微生物技术在生物柴油开发与应用中的作用
化学反应中的微生物学的应用
化学反应中的微生物学的应用在我们的日常生活中，化学反应似乎总是与挥发性物质、酸碱中和、氧化还原等概念联系在一起。
但是，在化学反应中，微生物学也扮演着至关重要的角色。
许多微生物被广泛利用，以应用于各种化学反应，从而推动现代工业和科学的发展。
本文将讨论微生物学在化学反应中的应用，包括酵母菌在发酵中的应用、微生物在生产生物柴油中的应用、以及微生物在清洁污染土壤和水中的应用等。
一、酵母菌在发酵中的应用发酵是一种微生物学过程，是利用微生物产生能量并转换物质的过程。
在这个过程中，单细胞微生物（如酵母菌）被用来使食物、饮料和药品变得更好，更有营养。
酵母菌在裂解大分子的碳水化合物时，产生酒精和CO2的过程中，把葡萄糖转化成乙醇和酸。
这种乙醇和酸是许多发酵食品和饮料的主要成分，包括葡萄酒、啤酒、酸奶、面包和切糕等等。
酵母菌的一种常见应用是在酿造葡萄酒的过程中。
在这个过程中，葡萄被压榨成葡萄汁，并与酵母菌接种在一起。
酵母菌从葡萄糖中裂解出能量，并转化成乙醇和二氧化碳。
随着时间的推移，葡萄酒中的糖分越来越少，乙醇和二氧化碳的浓度也越来越高。
最终，当乙醇的浓度达到一定水平时，酵母菌会停止生长，葡萄酒就形成了。
二、微生物在生产生物柴油中的应用生物柴油是一种从生物质中提取的绿色燃料，可以用来代替传统的柴油。
微生物学在生产生物柴油中扮演着至关重要的角色。
生物柴油的制造是一个涉及许多微生物学原理的过程，包括脂肪酸代谢、微生物生物群落的控制、反应物转换等等。
生物柴油通常是从油菜籽、大豆、棉籽、花生、棕榈油等植物油中提取的。
生物柴油的生产需要将大量复杂的碳水化合物分解成简单的糖分。
这个过程是通过微生物学技术来进行的，包括厌氧发酵、生物制氢和酯化等。
这些技术可以将有机物分解成甲酸、醋酸、水和二氧化碳等物质，以及具有较高碳数酸功能性基团的化合物。
酯化反应的产物可以被转化成生物柴油。
三、微生物在清洁污染土壤和水中的应用化工反应不仅产生了大量有机物，还产生了污染，这些污染无疑给我们的环境造成了不良的影响。
利用生物发酵技术生产生物柴油的绿色制备与应用研究
利用生物发酵技术生产生物柴油的绿色制备与应用研究生物柴油是一种可再生燃料，以可生物降解物质为原料，经过生物发酵技术制备而成。
由于其可替代传统柴油，对环境友好且能够减少温室气体排放，受到了广泛的关注和研究。
本文将从绿色制备和应用两个方面对利用生物发酵技术生产生物柴油进行研究。
一、绿色制备1. 生物发酵技术的原理生物发酵技术是利用微生物的代谢活性，通过合成酶的作用将生物质转化为生物柴油的一种方法。
在发酵过程中，微生物通过分解多糖或脂肪等有机物质，将其转化为有机酸、醇和气体等产物，进而合成生物柴油。
2. 原料选择与预处理制备生物柴油的原料多为植物油或动物油。
优质的原料应具备较高的含油量和酸价，同时要选择可再生、廉价且易获取的原料。
为了提高生物柴油的产率和质量，还需要对原料进行预处理，包括去除不溶于醇的杂质、脂肪酸甲酯化、酯交换等步骤。
3. 微生物菌种的选择与培养在生物发酵过程中，微生物菌种起到至关重要的作用。
合适的菌种应具有较高的酯化活性、耐受性、产率和特异性。
常见的微生物菌种包括酵母菌、细菌、真菌等。
菌种的培养可采用传统的液态培养或固态培养等方法，以达到高效生长和活性的要求。
4. 加工工艺的优化优化加工工艺对提高生物柴油的产率和质量至关重要。
包括反应温度、反应时间、辅助剂、酶的用量等参数的调整。
同时，优化后的工艺能够减少废料的生成和能源的消耗，实现绿色制备。
二、应用研究1. 生物柴油的燃烧性能生物柴油的燃烧性能是评估其可替代性和环境友好性的重要指标之一。
研究发现，生物柴油在燃烧过程中能够减少氮氧化物、颗粒物和多环芳烃的排放，对改善空气质量具有积极作用。
2. 生物柴油的性质和稳定性研究生物柴油的性质和稳定性对其应用具有重要影响。
研究表明，生物柴油的密度、黏度、凝点和氧化稳定性等性质与传统柴油存在一定差异。
针对这些差异，可通过调节原料、添加剂和工艺等方式进行改进，提高生物柴油的使用性能。
3. 生物柴油的市场应用生物柴油作为一种可再生燃料，已经在汽车、重型运输、航空和农业等领域得到广泛应用。
微生物在生物工程中的应用前景
微生物在生物工程中的应用前景微生物是一类微小的生物体，包括细菌、真菌、病毒等。
它们广泛存在于地球上的各个环境中，发挥着重要的生态、环境和经济作用。
随着科技的发展，人们逐渐认识到微生物在生物工程领域的巨大潜力。
微生物的应用前景在生物工程中日益受到重视，本文针对微生物在生物工程中的应用前景进行探讨。
一、微生物在生物工程中的应用领域1. 生物能源领域: 微生物在生物燃料、生物柴油和生物氢等领域起着重要作用。
通过利用微生物的代谢活性，可将有机废弃物转化为可再生能源，例如利用细菌进行生物沼气发酵，将农业废弃物转化为沼气，实现能源的再利用。
2. 农业领域: 微生物在农业生产中有多个应用方向。
例如，利用微生物肥料可以提高农作物养分吸收效率，减少化肥用量，提高土壤肥力。
此外，微生物还可以用于预防和控制农作物病虫害，提高农作物的生长和产量。
3. 环境治理领域: 微生物在环境治理中具有很强的降解能力。
例如，利用微生物处理废水和废气可以有效降解有机物和有害气体。
微生物可以将废水中的有机物转化为无机物，同时还能降解废气中的有害气体，净化环境，保护生态系统。
4. 医药领域: 微生物在医药领域中有着广泛的应用。
例如，利用微生物发酵技术可以生产多种重要药物，如抗生素、维生素和免疫调节剂等。
此外，微生物还可以用于生产生物制剂，如乳酸菌制剂和益生菌制剂，用于改善人体健康。
5. 工业生产领域: 微生物在工业生产中也有很大的应用潜力。
例如，利用微生物发酵技术可以生产酒精、酸奶、酱油和乳酸等产品。
微生物还可以用于发酵生产酶和其他生物活性物质，广泛应用于食品、制药和化工等领域。
二、微生物在生物工程中的创新应用1. 基因工程: 微生物的基因可以通过基因工程技术进行改造和调控，实现对微生物功能的精确控制。
例如，通过基因工程技术可以提高微生物产酶能力，实现工业化生产需求。
此外，基因工程技术还可用于微生物的遗传改良和新基因的导入，使微生物具备新的功能和应用价值。
微生物油制备与应用的技术研究
微生物油制备与应用的技术研究微生物油，也被称为单细胞油，是一种由微生物合成的油脂，具有多样的应用潜力。
本文将讨论微生物油的制备方法以及其在不同领域的应用。
一、微生物油的制备方法1. 原料选择：微生物油可以利用多种微生物来制备，如酵母菌、真菌、藻类等。
根据目标油脂的特性和需求，选择合适的微生物作为生产菌株。
2. 培养条件优化：为了提高微生物油的产量和质量，需要对培养条件进行优化。
包括温度、pH值、碳源和氮源的选择，以及搅拌速度和通气条件等。
3. 油脂提取：微生物油一般以细胞内油脂的形式存在，因此需要进行油脂的提取。
常用的方法有溶剂提取、机械压榨和超临界流体萃取等。
4. 油脂纯化：提取得到的油脂含有杂质，需要进行纯化处理。
常用的方法包括酯化、凝胶渗透色谱和超滤等。
二、微生物油的应用领域1. 生物柴油生产：微生物油可以通过转化成生物柴油来替代传统的化石燃料。
生物柴油具有低排放、低污染和可再生等优点，对环境友好。
通过优化微生物油的制备方法，可以提高生物柴油的产量和质量。
2. 食品工业：微生物油可以被用于食品工业中的植物油替代品。
它可以用于烹饪、烘焙和调味等，具有健康和营养的特点。
微生物油还可以用于制作食品添加剂，如乳化剂和抗氧化剂等。
3. 医药行业：微生物油中的脂肪酸可以提取出来，用于合成药物和生物活性物质。
微生物油还可以用作药物载体，提高药物的稳定性和溶解度。
4. 化妆品和个人护理产品：微生物油可以用于制备化妆品和个人护理产品，如洗面奶、护肤霜和沐浴液等。
微生物油具有良好的润滑性和渗透性，能够滋润肌肤，保持皮肤的湿润度。
5. 动物饲料：微生物油中富含脂肪酸和营养物质，可以用于动物饲料的制作。
微生物油在动物饲料中的添加可以提高动物的生长性能和免疫力。
6. 清洁剂：微生物油中的脂肪酸可以用于制备润滑剂和清洁剂。
这些产品具有良好的润滑和清洁效果，并且对环境没有污染。
7. 其他应用领域：微生物油还可以用于制备生物塑料、生物润滑油、生物蜡和生物油墨等。
微生物在生物能源开发中的应用
微生物在生物能源开发中的应用
微生物在生物能源开发中的应用正日益受到重视。
随着全球对可再生能源需求的增加，微生物因其独特的生物化学特性而成为开发新型能源技术的重要角色。
首先，微生物在生物燃料生产中发挥着关键作用。
通过利用微生物的发酵能力，可以将生物质如农作物残渣、林业废弃物等转化为生物乙醇、生物柴油等燃料，这些燃料与传统石油燃料相比具有更低的碳排放量，有助于减缓温室气体的排放。
其次，微生物在生物气体的生产中也发挥着重要作用。
生物气体主要由甲烷和其他气体组成，通常来源于有机废弃物的分解过程。
微生物通过厌氧消化的过程产生甲烷气体，这种气体不仅可以用作能源，还可以替代天然气，减少对有限化石燃料的依赖。
此外，微生物在生物电池和生物燃料电池中的应用也在不断探索。
生物电池利用微生物的电活性将有机物质转化为电能，具有潜力用于低功率设备和区域电网。
生物燃料电池则将生物质资源直接转化为电能，为偏远地区提供了可靠的能源来源。
总体而言，微生物在生物能源开发中的应用不仅具有环境友好性，而且在能源安全和可持续发展方面具有重要意义。
随着科学技术的进步和对可再生能源的需求增加，微生物技术的进一步研究和应用将为未来能源领域带来更多创新和可能性。
微生物在生物能源开发中的应用
微生物在生物能源开发中的应用在当今世界，能源危机和环境污染问题日益凸显，寻找可再生、清洁的能源成为了全球性的挑战。
微生物，这些微小的生物体，在生物能源开发中扮演着越来越重要的角色。
它们不仅能够将有机废物转化为有用的能源，还能在生物燃料的生产中发挥关键作用。
微生物在生物能源开发中的应用主要体现在以下几个方面：首先，微生物发酵技术是生物能源生产的重要手段。
通过微生物的代谢活动，可以将农业废弃物、工业废水和城市垃圾等有机物质转化为生物燃料，如生物乙醇、生物柴油等。
这一过程不仅减少了废物的处理成本，还减少了对化石燃料的依赖，降低了温室气体排放。
其次，微生物在生物质能源的转化效率上具有显著优势。
例如，通过基因工程改造的微生物能够更高效地分解纤维素，这是生物质能源转化中的关键步骤。
纤维素是植物细胞壁的主要成分，但其复杂的结构使得其难以被直接利用。
通过微生物的分解作用，纤维素可以转化为可发酵的糖，进而生产生物燃料。
再者，微生物在生物能源的储存和运输中也发挥着作用。
例如，通过微生物发酵产生的生物氢气是一种清洁的能源，具有高能量密度和可再生性。
微生物可以通过光合作用或发酵过程产生氢气，这种氢气可以储存在高压罐中，用于燃料电池或其他能源系统。
此外，微生物在生物能源的安全性和环境友好性方面也具有优势。
与传统的化石燃料相比，生物燃料的生产过程更加温和，对环境的破坏较小。
同时，微生物的生物降解性使得生物燃料在使用后能够被自然分解，减少了对环境的长期影响。
然而，微生物在生物能源开发中也面临着一些挑战。
例如，微生物的生长和代谢效率需要进一步提高，以满足大规模生产的需求。
此外，微生物的培养成本和生物燃料的生产成本也是需要考虑的因素。
总之，微生物在生物能源开发中的应用前景广阔。
随着生物技术的不断进步，微生物在能源领域的作用将越来越重要，有望为解决能源危机和环境问题提供新的解决方案。
生物技术在生物能源领域的应用
生物技术在生物能源领域的应用随着全球对可再生能源需求的增加和对化石能源依赖的减少，生物能源作为一种环保可持续的替代能源形式，正逐渐受到广泛关注。
而生物技术的快速发展，则为生物能源领域的应用提供了前所未有的机遇。
本文将探讨生物技术在生物能源领域的应用及其在可持续发展方面的影响。
一、生物燃料生物燃料是利用生物质能源进行转化和利用的燃料，包括生物乙醇、生物柴油和生物气体等。
生物技术在生物燃料的生产过程中发挥着重要作用。
首先，通过转基因技术改良作物，提高产量和抗逆能力，进而增加生物质的供应量。
其次，通过酶的工程改造，提高生物质的降解效率，加速生物质发酵生成生物燃料。
生物技术不仅提高了生物燃料的生产效率，还降低了生产成本，使生物燃料更具可行性。
二、生物电池生物电池是利用微生物代谢活动产生电流的一种装置。
生物技术在生物电池的开发和运用方面发挥着重要作用。
首先，通过筛选特定的微生物，如电致化学微生物和蓝藻菌等，可以提高生物电池的电流产生效率。
其次，通过基因工程技术，改良微生物的代谢途径，提高微生物的电子传递能力，从而提高生物电池的发电效率和稳定性。
生物技术为生物电池的研究和应用带来了新的突破，将其应用于废水处理、电能储存等领域，具有广阔的应用前景。
三、生物氢能源生物氢能源是利用微生物菌株产生氢气的一种新型能源。
生物技术在生物氢能源领域具有巨大的潜力。
通过挖掘和改造具有产氢能力的微生物，提高其产氢效率和稳定性，可以实现生物氢能源的可持续发展。
同时，生物技术的发展还可以通过调控微生物菌株的代谢途径，提高其对基质转化的效率，进一步提高生物氢的产量和质量。
生物氢能源作为一种清洁、高效的能源形式，将成为未来生物能源领域的重要发展方向。
总结起来，生物技术在生物能源领域的应用涵盖了生物燃料、生物电池和生物氢能源等多个方面。
通过生物技术的发展，我们能够提高生物能源的产量和质量，降低生产成本，实现生物能源的可持续发展。
生物技术不仅给生物能源领域带来了革命性的进展，也为我们解决能源问题提供了新的思路和方法。
微生物在化工领域的应用
微生物在化工领域的应用微生物在化工领域的应用已经成为当代化工技术中的重要组成部分。
微生物的生理特性和代谢能力使得它们在化学合成、废水处理、能源生产等方面具有独特的优势。
本文将探讨微生物在化工领域中的应用，并详细介绍几个典型的案例。
微生物在化学合成中的应用微生物在化学合成中的应用主要体现在两个方面：生物催化和发酵产物。
生物催化生物催化是利用微生物的酶来催化化学反应。
与传统的化学催化剂相比，微生物酶具有高效、选择性强和环境友好等优势。
例如，微生物酶可以用于制备药物、农药、食品添加剂等有机合成反应。
由于酶对温度、压力和溶剂等条件的适应性强，因此生物催化还可以实现一些传统合成路线无法达到的目标。
发酵产物微生物发酵产物广泛应用于化工领域，例如乳酸、醋酸、酒精等。
这些发酵产物广泛用于化工工艺中，例如食品工业、制药工业和化妆品工业等。
微生物发酵产物的优势在于生产过程具有可控性、高效性和资源可持续利用性。
微生物在废水处理中的应用废水处理是化工领域中一个重要的环节。
传统的废水处理方法通常需要大量的化学药剂和能源消耗。
而微生物在废水处理中的应用能够实现废水的高效净化，并具有环境友好和经济可行的特点。
微生物在废水处理中的作用主要包括：降解有机物、转化重金属离子和去除氮磷等。
微生物降解有机物主要通过微生物的代谢活性来实现，例如厌氧菌和好氧菌能够分解废水中的有机物质，将其转化为无害物质。
微生物还能够将废水中的重金属离子转化为难溶于水的沉淀物，从而实现重金属的去除。
此外，一些特定菌种还能够利用废水中的氮磷元素，从而改善水体的富营养化问题。
微生物在能源生产中的应用微生物在能源生产中的应用主要体现在生物能源和生物燃料电池方面。
微生物可通过代谢的方式将有机物质转化为能量，从而实现能源的生产。
生物能源微生物在生物能源中的应用主要涉及生物气体和生物柴油。
微生物能够将有机废弃物转化为可燃性气体，例如甲烷，用于发电和供热。
此外，一些特定菌株还能够合成脂肪酸和酯类物质，用于制备生物柴油。
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微生物技术在生物柴油开发与应用中的作用*宋安东1,2,3冯冲1谢慧1陈伟11(河南农业大学生命科学学院,郑州, 450002)2(农业部农村可再生能源重点开放实验室,郑州, 450002)3(河南天冠集团,南阳, 473000)摘要生物柴油是一种可再生的液体清洁燃料,具有优良的特性。
当前生物柴油的原料主要来自动植物油脂,但其成本偏高。
微生物油脂是无限再生的资源,发酵周期短,不受场地、季节、气候变化等的影响,易于工业化生产,开发潜力很大。
文中从产油微生物的种类、代谢途径及生物柴油的工艺流程等方面介绍了生物柴油及其相关微生物技术研究进展。
指出了微生物转化技术所带来的相应问题,并展望了其应用前景。
关键词生物柴油,微生物油脂,产油微生物第一作者:博士,副教授。
*国家科技部“863”资助项目(编号:2001AA514020-02);河南省杰出人才创新基金资助项目收稿日期:2006-06-19能源和一个国家的经济发展密切相关,也是国家战略安全保障基础之一。
目前液体燃料(汽油、柴油等)主要来源于石油资源。
从目前探明的石油储量上看,世界石油的开采期多则100年,少则只有30~50年左右。
预计2010年我国的原油加工量将达到2·7亿t,而原油产量不会超过2·0亿t。
另外,以石油为主的传统化石能源的消耗造成大量的污染,空气中主要污染物如CO2和颗粒悬浮物约70%来自各种化石燃料燃烧排放物。
在能源日益匮乏,环境保护彰显重要的形势下,人们更看重从资源、能源和经济一体化协调考虑的社会可持续发展的模式。
正是在这一形势下,人们开始关注生物能源[1]。
生物能源在中国是仅次于煤炭、石油和天然气的第4位能源[2]。
控制污染,使用清洁燃料已成为今后一段时间内我国车用燃料的研究与应用的发展方向。
开发生物柴油对调整油品产业结构,提高柴汽比,促进农业产业结构的调整与农产品的加工转型,加强国防安全,保护环境等都具有重要意义。
文中就生物柴油开发中相关微生物技术的研究现状和前景作简要的阐述和归纳。
1微生物油脂发酵技术许多微生物,如酵母、霉菌和藻类等在一定条件下,能将碳水化合物转化为油脂并贮存在菌体内,称为微生物油脂,又称单细胞油脂(SCO,Single CellOil),大部分微生物油脂组成情况和一般植物油相近可以用来转化生物柴油。
1·1微生物油脂的原料研究表明,微生物能高效利用半纤维素和纤维素水解得到的所有碳水化合物产生油脂,和当前乙醇发酵工艺相比具有明显的原材料资源优势,对解决生物质经济公认的世界难题之一“全糖转化利用”很有价值。
全世界每年产农作物秸秆约1 000~2 000亿t,我国每年达7亿t以上,是生物转化微生物油脂潜在而丰富的原料。
甘薯、木薯、菊芋等粗放种植的高糖植物,也是未来微生物油脂发酵的理想原料。
利用现代生物技术将木质纤维素转化为饲料、酒精、柴油等产品,不仅可以作为新资源、新能源为人类造福,同时也可以缓解农作物资源对环境污染的问题,因而成为世界各国竞相开展的研究课题。
从理论上分析,干燥玉米秸秆含纤维素40%,半纤维素25%,木质素l7%,其高热值为17·8 kJ/kg。
由于产油微生物能同时利用六碳糖(葡萄糖)和五碳糖(木糖和阿拉伯糖),每吨玉米秸秆理论上将产出生物柴油233 kg(按硬脂酸乙酯计)和甘油22·8 kg[3],生物质能量利用率约为55%。
微生物油脂资源是无限再生的资源,发酵周期短,不受场地、季节、气候变化等的影响,基本不占用额外耕地资源,易于工业化生产。
中国科学院理化技术研究所杨正宇研究员领衔的课题组,在用秸秆直接转化汽柴油联产苯、苯酚、环氧乙烷等精细化工原料的研究方面已取得突破性进展。
最近希腊学者Papanikolaou等[4]报道了利用Mortierella isabellina进行高浓度糖发酵(初始糖浓度达100 g/L),油脂产量达到18·1 g/L。
1·2产油微生物1·2·1产油微生物必备条件[5,6](1)菌株细胞的油脂积累量应达到50%~60%综述与专题评论以上,油脂生成率应高于15%~18%。
(2)能进行工业化深层培养,培养装置简单。
(3)生长速度快,抗污染能力强。
(4)油脂易提取。
1·2·2常见的产油微生物种类[7]自然界中有许多微生物可以产生油脂如酵母菌、霉菌、细菌等。
常见的产油酵母菌有:浅白色隐球酵母(Cryptococcus albidus)、弯隐球酵母(Cryptococcus albidus)、斯达氏油脂酵母(Litxanyces starkeyi)、茁芽丝孢酵母(Trichosporon pulluhns)、产油油脂酵母(Lipcmyoes lipofer)、胶粘红酵母(Rhodotomlaglutinl)、类酵母红冬孢(Rhodosporldium tomloides)等。
常见的产油霉菌有:土霉菌(Aspergillus terreus)、紫癜麦角菌(Clavlceps purpurea)、高梁褶孢黑粉菌(Tolypospofium ehrenbergii)、高山被孢霉(Mortierellaalpina)、深黄被孢霉(Mortierella isabellina)等。
常见的产油细菌有:分枝杆菌(Mycobacterium)、棒状杆菌(Corynebacterium)、诺卡氏菌(Nocardia)等。
1·2·3产油微生物油脂含量及脂肪酸组成不同微生物产油能力与油的特性如表1所示[8]。
有些微藻能在细胞内形成相当数量脂质,以甘油三酯为主,还有其他各种脂肪酸。
产油酵母细胞内含大量甘油三酯,其脂肪酸组成与植物来源食用油脂相似;产油酵母能在各种碳源上生长良好,如蔗糖、糖蜜、乳糖、酒精等。
一些产油霉菌以葡萄糖为碳源,在细胞内合成大量以甘油三酯为主的脂质,不同霉菌的脂肪酸组成有很大差别。
1·2·4微生物产生油脂机理微生物高产油脂的一个关键因素是培养基中碳源充足,其他营养成分,特别是氮源缺乏。
在这种情况下,微生物不再进行细胞繁殖,而是将过量的碳水化合物转化为脂类。
微生物利用葡萄糖合成多不饱和脂肪酸的代谢途径如图1所示[9]由图1可以看出多不饱和脂肪酸微生物产生油脂过程,本质上与动植物产生油脂过程相似,都是从利用乙酰CoA羧化酶的羧化催化反应开始,经过多次链的延长,或再经去饱和酶的一系列去饱和作用等,完成整个生化过程。
禹慧明等对产生γ-亚麻酸机理进行探讨,认为微粒体膜的苹果酸酶活性与菌体油脂γ-亚麻酸含量存在显著相关关系,这是因为苹果酸酶原位产生的NADPH是微粒体膜磷脂上脂酰基完成去饱和作用的关键所在,而胞基质上的NADPH在脂肪酸延长和去饱和中不能发挥作用。
Kendrack等发现苹果酸能促进卷枝毛霉(Mueor circinelloides)微粒体的去饱和作用,使γ-亚麻酸含量增高,这可能是苹果酸酶为去饱和作用而提供NADPH结果[10]。
目前,各国根据自己的条件而采用不同的原料油生产生物柴油。
美国以转基因大豆为原料,欧洲主要以油菜籽为原料,日本以废弃烹饪油为原料,巴西以蓖麻籽为原料[11],我国的棉籽、大豆、油菜籽产量很大,但这些油以食用为主,价格较高,菜籽油约4 000元/t,花生油约6 800元/t,而柴油价格不足3 800元/t[12],以这些油生产生物柴油没有经济性可言。
从20世纪80年代中期起,原机械工业部和中国石化总公司曾拨专款开始生物柴油的专项研究。
中国科技大学、石化院等院校也投入一定的研究力量,但均处实验阶段。
2001年9月,南海正和生物能源有限公司在河北邯郸建成年产1万t的生物柴油装置,标志着我国这一行业的诞生。
2002年8月,四川古杉油化公司以植物油下脚料为原料,生产出和0#柴油性能相当的生物柴油。
2002年9月,福建龙岩市建成年产2万t生物柴油的装置,也是利用废动植物油作原料,据说成本可控制在2000元/t以下。
2004年,福建源华能源科技有限公司和杭州萧山所前镇政府签约在杭州建设年产5万t生物柴油的装置,也是利用地沟油作原料,该厂于2005年9月投产[13]。
成本问题是生物柴油发展的根本问题。
植物油脂因为其具有占用耕地面积、生长周期长、受气候影响严重等不足而不能成为生物柴油原料油脂供应的长久之策。
据统计以植物油脂为原料生产生物柴油,原料成本占总生产成本的70%~85%[14]。
利用价廉的非食用油、废煎炸油以及油脚来生产生物柴油是降低成本的有效方法但它们的来源并不稳定。
目前降低成本最有效的办法是充分利用我国丰富的木质纤维素物质资源及工业废物如玉米秸秆、稻草、麦秸、蔗渣及农副产品加工业、食品工业、造纸工业中产生的废弃物等,但目前的技术还不能够合理利用这些丰富的原料。
3生物柴油生产工艺的研究动植物油脂本身可以燃烧,但不能和普通柴油充分混合,而要设计专门的柴油机。
生物柴油则相反,它既可以按任意比例混合,也无需专门的柴油机。
生物柴油实质上就是脂肪酸的低碳醇酯,主要是脂肪酸甲酯和脂肪酸乙酯。
它是由甲醇或乙醇等醇类物质与天然植物油或动物脂肪中主要成分甘油三酸酯发生酯交换反应,将甘油基断裂为3个长链脂肪酸甲酯。
生物柴油的主要成分是软脂酸、硬脂酸、油酸、亚油酸等长链饱和与不饱和脂及酸同甲醇或乙醇所形成的酯类化合物[15]。
3·1生物柴油的生产工艺菌种→筛选→产脂微生物→二次活化→种子摇瓶↓生物质水解糖化→碳水化合物→发酵→过滤→收集菌丝体→风干→粉碎→压榨→粗微生物油脂→预处理→酯交换→洗涤→分离→真空干燥→生物柴油↑↑催化剂甲醇(或乙醇)3·2发酵影响微生物发酵产油脂的因素有微生物的种类、培养基、环境条件、工艺流程等。
培养基中氮源浓度和C/N比是影响微生物油脂含量的主要因素。
一般来说,培养基中含氮化合物越多则细胞蛋白质含量越多。
因此在培养初期供给大量氮源使微生物迅速增殖,以获取大量菌体细胞,后期改为含糖量多的培养条件以使油脂积累,这样可从蛋白质合成初期百分之几的油脂含量提高到后期百分之几十的油脂含量。
氮源的种类也会影响油脂的积累,黄建忠等[16]在利用深黄被孢霉(Mortierellaisabellina)产脂变异株M018合成γ-亚麻酸的研究中发现,不同氮源对油脂合成和菌体生长也有影响,(NH4)2SO4、NH4NO3、NH4H2PO4适合细胞生长,不利于油脂合成;而蛋白胨、牛肉膏不适合细胞生长但有利于油脂合成。
酵母膏不仅是菌体生长的适宜氮源,也是细胞油脂合成的最佳氮源。
以酵母膏为氮源,生物量可达32·8 g/L,油脂含量为67·8%。