论文部分内容阅读
丁酸乙酯是一种广泛应用于食品、香精、化学和能源等工业的短链酯类，目前主要通过化学合成法生产。近年来，由于石油资源的短缺和不可再生性以及传统化工造成的环境污染，生物燃料引起了广泛关注。鉴于丁酸酯有望成为新型的生物燃料以及人们对天然调味品的需求，微生物发酵法生产丁酸乙酯具有广阔的前景。目前已有大量利用廉价生物质发酵生产丁酸和乙醇的研究，可以通过建立简单、低能耗、低成本的方法将微生物发酵生产的丁酸和乙醇在天然催化剂——脂肪酶的作用下进行酯化反应合成丁酸乙酯。本课题对丁酸发酵液进行络合萃取，并在萃取相中直接进行脂肪酶催化丁酸和乙醇发生酯化反应，实现了丁酸发酵液萃取-酯化偶联合成丁酸乙酯，为丁酸发酵-萃取-酯化一体化工业生产提供依据。在萃取法分离发酵液中丁酸的研究中，首先筛选出最合适的萃取剂和酯化反应反应溶剂为三辛胺（TOA）-环己烷；然后考察萃取平衡时间、发酵液pH值、络合剂TOA浓度以及相比对发酵液中丁酸萃取的影响，实验结果表明：以TOA为络合剂、以环己烷为稀释剂的萃取体系30min即可达到萃取平衡，发酵液合适的pH值为2-3，TOA与发酵液中丁酸的摩尔浓度比为2:3-1:1，单级萃取时合适的两相相比为1.0，多级萃取时合适相比为0.3。对萃取剂中Novozym435催化的酯化反应进行优化，首先进一步考察TOA浓度对酯化反应的影响，TOA浓度增加时丁酸乙酯的酯化产率显著下降，所以合适的TOA与发酵液中丁酸的摩尔浓度比为2:3；然后考察酯化反应的反应温度、酶添加量、底物浓度和醇酸摩尔比对萃取剂中酯化反应的影响，获得的最佳反应条件为：反应温度为40℃，酶添加量为8g/L，合适的底物浓度为0.4-0.6mol/L，醇酸摩尔比为2:1。在萃取剂中酯化反应优化结果的基础上，进一步研究萃取相中Novozym435催化丁酸乙酯的合成，考察分子筛添加量对萃取相中酯化反应的影响，合适的3分子筛添加量为40g/L；最佳条件下萃取相中酯化反应5h即可达到平衡，酯化率为81.42%，体积产率为65.96mmol·L-1·h-1；酶在该体系中重复利用6次后，酯化率仍未见明显降低；为进一步研究TOA浓度对丁酸萃取和酯化的综合影响，考察了TOA浓度对丁酸发酵液萃取-酯化偶联合成丁酸乙酯的影响，TOA和发酵液中丁酸摩尔浓度比为2:3时，丁酸乙酯相对于发酵液中丁酸的得率最高，为0.65mol/mol。