CN112522034A - 一种圆红冬孢酵母制备生物燃料的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种圆红冬孢酵母制备生物燃料的方法，制备过程如下：将圆红冬孢酵母与溶剂放入密闭的反应釜中，反应釜在隔绝空气的氛围下加热，酵母在高温高压的环境下与溶剂发生反应，细胞壁被破坏，其体内油脂与溶剂中的乙醇发生酯交换反应，滤去残渣去除溶剂后，得到以长链脂肪酸乙酯为主要成份的混合物，该混合物为生物燃料。与传统工艺相比，本发明通过热化学法制备生物燃料，细胞破壁与酯交换同步进行，一步法制备生物燃料，简化了生物燃料的制取工艺，缩短了工艺时间，消除了现有酯交换反应中废液对环境的污染，且无需使用催化剂，经济环保，是一种圆红冬孢酵母制备生物燃料的新型环保工艺。
Description
技术领域
本发明涉及生物燃料的制备领域，具体涉及一种圆红冬孢酵母制备生物燃料的方法。
背景技术
随着社会的发展和工业化进程的深入推进，能源与环境已成为人类社会关注的焦点问题。 如何提高可再生能源的利用率，实现可持续发展是近些年研究的重点问题之一。生物质是地 球上唯一可再生碳源，地球上每年生长的生物质总量约为1400-1800亿吨，相当于目前世界 总能耗的10倍。开发利用生物质能源对于人类的可持续发展具有重要意义。生物燃料是一种 常见的生物质能源，其具有无毒、含硫量低、可生物降解等优点，受到世界各国研究人员的 广泛关注。近年来，产油微生物逐渐被学者们重视。产油微生物一般指含油量在20％以上的 微生物，包括藻类、细菌、霉菌、酵母。由于微生物在培养过程中会消耗CO2，可减缓温室效 应，产油微生物作为新型原料制备生物燃料具有广阔的前景。产油微生物中，圆红冬孢酵母 因其体内可积累达到70％干重的油脂而受到广泛关注。
现有通过圆红冬孢酵母制备生物燃料的技术为对细胞破壁后萃取油脂，再使用甲醇 或乙醇进行酯交换反应得到脂肪酸甲酯或乙酯，即生物柴油。现有破壁技术中，存在设备昂贵、工艺繁琐等缺陷。例如，洪丰等人在CN103911288B中公开了一种破壁提取油 脂的方法，该方法使用过高的空气压力，不仅能耗高，而且存在安全隐患；胡敏等人在CN106947693B公开了一种超声波细胞破壁装置，该装置噪声巨大，散热困难，敏感活性 物质易失活；刘巍峰等人在CN101717733B中公开了一种使用酶对啤酒酵母进行破壁的 方法，但该方法反应时间较长，一次完整的试验至少需要36个小时才能完成，且反应 条件苛刻，在规模化生产中难以实现。对于油脂提取后进行的酯交换反应，需要使用酸 或碱作为催化剂，易对设备产生腐蚀，产生的废液对环境有污染，且催化剂难以分离， 不可重复使用。对于圆红冬孢酵母，其细胞壁组成为β(1，3)葡聚糖、β(1，6)葡聚 糖、甘露聚糖等，细胞壁较厚实，使用现有技术，往往需要复杂工艺才能将其破壁，难 以满足工业规模化生产的需求。
因此，需要开发一种新型圆红冬孢酵母制备生物燃料的方法，要求该方法工艺简单、 节能环保、成本低廉。
发明内容
针对圆红冬孢酵母破壁困难、酯交换反应有污染等缺陷，本发明提出了使用热化学 的方法制备生物燃料，该方法将破壁与酯交换反应同步进行，一步法制备生物燃料，简化了工艺流程，降低了成本，酵母得到高效利用。同时，该方法无需添加催化剂，不仅 降低了成本，而且解决了传统工艺中催化剂对环境污染的问题，实现了可持续发展。
为实现上述目的，本发明提供了一种圆红冬孢酵母制备生物燃料的方法,高温密闭 环境中，酵母与溶剂发生反应，细胞壁被破坏，细胞内油脂与溶剂中的乙醇发生酯交换反应，滤去残渣、去除溶剂后，得到了以长链脂肪酸乙酯为主要成份的混合物，即生物 燃料；所述的反应温度为80℃-350℃。
圆红冬孢酵母与溶剂的固液比为0.01-0.9g/mL，酵母细胞内油脂含量超过40wt％。
溶剂为乙醇或乙醇与水的混合物，乙醇的体积百分比为10％-100％。
所述的一种圆红冬孢酵母制备生物燃料的方法，包括以下步骤：
(1)将圆红冬孢酵母烘干后使用100-150目的筛子筛选后备用；
(2)将反应物料按比例加入到反应釜中，密封反应釜，使用CO2、N2、Ar中的一种，排除反应釜中的空气，升温；
(3)达到反应温度后，原料在反应釜中的停留时间为0-240min不包括0；
(4)反应结束后，滤去残渣，去除溶剂后即可得到生物燃料。
有益效果：
(1)本发明的方法中，使用热化学一步法将圆红冬孢酵母制备成生物燃料，省去了酵母细胞破壁的步骤，解决了酵母细胞壁过厚导致破壁困难的问题；通过调节圆红冬 孢酵母与溶剂的固液比、溶剂中乙醇的体积百分数、反应温度、保留时间等参数，优化 工艺条件，提高生物油的产率和品质；
(2)本发明的方法中，在一次反应中实现了破壁与酯交换两个过程，简化了工艺过程，解决了现有技术中酵母破壁困难及后续酯交换反应造成的环境污染等问题；
(3)本发明的方法中获得是以十六烷酸乙酯、油酸乙酯、十八烷酸乙酯为主要成分的混合物，即生物燃料；
(4)本发明的方法无需使用催化剂，不仅节约了成本，而且解决了传统酯交换反应中酸或碱催化剂对环境污染的问题；
(5)本发明工艺简单，可操作性强，可广泛用于以圆红冬孢酵母为原料的生物燃料的制备，提高了生产效率，降低了圆红冬孢酵母商业化应用成本。
附图说明
图1是本发明实施例1圆红冬孢酵母制备生物燃料的GC-MS谱图。
图2是本发明实施例1圆红冬孢酵母制备生物燃料各组分含量。
图3是本发明实施例不同溶剂的生物燃料产率图。
图4是本发明实施例1中生物燃料与0#柴油在发动机上燃烧的油耗与排放对比图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明， 并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征 只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
一种圆红冬孢酵母制备生物燃料的方法，包括如下步骤：
(1)将圆红冬孢酵母烘干后使用100-150目的筛子筛选后备用；
(2)称取适量圆红冬孢酵母备用，量取适量溶剂备用，酵母与溶剂的固液比为0.01-0.9g/mL；
(3)将酵母、溶剂加入到反应釜中，密封反应釜，使用CO2、N2、Ar中的一种，排 除反应釜中的空气，升温至80℃-350℃；
(4)达到反应温度后，原料在反应釜中的停留时间为0-240min不包括0；
(5)反应结束后，滤去残渣，去除溶剂后即可得到生物燃料。
本发明以上发明构思的原理是：圆红冬孢酵母的细胞壁常分为三层，外层为甘露聚 糖，中间为蛋白质分子，内层为β(1，3)葡聚糖和β(1，6)葡聚糖。三层物质均为 复杂的分枝状聚合物，细胞壁厚实，强度较大，使用现有技术破壁较困难。使用热化学 的方法，在反应釜升温的过程中，溶剂先软化细胞壁，后破坏细胞壁，酵母体内油脂与 溶剂中的乙醇发生酯交换反应，生成长链脂肪酸乙酯，滤去固体残渣去除溶剂后，即可 得到生物燃料。该发明将破壁与酯交换反应一步进行，简化了工艺流程，提高了生产效 率，同时解决了圆红冬孢酵母细胞壁厚实破壁困难的问题；使用的溶剂无污染，解决了 传统生物燃料生产工艺酯交换反应中易产生废水的问题；不使用催化剂，不仅降低了生 产成本，而且绿色环保。
进一步的，所述步骤(1)中，圆红冬孢酵母细胞内油脂含量超过40wt％。
进一步的，所述步骤(2)中，溶剂为乙醇或乙醇与水的混合物。
进一步的，所述步骤(2)中，乙醇的体积比为10％-100％。
为了更详细的说明本发明方法，下面结合具体的实施例进一步说明。
实施例1
本法实施例阐述一种圆红冬孢酵母制备生物燃料的方法，所述方法具体包括如下步 骤：
(1)：将圆红冬孢酵母烘干后使用120目的筛子筛选，称取10g备用；
(2)：量取无水乙醇100mL备用；
(3)：将步骤(1)中的酵母、步骤(2)中的乙醇放入反应釜中，用玻璃棒搅拌后 盖上反应釜盖子，使反应釜密封；
(5)：向反应釜中通入足量的CO2，排出反应釜中的空气；
(6)：加热反应釜，反应温度为200℃；
(7)：达到反应温度后，保持该温度60min，即停留时间为60min；
(8)：反应结束后，自然冷却至室温；
(9)：打开反应釜盖子，使用滤纸滤去残渣，保留液态物质；
(10)：使用旋转蒸发仪去除溶剂，蒸发温度为65℃，剩余物质即为生物燃料。
实施例2
(1)：将圆红冬孢酵母烘干后使用120目的筛子筛选，称取10g备用；
(2)：量取去离子水100mL备用；
(3)：将步骤(1)中的酵母、步骤(2)中的去离子水放入反应釜中，用玻璃棒搅 拌后盖上反应釜盖子，使反应釜密封；
(5)：向反应釜中通入足量的CO2，排出反应釜中的空气；
(6)：加热反应釜，反应温度为200℃；
(7)：达到反应温度后，保持该温度60min，即停留时间为60min；
(8)：反应结束后，自然冷却至室温；
(9)：打开反应釜盖子，使用滤纸滤去残渣，保留液态物质；
(10)：使用旋转蒸发仪去除溶剂，蒸发温度为85℃，剩余物质即为生物燃料。
实施例3
(1)：将圆红冬孢酵母烘干后使用120目的筛子筛选，称取10g备用；
(2)：量取去离子水95mL、无水乙醇5mL备用；
(3)：将步骤(1)中的酵母、步骤(2)中的去离子水和无水乙醇放入反应釜中， 用玻璃棒搅拌后盖上反应釜盖子，使反应釜密封；
(5)：向反应釜中通入足量的CO2，排出反应釜中的空气；
(6)：加热反应釜，反应温度为200℃；
(7)：达到反应温度后，保持该温度60min，即停留时间为60min；
(8)：反应结束后，自然冷却至室温；
(9)：打开反应釜盖子，使用滤纸滤去残渣，保留液态物质；
(10)：使用旋转蒸发仪去除溶剂，蒸发温度为85℃，剩余物质即为生物燃料。
实施例4
本实施例与实施例1相同，只是反应温度为220℃。
实施例5
本实施例与实施例1相同，只是反应温度为240℃。
实施例6
本实施例与实施例1相同，只是反应温度为260℃。
实施例7
本实施例与实施例2相同，只是反应温度为220℃。
实施例8
本实施例与实施例2相同，只是反应温度为240℃。
实施例9
本实施例与实施例2相同，只是反应温度为260℃。
实施例10
本实施例与实施例3相同，只是反应温度为220℃。
实施例11
本实施例与实施例3相同，只是反应温度为240℃。
实施例12
本实施例与实施例3相同，只是反应温度为240℃。
实施例13
本实施例与实施例1相同，只是圆红冬孢酵母质量为5g。
实施例14
本实施例与实施例1相同，只是圆红冬孢酵母质量为15g。
实施例15
本实施例与实施例1相同，只是保留时间为90min。
实施例16
本实施例与实施例1相同，只是保留时间为120min。
Claims (5)
1.一种圆红冬孢酵母制备生物燃料的方法,其特征在于，高温密闭环境中，圆红冬孢酵母与溶剂发生反应，细胞壁被破坏，细胞内油脂与溶剂中的乙醇发生酯交换反应，滤去残渣、去除溶剂后，得到了以长链脂肪酸乙酯为主要成份的混合物；所述的反应温度为80℃-350℃。
2.根据权利要求1所述的一种圆红冬孢酵母制备生物燃料的方法，其特征在于，圆红冬孢酵母细胞内油脂含量超过40wt％。
3.根据权利要求1所述的一种圆红冬孢酵母制备生物燃料的方法，其特征在于，圆红冬孢酵母与溶剂固液比为0.01-0.9g/mL。
4.根据权利要求1所述的一种圆红冬孢酵母制备生物燃料的方法，其特征在于，溶剂为乙醇或乙醇与水的混合物，乙醇的体积比为10％-100％。
5.根据权利要求1所述的一种圆红冬孢酵母制备生物燃料的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将圆红冬孢酵母烘干后使用100-150目的筛子筛选后备用；
(2)将反应物料按比例加入到反应釜中，密封反应釜，使用CO2、N2、Ar中的一种，排除反应釜中的空气，升温；
(3)达到反应温度后，原料在反应釜中的停留时间为0-240min不包括0；
(4)反应结束后，滤去残渣，去除溶剂后即得到生物燃料。
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2020
- 2020-11-09 CN CN202011239094.XA patent/CN112522034A/zh active Pending
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