酶法合成脂肪酸酯類生物基增塑劑的研究.pdf

1、以油酸甲酯、棕櫚酸甲酯、硬脂酸甲酯為代表的脂肪酸甲酯和環(huán)氧大豆油等環(huán)氧酯是環(huán)保型增塑劑的重要組成成分。脂肪酶作為一種天然催化劑，同時具有催化酯化反應(yīng)和環(huán)氧化反應(yīng)的能力，且具有反應(yīng)條件溫和綠色環(huán)保的優(yōu)點。因此，本文以假絲酵母(Candida sp.99-125)脂肪酶作為催化劑，嘗試合成脂肪酸甲酯和環(huán)氧酯。
　　增塑劑廣泛應(yīng)用于食品包裝，兒童玩具和醫(yī)用制品中，對原料來源和安全性要求高，不適宜以地溝油等廢油為原料進行生產(chǎn)。因此，本文以

2、脂肪酸為原料，采用酯化反應(yīng)的方式合成脂肪酸甲酯。相比于生物柴油生產(chǎn)所采用的轉(zhuǎn)酯化反應(yīng)，Candida sp.99-125脂肪酶催化酯化反應(yīng)的速率更快。此外，反應(yīng)中無甘油生成，甲酯的分離難度低，而且體系的黏度小，有利于脂肪酶的多批次使用。
　　酶催化的酯化反應(yīng)存在兩個主要問題:①傳統(tǒng)工藝中，通常需要使用高揮發(fā)性的有機溶劑，因此存在底物濃度低和安全性差的缺點。②在反應(yīng)后期，由于產(chǎn)物水的積累，脂肪酶會發(fā)生吸水團聚，分散性降低且容易失活。

3、針對這兩個問題，本文利用油酸的溶解性，實現(xiàn)了無溶劑生產(chǎn)，并利用硅藻土等疏水性載體對脂肪酶進行改性，提高了酶的分散性，有效的防止了酶的團聚。本文還通過甲醇的流加降低了酶活力的損失，并在甲醇流加的間歇，以干空氣帶水的方法，降低體系中的水含量，以防止酶的團聚。在35℃，300rpm，甲醇流速35.5mL·h-1，反應(yīng)8h的條件下，油酸的轉(zhuǎn)化率可達到90％。酶制劑可在5L反應(yīng)器中連續(xù)使用240 h，每一批的酶用量僅為47U/g底物。
　　

4、研究時還發(fā)現(xiàn)，Candida sp.99-125脂肪酶的發(fā)酵液具有催化酯化反應(yīng)的能力，且脂肪酸甲酯在發(fā)酵液的催化作用下水解速率緩慢。因此，本文開發(fā)了脂肪酶發(fā)酵液催化一級反應(yīng)，硅藻土固定化酶催化二級反應(yīng)的酯化新工藝。由于發(fā)酵液中的脂肪酶不會發(fā)生團聚，因此該工藝的一級反應(yīng)無需控制反應(yīng)生成的水，省去了通氣脫水步驟。在對一級反應(yīng)料液進行脫水后，二級反應(yīng)中固定化酶需要耐受的水的負荷也相應(yīng)減少，更有利于工藝的放大。在35℃，250 rpm，油酸、甲

5、醇摩爾比1∶1.2，脂肪酶發(fā)酵液100U/g底物，發(fā)酵液與水的總量為底物質(zhì)量10％的條件下，脂肪酸在30L反應(yīng)體系內(nèi)可以在7h內(nèi)達到75％的轉(zhuǎn)化率。使一級反應(yīng)的料液自然沉降，上層料液用于硅藻土酶催化的二級反應(yīng)，脂肪酸的轉(zhuǎn)化率可在4h內(nèi)達到97％。
　　本文還驗證了Candida sp.99-125脂肪酶催化環(huán)氧化反應(yīng)的可行性，并采用了無溶劑的環(huán)氧化工藝。在此基礎(chǔ)上，分別對比了脂肪酶催化大豆油、油酸和油酸甲酯環(huán)氧化的催化效率，選擇了