 |
1.4 Переэтерификация ферментативным методом
|
|
|
|
1. 4 Переэтерификация ферментативным методом
Ферментативное производство возможно с использованием как внеклеточной (т. е. фермент извлечен из микроорганизмов-продуцентов, а затем очищен) и внутриклеточной липазы (фермент находится внутри клетки). В обоих случаях, фермент иммобилизован и исключает последующие операции, таких как разделение и переработку. Оба процесса высокоэффективны по сравнению со свободными ферментами. Основными организмами-продуцентами являются Mucor miehei, Rhizopus oryzae, Candida antarctica and Pseudomonas cepacia [1]
1. 4. 1 Липазы
Многие иммобилизованные липазы являются доступными. Наиболее широко используются Novozym 435, от Candida antarctica, иммобилизованная на макропористую акриловую смолу, Lipozyme RM IM, от Rhizomucor miehei, иммобилизованная на анионную смолу и Lipozyme TL IM, от Thermomyces lanuginosus, иммобилизованная на гель гранулированного кремнезема. Это все внеклеточные липазы. [2]
1. 4. 2 Внеклеточные липазы
Экономика имеет существенное значение в промышленности, поэтому липаза должна быть использована повторно. Таким образом, иммобилизация является важной, поскольку она может быть восстановлена и использоваться в непрерывных процессах. Стоимость липазы составляет более 90% от общей стоимости производства эфиров жирных кислот (Парк и соавт. 2006). Относительно высокие расходы, связанные с использованием дорогого материала-носителя липазы. Поэтому, дешевле проводить испытания на силикагеле (Hsu и соавт., 2002), целите (Суману и Bornscheuer, 2003) и каолините (ISO и др.., 2001), в качестве альтернативы дорогим органических смол. Парк и его сотрудники использовали различные частицы силикагеля и отметили, что активность липазы есть функция размера частиц и удельной поверхности. Тем не менее, скорость производства эфиров ЖК является функция от суммы липазы на поверхности носителя, и не зависит от общего количества иммобилизованной. Эти авторы информируют о повторном использовании иммобилизованного фермента без обнаружения инактивации (Парк и соавт., 2006). С другой стороны, сила иммобилизации определяет долговечность. Неполярная или слабо полярная, способствует межмолекулярное взаимодействие с маслом в пользу диффузии и активности липазы (Гао и соавт., 2006). Авторы достигли заметное улучшение в иммобилизации с помощью различных средств связи. Лучший результат был получен, когда связь проводилась в присутствии гептана (по сравнению с использованием буфера). Эти усовершенствования могут изменть молекулу липазы, что приведет к активации средней полярности (Паломо и соавт., 2002). Ферменты, используемые в иммобилизации, должны быть оптимизированы, чтобы избежать ограничение внутримолекулярной диффузии и/или агрегации липазы, которые сильно уменьшают конверсию триглицеридов в биодизельное топливо (Гао и соавт., 2006). [5]
|
|
|
Таблица 3 - Примеры исследовательских работ по ферментативным производствам биодизельного топлива[2]
| Масло | Фермент | Ацил-акцептор | Растворитель | Выход (%) |
| Подсолнечное | Novozym-435 | Метанол Метанол Этанол | Нет Петролейный эфир Нет | |
| Животное | Lipozyme IM-60 | Первичный спирт | Гексан | 94, 8 |
| Соевое | Novozym | Вторичный спирт | Гексан | 61, 2 |
| Рапсовое | Lipozyme IM Lipozyme IM | Метанол Этанол | Нет Нет | 19, 4 65, 5 |
| Соевое | Rhizopus oryzae lipase | Метанол | Нет, вода 4-30% масс. | 80-90 |
| Пальмовое | Lipase PS-30 | Метанол Этанол | Нет Нет | |
| Соевое | Novozym-435 | Метанол | Нет | |
| Соевое (неочищ. ) | Candida Antarctica lipase | Метанол | Нет | 93, 8 |
| Соевое | Novozym-435 | Метилацетат | Нет | |
| Триолеиное | Различные коммерческие липазы | Линейный спирт Сивушные масла | Нет | |
| Соевое | Lipase PS | Метанол Этанол | Нет Нет | |
| Растительное | Candida sp. | Метанол | Нет | |
| Для жарки | ||||
| Рапсовое | Lipozyme IM Novozym-435 | Метанол Метанол | Т-бутанол Т-бутанол | |
| Ятрофа | Novozym-435 | 2-пропанол | Гексан | |
| Ятрофа | Novozym-435 | Этилацетат Этилацетат | Нет Нет | 91, 3 92, 7 |
| Водоросли | Candida sp. | Метанол | Гексан | |
| Хлопковое | Novozym-435 | Метанол | Т-бутанол |
|
|
|
Продолжение таблицы 3
| Масло | Фермент | Ацил-акцептор | Растворитель | Выход (%) |
| Растительное | Novozym-435 Lipozyme IM | Метанол Этанол | Нет | |
| Водоросли | Различные коммерческие липазы | Длинноцепочный спирт | Гексан | - |
| Отходы растительного масла (2, 5% свободных жирных кислот | Novozym-435 | Метанол | Нет | > 90 |
| Кислотное масло(77. 9% свободных жирных кислот) | Novozym-435 | Метанол | Нет | > 90 |
| Соевое (28% свободных жирных кислот) | Novozym-435 Lipozyme IM | Метанол | Т-бутанол |
1. 4. 3 Внутриклеточные липазы
Эффективность процесса может быть увеличена с помощью внутриклеточных липаз вместо внеклеточной липазы, которая нуждается в комплексной очистке до иммобилизации. Сравнение процесса иммобилизации вне- и внутриклеточной липаз показаны на рисунке 3. Отсюда видно, что значительное снижение затрат достигается при иммобилизации внутриклеточной липазы. [1]
| Выращивание |
| Выращение + иммобилизация |
| Разделение |
| Очистка |
| Иммобилизация |
| Метанолиз |
| Разделение |
| Метанолиз |
Рисунок 3 - Сравнение этапов иммобилизации а) внеклеточной и б) внутриклеточной липаз.
Основным недостатком производства биодизельного топлива с помощью внеклеточных ферментов, является относительно высокая стоимость липазы. Одним из способов снижения стоимости является отказ от процессов восстановления и очищения липазы от ферментационной среды и использование всей поверхности фермента в процессе производства. Однако с помощью внутриклеточных липаз процесс идет медленнее, чем при использовании внеклеточных липаз (Тамалампади и соавт. 2008). Внутриклеточная липаза была впервые разработана для производства биодизеля Мацумото и соавт. (2001).
|
|
|
В последнее время биокатализаторы развиваются с помощью внутриклеточных липаз из других организмов. Таким образом, Фукуда и его коллеги разработали дрожжевые клетки, являющиеся мутированными липазами Candida antarctica, преимущество которых короткая цепочка жирной кислоты и более высокая термическая стабильностью, чем у липазы R. oryzae (Като и соавт., 2007). [1]
|
|
|
