CN102191126A - 酶法制备微藻油脂生物柴油的方法 - Google Patents

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胡章立
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Abstract

本发明属于生物化工领域，本发明提供一种新型反应介质中酶法微藻油脂生物柴油的制备方法。本发明方法包括如下步骤：(1)提供由微藻干燥而成的藻粉；(2)从该藻粉中提取微藻油脂；(3)对上述微藻油脂进行理化常数表征，取得皂化值以确定所需要的甲醇量；和(4)以离子液体[BMIm][PF6]或叔丁醇作为反应介质，在上述微藻油脂中加入醇油摩尔比为1∶2至5∶1的甲醇，加入50至400mg的扩展青霉脂肪酶，反应后获得产物脂肪酸甲酯。

Description

酶法制备微藻油脂生物柴油的方法
【技术领域】
本发明属于生物化工领域，尤其涉及一种酶法制备微藻油脂生物柴油的方法。
【背景技术】
面对资源枯竭和大气二氧化碳比例升高引起的环境问题，人们开始意识到可再生生物燃料对于环境和经济的可持续发展来说是至关重要的。生物柴油是指油脂和短链醇在催化剂的作用下，通过酯化和酯交换反应生成的烷基酯类化合物。生物柴油是典型“绿色能源”，大力发展生物柴油对经济可持续发展，推进能源替代，减轻环境压力，控制城市大气污染具有重要的战略意义。
全球领先的生物柴油生产商奈斯特石油公司CEO Matti Lievonen日前表示，到2020年全球生物柴油需求将从当前的1000万t/年大幅增加至3500万t/年。面对急速上升的供需关系，选取合适的、低成本的油脂资源迫在眉睫。综观国际上的诸多国家如美国、德国、巴西、印度等均在发展石油替代产业的国际政策制度、技术完善、装置建设和车辆制造等方面为我国提供了良好的借鉴。
为规范国内生物柴油市场，于2007年5月出台我国第一部生物柴油国家标准《柴油机燃料调和用生物柴油》。财政部2010年12月24日发布消息称，国家对利用废弃动植物油脂生产的纯生物柴油免征消费税，2009年1月1日以来已缴纳消费税的生产企业将获得返还。目前，国内生产生物柴油的主要原料是废弃动植物油脂，包括油脂工业产生的“下脚油”和餐饮废油即“地沟油”。中国日报2011年1月25日报道，从1月21日开始，昆明公交集团的38辆公交车试用由“地沟油”加工而成的生物柴油，汽车尾气中的污染物排放量减少了60％以上，起到了节能减排、低碳环保的作用。一系列政策法规的出台可见我国政府对生物柴油产业发展的重视，在政府明文监督和财税扶持下，生物柴油的发展前景广阔。
微藻具有光合作用效率高、生长周期短、生物产量高的特点，特别是含油藻类是制备生物柴油的良好原料。中国专利CN200810115740.4公开了一种以微藻油脂为原料制备生物柴油的方法；CN200510073176.0公开了利用微藻制备生物柴油的方法；上述两篇专利申请文件所记载的方法都是采用化学催化生产生物柴油，即使用强酸或强碱作为催化剂。
酶作为一种生物催化剂，近年来已被人们广泛应用于食品生产与检测、环保技术、生物技术等领域。脂肪酶(Lipase，EC 3.1.1.3)是一类能催化油脂和短链醇进行转酯化反应生成脂肪酸甲酯的生物催化剂，被认为是制备可再生能源的——生物柴油的一种优良的生物方法：脂肪酶所介导的反应具有反应条件温和、醇用量小、产品易收集纯化、无污染物排放等优点。而目前国内外用于生物柴油研究的脂肪酶主要为诺维信公司生产的Novozym435，此酶为树脂固定化酶，载体为大孔丙烯酸树脂，价格高昂，不利于酶法制备生物柴油的工业化生产。
【发明内容】
为此，本发明要解决的技术问题是提供一种新型反应介质中酶法微藻油脂生物柴油的制备方法。
为解决上述技术问题，本发明的方法包括如下步骤：
(1)提供由微藻干燥而成的藻粉；
(2)从该藻粉中提取微藻油脂；
(3)对上述微藻油脂进行理化常数表征，取得皂化值以确定所需要的甲醇量；和
(4)以离子液体[BMIm][PF6]或叔丁醇作为反应介质，在上述微藻油脂中加入醇油摩尔比为1∶2至5∶1的甲醇，加入50至400mg的扩展青霉脂肪酶，反应后获得产物脂肪酸甲酯。
其中，该藻粉可通过索氏脂肪提取器来提取微藻油脂。
其中，在步骤(2)中，可以用正己烷作为藻粉溶剂，再在索氏脂肪提取器中连续抽提，将正己烷溶剂去除后，即获得微藻油脂。
作为优选，可以用索氏脂肪提取器中连续抽提至少8小时。
其中，所述步骤(3)中皂化值和酸值的测定可分别参照GB/T 5534-2008和GB/T 5530-2005。
其中，步骤(3)中的反应温度可以为35至60℃，反应时间可以为24至48h。
其中，反应产物脂肪酸甲酯可通过离心分离获取。
本发明所使用的扩展青霉脂肪酶(Penicillium expansum Lipase，PEL)是扩展青霉菌株PF898所产的一类脂肪酶。相对于Novozym435，此酶系国产的、且成本低廉。
本专利使用的[BMIm][PF6]是一种离子液体(Ionic Liquids，IL)，即1-丁基-3-甲基-咪唑六氟磷酸盐(1-butyl-3-methyl imidazolium hexafluorophosphate)。以此作为反应介质，在上述扩展青霉脂肪酶(PEL)的催化作用下生产微藻油脂生物柴油。离子液体[BMIm][PF6]常温下呈液体状态。离子液体作为一种新型绿色环境友好型溶剂，在生产生物柴油方面具有许多优于传统有机溶剂的显著特点：(1)液态温度范围宽，具有良好的理化稳定性；(2)蒸汽压低，不易挥发；(3)可设计性；(4)更有利于酶促反应；(5)产物产量高等。
相对于现有的生物柴油的制造方法，本发明具有如下有益效果：
1.利用微藻油在上述两种不同溶剂中进行生物柴油的生产，证明了微藻作为生物柴油油源在不同体系中能生产且能获得高转化率的生物柴油产品；
2.新型溶剂离子液体[BMIm][PF6]与微藻油不互溶，使产品和反应介质的分离简便；
3.所使用的扩展青霉脂肪酶(PEL)价格低廉，大大降低成本的投入。
【附图说明】
图1为本发明第一实施例的在离子液体[BMIm][PF6]中，PEL催化微藻油制备生物柴油和反应时间的关系示意图。
图2为本发明第二实施例的在叔丁醇中，PEL催化微藻油制备生物柴油和反应时间的关系示意图。
【具体实施方式】
下面结合具体实施例更进一步说明本发明。
实施例1
在离子液体[BMIm][PF6]中PEL催化微藻油制备生物柴油：
离子液体[BMIm][PF6]体系中的反应条件为：醇油摩尔比3∶1，酶量100mg，溶剂2mL/g(基于油重，v/w)，水含量3％(基于油重，w/w)，反应温度45℃。定时取反应液用于甲酯含量分析。取50μL反应液离心分层，取上层液样10μL，用290μL正己烷溶解，混匀，再加入300μL十七碳烯酸甲酯(2mg/mL)作为内标；取1μL样品进样，由气相色谱测定反应物中的脂肪酸甲酯量。
在上述条件下反应48h生物柴油转化率可高达91％。
实施例2
在叔丁醇中PEL催化微藻油制备生物柴油：
叔丁醇体系中的反应条件为：醇油摩尔比3∶1，酶量100mg，溶剂1mL/g(基于油重，v/w)，水含量3％(基于油重，w/w)，反应温度45℃。定时取反应液用于甲酯含量分析。取50μL反应液离心分层，取上层液样10μL，用290μL正己烷溶解，混匀，再加入300μL十七碳烯酸甲酯(2mg/mL)作为内标；取1μL样品进样，由气相色谱测定反应物中的脂肪酸甲酯量。
在上述条件下反应48h生物柴油转化率可达49％。
从图1和图2也可以看出，在离子液体[BMIm][PF6]中PEL催化微藻油制备生物柴油，在同样的反应时间上，要比叔丁醇体系中的制备可以获得更高的生物柴油转化率。
要说明的是，上述说明仅是对本发明较佳实施例的详细描述，叙述仅为说明本发明的可实现性及其突出效果，具体特征并不能用来作为对本发明的技术方案的限制，本发明的保护范围应以本发明所附权利要求书为准。

Claims (9)

1.一种酶法微藻油脂生物柴油的制备方法，其特征在于该方法包括如下步骤：
(1)提供由微藻干燥而成的藻粉；
(2)从该藻粉中提取微藻油脂；
(3)对上述微藻油脂进行理化常数表征，取得皂化值以确定所需要的甲醇量；和
(4)以离子液体[BMIm][PF6]或叔丁醇作为反应介质，在上述微藻油脂中加入醇油摩尔比为1∶2至5∶1的甲醇，加入50至400mg的扩展青霉脂肪酶，反应后获得产物脂肪酸甲酯。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(2)中，该藻粉是通过索氏脂肪提取器来提取微藻油脂。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，在步骤(2)中，用正己烷作为藻粉溶剂，再在索氏脂肪提取器中连续抽提，将正己烷溶剂去除后，即获得微藻油脂。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，在步骤(2)中，用正己烷作为藻粉溶剂，再在索氏脂肪提取器中连续抽提至少8小时。
5.如权利要求1至4之一所述的方法，其特征在于，所述步骤(3)中皂化值和酸值的测定分别参照GB/T 5534-2008和GB/T 5530-2005。
6.如权利要求1至4之一所述的方法，其特征在于，步骤(3)中的反应温度为35至60℃，反应时间为24至48小时。
7.如权利要求1至4之一所述的方法，其特征在于，反应产物脂肪酸甲酯通过离心分离获取。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(4)中，在上述微藻油脂中加入醇油摩尔比为3∶1的甲醇，加入100mg的扩展青霉脂肪酶，反应后获得产物脂肪酸甲酯。
9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(3)中的反应温度为45℃，反应时间为48小时。
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