论文摘要
生物柴油（长链脂肪酸单酯）是一种以动植物油脂为原料生产的可再生的绿色燃料。与传统的化学法相比较,生物酶法生产生物柴油以反应条件温和、醇用量小、产物易于分离、无污染物排放等优点成为国内外研究的热点,但是生物酶的价格昂贵、甲醇在油脂中的溶解度小,以及对酶产生毒害作用等技术问题限制了该方法的使用。本论文针对以上问题较系统地研究了全细胞脂肪酶无溶剂系统中催化油脂制备生物柴油的技术。主要结果如下:1)通过比较5种不同商品化脂肪酶和自制的华根霉全细胞脂肪酶催化油脂制备生物柴油的结果后表明:华根霉CCTCC M201021全细胞脂肪酶能有效应用于无溶剂体系催化合成脂肪酸甲酯。初步解决了酶法生产生物柴油的催化剂成本太高的瓶颈。对该酶催化大豆油脂合成脂肪酸甲酯的条件进行系统地研究,结果表明:以大豆油脂为底物,反应所需甲醇分3次等量加入、总醇油摩尔比3:1、体系水含量2.0%、反应温度30℃、加酶量8%,生物柴油最终最高得率可达86%以上。以log P值为指标选择不同有机溶剂作为助溶剂进行转酯化反应,发现正庚烷等log P值为44.5的有机溶剂转化效果最好。无溶剂体系相比于有机溶剂体系最终转化效果相差不大,具有更好的应用前景。2)对华根霉CCTCC M201021全细胞脂肪酶催化脂肪酸乙酯合成的研究表明:华根霉全细胞脂肪酶催化大豆油脂的转乙酯化效果较转甲酯化效果要好一些,最终得率可达88%。但是由于甲醇对酶蛋白的毒害作用要远大于乙醇的毒害作用,反应条件相同程度的改变对于甲酯的影响更为剧烈。3)考察了无溶剂体系华根霉CCTCC M201021全细胞脂肪酶对不同的底物油脂以及游离脂肪酸的作用效果:该酶在无溶剂体系下具有较好的催化油酸酯合成的能力,进一步研究发现该酶可以较好地催化模拟高酸油脂的能力,并且酸价越高,效果越好。而对于含有杂质的地沟油等酸价油,转化率也可以达到80%以上。对于麻疯籽油等近年来比较热门的用于合成生物柴油的非可食用性油脂,其转化率达到88%以上,同时该酶对多种植物油脂都具有很好的转化效果,这表明:该酶具有催化不同油脂原料合成生物柴油的能力,对原料的要求低,从而扩大了原料的来源,初步解决了生物柴油生产工业化中原料成本高的难题。4)对所得的生物柴油粗产品进行分离、精制得到产品。减压蒸馏条件:真空度5 mmHg,油浴温度250℃,蒸馏约12h,脂肪酸甲酯回收率达到90%。通过外观、主要成份的气相色谱分析以及性能指标的检测,表明分离后的产品明显优于粗产品。生物柴油成品各主要性能指标优于国家0#柴油（GB 252-2000）的主要性能指标,基本达到了中国生物柴油标准（BD100）和德国生物柴油的标准（DIN V51606）,同时对华根霉全细胞脂肪酶催化制备生物柴油的成本进行了初步核算,表明该方法具有一定的应用可行性。本研究就开辟生物柴油生产的新途径、降低生物柴油的生产成本等内容进行了有益的探索。