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生物催化剂制备及其在生物柴油制取中的应用

作　者: 冯杰
导　师: 陈冠益
学　校: 天津大学
专　业: 热能工程
关键词: 脂肪酶生物柴油转酯化反应固定化整体细胞催化剂
分类号: TE667
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
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内容摘要

能源危机和环境保护压力驱使人们关注可再生清洁能源的开发利用。作为一种可再生清洁能源,生物柴油具有无毒性、可生物降解性和可再生性,是良好的石油替代燃料,已受到越来越多的关注。生物柴油一般是由动植物油经甲醇酯交换反应得到,通常采用酸、碱或脂肪酶作为催化剂。目前酶法催化制取生物柴油主要使用胞外脂肪酶,虽克服了化学法工艺的环境污染等缺点,但酶提取、提纯过程复杂,在可循环使用多次情况下,该催化剂的相对成本仍很高,工业生产经济性竞争力差。因此,本文提出了整体细胞催化剂生产生物柴油的思路,并做了整体细胞催化剂制备及其相应的生物柴油制取工艺实验研究。主要内容如下:(1)以有机溶剂为媒介,在惰性载体上,进行固定化脂肪酶,研究固定化反应条件对固定化酶催化活性的影响;(2)利用油脂同化培养基筛选出一株脂肪酶活性较高的菌株,经过对其诱变育种得到突变株编号为B-7, B-7菌株的酶活从诱变前的3.3U/mL提高到9.0U/mL;(3)确定了最佳发酵培养基:蛋白胨20g/L,油酸5.0g/L,橄榄油5.0g/L,(NH4)2SO41g/L,MgSO4·7H2O1g/L,K2HPO41g/L。最佳培养条件:培养基起始pH6.5,温度30℃,220rpm振荡培养72h,100mL三角瓶装量15mL;(4)对其粗酶液性质进行研究,发现脂肪酶的最适反应温度为40℃,最适反应pH为8.0,在pH7.0～8.5之间酶活性稳定,并具有一定热稳定性;(5)以聚氨酯为载体,用简单的物理吸附法对B-7菌株进行固定化,确定了制备整体细胞催化剂的工艺流程;(6)在此基础上,利用制备的整体细胞催化剂,设计了生物柴油生产工艺并进行了试验,并进行了试验分析。利用生物催化剂制备生物柴油可以减少细胞预处理、分离提纯等复杂工艺,有望显著低降低生物柴油的生产成本。为了提高转酯化产率,在前期实验基础上,采用正交实验的方法,考察了醇油比、催化剂用量、反应温度、反应时间对转酯化反应转化率的影响。得出了转酯化反应的最佳反应条件为:醇油比3:1,加酶量8%,反应温度为40℃,反应时间36h,其中甲醇分级添加,每次加入量为1:1。本研究所得到的结论为进一步发展整体细胞催化生产生物柴油技术工艺提供了基础。

全文目录

中文摘要  3-4
ABSTRACT  4-9
第一章前言  9-29
  1.1 生物柴油概述  9-13
    1.1.1 生物柴油的研究意义  9-11
    1.1.2 生物柴油的国内外研究进展  11-13
  1.2 脂肪酶概述  13-28
    1.2.1 脂肪酶产生菌的存在及筛选方法  13-14
    1.2.2 脂肪酶的性质  14-19
    1.2.3 脂肪酶的固定化  19-21
    1.2.4 脂肪酶活力测定方法  21-22
    1.2.5 脂肪酶的应用  22-26
    1.2.6 脂肪酶用于生物柴油的国内外研究进展  26-28
  1.3 本课题的意义及主要内容  28-29
第二章生物柴油制取工艺  29-34
  2.1 生物柴油的特性  29-30
  2.2 生物柴油的制取方法  30-33
    2.2.1 转酯化反应机理  30-31
    2.2.2 化学法制取生物柴油  31
    2.2.3 生物酶法制取生物柴油  31
    2.2.4 固定化细胞法制取生物柴油  31-32
    2.2.5 超临界法制取生物柴油  32
    2.2.6 生物柴油制取方法的比较  32-33
  2.3 本章小结  33-34
第三章脂肪酶固定化研究  34-45
  3.1 材料与方法  34-37
    3.1.1 主要仪器  34-35
    3.1.2 主要试剂  35
    3.1.3 方法  35-37
  3.2 结果与讨论  37-43
    3.2.1 载体的选择  37-38
    3.2.2 介质的选择  38-39
    3.2.3 给酶量对固定化的影响  39
    3.2.4 初水量的选择  39-40
    3.2.5 固定化时间的选择  40
    3.2.6 固定化pH值的选择  40-41
    3.2.7 固定化温度的选择  41-42
    3.2.8 最佳醇油比的确定  42
    3.2.9 催化剂用量对转酯化反应的影响  42-43
    3.2.10 温度对转酯化反应的影响  43
  3.3 本章小结  43-45
第四章脂肪酶产生菌的选育、产酶条件优化及酶学性质研究  45-58
  4.1 材料和方法  45-49
    4.1.1 土样来源  45-46
    4.1.2 主要仪器  46
    4.1.3 主要试剂  46-47
    4.1.4 培养基及溶液  47
    4.1.5 实验方法  47-49
  4.2 结果与讨论  49-57
    4.2.1 菌种初筛  49-50
    4.2.2 脂肪酶高产菌株的诱变  50-52
    4.2.3 B-7 菌株产酶条件的优化  52-55
    4.2.4 脂肪酶性质的研究  55-57
  4.3 本章小结  57-58
第五章整体细胞催化剂用于制备生物柴油的初步研究  58-69
  5.1 材料和方法  59-61
    5.1.1 菌种与培养基  59
    5.1.2 主要仪器  59
    5.1.3 主要试剂  59-60
    5.1.4 方法  60-61
  5.2 结果与讨论  61-68
    5.2.1 整体细胞催化剂活性鉴定  61-62
    5.2.2 整体细胞催化剂稳定性研究  62-63
    5.2.3 最佳醇油比的确定  63-65
    5.2.4 催化剂用量对反应的影响  65
    5.2.5 温度对反应的影响  65-66
    5.2.6 pH对反应的影响  66
    5.2.7 正交实验  66-68
  5.3 本章小结  68-69
第六章总结与展望  69-71
  6.1 总结  69-70
    6.1.1 脂肪酶固定化方法的总结  69
    6.1.2 脂肪酶产生菌筛选及酶学性质研究的总结  69-70
    6.1.3 整体细胞催化剂制取生物柴油的总结  70
  6.2 展望  70-71
参考文献  71-78
发表论文和科研情况说明  78-79
致谢  79-80
附录  80-85

生物催化剂制备及其在生物柴油制取中的应用

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