专利名称：一种不同脂肪酶相结合生产生物柴油的工艺的制作方法
技术领域：
本发明属于生物油脂合成技术领域，特别涉及一种不同脂肪酶相结合生产生物柴油的工艺，将不同催化性能的脂肪酶结合使用，用于催化可再生油脂原料转化合成生物柴油的新工艺。
背景技术：
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，是一种新型的无污染可再生能源，被称为生物柴油。其燃烧性能可以与传统的石油系柴油媲美，目前生物柴油的研究和应用已经受到了广泛的关注。
目前生物柴油主要是用化学法生产，即用动植物油脂和一些低碳醇(甲醇或乙醇)在碱或者酸性催化剂作用下进行转酯反应，生成相应的脂肪酸甲酯或乙酯。化学法制备生物柴油存在一些不可避免的问题，如废酸(碱)液排放容易对环境造成二次污染等。由于利用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。但酶法合成生物柴油工艺也存在一些亟待解决的问题，如酶的成本过高，酶法转化油脂原料合成生物柴油得率相对较低等。故开发廉价的生物酶法工艺，降低生物酶使用成本以及提高生物酶法合成生物柴油的得率是实现生物酶法产业化生产生物柴油的关键。
目前所报道的利用生物酶催化油脂原料进行生物柴油的合成过程中，一般都是使用单一脂肪酶进行油脂原料的转化。利用这种单一酶法工艺进行生物柴油的合成，一般生物柴油的得率相对较低。
发明内容
本发明的目的在于提出一种不同脂肪酶相结合生产生物柴油的工艺，利用不同脂肪酶的催化特性，尤其是脂肪酶的底物特异性及位置专一性，将两种或多种脂肪酶结合使用，用于催化油脂原料同甲醇等短链醇以及其它酰基受体发生反应合成生物柴油，从而在获得较高生物柴油得率的基础上，有效降低生物酶成本。
本发明将催化性能不同的2-5种脂肪酶结合使用，利用不同脂肪酶的催化特性，将油脂原料有效转化生成生物柴油。其特征在于将性能不同的脂肪酶混合使用或分开“串连”使用，尤其是将具有1，3-位置专一性的脂肪酶与不具有位置专一性的脂肪酶结合使用；用于催化油脂原料与短链醇反应进行生物柴油的制备。短链醇与油脂原料的反应摩尔比为1∶1-5∶1，反应在适于酶催化反应的生化反应器中进行，反应温度为30℃-50℃；反应可以间歇批次进行或连续进行，反应体系为无溶剂体系或有溶剂体系，反应过程可以有吸水装置或无吸水装置。这种新工艺可以在使用较少酶量的情况下，快速将油脂原料几乎完全转化生成生物柴油。
本发明所述脂肪酶为微生物脂肪酶，优先包括固定化脂肪酶Lipozyme TL(来源于Thermomyces lanuginosus)，Lipozyme PM(来源于Rhizomucor miehe)，Novozym435(来源于Candida antarctic)。来源于Candida antarctic的固定化脂肪酶包括Novozym435，来源于Thermomyces lanuginosus的固定化脂肪酶包括Lipozyme TL，来源于Rhizomucor miehei的固定化脂肪酶括Lipozyme RM。
本发明所述油脂为生物油脂包括植物油脂、动物油脂、废食用油或炼油脚料。
本发明所述植物油脂为蓖麻油、菜籽油、大豆油、花生油、玉米油、棉籽油、米糠油或藻类油脂。
本发明所述动物油脂为鱼油、猪油。
本发明所述短链醇为甲醇、乙醇、丙醇、丁醇或戊醇。
本发明所述其它酰基受体为短链脂肪酸酯RCOOR’，其中R及R‘为具有1-5个碳原子的烷基。
本发明所述“串连”使用是指反应物先经脂肪酶1转化，再经脂肪酶2转化或脂肪酶3转化。
本发明是将不同催化性能的脂肪酶有效结合使用，用于转化可再生油脂原料进行生物柴油的制备，其有益效果是在使用较少酶量的同时(也即有效降低了生物酶成本)，可以获得高的得率的生物柴油。
具体实施例方式
下面通过实施例来进一步说明本发明，但本发明不仅限于以下实施例实施例1将摩尔比为4∶1的甲醇和菜籽油，以及基于油脂体积50％的叔丁醇，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40℃后，加入油脂质量2％的固定化脂肪酶Lipozyme TL开始反应，反应5小时，生物柴油得率约为70％。将反应混合物取出，然后利用另一种固定化脂肪酶Novozym 435(基于起始油脂质量的0.5％)继续转化4小时，生物柴油得率约为100％。
实施例2将摩尔比为3.5∶1的乙醇和棉籽油，以及基于油脂体积20％的叔丁醇，装入酶反应器中，夹套控温35℃，加入油脂质量1％的固定化脂肪酶Lipozyme RM开始反应.反应4小时，生物柴油得率约为65％；反应混合物流入另一装有固定化脂肪酶Novozym 435(基于起始油脂质量的0.5％)的酶反应器继续转化5小时，生物柴油得率约为100％。
实施例3
将摩尔比为3.5∶1的甲醇和油酸，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40℃后，加入油脂质量1％的固定化脂肪酶Lipozyme TL开始反应，反应2小时，生物柴油得率约为65％，然后将反应混合物取出，用分子筛或硅胶等吸水剂吸水处理后(加入基于油酸2％的3分子筛或硅胶)，然后利用固定化脂肪酶Novozym 435(基于起始油脂质量的0.2％)继续转化5小时，生物柴油得率约为100％。
实施例4将摩尔比为3.5∶1的甲醇和废油脂以及基于废油脂质量10％的叔丁醇混合均匀，置于装有基于油脂质量1％的固定化脂肪酶Lipozyme TL开始反应(夹套控温35℃)，反应2小时，生物柴油得率约为70％；反应混合物流入另一装有分子筛或硅胶等吸水剂的吸水柱吸水处理后，然后流入装有固定化脂肪酶Novozym 435(基于起始油脂质量的0.5％)继续转化3小时(夹套控温35℃)，生物柴油得率约为100％。
实施例5将摩尔比为5∶1的乙醇和菜籽油，以及基于油脂体积100％的叔丁醇，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40℃后，加入油脂质量2％的固定化脂肪酶Lipozyme TL和基于油脂质量的0.5％的固定化脂肪酶Novozym435反应5小时，生物柴油得率约为100％。
实施例6将摩尔比为5∶1的甲醇和棉籽油，以及基于油脂体积80％的乙酸甲酯，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40℃后，加入油脂质量3％的固定化脂肪酶Lipozyme TL和基于油脂质量的1％的固定化脂肪酶Novozym435反应4小时，生物柴油得率约为100％。
实施例7将摩尔比为4∶1的甲醇和大豆油，以及基于油脂体积80％的丙酮，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40℃后，加入油脂质量5％的固定化脂肪酶Lipozyme TL和基于油脂质量的0.2％的固定化脂肪酶Novozym 435反应5小时，生物柴油得率约为100％。
实施例8将摩尔比为3.5∶1的甲醇和棉籽油以及基于油脂质量50％的叔丁醇混合均匀，置于装有基于油脂质量1％的固定化脂肪酶Lipozyme TL开始反应(夹套控温35℃)，反应2小时，生物柴油得率约为70％；反应混合物流入另一装有分子筛或硅胶等吸水剂的吸水柱吸水处理后，然后流入装有固定化脂肪酶Novozym 435(基于起始油脂质量的0.5％)继续转化3小时(夹套控温35℃)，生物柴油得率约为100％。
实施例9
将摩尔比为3.5∶1的甲醇和棕榈油以及基于油脂质量100％的叔丁醇混合均匀，置于装有基于油脂质量1％的固定化脂肪酶Lipozyme TL开始反应(夹套控温35℃)，反应3小时，生物柴油得率约为70％；反应混合物流入另一装有分子筛或硅胶等吸水剂的吸水柱吸水处理后，然后流入装有固定化脂肪酶Novozym 435(基于起始油脂质量的0.5％)继续转化4小时(夹套控温35℃)，生物柴油得率约为100％。
实施例10将摩尔比为5∶1的甲醇和鱼油以及基于油脂质量150％的叔丁醇混合均匀，置于装有基于油脂质量1％的固定化脂肪酶Lipozyme TL开始反应(夹套控温45℃)，反应5小时，生物柴油得率约为70％；反应混合物流入另一装有分子筛或硅胶等吸水剂的吸水柱吸水处理后，然后流入装有固定化脂肪酶Novozym 435(基于起始油脂质量的0.5％)的酶反器继续转化3小时(夹套控温45℃)，生物柴油得率约为100％。
实施例11将摩尔比为4∶1的甲醇和“地沟油”以及基于油脂质量20％的叔丁醇混合均匀，以70升/每小时的速率连续流经装有固定化脂肪酶Lipozyme TL(基于油脂质量1％)的酶反应器，接着流经一装有分子筛或硅胶的吸水柱吸水处理，再流经装有固定化脂肪酶Novozym 435的酶反应器(基于起始油脂质量的0.5％)(夹套控温35℃)，生物柴油得率约为100％。
实施例12将摩尔比为4.5∶1的乙醇和“地沟油”以及基于油脂质量20％的叔丁醇混合均匀，以50升/每小时的速率连续流经装有固定化脂肪酶Lipozyme TL(基于油脂质量1％)的酶反应器(夹套控温35℃)，接着流经一装有分子筛或硅胶的吸水柱吸水处理，再流经装有固定化脂肪酶Novozym 435的酶反应器(基于起始油脂质量的0.5％)(夹套控温35℃)，生物柴油得率约为100％。
实施例13将摩尔比为5∶1的甲醇和猪油以及基于油脂质量200％的叔丁醇混合均匀，以100升/每小时的速率连续流经装有固定化脂肪酶Lipozyme TL(基于油脂质量1％)的酶反应器(夹套控温50℃)，接着流经一装有分子筛或硅胶的吸水柱吸水处理，再流经装有固定化脂肪酶Novozym 435的酶反应器(基于起始油脂质量的0.5％)(夹套控温50℃)，生物柴油得率约为100％。
实施例14将摩尔比为5∶1的甲醇和菜籽油以及基于油脂质量200％的乙酸乙酯混合均匀，以200升/每小时的速率连续流经装有固定化脂肪酶Lipozyme TL(基于油脂质量2％)的酶反应器(夹套控温30℃)，接着流经一装有分子筛或硅胶的吸水柱吸水处理，再流经装有固定化脂肪酶Novozym 435的酶反应器(基于起始油脂质量的1％)(夹套控温30℃)，生物柴油得率约为100％。
实施例15将摩尔比为4∶1的乙醇醇和米糠油以及基于油脂质量100％的乙酸甲酯混合均匀，以150升/每小时的速率连续流经装有固定化脂肪酶Lipozyme TL(基于油脂质量3％)的酶反应器(夹套控温35℃)，接着流经一装有分子筛或硅胶的吸水柱吸水处理，再流经装有固定化脂肪酶Novozym 435的酶反应器(基于起始油脂质量的0.2％)(夹套控温35℃)，生物柴油得率约为100％。
实施例16将摩尔比为5∶1的甲醇和“泔水油”混合均匀，以250升/每小时的速率连续流经装有固定化脂肪酶Lipozyme TL(基于油脂质量0.5％)的酶反应器(夹套控温35℃)，接着流经一装有分子筛或硅胶的吸水柱吸水处理，再流经装有固定化脂肪酶Lipozyme TL(基于油脂质量0.5％)的酶反应器(夹套控温35℃)，接着流经一装有分子筛或硅胶的吸水柱吸水处理，然后再流经装有固定化酶Novozym 435的酶反应器(基于起始油脂质量的1％)(夹套控温35℃)，生物柴油得率约为100％。
实施例17将摩尔比为4∶1的甲醇和“泔水油”混合均匀，以200升/每小时的速率连续流经装有固定化脂肪酶Lipozyme TL(基于油脂质量0.5％)的酶反应器(夹套控温35℃)，接着流经一装有分子筛或硅胶的吸水柱吸水处理，再流经装有固定化脂肪酶Lipozyme RM(基于油脂质量0.5％)的酶反应器(夹套控温35℃)，接着流经一装有分子筛或硅胶的吸水柱吸水处理，然后再流经装有固定化酶Novozym 435的酶反应器(基于起始油脂质量的1％)(夹套控温35℃)，生物柴油得率约为100％。
实施例18将摩尔比为6∶1的甲醇和猪油和基于油脂50％的己烷混合均匀，以150升/每小时的速率连续流经装有固定化脂肪酶Lipozyme RM(基于油脂质量0.5％)的酶反应器(夹套控温45℃)，接着流经一装有分子筛或硅胶的吸水柱吸水处理，再流经装有固定化脂肪酶Lipozyme TL(基于油脂质量0.5％)的酶反应器(夹套控温45℃)，接着流经一装有分子筛或硅胶的吸水柱吸水处理，然后再流经装有固定化酶Novozym435的酶反应器(基于起始油脂质量的1％)(夹套控温45℃)，生物柴油得率约为100％。
权利要求
1.一种不同脂肪酶相结合生产生物柴油的工艺，将催化性能不同的2-5脂肪酶结合使用，利用不同脂肪酶的催化特性，将油脂原料有效转化生成生物柴油；其特征在于将性能不同的脂肪酶混合使用或分开串连使用，用于催化油脂原料与短链醇反应进行生物柴油的制备，短链醇与油脂原料的反应摩尔比为1∶1-5∶1，反应在适于酶催化反应的生化反应器中进行，反应温度为30℃-50℃；反应间歇批次进行或连续进行，反应体系为无溶剂体系或有溶剂体系，反应过程有吸水装置或无吸水装置，使用酶量为基于油重的0.2％-5％，快速将油脂原料转化生成生物柴油。
2.根据权利要求1所述工艺，其特征在于将具有1，3-位置专一性的固定化脂肪酶与不具有位置专一性的固定化脂肪酶结合使用。
3.根据权利要求1所述工艺，其特征在于所述脂肪酶为微生物脂肪酶，包括固定化脂肪酶；所述的固定化脂肪酶包括来源于Candida antarctic，Thermomyceslanuginosus和Rhizomucor miehei的脂肪酶；来源于Candida antarctic的固定化脂肪酶包括Novozym435，来源于Thermomyces lanuginosus的固定化脂肪酶包括LipozymeTL，来源于Rhizomucor miehei的固定化脂肪酶包括Lipozyme RM。
4.根据权利要求1所述工艺，其特征在于反应体系为无溶剂体系，含有机溶剂的体系，或有机反应介质体系，有机溶剂包括叔丁醇，乙酸甲酯，乙酸乙酯，己烷和丙酮。
5.根据权利要求1所述工艺，其特征在于吸水装置包括硅胶，分子筛吸水剂；分子筛吸水剂包括3分子筛。
6.根据权利要求1所述工艺，其特征在于所述的油脂为生物油脂，包括植物油脂、动物油脂、废食用油或炼油脚料。
7.根据权利要求1或6所述工艺，其特征在于所述植物油脂为蓖麻油、菜籽油、大豆油、花生油、玉米油、棉籽油、米糠油或藻类油脂。
8.根据权利要求1或6所述工艺，其特征在于所述动物油脂为鱼油、猪油。
9.根据权利要求1所述工艺，其特征在于所述短链醇ROH中R为具有1-5个碳原子的烷基，包括甲醇、乙醇、丙醇、丁醇或戊醇。
10.根据权利要求1所述工艺，其特征在于所述“串连”使用是指反应物先经脂肪酶1转化，再经脂肪酶2转化或脂肪酶3转化。
全文摘要
本发明提供了一种不同脂肪酶相结合生产生物柴油的工艺，属于生物油脂合成技术领域。将催化性能不同的两种或多种脂肪酶结合使用，尤其是将具有1，3－位置专一性的固定化脂肪酶与不具有位置专一性的固定化脂肪酶结合使用，利用不同脂肪酶的催化特性，将油脂原料有效转化生成生物柴油的新工艺。其特征在于将性能不同的脂肪酶混合使用或分开“串连”使用，用于催化油脂原料与甲醇等短链醇或其它酰基受体反应进行生物柴油的制备，反应可以间歇批次进行或连续进行，不同脂肪酶的结合使用可以在较短时间内有效转化可再生油脂原料，获得高得率的生物柴油。
文档编号C10G3/00GK1687313SQ20051001162
公开日2005年10月26日 申请日期2005年4月25日 优先权日2005年4月25日
发明者刘德华, 杜伟, 李俐林, 王利, 李泽波 申请人:清华大学