[发明专利]通过脂肪酶催化制备生物柴油的方法

说明书

本发明涉及一种制备生物柴油的方法，先将脂肪酶组合和多元醇进行调配，用缓冲液调节体系pH值至3‑7，进行高速剪切处理，得到预处理的脂肪酶液，然后再用于催化油脂原料制备生物柴油的反应，特别适用于催化高酸价高熔点油脂原料制备生物柴油的反应。本发明还涉及提高液体脂肪酶催化活性的方法，其中液体脂肪酶的催化活性和使用寿命明显改善。

技术领域

本发明涉及制备生物柴油的方法，特别涉及通过脂肪酶催化制备生物柴油的方法。本发明还涉及提高脂肪酶催化活性的方法。

背景技术

生物柴油，一般是指由动植物油脂等原料通过转酯化或酯化反应生成的长链脂肪酸酯类物质。面对日益严重的环境污染和能源危机，生物柴油作为一种新型无污染可再生能源，受到了广泛的关注和研究。然而，目前生物柴油的生产成本远远高于石化柴油，究其原因，生物柴油的生产原料主要来源于游离脂肪酸酸含量低的食用级植物精炼油脂如大豆油、棕榈油，菜籽油等，成本较高，而一些价格非常低廉的地沟油、植物油精炼馏出物和煎炸废油等油脂的游离脂肪酸酸含量高，因会与碱形成大量的皂而不能直接应用于传统的碱催化制备生物柴油工艺。工业上，往往对游离脂肪酸酸含量高的油脂进行两步法处理：首先在硫酸催化作用下游离酸与甲醇进行酯化反应，然后再用碱催化剩余的甘油酯进行转酯化反应。该法由于硫酸等催化剂的使用，会造成反应设备等的腐蚀以及大量污水的产生等诸多问题，从长远来看，不符合经济和环境可持续发展的要求。

生物酶法催化制备生物柴油，反应条件温和，对环境无污染，更为重要的是，对油脂原料中游离脂肪酸和水分的含量没有特殊要求，逐步受到人们的重视。目前用于酶促反应的脂肪酶主要分为固定化酶和游离酶两种形式，其中以固定化酶用于生物柴油反应研究最为广泛。但固定化酶成本高，风险大，一旦失活，载体难以重复利用而造成固体污染。游离脂肪酶价格便宜，有利于降低酶法制备生物柴油成本，但甲醇等醇类对液体酶具有很强的失活作用，作用底物单一，不易分离，同时液体酶热稳定性差，反应温度高于50℃时，酶蛋白容易变性失活，不适合催化高熔点油脂原料制备生物柴油，因此，利用游离脂肪酶催化制备生物柴油受到一定限制。

现有技术缺乏一种催化效率高、使用寿命长或热稳定性好的脂肪酶催化方法来用于生物柴油的制备。

发明内容

第一方面，本申请提供了一种制备生物柴油的方法，其包括以下步骤：

a)将脂肪酶组合添加到多元醇中，调节pH至3-7，进行高速剪切处理，得到预处理的脂肪酶液；

b)将步骤a)中得到的脂肪酶液与油脂原料和低级醇接触，进行反应。

优选地，上述制备生物柴油的方法还包括步骤c)：在步骤b)所述的反应结束后，使水酯两相分离，移除上层酯相后，向下层水相加入新的油脂原料进行反应。

在一实施方案中，本发明的多元醇为甘油、1,3丙二醇、1,4丁二醇或乙二醇，优选为甘油。

在优选的实施方案中，步骤a)中的脂肪酶和多元醇的重量比为1:4-1:20。

在一实施方案中，上述方法步骤a)中的脂肪酶为多种，优选为两种脂肪酶的组合，优选地，所述两种脂肪酶的组合为催化酯化反应的脂肪酶和催化转酯反应的脂肪酶的组合。在优选的实施方案中，催化酯化反应的脂肪酶和催化转酯反应的脂肪酶的重量比为1:10-10:1。

在优选的实施方案中，脂肪酶来自产生脂肪酶的微生物，优选地，所述微生物可以是黑曲霉菌(Aspergillus niger)、南极假丝酵母(Candida antarctic)、褶皱假丝酵母(Candida rugosa)、疏棉状嗜热丝孢菌(Thermomyces lanuginosus)、米黑根毛霉(Rhizomucor miehei)或假单胞菌属(Pseudononas sp.)等。

在另一实施方案中，本发明得到的预处理脂肪酶液的pH为3.5-6.6。如果预处理脂肪酶液含有两种脂肪酶，其pH优选地介于所述两种脂肪酶的等电点之间。