专利名称：酶法催化从水黄皮种子提取油生产生物柴油的方法
技术领域：
本发明涉及生物化工领域，尤其涉及一种酶法催化从水黄皮种子提取油生产生物柴油的方法。
背景技术：
传统石化能源资源渐趋枯竭，同时其消费导致的温室气体排放与环境污染，使得人们开始重视可再生的替代能源的开发和使用，以减少对石化能源的依赖。许多国家都将发展生物能源作为补充替代石油资源的策略。而生物柴油作为一种可再生的生物质能源，受到了广泛的研究。生物柴油指催化剂催化动植物油脂与短链醇反应，进行酯化或酯交换反应制备获得的脂肪酸酯类化合物。生物柴油具有环境友好的特点，不含芳香烃且含硫量很低，和石油柴油相比，大大减少了主要污染物的排放；更为重要的是生物柴油具有可再生性，其资源不会枯竭，并且还具有润滑性能好、燃烧充分、运输与使用安全等性能。目前生物柴油主要用化学法生产，即动植物油脂与甲醇在高强度酸或碱催化下制备，但该法工艺复杂、能耗高、醇消耗量大、产物不易回收、环境污染大。为此，人们开始关注酶法合成生物柴油技术，利用酶法合成生物柴油具有条件温和、醇用量小、产品易于收集、无污染物排放等优点。油源的供应不足，反应溶剂中转化率效率低，酶成本价格昂贵等仍是酶法制备生物柴油需要解决的问题。而且，酶法制备生物柴油常使用的脂肪酶是来自诺维信公司的商品化脂肪酶Novozym435,该酶以大孔丙烯酸树脂为载体的固定化酶，其价格昂贵，不利于生物柴油制备的工业应用。因此，现有技术还有待于改进和发展。
发明内容
本发明的目的在于提供一种酶法催化从水黄皮种子提取油生产生物柴油的方法，所述酶法催化从水黄皮种子提取油生产生物柴油的方法是一种酶法催化水黄皮种子提取油脂生产生物柴油的方法，旨在解决现有酶法制备生物柴油存在的油源的供应不足、成本高、转化率低等问题。本发明的技术方案如下:一种酶法催化从水黄皮种子提取油生产生物柴油的方法，其中以离子液体作为反应介质；所述酶法催化从水黄皮种子提取油生产生物柴油的方法具体包括以下步骤:对从水黄皮种子中所提取的油脂进行理化常数的表征，确定反应所需的甲醇量；以离子液体作为反应介质，在所述油脂中加入甲醇，再加入50至400mg的脂肪酶，酶催化反应后即获得反应产物；其中，所述甲醇与所述油脂的摩尔比为1:2到10:1。
所述的酶法催化从水黄皮种子提取油生产生物柴油的方法，其中，所述从水黄皮种子中提取油脂的过程为:研磨干燥的水黄皮种子，得到水黄皮种子粉末；从所述水黄皮种子粉末中提取油脂。所述的酶法催化从水黄皮种子提取油生产生物柴油的方法，其中，所述研磨过程中采用电子研磨器进行研磨。所述的酶法催化从水黄皮种子提取油生产生物柴油的方法，其中，所述提取油脂的过程是使用正己烷作为萃取的溶剂，利用索氏脂肪提取器，从水黄皮种子粉末中提取油脂。所述的酶法催化从水黄皮种子提取油生产生物柴油的方法，其中，在所述酶催化反应过程中，反应温度为35至70°C，反应时间为8至56小时。所述的酶法催化从水黄皮种子提取油生产生物柴油的方法，其中所述脂肪酶为扩
展青霉脂肪酶。所述的酶法催化从水黄皮种子提取油生产生物柴油的方法，其中，所述酶法催化从水黄皮种子提取油生产生物柴油的方法还包括以下步骤:将所述反应产物进行离心，分离得到脂肪酸甲酯。所述的酶法催化从水黄皮种子提取油生产生物柴油的方法，其中，所述离子液体为1- 丁基-3甲基-咪唑六氟磷酸盐。本发明的有益效果 :本发明酶法催化从水黄皮种子提取油生产生物柴油的方法，使用离子液体作为反应介质，进行酶法催化水黄皮种子提取油脂生产生物柴油的方法。产物与离子液体[BMIm][PF6]不互溶，简化了产物与反应体系的分离。使用水黄皮种子提取油脂作为生物柴油制备的原料，拓展了生物柴油制备的油源，证明了以水黄皮种子提取油脂为原料制备生物柴油的可行性及高效性。同时，使用廉价的国产脂肪酶作为反应介质，有利于工业应用。
图1是本发明实施例1在离子液体[BMIm] [PF6]中生物柴油制备的产率与反应时间的关系。
具体实施例方式为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。本发明所提供的酶法催化从水黄皮种子提取油生产生物柴油的方法包括如下步骤:对从水黄皮种子中所提取的油脂进行理化常数的表征，确定反应所需的甲醇量；以离子液体作为反应介质，在所述油脂中加入甲醇，再加入50至400mg的扩展青霉脂肪酶，酶催化反应后即获得产物:脂肪酶甲酯；其中，所述甲醇与所述油脂的摩尔比为I:2 到 10:lo其中，在所述理化常数表征的过程中，可分别参照GB/T5534-2008和GB/Τ5530-2005对提取油脂的皂化值和酸值进行测定分析。
在所述酶催化反应过程中，反应温度可以为35至70°C，反应时间为8至56小时。本发明使用的脂肪酶是扩展青霉脂肪酶(Penicillium Expansum Lipase, PEL)是扩展青霉菌株PF898产的一类脂肪酶，此酶为国产廉价的脂肪酶，有利于工业上的应用。在本发明所提供的酶法催化制备生物柴油过程中，可使用叔丁醇为反应介质，但是，其产物与叔丁醇互溶，不利于产物的分离，还有有机溶剂引起的环保问题、价格问题等。因此，在本发明中，优选为，使用离子液体作为反应介质进行生物柴油的酶法制备，更加绿色环保，而且有利于产物的分离和产率的提高。其中，当采用所述离子液体作为反应介质进行生物柴油的酶法制备时，所述反应产物脂肪酸甲酯可以通过离心获得，分离方法简单，提高生产效率。最优选地，本发明中使用的所述离子液体为离子液体[BMIm] [PF6](即1_ 丁基_3甲基-咪唑六氟磷酸盐)，常温下呈液态，性质稳定。在上述扩展青霉脂肪酶催化水黄皮种子提取油脂制备生物柴油。由于现有油品资源不足，因此，本发明中利用水黄皮种子提取油脂进行生物柴油的制备。水黄皮对环境的适应性很强，耐旱、抗严寒、抗高温，在贫瘠盐碱地等各种恶劣环境中都能生长。水黄皮抗风、耐盐性都很强，是我国南方沿海优良海岸树种。种植水黄皮，可以作为抗风作物，同时其种子还可以作 为生物柴油制备的原料，实现了 “不与民争粮，不与粮争地”的目的，可以有效地提高水黄皮的综合效益。但是目前，并没有利用水黄皮种子提取油脂进行生物柴油制备的相关专利。具体地，本发明所提供的酶法催化从水黄皮种子提取油生产生物柴油的方法，优选为包括以下步骤:( I)研磨干燥的水黄皮种子成粉末状；(2)从上述水黄皮种子粉末中提取油脂；(3)对上述提取的油脂进行理化常数的表征，确定反应所需的甲醇量；(4)以离子液体[BMIm] [PF6]作为反应介质，在上述的水黄皮种子提取油脂中加入醇油摩尔比为1:2到10:1的甲醇，加入50至400mg的扩展青霉脂肪酶，反应后即获得产物:脂肪酶甲酯。其中，在步骤(I)中，粉末状水黄皮种子可由干燥水黄皮种子通过电子研磨器处理获得。其中，在步骤(2)中，使用正己烷作为萃取的溶剂，利用索氏脂肪提取器，从粉末状水黄皮种子中提取油脂。作为优选，使用正己烷作为萃取溶剂，在索氏脂肪提取器中连续萃取抽提8小时以上，以保证油脂萃取完全。本发明的优选方法中，使用水黄皮种子提取油脂作为生物柴油制备的原料，拓展了生物柴油制备的油源，证明了以水黄皮种子提取油脂为原料制备生物柴油的可行性及高效性。而且所得产物与离子液体[BMIm] [PF6]不互溶，简化了产物与反应体系的分离。同时，所使用廉价的国产脂肪酶作为反应介质，有利于工业应用。以下结合具体的实施例进行进一步说明本发明。实施例1在离子液体[BMIm] [PF6]中使用扩展青霉脂肪酶催化水黄皮种子提取油脂制备生物柴油。反应体系如下:醇油摩尔比6:1，酶量IOOmg,溶剂量lmL/g (基于油重，v/w),水含量4% (基于油重，w/w)，反应温度40°C。加入扩展青霉脂肪酶后开始反应，定时取反应液进行产物分析。取10 μ L上清油层溶于190 μ L正己烷，再加入200 μ L的十七碳烷酸甲酯(2mg/mL)作为内标，混匀；取20μ L混合液进样，通过液相色谱测定反应物中的脂肪酶甲酯的含量，进而计算出甲酯化的产率，如图1所示。在上述反应条件下，反应56小时，生物柴油的产率可达93.46%。实施例2在离子液体[BMIm] [PF6]中使用扩展青霉脂肪酶催化水黄皮种子提取油脂制备生物柴油。反应体系如下:醇油摩尔比3:1，酶量lOOmg，溶剂量4mL/g (基于油重，v/w)，水含量2% (基于油 重，w/w)，反应温度40°C。加入扩展青霉脂肪酶后开始反应，定时取反应液进行产物分析。取10 μ L上清油层溶于190 μ L正己烷，再加入200 μ L的十七碳烷酸甲酯(2mg/mL)作为内标，混匀；取20μ L混合液进样，通过液相色谱测定反应物中的脂肪酶甲酯的含量，进而计算出甲酯化的产率。在上述反应条件下，反应48小时，生物柴油的产率可达84.30%ο实施例3在离子液体[BMIm] [PF6]中使用扩展青霉脂肪酶催化水黄皮种子提取油脂制备生物柴油。反应体系如下:醇油摩尔比10:1，酶量IOOmg,溶剂量4mL/g (基于油重,v/w),水含量2% (基于油重，w/w)，反应温度40°C。加入扩展青霉脂肪酶后开始反应，定时取反应液进行产物分析。取10 μ L上清油层溶于190 μ L正己烷，再加入200 μ L的十七碳烷酸甲酯(2mg/mL)作为内标，混匀；取20 μ L混合液进样，通过液相色谱测定反应物中的脂肪酶甲酯的含量，进而计算出甲酯化的产率。在上述反应条件下，反应48小时，生物柴油的产率可达80.83%。实施例4在离子液体[BMIm] [PF6]中使用扩展青霉脂肪酶催化水黄皮种子提取油脂制备生物柴油。反应体系如下:醇油摩尔比3:1，酶量400mg，溶剂量4mL/g (基于油重，v/w),水含量2% (基于油重，w/w)，反应温度40°C。加入扩展青霉脂肪酶后开始反应，定时取反应液进行产物分析。取10 μ L上清油层溶于190 μ L正己烷，再加入200 μ L的十七碳烷酸甲酯(2mg/mL)作为内标，混匀；取20μ L混合液进样，通过液相色谱测定反应物中的脂肪酶甲酯的含量，进而计算出甲酯化的产率。在上述反应条件下，反应48小时，生物柴油的产率可达71.85%。综上所述，本发明酶法催化从水黄皮种子提取油生产生物柴油的方法，使用离子液体作为反应介质，进行酶法催化水黄皮种子提取油脂生产生物柴油的方法。产物与离子液体[BMIm] [PF6]不互溶，简化了产物与反应体系的分离。使用水黄皮种子提取油脂作为生物柴油制备的原料，拓展了生物柴油制备的油源，证明了以水黄皮种子提取油脂为原料制备生物柴油的可行性及高效性。同时，使用廉价的国产脂肪酶作为反应介质，有利于工业应用应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
权利要求
1.一种酶法催化从水黄皮种子提取油生产生物柴油的方法，其特征在于，所述酶法催化从水黄皮种子提取油生产生物柴油的方法中以离子液体作为反应介质；所述酶法催化从水黄皮种子提取油生产生物柴油的方法具体包括以下步骤: 对从水黄皮种子中所提取的油脂进行理化常数的表征，确定反应所需的甲醇量； 以离子液体作为反应介质，在所述油脂中加入甲醇，再加入50至400mg的脂肪酶，酶催化反应后即获得反应产物； 其中，所述甲醇与所述油脂的摩尔比为1:2到10:1。
2.根据权利要求1所述的酶法催化从水黄皮种子提取油生产生物柴油的方法，其特征在于，所述从水黄皮种子中提取油脂的过程为: 研磨干燥的水黄皮种子，得到水黄皮种子粉末； 从所述水黄皮种子粉末中提取油脂。
3.根据权利要求2所述的酶法催化从水黄皮种子提取油生产生物柴油的方法，其特征在于，所述研磨过程中采用电子研磨器进行研磨。
4.根据权利要求2所述的酶法催化从水黄皮种子提取油生产生物柴油的方法，其特征在于，所述提取油脂的过程是使用正己烷作为萃取的溶剂，利用索氏脂肪提取器，从水黄皮种子粉末中提取油脂。
5.根据权利要求1-4任一项所述的酶法催化从水黄皮种子提取油生产生物柴油的方法，其特征在于，在所述酶催化反应过程中，反应温度为35至70°C，反应时间为8至56小时。
6.根据权利要求1-4任一项所述的酶法催化从水黄皮种子提取油生产生物柴油的方法，其特征在于，所述脂肪酶为扩展青霉脂肪酶。
7.根据权利要求1-4任一项所述的酶法催化从水黄皮种子提取油生产生物柴油的方法，其特征在于，所述酶法催化从水黄皮种子提取油生产生物柴油的方法还包括以下步骤: 将所述反应产物进行离心，分离得到脂肪酸甲酯。
8.根据权利要求1-4任一项所述的酶法催化从水黄皮种子提取油生产生物柴油的方法，其特征在于，所述离子液体为1-丁基-3甲基-咪唑六氟磷酸盐。
全文摘要
本发明公开了一种酶法催化从水黄皮种子提取油生产生物柴油的方法，该方法以离子液体作为反应介质；所述酶法催化从水黄皮种子提取油生产生物柴油的方法具体包括以下步骤对从水黄皮种子中所提取的油脂进行理化常数的表征，确定反应所需的甲醇量；以离子液体作为反应介质，在所述油脂中加入甲醇，再加入50至400mg的脂肪酶，酶催化反应后即获得反应产物。产物与离子液体互不相溶，简化了产物与反应体系的分离。使用水黄皮种子提取油脂作为生物柴油制备的原料，拓展了生物柴油制备的油源，证明了以水黄皮种子提取油脂为原料制备生物柴油的可行性及高效性。同时，使用廉价的国产脂肪酶作为反应介质，有利于工业应用。
文档编号C12P7/64GK103194497SQ201310079400
公开日2013年7月10日 申请日期2013年3月13日 优先权日2013年3月13日
发明者杨缜, 黄泽霖 申请人:深圳大学