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微藻油脂两步酶法制备生物柴油

作　者: 梅斯琳硕
导　师: 张栩
学　校: 北京化工大学
专　业: 微生物与生化药学
关键词: 微藻油脂游离脂肪酶水解和酯化两步法生物柴油
分类号: TE667
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

目前生物柴油制备是利用传统的化学催化剂，在相对严格的条件下反应加入醇直接转酯化而成。这种反应条件中不能存在大量的水，结果消耗很多的能量。而微藻生长在富含水的环境中，由于其含有丰富的可利用油脂，所以采用水解与酯化分开的方法，并利用脂肪酶在水相和醇相中发挥的作用不同，可以克服以上很多缺点。本论文主要研究高含水量的产油微藻经破壁后溢出的油脂利用实验室自制脂肪酶Candida.99-125作为催化剂水解和酯化两步制备生物柴油的工艺。即微藻发酵液加入纤维素酶和蛋白酶进行细胞破碎后，等电点沉淀藻体蛋白并浓缩油水混合液，在混合液中加入游离脂肪酶进行水解反应后油水分离，游离脂肪酸在游离脂肪酶与乙醇作用下进行酯化反应，生成脂肪酸乙酯，并分离出来制备生物柴油的过程。反应过程中分别考察了游离脂肪酶量、含水量、初始乙醇量、醇油摩尔比、温度、pH值、游离酶的使用寿命、不同添加剂的量和反应时间等等单因子对实验的影响，并将得到的单因素数据进行响应面优化，得到了藻油水解率和脂肪酸的酯化率的最优条件及藻油水解率为89.6%，酯化率为91.8%，微藻油脂制备生物柴油的得率为80.1%；为了更好的表征油、水、酶以及醇、油、酶的作用关系，采用动力学的方法对水解和酯化两步反应进行分析，在脂肪酶催化微藻油脂水解及水解产物再酯化的过程中，由酶量与反应速率:V=Kp[E][S]/(Km+[S])底物浓度与反应速率:V=Vm[S]/Km，计算可以得到底物浓度（S）、游离酶浓度（E）、反应速率（v）之间的关系，从而更好的帮助我们解释了反应过程中的一些实验现象。最后将微藻油脂两步酶法制备生物柴油的反应的从摇瓶实验进行了500ml体系的放大反应，并对化学两步法和脂肪酶法两步法的工艺进行了比较，从生物柴油的得率来看，化学一步法生物柴油得率稍大于脂肪酶两步法，但是采用化学法的体系中不能存在水，而微藻含水量高，单从对水、脂肪酶和有机溶剂的利用方面进行了简单的成本分析，结果表明针对高含水量微藻作为原料，酶法相对于化学法成本较低还是很有优势的。

全文目录

摘要  5-7
ABSTRACT  7-12
第一章绪论  12-22
  1.1 引言  12
  1.2 生物柴油的概论  12-18
  1.3 酶催化微藻油脂的应用  18-20
  1.4 微藻油脂的酶法制备生物柴油的前景  20
  1.5 论文研究的思路及内容  20-22
第二章微藻油脂水解为游离脂肪酸的工艺  22-42
  2.1 引言  22
  2.2 实验材料和方法  22-24
  2.3 实验结果与讨论  24-33
  2.4 响应面法优化微藻油脂水解的工艺  33-40
  2.5 小结  40-42
第三章游离脂肪酸酯化工艺的初步探索  42-64
  3.1 引言  42
  3.2 实验材料和方法  42-44
    3.2.1 实验原料及其设备  42
    3.2.2 实验方法  42-44
      3.2.2.1 测定乳化活性指数  42-43
      3.2.2.2 破乳  43
      3.2.2.3 甘油的回收与测定  43
      3.2.2.4 游离脂肪酸的酸价测定  43
      3.2.2.5 游离脂肪酶的活性测定  43-44
      3.2.2.6 酯化实验  44
      3.2.2.7 仪器分析方法  44
  3.3 实验结果和讨论  44-55
    3.3.1 水解反应液乳化活性指数的变化  44-45
    3.3.2 水解后体系的破乳  45-53
    3.3.3 仪器验证  53-55
      3.3.3.1 气相色谱的谱图  53-54
      3.3.3.2 红外光谱  54-55
      3.3.3.3 核磁  55
  3.4 响应面优化游离脂肪酸酯化的工艺  55-62
    3.4.1 实验设计  56-57
    3.4.2 RSM 的应用  57
    3.4.3 实验结果回归分析  57-60
    3.4.4 响应面的等高线图谱分析  60-61
    3.4.5 游离脂肪酸的响应面优化  61-62
  3.5 小结  62-64
第四章微藻油脂水解和酯化反应的动力学分析  64-70
  4.1 引言  64
  4.2 材料和方法  64-66
    4.2.1 实验原料  64
    4.2.2 实验设备  64
    4.2.3 实验方法  64-66
      4.2.3.1 酶量与水解率和酯化率的关系  64-65
      4.2.3.2 底物浓度与水解率和酯化率  65
      4.2.3.3 水解初速率的测定  65
      4.2.3.4 米氏常数的测定  65
      4.2.3.5 动力学实验  65
      4.2.3.6 油水界面的测定  65-66
  4.3 实验结果与讨论  66-69
    4.3.1 微藻油脂的水解和酯化的动力学分析  66-67
    4.3.2 酶量与水解率及酯化率的关系  67-68
    4.3.3 底物浓度与水解率及酯化率  68
    4.3.4 模型检验  68-69
  4.4 小结  69-70
第五章水解酯化两步法与一步转酯法反应工艺比较  70-74
  5.1 引言  70
  5.2 实验材料和方法  70-71
    5.2.1 实验原料  70
    5.2.2 实验设备  70
    5.2.3 实验方法  70-71
  5.3 实验结果与讨论  71-73
    5.3.1 生物柴油的得率比较  71-72
    5.3.2 原材料与试剂成本估算的比较  72-73
  5.4 小结  73-74
第六章结论与建议  74-76
  6.1 结论  74-75
  6.2 建议  75-76
参考文献  76-82
致谢  82-83
研究成果及发表的学术论文  83-84
作者及导师简介  84-85
附录 1  85-86
附录 2  86-87
硕士研究生学位论文答辩委员会决议书  87-88

微藻油脂两步酶法制备生物柴油

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