本发明专利技术提供一种在利用脂肪酶催化油脂制备生物柴油的过程中，采用组合膜工艺回收游离脂肪酶的方法，可有效解决游离脂肪酶的回用问题，其是先通过一道粗滤膜实现部分游离脂肪酶以及油脂类物质的拦截，然后将渗透液进一步采用孔径较小的精滤膜进行余下游离脂肪酶的回收，这种组合膜工艺可以显著缩短酶的回收时间，降低水相中油脂类物质对精滤膜的污染，该法对提高生产效率，延长膜的使用寿命以及降低游离酶回收成本等都具有非常重要的意义，从而使得游离脂肪酶在生物柴油制备领域中具有很好的应用前景。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及生物化工领域，具体地说，涉及。
技术介绍
油脂工业的新前景-生物柴油是由生物油脂原料通过转酯反应生成的长链脂肪酸酯类物质，是一种新型的无污染可再生能源。生物柴油的燃烧性能可以与传统的石油系柴油媲美，由于生物柴油燃烧后发动机排放出的尾气里有害物质比传统石化柴油降低了 50 %，因此生物柴油的研究和应用已经受到了广泛的关注。目前生物柴油主要是用化学法生产，即用动植物油脂和一些低碳醇(甲醇或乙醇)在碱或者酸性催化剂作用下进行转酯反应，生成相应的脂肪酸甲酯或乙酯。化学法制备生物柴油存在如下一些不可避免的缺点①油脂原料中的游离脂肪酸和水严重影响反应的进行；②甲醇在油脂中溶解性不好，易导致乳化液的形成从而使得后续处理过程复杂； ③工艺要求甲醇用量大大超过反应摩尔比，过量甲醇的蒸发回流增大过程能耗。由于利用生物酶法合成生物柴油具有反应条件温和、无污染物排放、油脂原料中的游离脂肪酸和少量水不影响酶促反应等优点，符合绿色化学的发展方向，因而日益受到人们的重视。但同化学方法相比，生物酶的成本过高，这已成为制约酶法产业化生产生物柴油的主要瓶颈。固定化脂肪酶可以重复使用，这可以在一定程度上降低酶的使用成本。但固定化酶的制备成本很高，其中绝大部分成本归结于酶的下游过程操作成本，即酶的分离、纯化和固定化。故直接利用游离脂肪酶作为催化剂，则可以有效省去酶的分离、纯化和固定化等程序，可以大幅度降低酶的制备成本。然而，在利用游离脂肪酶作为催化剂催化可再生油脂原料制备生物柴油的过程中，能否实现游离脂肪酶的多次回用是降低酶成本的关键，也是游离脂肪酶能否最终应用于生物柴油制备领域的主要制约因素。在利用游离脂肪酶催化油脂制备生物柴油的过程中，反应结束后通过离心或静置分层实现油相和水相的分离，游离脂肪酶富集在水相，水相中除了游离脂肪酶外，还有水、 副产物甘油以及一些油脂类物质。本专利技术人在CN101419322A中提出采用一次膜工艺进行水相中游离酶的回收并重复利用回收后的游离脂肪酶用于下一批次的催化反应。然而，进一步研究发现，离心或静置分层后，水相中含有少许的油脂类物质(中性油脂、游离脂肪酸、生物柴油以及一些单双甘油酯等)对孔径较小(拦截分子量大于15000Da)的膜性能有严重负面影响，如果采用一次膜回用工艺，整个过程操作时间较长，酶蛋白回收效率低。
技术实现思路
本专利技术旨在克服现有酶法催化油脂制备生物柴油的过程中膜回用工艺的不足，提供一种利用膜组合回收游离脂肪酶的新方法。为了实现本专利技术目的，本专利技术提供的，其是以短链醇ROH作为反应酰基受体，利用游离脂肪酶作为催化剂催化油脂原料与短链醇进行反应合成生物柴油，反应结束后，利用膜组合分离方法进行游离脂肪酶的回收，再利用回收的液体脂肪酶进行下一批次的反应。所述膜组合分离方法为先用孔径较大的粗滤膜对反应后水相进行第一次浓缩，收集滤液，然后用另一孔径较小的精滤膜对滤液进行第二次浓缩，合并两次回收的游离脂肪酶，用于下次的催化反应。前述的方法中，所述粗滤膜为20-100nm的金属膜或陶瓷膜，或截留分子量在 20000Da以上的有机膜。前述的方法中，所述精滤膜为5-20nm的陶瓷膜或金属膜，或截留分子量为 5000-20000Da 的有机膜。前述的方法中，所述脂肪酶是来源于酵母、霉菌、细菌或其它微生物的脂肪酶，或它们的组合。优选所述脂肪酶是来源于南极假丝酵母(Candida antarctica)、米黑根毛霉 (Rhizomucor miehe)、嗜热丝抱菌(Thermomyces lanuginosus)或米曲霉(Aspergillus oryzae)的脂肪酶，或它们的组合。前述的方法中，所述短链醇ROH中R为具有1-5个碳原子的烷基，且短链醇的添加方式为间歇分批多次加入或连续流加的方式。优选所述短链醇为甲醇、乙醇、丙醇、丁醇、戊醇中的一种或多种。前述的方法中，所述油脂为生物油脂，包括植物油脂、动物油脂、废食用油、油脂精练下脚料、微生物油脂或各种废弃油脂。其中，所述植物油脂为蓖麻油、菜籽油、大豆油、花生油、玉米油、棉籽油、米糠油、 棕榈油、棕榈油脂肪酸、文冠果油、小桐籽油等中的一种或多种。所述动物油脂为鱼油、猪油等。所述微生物油脂为酵母油脂、微藻类油脂等。具体地，在利用游离脂肪酶催化油脂制备生物柴油的过程中，首先加入基于油脂 4-6摩尔的短链醇(可以采取间歇分批多次加入或连续流加的方式)，加入基于油脂质量 2% -20%的水，加入基于单位油脂质量20-200个酶活单位的液体脂肪酶(包括各种来源的脂肪酶，特别包括来源于南极假丝酵母、米黑根毛霉、嗜热丝孢、米曲霉的脂肪酶)，不同来源的脂肪酶可以组合起来使用，在适于酶反应的任何生化反应器中进行反应，温度控制在35°C 50°C，反应4-12小时后，油脂原料转化生成生物柴油的得率超过90%。反应结束后，静置或离心分出油相和水相(油相为生物柴油相，水相主要为脂肪酶、副产物甘油及少许油脂类物质)，然后再利用组合膜工艺进行水相中游离酶的回收，即先用孔径较大的粗滤膜对反应后水相进行第一次浓缩，实现部分游离脂肪酶和水相中油脂类物质的回收，然后再将渗透液经过另一孔径较小的精滤膜装置，进行余下游离脂肪酶的回收。本专利技术首次提出在利用游离脂肪酶催化油脂制备生物柴油的过程中，采用组合膜工艺进行游离脂肪酶的回收，有效解决了游离脂肪酶的回用问题。先通过一道粗滤膜实现部分游离脂肪酶以及油脂类物质的拦截，然后将渗透液进一步采用孔径较小的精滤膜进行余下游离脂肪酶的回收，这种组合膜工艺可以显著缩短酶的回收时间，降低水相中油脂类物质对精滤膜的污染，该法对提高生产效率，延长膜的使用寿命以及降低游离酶回收成本等都具有非常重要的意义，从而使得液体脂肪酶在生物柴油制备领域中具有很好的应用前旦ο附图说明图1为本专利技术的酶法催化油脂制备生物柴油的过程中组合膜回收脂肪酶的工艺流程图。具体实施例方式以下实施例用于说明本专利技术，但不用来限制本专利技术的范围。若未特别指明，实施例中所用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段，所用原料均为市售商品。实施例1将摩尔比为4 1的甲醇和大豆油(3kg)，加入基于油脂质量3%的水，装入5L反应器中搅拌均勻，水浴加热至40°C后，加入基于单位油脂质量200个酶活单位的来源于米曲霉(Aspergillus oryzae)的游离脂肪酶，反应转速控制在600rpm，甲醇在4个小时内勻速加入，8小时生物柴油得率为94%。反应结束后，离心分出油相和水相，进而利用膜分离回收水相中的游离脂肪酶。先选用膜孔径IOOnm的金属膜截留部分游离脂肪酶以及水相中的油脂类物质，而后将渗透液再经过截留分子量为5000Da的有机膜，进行余下游离脂肪酶的回收。整个过程游离脂肪酶的回收率高达96.5%。实施例2将摩尔比为4. 5 1的乙醇和大豆油(3kg)，加入基于油脂质量3%的水，装入5L 反应器中搅拌均勻，水浴加热至40°C后，加入基于单位油脂质量40个酶活单位的来源于米曲霉(Aspergillus oryzae)的游离脂肪酶，反应转速控制在600rpm，乙醇在8个小时内勻速加入，12小时生物柴油得率为92%。反应结束后离心分出油相和水相，进而利用膜分离回收水相中的游离脂肪酶，先选用膜孔径20本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：杜伟，朱罗乐，刘德华，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：
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