孙延杰－全细胞生物催化剂用于生物柴油生产.PPT

全细胞生物催化剂用于生物柴油生产 孙严杰 生物柴油及生产简介 生物柴油燃料主要成分是烷基脂肪酸酯。 酶促酯交换提供了相当大的优势,包括减少在生物柴油生产操作和一个简化分离甘油副产品的过程。 它的主要障碍是脂肪酶的成本高，为了减少酶相关的处理成本，工业应用生产全细胞生物催化剂，将真菌菌丝在生物质支持颗粒里固定以及脂肪酶在酵母细胞表面表达已经开发出来。 Fig. 1. Transesterification reaction introduction 严峻的现实使生物柴油得以发展。 利用甘油三酯作为替代燃料的柴油，但不可直接使用，需加工，例如将单、双、三甘油酰酯化合物转换为甲基酯，其中水分，游离脂肪酸，游离甘油和总甘油残留醇等成分也需要控制。 碱催化酯交换的优缺点； 优点：高的转换率；反应时间短， 缺点：耗能大；副产品甘油回收困难；移除碱催化剂和处理废水工序复杂成本高。 酶催化酯交换反应比碱催化有很大优势最主要的有时是分离甘油不要复杂的步骤。 其中固定化酶酯交换反应 既将脂肪酶固定在丙烯酸树脂上，实验表明可以提供更好的转换率且易于回收。但成本高，利用微生物如细菌，酵母菌和真菌作为全细胞生物催化剂可适当降低成本 丝状真菌分批培养可自发的固定在BSPs（生物质支持颗粒）上制成聚氨酯泡沫，这样可在转化过程中能反复使用。 且重组丝状真菌作为高效全细胞生物催化剂把它固定在BSPs上的潜能，可大大促进在水和非水介质中催化。 本文主要讲述植物油的酶促酯交换同时阐述了全细胞生物催化剂的机制必威体育精装版进展。 一、酶促交换反应 利用细胞外或细胞内脂肪酶作为催化剂生产生物柴油燃料以减轻碱催化的相关问题。（如耗能大；副产品甘油回收困难）Shimada 等人报道说将Novozym435固定在丙烯酸树脂是最有效的酯交换反应催化酶。（酶活性保持了50个反应周期。 Kaieda 等人发现大豆油的酯化反应在无配向性和1、3配向性脂肪酶在水系统中无需使用任何有机溶剂。其中非特异性脂肪酶Candida. Rugosa、Pseudomonas.cepacia and Pseudomonas.荧光显示它们有相对较高的转换率。其中当使用1、3配向性脂肪酶甲酯含量高于80%并高于理论值。合理解释是用薄层层吸知道ROL（配向性脂肪酶）只作用在乙酰基的1和3位点。在水系统中部分甘油三酯的原始乙酰基自发从2位点迁移到1，3位点。 此外，酶催化生成的燃料的性能，例如粘度、十六烷值、闪点等都对酶促反应有很大的影响。 二、全细胞生物催化剂 概念：全细胞生物催化是指利用完整的生物有机体（即全细胞、组织甚至个体）作为催化剂进行化学转化的过程，这种反应过程又称为生物转化。生物催化中常用的有机体主要是微生物（如细菌、酵母、丝状真菌等），其本质是利用微生物细胞内的酶进行催化，常用的催化方式是将细胞固定于反应平面、微球体悬浮、多孔固相载体等方式。 采用了不同的全细胞生物催化剂生产生物柴油 三、真菌全细胞生物催化剂 Ban等人将菌丝固定在用聚氨酯泡沫制成的生物质支持颗粒里（BSPs），作为全细胞生物催化剂生产生物柴油。他们研究了细胞内脂肪酶生产的最佳培养条件，前处理方法的影响，和水含量对甲醇分解作用的影响。 此外基质的组成对酶活性有很大的影响。通过应用免疫荧光染色法对脂肪酶标记，可显示在不同基质中酶活性的强弱，Teng 等人研究发现，橄榄油是R. chinensis全细胞生物催化剂最好的脂肪酶活性基质。 使用全细胞生物催化剂的优势在于在无水或非传统介质中培养可增强全细胞生物催化剂在反复使用中的稳定性。 微生物R.oryzae用免疫荧光染色法对脂肪酶标记。在每个小组图片左边显示微分干涉差显微镜，荧光显微镜显示在右侧。细胞没有橄榄油的培养显示为a。b为有橄榄油的细胞培养更多脂酶活性体现在更高的荧光信号。 四、全细胞生物催化剂稳定性 Oda等人报道说全细胞生物催化剂的耐用性取决于培养方式。细胞培养的在(air-lift)气升式生物反应器具有较高的ME产量比那些从摇瓶获得的，并且他们的转换率可维持多次重复。 经戊二醛（gluteraldehyde）交联处理膜上结合酶，酶活性可保持很多循环，而在细胞内因不能进行戊二醛（gluteraldehyde）处理，脂肪酶活性经很短的几个周期大大降低。 当菌丝体被用yatalase（一种酶）处理，它是一种可部分降解真菌细胞壁的酶，暴露出来的膜结合酶和底物结合从而提高其活动。 五、全细胞生物催化剂的脂肪酸膜组成 一些研究显示脂肪酸影响质膜的性能，通过实验显示脂肪酸的组成显著影响膜的渗透性。 细胞富含丰富的油酸和亚油酸等不饱和脂肪酸中具有较高的初始甲醇分解活性。脂肪酸组成增加细胞膜的通透性和刚度并且这种高渗透性和刚度被认为