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响应面法优化脂肪酶催化脂肪酸甲酯环氧化宋亚玲;李立琴;冯树波;赵亚男;冯丹华【期刊名称】《中国油脂》【年(卷),期】2013(038)007【摘要】以Novozyme 435脂肪酶为催化剂,在单因素实验的基础上,利用响应面法优化了脂肪酸甲酯(FAMEs)环氧化工艺.选择反应时间、脂肪酶用量和H2O2与FAMEs双键的摩尔比为自变量,环氧值为响应值,建立了脂肪酶催化FAMEs环氧化体系的二次回归模型.优化后的工艺条件为:在不加脂肪酸氧载体的条件下,FAMEs 20 g,甲苯用量30 mL,脂肪酶用量3％(以FAMEs质量计),H2O2与FAMEs双键摩尔比1.7∶1,反应温度40℃,反应时间5h.在此条件下,环氧值为4.82％,与模型预测值基本一致.【总页数】5页(P64-68)【作者】宋亚玲;李立琴;冯树波;赵亚男;冯丹华【作者单位】河北科技大学化学与制药工程学院,石家庄050018;河北省药物化工工程技术研究中心,石家庄050018;石家庄合佳保健品有限公司,石家庄050000;河北科技大学化学与制药工程学院,石家庄050018;河北省药物化工工程技术研究中心,石家庄050018;河北科技大学化学与制药工程学院,石家庄050018;河北省药物化工工程技术研究中心,石家庄050018;河北科技大学化学与制药工程学院,石家庄050018;河北省药物化工工程技术研究中心,石家庄050018【正文语种】中文【中图分类】TQ645;TQ414【相关文献】1.响应面法优化催化臭氧氧化处理邻苯二甲酸二甲酯废水的研究 [J], 张帆;张进明;肖梅;马佳慧;王利平2.脂肪酶催化合成L-抗坏血酸脂肪酸酯和D-异抗坏血酸脂肪酸酯 [J], 郑大贵;祝显虹;余泗莲;彭化南;张小兰3.催化环氧脂肪酸甲酯制备9(10)-羟基-10(9)-甲氧基脂肪酸甲酯 [J], 陈阿敏;成取林;纪飞;王明明;蒋惠亮4.脂肪酶非水相催化合成脂肪酸甲酯研究 [J], 刘斌;吴克;吴环;田梦真5.固定化粘质沙雷氏菌脂肪酶催化制备脂肪酸甲酯 [J], 张搏;朱绮霞;黄日波因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
响应面优化文冠果油基生物柴油制备工艺
李凯泉;陕林康;丁立军
【期刊名称】《山东工业技术》
【年(卷),期】2024()2
【摘要】为探究文冠果油在生物柴油产业中应用前景,以SO_(4)^(2-)/ZrO_(2)-CeO_(2)-杭锦2#土(SZCe-HJ)为催化剂,采用中心复合(CCD)实验设计方法,通过改变对生物柴油产率影响最大的四个因素:反应时间-X_(1)、醇油摩尔比比-X_(2)、催化剂用量-X_(3)和反应时间-X_(4),考察生物柴油产率-Y的变化,并对实验数据进行拟合,建立数学模型。
研究结果表明:该模型能够准确估算SZCe-HJ催化文冠果油制备生物柴油的产率。
醇油摩尔比达到8.21:1、催化剂用量达到2.66 wt.%、反应时间持续8.65 h,生物柴油产率最高将达到62.76%。
【总页数】9页(P3-11)
【作者】李凯泉;陕林康;丁立军
【作者单位】内蒙古农业大学理学院;内蒙古自治区土壤质量与养分资源重点实验室;生物农药创制与资源利用内蒙古自治区高等学校重点实验室
【正文语种】中文
【中图分类】O616
【相关文献】
1.响应面法优化南五味子种子油制备生物柴油的工艺研究
2.响应面法优化钙基固体碱KF/CaO催化沉香籽油制备生物柴油
3.响应面法优化菜籽油毛油酯交换制备生
物柴油生产工艺条件的实验研究4.响应面法优化吡咯烷酮离子液体[HNMP]CH3SO3催化菜籽油酯交换制备生物柴油的工艺研究
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生物柴油制备技术介绍目前，生物柴油的制备方法主要有直接混合法、微乳化法、高温裂解法和酯交换法。
前两种方法属于物理方法，虽然简单易行，能降低动植物油的粘度，但十六烷值不高，燃烧中积炭及润滑油污染等问题难以解决。
高温裂解法过程简单，没有污染物产生，缺点是在高温下进行，需催化剂，裂解设备昂贵，反应程度难控制，且高温裂解法主要产品是生物汽油，生物柴油产量不高。
工业上生产生物柴油主要方法是酯交换法。
在酯交换反应中，油料主要成分三甘油酯与各种短链醇在催化剂作用下发生酯交换反应得到脂肪酸甲酯和甘油。
可用于酯交换的醇包括甲醇、乙醇、丙醇、丁醇和戊醇，其中最常用的是甲醇，这是由于甲醇价格较低，碳链短，极性强，能够很快与脂肪酸甘油酯发生反应，且碱性催化剂易溶于甲醇。
酯交换反应是可逆反应，过量的醇可使平衡向生成物的方向移动，所以醇的实际用量远大于其化学计量比。
反应所使用的催化剂可以是碱、酸或酶催化剂等，它可加快反应速率以提高产率。
酯交换反应是由一系列串联反应组成，三甘油酯分步转变为二甘油酯、单甘油酯，最后转变成甘油，每一步反应均产生一个酯。
酯交换法包括酸催化、碱催化、生物酶催化和超临界酯交换法等。
（1）酸催化法。
酸催化法用到的催化剂为酸性催化剂，主要有硫酸、盐酸和磷酸等。
在酸催化法条件下，游离脂肪酸会发生酯化反应，且酯化反应速率要远快与酯交换速率，因此该法适用于游离脂肪酸和水分含量高的油脂制备生物柴油，其产率高，但反应温度和压力高，甲醇用量大，反应速度慢，反应设备需要不锈钢材料。
工业上酸催化法受到关注程度远小于碱催化法。
（2）碱催化法。
碱催化法采用的催化剂为碱性催化剂，一般为NaOH、KOH、NaOH 以及有机胺等。
在无水情况下，碱性催化剂酯交换活性通常比酸性催化剂高。
传统的生产过程是采用在甲醇中溶解度较大的碱金属氢氧化物作为均相催化剂，它们的催化活性与其碱度相关。
碱金属氢氧化物中，KOH比NaOH具有更高的活性。
用KOH作催化剂进行酯交换反应典型的条件是：甲醇用量5%-21%，KOH用量0.1%~1%，反应温度25-60℃，而用NaOH 作催化剂通常要在60℃下反应才能得到相应的反应速率。
酶法生产生物柴油的优化研究第一章：引言生物柴油是一种可再生的、环保的燃料，与传统的石油燃料相比，其排放的二氧化碳减少了80%。
酶法生产生物柴油是一种新兴的技术路线，它使用酶作为催化剂，将油脂转化为生物柴油。
这种方法具有高效、低成本、换向性好、不含有毒的催化剂等优点。
然而，生物柴油的制造仍面临着一些技术难题，如选择适宜的酶催化剂、优化反应条件、提高生产效率等。
因此，优化酶法生产生物柴油技术显得尤为重要。
第二章：酶法生产生物柴油的基本原理和产物特性酶法生产生物柴油的基本原理是利用酶催化作用将油脂分解为脂肪酸和甘油，再通过酯化和转酯化反应得到生物柴油。
生物柴油与传统的石油燃料相比，具有以下几个特性：一是环保性好，其污染物排放量少，不会产生二氧化碳等温室气体。
二是可再生性强，使用生物柴油可以减少对石油资源的依赖性。
三是经济性好，生物柴油产业链可使许多非农地区农民转向产业化经营，同时降低生产成本。
第三章：酶催化剂的选择酶催化剂是酶法生产生物柴油的关键，其影响反应的转化率和选择率。
脂肪酶是目前使用较多的酶催化剂之一，其能够催化脂肪酸与醇之间的酯交换反应，将油脂转化为生物柴油。
但是，脂肪酶催化剂存在居中处理难、催化不稳定等缺点。
近年来，蛋白酶、水解酶、细胞壁水解酶等新型酶催化剂被人们研究和应用，其中水解酶得到了广泛应用。
酶催化剂的选择应根据所要处理原料的性质、反应条件、环保性及应用成本等多种因素加以考虑。
第四章：反应条件的优化反应条件是酶催化剂催化反应的重要参数，包括温度、pH、酶量、反应时间等。
对于每种酶催化剂而言，其反应条件不同。
温度和pH是影响酶活性和酶稳定性的主要因素。
通常，酶催化反应最适宜的温度和pH范围应在酶催化剂说明书中注明。
酶量和反应时间直接影响反应的速率和产物的转化率。
实验表明，在酶量饱和的情况下，增加反应时间可以增加酯化率，但减少醇的浓度会影响酯化率。
第五章：生产效率的提高为了提高生产效率，酶法生产生物柴油需要采用一系列手段。
脂肪酶催化菜籽油制备生物柴油工艺优化随着环保意识的日益提高和能源危机的严重化，生物柴油作为一种绿色能源备受关注。
菜籽油在生物柴油生产中具有广泛的应用，但其高质量生产的成本较高、效率较低，同时菜籽油中的游离脂肪酸含量较高，容易引起催化剂的失效等问题，因此需要对脂肪酶催化菜籽油制备生物柴油工艺进行优化。
优化催化剂的选择是脂肪酶催化菜籽油制备生物柴油的重要环节之一。
一般来讲，脂肪酶可以分为水溶性脂肪酶和有机溶剂脂肪酶两种类型。
其中有机溶剂脂肪酶多用于聚合物的合成，而水溶性脂肪酶则适用于催化生物柴油的合成。
在实验条件下，通过对比研究，发现水溶性脂肪酶能够有效提高菜籽油转化率、降低游离脂肪酸含量，并且具有较好的重复性和催化效率，因此应作为优化催化剂的首选。
优化反应条件是脂肪酶催化菜籽油制备生物柴油的另一个重要环节。
反应时间、催化剂用量、反应温度等反应条件都对催化菜籽油制备生物柴油的转化率、选择性和纯度等有着重要的影响。
一般来说，随着反应时间的延长，菜籽油的转化率会逐渐提高；但是时间过长会导致生物柴油中的杂质增多，降低其质量。
此外，催化剂用量也是影响反应结果的关键因素。
催化剂用量过多会导致催化剂失活并降低产品收率，而用量过少则会影响反应速率，从而影响产品质量。
在反应温度方面，菜籽油和催化剂的亲热性随着温度升高而增大，使得反应速率加快，但是过高的温度也会导致产品收率下降和产物生长情况不良。
因此，通过对这些关键参数的优化，可以得到高效率、高收率、高选择性、高纯度的生物柴油。
此外，还可以通过优化菜籽油的预处理方法，进一步提高生物柴油的产率和质量。
一些研究表明，在酸碱催化剂引发的预处理中，碱处理可以有效降低菜籽油中游离脂肪酸的含量，有利于提高生物柴油的转化率和产量；酸处理则有助于降低游离脂肪酸的含量，并能够降低催化剂的失效。
此外，还可以采用微波辅助提取、超声波处理等方法对菜籽油进行预处理，在提高生物柴油产率的同时，降低能耗，提高生产效率。
非水介质中脂肪酶催化转酯化生产生物柴油技术研究进展生物柴油,又称脂肪酸甲酯(FAM E),属于可再生能源的一种。
是由甲醇或乙醇等醇类物质与大豆油、蓖麻油、棕榈油、蔗渣等天然植物油或动物脂肪等油脂类物质中主要成分甘油三酯发生酯交换反应,利用甲氧基取代长链脂肪酸上的甘油基,将甘油基断裂为三个长链脂肪酸甲酯。
目前生物柴油的生产较广泛使用的方法是以碱作为催化剂的化学转酯法。
虽然利用碱作为催化剂的化学转酯化反应可以在短时间内使甘油三酯转化为相应的脂肪酸甲酯并且有较高的转化率,但化学法合成生物柴油有以下缺点:工艺复杂、醇必须过量,后续工艺必须有相应的醇回收装置,能耗高;游离脂肪酸和水分阻止反应的进行;酯化产物甘油难于回收;酸或碱催化剂要从产物中分离;生成过程有废碱液排放[1]。
为解决上述问题,人们开始研究用生物酶法合成生物柴油,即用动植物油脂和低碳醇通过脂肪酶进行转酯化反应,制备相应的脂肪酸甲酯及乙酯[2]。
脂肪酶(lipase,EC3.1.1.3,甘油酯水解酶),能够分解生物产生的各种天然的油和脂肪,它们是一类特殊的酯键水解酶,主要水解由甘油和12个碳原子以上的不溶性长链脂肪酸形成的甘油三酯,发生水解的部位是油脂的酯键[3]。
研究发现,胞内和胞外脂肪酶都能在有水或无水体系中有效催化甘油三酯转酯反应。
酶法催化转酯反应可以克服上述弊端,特别是副产物甘油无需复杂过程即可回收。
在脂肪酶催化作用下,三甘油酯与甲醇的转酯反应动力学表现为连续反应机理[4],即三甘油酯和部分甘油酯在酶作用下首先水解,分别生成部分甘油酯和游离脂肪酸,游离脂肪酸和甲醇反应生成甲酯,这与碱催化不同。
在酶催化反应过程中,植物油中含有的游离脂肪酸可全部转化成甲酯。
酶法合成生物柴油具有条件温和、醇用量小、无污染排放等优点。
但目前酶法合成生物柴油主要有以下问题:对甲醇及乙醇的转化率低,一般仅为40%～60%,这是由于目前脂肪酶对长链脂肪醇的酯化或转酯化有效,而对短链脂肪醇如甲醇或乙醇等转化效率低,而且由于短链醇对酶的毒性直接导致了酶的使用寿命短,不能在大工业生产中反复使用。
Vol. 34,No. 9Sep. 20192019年9月 第34卷第9期中国粮油学报Journal of the Chinese Cereals and Oils Association 响应面法的脂肪酶富集金枪鱼油中 二十二碳六烯酸甘油酯工艺优化的研究陈 莹"Cheong Ling - Zhi 1 赵家和" 丛艳霞2李晔I 芦晨阳I 周 (宁波大学食品与药学学院'，宁波 陈洁妙I 乙丛敏I君I 苏秀榕I315800)(中国农业科学院油料作物研究所S 武汉430062)摘要以金枪鱼副产物为原料提取精炼鱼油，研究了皱褶假丝酵母脂肪酶(Ca 加ida Rugosa)富集金枪 鱼油二十二碳六烯酸(Docosahexaenoic Acid, DHA)甘油酯的工艺条件。
在单因素实验的基础上选取水油质量比、脂肪酶添加量、反应温度和时间4个因素为自变量，以甘油酯中DHA 、3 -3含量和甘油酯得率为响应值，采用中心组合(box - behnken )进行响应面实验设计和分析。
结果表明，最佳条件为水油比1 ： 1. 7,脂肪酶添加量1%，反应温度50 °C ，反应时间3 h 0在此条件下，甘油酯中DHA 质量分数为35.55% ,3-3质量分数 为42.25% ,甘油酯得率为73.85%。
本课题成功建立了甘油酯中DHA 、3-3含量(R 2 =0.883 2)和甘油酯 得率(F =0.942 5)的拟合模型。
卡方检验分析表明这两种模型的预测值和实测值无显著性差异(P >0.05)o关键词金枪鱼油皱褶假丝酵母脂肪酶水解二十二碳六烯酸甘油酯中图分类号:TS224.6 文献标识码：A 文章编号：1003 -0174(2019)09 -0072 -08网络首发时间：2019 -09 -09 17：10：38网络首发地址:http ：//kns. cnki. net/kcms/detail/11.2864. ts. 20190906. 1550. 040. html金枪鱼主要以生鱼片、寿司、罐装食品等方式被 消费，未被利用的副产物高达35% -40%,金枪鱼油 则是其中主要的副产物之一，如何对其进行有效的综合利用是当前亟待解决的重要问题之一"7。
生物酶法制备生物柴油技术的研究现状生物柴油，是指利用油脂类、植物油等生物资源进行提炼而得到的一种绿色环保型燃料，具有卓越的环保优势，成为现代化石燃料的重要替代品。
相比传统柴油，生物柴油具有较高的氧化稳定性，能够较好地保护发动机，同时在碳排放和颗粒物排放等环保方面也具有显著优势。
目前，生物柴油技术正逐渐发展成为绿色低碳能源领域的热点之一。
生物酶法制备生物柴油，是指利用生物酶（即酶类催化剂）帮助烃类油脂在温和条件下发生脱水酯化反应，从而得到生物柴油的一种工艺。
生物酶催化制备生物柴油相对于传统钠催化技术具有制备条件温和、制备工艺简单、反应速度快、催化剂易于回收等优势，因此被视为未来生物柴油工业化生产的有前景的技术路线之一。
随着研究的不断深入，目前生物酶法制备生物柴油技术正朝着更加高效、绿色可持续的方向不断发展。
下面，我们就来分别探讨当前该领域的研究现状，以及生物酶法制备生物柴油技术所面临的挑战和前景。
一、生物酶法制备生物柴油技术研究现状1.研究框架在研究生物酶法制备生物柴油技术过程中，相关领域的专家学者采用了多种不同的研究框架，包括传统酶学研究、反应工程学研究、反应动力学研究等方面。
近年来，包括多酯化合物合成过程、催化酶种类以及反应底物配比等在内的多个研究热点已被逐渐认识和发掘。
2.生物酶种类目前已开展的生物酶催化反应类型研究涉及到了多种不同的催化酶种，包括酶esterase以及酯水解酶等。
其中，酶esterase类催化制备生物柴油是目前具有较为广泛应用的一类技术之一。
除此之外，利用了脂肪酸生物酶进行合成反应也具有广泛的应用前景。
3. 反应底物生物柴油的制备过程中需要选择合适的反应底物，例如酯化反应涉及到甲酸甲酯等多种底物，脂肪酸的合成反应涉及到脂肪酸、油酸苯甲酸酯、油酸甲酯等底物。
合适的反应底物和反应配比能够加速生物酶催化制备生物柴油的效率。
二、生物酶法制备生物柴油技术所面临的挑战1. 酶催化稳定性的需求在酶催化合成生物柴油的过程中，催化酶的稳定性极为重要。
响应面法优化生物柴油的氧化脱色工艺
龚旌
【期刊名称】《中国油脂》
【年(卷),期】2017(042)002
【摘要】脱色环节是生物柴油精炼的一个重要部分.以废动植物油制备的生物柴油为脱色对象,通过氧化脱色研究了脱色剂种类、脱色剂用量、脱色温度、脱色时间、搅拌速度对生物柴油脱色率的影响.以脱色率为考察指标,在单因素试验的基础上,采用中心组合试验设计及响应面法优化了生物柴油的脱色工艺.结果表明:过氧化苯甲酰的脱色效果最好,在脱色温度80.8℃、脱色时间45 min、过氧化苯甲酰用量为
生物柴油质量的32.1％、搅拌速度200 r/min条件下,生物柴油脱色率达到
45.31％.
【总页数】4页(P46-49)
【作者】龚旌
【作者单位】闽江学院化学与化工系,福州350108
【正文语种】中文
【中图分类】TQ645;TK63
【相关文献】
1.响应面法优化玉米须多糖氧化脱色工艺 [J], 宫春宇;余世锋;郑喜群
2.响应面法优化龙胆草多糖的脱色工艺 [J], 宫江宁;陈飞
3.响应面法优化青海胡麻籽油脱色工艺 [J], 韩玉泽;李柠;万松涛;王莹;王进英
4.响应面法优化山桐子油脱色工艺 [J], 宋明发;刘晓燕;章乾;白冉冉;梁芳芳;陈高飞;常云鹤;许粟;马立志
5.响应面法优化地参多糖脱色工艺及其抗氧化活性研究 [J], 杨申明;熊正军;王振吉;郭文华
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响应面分析法在废食用油制备生物柴油中的应用
黄国文;陈红梅;罗玲
【期刊名称】《重庆理工大学学报（自然科学版）》
【年(卷),期】2008(022)010
【摘要】以强碱为催化剂,通过废食用油与甲醇酯交换制备生物柴油.应用响应面分析法采用四因素三水平三中心点的中心组合设计实验,考察了醇油摩尔比、催化剂用量、反应温度、反应时间等主要影响因素,以及因素间的交互作用与生物柴油得率之间的影响关系,通过优化分析得到的最佳实验条件为:醇油比为7.17:1,催化剂用量为1.08%,反应温度为46℃,反应时间为66 min.在最佳条件下,生物柴油得率预测值为98.28%,与实际产率96.85%符合较好.最终得到反映各影响因素与生物柴油得率间关系的模型方程.
【总页数】4页(P56-59)
【作者】黄国文;陈红梅;罗玲
【作者单位】重庆工学院化学与生物工程学院,重庆,400050;重庆工学院化学与生物工程学院,重庆,400050;重庆工学院化学与生物工程学院,重庆,400050
【正文语种】中文
【中图分类】TQS17
【相关文献】
1.废食用油制备生物柴油研究进展 [J], 杨凯;刘军海
2.废食用油碱与酶催化法制备生物柴油 [J], 李泽群;沈英;郑钧仁;谢汉斌;陈志元
3.利用废食用油制备生物柴油的研究 [J], 杨荣华;何志勇;曹晓群
4.废食用油制备生物柴油 [J], 曹维良
5.废食用油制备生物柴油 [J], 曹维良
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响应面法优化连续超临界甲醇制备生物柴油的研究
王武聪;陈何;陈强;赵亚平
【期刊名称】《中国油脂》
【年(卷),期】2011(038)012
【摘要】以大豆油为原料,采用三因素三水平组合设计的响应面法优化了连续反应器中超临界条件下制备生物柴油的工艺条件.研究了反应温度、醇油摩尔比、反应时间以及它们的交互作用对生物柴油产率的影响,并得到了制备生物柴油的最佳反应条件,即反应温度为342℃,醇油摩尔比为15∶1,反应时间为45.4 min,最佳条件下生物柴油的产率高达98.74％.不同原料的反应结果进一步验证了所优化的工艺条件,表明该方法可广泛适用于不同原料.
【总页数】4页(P58-61)
【作者】王武聪;陈何;陈强;赵亚平
【作者单位】上海交通大学化学化工学院,上海200240;上海交通大学化学化工学院,上海200240;上海交通大学化学化工学院,上海200240;上海交通大学化学化工学院,上海200240
【正文语种】中文
【中图分类】TQ645;TK63
【相关文献】
1.超临界甲醇法连续制备生物柴油工艺研究 [J], 李琪;银建中
2.响应面法优化硫酸催化制备生物柴油的工艺研究 [J], 张慧;吴正国;卢泽湘;廖益
强;郑德勇
3.耦合闪蒸的连续超临界甲醇法制备生物柴油的工艺研究 [J], 陈文;王存文;应卫勇;王为国;吴元欣;张俊峰
4.响应面法优化超声波辅助猪油酯交换反应制备生物柴油的研究 [J], 李剑;蔡思怡;邹华生
5.响应面法优化吡咯烷酮离子液体[HNMP]CH3SO3催化菜籽油酯交换制备生物柴油的工艺研究 [J], 王昌梅; 韩本勇; 黄俊华; 曹开琼; 张无敌; 尹芳; 杨斌; 吴凯
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响应面法优化餐饮废油制备生物柴油的研究
王振斌;姜美花;王倩倩;赵帅
【期刊名称】《中国油脂》
【年(卷),期】2013(038)007
【摘要】以餐饮废油为原料,采用超声辅助碱催化法制备生物柴油,通过响应面试验探讨了温度、催化剂用量、醇油比对生物柴油转化率的影响,得到最佳制备工艺条件为:在超声功率50 W、频率28 Hz的条件下,温度62.47 ℃,催化剂用量0.98％,反应时间30 min,醇油比7∶1(质量比).在此条件下,生物柴油转化率为90.26％.【总页数】5页(P59-63)
【作者】王振斌;姜美花;王倩倩;赵帅
【作者单位】江苏大学食品与生物工程学院,江苏镇江212013;江苏大学食品与生物工程学院,江苏镇江212013;江苏大学食品与生物工程学院,江苏镇江212013;江苏大学食品与生物工程学院,江苏镇江212013
【正文语种】中文
【中图分类】TQ645;TK63
【相关文献】
1.餐饮废油酯交换法制备生物柴油的优化研究 [J], 冯维群;常兰;曾霞
2.碳基固体酸催化餐饮废油气相酯化制备生物柴油的研究 [J], 廖小华;苏有勇;李思梅;马汶绢;李珍
3.用餐饮废油制备生物柴油研究 [J], 冯桂荣;周杨蕾卉;吴科研;李雪峤;张彦红
4.酸催化餐饮废油一锅法制备生物柴油研究 [J], 郑梦祺;陈军;王鉴;李艳秋
5.响应面法优化脂肪酶催化废油脂合成生物柴油工艺的研究 [J], 高静;邓利;王芳;谭天伟
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响应面法优化脂肪酶非水相催化合成生物柴油
作者：郑毅王娅陈建平张艺
来源：《海峡科学》2010年第02期
[摘要]利用固定化脂肪酶非水相催化油酸与甲醇合成生物柴油。
在前期研究的基础上,采用响应面法优化影响催化体系的3个重要因素:酶添加量、有机溶剂量、底物摩尔比,获得最佳催化体系:在每g油酸加入0.568g的固定化脂肪酶及3.3mL的正己烷,油酸与甲醇摩尔比为
1∶1.2。
对响应面分析结果进行验证试验,结果表明转化率达到95.56%,与响应面预测值95.99%的吻合程度较高。
[关键词]脂肪酶响应面法生物柴油
﹡基金项目:福建省自然科学基金资助项目(2007J0217)。
﹡﹡通讯作者:郑毅,Email:eyizheng@
生物柴油是生物质能的一种形式,其主要成分是脂肪酸甲酯或脂肪酸乙酯。
它是通过生物油脂中脂肪酸与短链醇(甲醇或乙醇)在一定的条件下反应得到的脂肪酸酯类物质。
生物柴油作为生物燃料,是一种可再生能源,受到全球科学家的广泛关注。
目前,工业上生物柴油的生产方法主要是化学合成法。
由于该法以强酸或强碱为催化剂,反应过程产生大量的污染物,对环境的负面影响极大。
利用脂肪酶进行生物柴油的催化合成,能较理想地避免化学合成法中产生的一系列负面效应,真正意义上实现了无污染、可再生的目的,打造了名副其实的“生物柴油”这一环保定义[1,2]。
本研究利用固定化脂肪酶催化油酸与甲醇合成生物柴油(油酸甲酯),采用响应面法对工艺条件进行优化,旨在以最优的反应体系实现最大限度的提高转化效率,为脂肪酶催化合成生物柴油提供实验依据。
1材料与方法
1.1 材料
1.1.1 固定化脂肪酶:采用硅藻土吸附法制得。
1.1.2 化学试剂:橄榄油(CP,中国医药集团上海化学试剂公司),聚乙烯醇PVA(聚合度
1750±50),油酸(AR,汕头市西陇化工厂有限公司),甲醇(AR,天津市永大化学试剂开发中心),95%乙醇、正己烷均为AR。
1.1.3 主要仪器:恒温摇床(Beijing North TZ-Biotech Develop.Co.,SHK-99-Ⅱ)、电热恒温水浴锅(国华企业,THZ-82)、高速组织捣碎机(江苏省金坛市荣华仪器制造有限公司,JJ-2)。
1.2 方法
1.2.1固定化脂肪酶酶活的测定
固定化脂肪酶酶活测定采用橄榄油水解法[3]。
一个脂肪酶国际单位(IU)定义为:在
pH7.2,38℃的条件下,每1min催化水解橄榄油产生1μmol游离脂肪酸的酶量。
对于固定化酶粉以每g酶含有的脂肪酶国际单位数(U/g)表示[4]。
1.2.2 非水相脂肪酶催化合成油酸甲酯的反应体系
在100mL具塞三角瓶中加入一定量的油酸、甲醇及有机溶剂构成的非水相反应体系,加入一定量的固定化脂肪酶,混合均匀,将反应瓶放入恒温摇床中,在一定的温度条件下,以150r/min的速度旋转振荡,并间隔一定的时间加入一定量的3A分子筛以吸收反应过程中产生的水。
1.2.3 油酸甲酯转化率的测定[5]
在恒温摇床中反应一定时间后,取0.5mL样液,加入5mL、95%乙醇终止反应,以1%酚酞为指示剂,用标准氢氧化钠溶液滴定,并按下式计算油酸的转化率:
式中:a为油酸甲酯的转化率;V0为反应初始时样品耗碱体积(mL);V为反应一定时间后样品耗碱体积(mL)。
2结果与分析
2.1 试验设计与结果
通过单因素轮换筛选试验,初步确定影响脂肪酶催化合成生物柴油反应转化率的主要因素有:反应体系中酶添加量、有机溶剂量、底物摩尔比。
为了最快、最有效地找到它们的最佳组合,采用响应面法进行优化,实现催化反应的最高转化率。
通过分析,确定采用三因素三水平中心组合旋转设计,以每g油酸所加酶量(X1)、底物物质的量之比(油酸与甲醇的物质的量之比,X2)、正己烷用量(X3 )3个因素为研究对象,考察它们对反应过程中转化率的影响,并对各个因素条件进行了优化。
该设计共15个试验,对应的因素和水平见表1,实验设计及结果见表2。
结果表明:转化率实测值与拟合值之间的差异非常小,较为吻合,平均拟合误差只有0.23%,实际试验结果得出的转化率较为理想。
2.2 建立二次响应面回归模型
利用SAS统计软件的二次响应面回归(RSREG)进行数据分析,参数值见表3,得到拟合二次回归方程如下:
Y1=94.44+1.22×X1- 0.74×X2-0.95×X3-0.02×X1×X1+0.40×X1×X2+0.13×X1×X3- 1.13×X2×X2-0.30×X2×X3+0.16×X3×X3
拟合二次回归方程建立的模型可信度分析见表4。
结果表明:(1)二次响应面回归模型是极显著(决定系数R2=0.97),模型拟合程度较理想,说明这3个因素及其二次项能解释Y变化的97%。
(2)由表4可知,线性项P值为0.005、平方项P值为0.0187,说明因素线性及平方项变化对转化率影响较大,而交互项P值为0.2358,反映出因素之间交互不明显。
(3)总模型回归P值为0.0027,回归极显著,拟合不足P值为0.66,失拟程度极不显著,因此该模型的拟合程度较高,可用于该催化反应体系优化的理论推测。
2.3 回归方程岭脊分析寻找最佳组合
在获得响应面分析结果以后,为了求得催化反应体系最佳组合,对响应参数进行岭脊分析,得到最大酯化效率的最佳反应体系组合(如表5):X1=0.71 (每g油酸加入0.568g固体酶);X2=—0.06 (油醇摩尔比1∶1.2);X3=—0.70 (2g油酸加入3.3mL正己烷 ),预测值为95.99%,即酯化效率最高时的最佳反应体系组成:每g油酸加入0.568g的固定化脂肪酶及3.3mL的正己烷;油酸与甲醇物质的量之比为1∶1.2。
2.4 回归模型的验证
以岭脊分析得出的最佳反应体系组合进行催化反应试验。
分别以分析结果得出的最佳体系组合进行验证试验,预测值与实验结果如表6所示,通过定时测定(如图1)可知,最终转化率达到95.59%,试验值与预测值相差+0.417%,可见该分析方法可以较好地预测实际的转化率情况,说明利用响应面分析法进行实验优化是可行有效的。
3结论
3.1利用响应面法优化获得固定化脂肪酶非水相催化合成油酸甲酯的最佳体系为:在每g油酸加入0.568g的固定化脂肪酶及3.3mL的正己烷,油酸与甲醇摩尔比为1∶1.2。
3.1建立了二次响应面回归方程Y1=9
4.44+1.22×X1- 0.74×X2-0.95×X3-
0.02×X1×X1+0.40×X1×X2+0.13×X1×X3- 1.13×X2×X2-0.30×X2×X3+0.16×X3×X3,可以很好描述体系中酶添加量、有机溶剂量、底物摩尔比的三个因素对转化率的影响。
3.3对响应面分析结果进行验证试验,最终实验转化率达到95.56%,与响应面预测值95.99%的吻合程度较高,说明利用响应面分析法进行优化催化体系是成功的。
参考文献:
[1] 张呈平, 杨建明, 吕剑. 生物柴油的合成和使用进展[J]. 工业催化, 2005, 5 (13) : 9- 13.
[2] 黄小明, 谢文磊, 彭红. 生物柴油的现状和发展[J]. 精细石油化工, 2005, (1): 59- 61.
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[4] 陈建平. 碱性脂肪酶酶活测定的影响因素探讨[J]. 福建师范大学学报:自然科学版, 2001, 17(增刊):24-27.
[5] 邓利, 谭天伟, 王芳. 脂肪酶催化合成生物柴油的研究[J]. 生物工程学报, 2003, 19(1): 97-101.。
