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基本信息
- 項目名稱：
- 包衣酶催化餐飲廢棄油脂制備生物柴油
- 小類：
- 生命科學(xué)
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡介：
- 本研究使用包衣酶催化餐飲廢棄油脂制備生物柴油，從含油土壤中篩選培育脂肪酶高產(chǎn)菌株，其發(fā)酵生產(chǎn)的脂肪酶經(jīng)分離純化、包衣化處理后，催化餐飲廢棄油脂制備生物柴油；同時系統(tǒng)研究餐飲廢棄油脂特征對生物柴油品質(zhì)的影響，并研究其組成、燃燒排放特性與流變學(xué)性能。
- 詳細介紹：
- 能源是人類社會存在與發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)。進入21世紀(jì)以來，全球面臨著資源和環(huán)境雙重壓力。石化油品燃燒后排放的廢氣引起的環(huán)境污染也是人類面臨的一大問題，特別是CO2的含量一直在顯著的增加，環(huán)境污染日益嚴重，因此，作為有重大研究開發(fā)前景的生物質(zhì)能受到世界各國政府的高度關(guān)注。 生物柴油(Biodiesel) 指以油料作物、野生油料植物和工程微藻等水生植物油脂以及動物油脂、餐飲垃圾油等為原料油通過酯交換工藝制成的可代替石化柴油的再生性柴油燃料，是生物質(zhì)能的一種，并且是環(huán)境友善的新型環(huán)保綠色能源，主要優(yōu)點是：生物可再生性，可降解性，無毒，含硫量極低，含芳香烴量少，含氧量高，十六烷值高，閃點高，燃燒完全，燃燒后逸出的廢氣中，微粒子、總碳氫化合物和一氧化碳含量少等；其既可作為燃料使用，也可以作為添加劑與普通柴油以任意比例混合，與其它替代燃料如壓縮天然氣、液體天然氣、液化石油氣、乙醇等相比，使用生物柴油系統(tǒng)投資少，原有的引擎，加油、儲存、保養(yǎng)設(shè)備等基本無需改動。 歐盟目標(biāo)2020年實現(xiàn)可再生能源比達20%；美國計劃2020年使用生物燃油占全國燃油消費的10%，到2050年可代替50%；2006年1月1日起施行的《中華人民共和國可再生能源法》明確表明了發(fā)展“生物柴油”，政府會大力支持，我國中長期規(guī)劃戰(zhàn)略目標(biāo)也指出：2020年乙醇和生物柴油的產(chǎn)量各達到1500萬噸，替代25％的石油進口。 我國每年的餐飲業(yè)廢棄油脂（地溝油）產(chǎn)量多達2600多萬噸，長期攝入地溝油會對人體造成嚴重危害，如發(fā)育障礙、易患腸炎，并伴有肝、心和腎腫大以及脂肪肝等病變。目前，每年被不法分子加工成“食用油”后再次進入市場返回餐桌的地溝油有200萬-300萬噸，這對人民的身體健康產(chǎn)生了極大的危害。各國都在想辦法盡力解決地溝油重返餐桌這一食品安全問題。 我國各地政府一直在為堵住餐飲廢棄油脂重新回流餐桌努力，對之最好的解決辦法就是設(shè)法加大循環(huán)利用，轉(zhuǎn)化成生物柴油，從而變廢為寶，減少環(huán)境污染，解決能源緊缺的問題，增強我國能源安全，更重要的是可加快我國的生物柴油產(chǎn)業(yè)化進程，有重大的社會效益、經(jīng)濟效益和現(xiàn)實意義。
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)
- 研究與開發(fā)內(nèi)容： 本項目主要從含油土壤中選育脂肪酶高產(chǎn)菌株，通過對其脂肪酶的包衣處理，催化廢棄油脂制備生物柴油，并研究其組成、燃燒排放與流變學(xué)特性。 1）適合催化制備生物柴油的脂肪酶高產(chǎn)菌株的選育及鑒定 從含油污泥中采集土樣，篩選脂肪酶高產(chǎn)菌株， 2）包衣酶催化制備生物的研究 使用合適的包衣劑包衣處理脂肪酶，并以地溝油為原料，利用包衣酶進行三階段催化制備生物柴油。 3）廢棄油脂生物柴油的流變學(xué)特性、組成與燃燒排放特性研究 按國家標(biāo)準(zhǔn)對地溝油生物柴油的各項理化性能進行分析，通過對比試驗分析地溝油生物柴油在柴油機上使用的排放性能。 主要技術(shù)指標(biāo)： 1）生物柴油產(chǎn)率≥93.5％； 2）整個生產(chǎn)過程中無三廢（廢液和廢氣、廢渣）的排放，無環(huán)境污染，達到綠色化工生產(chǎn)要求； 3）生物柴油各項指標(biāo)符合美國ASTM6751標(biāo)準(zhǔn)。 創(chuàng)新點： 1）研究用包衣酶催化制備生物柴油，克服現(xiàn)有制備方法的缺點。 2）篩選得到適合催化制備生物柴油的脂肪酶高產(chǎn)菌株，并優(yōu)化其條件。 3）制備生物柴油的原料不僅可以是動植物廢棄油脂，還可以是精煉動植物油和木本油料，技術(shù)具有通用性和簡易性，便于推廣實施。 七、關(guān)鍵技術(shù)： 1）適合催化生物柴油的脂肪酶產(chǎn)生菌的選育及鑒定； 2）脂肪酶包衣化處理及其催化制備生物柴油反應(yīng)體系構(gòu)建；
科學(xué)性、先進性
- 餐飲廢棄油脂制備生物柴油的方法主要有酸堿催化法、超臨界醇法和生物酶催化法。用NaOH等作為催化劑主要是價格低廉易得，但存在嚴重的缺點：原料油存在一定量的游離脂肪酸和水就會影響反應(yīng)的速度和轉(zhuǎn)化率，同時增加產(chǎn)物分離的難度，不僅后處理復(fù)雜，且易造成三廢，污染環(huán)境；用固體催化劑制備生物柴油，固體催化劑的制備和回收步驟麻煩，存在一定困難；以超臨界醇法制備生物柴油對設(shè)備要求苛刻，價格昂貴，能耗高。 目前生物酶法制備生物柴油也存在一些問題，主要是：①研究催化所用的脂肪酶多為商品酶，而非適用制備生物柴油的專用酶，并且價格昂貴；②脂肪酶在有機溶劑中存在聚集作用，不易分散，因而催化效率較低；③短鏈脂肪醇對脂肪酶有毒害作用，使酶的使用壽命縮短。 本項目利用包衣酶催化制備生物柴油，解決了上述酶法制備生物柴油所存在的問題，并且拓寬了非水酶學(xué)的應(yīng)用范圍，同時促進了食品、化學(xué)、微生物、材料等學(xué)科的綜合交叉和有機融合。
獲獎情況及鑒定結(jié)果
- 論文發(fā)表及證明材料 1、Zhoujing, Wen-wei Chen. Screening of lipase producing strains, partly purification and characterization of lipase from CJLU31，2010 First International Conference on Cellular, Molecular Biology, Biophysics and Bioengineering，2010（EI） 2、洪瑤，陳文偉.地溝油生物柴油流變學(xué)特性研究，廣東化工，2010，37（2）：30-31(第一作者) 3、洪瑤，陳文偉.地溝油生物柴油組成與燃燒排放特性研究，廣東化工，2010，37（10）：18-19(第一作者) 4、陳文偉，周晶，高蔭榆.包衣酶催化地溝油制備生物柴油，太陽能學(xué)報，2009，30（10）：1167-1170（EI，第二作者)
作品所處階段
- 小試階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 無
作品可展示的形式
- 圖片、生物柴油樣品
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
- 生物柴油是一種環(huán)保型可再生能源，具有優(yōu)良的環(huán)保特性、較好的發(fā)動機低溫啟動性能和潤滑性能、燃燒性能和安全性能。我國目前經(jīng)濟發(fā)展非常迅速，能源需求強勁增長，減少對進口石油的依賴，開發(fā)可再生能源生物柴油，是我國能源戰(zhàn)略發(fā)展的必然選擇。若以柴油市場1%的份額計算，每年需要生產(chǎn)90萬噸生物柴油，每噸計3600元，則年產(chǎn)值將達到50億。同時隨著石化能源的枯竭，石油價格的上漲，對可再生能源的重視及環(huán)保意識的加強，生物柴油的市場必將越來越大。2006年1月1日起施行的《中華人民共和國可再生能源法》明確表明了發(fā)展“生物柴油”，政府會大力支持；我國中長期規(guī)劃戰(zhàn)略目標(biāo)也指出：2020年乙醇和生物柴油的產(chǎn)量各達到1500萬噸，替代25％的石油進口?？梢?，在我國開展以廢棄油脂制備生物柴油的研究，不僅減少了“餐桌污染”問題和環(huán)境污染問題，而且可產(chǎn)生巨大的社會效益和經(jīng)濟效益，具有重大的意義和廣闊的應(yīng)用前景。
同類課題研究水平概述
- 在產(chǎn)脂肪酶的菌種中，得到深入研究的不是太多，主要集中在根霉Rhizopus、曲霉Aspergillus、青霉Penicillium、毛霉Mucor、須霉Phycomyces、假單胞菌Pseudomona、色桿菌Chromobacterium、無色桿菌Achromohacter、小球菌Micrococcus、產(chǎn)堿桿菌Alcaligenes、假絲酵母Candida等具有工業(yè)應(yīng)用價值的菌株。脂肪酶產(chǎn)生菌的篩選主要從富含油脂的土壤中進行。其方法見有關(guān)文獻報道。 餐飲廢棄油脂具有成分復(fù)雜、結(jié)構(gòu)相似和酸價波動的特征，相對于單一油脂更難以制備成生物柴油。目前，餐飲廢棄油脂制備生物柴油的方法主要有酸堿催化法、超臨界醇法和生物酶催化法。 酸堿催化法制備生物柴油所用催化劑多為均相催化劑，一般都采用NaOH、KOH和濃H2SO4。用NaOH等作為催化劑主要是價格低廉易得，但存在嚴重的缺點，原料油存在一定量的游離脂肪酸和水就會影響反應(yīng)的速度和轉(zhuǎn)化率，同時增加產(chǎn)物分離的難度，不僅后處理復(fù)雜，且易造成三廢，污染環(huán)境；用固體催化劑制備生物柴油，固體催化劑的制備和回收步驟麻煩，存在一定困難；以超臨界醇法制備生物柴油對設(shè)備要求苛刻，價格昂貴，能耗很高。 酶法催化合成生物柴油，對原料品質(zhì)無特別要求，酶法不僅可以催化精煉的動植物油，同時也可催化酸值較高且有一定水分含量的餐飲廢棄油脂轉(zhuǎn)化成生物柴油，具有反應(yīng)條件溫和，副產(chǎn)品分離工藝較簡單，廢水少，設(shè)備要求低等優(yōu)點。而目前用生物酶法制備生物柴油也存在一些問題，主要是：①研究催化所用的脂肪酶多為商品酶，而非適用制備生物柴油的專用酶，并且價格昂貴；②脂肪酶在有機溶劑中存在聚集作用，不易分散，因而催化效率較低；③短鏈脂肪醇對脂肪酶有毒害作用，使酶的使用壽命縮短。 為了解決上述酶法制備生物柴油所存在的問題，本課題組采用包衣酶催化制備生物柴油。包衣酶是用兩親的表面活性劑分子對親水的酶分子進行包衣，表面活性劑分子中的親水基團一端與酶分子的羥基以氫鍵的方式結(jié)合，另一端的疏水基團朝外與有機溶劑接觸，這樣，利用表面活性劑分子的兩親性質(zhì)不僅使酶分子避免了與其周圍的有機溶劑直接接觸而可能引起的變性與失活，使短鏈醇濃度維持在較低的水平，使酶促反應(yīng)的效率顯著提高。
