一种长链脂肪酸酯的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种长链脂肪酸酯的制备方法，属于生物工程下游技术领域。在有水存在的环境下，以产油微生物的菌体和短链醇为原料，经过菌体自催化转化，生成长链脂肪酸酯。本发明专利技术可直接以产油微生物发酵醪液和含有短链醇的发酵醪液为原料，转化过程对水分耐受能力强，不需要添加额外的催化剂，操作条件温和，不需要对菌株进行复杂的基因工程改造，过程简单，易放大，对设备要求低，能耗低，成本低，不污染环境。本发明专利技术为长链脂肪酸酯规模化生产提供经济可行的新技术。

【技术实现步骤摘要】
一种长链脂肪酸酯的制备方法
本专利技术涉及一种长链脂肪酸酯的制备方法，具体的讲，是在有水存在的环境下，以产油微生物的菌体和短链醇为原料，经过菌体自催化转化，生成长链脂肪酸酯，属于生物工程下游

技术介绍
由动、植物油脂或长链脂肪酸和短链醇（如甲醇和乙醇）反应，得到长链脂肪酸酯，当前常被称之为生物柴油。生物柴油能量密度高、润滑性能好、储运安全、抗爆性好、燃烧充分、可再生、环境友好，可直接应用于柴油发动机系统，是理想的生物燃料品种之一。植物油脂资源非常有限，并且其生产易受场地、季节和气候变化的影响，而扩大油料作物种植可能存在与人争粮、与粮争地等问题。因此，原料短缺成为制约生物柴油产业规模的瓶颈之一。部分微生物可在胞内积累油脂，并可达到其细胞干重的20%以上，这类微生物被称为产油微生物（RatledgeC,WynnJP.Thebiochemistryandmolecularbiologyoflipidaccumulationinoleaginousmicroorganisms.AdvancesinAppliedMicrobiology,2002,51,1）。真菌、细菌以及微藻中的一些种属具有过量积累油脂的能力，符合产油微生物的特征。产油微生物合成的油脂，称为微生物油脂，通常具有和动、植物油脂相近的脂肪酸组成。与动、植物油脂技术相比，微生物油脂技术具有生产周期短、可连续生产、生产潜力大等优势。由于产油微生物可将来源于生物质资源的碳水化合物等有机物转化为油脂，所以微生物油脂原料资源丰富而廉价。因此，微生物油脂是解决生物柴油产业原料问题最有效、可持续的途径之一（赵宗保.中国生物工程杂志,2005,25,8）。基于微生物油脂技术生产长链脂肪酸酯，可分为两个基本过程，即微生物油脂的生产和长链脂肪酸酯的生产。前一个过程通常包括产油微生物培养和微生物油脂提取分离，后一个过程是通过催化剂催化或者在超（亚）临界流体中完成。催化油脂转化制备长链脂肪酸酯的催化剂有酸、碱、脂肪酶和离子液体等。酸催化剂包括游离酸、固体酸等，碱催化剂包括无机碱、固体碱等，脂肪酶催化剂包括游离酶、固定化酶和固定化细胞，离子液体催化剂包括游离离子液体和固定化离子液体。上述催化转酯化或酯化反应若要获得60%以上的高效率，需要在水分含量低于30%（w/w）的条件下进行（AtadashiIM,ArouaMK,AzizARA,SulaimanNMN.RenewableandSustainableEnergyReviews,2012,16,3456）。制备长链脂肪酸酯除了使用催化剂催化外，还可以在超（亚）临界甲醇、水等流体中进行。此过程不需要添加催化剂，对水分的耐受性较高。例如，在350°C，43MPa下，超临界甲醇-水体系的水含量超过30%（w/w）时，脂肪酸甲酯的得率仍可达90%以上（KusdianaD,SakaS.BioresourceTechnology,2004,91,289）。产油微生物培养得到的发酵醪液，水分含量通常在80%以上，所以催化反应前要进行脱水处理。研究表明，水分脱除所消耗的能量占长链脂肪酸酯生产总能耗的80%以上（TeixeiraRE.GreenChemistry,2012,14,419）。在超（亚）临界流体中生产长链脂肪酸酯，虽然允许较高的水分含量，但需要在高温高压下进行，对设备要求高，能耗大，成本高，并且发酵醪液及菌体中的其他成份也可能发生其他副反应。因此，需要建立与微生物油脂技术匹配的制备长链脂肪酸酯的新方法，直接在温和条件下转化利用高水分含量的原料，以显著改善过程的技术经济性。近几年研究人员开始尝试在常温常压条件下，利用微生物在高水分环境中直接合成长链脂肪酸酯，此种方法通常需要对微生物进行基因工程改造。例如，在酿酒酵母中异源表达蜡酯合成酶/脂酰CoA:甘油二酯酰基转移酶基因（atfA）并在发酵过程中补加脂肪酸，可以得到长链脂肪酸乙酯（KalscheuerR,LuftmannH,SteinbuchelA.AppliedandEnvironmentalMicrobiology,2004,70,7119）。在大肠杆菌中表达atfA基因及编码丙酮酸脱羧酶和乙醇脱氢酶的基因，通过补加脂肪酸，大肠杆菌中长链脂肪酸乙酯含量达到细胞干重的25.4%（ElbahloulY.SteinbuechelA.AppliedandEnvironmentalMicrobiology,2010,76,4560）。在大肠杆菌中表达atfA基因和乙醇合成酶基因的基础上，通过改造脂肪酸代谢通路，可以实现由单糖到长链脂肪酸乙酯的生产（SteenEJ,Kang,YS,KeaslingJD,etal.Nature,2010,463,559），此后通过引入动态传感器调控系统，长链脂肪酸乙酯产量达到1.5g/L（ZhangFZ,CarothersJM,KeaslingJD.NatureBiotechnology,2012,30,354）。利用微生物直接合成长链脂肪酸乙酯，可在常温常压下进行，但菌株需要基因工程改造，过程调控复杂。对于其他短链醇（如甲醇、丙醇等）的长链脂肪酸酯，由于受到微生物代谢途径的限制，目前尚未构建得到有效的基因工程菌株。
技术实现思路
本专利技术提供了一种在有水存在的环境下，以产油微生物的菌体和短链醇为原料，经过菌体自催化转化，生成长链脂肪酸酯的方法。本专利技术可直接以产油微生物发酵醪液和含有短链醇的发酵醪液为原料，转化过程对水分耐受能力强，不需要添加额外的催化剂，操作条件温和，不需要对菌株进行复杂的基因工程改造，过程简单，易放大，对设备要求低，能耗低，成本低，不污染环境。本专利技术通过下述技术方案予以实现：1)按下述方法的一种或它们的必要组合，制备反应体系：A）向含有产油微生物菌体的发酵醪液中添加短链醇，至短链醇的体积百分浓度达到0.1%～90%；或B）将水、产油微生物的菌体和短链醇混合，至短链醇的体积百分浓度达到0.1%～90%，水的质量百分浓度为10%～99%；或C）将含有产油微生物菌体的发酵醪液和含有短链醇的发酵液按一定比例混合，至短链醇的体积百分浓度达到0.1%～15%；或D）将水、产油微生物的菌体和含有短链醇的发酵液按一定比例混合，至短链醇的体积百分浓度达到0.1%～15%。2)将步骤1）制备的反应体系的酸碱度调整至pH2～10，在温度20°C～60°C下，处理5分钟～168小时；3)向步骤2）所得的体系中加入有机溶剂进行萃取，除去有机溶剂得到长链脂肪酸酯。本专利技术所述的含有产油微生物菌体的发酵醪液，为产油微生物液体悬浮培养后得到的含有菌体的悬浊液；产油微生物的菌体，为从产油微生物培养体系中分离出来的湿菌体或经脱水干燥处理的干菌体。本专利技术所述的短链醇为甲醇、乙醇、丙醇、丁醇、戊醇中的一种或两种以上的必要组合。本专利技术所述调整反应体系酸碱度的试剂为常规的酸如盐酸、硫酸、磷酸、醋酸等，或常规的碱如氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钙、碳酸钠、碳酸钾、氨水等。本专利技术所述的有机溶剂为极性较低的液态有机物，如石油醚、正己烷、乙酸乙酯、二氯甲烷、氯仿、六号抽提溶剂油、四号溶剂、工业己烷等或者它们的必要组合。本专利技术从有机溶剂相中除去有机溶剂得到长链脂肪酸酯的方法为常压蒸本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种长链脂肪酸酯的制备方法，其特征在于：在水溶液中、产油微生物菌体将短链醇转化反应得到长链脂肪酸酯。

【技术特征摘要】
1.一种长链脂肪酸酯的制备方法，其特征在于：在水溶液中、产油微生物菌体将短链醇转化反应得到长链脂肪酸酯；所述短链醇为甲醇、乙醇、丙醇、丁醇、戊醇中的一种或两种以上的必要组合；所述产油微生物菌体为油脂含量超过其干重20％的真核微生物菌体，所述产油微生物为红冬孢酵母Rhodosporidiumsp.、红酵母Rhodotorulasp.、油脂酵母Lipomycessp.或小球藻Chlorellaprotothecoides中的一种或两种以上；所述产油微生物菌体的状态为干菌体、湿菌体、发酵醪液中的一种或两种以上的必要组合；所述水溶液体系的pH值为2～10；所述水溶液体系中短链醇的体积百分浓度为1％～40...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵宗保，靳国杰，
申请(专利权)人：中国科学院大连化学物理研究所，
类型：发明
国别省市：辽宁;21