固定化脂肪酶催化酯交换制备生物柴油的研究进展

固定化脂肪酶的研究进展固定化酶是一种将酶固定在一定载体上的技术，它可以有效地提高酶的稳定性、重复利用性和操作性，从而广泛应用于食品、制药、生物工程等领域。

其中，固定化脂肪酶是一种重要的酶制剂，具有广泛的应用前景。

本文将对固定化脂肪酶的研究进展进行介绍。

固定化脂肪酶最早应用于生产特定脂肪酸酯的催化反应。

通过将脂肪酶固定在载体上，可以有效地提高其催化活性和稳定性，从而使脂肪酶在催化作用中具有更长的寿命。

同时，固定化脂肪酶还可以简化生产过程，提高产品质量。

在固定化脂肪酶的载体选择上，常用的载体包括无机载体和有机载体。

无机载体主要包括多孔陶瓷、多孔玻璃、硅胶等，这些载体具有较大的比表面积和孔隙结构，可以提供较好的活性位点和固定脂肪酶的空间结构。

有机载体主要包括聚合物材料和纤维材料，通过调整聚合物的化学结构和纤维材料的纤维结构，可以实现对脂肪酶的有效固定，提高其催化活性和稳定性。

固定化脂肪酶的制备方法主要包括物理吸附、化学交联和共价连接。

物理吸附是将脂肪酶与载体之间的非共价相互作用力用于固定酶，例如静电引力、范德华力等。

化学交联是在载体上引入交联剂，使酶与载体之间形成共价键，从而实现酶的固定。

共价连接是通过化学反应在载体上引入活性基团，然后将酶与载体上的活性基团通过共价键连接。

固定化脂肪酶的应用主要包括生产特定脂肪酸酯、脂肪酸的转化、生物柴油的合成等。

在生产特定脂肪酸酯方面，固定化脂肪酶可以通过酯交换反应和酶解反应实现。

通过固定化脂肪酶催化，可以有效地控制反应条件，提高反应速率和产物选择性。

在脂肪酸转化方面，固定化脂肪酶可以催化饱和脂肪酸的脱饱和反应和反硝化反应，从而实现对脂肪酸的功能性改造。

在生物柴油的合成方面，固定化脂肪酶可以有效地催化酯交换反应和脂肪酸甲酯化反应，从而提高生物柴油的产率和质量。

除了以上应用外，固定化脂肪酶还可以应用于废水处理、食品加工、药物合成等领域。

通过固定化脂肪酶催化，可以实现废水中脂肪酸的降解，减轻环境污染。

收稿日期:2005-03-28基金项目:广东省科技攻关重点引导项目(2004B33401007)作者简介:汪 勇(1977-),讲师/硕士;主要从事油脂产品综合利用方面的研究与教学工作。

文章编号:1003-7969(2006)01-0065-04 中图分类号:TQ645 文献标识码:A酶法催化合成生物柴油的研究进展汪 勇1,欧仕益1,温 勇2,刘鹏展1,薛 枫1(1.暨南大学食品科学与工程系,510632广州市黄埔大道西601号;2.华南环境科学研究所,510655广州市员村西街七号大院)摘要:生物柴油是一种可再生、可生物降解、无毒的清洁能源,可以部分替代石油柴油。

酶法合成生物柴油和传统碱法、酸法催化相比,具有反应条件温和、不产生废水、反应产物容易分离等优点。

对脂肪酶的种类、特性和酶法催化酯交换合成生物柴油的主要工艺进行了介绍,同时展望了酶法催化合成生物柴油的前景。

关键词:生物柴油;酶催化;脂肪酶;酯交换生物柴油就是长碳链脂肪酸单酰酯类物质,主要是甲醇或者乙醇等短碳链醇和脂肪酸或者甘油三酯经过酯化或者酯交换来生产,商品化的生物柴油最主要的成分是脂肪酸甲酯。

生物柴油和石油柴油相比,具有可再生、易生物降解、无毒、不污染环境等特点。

它可以作为一个重要的新能源取代或者部分替代石油柴油[1]。

工业化生产生物柴油的方法一般是化学催化法。

主要用碱或者酸催化甲醇和甘油三酯酯交换生产脂肪酸甲酯。

碱催化法由于转化率高,反应速度快等特点,在工业上已经成功应用。

但是碱催化法对甘油三酯原料的品质要求较高,如果甘油三酯中存在一定量的游离脂肪酸和水就会影响反应的速度和转化率,同时增加产物分离的难度。

酸催化可以用来催化成本低廉的但酸值很高的餐饮废油脂转化成脂肪酸甲酯,但是反应速度相对较慢,设备要求较高。

化学催化法存在耗能高、甘油回收困难以及产生较多废水等问题[2,3]。

酶法催化合成生物柴油,对原料品质没有特别要求。

酶法不仅可以催化精炼的动植物油,同时也可以催化酸值较高且有一定水分含量的餐饮废油转化成生物柴油。

脂肪酶的固定化及其在生物柴油制备中的应
用
脂肪酶是一种催化酶，能够加速脂肪酯的水解反应，将脂肪酯分解为甘油和脂肪酸。

在生物柴油制备过程中，脂肪酶的固定化技术被广泛应用，以提高酶的稳定性和循环利用率，降低生产成本，增加产量。

本文将重点介绍脂肪酶的固定化方法及其在生物柴油制备中的应用。

脂肪酶的固定化是将酶固定在载体上，使其与底物接触，以提高酶的稳定性和循环利用率。

固定化方法包括物理吸附、共价键结合、包埋法、交联法等。

物理吸附是将酶吸附在载体表面，共价键结合是将酶与载体通过共价键结合，包埋法是将酶包埋在载体内部，交联法是通过交联剂将酶和载体交联在一起。

这些方法都可以有效固定脂肪酶，提高其稳定性和活性。

在生物柴油制备中，固定化的脂肪酶被广泛应用。

固定化的脂肪酶能够在较宽的温度和pH范围内保持较高的催化活性，增加酶的循环利用率。

此外，固定化的脂肪酶还能够在水相和有机相中均能有效催化酯化反应，提高生物柴油的产率和纯度。

固定化的脂肪酶还可以通过反复使用，降低生产成本，提高生产效率。

在实际生产中，固定化的脂肪酶还可以通过固定化载体的选择和酶的固定化条件的优化，进一步提高酶的固定化效率和生物柴油的产率。

目前，固定化的脂肪酶已经在生物柴油生产工艺中得到了广泛应用，为生物柴油的生产提供了一种高效、环保的生产技术。

综上所述，脂肪酶的固定化技术在生物柴油制备中具有重要的应用价值。

固定化的脂肪酶能够提高酶的稳定性和活性，降低生产成本，增加产量，为生物柴油的生产提供了一种高效、环保的生产技术。

随着固定化技术的不断发展和完善，固定化的脂肪酶在生物柴油制备中的应用前景将更加广阔。

摘要非水相中的酶促酯交换反应广泛应用于油脂的改性。

该反应通过酯交换替换甘三酯中的酰基基团来改善油脂性质。

生物柴油作为一般石化燃料的良好替代品，其发展前景被世界发达国家普遍看好。

本论文从降低生产成本和提高生物柴油品质的角度出发，采用无溶剂系统作为反应体系，利用脂肪酶催化菜籽油与甲醇进行酯交换反应制取生物柴油，简单探讨了生物柴油中甘油含量的测定方法和脂肪酶促酯交换制取生物柴油的反应条件。

采用萃取的方法从生物柴油中提取甘油，用高碘酸钠氧化法对甘油含量进行测定，证明了该方法对甘油含量测定的准确性。

进而又尝试了采用分批加入甲醇的方法来制取生物柴油，发现此法比一次性加入全部甲醇有更高的反应转化率，但是在反应历程的实验中，分批加入甲醇的方法还有待完善。

关键词：无溶剂系统；菜籽油；脂肪酶；酯交换反应；生物柴油ABSTRACTEnzymatic interesterification in non-aqueous phase has been widely used for improving the quality of oil and fats. This reaction provides a useful alternative for replacing the acyl group of glycerides to modify oil and fats. Biodiesel is a good substitute for Petrochemical fuel, and developed country realize that it has good Development foreground. To reduce the product cost and improve the quality of Biodiesel, lipase-catalyzed interesterification of Vegetable oil with Methyl alcohol for Biodiesel production in a solvent free system was explored in this dissertation. The analytical method of Glycerin in Biodiesel and the optimization of reaction conditions were investigated systematically.Glycerin could be extracted from Biodiesel by extraction. And it could be analysised by Sodium Periodata oxidimetry. The accuracy of it has been proved. Trying to join Methyl alcohol by several times in Biodiesel production, we found it was more effective than joining Methyl alcohol by one time. But it need to be improved in the experiment of reaction process.Keywords: Solvent free system; Vegetable oil; Lipase; Interesterification; Biodiesel目录摘要 (Ⅰ)ABSTRACT (Ⅱ)第一章绪论 (1)1.1 生物柴油研究进展 (1)1.1.1 生物柴油的化学组成及物理特性 (1)1.1.2 生物柴油生产研究状况 (1)1.1.3 生物柴油的制备方法 (2)1.1.4 生物柴油生产原料 (4)1.2 生物催化与有机合成 (4)1.3 非水相酶学 (5)1.3.1 非水相酶学的兴起 (5)1.3.2 非水相酶催化的优点 (5)1.3.3 无溶剂系统 (6)1.4 脂肪酶的研究与应用 (6)1.4.1 脂肪酶的研究概况 (6)1.4.2 脂肪酶的催化机制 (7)1.4.3 脂肪酶的底物特异性 (7)1.4.4 脂肪酶在油脂工业中的应用 (8)1.5 菜籽油的研究与应用 (9)1.5.1 菜籽油的性质及组成 (9)1.5.2 菜籽油的工业用途 (9)1.5.3 菜籽油甲酯化 (10)1.6 脂肪酶促酯交换反应 (10)1.6.1 脂肪酶促酯交换反应的催化机制 (10)1.6.2 菜籽油酶促酯交换生产生物柴油 (11)1.6.3 反应体系含水量的影响 (11)第二章材料与方法 (13)2.1 实验材料 (13)2.1.1 脂肪酶 (13)2.1.2 主要试剂及原料 (13)2.2 仪器设备 (13)2.3 实验方法 (14)2.3.1 试剂的配制 (14)2.3.2 酸度计的校准 (14)2.3.3 游离甘油含量测定 (15)2.3.4 总甘油含量测定 (15)第三章甘油含量标准曲线的绘制 (17)3.1 水中游离甘油测定方法研究 (17)3.2 菜籽油中游离甘油含量标准曲线的绘制 (18)小结 (19)第四章脂肪酶酯交换制取生物柴油的研究 (20)4.1 菜籽油中总甘油含量测定 (20)4.2 甲醇的添加对酯交换反应的影响 (21)4.3 生物柴油反应历程实验 (21)小结 (23)结论与展望 (24)参考文献 (25)致谢 (30)第一章绪论1.1 生物柴油研究进展1.1.1 生物柴油的化学组成及物理特性柴油分子是由15个左右的碳链组成的,研究发现植物油分子则一般由14～18个碳链组成,与柴油分子中碳数相近。

脂肪酶生产生物柴油研究进展【摘要】生物酶催化酯交换反应由于其较高的转化率以及为了回收副产物和纯化生物柴油所需采用的下游处理工艺相对简单，受到了较大程度的关注。

酯交换反应的生物催化使用商品纯化酶占据了成本的主要部分。

然而，具有更好成本-收益比的基于胞外酶和胞内酶固定化的技术促进了催化剂的重复使用性。

其他影响因素，包括醇和甘油的存在以及水的活度都能对脂肪酶的活性以及反应过程中的稳定性产生深远的影响。

【关键词】生物柴油；脂肪酶；酯交换反应；影响因素0.引言当前世界的能源消耗主要是来自地壳中的化石燃料，包括气态和液态的碳氢化合物（天然气和石油）以及固态燃料（煤），并且在可以预见的未来将维持这样的情况。

然而，能源安全和环境问题已经强烈要求全球范围发展可持续、可替代的运输燃料。

作为一种可生物降解的无毒燃料，生物柴油可以替代化石燃料，已经吸引了广泛的关注。

1.生物柴油的原料当前世界上生物柴油的生产大部分来源于可食用植物油，导致了与食物生产的冲突。

缺乏足够的油料也限制了生物柴油产业化的扩大。

因此，诸如麻疯树油，餐饮废油以及微藻油灯不可食用油表现为下一代生物柴油的可持续、可替代原料。

2.酯交换反应植物油主要由甘油三酸酯组成，还包括游离脂肪酸、磷脂、固醇、水和其他杂质。

酯交换反应是从甘油三酸酯生产生物柴油的第一步反应。

酯交换反应属于醇解反应的一种，是酯中的醇被另一种醇取代的过程，类似于水解，不同的是用醇替代了水。

虽然化学催化酯交换反应可以在短时间内得到可接受的转化率，这种反应还是有一些弊端的，比如说能耗高、甘油的回收有难度、酸催化剂或碱催化剂必须从产品中分离，废水需要处理并且游离脂肪酸和水对反应有干扰。

因此，使用脂肪酶作为生物催化剂的酶法甲醇分解反应已经成为更具有吸引力的生物柴油生产方法，因为这种方法可以克服以上这些缺陷。

3.脂肪酶作催化剂脂肪酶（甘油三酸酯水解酶，ec3.1.1.3）是一种普遍分散在高级动植物体内的酶，对脂类的生物转化起着很关键的作用。

脂肪酶催化合成生物柴油的瓶颈问题及其对策研究进展
生物柴油是一种由生物质或油脂转化制备的可再生能源，因为其具有低环境影响、可持续、安全性高等特点，受到了广泛关注。

而脂肪酶催化合成是生物柴油制备过程中的关键步骤之一，但其存在一些瓶颈问题，阻碍了生物柴油的大规模生产。

目前，脂肪酶催化合成生物柴油的瓶颈问题主要有以下几个方面：
1.催化效率低：脂肪酶在催化转化过程中易受到温度、pH值、离子强度、酶浓度等多种因素的影响，导致酶的催化效率受到限制。

2.废催化剂处理：由于催化剂需要用于多次催化反应，因此过
多的催化剂积累会影响生物柴油的纯度和成本，并带来环境污染问题。

3.底物多样性：生物柴油的原料可以是多种油脂，但不同种类
的油脂在脂肪酶催化反应中的反应性有所差异，影响了生物柴油的质量。

针对以上瓶颈问题，科学家们提出了一些对策：
1.催化剂改良技术：采用改性、复合、固定化等技术对催化剂
进行改良，提高其催化效率和稳定性，例如采用金属氧化物、离子液体、聚合物材料等进行催化剂的改良。

2.催化剂回收利用技术：通过反应后的催化剂的回收和再利用，降低成本，减少污染，增加生产效率。

例如采用超滤、透析、聚集、膜分离等技术进行催化剂回收。

3.优化反应条件：通过优化反应条件，如调节 pH 值、温度、
反应物配比等，使反应条件更加适合酶的催化反应，提高反应效率和选择性。

综上所述，尽管脂肪酶催化合成生物柴油面临一些瓶颈问题，但科学家们通过改良催化剂、回收利用催化剂和优化反应条件等方式，取得了一定的进展。

随着科技的不断发展，相信这些困难将得到进一步的克服，使生物柴油的生产更加可持续、环境友好。

生物柴油催化剂的研究进展生物柴油催化剂的研究进展来源: 生物技术世界随着经济的快速发展，全球的能源需求量日益增加；而全球范围的石化能源储量正逐渐减少，并且使用石化能源所引起的环境污染更是人类面临的大问题。

因此开发绿色可再生、环保的替代性燃料已成为本世纪人类最重要的研究课题之一。

在这种形势下，生物柴油作为可替代石化柴油的清洁液体生物燃料，具有巨大的潜力和广阔的市场前景。

目前工业上生产生物柴油采用的是酯基转移作用或酯交换反应，即用动物油脂或植物油脂与甲醇或乙醇等低碳醇在酸性或碱性催化剂和高温条件下进行酯交换反应，生成相应的脂肪酸甲酯或脂肪酸乙酯，即得生物柴油（反应原理见图1）。

酯交换反应催化剂包括碱性催化剂、酸性催化剂、生物酶催化剂等。

下面介绍在酯交换反应中催化剂的研究情况。

酸性催化剂酸性催化剂包括易溶于醇的催化剂（如硫酸、磺酸等）和各种固体酸催化剂。

在工业中，最常用的酸性催化剂是浓硫酸和磺酸或两者的混合物。

强酸型阳离子交换树脂和磷酸盐是两类典型的酯交换固体酸催化剂，但都需要在较高的温度和较长的时间下反应，且转化率比较低，催化剂的使用寿命短，因此限制了工业应用。

由于酸催化工艺的反应速率较低，在国内外的生物柴油生成装置中，很少采用酸催化的酯交换工艺。

目前，工业中主要是利用酸性催化剂对酸值较高的油脂进行预酯化，然后利用碱性催化剂催化酯交换反应。

碱性催化剂碱性催化剂是酯交换法生产生物柴油中使用最广泛的催化剂，主要有两类：易溶于甲醇的KOH、NaOH、NaOCH3等催化液相反应的无机碱催化剂，以及强碱性阴离子交换树脂、阴离子型层柱材料、分子筛、碱（土）金属氧化物、碳酸盐等催化多相反应的固体碱催化剂。

1、无机碱催化剂传统的酯交换反应常采用液相催化剂，如甲醇钠、氢氧化钠、氢氧化钾的油溶液等，用量约为1% （油重）左右，反应温度一般是甲醇的沸点，反应速度快，转化率高；但同时也存在着明显的缺点，如反应完成后产品中和洗涤产生大量的工业废水，造成环境污染，这也正是急需改进的一个方面。