提高脂肪酶催化生产生物柴油产率的方法技术

本发明专利技术公开一种提高脂肪酶催化生产生物柴油产率的方法，是在由脂肪酶催化植物油醇解的反应体系中添加１，４，５，６－四氢－２－甲基－４－嘧啶羧酸，即Ｅｃｔｏｉｎｅ。本发明专利技术采用在脂肪酶催化植物油醇解的反应体系，尤其是脂肪酶ｎｏｖｏｚｙｍｅ４３５催化的植物油与低碳醇的酯交换反应体系中添加Ｅｃｔｏｉｎｅ的方法，实现了极性反应条件下对酶的保护，解决了低碳醇抑制Ｎｏｖｏｚｙｍｅ４３５催化转酯反应的问题，有效地提高了脂肪酸低碳醇酯的产率。同时，这种方法简单易行，利于工业推广应用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及脂肪酶催化植物油醇解反应生产生物柴油的方法，属于可再生能源技术和环境保护领域。
技术介绍
生物柴油属于可再生能源的一种，是采用动物或植物油脂与甲醇或乙醇进行反应合成脂肪酸单酯，这种改性后的油脂(脂肪酸低碳醇酯)有着与柴油十分相似的理化性质，因此可代替柴油。目前生物柴油生产主要有化学法和酶法合成，酶法合成生物柴油由于具有条件温和、醇用量小、产品易于收集、无污染物排放等优点，近年来备受关注(Enzymatic alcoholysis for biodiesel fuelproduction and application of the reaction to oil processing.J.Mol.Catal B：Enz.，17，133-142，2002)。用于催化合成生物柴油的脂肪酶主要有酵母脂肪酶、根霉脂肪酶、毛霉脂肪酶、猪胰脂肪酶等。在众多脂肪酶中，CALB(Candida antarcticlipase B，南极假丝酵母脂肪酶B，固定化商品酶novozyme435)的用途最为广泛，它对非水溶性和水溶性物质都用很强的催化活性。在转酯反应(Incorporation ofdocosahexaenoic acid(DHA)into evening primrose(Oenothera biennis L.)oil vialipase-catalyzed transesterification，Food Chem.，85，489-496，2004)中显示了较其它脂肪酶更为出色的催化性能。但目前酶法催化生物柴油存在的主要问题制约了酶法催化的应用：即合成生物柴油的底物之一的低碳醇，如甲醇或乙醇，抑制了酶的活性(Pretreatmentof immobilized Candida antarctica lipase for biodiesel fuel production from plantoil，J.Biosci.Bioeng.，90，180-183，2000)。研究表明，以甲醇或乙醇和甘油三酯为酶催化底物时，由于醇难溶于甘油三酯，致使酶周围醇的浓度增高，极性增强，导致酶的构象发生改变；并且强极性的低碳醇会与固定化酶novozyme435结合，从而干扰甘油三酯与酶的结合(Regeneration ofimmobilizedCandida antarctica lipase for transesterification，J.Biosci.Bioeng.，95，466-469，2003)，降低油脂转酯率。因此研究如何解决甲醇对酶的抑制问题，提高甲酯合成量，减少酶量，对酶在工业化的应用具有一定意义。-->Ectoine是由嗜盐菌在高渗透压诱导下合成的一种渗透压补偿溶质，具有两性离子性质，与酶分子能以氢键结合(An overview of the role and diversity ofcompatible solutes in Bacteria and Archaea，Adv.Biochem.Eng.Biotechnol.，61，117-158，1998)。研究表明，与许多渗透压补偿溶质相同，Ectoine对蛋白质、核酸、细胞等在逆环境下具有保护作用(Enzyme stabilization by ectoine-typecompatible solutes：protection against heating，freezing and drying，Appl.Microbiol.Biotechnol.，37，61-65，1992；Characterization of the synthetic compatible solutehomoectoine as a potent PCR enhancer，Biochem.Biophys.Res.Commun.，322，867-872，2004；Supplementation effect of ectoine on the thermostability ofphytase，J.Biosci.Bioeng.，102，560-563，2006；Effect ofcompatible solutes on therespiratory activity and growth of Escherichia coli K-12under NaCl stress，J.Biosci.Bioeng.，94，384-389，2002)。其作用机理符合补偿性溶质的三种假说，即“优先排阻学说”、“水替代”和“玻璃态”学说。
技术实现思路
本专利技术的目的在于利用Ectoine在逆环境下对蛋白的保护作用，提供一种提高脂肪酶催化生产生物柴油产率的方法。本专利技术所述的提高脂肪酶催化生产生物柴油产率的方法是将1，4，5，6-四氢-2-甲基-4-嘧啶羧酸(即Ectoine)加入到由脂肪酶催化植物油醇解的反应体系中。本专利技术的上述方法优选应用于由脂肪酶novozyme435催化植物油的脂肪酸甘油三酯与低碳醇(甲醇或乙醇)的酯交换反应生产脂肪酸低碳醇酯的反应体系。上述方法中，Ectoine添加量与脂肪酶用量相关，脂肪酶用量为反应底物质量的3～4％时，Ectoine添加量0.08～1.4mmol/L。如本说明书所述，现有技术中制约酶催化法的主要原因是合成生物柴油的底物之一的低碳醇，如甲醇或乙醇，抑制了酶的活性，甲醇的分批次投料可以在一定程度上降低反应体系酶周围环境的极性，有助于增加酶的稳定性，提高产率。本专利技术的专利技术人在试验中发现，按照本专利技术的上述技术方案，向脂肪酶催化植物油醇解的反应体系中加入Ectoine，对于整批投入低碳醇或分批次投入低碳醇的反应都有明显的增加产率的效果，当然，适用于不同投料方式时Ectoine的投料量不完全相同。-->采用将低碳醇在反应前一次性投入反应体系的方法时，Ectoine添加量为0.8～1.1mmol/L，优选0.8mmol/L。采用分2～4次加入低碳醇的方法时，Ectoine添加量为0.1～1.4mmol/L，优选1.1mmol/L。本专利技术所述的上述方法尤其适用于脂肪酶添加量为3.5％(质量)的反应体系。上述本专利技术的方法中，反应底物植物油与低碳醇，投料摩尔比为1∶4。本专利技术采用在反应体系中添加Ectoine的方法，实现了极性反应条件下对酶的保护，解决了低碳醇抑制novozyme435催化转酯反应的问题，有效地提高了脂肪酸低碳醇酯的产率。同时，这种方法简单易行，利于工业推广应用。附图说明本专利技术附图4幅：附图1是甲醇的投料方式对甲酯产率的影响；附图2是在甲醇的一次投料反应体系中，Ectoine对甲酯产率的影响；附图3是在甲醇的三次投料反应体系中，Ectoine对甲酯产率的影响；附图4是Ectoine添加与加酶量对甲酯产率影响的比较。具体实施方式以下为本专利技术的具体实施例，均以甲醇为低碳醇原料。如无特殊说明，本专利技术的实施例中使用：①材料脂肪酶：Novozyme435，购自丹麦诺维信公司；色谱纯的棕榈酸甲酯、十七烷酸甲酯、硬脂酸甲酯、油酸甲酯、亚油酸甲酯、购于Sigma公司；其它试剂和有机溶剂均为国产分析纯。棉籽油：购自辽宁省黑山县粮油批发站；E本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种提高脂肪酶催化生产生物柴油产率的方法，是在由脂肪酶催化植物油醇解的反应体系中添加１，４，５，６－四氢－２－甲基－４－嘧啶羧酸，即Ｅｃｔｏｉｎｅ。

【技术特征摘要】
1、一种提高脂肪酶催化生产生物柴油产率的方法，是在由脂肪酶催化植物油醇解的反应体系中添加1，4，5，6-四氢-2-甲基-4-嘧啶羧酸，即Ectoine。2、根据权利要求1所述的提高脂肪酶催化生产生物柴油产率的方法，其特征在于所述的脂肪酶催化植物油醇解的反应体系是脂肪酶novozyme435催化的植物油与低碳醇的酯交换反应体系。3、根据权利要求1或2所述的提高脂肪酶催化生产生物柴油产率的方法，其特征在于所述的Ectoine添加量与脂肪酶用量相关，脂肪酶用量为反应底物质量的3～4％时，Ectoine添加量0.08～1.4mmol/L。4、根据权利要求3所述的提高脂肪酶催化生产生物柴油产率的方法，其特征在于所述的低碳醇在...

【专利技术属性】
技术研发人员：张苓花，王越，
申请(专利权)人：大连海事大学，
类型：发明
国别省市：91[中国|大连]