Production of environmentally friendly biodiesel by enzymatic oil transesterification

Abstract

In this study, the ability of commercial lipolytic enzyme Lipoprime 50T to catalyze the biotechnologically and environmentally important processes of rapeseed oil hydrolysis and transesterification were investigated and the optimal process conditions were determined using simple and accurate thin layer chromatographic, titrimetric and computer analysis (Micro image 4.0) methods. Lipoprime 50T lipase-catalyzed transesterification of rapeseed oil with several alcohols for fatty acid alkyl esters (biodiesel) production in n-hexane – a common solvent for lipolytic reactions – and in t-butanol – a novel promising solvent for biodiesel production – was investigated. The effects of molar ratio of substrates, reaction temperature and time on the constitution of the methanolysis reaction mixture were analyzed. Lipoprime 50T lipase-catalyzed rapeseed oil methanolysis in n-hexane was determined to be undesirably slow and inefficient process, whereas the lipolytic potential of the studied enzyme was determined to be very high in t-butanol (no rapeseed oil left after 1.5 h from the beginning of the reaction under determined optimal reaction conditions).

Article in English.

Nežalingo aplinkai biodyzelino gamybos fermentinio aliejaus peresterinimo būdu optimizavimo tyrimas

Santrauka. Tirta komercinio preparato Lipoprime 50T, kuriam būdingas lipolizinis aktyvumas, geba katalizuoti biotechnologiniu ir aplinkos apsaugos požiūriu svarbias rapsų aliejaus peresterinimo bei hidrolizes reakcijas. Optimalios vykdytų procesų salygos nustatytos tiksliu bei paprastu plonasluoksnes chromatografijos, titrimetrijos ir kompiuterines analizes (Micro image 4.0) metodais. Optimizuotas biodyzelino – riebalų rūgščių esterių – gavimo procesas bei įvertinta skirtingų alkoholių įtaka Lipoprime 50T lipazės katalizuojamo rapsų aliejaus peresterinimo efektyvumui dviejuose skirtinguose tirpikliuose – n-heksane (įprastinis lipolizes reakcijų tirpiklis) bei tret-butanolyje (naujas perspektyvus tirpiklis biodyzelino sintezės reakcijoms vykdyti). Ištirta molinio substratų santykio, reakcijos temperatūros bei trukmės įtaka rapsų aliejaus metanolizės veiksmingumui tret-butanolyje. Nustatyta, kad Lipoprime 50T lipazės katalizuojama rapsų aliejaus metanolizė nheksane yra lėtas ir ilgai trunkantis procesas, o tret-butanolyje tirti procesai yra ypač spartūs ir efektyvūs (visas rapsų aliejus nustatytomis optimaliomis sąlygomis sureaguoja per apytikriai 1,5 val.).

Reikšminiai žodžiai: peresterinimas, metanolizė, biodyzelinas, lipazė, rapsųaliejus, tret-butanolis, plonasluoksne chromatografija.

Получение экологичного биодизеля путем ферментативной переэтерификации масла

Резюме. Была исследована способность коммерческого препарата Lipoprime 50T, обладающего липолитической активностью, катализировать биотехнологически и экологически важные процессы гидролиза и переэтерификации рапсового масла с определением оптимальных для них условий доступным и точным методом тонкослойной хроматографии, титрованием свободных жирных кислот и методом компьютерного анализа данных с помощью программы Micro image 4.0. Получение биодизеля – эфиров жирных кислот – путем переэтерификации рапсового масла некоторыми спиртами было исследовано в обычном для липолитических реакций растворителе н-гексане и в более приемлемом для синтеза биодизеля растворителе трет-бутиловом спирте (т-бутаноле). Также было исследовано влияние молярного соотношения субстратов, температуры и времени на состав продуктов в реакционной смеси. Процесс метанолиза рапсового масла, катализируемый липазой Lipoprime 50T, оказался медленным и малоэффективным в н-гексане, тогда как в т-бутаноле потенциал липолитической активности ферментного препарата был высок (в оптимальных условиях спустя полтора часа от начала процесса в реакционной смеси не оставалось исходного рапсового масла).

Ключевые слова: переэтерификация, метанолиз, биодизель, липаза, рапсовое масло, т-бутанол, тонкослойная хроматография.

Keyword : transesterification, methanolysis, biodiesel, lipase, rapeseed oil, t-butanol, thin layer chromatography