固定化脂肪酶Lipozyme TL IM催化菜籽油醇解反应制备生物柴油的研究

摘要

生物柴油是生物质能的一种形式，具有绿色、可再生、能耗低等优点，能够缓解石油即将枯竭和环境污染对人类造成的危机，成为国内外重点研究开发的热点。扣传统的化学催化法相比，脂肪酶法合成生物柴油条件温和、工序简单、能耗低、绿色环保。但与化学法相比，酶法反应存在着产率低，时耗长，酶量大，成本高等缺点，使得酶法生产生物柴油难以扩大产业化。本论文主要对固定化脂酶LipozymeTLIM催化菜籽油醇解反应制备生物柴油进行了研究，旨在提高酶法催化制备生物柴油的产率，缩短酶法反应时间，降低成本。 本文的主要研究结果如下： 1．确定了使用Agilent 6890气相色谱仪，DB-1701毛细管柱进行色谱分析脂肪酸甲酯组成的条件以及定量计算的方法。 2．进行了单批反应的单因子试验，研究了酶量、底物比、反应时间、反应温度、水分添加量、转速、有机溶剂对脂肪酸甲酯得率的影响，结果表明单批反应的最佳反应条件为在5mL正已烷的有机体系，9.75g菜籽油与3摩尔当量甲醇(一次性加入)进行反应，酶量50％，反应温度50℃，添加5％的水分，摇床转速150rpm，反应12h后脂肪酸甲酯得率达92.3±5.12％。 3．研究了酶的浸泡预处理方式、有机溶剂清洗处理方式、反应温度、甲醇的加入方式对多批次反应中Lipozyme TL IM酶活稳定性的影响。结果表明Lipozyme TL IM经过预处理，40℃下进行多批次反应，每批反应24h，分三次加入甲醇即在反应0，8，16h时分别加入1摩尔当量甲醇，并在8、16h以及反应结束时用丙酮洗涤酶并重新投入体系，反应10批次后，npozyme TL IM仍有85％相对酶活。 4．采用Box-Behnken设计法对超声预处理固定化酶Lipozyme TL IM的条件进行了优化，评价指标为8h后的FAME得率。结果表明，经过超声总时间30min，超声工作时间6s，超声功率90W的预处理后，将酶投入反应体系。醇解反应条件为含有9.75g菜籽油，3摩尔当量甲醇(一次性加入)与5mL正己烷的有机体系，30％的酶量，反应温度50℃，摇床转速150rpm的反应条件，反应8h后的FAME得率预测值为72.29％，验证试验结果为71.30％。 5．采用最小二乘法进行非线性模型拟和超声预处理后的酶反应初速度。结果表明最佳反应初速度对应的底物甲醇的浓度，由未超声时的3摩尔当量变为超声后的1摩尔当量，确定其最佳的甲醇加入方式为三次加入。在0，5，10h三次加入甲醇反应15h后FAME得率91.34％；采用分三次加入甲醇的方式，超声预处理后的固定化酶LipozymeTL IM反应5个批次后仍有80％的酶活。 6．通过Plackett-Burman设计、全因子中心组合设计(CCD)和响应曲面法对超声预处理后的脂肪酶Lipozyme TL IM的酶促催化菜籽油制备生物柴油的最佳反应条件进行了考察。结果表明酶量为19.79％，甲醇加入总量为3mol，分三次加入，反应温度48℃，反应总时间为13.26h，预测得率为93.28％，验证试验结果为92.08％，表明该实验结果是合理可行的。

目录

文摘

英文文摘

论文说明:图表目录

声明

第一章文献综述

1.1生物柴油的定义及其应用现状

1.1.1生物柴油简介

1.1.2国外应用现状

1.1.3我国开发生物柴油的意义以及现状

1.2生物柴油的制备方法

1.2.1掺和法

1.2.2微乳法

1.2.3热裂解

1.2.4转酯法

1.2.5超临界法

1.3酶法催化制备生物柴油

1.3.1脂肪酶

1.3.2酰基受体

1.3.3反应介质

1.3.4副产物

1.3.5超声对酶的影响

1.4本研究的目的和意义

参考文献

第二章菜籽油理化性能测定及气相色谱法测定菜籽油生物柴油

2.1材料与方法

2.1.1材料

2.1.2菜籽油理化性能的测定

2.1.3原料油质谱分析

2.1.4生物柴油测定与分析

2.2结果与讨论

2.2.1菜籽油理化性能的测定

2.2.2菜籽油脂肪酸组成与含量分析

2.2.3生物柴油气相测定

2.2.4脂肪酸甲酯定量

本章小结

参考文献

第三章Lipozyme TL IM催化制备生物柴油工艺研究

3.1材料与方法

3.1.1材料

3.1.2醇解反应

3.1.3脂肪酶稳定性测定

3.1.4气相色谱分析

3.2结果与分析

3.2.1温度对醇解反应得率的影响

3.2.2反应时间对醇解反应得率的影响

3.2.3脂肪酶量对醇解反应得率的影响

3.2.4底物比率对醇解反应得率的影响

3.2.5水分添加量对醇解反应得率的影响

3.2.6转速对醇解反应得率的影响

3.2.7有机溶剂对醇解反应得率的影响

3.2.8最佳条件试验

3.2.9多批次反应中酶活稳定性研究

本章小结

参考文献

第四章Lipozyme TL IM超声波预处理条件的优化

4.1材料与方法

4.1.1材料

4.1.2超声波预处理条件的研究

4.1.3超声预处理对酶反应初速度的影响

4.1.4超声预处理对酶活稳定性的影响

4.1.5醇解反应

4.1.6气相色谱分析

4.2结果与分析

4.2.1超声预处理对酶促醇解反应得率的影响

4.2.2超声预处理对酶反应初速度的影响

4.2.3超声预处理对酶活稳定性的影响

本章小结

参考文献

第五章超声预处理的Lipozyme TL IM催化菜籽油醇解反应条件的优化

5.1材料与方法

5.1.1材料

5.1.2酶的超声预处理

5.1.3醇解反应

5.1.4气相色谱分析

5.1.5实验设计

5.2结果与分析

5.2.1醇解反应条件关键影响因子的确定

5.2.2 CCD设计优化醇解反应条件

本章小结

参考文献

全文结论

论文创新

致 谢

攻读硕士期间发表论文情况