[发明专利]一种回收和/或富集水相非固定化脂肪酶的方法和装置

说明书

技术领域

本发明属于生物化工领域，涉及一种水相非固定化脂肪酶的回收方法和装置，特别涉及一种利用泡沫分离回收和/或富集生物酶法生产生物柴油过程中水相非固定化脂肪酶或发酵法生产脂肪酶过程中发酵液中脂肪酶的方法和装置，实现非固定化脂肪酶回收、富集并用于生物柴油的生产。

背景技术

由于化石能源日趋枯竭以及其燃烧后产生的二氧化碳、氧化氮、氧化硫以及排放的黑烟等导致了严重的环境污染问题，开发可再生的替代能源，例如生物能源受到了世界各国的广泛关注。其中，生物柴油是最为受到重视的生物能源之一。

生物柴油是由生物油脂原料通过转酯化反应生成的长链脂肪酸酯类化合物。目前生物柴油主要是用化学法生产，即用动植物油脂和一些低碳醇(甲醇或乙醇)在碱或者酸性催化剂作用下进行转酯化反应，生成相应的脂肪酸甲酯或乙酯。化学法制备生物柴油存在如下一些不可避免的缺点：①油脂原料中的游离脂肪酸和水严重影响反应的进行；②甲醇在油脂中溶解性不好，易导致乳化液的形成从而使得后续处理过程复杂；③工艺要求甲醇用量大大超过反应摩尔比，过量甲醇的蒸发回流增大过程能耗。由于利用生物酶法合成生物柴油具有反应条件温和、无污染物排放、油脂原料中的游离脂肪酸和少量水不影响酶促反应等优点，符合绿色化学的发展方向，因而日益受到人们的重视。但同化学方法相比，生物酶的成本过高，这已成为制约酶法产业化生产生物柴油的主要瓶颈。

固定化脂肪酶可以重复使用，这可以在一定程度上降低酶的使用成本。但固定化酶的制备成本很高，其中绝大部分成本归结于酶的下游过程操作成本，即酶的分离，纯化和固定化。故直接利用非固定化脂肪酶(如液体脂肪酶和游离酶粉)作为催化剂，则可以有效省去酶的分离，纯化和固定化等程序，可以大幅度降低酶的制备成本。然而，在利用非固定化脂肪酶作为催化剂转化可再生油脂原料制备生物柴油的过程中，能否实现这些非固定化脂肪酶的多次回用是降低酶成本的关键，也是非固定化脂肪酶能否最终应用于生物柴油制备领域的主要制约因素。

因此，有必要开发出简单、高效回收和富集非固定化脂肪酶的方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种回收和/或富集水相非固定化脂肪酶的方法。

本发明的另一个目的是提供一种用于回收和/或富集水相非固定化脂肪酶的装置。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的。一方面，本发明提供了一种回收和/或富集水相非固定化脂肪酶的方法，所述方法是向待回收和/或富集的溶液中通入气体，采用泡沫分离回收和/或富集溶液中的脂肪酶。

优选地，所述向待回收和/或富集的溶液中通入的气体选自空气、氮气和二氧化碳中的一种或多种。

优选地，所述向待回收和/或富集的溶液中通入的气体气速为2-15升气体/升溶液/小时，所述气体气速可保持恒定和/或根据需要逐渐增大和/或逐渐减小。

优选地，所述方法还包括向待回收和/或富集的溶液中通入气体之前，调节待回收溶液pH值为3-9的步骤，所述pH值优选为4-8之间，更优选为待回收溶液的自然pH值。

优选地，所述方法还包括向待回收和/或富集的溶液中通入气体之前，去除待回收溶液中的杂质的步骤。

优选地，所述水相非固定化脂肪酶为生物柴油生产过程中使用的脂肪酶或者发酵法生产脂肪酶的发酵液脂肪酶。

优选地，所述方法包括以下步骤：1)向待回收和/或富集的发酵液中通入气体，采用泡沫分离回收和/或富集其中的脂肪酶，泡沫相破泡后得到脂肪酶溶液A；2)将步骤1)得到的脂肪酶溶液A用于生物柴油生产，得到生物柴油、乳化层和水相溶液；3)除去步骤2)得到的水相溶液中的杂质，得到脂肪酶溶液B，优选地，所述杂质包括固体杂质、油脂和/或生物柴油；4)向步骤3)得到的脂肪酶溶液B中通入气体，采用泡沫分离回收和/或富集其中的脂肪酶，泡沫相破泡后得到脂肪酶溶液C。优选地，所述步骤1)和步骤4)中，在向溶液中通入气体之前，还包括除去溶液中残留的油脂和/或生物柴油的步骤，使得油脂和/或生物柴油的含量小于0.1％，优选小于0.01％。

优选地，所述方法可通过批式操作和/或连续操作来实现。

另一方面，本发明提供一种泡沫分离装置，所述泡沫分离装置包括：泡沫塔2-4，用于提供进行泡沫分离的空间；设置于泡沫塔2-4内部的活塞2-6，用于调节泡沫层的高度；设置于泡沫塔2-4底部的气体分布器2-10，用于将气体分布成微小气泡；设置于泡沫塔2-4顶部或侧壁的泡沫收集器2-1，用于收集泡沫；泡沫收集器内部设置有一顶端导流筒2-2，顶端导流筒2-2与顶端出料口2-3相连；以及位于泡沫塔2-4侧壁的进料口2-7和位于泡沫塔底端的卸料口2-11。