פרוייקט גמר ביוטכנולוגיה: השפעת חומרים פעילי שטח על פעילות ויציבות ליפאז A המזרז ריאקציות אסטריפיקציה וטרנסאסטריפיקציה לייצור דלק ביודיזל

פרוייקט גמר:

השפעת חומרים פעילי שטח על פעילות ויציבות ליפאז A המזרז ריאקציות אסטריפיקציה וטרנסאסטריפיקציה לייצור דלק ביודיזל

תקציר

השימוש בביודיזל כמקור אנרגיה חלופית וירוקה הולך וגדל בשנים האחרונות. ישנן שתי שיטות לצורך ייצור הביודיזל: שיטה כימית ושיטה אינזימטית. כיום, העולם המערבי מייצר ביודיזל בשיטות כימיות. לשיטה זו, קיימות השלכות סביבתיות שליליות וקשות המובילות להגברת אפקט החממה וזיהומים סביבתיים אחרים. החיסרון העיקרי בתהליך האנזימטי הינו העלות הגבוהה של האנזימים עקב איבוד פעילותם הקטליטית בנוכחות המתנול. שימוש באנזימים מקובעים מהווה פתרון חלקי להפחתת עלויות התהליך ולהפיכתו לכלכלי יותר לצורך ייצור הביודיזל.
על מנת לשפר עוד יותר את פעילותו ויציבותו של האנזים בתהליך, נבדקה אפשרות של שימוש בחומרים פעילי שטח, שנמצאו כבעלי השפעה על מבנה האנזים. מטרת מחקר זה היא לבדוק השפעת חומרים פעילי שטח שונים על פעילות ויציבות האנזים ליפאז A, המזרז ריאקציות אסטריפיקציה וטרנסאסטריפיקציה לייצור ביודיזל.
לצורך בדיקת השפעת החומרים נערך ניסוי בו נבדקה השפעת חומרים פעילי שטח TOAB (טטרא-אוקטיל-אמוניום ברומיד), Span 60, soap Industrial (סופסטוק תעשייתי), ו-Phospholipid על פעילות ויציבות אנזים מסוג ליפאז A בריאקציות טרנסאסטריפיקציה ואסטריפיקציה.
מהממצאים עולה כי זמן מחצית החיים הארוך ביותר נמדד בריכוזים 0.05% Phospholipid, 0.1% Phospholipid, ו0.1% TOAB בסדר יורד. עם זאת, מעיון בגרפים ניתן לראות שתוצאות אלה הן לאו דווקא התוצאות היציבות ביותר. Span60 בריכוז 0.05% הניב תוצאות יציבות, כאשר זמן מחצית החיים לא נמוך בהרבה מהתוצאות הגבוהות של TOAB בריכוז 0.1%.

תוכן העניינים

תקציר II
רשימת טבלאות IV
רשימת גרפים V
1. מבוא 1
1.1. רקע כללי 1
1.2. ביודיזל – הסבר כללי 2
1.3. מנגנון הריאקציה של יצור הביודיזל משמנים 2
1.4. אנזימים מקובעים 3
1.5. ההשפעות הישירות של חומרים פעילי שטח על ליפאזות 7
1.6. שימוש בליפאז להפקת ביודיזל 7
1.7. מטרות הפרויקט 9
2. חומרים ושיטות 10
2.1. חומרים 10
2.2. תמיסות 12
3. תוצאות 19
3.1. תוצאות ניסוי 1 19
3.2. תוצאות ניסוי 2 36
4. דיון, מסקנות והמלצות 38
4.1. מסקנות 39
4.2. המלצות 39

רשימת טבלאות
טבלה 1: שיטות לקיבוע אנזימים 4
טבלה 2: חומרים 10
טבלה 3: הרכב תערובות הסובסטרטים השונות לבדיקת השפעת חומרים פעילי שטח שונים על פעילות ויציבות הליפאז A. 12
טבלה 4: נתונים ותוצאות לזמן מחצית החיים: ניסוי 2 37
טבלה 5: מחצית חיי האנזים A עבור ריאקציות טרנסאסטריפיקציה/אסטריפיקציה בנוכחות חומרים פעילי שטח שונים בריכוזים שונים 38
טבלה 6: חומרים וריכוזים מומלצים לייצר ביודיזל 40

רשימת גרפים
גרף 1: שמן סויה 100%, ביקורת 19
גרף 2: חומצה אולאית 100%, ביקורת 20
גרף 3: שמן סויה 50% וחומצה אולאית 50%, ביקורת 21
גרף 4: שמן סויה וחומצה אולאית, Industrial 1% 23
גרף 5: שמן סויה וחומצה אולאית, Industrial 5% 24
גרף 6: שמן סויה וחומצה אולאית, Industrial 10% 25
גרף 7: שמן סויה וחומצה אולאית, Aerosol 0.05% 26
גרף 8: שמן סויה וחומצה אולאית, Aerosol 0.1% 27
גרף 9: שמן סויה וחומצה אולאית, Span60 0.05% 28
גרף 10: שמן סויה וחומצה אולאית, Span60 0.1% 29
גרף 11: שמן סויה וחומצה אולאית, Span60 1% 30
גרף 12: שמן סויה וחומצה אולאית, TOAB 0.05% 31
גרף 13: שמן סויה וחומצה אולאית, TOAB 0.1% 32
גרף 14: שמן סויה וחומצה אולאית, TOAB 1% 33
גרף 15: שמן סויה וחומצה אולאית, Phospho 0.05% 34
גרף 16: שמן סויה וחומצה אולאית, Phospho 0.1% 35
גרף 17: שמן סויה וחומצה אולאית, Phospho 1% 36

1. מבוא

1.1. רקע כללי
השימוש בביודיזל כמקור אנרגיה חלופית וירוקה הולך וגדל בשנים האחרונות. ישנן שתי שיטות לצורך ייצור הביודיזל: שיטה כימית ושיטה אינזימטית. כיום, העולם המערבי מייצר ביודיזל בשיטות כימיות. לשיטה זו, קיימות השלכות סביבתיות שליליות וקשות המובילות להגברת אפקט החממה וזיהומים סביבתיים אחרים. חברת טרנסביודיזל המציאה טכנולוגיה חדשנית וחלופית לייצור ביודיזל ע"י שימוש באנזימים מסוג ליפאזות. החיסרון העיקרי בתהליך האנזימטי הינו העלות הגבוהה של האנזימים עקב איבוד פעילותם הקטליטית בנוכחות המתנול. החברה משתמשת באנזימים מקובעים כפתרון חלקי להפחתת עלויות התהליך ולהפיכתו לכלכלי יותר לצורך ייצור הביודיזל.
ידוע כי אנזימים מסוג ליפאזות פועלים בתווך (Interface) בין הפאזה המימית לבין הפאזה השומנית. במסגרת פרויקט זה, נחקור השפעת חומרים פעילי שטח על פעילות ויציבות אנזימים מסוג ליפאזות המזרזות ריאקצית אסטריפיקציה וטרנסאסטריפיקציה לצורך ייצור ביודיזל.
במסגרת עבודה זו, ישנן שתי ריאקציות עיקריות המשמשות לייצור הביודיזל, והקשורות להרכב של התרכובות בחומרים המגיבים (הסובסטרט), להלן מובאות הנוסחה הכללית של שתי הריאקציות…………