脂肪酶产生菌的筛选与固定化及其在离子液中催化活性研究

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生物柴油是以动植物油脂为原料制造的可再生能源。酶法催化合成生物柴油具有反应条件温和、产物易分离及无污染物排放等优点,具有很好的发展前景。针对酶法催化过程中催化剂昂贵、醇油互溶度小及酶活性和稳定性较低等问题,本文开展了菌株选育、发酵条件优化、制备固定化细胞以及离子液体的制备和催化合成生物柴油实验研究,主要内容和结果如下:(1)脂肪酶产生菌的筛选及鉴定。以橄榄油为底物,溴甲酚紫为指示剂的油脂同化培养基,从含油土壤中分离出一株产脂肪酶菌株;根据微生物分类学方法对筛选菌株进行初步鉴定,确定该菌株为青霉属(Penicillium),并命名为Penicillium camembertii Thom NS27; 30℃、200 r/min下摇瓶发酵72 h,菌株发酵初始水解酶活为76 U/g dry cell,合成酶活为0.41 U/g dry cell.(2)发酵条件优化和固定化研究。通过对菌株Penicillium camembertii ThomNS27产酶培养基和发酵条件优化,得到优化产酶培养基:可溶性淀粉1.0%,油酸0.5%,蛋白胨1.5%,NH4Cl0.6%,K2HPO40.1%,MgSO4·7H2O 0.1%;优化发酵条件:发酵时间80 h,接种量6%,温度28℃,装液量60 mL;优化条件下发酵酶活达到335 U/g dry cell;油酸对菌株产酶有一定的促进作用,可同时作为碳源和菌株产脂肪酶诱导物;以聚氨酯泡沫颗粒为载体对菌株细胞进行固定化,电镜扫描图片显示Penicillium camembertii Thom NS27在载体内部的空隙和脊壁上生长固定良好,结构稳定,57.9%菌体细胞稳定地固定在聚氨酯泡沫颗粒内,载体颗粒经5次洗涤,干重基本趋于稳定。(3)离子液体的合成及筛选。利用微波法合成了9种目标离子液体,通过酯交换反应筛选到适合固定化卡门柏青霉NS27细胞酶催化甲醇与大豆油酯交换反应的离子液[Bmim]PF6;中间体[Bmim]Br合成条件优化结果显示,反应中溴代正丁烷用量为N-甲基咪唑用量的1.1倍,微波功率200 W,总辐射时间100s时,[Bmim]Br的合成收率达到95.16%;对中间体[Bmim]Br和目标产物[Bmim]PF6进行红外光谱表征,考察了固定化细胞酶在离子液体[Bmim]PF6中的耐受性,结果表明,合成的离子液体和前人所测的结果一致,固定化细胞催化剂在35℃的离子液体中培养24 h,酶活保持在60%以上。(4)对固定化Penicillium camembertii Thom NS27细胞酶在离子液体[Bmim]PF6介质中催化甲醇与大豆油酯交换反应制备生物柴油工艺进行了研究。在醇油摩尔比4:1,体系含水量4%,反应温度40℃,摇床转速为160 rpm的条件下,反应40 h油脂转化率达62%;固定化细胞颗粒和离子液体[Bmim]PF6重复使用4次,油脂转化率和酶活保持率分别为43%和63%,表现出较好的催化反应稳定性。
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