洋蔥伯克霍爾德菌固態(tài)發(fā)酵基質(zhì)催化油脂制備生物柴油新技術(shù).pdf

1、相較于化學(xué)法而言,脂肪酶法制備生物柴油是未來(lái)的一種主流技術(shù),因?yàn)檫@一技術(shù)具有條件溫和、醇用量少、油源適應(yīng)性廣、無(wú)污染等突出優(yōu)點(diǎn)。然而,脂肪酶法制備生物柴油同樣存在一些不足:如短鏈醇對(duì)酶的毒害作用,脂肪酶自身耐熱性能差,以及酶成本較高等。目前,脂肪酶的生產(chǎn)幾乎都要經(jīng)過(guò)液體發(fā)酵、分離、純化、干燥、固定化等步驟,工藝技術(shù)復(fù)雜,操作繁瑣。因此,開(kāi)發(fā)一種成本低廉、工藝簡(jiǎn)單、集發(fā)酵和固定化于一體,利用固態(tài)發(fā)酵基質(zhì)直接催化油脂制備生物柴油新技術(shù)就顯得

2、尤為重要。本文在前人研究工作的基礎(chǔ)上,以洋蔥伯克霍爾德菌G63為對(duì)象,利用廢棄甘蔗渣,添加部分葵花籽仁碎屑為培養(yǎng)基進(jìn)行固態(tài)發(fā)酵,經(jīng)脫脂、干燥后直接催化油脂制備生物柴油,該方法不僅降低了酶成本,而且變廢為寶,減少水的用量。本文系統(tǒng)地研究了固態(tài)發(fā)酵基質(zhì)的制備、酶學(xué)特性、轉(zhuǎn)酯反應(yīng)的主要影響因素與參數(shù)優(yōu)化、操作穩(wěn)定性、以及反應(yīng)動(dòng)力學(xué)等,為創(chuàng)新脂肪酶法制備生物柴油技術(shù)提供了新思路和新方法。
　　主要研究結(jié)果如下:
　　1.洋蔥伯克霍爾

3、德菌G63固態(tài)發(fā)酵基質(zhì)的制備與酶學(xué)特性研究。以洋蔥伯克霍爾德菌G63為研究對(duì)象,以農(nóng)業(yè)廢棄物甘蔗渣為主料,添加一定量的葵花籽仁碎屑為培養(yǎng)基,進(jìn)行固態(tài)發(fā)酵。詳細(xì)考察了固態(tài)發(fā)酵工藝條件,比較了不同誘導(dǎo)物對(duì)固態(tài)發(fā)酵基質(zhì)酶活的影響,探討了固態(tài)發(fā)酵基質(zhì)的酶學(xué)特性。結(jié)果表明,以橄欖油乳化液作為誘導(dǎo)物,固態(tài)發(fā)酵基質(zhì)酶活從對(duì)照組23.9U/gds提高到72.3U/gds,比文獻(xiàn)報(bào)道高2.8倍。固態(tài)發(fā)酵基質(zhì)最適溫度、pH、短鏈醇耐受性、金屬離子的影響等酶

4、學(xué)特性與游離的G63脂肪酶差異不大。SDS-PAGE膠分析表明,固態(tài)發(fā)酵和液態(tài)發(fā)酵在產(chǎn)物蛋白類型上是一樣的,脂肪酶分子量大小約為37KDa。
　　2.固態(tài)發(fā)酵基質(zhì)直接催化油脂制備生物柴油工藝優(yōu)化。以固態(tài)發(fā)酵基質(zhì)為催化劑,直接催化大豆油制備生物柴油,首先,考察溶劑體系、醇/油摩爾比、水分含量、固態(tài)發(fā)酵基質(zhì)加入量、反應(yīng)溫度和叔丁醇用量等主要因素對(duì)生物柴油得率的影響,單因素實(shí)驗(yàn)表明,生物柴油得率最高為88.6％。接著,運(yùn)用Placket

5、t-Burman設(shè)計(jì)分析了主校因子,顯著性排序?yàn)?醇/油摩爾比>反應(yīng)溫度>固態(tài)發(fā)酵基質(zhì)加入量>水分含量>叔丁醇用量。最后,通過(guò)Box-Behnken設(shè)計(jì)優(yōu)化工藝參數(shù),闡明了因素間的交互影響作用。結(jié)果表明,最優(yōu)反應(yīng)條件為:醇/油摩爾比4.295:1,反應(yīng)溫度44.15℃,固態(tài)發(fā)酵基質(zhì)加入量1.611g,水分含量4.589g,叔丁醇量20％。在最優(yōu)條件下,生物柴油得率為94.4％。固態(tài)發(fā)酵基質(zhì)具有一定的操作穩(wěn)定性,連續(xù)運(yùn)行288 h后仍保持

6、最初酶活的66.9％以上,催化大豆油、烏桕油、調(diào)和油、玉米油等多種油脂轉(zhuǎn)化生物柴油,得率均在80％以上,顯示出廣泛的油源適應(yīng)性。
　　3.固態(tài)發(fā)酵基質(zhì)催化制備生物柴油反應(yīng)動(dòng)力學(xué)研究?；凇捌古曳磻?yīng)機(jī)理”,首次構(gòu)建了固態(tài)發(fā)酵基質(zhì)制備生物柴油反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型。抑制常數(shù)Ki=0.34mol/L,表明底物乙醇存在一定的抑制作用。通過(guò)阿累尼烏斯方程,計(jì)算出轉(zhuǎn)酯反應(yīng)的活化能為37.95kJ/mol,比固定化PS脂肪酶的轉(zhuǎn)酯反應(yīng)活化能(14.90