Ultrazvukově-enzymatická hydrolýza oleje
- Oleje bohaté na diacylglycerol (DAG) jsou cennou složkou potravinářských, farmaceutických a kosmetických produktů.
- Diacylglycerol lze vyrábět hydrolýzou palmového oleje s využitím komerční lipázy jako katalyzátoru při sonikaci.
- Ultrazvukově-enzymatickou hydrolýzou lze DAG vyrábět ve velkých objemech, s nízkými náklady a v krátkém čase.
Ultrazvukově-enzymatická výroba diacylglycerolu
Oleje bohaté na diacylglycerol (DAG) se používají v potravinářských, farmaceutických a kosmetických aplikacích. Vzbudily velký zájem díky své vysoké nutriční hodnotě, protože jsou tráveny a metabolizovány způsobem, který významně snižuje tělesnou hmotnost.
Ultrazvukem podporovanou biokatalyzovanou hydrolýzou lze standardní rostlinné oleje přeměnit na jedlé oleje bohaté na DAG. Ultrazvukově-enzymatická hydrolýza vede k vysokému výtěžku oleje bohatého na diacylglycerol za krátkou reakční dobu a za mírných podmínek.
Kombinaci ultrazvuku a enzymatické katalýzy lze využít ke zušlechtění běžných olejů, např. palmového oleje, na olej s vysokým obsahem diacylglycerolu. Vysoký obsah diacylglycerolu dodává oleji vysokou nutriční hodnotu.
Výhody ultrazvuku:
- jemná emulgace
- zvýšený přenos hmoty
- vysoká konverze
- mírné podmínky
- krátká doba procesu
- řízená teplota
- inline výroba
Chemická struktura diacylglycerolu (DAG)
Sonikátor pro inline emulgaci
Kontaktujte nás! / Zeptejte se nás!
Výzkum a výsledky
Awadallak et al. (2013) zkoumali ultrazvukem podporovanou hydrolýzu palmového oleje s použitím Lipozyme RM IM jako biokatalyzátoru. Ve dvoustupňové reakci se ultrazvuk používá k podpoře emulgace oleje a vody. Ve druhém kroku se přidávají enzymy pro katalytickou přeměnu.
Obrázek vpravo ukazuje ultrazvukovou sestavu použitou ve výzkumu Awadallaka: ultrazvukový sondový přístroj UP200S (200W, 24kHz) se skleněnou průtokovou celou pro kontinuální sonikaci za řízených podmínek.
Protokol
Výzkumná skupina zjistila, že nejlepších výsledků dosahuje následující dvoustupňový postup: Reakce probíhala v ultrazvukové skleněné průtokové cele o objemu 60ml (viz obrázek vpravo) při 55°C po dobu 24 h. Do reaktoru byl přidán palmový olej (15 g) a voda (1,5 g). Ultrazvuková sonda sonikátoru UP200S byla ponořena do hloubky asi 10mm do systému voda/olej, výkon byl nastaven na 80W a sonda byla na 3 min zapnuta k emulgaci systému, poté byla vyjmuta a následně byl přidán enzym (1,36 hm.% hmotnosti vody + oleje), zatímco byl roztok míchán magnetickým míchadlem (300 rpm).
Ultrazvukem podporovaná biokatalýza tak po 12h reakce poskytla olej DAG o koncentraci 34,17 hm.%. Samotný krok sonikace byl velmi krátký, trval pouhých 1,2 min.
Výsledky
V prezentovaných pokusech byl po 12 h reakce získán olej DAG o koncentraci 34,17 hm.%. Krok sonikace trval pouhých 1,2 min.
Ultrazvukově-enzymatická katalýza přesvědčuje svými velkými výhodami pro velkoobjemovou výrobu, protože její energetické náklady jsou velmi nízké a krátká doba emulgace umožňuje použití redukovaného kontinuálního ultrazvukového zařízení k zásobování velkých hydrolyzních reaktorů. [Awadallak et al. 2013]
Ultrazvukový sondový přístroj UP200S se skleněným reaktorem
Literatura a reference
- Adewale, Peter; Dumont, Marie-Josée; Ngadi, Michael (2015): Enzymy katalyzovaná syntéza a kinetika ultrazvukem asistované výroby bionafty z odpadního loje. Ultrazvuková sonochemie 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): Dietní účinky hořčičného oleje bohatého na diacylglycerol na lipidový profil normocholesterolemických a hypercholesterolemických potkanů. Žurnál technologie potravinářských věd 50(4); 2013. 678-86.
- Dhara R.; Dhar P.; Ghosh M. (2012): Dietní účinky čistého a diacylglycerol-bohatého oleje z rýžových otrub na růstový vzorec a lipidový profil potkanů. Časopis oleovědy 61(7); 2012. 369-75.
- Goncalves, Karen M.; Sutili, Felipe K.; Leite,Selma G.F.; de Souza, Rodrigo O.M.A.; Ramos Leal, Ivana Correa (2012): Hydrolýza palmového oleje katalyzovaná lipázami pod ultrazvukovým ozařováním – Využití experimentálního designu jako nástroje pro hodnocení proměnných. Ultrazvuková sonochemie 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.; Přejít N.; Onizawa K.; Taguchi H.; Matsuo N.; Yasukawa T.; Cušima R.; Shimasaki H.; Itakura H. (2000): Dietní diacylglycerol potlačuje hromadění tělesného tuku ve srovnání s triacylglycerolem u mužů ve dvojitě zaslepené kontrolované studii. Časopis výživy 130, 2000. 792-797.
Zajímavá fakta
O diacylglycerolech
Diacylglyceroly (DAG) se běžně používají v různých stupních čistoty jako přísady zvyšující plasticitu tuků nebo jako základy pro potravinářský, medicínský a kosmetický průmysl. DAG se také používají jako tzv. oleje „estranger“ k oddělování materiálů od forem a jako regulátory tukových krystalů, prekurzory pro organickou syntézu produktů, jako jsou fosfolipidy, glykolipidy, lipoproteiny, proléčiva, jako je chlorambucil konjugovaný s DAG pro léčbu lymfomu, (S)-(3,4-dihydroxyfenyl)alanin (LDOPA) pro léčbu Parkinsonovy choroby, a mnoho dalších. V poslední době se olej bohatý na DAG používá jako funkční kuchyňský olej s obsahem nejméně 80% 1,3-DAG. [Nagao et al., 2000]
Diacylglyceroly (DAG) lze vyrábět částečnou hydrolýzou, esterifikací nebo glycerolýzou prostřednictvím chemické nebo enzymatické katalýzy. Enzymatická katalýza je preferovanou metodou, protože ji lze provádět za nejmírnějších podmínek (nejnižší teplota a tlak).