全 文 ：第９卷第３期
２０１１年５月
生 物 加 工 过 程
ＣｈｉｎｅｓｅＪｏｕｒｎａｌｏｆＢｉｏｐｒｏｃｅｓｓＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ
Ｖｏｌ．９Ｎｏ．３
Ｍａｙ２０１１
ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７２－３６７８．２０１１．０３．００７
收稿日期：２０１０－１０－１５
基金项目：江西省科技攻关项目（２００４１Ｂ０１０３０００）
作者简介：郭炳其（１９８５—），男，湖北黄石人，硕士研究生，研究方向：发酵工程；段学辉（联系人），教授，Ｅｍａｉｌ：ｘｈｄｕａｎ＠ｎｃｕ．ｅｄｕ．ｃｎ
几种离子液体的微波法合成及其对脂肪酶
催化效果的影响
郭炳其，段学辉，傅 奇，魏 斌，贾奎艳
（南昌大学 食品科学与技术国家重点实验室，南昌 ３３００４７）
摘 要：采用微波法合成９种目标离子液体，对中间体［Ｂｍｉｍ］Ｂｒ的合成条件及其离子液体对全细胞催化剂催化效
果的影响进行考察。直接将产脂肪酶真菌粗状假丝酵母（Ｃａｎｄｉｄａｖａｌｉｄａ）Ｔ２细胞固定在聚氨酯颗粒中，制备固定
化细胞催化剂，将其应用于合成离子液体介质中催化甲醇与大豆油酯交换反应制备生物柴油。结果表明：微波功
率２００Ｗ下间隙照射１００ｓ，中间体［Ｂｍｉｍ］Ｂｒ的收率达９５１６％，有效地提高了离子液合成产率；在［Ｂｍｉｍ］ＰＦ６离
子液中固定化细胞酶催化转酯化反应３０ｈ，大豆油的转化率达４２％，反应效果较其他８种合成离子液体好；固定化
细胞颗粒和［Ｂｍｉｍ］ＰＦ６重复使用４次，其油脂转化率和酶活保持率分别达到２９％和６９％，表现出较好的催化反应
稳定性。
关键词：离子液体；微波；脂肪酶；酯交换；全细胞
中图分类号：Ｑ８１４２ 文献标志码：Ａ 文章编号：１６７２－３６７８（２０１１）０３－００３１－０６
Ｍｉｃｒｏｗａｖｅａｓｓｉｓｔｅｄｓｙｎｔｈｅｓｉｓｏｆｉｏｎｉｃｌｉｑｕｉｄｓａｎｄｔｈｅｉｒｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｎ
ｌｉｐａｓｅｃａｔａｌｙｓｉｓ
ＧＵＯＢｉｎｇｑｉ，ＤＵＡＮＸｕｅｈｕｉ，ＦＵＱｉ，ＷＥＩＢｉｎ，ＪＩＡＫｕｉｙａｎ
（ＳｔａｔｅＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＦｏｏｄＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＮａｎｃｈａｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｎａｎｃｈａｎｇ３３００４７，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｎｉｎｅｋｉｎｄｓｏｆｔａｒｇｅｔｉｏｎｉｃｌｉｑｕｉｄｓｗｅｒｅｓｙｎｔｈｅｓｉｓｅｄｂｙｍｉｃｒｏｗａｖｅｒａｄｉａｔｉｏｎ，ｔｈｅｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎｃｏｎ
ｄｉｔｉｏｎｓｏｆｉｎｔｅｒｍｅｄｉａｔｅ［Ｂｍｉｍ］Ｂｒａｎｄｔｈｅｉｎｆｕｌｅｎｃｅｏｆｔｈｅｓｅｉｏｎｉｃｌｉｑｕｉｄｓｔｏｔｈｅｗｈｏｌｅｃｅｌｃａｔａｌｙｓｔｗｅｒｅ
ｓｔｕｄｉｅｄ．ＴｈｅｉｍｍｏｂｉｌｉｚｅｄｃｅｌｃａｔａｌｙｓｔｗａｓｐｒｅｐａｒｅｄｂｙｌｉｐａｓｅｐｒｏｄｕｃｉｎｇｆｕｎｇｉＣａｎｄｉｄａｖａｌｉｄａＴ２ｉｍｍｏｂｉ
ｌｉｚｅｄｏｎｐｏｌｙｕｒｅｔｈａｎｅｐａｒｔｉｃｌｅｓｄｉｒｅｃｔｌｙ．Ｔｈｅｎ，ｔｈｅｉｍｍｏｂｉｌｉｚｅｄｃｅｌｃａｔａｌｙｓｔｗａｓｕｓｅｄｔｏｃａｔａｌｙｚｅｔｈｅ
ｔｒａｎｓｅｓｔｅｒｉｆｉｃａｔｉｏｎｏｆｓｏｙｂｅａｎｏｉｌａｎｄｍｅｔｈａｎｏｌｔｏｐｒｏｄｕｃｅｂｉｏｄｉｅｓｅｌｉｎｔｈｅｐｒｅｓｅｎｃｅｏｆｉｏｎｉｃｌｉｑｕｉｄｓ．Ｔｈｅ
ｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｔｈｅｙｉｅｌｄｏｆｉｎｔｅｒｍｅｄｉａｔｅ［Ｂｍｉｍ］Ｂｒｒｅａｃｈｅｄ９５．１６％ ｕｎｄｅｒｔｈｅｍｉｃｒｏｗａｖｅｐｏｗｅｒｏｆ
２００Ｗａｎｄｔｈｅｉｎｔｅｒｍｉｓｓｉｏｎｉｒａｄｉａｔｉｏｎｔｉｍｅｏｆ１００ｓ，ｔｈｅｓｙｎｔｈｅｓｉｓｙｉｅｌｄｏｆｉｏｎｉｃｌｉｑｕｉｄｓｗａｓｉｍｐｒｏｖｅｄ．
Ｉｎｔｈｅ［Ｂｍｉｍ］ＰＦ６ｉｏｎｉｃｌｉｑｕｉｄ，ｔｈｅｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎｒａｔｉｏｏｆｓｏｙｂｅａｎｏｉｌｒｅａｃｈｅｄ４２％ ｗｉｔｈｉｎ３０ｈ，ａｎｄｉｔｓ
ｃａｔａｌｙｔｉｃｅｆｉｃｉｅｎｃｙｗａｓｂｅｔｅｒｔｈａｎｔｈａｔｏｆｔｈｅｏｔｈｅｒｅｉｇｈｔｉｏｎｉｃｌｉｑｕｉｄｓ．Ｗｈｅｎｔｈｅｉｍｍｏｂｉｌｉｚｅｄｃｅｌｐａｒｔｉ
ｃｌｅｓａｎｄ［Ｂｍｉｍ］ＰＦ６ｗｅｒｅｕｓｅｄｆｏｕｒｔｉｍｅｓ，ｔｈｅｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎｒａｔｉｏｏｆｓｏｙｂｅａｎｏｉｌａｎｄｔｈｅｒｅｍａｉｎｉｎｇｅｎｚｙｍｅ
ａｃｔｉｖｉｔｙｗｅｒｅ２９％ ａｎｄ６９％，ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｉｏｎｉｃｌｉｑｕｉｄｓ；ｍｉｃｒｏｗａｖｅ；ｌｉｐａｓｅ；ｔｒａｎｓｅｓｔｅｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ；ｗｈｏｌｅｃｅｌ
作为传统有机溶剂的替代品，一种新型的绿色
溶剂———离子液体 （ｉｏｎｉｃｌｉｑｕｉｄｓ，ＩＬｓ）在生物催化
领域的应用已引起人们的高度重视［１－２］。离子液体
的合成通常采用两步法，利用微波辅助合成离子液
体，其反应速率较传统加热法速率快几十倍甚至上
千倍，且反应产率高，是一种具有工业化前景的绿
色合成方法［３］。微波法制备离子液体的过程中，随
着离子液体的生成，反应体系很容易过热和失控，
导致卤代烃的气化和产物的分解。为了解决这一
问题，Ｖａｒｍａ等［４］采用微波间歇辐射并间歇混合反
应物的操作，快速合成了离子液体，但未对其合成
工艺条件进行优化研究。
脂肪酶催化合成生物柴油反应中，有机溶剂和
甲醇对脂肪酶会造成不可逆失活，导致酶的催化活
性降低［５］。离子液体在酶催化反应中能有效地解
决酶在有机溶剂中失活的问题，且能够提高酶的热
稳定性和催化反应的选择性［６－７］，在高极性底物的
生物转化反应中具有巨大的应用潜力［８］。近年来，
国内外学者对离子液体中脂肪酶催化酯交换反应
展开了大量的研究工作，固定化全细胞具有价格优
廉，可重复使用等优点，但利用其在离子液体中催
化合成生物柴油的研究还尚未见文献报道。
本研究采用微波辐射间隙磁力搅拌，对两步法
合成离子液体的工艺进行优化，制备９种目标离子
液化合物，考察合成离子液体对固定化细胞酶催化
酯交换反应的影响。
１ 材料与方法
１１ 原料与试剂
菌种：粗状假丝酵母（Ｃａｎｄｉｄａｖａｌｉｄａ）Ｔ２，南昌
大学食品科学与技术国家重点实验室保藏菌株。
试剂：Ｎ 甲基咪唑、溴乙烷和溴代正丁烷均为
分析纯，上海晶纯试剂有限公司；吡啶、六氟磷酸
钾、对甲基苯磺酸钠等试剂均为分析纯，国药集团
化学试剂有限公司。
１２ 发酵培养基及培养条件
培养基（ｇ／Ｌ）：橄榄油 １５０，蛋白胨 ２００，
ＮＨ４ＮＯ３１００，ＭｇＳＯ４１０，Ｋ２ＨＰＯ４２０，Ｔｗｅｅｎ ８０
０５，糊精５０。
培养方法：在温度３０℃、接种量８％、摇床转速
２００ｒ／ｍｉｎ条件下对菌株粗状假丝酵母 Ｃ．ｖａｌｉｄａＴ２
发酵培养４８ｈ，培养结束后将载体颗粒与发酵液过
滤分离，经生理盐水清洗和真空冷冻干燥，测定其
酶活为３０２５Ｕ。酶活定义：４０℃下，每分钟催化脂
肪水解产生１μｍｏｌ脂肪酸所需的干细胞质量定义
为一个脂肪酶酶活单位（Ｕ）。
１３ 微波法合成离子液体
１３１ 中间体的合成
取干燥后的一定摩尔比的 Ｎ 甲基咪唑和溴代
正丁烷于锥形瓶中，置于磁力搅拌器上搅拌，混合
均匀后，将其放入已预热的微波炉中，照射一段时
间后取出，间歇采用磁力搅拌器搅拌，反应结束后
冷却至室温，将油状黏稠液倒入分液漏斗中，用乙
酸乙酯萃取３次，下层萃取液经旋转蒸发，真空干燥
得到产物溴化１ 丁基 ３ 甲基咪唑（［Ｂｍｉｍ］Ｂｒ），
称质量，计算收率。
反应步骤同上，选取一定摩尔比的 Ｎ 甲基咪
唑和溴乙烷，以及吡啶和溴代正丁烷分别合成中间
体溴化１ 乙基 ３ 甲基咪唑（［Ｅｍｉｍ］Ｂｒ）和溴化
１ 正丁基吡啶（［ＢｕＰｙ］Ｂｒ），中间体结构如图 １
所示。
图１ ３种中间体的结构
Ｆｉｇ．１ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｔｈｒｅｅｉｎｔｅｒｍｅｄｉａｔｅｓ
１３２ 目标离子液体的合成
采用两步法，按表１的设计，选用含其他３种阴
离子的物质分别与 ［Ｅｍｉｍ］Ｂｒ、［Ｂｍｉｍ］Ｂｒ和
［ＢｕＰｙ］Ｂｒ发生复分解反应，利用微波辐射一定时
间，间歇磁力搅拌的方法合成相应的离子液体。其
中［Ｂｍｉｍ］ＰＦ６的合成原理图如图２所示。
１３３ 中间体的合成条件优化
第二步反应是用一种阴离子置换中间体的阴
离子得到目标离子液体，即通过离子交换对中间离
子液体进行改性，在合成工艺上对影响中间体合成
的主要因素进行考察、优化，如反应物摩尔比、微波
辐射功率和辐射时间等。
１４ 全细胞催化剂的制备
在发酵培养基中，接入一定量的菌液及经过无
菌处理的聚氨酯泡沫颗粒载体（５ｍｍ×５ｍｍ×
２３ 生 物 加 工 过 程 第９卷
５ｍｍ），在３０℃、２００ｒ／ｍｉｎ条件下摇床培养４８ｈ，
细胞进入或依附于聚氨酯泡沫内壁生长，培养结束
后将载体颗粒与发酵液过滤分离，生理盐水清洗３
次，真空冷冻干燥得固定化全细胞催化剂。
表１ 目标离子液体的设计
Ｔａｂｌｅ１ Ｄｅｓｉｇｎｏｆｔａｒｇｅｔｉｏｎｉｃｌｉｑｕｉｄｓ
序号 反应物Ａ 反应物Ｂ 目标离子液体
１ ［Ｅｍｉｍ］Ｂｒ ＫＰＦ６ ［Ｅｍｉｍ］ＰＦ６
２ ［Ｂｍｉｍ］Ｂｒ ＫＰＦ６ ［Ｂｍｉｍ］ＰＦ６
３ ［ＢｕＰｙ］Ｂｒ ＫＰＦ６ ［ＢｕＰｙ］ＰＦ６
４ ［Ｅｍｉｍ］Ｂｒ ＮａＰＴＳＡ ［Ｅｍｉｍ］ＰＴＳＡ
５ ［Ｂｍｉｍ］Ｂｒ ＮａＰＴＳＡ ［Ｂｍｉｍ］ＰＴＳＡ
６ ［ＢｕＰｙ］Ｂｒ ＮａＰＴＳＡ ［ＢｕＰｙ］ＰＴＳＡ
７ ［Ｅｍｉｍ］Ｂｒ ＫＮＯ３ ［Ｅｍｉｍ］ＮＯ３
８ ［Ｂｍｉｍ］Ｂｒ ＫＮＯ３ ［Ｂｍｉｍ］ＮＯ３
９ ［ＢｕＰｙ］Ｂｒ ＫＮＯ３ ［ＢｕＰｙ］ＮＯ３
注：ＰＴＳＡ为对甲基苯磺酸根。
图２ 两步法合成离子液体［Ｂｍｉｍ］ＰＦ６
Ｆｉｇ．２ Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓｏｆｉｏｎｉｃｌｉｑｕｉｄ［Ｂｍｉｍ］ＰＦ６ｂｙ
ｔｗｏｓｔｅｐｍｅｔｈｏｄｓ
１５ 离子液体中的酯交换反应
将一定摩尔比的２０ｍＬ大豆油和甲醇，及质量
分数５％的离子液体，加入到５０ｍＬ三角瓶中，搅拌
均匀后加入全细胞催化剂（约１０ｇ），３０℃下密闭
振荡反应一定时间，甲醇分２次添加。反应结束后，
离心分层，上层为产物相，下层为离子液体相，取上
层产物相进行气相色谱分析。以不加离子液体反
应分离液为空白对照组。
１６ 气相分析
采用气相色谱法对产物进行分析［９］。ＧＣ
２０１０气相色谱仪，ＰＥＧ ２０Ｍ毛细管柱（３０ｍ×
０２５ｍｍ），ＦＩＤ检测器，分流进样，进样口温度为
２６０℃，检测器温度为 ２７０℃，程序升温：柱温
１４０℃，以８℃／ｍｉｎ升至２４０℃，保温１０ｍｉｎ。采用
内标法，以十七酸甲酯为内标物，将已知浓度的内
标物与待测试样进行配比，混合均匀，取样注入气
相色谱进行检测。
大豆油转化率 ＝（实际生成的脂肪酸甲酯含
量／理论生成的脂肪酸甲酯含量）×１００％。
２ 结果与讨论
２１ 离子液体的筛选
利用微波法制备的９种目标离子液体作为反应
介质，在醇油体积比４∶１、摇床振荡频率２００ｒ／ｍｉｎ、
３０℃条件下加入一份固定化的全细胞催化剂，在酯
交换体系中反应２４ｈ，进行生物柴油的制备。反应
结束后产物进行气相分析，各离子液体中大豆油转
化率如图３所示。
图３ 各离子液体中大豆油的转化率
Ｆｉｇ．３ Ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎｒａｔｅｏｆｓｏｙｂｅａｎｏｉｌｉｎｅａｃｈｉｏｎｉｃｌｉｑｕｉｄ
由图３可知：离子液体［Ｂｍｉｍ］ＰＦ６反应体系中，
全细胞催化剂催化反应效果最好，油脂转化率达
３７％，［ＢｕＰｙ］ＮＯ３中的转化率最低（３％）。除以
ＮＯ－３ 为阴离子的离子液反应体系外，其他各离子液
体系中的酯交换转化率都较空白组有不同程度的
增加。不同离子液中细胞酶催化反应的转化率的
明显差异可能与离子液体的黏度、盐效应、甲醇浓
度以及微生物的兼容性对酯交换反应的影响有关；
部分离子液体的加入降低了有机溶剂对酶的影响，
从而使催化转化率较空白组有所提高。而以 ＮＯ－３
为阴离子的离子液反应体系中的酶催化转化率较
空白组低，可能是ＮＯ－３ 为阴离子的离子液体对酶的
折叠结构有破坏作用，影响了酶的催化活性［１０］，导
致该体系的转化率有所降低。
２２ 合成条件对中间体［Ｂｍｉｍ］Ｂｒ收率的影响
极性较强的中间体［Ｂｍｉｍ］Ｂｒ极易吸收微波，
单次加热时间过长会使反应体系产生过热效应，导
致温度超过体系的沸点而引起液体沸腾［１１］。因此，
３３ 第３期 郭炳其等：几种离子液体的微波法合成及其对脂肪酶催化效果的影响
合成中间体［Ｂｍｉｍ］Ｂｒ的过程中，采用微波加热、间
歇磁力搅拌的方法，考察反应物的摩尔比、微波辐
射功率和辐射时间 ３个合成条件对中间体
［Ｂｍｉｍ］Ｂｒ收率的影响，结果如图４～图６所示。
图４ 反应物摩尔比对［Ｂｍｉｍ］Ｂｒ收率的影响
Ｆｉｇ．４ Ｅｆｅｃｔｏｆｉｎｔｅｒａｃｔａｎｔｍｏｌａｒｒａｔｉｏｏｎ
ｙｉｅｌｄｏｆ［Ｂｍｉｍ］Ｂｒ
从图４可以看出：随着溴代正丁烷与 Ｎ 甲基
咪唑摩尔比的增加，［Ｂｍｉｍ］Ｂｒ收率呈现先增加后
平稳的趋势。当其摩尔比为１１∶１时，收率相对较
高 （７８９５％），继 续 增 加 溴 代 正 丁 烷 的 量，
［Ｂｍｉｍ］Ｂｒ的收率趋于平稳。较多溴代正丁烷的加
入会给后续纯化处理增加困难，导致目标产物中含
有杂质，对以离子液为反应介质的酯交换反应产生
不良影响。因此，反应选择溴代正丁烷与 Ｎ 甲基
咪唑的摩尔比为１１∶１。
图５ 微波功率对［Ｂｍｉｍ］Ｂｒ收率的影响
Ｆｉｇ．５ Ｅｆｅｃｔｏｆｍｉｃｒｏｗａｖｅｐｏｗｅｒｏｎ
ｙｉｅｌｄｏｆ［Ｂｍｉｍ］Ｂｒ
由图５可知：微波功率为２００Ｗ时，［Ｂｍｉｍ］Ｂｒ
收率相对较大，达到８４５３％。由于反应为合成反
应，当微波功率小于２００Ｗ时，可能功率偏低，不能
充分诱导反应的进行，致使反应速率慢，产率偏低；
当微波功率达到２２０Ｗ以上时，反应液温度出现过
热现象，溴代正丁烷有所挥发，导致产率下降。微
波功率为２００Ｗ时，反应收率较高。
６０ｓ—（３０ｓ×２）；８０ｓ—（３０ｓ×２＋２０ｓ×１）；１００ｓ—（３０ｓ×２＋
２０ｓ×２）；１２０ｓ—（３０ｓ×２＋２０ｓ×３）；１４０ｓ—（３０ｓ×２＋２０ｓ×４）
图６ 微波辐射时间对［Ｂｍｉｍ］Ｂｒ收率的影响
Ｆｉｇ．６ Ｅｆｅｃｔｏｆｍｉｃｒｏｗａｖｅｒａｄｉａｔｉｏｎ
ｔｉｍｅｏｎｙｉｅｌｄｏｆ［Ｂｍｉｍ］Ｂｒ
由图６可知：总辐射时间为１００ｓ和１２０ｓ时，
［Ｂｍｉｍ］Ｂｒ的收率都大于９５％。虽然总照射时间为
１２０ｓ时的收率较１００ｓ时略有增加，但其产物颜色有
所加深，可能有其他杂质化合物生成，故选择２００Ｗ下
总辐射１００ｓ进行中间体［Ｂｍｉｍ］Ｂｒ合成反应。
２３ 目标产物［Ｂｍｉｍ］ＰＦ６的红外光谱表征
目标产物［Ｂｍｉｍ］ＰＦ６的红外测试结果如图 ７
所示。
图７ 目标产物［Ｂｍｉｍ］ＰＦ６的红外光谱
Ｆｉｇ．７ Ｉｎｆｒａｒｅｄｓｐｅｃｔｒｏｇｒａｍｏｆｔａｒｇｅｔ
ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ［Ｂｍｉｍ］ＰＦ６
由图７可知：在３４００～３２００ｃｍ－１范围无Ｏ—Ｈ
的特征吸收谱带，故离子液体中不含Ｏ—Ｈ，表明离
子液体中的水已经完全被除去。具体的特征峰归
属如下：３１６９８６和３１１７３９ｃｍ－１处为咪唑环上
Ｃ—Ｈ键伸缩振动峰，２９６６５２和２８７６４５ｃｍ－１处为
侧链烷基Ｃ—Ｈ键伸缩振动峰，１５７２６４和 ７４８３１
ｃｍ－１处分别为咪唑环的骨架振动峰和弯曲振动峰，
１１６８７９ｃｍ－１处为咪唑环 Ｃ—Ｎ键伸缩振动，
１４６４２７和１３８６１１ｃｍ－１处分别为—ＣＨ２和—ＣＨ３
的弯曲振动峰，８３７３９ｃｍ－１处宽而强的吸收峰为
４３ 生 物 加 工 过 程 第９卷
ＰＦ６
－的Ｐ—Ｆ键伸缩振动峰，这表明合成的离子液体
确实为［Ｂｍｉｍ］ＰＦ６。
在３１００～３０００ｃｍ－１波数范围内没有氢键的
吸收谱带，这与配合性较弱的阴离子ＰＦ６
－不能与其
他离子形成强的氢键特性一致，表明红外谱图的结
果与［Ｂｍｉｍ］ＰＦ６无氢键相一致。
２４ 离子液体中醇油摩尔比对酯交换反应的影响
酯交换反应是油脂与醇的转酯化反应，底物大豆
油和甲醇的摩尔比是影响脂肪酶在离子液体中催化
反应的一个重要因素。根据 Ｓｈｉｍａｄａ等［１２］的报道，
当甲醇和大豆油的摩尔比为１５时，甲醇在该油中的
溶解度达到最小值，高浓度的甲醇易导致脂肪酶的失
活。在［Ｂｍｉｍ］ＰＦ６介质体系和无离子液体系中进行
转酯化反应，醇油摩尔比对固定化细胞酶催化大豆油
和甲醇酯交换反应２４ｈ的结果如图８所示。
图８ 醇油摩尔比对转化率的影响
Ｆｉｇ．８ Ｅｆｅｃｔｓｏｆｍｏｌａｒｒａｔｉｏｏｆｍｅｔｈａｎｏｌｔｏ
ｏｉｌｏｎｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎｒａｔｅ
从图８可以看出：在离子液［Ｂｍｉｍ］ＰＦ６介质体
系中，固定化细胞酶所能耐受的甲醇量与无离子液
体系相比明显增加，转化率较无离子液体系中的转
化率有较大程度提高；醇油摩尔比为４∶１时，转化率
达到 ３８％，继续增加甲醇的量，转化率反而降低。
酯交换反应是一个可逆反应，一定范围内增大反应
物浓度应有利于正反应的进行，但过量的甲醇会抑
制酶的催化作用，造成酶的不可逆失活［１３］，影响催
化反应的进行，导致转化率降低。在离子液介质
中，由于离子液体可以作为甲醇的储存相，在一定
程度上能减轻甲醇对微生物细胞酶的毒害作用［１４］，
从而提高酶的催化效率。
２５ 离子液体中反应时间对酯交换转化率的影响
在醇油摩尔比为４∶１的条件下，［Ｂｍｉｍ］ＰＦ６介
质体系和无离子液体系中大豆油转化率随固定化
细胞酶催化反应时间变化的实验结果如图９所示。
由图９可知：无离子液体系中，２０ｈ后转化率几乎不
再变化，且过程整体转化率较低。离子液体介质
中，催化反应开始后，转化率增长速率较快，反应到
３０ｈ时，转化率达到４２％，反应３０ｈ后转化速率减
缓，４０ｈ后转化率基本恒定，酯交换反应已经达到
平衡。说明离子液体［Ｂｍｉｍ］ＰＦ６的加入能有效提高
固定化细胞酶的催化效率和反应体系的转化率。
图９ 反应时间对转化率的影响
Ｆｉｇ．９ Ｅｆｅｃｔｓｏｆｒｅａｃｔｉｏｎｔｉｍｅｏｎｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎｒａｔｅ
图１０ 不同体系下的固定化细胞稳定性
Ｆｉｇ．１０ Ｓｔａｂｉｌｉｔｙｏｆｉｍｍｏｂｉｌｉｚｅｄｃｅｌｓｉｎｄｉｆｅｒｅｎｔｓｙｓｔｅｍｓ
２６ 离子液体和固定化细胞酶重复使用的稳定性
固定化细胞催化剂的优势在于制备成本相对
较低，可以重复利用和连续化操作。为了考察固定
化细胞酶和离子液体重复使用的稳定性，以石油醚
体系为对照，将固定化细胞和离子液重复用于催化
新鲜底物，各批次酯交换反应３０ｈ的转化率如图１０
所示。由图１０可知：重复使用到第４个反应批次
时，石油醚体系下转化率和酶活保持率分别为４％
５３ 第３期 郭炳其等：几种离子液体的微波法合成及其对脂肪酶催化效果的影响
和２５％；而离子液体系下，大豆油转化率为２９％，酶
活保持率仍达到６９％，固定化细胞和离子液均表现
出较好的重复使用性。
３ 结论
利用微波法合成了９种目标离子液体，通过酯
交换反应筛选到适合粗状假丝酵母 Ｃａｎｄｉｄａｖａｌｉｄａ
Ｔ２脂肪酶催化甲醇与大豆油酯交换反应的离子液
体反应介质［Ｂｍｉｍ］ＰＦ６。经过中间体［Ｂｍｉｍ］Ｂｒ的
合成条件优化，当反应中溴代正丁烷用量为Ｎ 甲基
咪唑用量的 １１倍、微波功率 ２００Ｗ、总辐射时间
１００ｓ时，［Ｂｍｉｍ］Ｂｒ的合成收率达到９５１６％，有效
地提高了反应产率。
在离子液体［Ｂｍｉｍ］ＰＦ６的介质体系中，微生物
全细胞ＣａｎｄｉｄａｖａｌｉｄａＴ２脂肪酶作为催化剂催化甲
醇与大豆油酯交换反应制备生物柴油，与传统的酶
法制备生物柴油相比，反应介质离子液能降低反应
物甲醇和副产物甘油对细胞脂肪酶的负面影响，在
醇油摩尔比为４∶１的条件下，固定化细胞酶催化酯
交换反应３０ｈ的大豆油转化率达４２％。固定化细
胞颗粒和离子液体［Ｂｍｉｍ］ＰＦ６重复使用４次，油脂
转化率和酶活保持率分别为２９％和６９％，表现出较
好的催化反应稳定性。
参考文献：
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６３ 生 物 加 工 过 程 第９卷