1.本技术涉及生物柴油技术领域，更具体地说，它涉及一种利用脂肪酶催化油脂制备生物柴油的方法。
背景技术：
2.生物柴油，即长链脂肪酸单酯，是一种以动植物油脂为原料生产的可再生的绿色能源。它不但可以作为化石柴油的替代燃料，而且具有化石柴油无可比拟的优良特性。随着石油资源的日益枯竭以及人们环保意识的不断增强，近年来生物柴油的生产已引起世界各国的广泛关注，并成为新能源开发的一个热点。
3.目前生物柴油的工业生产均采用化学法，这种方法存在醇必须大大过量、能耗高、产物难于回收和废碱液污染环境等缺点，并且对原料要求高，导致生产成本过高。相较于化学法生产生物柴油，酶法生产生物柴油具有反应条件温和、醇用量小、产物易分离及无污染物排放等优点，尤其是对原料要求相对较低，可利用餐饮业废油脂和工业废油脂等原料，以进一步降低生物柴油的生产成本。因此，酶法生产生物柴油日益受到人们的青睐。
4.酶法生产生物柴油包括固定化脂肪酶和游离脂肪酶，相较于固定化脂肪酶，游离脂肪酶具有生产成本更低，反应速率更快的优点，成为研究制备生物柴油的热门方向。酶法生产生物柴油一般采用以甲醇为酰基受体的醇解法，但是甲醇对脂肪酶的催化活性具有较大的负面影响，在固定化candida antarctica脂肪酶催化植物油脂甲醇解制备生物柴油的反应过程中，相关研究发现，体系中甲醇的过多积累会导致脂肪酶活性降低或丧失。而同固定化脂肪酶类似，在游离脂肪酶催化油酸甲酯化制备生物柴油的过程中，体系中过多甲醇的存在同样会导致游离脂肪酶活性降低。
5.因此，针对上述中的相关技术，发明人认为，由于反应体系中甲醇的过多存在，易导致脂肪酶活性下降或丧失，从而影响生物柴油的产率以及脂肪酶的回收再利用。
技术实现要素：
6.为了提高酶法生产生物柴油的产率以及保证脂肪酶的高催化活性，本技术提供一种利用脂肪酶催化油脂制备生物柴油的方法，具体采用如下的技术方案：一种利用脂肪酶催化油脂生产生物柴油的方法，包括如下步骤：将废弃油脂与短链醇按照摩尔比1:3进行混合并加入到有机溶剂中，加入短链醇3倍重量份的硅胶，搅拌混合25
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30min，加入游离脂肪酶，保温搅拌反应3-4h，加入短链醇3倍重量份的硅胶，继续保温搅拌反应3-4h，回收纯化，即得。
7.其中，所述的废弃油脂采用废弃食用油脂或炼油厂废脚料，并经过过滤、脱胶、脱色、脱水等预处理，预处理后的废弃油脂含有的水分含量与杂质含量越高，对最终生物柴油的转化率影响越大，本技术废弃油脂中的水分含量、杂质含量分别控制在0.1％、0.05％以下。
8.其中，所述的短链醇采用甲醇、乙醇、丙醇和丁醇中的一种。
9.其中，所述的有机溶剂采用石油醚、正己烷和叔丁醇中的一种，综合考虑成本与产物产率，本技术优选石油醚作为生物柴油生产用有机溶剂。
10.其中，所述游离脂肪酶的加入量为废弃油脂重量份的6-8％。
11.由于短链醇易剥夺脂肪酶的必须水而迫害位置蛋白功能构象的氢键体系，在油脂醇解体系中，短链醇难溶于油脂，局部短链醇浓度过高从而易导致脂肪酶失活。现有的生产工艺中，一般采用分批次加入短链醇的方式，以避免短链醇对脂肪酶的毒害，而本技术采用在反应前加入硅胶并预先搅拌混合25-30min，再加入脂肪酶进行催化反应的方式，硅胶可以吸附部分短链醇，随着反应进行短链醇的消耗减少，硅胶中的短链醇可以释放继续保证反应的进行。针对本技术加入硅胶的方式，短链醇分批次加入与一次性加入时生物柴油产率相差较小，因此本技术可采用短链醇一次性的加入方式，从而提高生产效率、降低生产成本。
12.除了短链醇易毒害游离脂肪酶外，随着反应进行，副产物甘油的生成，甘油亦会粘附在酶表面，使得转化率降低，产率相应降低，游离脂肪酶同时易失活，重复使用稳定性变差。本技术采用在反应中后期加入硅胶的方式，对生成的甘油进行吸附，以减少副产物甘油对反应进行的影响，提高产物产率和游离脂肪酶的重复使用稳定性。
13.进一步优选为，所述废弃油脂的酸值为2-160mgkoh/g。
14.进一步优选为，当所述废弃油脂的酸值为15-160mgkoh/g时，第二次加入硅胶时，还加入有碱中和剂。
15.通过采用上述技术方案，加入碱主要目的是为了中和高酸值废弃油脂反应产生的乙酸，以避免乙酸对反应的副作用。本技术将废弃油脂酸值为15mgkoh/g作为是否加入碱中和剂的一个临界点，酸值低于这个临界点，生成乙酸含量较少，反应副作用较小，对生物柴油的产率影响小；酸值高于这个临界点，反应副作用较高，对生物柴油的产率影响较大。此外，本技术于反应中后期加入碱中和剂，避免过早加入碱中和剂而对游离脂肪酶产生毒害。
16.进一步优选为，所述碱中和剂采用三羟甲基氨基甲烷或三乙胺。
17.通过采用上述技术方案，有机弱碱可以中和乙酸而降低其对游离脂肪酶产生的不利影响，保证游离脂肪酶的正常活性。
18.进一步优选为，所述碱中和剂的加入量为废弃油脂重量份的5-10％。
19.不同酸值的废弃油脂，反应生成的乙酸含量也不相同，通过将碱中和剂的加入量控制在废弃油脂重量份的5-10％，其根据废弃油脂酸值进行变化，酸值越高，相应的，碱中和剂加入量越高。
20.综上所述，本技术具有以下有益效果：(1)本技术采用游离脂肪酶催化生产生物柴油，催化时间短，转化率高且成本更低，通过加入硅胶并控制硅胶的加入顺序和加入量，达到提高游离脂肪酶重复使用稳定性的效果；(2)本技术通过两次加入硅胶的方式，底物可一次性加入，短链醇不需要分批次加入，转化率和酶的重复使用稳定性依然较高，转化过程一次性完成，不需要在反应中期或者后期对副产物甘油进行分离，生产效率和操作简便性进一步提高；(3)相较于品质容易控制的成品油脂，本技术的油脂采用的是废弃油脂，其最终转化率更加不易控制，本技术根据不同酸值的废弃油脂，选择性的在反应中后期加入碱中和
剂，达到减弱乙酸副产物对生物柴油的产率影响。
具体实施方式
21.下面结合实施例对本技术作进一步详细说明。实施例
22.实施例1一种利用脂肪酶催化油脂制备生物柴油的方法，具体包括如下步骤：s1、将500kg、酸值为2mgkoh/g的餐饮业废弃油脂、55kg甲醇、2500l石油醚添加到搅拌反应釜中，加入165kg、200目的硅胶，搅拌混合25min；s2、加入30kg的candidasp.99-125游离脂肪酶，40℃下搅拌反应3h；s3、继续加入165kg、200目的硅胶，40℃下搅拌反应3h；s4、过滤酶与硅胶，回收纯化得到生物柴油。
23.实施例2一种利用脂肪酶催化油脂制备生物柴油的方法，具体包括如下步骤：s1、将500kg、酸值为10mgkoh/g的餐饮业废弃油脂、55kg甲醇、2500l石油醚添加到搅拌反应釜中，加入165kg、200目的硅胶，搅拌混合25min；s2、加入30kg的candidasp.99-125游离脂肪酶，40℃下搅拌反应3h；s3、继续加入165kg、200目的硅胶，40℃下搅拌反应3h；s4、过滤酶与硅胶，回收纯化得到生物柴油。
24.实施例3一种利用脂肪酶催化油脂制备生物柴油的方法，具体包括如下步骤：s1、将500kg、酸值为15mgkoh/g的餐饮业废弃油脂、55kg甲醇、2500l石油醚添加到搅拌反应釜中，加入165kg、200目的硅胶，搅拌混合25min；s2、加入30kg的candidasp.99-125游离脂肪酶，40℃下搅拌反应3h；s3、继续加入165kg、200目的硅胶，40℃下搅拌反应3h；s4、过滤酶与硅胶，回收纯化得到生物柴油。
25.实施例4一种利用脂肪酶催化油脂制备生物柴油的方法，具体包括如下步骤：s1、将500kg、酸值为15mgkoh/g的餐饮业废弃油脂、55kg甲醇、2500l石油醚添加到搅拌反应釜中，加入165kg、200目的硅胶，搅拌混合25min；s2、加入30kg的candidasp.99-125游离脂肪酶，40℃下搅拌反应3h；s3、继续加入165kg、200目的硅胶、25kg的三羟甲基氨基甲烷，40℃下搅拌反应3h；s4、过滤酶与硅胶，回收纯化得到生物柴油。
26.实施例5一种利用脂肪酶催化油脂制备生物柴油的方法，具体包括如下步骤：s1、将500kg、酸值为160mgkoh/g的餐饮业废弃油脂、55kg甲醇、2500l石油醚添加到搅拌反应釜中，加入165kg、200目的硅胶，搅拌混合25min；s2、加入30kg的candidasp.99-125游离脂肪酶，40℃下搅拌反应3h；s3、继续加入165kg、200目的硅胶、50kg的三乙胺，40℃下搅拌反应3h；
s4、过滤酶与硅胶，回收纯化得到生物柴油。
27.实施例6一种利用脂肪酶催化油脂制备生物柴油的方法，具体包括如下步骤：s1、将500kg、酸值为2mgkoh/g的餐饮业废弃油脂、55kg甲醇、2500l石油醚添加到搅拌反应釜中，加入165kg、200目的硅胶，搅拌混合25min；s2、加入25kg的candidasp.99-125游离脂肪酶，40℃下搅拌反应3h；s3、继续加入165kg、200目的硅胶，40℃下搅拌反应3h；s4、过滤酶与硅胶，回收纯化得到生物柴油。
28.实施例7一种利用脂肪酶催化油脂制备生物柴油的方法，具体包括如下步骤：s1、将500kg、酸值为2mgkoh/g的餐饮业废弃油脂、55kg甲醇、2500l石油醚添加到搅拌反应釜中，加入165kg、200目的硅胶，搅拌混合25min；s2、加入35kg的candidasp.99-125游离脂肪酶，40℃下搅拌反应3h；s3、继续加入165kg、200目的硅胶，40℃下搅拌反应3h；s4、过滤酶与硅胶，回收纯化得到生物柴油。
29.实施例8一种利用脂肪酶催化油脂制备生物柴油的方法，具体包括如下步骤：s1、将500kg、酸值为2mgkoh/g的餐饮业废弃油脂、55kg甲醇、2500l石油醚添加到搅拌反应釜中，加入165kg、200目的硅胶，搅拌混合25min；s2、加入40kg的candidasp.99-125游离脂肪酶，40℃下搅拌反应3h；s3、继续加入165kg、200目的硅胶，40℃下搅拌反应3h；s4、过滤酶与硅胶，回收纯化得到生物柴油。
30.实施例9一种利用脂肪酶催化油脂制备生物柴油的方法，具体包括如下步骤：s1、将500kg、酸值为2mgkoh/g的餐饮业废弃油脂、55kg丁醇、2500l石油醚添加到搅拌反应釜中，加入165kg、200目的硅胶，搅拌混合30min；s2、加入30kg的candidasp.99-125游离脂肪酶，40℃下搅拌反应4h；s3、继续加入165kg、200目的硅胶，40℃下搅拌反应4h；s4、过滤酶与硅胶，回收纯化得到生物柴油。
31.实施例10一种利用脂肪酶催化油脂制备生物柴油的方法，具体包括如下步骤：s1、将500kg、酸值为2mgkoh/g的餐饮业废弃油脂、19kg甲醇、2500l石油醚添加到搅拌反应釜中，加入165kg、200目的硅胶，搅拌混合25min；s2、加入18kg甲醇、30kg的candidasp.99-125游离脂肪酶，40℃下搅拌反应3h；s3、继续加入18kg甲醇、165kg、200目的硅胶，40℃下搅拌反应3h；s4、过滤酶与硅胶，回收纯化得到生物柴油。
32.对比例对比例1一种利用脂肪酶催化油脂制备生物柴油的方法，具体包括如下步骤：
s1、将500kg、酸值为2mgkoh/g的餐饮业废弃油脂、55kg甲醇、2500l石油醚添加到搅拌反应釜中，搅拌混合25min；s2、加入30kg的candidasp.99-125游离脂肪酶，40℃下搅拌反应6h；s3、过滤酶，回收纯化得到生物柴油。
33.对比例2一种利用脂肪酶催化油脂制备生物柴油的方法，具体包括如下步骤：s1、将500kg、酸值为2mgkoh/g的餐饮业废弃油脂、55kg甲醇、2500l石油醚添加到搅拌反应釜中，加入330kg、200目的硅胶，搅拌混合25min；s2、加入30kg的candidasp.99-125游离脂肪酶，40℃下搅拌反应6h；s3、过滤酶与硅胶，回收纯化得到生物柴油。
34.对比例3一种利用脂肪酶催化油脂制备生物柴油的方法，具体包括如下步骤：s1、将500kg、酸值为2mgkoh/g的餐饮业废弃油脂、55kg甲醇、2500l石油醚添加到搅拌反应釜中，同时加入165kg、200目的硅胶、30kg的candidasp.99-125游离脂肪酶，40℃下搅拌反应3h；s2、继续加入165kg、200目的硅胶，40℃下搅拌反应3h；s3、过滤酶与硅胶，回收纯化得到生物柴油。
35.对比例4一种利用脂肪酶催化油脂制备生物柴油的方法，具体包括如下步骤：s1、将500kg、酸值为15mgkoh/g的餐饮业废弃油脂、55kg甲醇、2500l石油醚、25kg的三羟甲基氨基甲烷添加到搅拌反应釜中，加入165kg、200目的硅胶，搅拌混合25min；s2、加入30kg的candidasp.99-125游离脂肪酶，40℃下搅拌反应3h；s3、继续加入165kg、200目的硅胶，40℃下搅拌反应3h；s4、过滤酶与硅胶，回收纯化得到生物柴油。
36.性能检测试验生物柴油产率测试：采用气相色谱法分析产物中脂肪酸甲酯含量。
37.使用agilent 5890s气相色谱，hp-5非极性毛细管柱(0.53mm*15m)，fid检测器，汽化室温度280℃，检测室温度290℃。柱温采用程序升温：初始150℃，以15℃/min升温至220℃后，以10℃/min升温至250℃保持6min，最后以4℃/min升温至280℃保持3min。
38.生物柴油产率＝(产物中实际脂肪酸甲酯含量/油脂完全转化应得的脂肪酸甲酯含量)
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100％。
39.游离脂肪酶重复使用稳定性测试：将各实施例、对比例催化完成后的游离脂肪酶进行过滤回收，并继续参与新批次(原生产方法)废弃油脂的催化转化，直至生物柴油产率低于80％时，统计游离脂肪酶催化转化的批次。
40.将各实施例、对比例测得的生物柴油产率和游离脂肪酶重复使用稳定性计入下表1 中。
41.表1生物柴油产率和游离脂肪酶重复使用稳定性测试结果
组别实施例1实施例2实施例3实施例4实施例5实施例6实施例7产率/％88.686.483.386.586.482.588.8批次/次111081111512组别实施例8实施例9实施例10对比例1对比例2对比例3对比例4产率/％88.988.788.835.285.741.988.9批次/次131213/3/1依据表1测试结果，将实施例1-5的测试结果进行比较，本技术的制备工艺，生物柴油产率可达83.3-88.6％，以生物柴油产率80％为最低要求，游离脂肪酶重复可使用8-11批次。实施例3与实施例4的区别在于是否在反应中后期添加碱中和剂，而实施例3的产率和酶活稳定性最低，说明废弃油脂酸值较高会影响生物柴油产率和酶活，而加入碱中和剂则可以避免这种情况产生。
42.将实施例1、实施例6-8的测试结果进行比较，可以看出，当酶用量低于废弃油脂重量份的6％时，生物柴油产率和酶活稳定性明显较差，而酶用量为6-8％，则结果变化较小，综合考虑成本与产率，废弃油脂重量份的6-8％为酶最优用量。
43.将实施例1、实施例10的测试结果进行比较，可以看出，甲醇分批次加入对生物柴油产率与酶活影响较小。
44.将实施例1、对比例1-3的测试结果进行比较，对比例1不添加硅胶进行催化转化，产率仅为35.2％，远远达不到生产质量要求；对比例2中硅胶为反应前一次性加入，产率为 85.7％，但是由于反应后期甘油的增多，会对酶产生副作用，导致酶活降低，重复使用稳定性降低；对比例3中在反应前期加入硅胶后，不经过预搅拌而直接加入酶进行反应，导致大量甲醇直接与酶表面接触，对酶产生毒害作用，生物柴油的产率仅为41.9％。
45.将实施例2、3、对比例4的测试结果进行比较，对比例4由于在反应前期直接加入碱中和剂，生物柴油产率有所提高，这是因为碱中和剂起到与催化作用，使得废弃油脂转化率提高，相应的，生物柴油产率提高，但酶活大幅降低，导致无法再重复使用，这是因为前期碱的直接加入，易对酶产生毒害作用，从而导致酶失活，重复使用稳定性降低。
46.以上所述仅是本技术的优选实施方式，本技术的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本技术思路下的技术方案均属于本技术的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本技术的保护范围。