CN103642579B - 一种用微藻制备生物柴油的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于生物工程与能源领域，具体涉及一种微藻制备生物柴油的方法。本发明的用微藻制备生物柴油的方法，包括如下步骤：（1）微藻培养；（2）微藻油脂的提取；（3）微藻生物柴油制备的酶催化反应。生物柴油制备过程采用酯交换法，以脂肪酶作为催化剂，反应条件温和，游离脂肪酸完全可以被脂肪酶直接酯化，醇用量少，采用复合脂肪酶催化能有效地克服单一脂肪酶的底物专一性，提高生物柴油的转酯效率。本发明方法制备的生物柴油，均达到了GB/T20828-2007柴油机燃料调合用生物柴油的标准。

Description

一种用微藻制备生物柴油的方法
技术领域
本发明属于生物工程与能源领域，具体涉及一种微藻制备生物柴油的方法。
背景技术
目前，能源和环境问题是人类关注的焦点，随着石油和煤炭资源的枯竭及其燃烧对空气的污染，世界各国正积极开展可再生新资源的开发和利用，例如对生物柴油的研制和生产。我国对生物柴油的研究与开发起步较晚，但发展速度很快。
生物柴油即各种脂肪酸甲酯混合物，是以可再生的动物和植物油脂等为原料与甲醇等醇类物质进行酯交换反应制成的甲酯燃料，是一种无毒的可再生能源。它主要由碳氢元素构成，燃烧后排放的有毒气体含量大大降低，可作为燃料单独使用，也可与石化柴油以不同比例调和使用，并且可直接用于柴油机而不需要对柴油机做任何改变。生物柴油是一种清洁的绿色环保能源，可以缓解能源危机、保护生态环境和实现经济的可持续发展。
利用微藻制备生物柴油，有其自身的发展趋势，其具有光合作用效率高、生长周期短、生物产量高、可大规模控制培养等优势，可以解决传统原料来源单一、价格昂贵等问题。目前，有关生物柴油制备的研究主要集中在植物油等方面，从微藻中提取油脂用于制备生物柴油的研究报道很少。生产生物柴油最常用的方法是酯交换法，即以酸或碱作为催化剂，在油脂中添加一定量的甲醇，加热至一定的温度反应生成脂肪酸甲酯。但此方法所使用的强酸和强碱对设备腐蚀严重，副反应较多，环境污染严重。
发明内容
本发明的目的在于针对上述存在的缺陷而提供一种用微藻制备生物柴油的方法，以克服目前传统的生物柴油制备方法的缺陷，提高生物柴油产率。
本发明是通过下述的技术方案来实现的：
一种用微藻制备生物柴油的方法，包括如下步骤：
（1）微藻培养：以微藻为原料将其培养至对数生长期，以0.2-0.4的接种密度接种至新鲜培养基，培养温度为20-30℃，培养光照条件为3000-4000lx，收集微藻细胞，离心浓缩，进行冷冻干燥，然后将藻粉充分研磨备用；
（2）微藻油脂的提取：称取一定量藻粉，加入氯仿甲醇水混合液进行提取，氯仿：甲醇：水的体积比为1：2：0.8-3.0，其中藻粉加入量与氯仿甲醇水的比例为1g：100mL，混匀静置3-5h，收集上清液，加入氯仿水，使氯仿：甲醇：水的比例为1：1：0.9，收集下层氯仿层，并于60℃蒸去氯仿，得微藻油脂；
（3）微藻生物柴油制备的酶催化反应：将步骤（2）中所得油脂加入甲醇和脂肪酶，脂肪酶添加量为步骤2中微藻油脂重量的20-30%，30-40℃反应48-60h，得生物柴油。
上述的用微藻制备生物柴油的方法中，所述微藻为小球微藻或绿色巴夫藻。
上述的用微藻制备生物柴油的方法中，所述步骤（1）中微藻的接种密度为0.3。
上述的用微藻制备生物柴油的方法中，所述步骤（1）中培养温度为25℃。
上述的用微藻制备生物柴油的方法中，所述步骤（1）中培养光照为3500lx。
上述的用微藻制备生物柴油的方法中，所述提取溶剂氯仿：甲醇：水的体积比为1：2：1.5，混匀静置时间为4h。
上述的用微藻制备生物柴油的方法中，所述步骤（3）中脂肪酶为假丝酵母脂肪酶、铜绿假单胞菌脂肪酶和曲霉脂肪酶中的任意两种，添加比例为1：1。
上述的用微藻制备生物柴油的方法中，所述步骤（3）中反应温度为35℃，反应时间为52h。
本发明的有益效果在于：
（1）通过优化得到最佳的接种密度、培养温度和光照，使藻体生长产生最大量的脂肪酸，提高柴油得率。
（2）生物柴油制备过程采用酯交换法，以脂肪酶作为催化剂，反应条件温和，游离脂肪酸完全可以被脂肪酶直接酯化，醇用量少，副产物甘油分离简单，降低了生产工艺要求和生产成本。
（3）采用复合脂肪酶催化能有效地克服单一脂肪酶的底物专一性，提高生物柴油的转酯效率。
（4）本发明方法制备的生物柴油，均达到了GB/T20828-2007柴油机燃料调合用生物柴油的标准。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作更进一步的说明，以便本领域的技术人员更了解本发明，但并不因此限制本发明。
实施例1
（1）微藻培养：以绿色巴夫藻为原料将其培养至对数生长期，以0.3的接种密度接种至新鲜培养基，培养温度为25℃，培养光照条件为3000lx，收集微藻细胞，离心浓缩，进行冷冻干燥，然后将藻粉充分研磨备用；
（2）微藻油脂的提取：称取一定量藻粉，加入氯仿甲醇水混合液进行提取，氯仿：甲醇：水的体积比为1：2：1.5，其中藻粉加入量与氯仿甲醇水的比例为1g：100mL，混匀静置4h，收集上清液，加入氯仿水，使氯仿：甲醇：水的比例为1：1：0.9，收集下层氯仿层，并于60℃蒸去氯仿，得微藻油脂；
（3）微藻生物柴油制备的酶催化反应：将步骤（2）中所得油脂加入甲醇和脂肪酶，脂肪酶添加量为25%，其中脂肪酶为假丝酵母脂肪酶、铜铝假单胞菌脂肪酶1：1的比例混合而成，30℃反应52h，得生物柴油。
实施例2
（1）微藻培养：以小球微藻为原料将其培养至对数生长期，以0.2的接种密度接种至新鲜培养基，培养温度为30℃，培养光照条件为3000lx，收集微藻细胞，离心浓缩，进行冷冻干燥，然后将藻粉充分研磨备用；
（2）微藻油脂的提取：称取一定量藻粉，加入氯仿甲醇水混合液进行提取，氯仿：甲醇：水的体积比为1：2：0.8，其中藻粉加入量与氯仿甲醇水的比例为1g：100mL，混匀静置5h，收集上清液，加入氯仿水，使氯仿：甲醇：水的比例为1：1：0.9，收集下层氯仿层，并于60℃蒸去氯仿，得微藻油脂；
（3）微藻生物柴油制备的酶催化反应：将步骤（2）中所得油脂加入甲醇和脂肪酶，脂肪酶添加量为20%，其中脂肪酶为铜铝假单胞菌脂肪酶和曲霉脂肪酶按1：1的比例混合而成，30℃反应60h，得生物柴油。
实施例3
（1）微藻培养：以绿色巴夫藻为原料将其培养至对数生长期，以0.4的接种密度接种至新鲜培养基，培养温度为20℃，培养光照条件为4000lx，收集微藻细胞，离心浓缩，进行冷冻干燥，然后将藻粉充分研磨备用；
（2）微藻油脂的提取：称取一定量藻粉，加入氯仿甲醇水混合液进行提取，氯仿：甲醇：水的体积比为1：2：3，其中藻粉加入量与氯仿甲醇水的比例为1g：100mL，混匀静置3h，收集上清液，加入氯仿水，使氯仿：甲醇：水的比例为1：1：0.9，收集下层氯仿层，并于60℃蒸去氯仿，得微藻油脂；
（3）微藻生物柴油制备的酶催化反应：将步骤（2）中所得油脂加入甲醇和脂肪酶，脂肪酶添加量为30%，其中脂肪酶为假丝酵母脂肪酶、铜铝假单胞菌脂肪酶和曲霉脂肪酶中的任意两种按1：1的比例混合而成，45℃反应48h，得生物柴油。
对实施例1-3制备的生物柴油成品按照GB/T20828-2007标准进行了测试，结果见表1。
表1对实施例1-3制备的生物柴油成品指标测试结果
性能参数 酸值(mgKOH/g) 运动粘度(mm2/s) 闪点（℃） 十六烷值
实施例1 0.40 3.1 141 58
实施例2 0.28 3.9 134 53
实施例3 0.52 4.5 130 54
GB/T20828-2007 ≤0.8 1.9-6.0 ≥130 ＞49
由表1的结果可知，本发明方法制备的生物柴油，均达到了GB/T20828-2007柴油机燃料调合用生物柴油的标准。

Claims (6)

1.一种用微藻制备生物柴油的方法，包括如下步骤：
（1）微藻培养：以微藻为原料将其培养至对数生长期，以0.2-0.4的接种密度接种至新鲜培养基，培养温度为20-30℃，培养光照条件为3000-4000lx，收集微藻细胞，离心浓缩，进行冷冻干燥，然后将藻粉充分研磨备用；所述微藻为小球微藻或绿色巴夫藻；
（2）微藻油脂的提取：称取一定量藻粉，加入氯仿甲醇水混合液进行提取，氯仿：甲醇：水的体积比为1：2：0.8-3.0，其中藻粉加入量与氯仿甲醇水的比例为1g：100mL，混匀静置3-5h，收集上清液，加入氯仿水，使氯仿：甲醇：水的比例为1：1：0.9，收集下层氯仿层，并于60℃蒸去氯仿，得微藻油脂；
（3）微藻生物柴油制备的酶催化反应：将步骤（2）中所得油脂加入甲醇和脂肪酶，脂肪酶添加量为步骤（2）中微藻油脂重量的20-30%，30-40℃反应48-60h，得生物柴油；
所述步骤（3）中脂肪酶为假丝酵母脂肪酶、铜绿假单胞菌脂肪酶和曲霉脂肪酶中的任意两种，添加比例为1：1。
2.根据权利要求1所述的用微藻制备生物柴油的方法，其特征在于，所述步骤（1）中微藻的接种密度为0.3。
3.根据权利要求1所述的用微藻制备生物柴油的方法，其特征在于，所述步骤（1）中培养温度为25℃。
4.根据权利要求1所述的用微藻制备生物柴油的方法，其特征在于，所述步骤（1）中培养光照为3500lx。
5.根据权利要求1所述的用微藻制备生物柴油的方法，其特征在于，所述提取溶剂氯仿：甲醇：水的体积比为1：2：1.5，混匀静置时间为4h。
6.根据权利要求1所述的用微藻制备生物柴油的方法，其特征在于，所述步骤（3）中反应温度为35℃，反应时间为52h。
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