用于减少游离脂肪酸的方法与流程

本发明涉及通过酶联酯化(酯交换)((trans)esterification/esterification)降低生物柴油/脂肪酸烷基酯中游离脂肪酸水平的方法。具体而言，本发明涉及在组合的酯化(酯交换)中使用低水含量和甘油再循环的方法。

背景技术：

1、来自化石燃料的co2会引发的环境问题，这迫使世界寻求可持续的解决方案。

2、源自化石碳源的传统柴油燃料是目前co2排放的主要贡献者，开发能够驱动现有柴油发动机的可持续和可再生燃料将是一种降低与柴油相关的co2排放的可能方式。这种燃料是例如脂肪酸甲酯，也被称为生物柴油，其可通过对源自由甘油酯和游离脂肪酸(ffa)组成的脂肪和油的脂肪酸进行酯化而获得。

3、用于生产生物柴油的生物质原料主要由甘油酯组成，但廉价、低质量的原料通常也含有大量的游离脂肪酸(ffa)。然而，ffa也是生物柴油的潜在来源，因为它们可通过酯化(酯交换)转化为生物柴油。

4、传统上，生物柴油的生产是通过化学催化进行的。通过甘油酯的酯交换进行碱催化生产生物柴油是最常用的方法，但也有缺点。重要的是，在ffa浓度较高的情况下，化学碱催化无法处理低质量和多变质量的原料。为了开发这样的原料，需要广泛的预处理。目前，典型的预处理是硫酸催化ffa的酯化。

5、对广泛的预加工的需求是一个问题，因为这大大降低了方法的盈利能力。为了在低质量原料的可用性方面获得更环保、更盈利和更稳健的方法，酶促催化提供了一种解决方案。

6、酶促催化对原料质量不太敏感。它需要更接近环境的操作条件，并且由于高选择性和低添加需求，会产生更小、更清洁和更容易处理的废物流。此外，酶是可再生的催化剂，并且利用酶的方法往往比化学方法更环保。

7、相对于化学方法，酶促生物柴油方法仅需要较少的预加工，并且能够将ffa和甘油酯都转化为生物柴油。

8、然而，酶促方法确实有一些局限性。游离脂肪酸与短链醇的酶促酯化反应生成生物柴油和水是可逆的。因此，水的存在将使该反应朝着不利于生物柴油生产的方向进行。同时，水的除去有利于生物柴油的形成，从而具有降低酶稳定性的负面影响。

9、尽管目前的酶促酯交换方法具有高转化率，但由于不可避免的平衡限制，产物仍含有1-6wt％ffa(不考虑原料)。一种解决方案是使用碱洗来转化和去除残留的ffa，但是因为会产生皂，所以需要额外加工，这会伴随大量废水作为副产物产生。

10、因此，仍然需要开发用于生物柴油生产的酶促方法，特别是提高酶促方法的效率。

技术实现思路

1、本发明涉及用于减少生物柴油/脂肪酸烷基酯中游离脂肪酸水平的方法，所述方法包括以下步骤：(i)提供包含甘油三酯、甘油二酯、甘油单酯、游离脂肪酸、脂肪酸酯、或其任何组合的脂肪酸原料底物；(ii)在一种或多种酯酶的存在下使所述脂肪酸原料底物与醇反应并添加甘油以产生脂肪酸烷基酯；(iii)将步骤(ii)的反应混合物分离成包含脂肪酸甲酯(fame)的轻相和包含酯酶、甘油、短链醇和水的重相；(iv)干燥步骤ii)的混合物，随后分离轻相和重相；和/或(v)在酯酶的存在下干燥步骤(iii)的重相，其中该重相的甘油和酯酶被回收并添加回步骤(ii)；并且其中所得生物柴油(fame)产物中游离脂肪酸(ffa)浓度的所得水平低于1％(wt/wt)。

2、从下面的描述中，本发明的这些和其他目的和优点将是显而易见的。在下面的详细描述中，将参考附图描述本发明的优选实施例。这些实施例不代表本发明的全部范围。相反，本发明可用于其他实施例。因此，应当参考本文的权利要求书来解释本发明的广度。

3、本发明带来的主要改善是部分或完全去除碱抛光以及相应的产量损失、盐侧流和废水。这也是朝着替代不太环保且目前市场主导的化学工艺迈出的又一步。

1.一种用于降低生物柴油/脂肪酸烷基酯中游离脂肪酸水平的方法，所述方法包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的方法，其中从步骤iii)的轻相中除去甲醇后，步骤iii)的轻相中该游离脂肪酸(ffa)浓度低于1wt％。

3.根据权利要求1所述的方法，其中步骤ii)中的所述酯酶未被固定化。

4.根据权利要求1所述的方法，其中步骤ii)中的所述酯酶以液体、颗粒和/或粉末的形式添加。

5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中步骤ii)中添加的水少于该脂肪酸原料的2％wt/wt。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的方法，其中该酯酶能够对甘油单酯(mg)、甘油二酯(dg)和甘油三酯(tg)进行酯交换。

7.根据权利要求6所述的方法，其中该酯酶是seq id no:1的酯酶或与seq id no:1的多肽具有至少60％、至少65％、至少70％、至少75％、至少80％、至少81％、至少82％、至少83％、至少84％、至少85％、至少86％、至少87％、至少88％、至少89％、至少90％、至少91％、至少92％、至少93％、至少94％、至少95％、至少96％、至少97％、至少98％、至少99％或至少100％序列同一性的酯酶。

8.根据权利要求1所述的方法，其中所述方法包括以下步骤：

9.根据权利要求1所述的方法，其中所述醇是c1-c5醇。

10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中该方法在20℃-90℃，例如25℃-85℃，优选30℃-80℃的温度下进行。

11.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中该底物源自于以下中的一种或多种：海藻油；低芥酸菜籽油；椰子油；蓖麻油；椰子油；椰子核油；玉米油；酒糟玉米油；棉花籽油；亚麻油；鱼油；葡萄籽油；大麻油；麻疯果油；荷荷芭油；芥子油；低芥酸菜籽油；棕榈油；棕榈硬脂；棕榈油精；棕榈仁油；花生油；菜籽油；米糠油；红花油；大豆油；向日葵油；妥尔油；来自盐生植物的油；和/或动物脂肪，包括来自猪、牛和羊的动物油脂、猪油、鸡脂肪、鱼油；棕榈油游离脂肪酸馏出物；豆油游离脂肪酸馏出物；皂原料脂肪酸材料；黄色油脂；用过的烹饪油；棕榈油废水；和褐色油脂或其任何组合。

12.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述酯酶选自由以下组成的组：曲霉属脂肪酶；黑曲霉脂肪酶；疏棉状嗜热丝孢菌脂肪酶；南极假丝酵母脂肪酶a；南极假丝酵母脂肪酶b；圆柱假丝酵母脂肪酶；畸形假丝酵母脂肪酶；解脂假丝酵母脂肪酶；近平滑假丝酵母脂肪酶；色素杆菌属米赫毛霉；皱褶假丝酵母脂肪酶；痤疮棒状杆菌脂肪酶；疏棉状腐质霉，隐球菌属物种s-2脂肪酶；大刀镰孢脂肪酶；异孢镰孢脂肪酶；尖孢镰孢脂肪酶；爪哇毛霉脂肪酶；米黑根毛霉脂肪酶；德氏根毛霉脂肪酶；洋葱伯克霍尔德菌属(洋葱假单胞菌)脂肪酶；假单胞菌属物种，atcc 21808，沙门柏干酪假单胞菌脂肪酶；荧光假单胞菌脂肪酶；根霉属脂肪酶；少根根霉脂肪酶；金黄色葡萄球菌脂肪酶；念珠地丝菌脂肪酶；酵母样丝孢菌属物种脂肪酶；产酸克雷伯菌脂肪酶；及其野生型直系同源物和同源物；及其变体。

13.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中该ffa减少，甘油三酯的转化率小于30％，优选地小于20％，并且最优选地小于10％。

14.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中一种或多种酯酶与seq id no:1、seqid no:2、seq id no:3、seq id no:4、seq id no:5、seq id no:6、seq id no:7、seq idno:8、seq id no:9、或seq id no:10的多肽具有至少60％、至少65％、至少70％、至少75％、至少80％、至少81％、至少82％、至少83％、至少84％、至少85％、至少86％、至少87％、至少88％、至少89％、至少90％、至少91％、至少92％、至少93％、至少94％、至少95％、至少96％、至少97％、至少98％、至少99％或至少100％序列同一性。

15.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中一种或多种酯酶包含seq id no:1、seq id no:2、seq id no:3、seq id no:4、seq id no:5、seq id no:6、seq id no:7、seqid no:8、seq id no:9、或seq id no:10的多肽，或由其组成。