1、當前，生物柴油作為環(huán)境友好、可以再生的清潔液體燃料之一，正倍受世界各國的關注和開發(fā)利用。生物柴油的生產原料主要是植物油脂。油菜由于具有許多獨特的優(yōu)勢而成為我國發(fā)展生物柴油比較理想的原料油來源。 在生物柴油的各種生產方法中，生物酶法最有前景。但現已開發(fā)的生物酶法大多存在生產成本高、酶壽命短、反應速度慢和轉酯率低等瓶頸問題而難以實現產業(yè)化。因此，急需開發(fā)具有產業(yè)化前景的生物柴油酶促合成新技術。 本論文從降低成本、改善酶反應體

2、系入手，以菜籽油為原料，先建立了能快速、準確地判斷生物柴油合成反應程度的氣相色譜分析法，然后循序漸進地研究了有機溶劑-水雙液相體系、有機溶劑微水體系以及無溶劑體系中酶促菜籽油醇解合成生物柴油的機理和工藝條件，繼而創(chuàng)新性地開發(fā)出了醇解催化酶再生技術和菜籽油酶促交酯化技術，經過精制后獲得了符合有關標準的生物柴油產品。 1．建立了快速準確測定油菜生物柴油合成反應程度的氣相色譜法 油菜生物柴油的主要成分是棕櫚酸甲酯、硬脂酸甲酯、

3、油酸甲酯、亞油酸甲酯、亞麻酸甲酯、花生一烯酸甲酯和芥酸甲酯。實驗表明，它們具有良好分離效果的氣相色譜條件是：使用HP-innowax毛細管色譜柱(30m<'*>0.25mm<'*>0.25μm)，初始柱溫170℃并保持0.5min，然后以5℃/min升溫至200℃，再以15℃/min升溫至240℃并保持5min。在此條件下以十三酸甲酯為內標，能快速準確地測得產品中各脂肪酸甲酯的含量和反應程度。 2．研究了有機溶劑—水雙液相體系中

4、菜籽油酶促醇解的機理與工藝條件 正交試驗結果表明，在有機溶劑-水雙液相體系中，Lipozyme TLIM酶比Novozym 435酶更有效地催化菜籽油的醇解反應；在醇油摩爾比4：1、溫度40℃、甲醇分三次加入時，其最佳醇解反應條件是：溶劑(石油醚)3mL/g、TLIM酶7％(w/w)、水20％(w/w)、時間18h；醇解反應程度與各影響因素之間均存在高度顯著的三階多項式回歸關系；油脂的醇解反應伴隨有油脂水解負反應發(fā)生，使得反應轉

5、酯率最多只有75％左右。 3．研究了有機溶劑微水體系中菜籽油酶促醇解的機理與工藝條件 以Lipozyme TLIM酶為催化劑、以不同質量等級的油脂為原料、以不同短碳醇為酰基受體，研究了有機溶劑微水體系中菜籽油酶促醇解生產生物柴油的機理和工藝條件。正交實驗結果表明，油脂的醇解反應伴隨有油脂水解反應和脂肪酸酯化反應；四級油是比一級油、二級油和三級油更好的生物柴油原料油，乙醇是比甲醇更好的?；荏w；其最佳反應條件是：以四級油為

6、原料、添加20％的Lipozyme TLIM酶、乙醇(醇油摩爾比4：1)分三次均量加入、于40℃下反應10h，此時的轉酯率達到86.2％。 4．創(chuàng)立了無溶劑體系中菜籽油醇解催化酶再生技術，并優(yōu)化了工藝條件 以四級菜籽油為原料，考察了無溶劑體系中酶種類、短碳醇種類、溫度、時間以及酶再生劑種類等對醇解反應程度和酶活穩(wěn)定性的影響。結果表明，固定化脂肪酶Lipozyme TLIM比Novozym 435表現出更好的醇解催化行為，

7、乙醇是比甲醇具有更好綜合優(yōu)勢的?；荏w，ZSJ1是比ZSJ2具有更好再生效果的酶活再生劑，30℃最有利于酶活激發(fā)并維持酶活穩(wěn)定的適宜溫度。對反應系統(tǒng)中的酶進行定期再生處理，可使反應時間縮短到9h，此時的酶促醇解轉酯率達到90％以上，而且酶被重復應用15批次后的相對活力仍保持在96％以上。 5．創(chuàng)立了菜籽油酶促交酯化制備生物柴油的新技術 基于菜籽油酶促醇解的轉酯率不夠高、酶活穩(wěn)定性不夠理想、酶再生操作麻煩，創(chuàng)立了菜籽油酶促

8、交酯化制備生物柴油的新技術。先考察了酶種類、酶量、底物摩爾比、溫度、時間對交酯化反應的影響，然后應用二次回歸正交旋轉組合試驗法對酶量、底物摩爾比、溫度、時間等因素進行了優(yōu)化設計，回歸模型為：Y=91.9417+1.1125X<,1>+0.5458X<,3>-2.6490X<,1><'2>-3.3740X<,2><'2>-2.7990X<,3><'2>-2.7490X<,4><'2>研究結果表明，在交酯化反應體系中，固定化酶Lipozym

9、e TLIM比Novozym435表現出更好的催化行為；四級菜籽油酶促交酯化的最佳工藝條件是：40℃、Lipozyme TLIM酶量40％(w/w)、底物摩爾比14：1、反應時間12h/批；單批反應的交酯化率達91.7％，而且酶可以一批接著一批地使用而很少發(fā)生酶活損失現象，從而為酶法生物柴油產業(yè)化提供技術依據。 6．研究了油菜生物柴油粗品的堿煉精制工藝條件，得到了基本符合有關生物柴油標準要求的精制產品。 采用正交優(yōu)化設計

10、法得到粗品生物柴油的最佳堿煉工藝條件是：超量堿量0.35％、堿液濃度15％、堿煉初溫50℃。此條件下的生物柴油精煉率為94.5％、酸價為0.40mgKOH/g。紅外光譜和氣相色譜分析表明，油菜生物柴油的分子結構為長鏈酯類結構，其化學成分中18碳和16碳脂肪酸甲酯含量占60％以上，基本符合礦物柴油替代品對化學組成和分子結構的要求。在燃料特性指標方面，除了粘度偏大、十六烷值偏小外，其余指標均符合德國生物柴油標準要求以及我國生物柴油標準(初稿