酶催化甲基丙烯酸甲酯为酰基受体联产生物柴油与甲基丙烯酸酯化脂肪酸的绿色工艺研究

针对传统生物柴油生产中甲醇毒性导致酶失活及工艺复杂的问题，本研究创新性地采用甲基丙烯酸甲酯（MMA）为酰基受体，利用1,3位特异性脂肪酶Lipozyme RM IM催化甘油三酯（TG）的sn-1,3转酯化反应，实现生物柴油（FAMEs）与甲基丙烯酸酯化甘油酯（MFAGs）的联产。优化条件下TG转化率达97%，FAMEs收率65%，产物经多级短程蒸馏与柱色谱分离纯度超95%。该工艺避免了甲醇毒性，简化操作流程，且高值化副产物MFAGs可作为涂料单体，为生物柴油可持续发展提供新路径。

　　

传统生物柴油生产面临两大困境：一是甲醇作为常用酰基受体对脂肪酶的毒性导致酶活性下降，需采用分步投料等复杂工艺；二是化学催化法存在能耗高、污染重等问题。尽管酶法催化具有条件温和、环境友好等优势，但高昂成本制约其工业化应用。甲基丙烯酸甲酯（MMA）作为一种廉价化工原料，其酯基特性可能规避甲醇的毒性问题，同时反应副产物甲基丙烯酸酯化甘油酯（MFAGs）可作为高分子材料单体，显著提升经济价值。

来自中国的研究团队在《Chinese Journal of Chemical Engineering》发表研究，提出以MMA为酰基受体、Lipozyme RM IM脂肪酶为催化剂的一步法联产工艺。通过优化温度（50°C）、底物摩尔比（MMA:TG=4:1）、酶载量（7.5%）及水分添加量（0.5%），实现TG转化率97%与FAMEs收率65%。采用短程蒸馏-柱色谱联用技术分离产物，获得纯度98%的FAMEs及95%以上的MFAGs组分。

关键技术方法

1. 酶筛选与活性测定：对比非特异性Novozym 435与1,3位特异性Lipozyme RM IM的催化效率；
2. 反应条件优化：通过单因素实验确定温度、底物比、酶载量及水分添加量；
3. 产物分离纯化：结合短程蒸馏（分子量差异）与硅胶柱色谱（极性差异）实现复杂混合物分离。

研究结果

• 酶特异性验证：Lipozyme RM IM的1,3位选择性避免2位羟基取代，确保MFADG（6）与FAMEs（4）的高效生成；
• 水分调控机制：0.5%水分添加维持酶活性微环境，过量水则促进水解副反应；
• 产物应用潜力：MFAGs作为活性稀释剂可降低涂料中苯乙烯用量，其聚合物更具备形状记忆功能。

结论与意义
该研究开创性地将MMA引入生物柴油合成体系，其低毒性允许底物一次性投料，大幅简化工艺流程。联产的高附加值MFAGs（如MFADG、DMFAG）在涂料、树脂等领域应用前景广阔，使整体工艺经济性提升。此外，短程蒸馏与柱色谱的联用策略为多组分生物基产物分离提供范本。这项成果不仅为生物柴油生产提供绿色替代方案，更拓展了酶催化在生物质高值化利用中的边界。