一種微藻直接離子液體脂肪酶法制備生物柴油的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
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[0001]本發(fā)明涉及生物化工領(lǐng)域，具體涉及一種微藻直接離子液體脂肪酶法制備生物柴油的方法。
【背景技術(shù)】
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[0002]隨著石油資源的日益緊缺和化石能源燃燒造成的生態(tài)環(huán)境日益惡化，生物柴油作為一種環(huán)境友好型的可再生能源而得到廣泛關(guān)注。
[0003]目前，歐盟、美國、日本等國主要以菜籽油、大豆油為原料制備生物柴油。由于我國人口多，耕地相對(duì)稀缺，如果我國也以大豆油為主要原料來生產(chǎn)生物柴油，將會(huì)導(dǎo)致生物柴油“與人爭(zhēng)糧”和“與糧爭(zhēng)地”的現(xiàn)象。因此，積極尋找新的生物質(zhì)原料，以緩解目前的糧食和能源危機(jī)已成為世界各國高度關(guān)注的問題。在眾多的可提取生物柴油的原料中，微藻脫穎而出。與陸生油料作物相比，微藻具有生長速度快、環(huán)境適應(yīng)能力，強(qiáng)光合效率高、油脂含量高，不與糧食作物競(jìng)爭(zhēng)土地等特點(diǎn)。同時(shí)，微藻還能用于污水處理以及碳捕獲，因此以藻類生物燃料生產(chǎn)生物柴油，更利于保護(hù)環(huán)境和公共健康，更有長遠(yuǎn)的發(fā)展前景。
[0004]以微藻為原料制備生物柴油，已取得了一定進(jìn)展。分析傳統(tǒng)工藝可以發(fā)現(xiàn)，生物柴油的制備主要分離兩個(gè)步驟(油脂獲取部分和酯交換反應(yīng)部分):首先通過萃取或者壓榨的手段提取微藻油脂，然后將分離提取到的微藻油脂再和一些低碳醇(甲醇或乙醇)在催化劑作用下進(jìn)行酯化或轉(zhuǎn)酯反應(yīng)，生成相應(yīng)的脂肪酸甲酯或乙酯。
[0005]但傳統(tǒng)工藝?yán)梦⒃逯苽渖锊裼鸵泊嬖谪酱鉀Q的問題:
[0006]首先，微藻油脂提取目前主要采用“溶劑萃取”和“機(jī)械壓榨”的方法。由于大部分含油微藻細(xì)胞壁較厚，常規(guī)有機(jī)溶劑萃取時(shí)，細(xì)胞內(nèi)的油脂難以滲出細(xì)胞壁，溶劑萃取油脂耗時(shí)長，而且需要耗用大量有機(jī)萃取劑，加大了分離的難度，且萃取效率低；另外用有機(jī)溶劑萃取后的微藻，需蒸餾出有機(jī)溶劑才能得到油脂?！皺C(jī)械壓榨”同樣存在提取率偏低，能耗高的問題。
[0007]其次，傳統(tǒng)工藝采用化學(xué)法制備生物柴油存在著醇消耗量大，產(chǎn)物難回收，環(huán)境污染大等缺點(diǎn)。利用脂肪酶的酶法制備生物柴油具有反應(yīng)條件溫和，特異性強(qiáng)，產(chǎn)品易分離、對(duì)環(huán)境無污染等優(yōu)勢(shì)，但利用生物酶法制備生物柴油的生產(chǎn)工藝中，往往要在有機(jī)溶劑反應(yīng)介質(zhì)中進(jìn)行，強(qiáng)極性的有機(jī)溶劑會(huì)奪取酶表面微環(huán)境中的必需水，嚴(yán)重影響酶反應(yīng)活性，降低酶的使用壽命。
[0008]針對(duì)上述待解決的技術(shù)問題，如若能將油脂萃取與酯交換反應(yīng)兩部分耦合成一個(gè)單元，并找到能夠有效提高微藻油脂提取率和轉(zhuǎn)化效率的新型生物酶催化反應(yīng)體系，提高酯化合成量，對(duì)微藻生物柴油工業(yè)化制備，具有一定意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

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[0009]本發(fā)明的目的是提供一種微藻直接離子液體脂肪酶法制備生物柴油的方法。
[0010]本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)的:
[0011]一種微藻直接離子液體脂肪酶法制備生物柴油的方法，該方法包括以下步驟:
[0012]a、將干燥的微藻除雜、粉碎、研磨后過200?300目篩，取篩下物，加入離子液體，混勻，然后依次加入甲醇、脂肪酶催化劑，在恒溫水浴搖床上進(jìn)行油脂提取及酯化反應(yīng)；所述離子液體選自雙氰胺類離子液體[BMIm] [dca]、[MOMMIm] [dca]、[MOEMIm] [dca]、[EOEMIm] [dca]、[BMIm] [dca]中的任一種；所述的脂肪酶選自固定化南極假絲酵母脂肪酶(Novozym435);所述微藻篩下物與離子液體的質(zhì)量比為1:10?1:50 ;所述醇與微藻中油脂的摩爾比為6:1?12:1 ;所述脂肪酶與微藻油脂質(zhì)量比為1: 10?2.5:10;
[0013]b、反應(yīng)完全后的物料，冷卻至室溫，經(jīng)過濾去除微藻殘?jiān)?，濾液靜止分層；上層溶液進(jìn)行減壓蒸餾得粗生物柴油。
[0014]步驟a中優(yōu)選的反應(yīng)條件為:所述恒溫水浴搖床的旋轉(zhuǎn)速度為160-180r/min，溫度為60?65°C，反應(yīng)的時(shí)間為12-48小時(shí)。
[0015]恒溫水浴搖床的旋轉(zhuǎn)速度不能過大，防止把固定化的脂肪給打碎了，不利于脂肪酶的回收。
[0016]所述的微藻選自小球藻或柵藻。
[0017]步驟b中所述微藻殘?jiān)?jīng)水洗、過濾、干燥回收脂肪酶催化劑后，用于下次循環(huán)使用。
[0018]步驟b中所述下層溶液經(jīng)蒸餾除去甲醇和甘油回收離子液體，所述離子液體可循環(huán)使用。
[0019]本發(fā)明的有益效果如下:
[0020]1、本專利申請(qǐng)最大的特點(diǎn)是整個(gè)反應(yīng)是“一步完成”，也就是說，本申請(qǐng)直接以微藻粉為原料，制備生物柴油，微藻油脂的提取和微藻油脂轉(zhuǎn)化是同時(shí)進(jìn)行的，不需要先提取微藻油脂，然后再將微藻油脂轉(zhuǎn)化為生物柴油，本方法將微藻油脂的提取與微藻油脂的酯化或轉(zhuǎn)酯化工藝合二為一，避免了微藻油脂的提取精煉，工藝步驟大大簡化。
[0021]2.本專利申請(qǐng)的離子液體是集清潔性與安全性于一體的油脂提取溶劑和脂肪酶催化劑保護(hù)劑，以本發(fā)明的離子液體代替?zhèn)鹘y(tǒng)的有機(jī)溶劑作為反應(yīng)體系，利用離子液體對(duì)微藻細(xì)胞壁具有很好的溶解性能，提高了油脂的釋放，同時(shí)避免了傳統(tǒng)方法中有機(jī)溶劑對(duì)脂肪酶催化劑的毒害作用，提高了脂肪酶的熱穩(wěn)定性及其對(duì)底物的立體選擇性、延長了脂肪酶催化劑的重復(fù)使用性。
[0022]總之，本申請(qǐng)采用的離子液體既作為微藻油脂的提取溶劑又作為微藻油脂轉(zhuǎn)酯化或酯化反應(yīng)體系的反應(yīng)介質(zhì)，有利于同時(shí)實(shí)現(xiàn)微藻油脂的提取與微藻油脂的酯化或轉(zhuǎn)酯化工藝制備生物柴油。本方法將油脂的提取與油脂的酯化或轉(zhuǎn)酯化工藝合二為一，設(shè)計(jì)巧妙，操作簡單方便，避免了微藻油脂的提取精煉，簡化了工藝步驟和設(shè)備，縮短了反應(yīng)操作時(shí)間，能快速制備生物柴油，從而大大提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本，為微藻工業(yè)化生產(chǎn)生物柴油提供了一個(gè)新方法。
【附圖說明】
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[0023]圖1是本發(fā)明的工藝流程示意圖。
【具體實(shí)施方式】
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[0024]以下是對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步說明，而不是對(duì)本發(fā)明的限制。
[0025]實(shí)施例1:
[0026]將干燥的小球藻除雜，粉碎、研磨后過200?300目篩；取I克篩下物，加入10克[BMIm] [dca]離子液體，在三角瓶中混勻，然后依次加入甲醇(甲醇與微藻中油脂的摩爾比為6:1)、0.1克脂肪酶催化劑，在恒溫水浴搖床上(搖床旋轉(zhuǎn)速度為160r/min)60°C進(jìn)行油脂提取及酯化反應(yīng)，反應(yīng)的時(shí)間為16小時(shí)；反應(yīng)結(jié)束后，冷卻至室溫，將