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脂肪酶产生菌的筛选与固定化及其在离子液中催化活性研究

作　者: 郭炳其
导　师: 段学辉
学　校: 南昌大学
专　业: 发酵工程
关键词: 脂肪酶卡门柏青霉固定化细胞催化剂离子液体生物柴油
分类号: TE667
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

生物柴油是以动植物油脂为原料制造的可再生能源。酶法催化合成生物柴油具有反应条件温和、产物易分离及无污染物排放等优点,具有很好的发展前景。针对酶法催化过程中催化剂昂贵、醇油互溶度小及酶活性和稳定性较低等问题,本文开展了菌株选育、发酵条件优化、制备固定化细胞以及离子液体的制备和催化合成生物柴油实验研究,主要内容和结果如下：(1)脂肪酶产生菌的筛选及鉴定。以橄榄油为底物,溴甲酚紫为指示剂的油脂同化培养基,从含油土壤中分离出一株产脂肪酶菌株；根据微生物分类学方法对筛选菌株进行初步鉴定,确定该菌株为青霉属(Penicillium),并命名为Penicillium camembertii Thom NS27; 30℃、200 r/min下摇瓶发酵72 h,菌株发酵初始水解酶活为76 U/g dry cell,合成酶活为0.41 U/g dry cell.(2)发酵条件优化和固定化研究。通过对菌株Penicillium camembertii ThomNS27产酶培养基和发酵条件优化,得到优化产酶培养基：可溶性淀粉1.0%,油酸0.5%,蛋白胨1.5%,NH4Cl0.6%,K2HPO40.1%,MgSO4·7H2O 0.1%;优化发酵条件：发酵时间80 h,接种量6%,温度28℃,装液量60 mL；优化条件下发酵酶活达到335 U/g dry cell;油酸对菌株产酶有一定的促进作用,可同时作为碳源和菌株产脂肪酶诱导物；以聚氨酯泡沫颗粒为载体对菌株细胞进行固定化,电镜扫描图片显示Penicillium camembertii Thom NS27在载体内部的空隙和脊壁上生长固定良好,结构稳定,57.9%菌体细胞稳定地固定在聚氨酯泡沫颗粒内,载体颗粒经5次洗涤,干重基本趋于稳定。(3)离子液体的合成及筛选。利用微波法合成了9种目标离子液体,通过酯交换反应筛选到适合固定化卡门柏青霉NS27细胞酶催化甲醇与大豆油酯交换反应的离子液[Bmim]PF6;中间体[Bmim]Br合成条件优化结果显示,反应中溴代正丁烷用量为N-甲基咪唑用量的1.1倍,微波功率200 W,总辐射时间100s时,[Bmim]Br的合成收率达到95.16%；对中间体[Bmim]Br和目标产物[Bmim]PF6进行红外光谱表征,考察了固定化细胞酶在离子液体[Bmim]PF6中的耐受性,结果表明,合成的离子液体和前人所测的结果一致,固定化细胞催化剂在35℃的离子液体中培养24 h,酶活保持在60%以上。(4)对固定化Penicillium camembertii Thom NS27细胞酶在离子液体[Bmim]PF6介质中催化甲醇与大豆油酯交换反应制备生物柴油工艺进行了研究。在醇油摩尔比4:1,体系含水量4%,反应温度40℃,摇床转速为160 rpm的条件下,反应40 h油脂转化率达62%；固定化细胞颗粒和离子液体[Bmim]PF6重复使用4次,油脂转化率和酶活保持率分别为43%和63%,表现出较好的催化反应稳定性。

全文目录

摘要  3-5
ABSTRACT  5-10
第1章绪论  10-30
  1.1 生物柴油概述  10-18
    1.1.1 引言  10
    1.1.2 生物柴油定义  10
    1.1.3 生物柴油的特性  10-12
    1.1.4 酯交换法制备生物柴油  12-16
    1.1.5 国内外酶法制备生物柴油研究现状  16-18
  1.2 酶法制备生物柴油  18-20
    1.2.1 脂肪酶  18
    1.2.2 脂肪酶催化机理  18
    1.2.3 不同体系中酶法制备生物柴油  18-20
  1.3 固定化酶及细胞  20-22
    1.3.1 固定化酶  20-21
    1.3.2 固定化细胞  21
    1.3.3 固定化细胞的制备  21-22
  1.4 离子液体中生物柴油的酶法催化合成  22-28
    1.4.1 离子液体  22-23
    1.4.2 离子液体的合成  23-24
    1.4.3 离子液体对脂肪酶活性影响  24-27
    1.4.4 离子液体中脂肪酶催化酯化反应  27-28
  1.5 本课题研究内容及意义  28-30
    1.5.1 课题来源  28
    1.5.2 研究内容  28-29
    1.5.3 研究意义  29-30
第2章脂肪酶产生菌的筛选及鉴定  30-37
  2.1 材料与方法  30-34
    2.1.1 材料  30-31
    2.1.2 实验方法  31-34
  2.2 结果与讨论  34-36
    2.2.1 筛选结果  34
    2.2.2 菌株形态学分析与鉴定  34-36
    2.2.3 讨论  36
  2.3 本章小结  36-37
第3章卡门柏青霉NS27发酵条件优化及固定化研究  37-49
  3.1 材料与方法  37-38
    3.1.1 材料  37-38
    3.1.2 实验方法  38
  3.2 结果与讨论  38-48
    3.2.1 培养基成份对产酶的影响  38-42
    3.2.2 菌株的生长及产酶特性  42-43
    3.2.3 接种量对产酶的影响  43
    3.2.4 发酵温度对产酶的影响  43-44
    3.2.5 装液量对产酶的影响  44-45
    3.2.6 优化条件下的产酶稳定性  45
    3.2.7 培养细胞的分布及固定化细胞干重保持率  45-46
    3.2.8 载体内细胞生长的微观考察  46-47
    3.2.9 讨论  47-48
  3.3 本章小结  48-49
第4章离子液体的微波法合成及其筛选  49-60
  4.1 材料与方法  49-52
    4.1.1 材料  49-50
    4.1.2 实验方法  50-52
  4.2 结果与讨论  52-59
    4.2.1 离子液体的筛选  52-53
    4.2.2 合成条件对中间体[Bmim]Br收率的影响  53-55
    4.2.3 中间体及目标产物的红外光谱表征  55-58
    4.2.4 离子液体[Bmim]PF_6对脂肪酶活性的影响  58
    4.2.5 讨论  58-59
  4.3 本章小结  59-60
第5章 [Bmin]PF_6中固定化细胞催化合成生物柴油  60-68
  5.1 材料与方法  60-61
    5.1.1 材料  60-61
    5.1.2 实验方法  61
  5.2 结果与讨论  61-67
    5.2.1 醇油摩尔比对酯交换反应的影响  61-62
    5.2.2 反应时间对酯交换反应的影响  62-63
    5.2.3 反应温度对酯交换反应的影响  63-64
    5.2.4 体系含水量对酯交换反应的影响  64-65
    5.2.5 混合强度对酯交换转化率的影响  65
    5.2.6 离子液体和固定化细胞酶的重复使用稳定性  65-66
    5.2.7 讨论  66-67
  5.3 本章小结  67-68
第6章结论与展望  68-70
  6.1 结论  68-69
  6.2 展望  69-70
致谢  70-71
参考文献  71-78
攻读学位期间的研究成果  78

脂肪酶产生菌的筛选与固定化及其在离子液中催化活性研究

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