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在石油资源日趋枯竭和需求量日益扩大的双重压力下,大力发展生物柴油对推动经济可持续发展、减轻环境压力、控制温室气体排放和建设低碳社会具有特别重要的战略意义。生物酶法合成生物柴油与其他方法相比,具有反应条件温和、醇用量小、对原料中水和游离脂肪酸含量要求低、无污染排放等优点。但目前商业脂肪酶一般价格较高,制约其在工业生产中的广泛应用。
土壤中蕴含丰富的微生物资源,而脂肪酶在微生物中分布广泛,因此本研究首先从富油土壤中自主筛选具有产脂肪酶活性的菌株,研究其酶学活性和生物学特性,寻求适于植物油脂酯化合成生物柴油的菌株,以期降低酶法制生物柴油的工业生产成本。利用维多利亚蓝法筛选得到一种产脂肪酶活性较好的菌株。经16S rRNA分子生物学鉴定,该菌株为阴沟杆菌(Enterobacter sp.)。本论文对该菌株产脂肪酶活性进行了研究。通过研究时间、温度等条件对阴沟杆菌产脂肪酶活性的影响,确定生产脂肪酶的最佳周期为4天,最佳培养温度为32℃。随着培养液pH从弱酸性向弱碱性,再向强碱性变化,脂肪酶活性先上升后下降,确定最佳pH为8.5。
游离酶易聚集成团,极不稳定,且不易分离,流失严重,使得酶法制生物柴油成本过高,所以酶的固定化技术得到一定发展。目前酶的固定化技术由于固化效率低和酶失活较严重,成本较高等原因,制约着该技术的产业化应用。本论文分别尝试和比较了几种脂肪酶固定法。吸附固定法:利用滤纸结合真空抽滤将发酵液中的脂肪酶固定到滤纸上,脂肪酶活性失活率约为50%;合成了一种多胺化壳聚糖金属配合物小球作为吸附载体,用来吸附产脂肪酶菌株全细胞,结果未检出活性;全细胞包埋法:将海藻酸钠与发酵液共同培养,之后在氯化钙溶液中钙化成球,得到包埋有产脂肪酶菌株的海藻酸钙凝胶颗粒,然后用壳聚糖溶液对海藻酸钙颗粒进行包埋,获得了一种包埋胶囊,海藻酸钙凝胶颗粒能够保持相应脂肪酶活性的32%左右,包埋胶囊未检出活性,但是剖开胶囊能够检测出少量活性。