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1、ReviewArticleChineseJournalofNatureVol.29No.1生物柴油生产及其理论和实践邱明华研究员,博士生导师,中国科学院昆明植物研究所,昆明650204关键词生物柴油生产技术质量标准质量控制石化柴油主要由C14～C16的碳链组成,而动植物油脂一般由C10～C18碳链的脂肪酸组成,是理想的可再生生物柴油的原料。本文简明扼要地讨论了植物中脂肪的形成、积累和代谢;各种生物柴油的生产技术和方法;生物柴油标准和质量控制等相关技术现状和发展趋势。同时阐述了我国在生物柴油产业化中具备的关键技术基础
2、,和发展生物柴油产业的可能性和深远意义。肪酸完全氧化可以释放37.68kJ/kg的能量,而糖或蛋白质大概是16.75kJ/kg;1g无水脂肪比1g水化糖原贮藏1前言能量大约为6倍。这可能就是生物进化中选择脂肪作为[3]全球石油资源的过度开发利用,使其面临资源衰竭主要能量贮库的要素之一。的危险,许多冲突多因石油资源而起;而石化燃油的废植物种子油脂的形成和积累,始于盛花期,在果实、气污染成为人类面临的巨大挑战。2006年初美国总统种子成熟期高速储存能量中完成。油脂形成和积累与布什提出:要摆脱石油经济,让依赖中东石油成为
3、历史;植物物种遗传因素和环境条件关系密切,油脂由不同的美国的目标是,到2025年,替代75%的中东石油进脂肪酸与甘油缩合而成。植物中乙酰辅酶A,可以由乙[1]酸和辅酶A结合产生,也可以由糖分解出的丙酮酸,与口。我国作为飞速发展的大国,同样不可避免地面临+能源安全问题,2005年2月通过的《可再生能源法》已于辅酶A结合生成。乙酰辅酶A可以在ATP、Mn等催2006年开始正式实施,使我国的清洁再生能源开发步入化下,吸收CO2形成丙二酸单酰辅酶A(malonyl2CoA),快车道。生物柴油作为重要生物再生替代能源之一,得
4、再与一个乙酰辅酶A结合,成为五碳产物,在NADPH2到了全社会的极大关注,我国政府也在引导和推进生物的作用下,形成丁酰辅酶A(butyryl2CoA);该产物再与柴油产业发展上,起着至关重要的作用。丙二酸单酰辅酶A,被NADPH2脱去CO2和H2O,形成众所周知,石化柴油主要由C14～C16的碳链组成,己酰辅酶A(caproyl2CoA);如此循环往复,每次增加2而动植物油脂中一般由C10～C18碳链的脂肪酸组成,个碳原子,生成各种长度的脂肪酸。而组成油脂的甘油是十分理想的可再生生物柴油的原料。通过酯交换生则来源于
5、单糖酵解后生产的二羟基丙酮磷酸脂,还原形产的脂肪酸甲酯混合物,保持了柴油的优良特性,还有成丙三醇;在脂肪酰基酶酶触下,反应形成甘油单酯、双[4]更多的优点,包括更好的环保性、低温启动性、润滑性、酯、三酯。安全性、燃料性、可再生性等,因而成为生物柴油的代名生物合成的机理研究,也可算为生物柴油另辟蹊径,[2]词。因限于本文篇幅,主要讨论和分析脂肪酸甲酯类美国在实验室条件下,通过调控“工程微藻”(一种硅藻生物柴油的生产技术发展和柴油植物资源相关的一些类)中乙酰辅酶A羧化酶(ACC)基因在微藻细胞中高效问题,以及我国生物柴
6、油产业化的现状和意义。表达,可使脂质含量提高到60%,户外培养也有脂质含量达40%的高表达;而自然状况下微藻中脂质含量一般在5%～20%。现在正在寻找合适的分子载体,使ACC基2植物中脂肪的形成、积累和代谢因在细菌、酵母和植物中高效表达,试图成为生物柴油生[527]植物中脂肪是处于还原态和无水的高度密集能量储物生产的新途径,如果成功,则其意义非凡。存库,因而更多的是储存在种子中,以便种子萌发重新开植物油脂在各种植物类群中分布十分广泛。油脂植始生命周期时,代谢释放足够的能量,满足叶绿体光合作物种类繁多。仅在《中国油脂
7、植物》一书中就收载了中国用转化利用太阳能之前的全部生命活动的能量需求。脂的108个科397个属974个种种子植物中油脂含量分析·26·自然杂志29卷1期专题综述结果,及其中37种脂肪酸的组成含量分析结果,成为该Mealy法则是以NaOH或KOH为催化剂,在甲醇蒸汽[8]领域的权威手册。近来笔者所在研究组分析云南腾冲状态下,一步生产得到脂肪酸甲酯;该法对原料要求严采集的香果树和元谋县采集小桐子种仁,其中油脂含量格,反应油脂要呈中性、无水,需要密闭反应装置;但由分别为55%～58%和55%～60%;GC2MS分析其脂肪
8、酸于反应转化率高,流程简单,反应设备简易,是生物柴油组成为,香果树籽油:葵酸33.3%,月桂酸58.5%,肉豆蔻生产中的常用工艺。酸1.61%,棕榈酸0.98%;小桐子籽油:棕榈酸2.71%,在均相化学催化合成脂肪酸甲酯生物柴油中,Boo2硬脂酸26.08%,油酸71.21%。虽然脂肪酸组成差别巨cock等用无水甲醇和脂肪油在2%硫酸323～338K条大,但
