 |
1.5.2 Биокаталитические процессы
|
|
|
|
1. 5. 2 Биокаталитические процессы
За последние два десятилетия липазы широко используются для ферментативной модификации масел, жиров и синтеза эфиров. Липаза преодолела недостатки в химическом методе производства биодизельного топлива и показала многообещающие результаты. Много интересных продуктов было получено из реакции с липазой, такие как какао-масло, структурированные липиды, алкильные эфиры и другие сопутствующие товары липидов (Боншер и Казлаускас 1999).
Несколько исследований показали производство алкилэфиров от ферментативного алкоголиза растительных масел и животных жиров с одноатомным спиртом различного назначения и применения, в частности, биодизельного топлива. Много попыток было сделано различными исследователями для разработки ферментативных процессов с помощью внеклеточных и внутриклеточных липаз в растворителе и без растворителя. Шимада и соавт. (1999) изучали производство жирных кислот метиловых эфиров из растительных масел с использованием иммобилизованной липазы Candida antarctica. Шау и др., (1991) изучали липазы этанолиза и изопропанолиза из глицерина с длинной цепочкой жирных кислот с использованием иммобилизованных липаз Pseudomonas. Селми и Томас (1998) изучали иммобилизованную липазу этанолиза подсолнечного масла в растворителе в среде без использования lipozyme. Каиеда и соавт. (1999) создали жирные кислоты метиловых эфиров из растительных масел без растворителя в системе с различными липазами, в том числе Rhizopus oryzae, P. cepacia.
C. Rugosa, Р. fluoresens, Р. roqueforti, С. Lypolytica, Candida sp. 99-125 показали интересные характеристики. Нельсон и соавт. (1996) проводили ферментативный алкоголиз триацилглицеридов (TAГ) с целью производства биодизеля. Когда проводился алкоголиз нескольких масел и жиров с помощью метанола и этанола с использованием иммобилизованных липаз Rhizomucor miehei в присутствии н-гексана в качестве растворителя, около 95% ТАГ были преобразованы в соответствующие метиловые (этиловые), сложные эфиры. Метанолиз говяжьего жира достигает 65% при аналогичных условиях реакции, но в отсутствии органических растворителей. Ступенчатое добавление метанола позволило произвести 93, 8%-ную переэтерификацию рафинированного соевого масла в системе без растворителя при повторном использовании иммобилизованной липазы С. antarctica в 25 циклов (Вантанабе и соавт., 2002). Дэнг и соавт. (2003), использовали липазу Candida sp. 99-125 в этерификации с петролейным эфиром в качестве растворителя и наблюдается 94%-ное преобразование в метиловый эфир. Косе и др.. (2002) исследовали алкоголиз рафинированного хлопкового масла в присутствии иммобилизованной липазы С. antarctica и было получено максимальное содержание метиловых эфиров (91, 5%) в оптимальных условиях реакции.
|
|
|
Влияние воды
Содержания воды является важным фактором ферментативной переэтерификации. Липазы показали максимальную активность с приблизительным содержанием воды в системе с низкой водной реакции. Активность липазы возрастает с увеличением воды до 15% массы масла. Этот эффект может быть связан с гипотезой, в которой говорится, что вода взаимодействует с гидрофильными группами, расположенными на поверхности молекулы фермента, изменение взаимодействия водородных связей внутри фермента и приводит к открытой форме конформации (пространственное расположение атомов в молекуле определенной конфигурации, обусловленное поворотом вокруг одной или нескольких одинарных сигма-связей) липазы. Кроме того, скорость конверсии несколько снижается, когда содержание воды более чем 15%. Было отмечено, что гидролиз масла легко происходит с высоким содержанием воды. Таким образом, в случае метанолиза масла равновесие реакции изменяется и наблюдается снижение активности фермента (Гао и соавт. 2006). Тведел и соавт. (1998) сообщили, что липазы R. delemar и R. meihei эффективно проводят алкоголиз жирных кислот в присутствии до 20% содержанием воды. Около 5% от исходного содержания воды была предложена как оптимум Шахом и Гупта (2007) в своей работе по производству биодизельного топлива из масла ятрофы с использованием различных липаз. Таким образом, оптимальный уровень начальной влажности зависит от типа используемого биокатализатора.
|
|
|
Влияние молярного соотношения
Влияние молярного соотношения в ферментативной переэтерификации широко обсуждался Шимада и соавт. (2002). Производство биодизеля возрастает с увеличением концентрации метанола до соотношения 3: 1, а затем уменьшается. В общем, переэтерификация требует полной растворимости метанола. Липаза инактивируются нерастворимым избытком метанола, который существует в виде мелких капель. Чтобы этого избежать инактивацию, нужно поэтапно добавлять метанол таким образом, чтобы сохранить количество метанола ниже предела растворимости (Шимада и соавт. (2002)). Необходимое количество метанола разделяют на три равные части и добавляют в разные интервалы времени. В качестве альтернативы многие исследователи использовали органические растворители (н-гексан, петролейный эфир и т. д. ).
Влияние температуры
Влияние температуры на ферментативную переэтерификацию было рассмотрено в диапазоне от 30 до 50 оС. Липазы показали более высокую активность при более высоких температурах. Было также установлено, что при повышении температуры выше 50 оС, фермент резко теряет свою активность. Таким образом, в непрерывных процессах, температура 40-50 оС была оптимальной для производства биодизеля. При повторной операции, было установлено, что липазы быстро потеряли свою активность при 40 оС и оптимальная температура, при которой липазы могли поддерживать высокую активность после многих опытов, оказалось 30 оС (Косе и соавт., 2002). Исо и др. (2001) исследовал влияние температуры на реакцию переэтерификации с использованием, как и свободной, так и иммобилизованной липазы в диапазоне температур от 40 до 70 оС. Коэффициент конверсии, в случае свободной липазы P. fluorescens, был самым высоким при 60 оС, в то время как активность липазы снизилась при 70 оС. Скорость реакции росла при той же температуре. Сравнение коэффициента конверсии при 70 оС показывает то, что термическая стабильность фермента увеличивается из-за иммобилизации. Тутер и соавт. (2004) обнаружили, что оптимальный температурный диапазон для С. antarctica 50-60 оС.
|
|
|
|
|
|
