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基本信息
- 項目名稱：
- 基于溶劑工程的脂肪酶構(gòu)效關(guān)系與酶法制備生物柴油新技術(shù)
- 小類：
- 生命科學(xué)
- 大類：
- 科技發(fā)明制作B類
- 簡介：
- 創(chuàng)新性地開發(fā)了基于溶劑工程的酶法制備生物柴油新工藝；把酶法生物柴油與高值化技術(shù)有效耦聯(lián)，將生物柴油加工成高性能精細(xì)化學(xué)品。利用不同脂肪酶具有的不同活性特征及動力學(xué)特性，發(fā)揮不同脂肪酶的組合優(yōu)勢，大大地降低酶的使用成本。而高值化耦聯(lián)得到的高性能精細(xì)化學(xué)品也大幅度提高生物柴油附加值。從而有望研發(fā)一種通用的，低成本的，高產(chǎn)值的生物柴油生產(chǎn)工藝。該工藝對于解決能源及環(huán)保問題有著至關(guān)重要的作用
- 詳細(xì)介紹：
- 近年來，人類正面臨著能源危機和環(huán)境污染等重大問題，生物柴油作為一種清潔可再生的替代液體燃料已引起世界各國的高度重視。生物酶法合成生物柴油有望解決傳統(tǒng)化學(xué)法過程中出現(xiàn)的諸如酸堿廢液排放所造成的“二次污染”、高能耗以及產(chǎn)品不易回收等技術(shù)難題。而目前，酶法生物柴油最大的問題在于成本太高，效益低。 本作品創(chuàng)新性地開發(fā)了基于溶劑工程的酶法制備生物柴油新工藝；把酶法生物柴油與高值化技術(shù)有效耦聯(lián)，將生物柴油加工成高性能精細(xì)化學(xué)品。利用不同脂肪酶具有的不同活性特征及動力學(xué)特性，發(fā)揮不同脂肪酶的組合優(yōu)勢，大大地降低酶的使用成本。而高值化耦聯(lián)得到的高性能精細(xì)化學(xué)品也大幅度提高生物柴油附加值。從而有望研發(fā)一種通用的，低成本的，高產(chǎn)值的生物柴油生產(chǎn)工藝。該工藝對于解決能源及環(huán)保問題有著至關(guān)重要的作用，更對我國促進科技進步和構(gòu)建和諧社會有著積極地推動作用，也具有極大地社會效益。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 一、作品設(shè)計目的：1.在成功完成單一酶法工藝的產(chǎn)業(yè)化示范基礎(chǔ)上，開發(fā)出具有廣泛油源適應(yīng)性的高效復(fù)合酶法制備生物柴油新工藝，大幅縮短看反應(yīng)時間，減少了酶的用量，提高了生物柴油的轉(zhuǎn)化效率，大幅降低了生產(chǎn)成本。同時，通過溶劑體系的改變，進一步提高復(fù)合酶的催化效率和操作穩(wěn)定性，為實現(xiàn)復(fù)合酶法新工藝的工程化奠定技術(shù)基礎(chǔ)。2.針對目前生物柴油綜合經(jīng)濟效益低的現(xiàn)狀，開展利用生物柴油中不飽和脂肪酸甲酯制備高附加值的聚酰胺尼龍和聚氨酯工程材料等精細(xì)化學(xué)品。同時，與復(fù)合酶法生物柴油工藝有效耦合與技術(shù)集成，實現(xiàn)多產(chǎn)品一體化連續(xù)生產(chǎn)。 二、基本思路：1.利用生物酶催化法制備生物柴油，開發(fā)出具有廣泛油源適應(yīng)性的高效復(fù)合酶法制備生物柴油新工藝。2.利用生物柴油中不飽和脂肪酸甲酯制備高附加值的精細(xì)化學(xué)品。 三、作品創(chuàng)新點：1.基于溶劑工程的復(fù)合酶法制備生物柴油新工藝，降低酶使用成本； 2.將酶法生物柴油與高值化技術(shù)有效耦聯(lián)，將生物柴油加工成高性能精細(xì)化學(xué)品。 四、技術(shù)關(guān)鍵：1.研究非水介質(zhì)中脂肪酶的構(gòu)效關(guān)系。2.開發(fā)基于溶劑工程的復(fù)合酶法制備生物柴油新工藝，降低酶使用成本，提高生物柴油轉(zhuǎn)化率和生產(chǎn)效率。3.將生物柴油進一步加工成高附價值的精細(xì)化學(xué)品，延長產(chǎn)業(yè)鏈，提高生物柴油的綜合經(jīng)濟效益。 五、主要技術(shù)指標(biāo)：1.實現(xiàn)復(fù)合酶法新工藝與高值化技術(shù)有效集成，聯(lián)產(chǎn)出合格的生物柴油、聚酰胺樹脂、聚氨酯工程材料等產(chǎn)品；2.生物柴油轉(zhuǎn)化率大于98％，酶壽命大于3000h，生物柴油綜合經(jīng)濟效益增值3倍以上。
科學(xué)性、先進性
- 一、作品的科學(xué)性： 1.研究顯示，脂肪酶結(jié)構(gòu)暴露了一個溶劑易于接近的活性位點高開放構(gòu)象。這種結(jié)構(gòu)特征表明，可通過改變其二級結(jié)構(gòu)，大幅度地移動“蓋子”，使活性位點暴露出來。因此，從酶蛋白構(gòu)象變化上，可以揭示非水相反應(yīng)介質(zhì)中脂肪酶催化特性的變化機理，從而闡明非水介質(zhì)中脂肪酶結(jié)構(gòu)變化特點與構(gòu)效關(guān)系這一關(guān)鍵基礎(chǔ)科學(xué)問題，對于拓展和詮釋脂肪酶催化制備工藝具有重要的學(xué)術(shù)理論價值； 2.將生物法和化學(xué)法進行有效組合，將酶法生物柴油與高值化技術(shù)有效耦聯(lián)，大幅度提高生物柴油綜合經(jīng)濟效益。 二、作品的先進性: 1.基于生物信息學(xué)，首次研究了脂肪酶在離子液體和有機溶劑混合介質(zhì)中的構(gòu)效關(guān)系，開創(chuàng)了一種脂肪酶非水相催化反應(yīng)的新型介質(zhì)。結(jié)果表明，脂肪酶在這種新型的反應(yīng)介質(zhì)中催化效率大大提高。 2.本作品融入 “介質(zhì)工程”新技術(shù)和運用圓二色譜分析技術(shù)，闡明脂肪酶在有機溶劑、離子液體及其混合介質(zhì)等非水相體系中的構(gòu)象變化規(guī)律及其存在特點，從酶蛋白構(gòu)象變化上探明“介質(zhì)工程”對酶催化特性的影響機制，詮釋其構(gòu)效關(guān)系。
獲獎情況及鑒定結(jié)果
- 1.項目研究了非水介質(zhì)中脂肪酶的構(gòu)效關(guān)系，研究結(jié)果以論文形式于2010年12月發(fā)表于Bioresource Technology（鑒定結(jié)果:SCI收錄論文，影響因子4.253）； 2.項目研究的固定化酶工藝獲得了國家專利； 3.項目獲得了2011年省挑戰(zhàn)杯特等獎； 4.項目成員獲得2010年省大學(xué)生優(yōu)秀科研成果一等獎； 5.項目得到了中科院水生生物研究所“百人計劃”研究員王強,中科院生物物理所所長徐濤和教育部長江學(xué)者特聘教授黃云輝的推薦； 6.項目作了國內(nèi)查新，未見與項目相同的文獻和專利報道。
作品所處階段
- 實驗室階段，且正在研究將高值化應(yīng)用于實際生產(chǎn)。
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 無
作品可展示的形式
- 實物，樣品，圖片
使用說明,技術(shù)特點和優(yōu)勢,適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟效益預(yù)測
- 一、作品的技術(shù)特點和優(yōu)勢： 1.基于溶劑工程的高效復(fù)合酶法制備生物柴油新工藝； 2.將酶法生物柴油與高值化技術(shù)有效耦聯(lián)，將生物柴油加工成高性能精細(xì)化學(xué)品，大幅度提高生物柴油附加值，實現(xiàn)多產(chǎn)品一體化連續(xù)生產(chǎn)。 二、作品適應(yīng)范圍： 油脂深加工和生物柴油領(lǐng)域。 三、推廣前景和技術(shù)性說明： 1.實現(xiàn)復(fù)合酶法新工藝與高值化技術(shù)有效集成之后，可進一步研究工藝放大技術(shù)； 2.利用溶劑工程手段提高酶催化活力與復(fù)合酶協(xié)同催化，建設(shè)基于溶劑工程的復(fù)合酶法生物柴油制備及高值化耦合技術(shù)小試生產(chǎn)線一條。 四、市場分析和經(jīng)濟效益預(yù)測： 1.聯(lián)產(chǎn)出合格的生物柴油、聚酰胺樹脂、聚氨酯工程材料等產(chǎn)品； 2.預(yù)期生物柴油綜合經(jīng)濟效益增值3倍以上。
同類課題研究水平概述
- 近年來，人類正面臨著能源危機和環(huán)境污染等重大問題，生物柴油作為一種清潔可再生的替代液體燃料已引起世界各國的高度重視。而生物酶法合成生物柴油有望解決傳統(tǒng)化學(xué)法過程中出現(xiàn)的諸如酸堿廢液排放所造成的“二次污染”、高能耗以及產(chǎn)品不易回收等技術(shù)難題。因此，脂肪酶作為酶法合成生物柴油的優(yōu)良催化劑倍受關(guān)注。脂肪酶是一類由生物細(xì)胞產(chǎn)生的具有特殊三維空間構(gòu)象的蛋白質(zhì)，其廣泛應(yīng)用于生物能源、食品、醫(yī)藥、制革和有機合成等領(lǐng)域。但是，脂肪酶的催化活性和穩(wěn)定性往往與酶的種類、純度、存在形式以及反應(yīng)介質(zhì)等諸多因素有關(guān)。利用介質(zhì)工程調(diào)控脂肪酶的催化反應(yīng)最早可追溯到1984年《Science》上發(fā)表的一篇論文，文章指出在僅含微量水的有機介質(zhì)中脂肪酶成功催化合成了酯、肽、手性醇等諸多有機化合物。自此，大量涌現(xiàn)出脂肪酶在有機溶劑、離子液體以及剛剛興起的超臨界流體等非水介質(zhì)中催化反應(yīng)方面的文獻報道，但多數(shù)集中在單一有機溶劑、離子液體和超臨界流體介質(zhì)等，對于混合非水介質(zhì)報道較少。研究顯示，非水介質(zhì)中，大多數(shù)脂肪酶在保持較高催化活性的前提下，其操作穩(wěn)定性比水相介質(zhì)中要高得多，推測原因可能是由于脂肪酶在非水相介質(zhì)中酶蛋白構(gòu)象發(fā)生了變化所致。而前期我們初步研究得出，脂肪酶在離子液體[BMIM][PF6]體系中的催化活力及穩(wěn)定性明顯強于無溶劑和叔丁醇體系。而且，與傳統(tǒng)的有機溶劑不同，離子液體沒有可觀測蒸汽壓，具有很好的熱穩(wěn)定性，可以溶解多種混合物，還可以與多種有機溶劑組成兩相體系。但是，離子液體與酶的帶電基團之間的交互作用，以致與酶的活性中心或外圍結(jié)合改變酶的構(gòu)象，從而影響催化能力；以及脂肪酶的構(gòu)象和催化特性在離子液體-有機溶劑混合介質(zhì)中的內(nèi)在關(guān)聯(lián)等等，這些基礎(chǔ)問題的研究仍舊欠缺。截止目前，仍不清楚離子液體以及離子液體-有機溶劑混合介質(zhì)中脂肪酶的構(gòu)效關(guān)系。因此，選擇以傳統(tǒng)有機溶劑、離子液體以及它們的兩相混合介質(zhì)為非水反應(yīng)體系，研究脂肪酶在上述非水介質(zhì)中的構(gòu)象變化與催化特性，對于酶催化反應(yīng)體系拓寬以及在生物催化領(lǐng)域中的應(yīng)用均具有重要的理論意義。目前，酶法生物柴油最大的問題在于成本高，效益低。針對這一問題，我們提出將生物柴油加工成聚酰胺樹脂、聚氨酯工程材料等高附加值產(chǎn)品，實現(xiàn)多產(chǎn)品一體化生產(chǎn)，將酶法生物柴油與高值化技術(shù)有效耦聯(lián)，大幅度提高生物柴油綜合經(jīng)濟效益。而這一方面尚未見相關(guān)文獻報道。
