化率的影响
• 2.3.6 体系的含水量对脂肪酸甲酯转化率的影响
• 2.3.7 底物摩尔比对脂肪酸甲酯转化率的影响
• 2.3.8 甲醇流加次数对脂肪酸甲酯转化率的影响
• 2.3.9 验证实验结果分析
• 2.4 小结
• 第三章 响应面（RSM）法优化PB011脂肪酶催化合成生物柴油工艺条件的研究
• 3.1 引言
• 3.2 材料和方法
• 3.2.1 主要试剂
• 3.2.2 主要仪器
• 3.2.3 实验方法
• 3.3 RSM优化试验设计
• 3.4 最优化条件验证实验
• 3.5 结果与讨论
• 3.5.1 RSM优化试验与结果分析
• 3.5.2 响应面等高线图的分析
• 3.5.3 最优条件的确定与验证
• 3.6 结论
• 第四章 生物柴油专用复合脂肪酶的配比研究
• 4.1 引言
• 4.2 材料和方法
• 4.2.1 主要试剂
• 4.2.2 主要仪器
• 4.2.3 试验原理
• 4.2.4 试验方法
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 生物柴油复合脂肪酶的配比试验
• 4.3.2 复合脂肪酶最佳配比验证试验
• 4.3.3 复合脂肪酶催化不同油脂试验
• 4.4 结论
• 第五章 生物柴油专用复合脂肪酶催化合成生物柴油工艺条件的研究
• 5.1 引言
• 5.2 材料和方法
• 5.2.1 主要试剂
• 5.2.2 主要仪器
• 5.2.3 试验原理与方法
• 5.3 结果与讨论
• 5.3.1 PB012复合脂肪酶用量对脂肪甲酯转化率的影响
• 5.3.2 反应温度对脂肪酸甲酯转化率的影响
• 5.3.3 有机溶剂用量对脂肪酸甲酯转化率的影响
• 5.3.4 体系的含水量对脂肪酸甲酯转化率的影响
• 5.3.5 醇油摩尔比对脂肪酸甲酯转化率的影响
• 5.3.6 甲醇流加次数对脂肪酸甲酯转化率的影响
• 5.4 适宜反应条件的验证实验
• 5.5 结论
• 第六章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文