以固定化菌體生物觸媒生產生質柴油的生化程序研究

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1、張淑青陳志平以固定化菌體生物觸媒生產生質柴油的生化程序研究以固定化菌體生物觸媒生產生質柴油的生化程序研究張淑青陳志平長庚大學化工與材料工程研究所/生化與生醫工程研究所第七屆生化工程研討會論文集張淑青陳志平以固定化菌體生物觸媒生產生質柴油的生化程序研究1.簡介近年來，由於石油價格的飆漲，及其來源的縮減，以及對環境的負面影響，逐漸發展出由植物油或動物脂肪與短鏈醇類進行交酯化生產生質柴油。大量使用石油的結果，造成空氣污染急遽嚴重，其生成的CO2氣體更是地球溫室效應的最大殺手。硫化物及鹵化物亦是人類致癌的主因。利用脂肪分解酵素(lipase)以甲醇交酯化植物油，所生成的甲基酯(methyle

2、sters)即是所謂的生質柴油。不但大大降低污染問題，並且解決了燃燒時所產生的煤煙公害。________________________________________陳志平長庚大學生化與生醫工程研究所教授Tel:(03)3283016轉5295E-mail:jpchen@mail.cgu.edu.tw張淑青長庚大學化工與材料工程研究所學生利用酵素的特異性，我們可以成功的將植物油與甲醇酯化生產柴油中主要成份的甲基酯類，但在此之前，我們必須找出酵素活性最高、降低經濟成本並有助於進行酯化的最佳反應條件。本研究將利用黴菌菌絲體內之脂肪分解酵素進行交酯化反應，探討菌體培養時間、菌體處理方法、

3、最適化反應條件，及固定化菌體與自由菌體酯化反應之差異性。2.材料與方法2.1菌種及培養基實驗所使用菌種為Rhizopusarrhizus。固態培養基成份分別為300gdicespotatoes，20gglucose，15gagar，1Ldistilledwater。液態培養基成份分別為5%corn-steepliquor，2%oliveoil，0.2%KH2PO4，0.05%KCl，0.05%NaNO3，0.05%MgSO4．7H2O，(allw/v)，pH=4.6。2.2前培養利用接種環沾取已在平面培養基上生成的菌絲，再均勻塗佈於斜面培養基上，約72小時之後，將斜面培養基上生長出來

4、的菌體以些微無菌水沖出，並將此液體取10μL接種於內含100mL液態培養基的500mL震盪搖瓶，接種的孢子數濃度控制在2~6×106spores/L之內。培養條件為溫度30℃，轉速150rpm。2.3實驗方法將液態培養基中的菌體過濾回收，並以丙酮浸泡30分鐘，再將菌體置於30℃、真空狀態下烘乾48小時後秤重。第七屆生化工程研討會論文集張淑青陳志平以固定化菌體生物觸媒生產生質柴油的生化程序研究取固定比例油與甲醇於20mL反應瓶內，加入自由或固定化菌體放入30℃恆溫水槽中，以150rpm震盪反應固定時間後，取出定量的反應液，再加入等體積的內標準品(tricaprylin)，並以hexan

5、e稀釋。以GC分析產量，以決定酯化反應的速率及轉化率。2.4GC分析條件分析管柱:J&WScientificDB-5(columnlength:15m;ID:0.32mm;filmthickness:0.25μm);注射溫度:270℃;管柱溫度:150℃保持0.5min，再以10℃/min加熱至300℃，保持2min;FID偵測器溫度:250℃;載流氣體:N2;流速:2mL/min;分流:30mL/min。3.結果與討論3.1比較菌體在不同生物支持體上固定的情形基於菌體回收並再次利用的經濟效益為考量，我們將菌體固定在生物支持體上，即biomasssupportparticles(BS

6、Ps)，並比較菌體在何種BSPs上固定的比較多。而由圖(一)得知，以單位體積BSPs上的菌量來比較，chitosan上的菌量達0.2543g/㎝3，而以每單位重量BSPs上的菌量來比較，polyurethanefoamparticle(PU1×1×1㎝)上的菌量達1.1474g/gBSP為最高。圖(一)六種BSPs對菌體固定的影響3.2找出菌體在BSPs上的最高活性與轉化率我們已從圖(一)中得知BSPs上固定之菌體量，以這些BSPs上的菌體進行酯化反應，反應條件為油:醇=1:1.5(mol)。再由GC分析得知活性最高為固定在PVF上的固定化菌體，其比活性為468mM/h.g。其次為固

7、定在不織布上的固定化菌體，其比活性為323mM/h.g。圖(二)六種BSP對固定化菌體活性之影響再由圖(三)中得知，經過24小時酯化反應後，不織布上的固定化菌體轉化率最高，其次為PVF上的固定化菌體。第七屆生化工程研討會論文集張淑青陳志平以固定化菌體生物觸媒生產生質柴油的生化程序研究圖(三)六種BSP對固定化菌體酯化反應之影響綜合圖(二)與圖(三)，我們找出兩種對於菌體固定化最有利之生物支持體，即不織布與PVF，再用這兩種固定化菌體與自由菌體比較其反應之優