Ultrazvučna enzimska hidroliza ulja
- Ulja bogata diacilglicerolom (DAG) vrijedan su sastojak za prehrambene, farmaceutske i kozmetičke proizvode.
- Diacilglicerol se može proizvesti hidrolizom palminog ulja uz upotrebu komercijalne lipaze kao katalizatora pod ultrazvučnom obradom.
- Ultrazvučno-enzimskom hidrolizom DAG-ovi se mogu proizvoditi u velikim količinama, uz niske troškove i u kratkom vremenu.
Ultrazvučno-enzimska proizvodnja diacilglicerola
Ulja bogata diacilglicerolom (DAG) koriste se u prehrambenim, farmaceutskim i kozmetičkim primjenama. Izazvala su veliko zanimanje zbog svoje visoke nutritivne vrijednosti, jer se probavljaju i metaboliziraju na način koji značajno smanjuje tjelesnu težinu.
Ultrazvučno potpomognutom biokatalitičkom hidrolizom standardna biljna ulja mogu se pretvoriti u jestiva ulja bogata DAG-om. Ultrazvučno-enzimska hidroliza daje visok prinos ulja bogatog diacilglicerolom u kratkom reakcijskom vremenu i pod blagim uvjetima.
Kombinacija ultrazvuka i enzimske katalize može se koristiti za oplemenjivanje uobičajenih ulja, npr. palminog ulja, u ulje s visokim sadržajem diacilglicerola. Visok sadržaj diacilglicerola daje ulju visoku nutritivnu vrijednost.
Prednosti ultrazvuka:
- fina emulgacija
- povećan prijenos mase
- visoka konverzija
- blagi uvjeti
- kratko vrijeme procesa
- kontrola temperature
- inline proizvodnja
Kemijska struktura diacilglicerola (DAG)
Sonikator za inline emulgaciju
Kontaktirajte nas! / Pitajte nas!
Istraživanje i rezultati
Awadallak i sur. (2013) istraživali su ultrazvučno potpomognutu hidrolizu palminog ulja uz upotrebu Lipozyme RM IM kao biokatalizatora. U reakciji u dva koraka ultrazvuk se koristi za poticanje emulgacije ulja i vode. U drugom koraku dodaju se enzimi za katalitičku konverziju.
Slika desno prikazuje ultrazvučnu postavku korištenu u Awadallakovu istraživanju: ultrazvučni uređaj sa sondom UP200S (200W, 24kHz) s protočnom ćelijom od stakla za kontinuiranu ultrazvučnu obradu pod kontroliranim uvjetima.
Protokol
Istraživačka grupa utvrdila je da sljedeći proces u dva koraka daje najbolje rezultate: reakcija je provedena u ultrazvučnoj staklenoj protočnoj ćeliji zapremine 60ml (vidi sliku desno) na 55°C tokom 24 h. U reaktor su dodani palmino ulje (15 g) i voda (1,5 g). Ultrazvučna sonda ultrazvučnog uređaja UP200S uronjena je na dubinu od oko 10mm u sistem voda/ulje, snaga je podešena na 80W i uključena na 3 min radi emulgiranja sistema prije uklanjanja, a zatim je dodan enzim (1,36 wt.% mase vode + ulja) dok se otopina miješala magnetskom miješalicom (300 rpm).
Tako je ultrazvučno potpomognuta biokataliza dala DAG ulje koncentracije 34,17 wt.% nakon reakcije od 12h. Sam korak ultrazvučne obrade bio je vrlo kratak, svega 1,2 min.
Rezultati
U prikazanim ispitivanjima dobijeno je DAG ulje koncentracije 34,17 wt.% nakon 12 h reakcije. Korak ultrazvučne obrade trajao je svega 1,2 min.
Ultrazvučno-enzimska kataliza uvjerljiva je zbog velikih prednosti za proizvodnju velikih razmjera, jer su joj energetski troškovi vrlo niski, a kratko vrijeme emulgacije omogućava upotrebu smanjene kontinuirane ultrazvučne opreme za napajanje velikih reaktora za hidrolizu. [Awadallak et al. 2013]
Ultrazvučni uređaj sa sondom UP200S sa staklenim reaktorom
Literatura/reference
- Adewale, Peter; Dumont, Marie-Josée; Ngadi, Michael (2015): Enzimski katalizirana sinteza i kinetika ultrazvučne proizvodnje biodizela iz otpadnog loja. Ultrasonics Sonochemistry 27; 2015. 1-9.
- Awadallak, Jamal A.; Voll, Fernando; Ribas, Marielen C.; da Silva, Camila da; Filho, Lucio Cardozo; da Silva, Edson A. (2013): Enzymatic catalyzed palm oil hydrolysis under ultrasound irradiation: Diacylglycerol synthesis. Ultrasonics Sonochemistry 20; 2013. 1002-1007.
- Dhara R.; Dhar P.; Ghosh M. (2013): Dijetetski efekti gorušičinog ulja bogatog diacilglicerolom na profil lipida normokolesterolemičnih i hiperholesterolemičnih pacova. Journal of Food Science Technology 50(4); 2013. 678-86.
- Dhara R.; Dhar P.; Ghosh M. (2012): Dijetetski efekti čistog ulja pirinčanih mekinja bogatog diacilglicerolom na obrazac rasta i lipidni profil pacova. Journal of Oleo Science 61(7); 2012. 369-75.
- Goncalves, Karen M.; Sutili, Felipe K.; Leite, Selma GF; de Souza, Rodrigo OMA; Ramos Leal, Ivana Correa (2012): Hidroliza palminog ulja katalizirana lipazama pod ultrazvučnim zračenjem – Upotreba eksperimentalnog dizajna kao alata za procjenu varijabli. Ultrasonics Sonochemistry 19; 2012: 232–236.
- Souza, Rodrigo O. M. A.; Babicz, Ivelize; Leite, Selma G. F.; Antunes, Octavio A. C.: Lipase-Catalyzed Diacylglycerol Production Under Sonochemical Irradiation.
- Nagao T.; Watanabe H.; Goto N.; Onizawa K.; Taguchi H.; Matsuo N.; Yasukawa T.; Tsushima R.; Shimasaki H.; Itakura H. (2000): Dijetetski diacilglicerol potiskuje akumulaciju tjelesne masti u poređenju s triacilglicerolom kod muškaraca u dvostruko slijepom kontroliranom ispitivanju. Journal of Nutrition 130, 2000. 792-797.
Činjenice vrijedne znanja
O diacilglicerolima
Diacilglicerоli (DAG) se uobičajeno koriste u različitim stepenima čistoće kao aditivi za poboljšanje plastičnosti masti ili kao baze za prehrambenu, medicinsku i kozmetičku industriju. DAG se također koriste kao „estranger“ ulja za odvajanje materijala od kalupa te kao regulator kristala masti, kao prekursori za organsku sintezu proizvoda kao što su fosfolipidi, glikolipidi, lipoproteini, prolijekovi poput DAG-konjugiranog hlorambucila za liječenje limfoma, (S)-(3,4-dihidroksifenil)alanina (LDOPA) za liječenje Parkinsonove bolesti i mnogih drugih. Odnedavno se ulje bogato DAG-om koristi kao funkcionalno ulje za kuhanje, sa sadržajem od najmanje 80% 1,3-DAG-a. [Nagao et al., 2000]
Diacilglicerol (DAG-ovi) može se proizvesti djelomičnom hidrolizom, esterifikacijom ili glicerolizom putem hemijske ili enzimske katalize. Enzimska kataliza je poželjna metoda jer se može provoditi pod najblažim uvjetima (najniža temperatura i tlak).