酶促蜡酯合成及长链酯的改性研究

论文摘要

蜡酯是由C12以上偶数碳原子的长链脂肪酸和长链脂肪醇所形成的酯,按其化学结构可分为不饱和蜡酯和饱和蜡酯。饱和蜡酯来源较广泛,包括动物蜡和植物蜡,不饱和蜡酯也叫液蜡,具有生物可降解性,在高温、高压和高速下具备良好的润滑性,可以应用在高级润滑油和高级润肤油中。蜡酯在生物体内含量较少,主要来源是鲸蜡油和霍霍巴油,目前不饱和蜡酯的资源紧张,无法满足各行业的需求。本课题的目的就是在无溶剂体系中,以脂肪酶Candida sp.99-125为催化剂,催化天然的脂肪酸脂肪醇酯化反应合成天然不饱和蜡酯的替代品。本文首先利用50 mL的具塞锥形瓶,以试剂级油酸和十六醇为底物对脂肪酶催化酯化反应合成蜡酯的反应条件进行优化,分别对反应体系、酸醇摩尔比、酶用量、反应时间、反应过程除水进行了考察。结果表明：在无溶剂体系中,酸醇摩尔比1/0.9,固定化Candida sp.99-125酶布用量10%（w/w）,开口反应8h后,转化率均在95%以上,最高可达99%。将反应逐级放大至1L的搅拌式反应器中,最优反应条件为：无溶剂体系,酸醇摩尔比1/0.9,开口反应除水,固定化酶布用量2.5%（w/w）,酶粉用量0.7-0.8% （w/w）,搅拌转速200-250 rpm,温度40℃,反应24 h转化率达95%以上。固定化酶布和酶粉都可以重复使用6-7个批次。本文还研究了脂肪酶催化混合脂肪酸和混合脂肪醇合成蜡酯的反应,在50 mL的具塞锥形瓶中,油酸与八碳以上偶数碳原子的混合脂肪醇反应,反应条件同上,最终的转化率仍在95%以上；在500 mL的搅拌式反应器中,以工业级的豆油脂肪酸和十六醇为反应底物,同样得到了95%以上的转化率；Candida sp.99-125月旨肪酶还可以催化羊毛脂酸与短链烷醇反应,在优化的反应条件下,酶催化羊毛脂酸与正戊醇反应的转化率达80%,可见,该酶可以应用在羊毛脂改性中。本文还在前人的工作基础上进一步优化了酯化反应后产品的分离提纯工艺。通过乙醇萃取除十六醇,饱和或近饱和碳酸钠溶液除脂肪酸,得到了不同醇（8C-16C）对应的蜡酯,测试它们的理化性质,结果表明：合成的不饱和蜡酯可以替代天然鲸蜡油。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 酶催化合成生物蜡酯
• 1.1.1 蜡酯
• 1.1.2 天然不饱和蜡酯
• 1.1.3 酶法合成蜡酯的研究现状
• 1.1.3.1 脂肪酶
• 1.1.3.2 酶促合成蜡酯的反应类型
• 1.2 非介质体系中酶法合成蜡酯
• 1.2.1 酶促合成蜡酯反应体系的研究
• 1.2.2 无溶剂体系在酶催化中的应用
• 1.3 蜡酯分离纯化
• 1.4 羊毛脂综合利用
• 1.5 蜡酯在润滑剂中的应用
• 1.6 实验室已取得的研究成果
• 1.7 小结
• 1.8 本文的研究思路和内容
• 第二章 酯化反应合成蜡酯反应条件优化
• 2.1 引言
• 2.2 实验材料和方法
• 2.2.1 实验原料与设备
• 2.2.1.1 实验原料
• 2.2.1.2 实验设备
• 2.2.2 实验方法
• 2.2.2.1 酶活测定
• 2.2.2.2 反应结果的测定
• 2.2.2.3 底物油酸的成分分析
• 2.2.2.4 酯化反应条件优化
• 2.3 实验结果与讨论
• 2.3.1 油酸的成分
• 2.3.2 反应体系考察
• 2.3.3 酶用量考察
• 2.3.4 反应时间考察
• 2.3.5 酸醇摩尔比考察
• 2.3.6 开口反应除水效果的考察
• 2.4 小结
• 第三章 酯化反应放大工艺研究
• 3.1 引言
• 3.2 实验材料与方法
• 3.2.1 实验原料和设备
• 3.2.1.1 实验原料
• 3.2.1.2 实验设备
• 3.2.2 实验方法
• 3.2.2.1 酶活测定
• 3.2.2.2 反应结果的测定
• 3.2.2.3 反应放大工艺研究
• 3.2.2.4 反应放大至250 mL搅拌式反应器
• 3.2.2.5 反应放大至500 mL搅拌式反应器
• 3.2.2.6 反应放大至1 L搅拌式反应器
• 3.2.2.7 酶粉为催化剂的放大工艺研究
• 3.2.2.8 酶的使用寿命研究
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 反应放大至250 mL的工艺优化
• 3.3.2 反应放大至500 mL的工艺优化
• 3.3.3 反应放大至1 L的工艺优化
• 3.3.3.1 反应温度和固定化酶用量对反应的影响
• 3.3.3.2 分批加酶对反应的影响
• 3.3.3.3 分批加油酸对反应的影响
• 3.3.4 酶粉为催化剂的放大工艺优化
• 3.3.4.1 酸醇摩尔比对转化率的影响
• 3.3.4.2 酶粉用量对转化率的影响
• 3.3.5 脂肪酶使用寿命考察
• 3.3.5.1 固定化酶的使用寿命
• 3.3.5.2 酶粉的使用寿命
• 3.4 小结
• 第四章 混合脂肪酸脂肪醇合成蜡酯的工艺研究
• 4.1 引言
• 4.2 实验材料和方法
• 4.2.1 实验原料和设备
• 4.2.1.1 实验原料
• 4.2.1.2 实验设备
• 4.2.2 实验方法
• 4.2.2.1 酶活测定
• 4.2.2.2 反应结果的测定
• 4.2.2.3 酶促豆油脂肪酸和十六醇反应
• 4.2.2.4 酶促混合脂肪醇与油酸反应
• 4.2.2.5 酶促羊毛脂酸与短链烷醇反应
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 酶促豆油脂肪酸与十六醇反应效果
• 4.3.1.1 固定化酶催化豆油脂肪酸与十六醇反应
• 4.3.1.2 酶粉催化豆油脂肪酸与十六醇反应
• 4.3.2 固定化酶催化混合脂肪醇与油酸的反应效果
• 4.3.3 羊毛脂酸和羊毛脂醇的成分分析
• 4.3.4 羊毛脂酸与短链烷醇的反应效果
• 4.3.5 羊毛脂酸与正戊醇反应条件优化
• 4.3.5.1 酶用量考察
• 4.3.5.2 初始水含量考察
• 4.3.5.3 溶剂用量考察
• 4.3.5.4 酸醇摩尔比考察
• 4.4 小结
• 第五章 蜡酯的分离纯化与理化性质测试
• 5.1 引言
• 5.2 实验材料与方法
• 5.2.1 实验原料与设备
• 5.2.1.1 实验原料
• 5.2.1.2 实验设备
• 5.2.2 实验方法
• 5.2.2.1 酯化反应产物分析
• 5.2.2.2 除醇条件优化
• 5.2.2.3 除酸条件优化
• 5.2.2.4 分离纯化工艺放大
• 5.2.2.5 蜡酯的理化性质测试
• 5.3 实验结果与讨论
• 5.3.1 酯化反应粗产品分析
• 5.3.1.1 蜡酯粗品的水含量分析
• 5.3.1.2 蜡酯粗品的酸值测定
• 5.3.1.3 蜡酯粗品的成分分析
• 5.3.2 除脂肪醇条件的确定
• 5.3.3 除脂肪酸条件的确定
• 5.3.4 分离纯化工艺放大效果
• 5.3.5 不同链长蜡酯理化性质测定及比较
• 5.4 小结
• 第六章 结论与建议
• 6.1 结论
• 6.2 创新点
• 6.3 问题及建议
• 参考文献
• 附录
• 1. 药品和试剂
• 2. 仪器和设备
• 致谢
• 研究成果及发表的学术论文
• 作者和导师简介
• 硕士研究生学位论文答辩委员会决议书