脂肪酶催化合成生物柴油的研究进展

环保型燃料生物柴油有望解决能源短缺的问题,脂肪酶催化动植物油脂合成生物柴油的方法具有反应条件温和、产物易分离和不污染环境等优点。综述了酶催化法在提高脂肪酸酯产率和减少生产成本等方面的研究进展。     

脂肪酶催化合成生物柴油的瓶颈问题及其对策研究进展

生物柴油,一种新型的清洁能源燃料,具有可再生、可生物降解、环境友好等优良的品性,可部分或全部替代石化柴油。碱催化法、脂肪酶催化法及超临界法是合成生物柴油的主要工艺,其中脂肪酶催化法是一种节能型、环保型工艺,在节能和环保方面,有着碱催化法无可比拟的优越性,具有良好的工业应用前景。但目前在实现产业化的进程中仍存在如酶成本高、稳定性较差、甲醇对酶的失活效应及反应时间长等瓶颈问题。通过固定化技术和全细胞催化剂的采用、甲醇流加方式的改进、溶剂工程的改善及酰基受体和耐醇酶的开发等技术手段,结合固定床生物反应器,较好地解决了这些瓶颈问题,从而推进了酶催化法合成生物柴油的工业化进程。本文主要对酶法合成生物柴油工艺存在的主要问题及相应对策研究进展进行概括介绍,并对其工业化发展前景进行讨论。     

固定化脂肪酶催化毛油合成生物柴油

本研究开发了一种用石油醚提取毛油的工艺,研究了以提取的毛油和甲醇为原料,用固定化Candida sp.99-125脂肪酶催化合成脂肪酸甲酯(FAMEs)的可行性。同时考察了磷脂对固定化酶活性、反应起始速率、固定化酶使用批次的影响以及毛油和精炼油对固定化酶使用批次等的影响。研究结果表明,用磷脂质量分数为1%的石油醚悬液浸泡过的脂肪酶比仅用石油醚浸泡过的脂肪酶初始转酯化速率显著下降。当大豆油中无磷脂时,15min时FAMEs的产率为26.2%;磷脂质量分数为5%时,FAMEs降为12.4%。当大豆油中磷脂质量分数小于1%时,固定化酶使用10个批次,FAMEs产率无明显变化。固定化脂肪酶催化石油醚浸提得到的大豆和小桐子毛油,经过10个批次反应FAMEs产率都保持在70%以上,该固定化酶直接催化毛油生产生物柴油具有良好的工业化前景。     

脂肪酶催化合成生物柴油的研究

生物柴油是用动植物油脂或长链脂肪酸与甲醇等低碳醇合成的脂肪酸甲酯,是一种替代能源。这里探讨了生物法制备生物柴油的过程,采用脂肪酶酯化和酯交换两条工艺路线进行催化合成。深入研究制备过程中,不同脂肪酶、酶的用量和纯度、有机溶剂、低碳醇的抑制作用、吸水剂的作用、反应时间和进程、底物的特异性和底物摩尔比等参数对酯化过程的影响。试验结果表明,采用最佳酯化反应参数和分批加入甲醇并用硅胶作脱水剂的工艺过程,酯化率可以达到92％,经分离纯化后的产品GC分析的纯度可达98％以上,固定化酶的使用半衰期可达到360h。同时对酯交换制备生物柴油过程中,甲醇的用量和甲醇的加入方式对脂肪酶催化过程的影响作了初步研究,优化后的酯交换率可达到83％。     

纳米载体固定化脂肪酶及其在生物柴油转化中的应用进展

随着全球能源需求量的不断上升和日益加剧的环境压力,固定化脂肪酶在可持续生物柴油合成中的应用受到广泛关注。纳米材料,包括纳米粒子(磁性和非磁性)、碳纳米管和纳米静电纺丝,具有比表面积大、结构稳定、易于功能化修饰等优势,是固定化脂肪酶领域的重要载体之一。综述了纳米材料作为载体在脂肪酶固定化中的应用,重点介绍这类生物催化剂在生物柴油合成中的最新进展,并对纳米材料固定化脂肪酶发展前景进行展望,旨在为固定化脂肪酶的研究和工业化应用奠定基础。     

柴油生物酶催化氧化脱硫的研究进展

柴油作为热值高、消耗率低的石油馏分燃料,可搭配大功率机械的使用标准,在传统能源中使用占比越来越高,被广泛应用于各种大型器械运作和生产中。随着柴油消耗的增多,柴油使用的污染问题也开始得到重视。硫作为主要污染物,在新的柴油标准中有了更高的要求,有必要对各脱硫方法进行深入探讨和工艺创新。传统加氢脱硫局限性过大,因此开发了各种非加氢脱硫方式进行脱硫研究,旨在研发出高效率和环境友好的绿色脱硫方式。综述了各种常规脱硫方法的优点和不足,归纳了生物酶催化氧化脱硫的研究现状和国内外最新进展,重点讨论了生物酶的各种脱硫方式的反应机理和具体研究实例,并对未来新型脱硫方式研究前景进行展望。     

大孔树脂固定化脂肪酶及在微水相中催化合成生物柴油的研究

以不同大孔树脂吸附法固定化假丝酵母99_125脂肪酶,在微水有机相中的应用表明非极性树脂NKA是最佳的固定化载体。分别以正庚烷及磷酸盐缓冲液作为固定化介质,发现在正庚烷介质中树脂NKA的固定化效率能够达到98.98%,与采用磷酸盐缓冲液作为介质相比,固定化酶的水解活力和表观酶活回收率分别提高了4.07和3.43倍。考察了在微水相中固定化酶催化合成生物柴油的催化性能,结果表明,在给酶量为1.92∶1(初始酶粉与树脂的质量比),pH值为7.4,体系水含量为15%(水与油的质量比),反应温度为40℃条件下,固定化酶具有最佳的催化能力;以正庚烷为介质固定化脂肪酶催化合成生物柴油,采用三次流加甲醇的方式,单批转化率最高达到97.3%,连续反应19批以后转化率仍保持为70.2%。     

间歇及连续式固定化酶反应生产生物柴油

探讨了利用本实验室自制的Candida sp99．125脂肪酶转酯化合成生物柴油的过程。在利用间歇式反应得到最佳反应条件的情况下利用固定床反应器生产生物柴油,经过初步优化的试验结果表明,在采用分级流加甲醇下,生物柴油的转化率可以达到93％左右,并且固定化酶的使用寿命超过480h。     

固定化脂肪酶催化毛棉籽油制备生物柴油

研究了固定化脂肪酶Lipozyme TL IM和Novozym435催化毛棉籽油和乙酸甲酯制备生物柴油的过程。通过向反应体系中添加甲醇,可减少乙酸的抑制,明显提高生物柴油得率,确定最佳反应条件为:正己烷作溶剂,乙酸甲酯与油摩尔比9:1,添加油重3%的甲醇、油重10%的LipozymeTLIM和5%的Novozym435复合使用,温度55°C,反应8h,生物柴油得率达到91.83%。最后探索了酶催化毛棉籽油合成生物柴油的动力学,得到动力学方程。     

生物酶法生产生物柴油的研究进展

生物柴油是一种对环境友好的绿色可再生能源,是石油燃料的理想替代品。目前用于制造生物柴油的方法主要有化学法、生物酶法、超临界法。将生物酶法与化学法及超临界法进行了比较,指出了生物酶法具有其他两种方法无法比拟的优势,但酶法也存在着反应效率低、生产成本高的缺点;针对如何提高酶法生产效率及降低生产成本的问题进行了综述,并对生物柴油酶法技术的发展提出了建议。     

我国生物柴油产业的回顾与展望

本文回顾了近年来我国生物柴油产业的发展历程,分析了我国生物柴油生产原料的主要来源,并就生物柴油的生产技术及相应的国内代表性企业进行了综述,最后对我国生物柴油的未来发展方向进行了展望。     

Acylation of sucrose with vinyl esters using immobilized hydrolases: demonstration that chemical catalysis may interfere with enzymatic catalysis

The acylation of sucrose with vinyl laurate in dimethylsulfoxide was catalyzed by Celite (28% conversion in 24 h at 40 °C, 150 mg catalyst ml^–1), Eupergit C (11% conversion in 24 h at 60 °C, 150 mg catalyst/ml), and even the simple Na₂HPO₄ (17% conversion in 24 h at 40 °C, 20 mg catalyst ml^–1). These chemical acylations must therefore be taken into account in acylations of hydroxyl-containing compounds with enol esters in polar solvents using immobilized enzymes.     

复合脂肪酶协同催化制备生物柴油的研究

【目的】探讨复合酶协同催化体系在含水量较高的体系中催化油脂制备生物柴油的工艺条件。【方法】通过基因工程手段在毕赤酵母中分别高效分泌表达南极假丝酵母脂肪酶(CALB)和米根霉脂肪酶(ROL),构建CALB和ROL复合酶协同催化体系制备生物柴油,利用单因素实验优化工艺条件,以甲酯化得率作为复合酶协同催化体系效能的评价标准。【结果】优化工艺条件为:CALB?ROL最佳复合酶配比为7?3,每克大豆油中加入16 U的复合脂肪酶,甲醇与大豆油摩尔比为4?1,并按0 h时2?1醇油摩尔比,12 h和24 h时以1?1醇油摩尔比分批加入甲醇,含水量为30%-60%之间,40°C反应29-34 h,甲酯得率达到93%。【结论】该复合酶协同催化体系对环境友好,与常规酶法制备生物柴油工艺相比对酶的使用量和催化时间减少幅度都在50%以上,本复合酶协同催化体系能有效降低生物柴油制备成本,具有较好的工业化应用前景。     

Real‐time model based process monitoring of enzymatic biodiesel production

In this contribution we extend our modelling work on the enzymatic production of biodiesel where we demonstrate the application of a Continuous‐Discrete Extended Kalman Filter (a state estimator). The state estimator is used to correct for mismatch between the process data and the process model for Fed‐batch production of biodiesel. For the three process runs investigated, using a single tuning parameter, q_x = 2 × 10^?2 which represents the uncertainty in the process model, it was possible over the entire course of the reaction to reduce the overall mean and standard deviation of the error between the model and the process data for all of the five measured components (triglycerides, diglycerides, monoglycerides, fatty acid methyl esters, and free fatty acid). The most significant reduction for the three process runs, were for the monoglyceride and free fatty acid concentration. For those components, there was over a ten‐fold decrease in the overall mean error for the state estimator prediction compared with the predictions from the pure model simulations. It is also shown that the state estimator can be used as a tool for detection of outliers in the measurement data. For the enzymatic biodiesel process, given the infrequent and sometimes uncertain measurements obtained we see the use of the Continuous‐Discrete Extended Kalman Filter as a viable tool for real time process monitoring. © 2014 American Institute of Chemical Engineers Biotechnol. Prog., 31:585–595, 2015     

A newly isolated fungal strain used as whole‐cell biocatalyst for biodiesel production from palm oil

A strain of Aspergillus niger isolated from atmospherically exposed bread and Jatropha curcas seed was utilized as a whole‐cell biocatalyst for palm oil methanolysis to produce fatty acid methyl esters (FAME), or biodiesel. The A. niger strain had a lipase activity of 212.58 mU mL^?1 after 144 h incubation at 25 °C with an initial pH value of 6.5, using 7% polypeptone (w/w on basal medium) as the nitrogen source and 3% olive oil (w/w on basal medium) as a carbon source. The A. niger cells spontaneously immobilized within polyurethane biomass support particles (BSPs) during submerged fermentation. Thereafter, the methanolysis of palm oil was achieved via a three‐step addition of methanol in the presence of BSPs‐immobilized with A. niger cells. The influence of water content, reaction temperature and enzyme concentration on reaction rate was investigated. An 8% water content and a temperature of 40 °C in the presence of 30 immobilized BSPs, resulted in an 87% FAME yield after 72 h.     

Biodiesel preparation from microalgae lipid by two-step lipase catalysis

To overcome the high energy-consuming process of microalgae drying, a two-step lipase catalysis technique for the preparation of biodiesel from microalgae lipid of Chlorella spp. was developed. In the first step, free fatty acids (FAAs) and triacylglycerols (TAGs) are released after cell disruption and extracted, while the TAGs were hydrolysed by free lipase in aqueous phase. In the second step, FAAs were esterified with ethanol in the catalysis of free suspended lipase. The maximum rate of hydrolysis and esterification was 93.6% and 91.3%, respectively. The effects of reaction parameters, such as reaction time, enzyme amount, water content and molar ratio of lipid to ethanol on hydrolysis or esterification, were investigated. The results indicated that two-step reaction process (hydrolyse esterify) for biodiesel production were feasible.