叔丁醇体系中动物油脂制备生物柴油.pdf

第34卷第5期
北京化工大学学报
Vol 34 No 5
2007年
JOURNAL OF BEIJ IN G UNIVERSITY OF CHEMICAL TECHNOLOGY
2007
叔丁醇体系中动物油脂制备生物柴油
黄瑛郑海闫公君
(中科技人学生命科学与技术学院,渤北武汉430074
摘要:探讨了叔J醇体系中脂肪嗨 Novozymc435催化动物油脂制备生物柴油的新工と。用猪油做原料,醇油摩
尔比为51, Novozyme43用量3%(质量分数),叔」醇用量40%(体积分数),50Cド240r/min反が24h,生物柴
汕得率为95.2%。酶重复使用10批次后生:物柴汕得率仍保持在90%以上.结東表明新艺条什下猪汕可以有效
转化为生物柴油,且脂肪嗨能保持良好的稳定性。
关健词:4:物柴油;叔丁醇;猪油;转酯反应
中图分类号:1TQ645.
Novozyme435催化猪油制备牛物柴油的工艺过程
研究了嗨用量、醇油比、反应温度、含水量、反应时
生物柴油是一种可再生的生物能源,主要是以间、叔丁醇用量等因素对生物柴汕得卒的影响,为动
动植物油为原料,通过转酯反应而制备的长链脂肪物油脂制备成生物柴油的工业化应用提供了理论和
酸酯类物质,具有可生物降解、尤毒、低污染等特点,技术基础
是一种用前景非常广阔的环境友好型石油替代
品2!。按照当前的技术,利用动植物油脂原料生1材料和方法
产生物柴汕,原料成本占生产总成本的70%
材料
90%,所以油脂原料是决定牛物柴油价格的最主要
脂肪嗨(商品名 Novozyme435),小麦Novo
因素。目前,制备生物柴汕的原料主要有大豆汕、汕 Nordisk公司;猪汕市购;肉豆蔻酸甲、棕榈酸甲
菜籽油、棕榈油等植物油?以及废油?等,但植物酯、棕榈油酸屮酯、十七烷酸酸屮酯、硬脂酸屮酯、油
汕多为食用汕,容易出现生物柴汕挤占食品汕的局酸叩酯、业油酸酯、业麻酸卬酯和十三烷酸酯为
而,影响粮食安全,而废油数量有限且收集困难。因色谱纯试剂, Sigma公司。其他试剂均为分析纯,国
此,如1何ガ大生物柴汕的油脂原料来源是当前急迫产市售。
的研课题。
1.2实验方法
猪汕是动物汕脂中产量最大的一种油脂。过去1.2.1转酯化反应将猪油、甲醇、有机溶剂以
我国将猪油作为主要的食用油之一,但随着人们生.定比例混合,装入50mL具塞锥形瓶中,混合均匀
活水平的提高和健康意识的增强,猪油在饮食行业斤加入适量的脂肪晦,置」恒温摇床中一定温度和
中的使用量凵益降低。实际上,猪肥肉中的油脂是转速(240r/min)下密闭振荡反应。定时取出反应
种重要的『生资源,重新师发和利用口渐过利
液,离心后用于色谱分析。
猪油成为一个重要问题。利用猪油制各生物柴油是1.2.2酶的稳定性每批反应结束后,过滤分离脂
个非常有意义的尝试,日前这方面的研究还处于肪酶和反应液,脂肪酶经叔∫醇沖洗加入到新鲜反
起步阶段,相关报道极少[S?。
应底物中进行ド一批次的催化反应,反应条件与上
本文探讨了在叔丁醇反应体系中利用脂肪酶一批相同。
1.2.3分析与测定油脂完全中酯化方法依据
收稿日期:2007-05-16
GB/T173761998。
基金项目:国家“863计划(2006AA020203
猪油均分子量(M)的测定由皂化值(SV)和
第作者:女,1976生:,讲师,博:4
酸偵(AV)计算得到,猪油的酸价测定依据GB
Email:huangying(@mail.hust.edu.cn
55301985。
第5期
黄暎等:叔∫醇体系中动物油脂制备生物柴油
温度。
100
2.5叔丁醇用量的影响
叔丁崞作为一利相对亲水的有机溶剂(ogP
0.8),本身对脂肪嗨没有毒性,乂能促进醇和副产
70
对照品
物洲在反应体系中的溶解,使整个反应体系均相
-6%分子筛
109%水
化。作为反应介质,叔丁醇用量对交换反应也作
-15%水
常重要。叔丁醇用量太少,甲醇和猪洲在叔丁醇中
20%水
不能完全混溶,没有溶解的甲醇仍会使脂肪酶失浯
10
15
t/h
用暈过多则稀释了反应体系中洲利和甲醇的浓度,使
交换反应的速率减慢。本文在预实验的基础上,
a一质量分数;b-摩尔分数
选择了叔」醇用量范围10%~60%(相对油的体积
图5水含量対转酯反应的影响
分数)作为实验人域。反应体系为:4.27g猪汕,3%
Fig 5 Effect of amount of water on tran esterification
质量分数) Novozyme435,醇油摩尔比51,240
2.7反应时间对生物柴油的转化率及反应速度的
min,50C反应24h条件下,考察了叔丁醇的加入量最
影响
对酯交换反应的影响(图4)。在叔」醇用量为40%
为了研究嗨催化的反应进程,确定最佳反应
的时候屮酯得率达到最人,超过92%。
间,在:4.27g猪油,40%(体积分数)叔J」醇,3%(质
100
量分数) Novozyme435,醇油摩尔比51,241r/min,
50C的条件下,考察了反应时间対酯交换反应进程
的影响(图6)。从图6可见,在反应持续24h以后
甲酯得率上升不明显,?此确定一个批次的最住反
70
应时间为24h,以获得最反应效率。
0.10.20.30.40.50.6
w叔丁醇y%
e60
图4叔丁醇添川量对转酯反应的影响
Fig 4 Effect of amount of tert-butanol
on Transesterification
304050
2.6水含量的影响
t/h
脂肪酶只有在油-水界面オ具有催化活性.,肉此
图6不同时间下的甲酯得卒
水在反应体系中是必不可少的,但过多的水又会促
Fig 6 Time course of the transesterification
进脂舫酶催化底物水解。验发现,在反应体系中2,.8酶的稳定性
加入少量的水,如10%(摩尔分数),会提高反应初
脂肪酶催化合成生物柴油的主要问题是脂肪酶
速度,加入分子烯除水或者加入大于15%(摩尔分的制备成本比较高,且酶易失活。实验考察了叔丁
数)水时都会降低反应的初速度;并且水量的增加并醇体系中,酶催化猪洲合成生物柴油に艺条件下酶
没有提高最终的生物柴油得率,如图5所示。
的操作稳定性(图7)。从图7中可见,脂肪酶经叔
无水环境中不能充分的形成水界面,脂肪酶丁醇适当冲洗后,在重复利用10批次斤酶活仍然保
活性很低;在低水环境中脂肪酶的转開活力随着含持较好没有明显ド降。可见,出」适当比例的叔」
水量的増加面増大,在10%6(摩尔分数)水时甲转醇的加入使整个反应体系呈现均相,完全消除了甲
化反应的初速度达到最大值;而过多的水分则会导醇及H汕对酶催化活性和稳定性的负面影啊,使脂
政脂防酶化底物的水解。因此,反应初始水含量嗨的使用寿命显著延长。该催化工艺具有潜在的
是一个重要的影响?素。
下.业化应用前景。