首页> 中文学位 >新型磁响应性脂肪酶的开发及其催化合成生物柴油工艺的研究
【6h】

新型磁响应性脂肪酶的开发及其催化合成生物柴油工艺的研究

代理获取

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1.1 脂肪酶法制备生物柴油的研究进展

1.1.1 微生物脂肪酶的结构与性质

1.1.2 微生物脂肪酶催化酯交换反应的机制

1.1.3 脂肪酶催化的底物专一性

1.1.4 影响酶法制备生物柴油的因素

1.2 酶法制备生物柴油工业化过程所面临的问题及研究方向

1.2.1 脂肪酶分子的定向设计

1.2.2 脂肪酶的固定化技术及纳米磁载体的应用

1.2.3 脂肪酶的化学修饰

1.3 本论文选题思想与研究目的

1.3.1 本论文的工作基础及选题思想

1.3.2 本论文拟解决的问题

1.3.3 研究目的与意义

1.4 本论文研究内容及技术路线

1.4.1 研究内容

1.4.2 技术路线

参考文献

第二章 磁响应性脂肪酶制备工艺的研究

引言

2.1 实验试剂及设备

2.1.1 主要试剂

2.1.2 主要仪器设备

2.1.3 主要溶液的配制

2.2 磁响应性脂肪酶的合成

2.2.1 水溶性单分散纳米氧化铁的合成

2.2.2 磁响应性脂肪酶制备

2.2.3 磁响应性脂肪酶制备过程中影响因素的考察

2.3 磁响应性脂肪酶表征方法

2.3.1 形貌观察及粒径分布

2.3.2 MION水溶液中纳米Fe3O4颗粒浓度的测定

2.3.3 MION水溶液中纳米Fe3O4颗粒表面羧基浓度的测定

2.3.4 脂肪酶活性测定

2.3.5 脂肪酶蛋白质含量的测定

2.3.6 脂肪酶比活力的计算

2.3.7 纳米Fe3O4-COOH颗粒及MRL在溶液中的稳定性考察

2.4 结果与讨论

2.4.1 纳米Fe3O4颗粒的形貌及粒径分布分析

2.4.2 MION水溶液中纳米Fe3O4颗粒浓度的测定

2.4.3 MION水溶液中纳米Fe3O4颗粒表面羧基含量测定

2.4.4 脂肪酶蛋白质浓度的测定

2.4.5 MRL制备过程中影响因素分析

2.4.6 纳米Fe3O4-COOH粒子及MRL在溶液中的稳定性考察

2.4.7 游离TLL与MRL酶活力及比活力的比较

2.5 小结

参考文献

第三章 磁响应性脂肪酶理化性质的研究

引言

3.1 主要试剂及仪器设备

3.1.1 主要试剂

3.1.2 主要仪器设备

3.2 主要分析方法

3.2.1 磁响应性脂肪酶物理性质表征

3.2.2 磁响应性脂肪酶酶学性质研究

3.2.3 磁响应性脂肪酶反应动力学研究

3.3 结果与讨论

3.3.1 磁响应性脂肪酶物理性质

3.3.2 磁响应性脂肪酶酶学性质研究

3.3.3 磁响应性脂肪酶反应动力学研究

3.4 小结

参考文献

第四章 磁响应性脂肪酶催化合成生物柴油的研究

引言

4.1 主要试剂及仪器设备

4.1.1 主要试剂

4.1.2 主要仪器

4.2 主要分析方法

4.2.1 大豆油分子量的确定

4.2.2 生物柴油的定量分析

4.2.3 生物柴油的制备

4.2.4 游离TLL和MRL制备生物柴油的操作稳定性考察

4.3 结果与讨论

4.3.1 大豆油平均分子量的确定

4.3.2 生物柴油中FAMEs分析方法的建立

4.3.3 生物柴油制备过程影响因素的考察

4.3.4 游离TLL生物柴油制备工艺的优化

4.3.5 MRL生物柴油制备工艺的优化

4.3.6 游离TLL和MRL制备生物柴油过程的分析

4.3.7 游离TLL和MRL制备生物柴油的重复使用性及操作稳定性

4.4 小结

参考文献

第五章 磁响应性复合脂肪酶的制备及其生物柴油合成工艺研究

引言

5.1 主要试剂及仪器

5.2 主要分析方法

5.2.1 磁响应性复合脂肪酶的制备方法

5.2.2 磁响应性复合脂肪酶酶学性质研究

5.2.3 游离脂肪酶与磁响应性复合脂肪酶的稳定性

5.2.4 磁响应性复合脂肪酶催化制备生物柴油工艺

5.2.5 游离PEL和MRCL制备生物柴油的操作稳定性考察

5.3 结果与讨论

5.3.1 磁响应性复合脂肪酶制备方法的确定

5.3.2 磁响应性复合脂肪酶酶学性质研究

5.3.3 游离脂肪酶PEL与磁响应性复合脂肪酶MRCL的稳定性

5.3.4 生物柴油制备过程影响因素的考察

5.3.5 游离PEL生物柴油制备工艺的优化

5.3.6 MRCL生物柴油制备工艺的优化

5.3.7 游离PEL和MRCL制备生物柴油的重复使用性及操作稳定性

5.4 小结

参考文献

第六章 结论与展望

6.1 主要结论

6.2 主要创新点

6.3 展望

致谢

攻读学位期间发表的学术论文目录

展开▼

摘要

在目前所研究的可再生清洁燃料中,生物柴油除了其可再生性及污染物排放少的优良特性之外,还具有以下独特之处:(1)可以与柴油进行任意比例混匀但不影响柴油的物理性质;(2)可完全被生物降解;(3)可直接用于现有的柴油发动机而不需对其进行任何改动。因此,良好的适应性、安全性和经济性使生物柴油在众多的可再生能源中脱颖而出,倍受科研工作者的广泛关注。
  在合成生物柴油的酯交换反应中,酶催化转化技术由于其良好的环境效应而成为最有前景的生物柴油合成方法。但现已开发的酶催化法大多存在脂肪酶价格昂贵、催化效率低等问题,使酶催化转化技术往往不能同时兼顾生产成本及催化效率而难以实现产业化。因此,开发价格低廉、催化效率高的脂肪酶并将其应用于生物柴油的合成具有非常重要的意义。本论文针对目前存在的问题,从脂肪酶的改造及生物柴油合成工艺的改进入手,以提高酶催化活力、降低酶的生产成本,做了以下工作。
  (1)借鉴固定化思想,采用共价偶联法,在疏棉状嗜热丝孢菌脂肪酶(Thermomyces lanuginosus lipase,TLL)分子上偶联纳米Fe3O4-COOH颗粒制备得到磁响应性脂肪酶(magnetic responsive lipases,MRL),通过外加磁场实现了脂肪酶的分离回收并考察了影响MRL合成过程的因素。在最佳偶联反应条件下所制备得到的MRL其酶活力为23.02 U/mL,比活力为93.18 U/mg;虽然其酶活力仅相当于纯酶的31%,但比活力却为纯酶的128%。说明经过纳米Fe3O4-COOH颗粒的修饰后,单位脂肪酶所具有的催化活性提高了。同时,通过合理估算纳米Fe3O4-COOH颗粒浓度及表面游离羧基浓度,大致知道每个纳米Fe3O4颗粒表面约含160-170个可供反应的羧基;通过MRL的蛋白质含量,推测了MRL分子中纳米颗粒与脂肪酶分子的个数比为8;通过TEM(Transmission electron microscope)图像分析,考察了脂肪酶的引入对纳米Fe3O4颗粒分散性的影响;通过对不同溶液中纳米Fe3O4颗粒及MRL粒子的Zeta电位测定,分析了纳米Fe3O4颗粒的引入对增加所制备的MRL复合物在水溶液中稳定性的作用。
  (2)通过XRD(X-ray diffractometer)、AFM(Atomic force microscope)、FTIR(Fourier transform infrared microscope)、XPS(X-ray photoelectronspectroscopy)等表征手段对游离TLL和MRL的晶体结构、三维形貌、分子结构及表面元素进行了分析并预测了MRL的立体结构。结果显示经纳米Fe3O4-COOH颗粒的修饰合成了磁响应脂肪酶,由于纳米Fe3O4颗粒的存在而使酶的分子结构发生了变化,从对蛋白质二级结构的分析发现,其α-螺旋的增加和β-折叠含量的降低使酶的分子结构变得更加稳定;并以催化橄榄油水解反应考察了游离TLL和MRL的催化特性。与游离TLL相比,所制备的MRL具有更高的热稳定性、pH稳定性和贮藏稳定性并且可以利用外加磁场进行分离回收,其操作稳定性良好。
  (3)确定了MRL催化转酯化反应制备生物柴油的工艺。通过响应性设计,充分考虑影响生物柴油合成过程中的主要因素,得到了其最优制备工艺。在最优制备工艺下:醇油摩尔比为4,分三次等量加入甲醇,酶用量为豆油质量的9%,体系含水量为1.5%,反应温度为41℃,反应28h后豆油转化率为81.48±0.77%,是游离TLL的1.2倍;分析了游离TLL和MRL在生物柴油合成过程中的酰基转移现象,微量水的存在导致了sn-2位上酰基的转移,而且纳米Fe3O4-COOH颗粒载体有利于sn-2位上酰基的转移从而提高了MRL的酯交换率;考察了MRL制备生物柴油的操作稳定性,MRL在重复使用10个批次后其大豆油转化率和脂肪酸甲酯(fatty acid methylesters,FAMEs)得率仅降低了10.96%,说明所制备的MRL的操作稳定性好。与文献相比,在获得高转酯化效率的同时,使酶的用量降低且实现了多次的重复使用。
  (4)为进一步提高脂肪酶合成生物柴油的催化效率,首次采用共固定化技术将具有1,3位酯键专一性的MRL与无位置专一性的扩展青霉脂肪酶(Penicillium expansum lipases,PEL)联合制备了磁响应性复合酶(magneticresponsive compound lipases,MRCL),在最优工艺条件下得到大豆油转化率为97.87±0.51%,FAMEs得率为98.73±0.51%;与游离PEL和MRL相比,其转化率分别提高了24.20%和20.12%;在重复使用10个批次后,其转化率和FAMEs得率仅降低了12.31%,操作稳定性良好。该MRCL同时兼顾了生物柴油合成工艺低的生产成本及高的转酯化效率,因此在催化生物柴油工艺中具有更高的经济效益。

著录项

相似文献

  • 中文文献
  • 外文文献
  • 专利
代理获取

客服邮箱:kefu@zhangqiaokeyan.com

京公网安备:11010802029741号 ICP备案号:京ICP备15016152号-6 六维联合信息科技 (北京) 有限公司©版权所有
  • 客服微信

  • 服务号