叔戊醇用量少,甲醇及大豆油不能完全混溶,没有溶解的甲醇仍会使脂肪酶失活;用量过多则稀释了反应体系中大豆油及甲醇的浓度,使转酯反应速度减慢,产率降低。实验在预实验的基础上选择了叔戊醇用量范围0.5~4倍大豆油体积作为研究范围。反应体系为:1.78 g 大豆油。脂肪酶,醇油摩尔比为。反应 15 h,考察叔戊醇的添加量对转酯反应的影响(图 2)。在叔戊醇的体积为大豆油 1~1.5 倍时候产率最高,达到。叔戊醇/油(体积比)率产%/602010图 2 叔戊醇添加量对转酯反应的影响2.4 醇油摩尔比对转酯反应的影响在脂肪酶用量为 2%,反应温度为 40 ℃,反应时间 15 h 的条件下,考察醇油摩尔比对转酯反应的影响。如图 3 所示,随着甲醇用量的增加,产率增加;当醇油摩尔比为 3 时产率达到最高为 97%;继续增加醇油的摩尔比,产率并没有进一步提高,当醇油摩尔比达到 6 时,产率急速降低。这可能是因为在醇油摩尔比从 3 增加到 5 的过程中,反应介质叔戊醇可以充分溶解甲醇的量,从而降低了甲醇对酶活性的破坏,增强了脂肪酶对甲醇的耐受能力;当醇油摩尔比达到 6 时,叔戊醇不能溶解过量的甲醇,而这部分不能溶解的甲醇大大降低了酶的活性,从而使产率急剧降低。由此可知在以叔戊醇为介质的反应体系中最高可耐受醇油比为 5。在传统的反应介质中,甲醇普遍采取分次流加的方式加入到反应体系中,然而酶对甲醇耐受能力仍无法得到明显的提高,而在叔戊醇反应体系中,不但酶可以提高对甲醇耐受能力而且采用一次添加的方式大大降低了操作的复杂程度。从酶的操作稳定性及产品成本考虑,选择醇油摩尔比 3 为底物摩尔比例。2.5 反应温度对转酯反应的影响反应温度的高低不仅影响底物的溶解状态而且。反应时间/h率产%/醇油摩尔比3456图 3 醇油摩尔比对转酯反应的影响第 2 期 郑妍等:叔戊醇体系酶促大豆油制备生物柴油 233影响底物在反应体系中的传质过程,同时还对酶的活性和操作稳定性有较大的影响。较高的反应温度可以降低反应体系传质黏度,加快底物分子热运动的速度,提高由反应体系向固定化酶表面运动的传质系数。研究表明,适当提高反应的温度可提高酶的活性,有助于反应向正反应方向进行。另一方面,过高的反应温度对酶的空间结构影响较大,使酶的活性降低并减少酶的使用寿命,导致反应速度降低。实验在反应体系 1.78 g 大豆油。醇油摩尔比为。下反应 15 h,考察不同温度对转酯反应的影响。由图 4 可知随着温度升高(30~40 ℃),产率逐渐增加,温度继续升高,转化率增加较为缓慢,为了降低能量的消耗,选择 40℃为最佳反应温度。温度/℃率产%/1006595图 4 温度对转酯反应的影响2.6 酶添加量对转酯反应的影响在醇油摩尔比为 3,反应介质与大豆油体积比为 1,摇床转速为 180 r/min,反应温度为 40 ℃条件下考察酶的添加量对转酯反应的影响。从图 5 可知,随着酶添加量的增加,产率逐渐增加,当脂肪酶用量从 0.5%增加到 2%的过程中,大豆油的转化率上升较明显;当脂肪酶用量从 2%增加至 2.5%的过程中,大豆油的转化率也在增加,但上升趋势较。反应时间/h率产%/酶添加量。图 5 酶的添加量对转酯反应的影响小。这说明当加酶量为 2%时,酶的活性中心已经被底物饱和。2.7 水含量对转酯反应的影响在有机介质中,微量水对维持酶的构象以及发挥催化作用是必需的。在一定范围内,随着水含量的增加,酶活也逐渐提高,但是过多的水会导致酶活性的降低以及底物的水解。因而确定水分含量对一个特定的反应是必须的。实验在反应体系在 1.78 g大豆油。醇油摩尔比为 3 下反应15 h,考察不同水含量对转酯反应的影响(图 6)。由图 6 可见,当含水量从 1%增加到 2%时,产率达到最大为 97%,继续增加系统含水量,产率降低。这可能是由于在过量水存在的条件下,反应向水解方向进行;另外,通过观察发现随着水含量的继续增加,酶聚集在一起,这也可能造成酶失活,反应产率降低。因此确定 2%为最佳反应体系含水量,这与。脂肪酶在环己烷中催化大豆油、葵花籽油制备生物柴油所需的含水量相似。水含量/%率产%/2图 6 水含量对转酯反应的影响3 结 论(1)确定了脂肪酶。在叔戊醇反应体系中催化大豆油制备生物柴油的最佳反应条件为:最佳醇油摩尔比为 3,脂肪酶添加量为 2%(质量分数),叔戊醇用量为 1 倍大豆油体积,反应温度40 C,反应时间 15 h,系统含水量 2%,生物柴油产率可达到 97%。(2)以叔戊醇作为反应介质的反应体系中,脂肪酶Novozym 435可有效催化大豆油转化为生物柴油,与传统的酶法制备,叔戊醇作为反应介质,甲醇的毒性及副产物甘油对酶活的抑制得到了很好的改善。(3)在叔戊醇反应介质的体系中,脂肪酶表现(下转第 258 页)258化 工 进 展 2009 年第 28 卷。林华香,王绪绪,付贤智. TiO2表面羟基既然性质[J]. 化学进展。袁昌来,董发勤. 银镨复合掺杂二氧化钛纳米材料的光催化活性[J]. 硅酸盐学报。梁金生,金宗哲,王静,等.环境净化功能 M/TiO2纳米材料光催化活性的研究[J].硅酸盐学报。余淑娴,柳闽生,余启名,等. Zn(Ⅱ)和 La(Ⅲ)共掺杂 TiO2纳米晶多孔膜电极光电化学行为研究[J]. 分析测试学报。刘崎,陈晓青,杨娟玉,等. 双元素掺杂对纳米二氧化钛光催化降解甲基橙的影响[J]. 河南化工。吴国枝,吴纯德,张捷鑫,等. 超声-Cd2+/N 共掺杂 TiO2可见光催化降解苯酚的研究[J]. 环境科学与技术。上接第 233 页)出很好的操作稳定性,反应进行 160 批次后,仍然保持很高的生物柴油产率,为酶催化制备生物柴油的工业化提供了理论的基础。参 考 文 献。吴义真,邹有土,林琳. 酶催化合成生物柴油的瓶颈问题既然对策[J]. 中国生物工程杂志。刘志强,李堂,黄朋,等. 叔丁醇体系脂肪酶催化菜籽油制备生物柴油[J]. 农业工程学报。刘学军,马婕,朴香兰,等. 叔丁醇共溶剂用于制备生物柴油的研究[J]. 化学工程。黄瑛,高欢,郑海,等. 脂肪酶协同催化猪油合成生物柴油工艺研究[J]. 中国生物工程杂志。