专利名称:微生物细胞催化脂肪酸及含酸油脂生产生物柴油的方法
技术领域：
本发明属于生物油脂合成领域，特别是提出了一种微生物细胞催化脂肪酸及含酸(脂肪酸)油脂生产生物柴油的方法。在利用全细胞催化油脂制备生物柴油时，向反应体系中加入一定的吸水剂，生物柴油得率显著提高的新工艺。
背景技术：
油脂工业的前景之一-生物柴油是由生物油脂原料通过转酯反应生成的长链脂肪酸酯类物质，是一种新型无污染的可再生能源。生物柴油的燃烧性能可以与传统的石油系柴油媲美。同时，其与传统的石油系柴油相比具有原料可再生，环境友好，闪点高，十六烷值高等优点。因而生物柴油的研究和应用已经受到了广泛的关注。
目前生物柴油的生产方法主要有化学法、生物酶法及超临界流体法，其中由于生物酶法合成生物柴油具有反应条件温和、无污染物排放、油脂原料中的游离脂肪酸和少量水不影响酶促反应等优点，符合绿色化学的发展方向，因而日益受到人们的重视。
阻碍生物酶法制备生物柴油产业化的主要因素催化剂酶的成本与化学法所使用的酸或碱相比较高。采用产胞内脂肪酶的微生物全细胞代替传统的固定化脂肪酶催化油脂转酯反应制备生物柴油，省去了固定化脂肪酶生产过程中的分离、纯化以及固定化等步骤，有望大幅度降低酶法制备生物柴油的生产成本。
决定生物柴油生产成本的另一主要因素是油脂原料成本。探讨以廉价油脂为原料制备生物柴油已越来越受到人们的关注。廉价油脂原料中往往含有一部分脂肪酸。脂肪酸与短链醇(多用甲醇)反应同样可以制备生物柴油，但反应过程中生成的副产物水会影响生物柴油的得率，导致最终油脂转化率较低，生物柴油得率低。故如何及时有效地去除反应过程中生成的水是提高以含酸油脂为原料时生物柴油得率的关键。
有学者提出在反应体系中加入硅胶以除去反应产生的水，但是由于硅胶的微孔远远大于反应物甲醇的分子直径，故在吸水的同时，不可避免的吸附一定量的甲醇。如果增加甲醇用量，不仅增加成本，又加剧了对脂肪酶的毒性。本发明提出在利用全细胞作为催化剂转化脂肪酸或含酸油脂制备生物柴油的过程中，加入微孔比甲醇直径小的
分子筛作为吸水剂，选择性的吸收体系中的水，不吸附甲醇，大大提高了催化效率和生物柴油的得率。
发明内容
本发明的目的在于提供一种微生物细胞催化脂肪酸及含酸(脂肪酸)油脂生产生物柴油的方法，提高了催化效率和生物柴油的得率。
本发明在利用全细胞作为催化剂转化脂肪酸或含酸油脂与短链醇(甲醇、乙醇等)进行生物柴油的制备过程中，该反应可以在无溶剂体系中进行，也可以在有机溶剂体系中进行，反应在35-50℃进行，向反应体系中添加5-10倍
分子筛吸水剂(基于产生的水量)，可以选择性的吸收体系中的水，不吸附甲醇。
所述微生物全细胞包括产胞内脂肪酶的细菌、酵母以及霉菌细胞，这些细胞可以为游离形式的，也可以是固定化形式的。包括R.oryzae IFO4697游离细胞和固定化在聚氨酯泡沫载体上的固定化细胞，以及经交联剂(如戊二醛等)交联固定化细胞。
所述油脂为生物油脂，包括游离脂肪酸，以及含有游离脂肪酸的各种植物油脂、动物油脂、微生物油脂、废食用油、炼油脚料。
所述植物油脂为蓖麻油、菜籽油、大豆油、花生油、玉米油、棉子油、米糠油、桐油、乌桕油。
所述动物油脂为鱼油、猪油。
所述微生物油脂包括酵母油脂、细菌油脂、藻类油脂。
所述游离脂肪酸的碳原子数为12-22。
所述短链醇为甲醇、乙醇、丙醇、丁醇或戊醇。
所述吸水剂为
分子筛。
反应体系可以为无溶剂体系；也可以为有机溶剂体系，特别包括叔丁醇溶剂体系。
本发明的优点在于与不加
分子筛相比，在微生物全细胞催化游离脂肪酸及含酸油脂生产生物柴油的过程中，相同时间内生物柴油得率提高10％以上，大大提高了生产效率。
具体实施方式
实施例1将摩尔比为1.5∶1的甲醇和油酸(油酸5g)，3.2g
分子筛，装入具塞三角瓶中混合均匀，并置于可自动控温的往复摇床中加热至35℃后，加入干重为油脂质量6％的固定化R.oryzae IFO4697细胞开始反应，经24小时后生物柴油得率约为88％，与对照(不加分子筛，其它条件相同)相比，得率提高12％。
实施例2将摩尔比为1.5∶1的乙醇和油酸(油酸5g)、基于油脂体积100％的叔丁醇和6.4g
分子筛，装入具塞三角瓶中混合均匀，并置于可自动控温的往复摇床中加热至50℃后，加入干重为油脂质量6％的固定化R.oryzae IFO4697细胞开始反应，经24小时后生物柴油得率约为90％，与对照(不加分子筛，其它条件相同)相比，得率提高14％。
实施例3将摩尔比为4∶1的甲醇和含20％(m/m)游离脂肪酸的废油脂(5g)、基于油脂体积150％的叔丁醇和3.2g
分子筛，装入具塞三角瓶中混合均匀，并置于可自动控温的往复摇床中加热至35℃后，加入干重为油脂质量5％的游离R.oryzae IFO4697细胞开始反应，经24小时后生物柴油得率为87％，与对照(不加分子筛，其它条件相同)相比，得率提高10％。根据上述实施例，利用产胞内脂肪酶的微生物全细胞催化游离脂肪酸或含酸油脂原料与短链醇进行酯交换反应合成生物柴油时，加入适量的
分子筛除去反应过程中产生的水，可以显著提高生物柴油得率。
权利要求
1.微生物细胞催化脂肪酸及含酸油脂生产生物柴油的方法，其特征在于在利用全细胞作为催化剂转化脂肪酸或含酸油脂与短链醇进行生物柴油的制备过程中，该反应在无溶剂体系中进行或有机溶剂体系中进行，向反应体系中添加基于反应过程中产生的水量5-10倍3A分子筛吸水剂，可以选择性的吸收体系中生成的水，使平衡向产物方向移动，提高了催化效率和生物柴油的得率。
2.按照权利要求
1所述的方法，其特征在于所述微生物全细胞包括产胞内脂肪酶的细菌、酵母以及霉菌细胞，这些细胞为游离形式或固定化形式的；包括R.oryzae IFO 4697游离细胞或固定化在聚氨酯泡沫载体上的固定化细胞、经交联剂戊二醛交联固定化细胞。
3.按照权利要求
1所述的方法，其特征在于所述的无溶剂体系包括不添加任何其它反应介质的体系；有机溶剂体系包括叔丁醇溶剂体系。
4.按照权利要求
1所述的方法，其特征在于所述的含酸油脂为生物油脂，包括游离脂肪酸、含有游离脂肪酸的植物油脂、动物油脂、微生物油脂、废食用油或炼油脚料；所述植物油脂为蓖麻油、菜籽油、大豆油、花生油、玉米油、棉子油、米糠油、桐油或乌桕油；所述动物油脂为鱼油或猪油；所述微生物油脂包括酵母油脂、细菌油脂或藻类油脂。
5.按照权利要求
4所述的方法，其特征在于所述游离脂肪酸的碳原子数为12-22。
6所述短链醇为甲醇、乙醇、丙醇、丁醇或戊醇
专利摘要
微生物细胞催化脂肪酸及含酸油脂生产生物柴油的方法，属于生物油脂合成领域。在利用全细胞作为催化剂转化含酸油脂进行生物柴油的制备过程中，该反应在无溶剂体系中进行或有机溶剂体系中进行，向反应体系中添加基于反应过程中产生的水量5－10倍3A分子筛吸水剂，可以选择性的吸收体系中生成的水，使平衡向产物方向移动，提高了催化效率和生物柴油的得率。
文档编号C12S3/18GKCN1888020SQ200610089767
公开日2007年1月3日 申请日期2006年7月14日
发明者杜伟, 刘德华, 里伟 申请人:清华大学导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan