Ultralydsenzymatisk hydrolyse af olie
- Olier med et højt indhold af diacylglycerol (DAG) er en værdifuld ingrediens i fødevarer, lægemidler og kosmetiske produkter.
- Diacylglycerol kan fremstilles ved hydrolyse af palmeolie med en kommerciel lipase som katalysator under sonikering.
- Ved ultralydsenzymatisk hydrolyse kan DAG fremstilles i store mængder til lave omkostninger og på kort tid.
Ultralydsenzymatisk fremstilling af diacylglycerol
Olier med et højt indhold af diacylglycerol (DAG) anvendes til fødevarer, lægemidler og kosmetik. De har tiltrukket sig stor interesse på grund af deres høje ernæringsmæssige værdi, da de fordøjes og omsættes på en måde, der reducerer kropsvægten betydeligt.
Ved ultralydsassisteret biokatalyseret hydrolyse kan almindelige vegetabilske olier omdannes til DAG-rige spiseolier. Den ultralydsenzymatiske hydrolyse giver et højt udbytte af en diacylglycerolrig olie ved korte reaktionstider og under milde betingelser.
En kombination af ultralyd og enzymatisk katalyse kan anvendes til at opgradere almindelige olier, f.eks. palmeolie, til olie med et højt indhold af diacylglycerol. Et højt indhold af diacylglycerol giver olien en høj ernæringsmæssig værdi.
Fordelene ved ultralyd:
- fin emulgering
- øget masseoverførsel
- høj omdannelsesgrad
- milde betingelser
- kort procestid
- temperaturkontrolleret
- inlineproduktion
Kemisk struktur af diacylglycerol (DAG)
Sonikator til inlineemulgering
Kontakt os! / Spørg os!
Forskning og resultater
Awadallak et al. (2013) har undersøgt ultralydsassisteret hydrolyse af palmeolie med Lipozyme RM IM som biokatalysator. I reaktionen med to trin anvendes ultralyd til at fremme emulgeringen af olie og vand. I det andet trin tilsættes enzymerne til den katalytiske omdannelse.
Billedet til højre viser den ultralydsopstilling, der blev anvendt i Awadallaks forskning: ultralydsapparatet med sonde UP200S (200W, 24kHz) med en gennemstrømningscelle af glas til kontinuerlig sonikering under kontrollerede betingelser.
Protokol
Forskergruppen fandt, at følgende proces med to trin giver de bedste resultater: Reaktionen blev udført i en ultralydsgennemstrømningscelle af glas med et volumen på 60ml (se billedet til højre) ved 55°C i 24 h. Palmeolie (15 g) og vand (1,5 g) blev tilsat reaktoren. Ultralydssonden på sonikatoren UP200S blev ført ca. 10mm ned i vand/olie-systemet, effekten blev indstillet til 80W, og apparatet blev tændt i 3 min for at emulgere systemet, inden sonden blev fjernet. Derefter blev enzymet (1,36 wt.% af den samlede vand- og oliemasse) tilsat, mens opløsningen blev blandet ved magnetisk omrøring (300 rpm).
Den ultralydsassisterede biokatalyse gav således DAG-olie med en koncentration på 34,17 wt.% efter en reaktionstid på 12h. Selve sonikeringstrinnet var meget kort med en varighed på blot 1,2 min.
Resultater
I de beskrevne forsøg blev der opnået DAG-olie med en koncentration på 34,17 wt.% efter 12 h reaktion. Sonikeringstrinnet tog blot 1,2 min.
Den ultralydsenzymatiske katalyse overbeviser med sine store fordele ved produktion i stor skala, da energiomkostningerne er meget lave, og den korte emulgeringstid muliggør anvendelse af reduceret ultralydsudstyr til kontinuerlig drift til at føde store hydrolysereaktorer. [Awadallak et al. 2013]
Ultralydsapparat med sonde UP200S med glasreaktor
Litteratur/referencer
- Adewale, Peter; Dumont, Marie-Josée; Ngadi, Michael (2015): Enzymkatalyseret syntese og kinetik ved ultralydsassisteret fremstilling af biodiesel fra affaldstalg. 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): Enzymkatalyseret hydrolyse af palmeolie under ultralydsbestråling: Syntese af diacylglycerol. Ultrasonics Sonochemistry 20; 2013. 1002-1007.
- Dhara R.; Dhar P.; Ghosh M. (2013): Kostmæssige virkninger af diacylglycerolrig sennepsolie på lipidprofilen hos normokolesterolæmiske og hyperkolesterolæmiske rotter. Journal of Food Science Technology 50(4); 2013. 678-86.
- Dhara R.; Dhar P.; Ghosh M. (2012): Kostmæssige virkninger af ren og diacylglycerolrig risklidolie på rotters vækstmønster og lipidprofil. Journal of Oleo Science 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): Hydrolyse af palmeolie katalyseret af lipaser under ultralydsbestråling – Anvendelse af forsøgsdesign som værktøj til evaluering af variabler. Ultrasonics Sonochemistry 19; 2012: 232–236.
- Souza, Rodrigo O. M. A.; Babicz, Ivelize; Leite, Selma G. F.; Antunes, Octavio A. C.: Lipasekatalyseret fremstilling af diacylglycerol under sonokemisk bestråling.
- Nagao T.; Watanabe H.; Goto N.; Onizawa K.; Taguchi H.; Matsuo N.; Yasukawa T.; Tsushima R.; Shimasaki H.; Itakura H. (2000): Diacylglycerol i kosten hæmmer ophobning af kropsfedt sammenlignet med triacylglycerol hos mænd i et dobbeltblindet, kontrolleret forsøg. Journal of Nutrition 130, 2000. 792-797.
Værd at vide
Om diacylglyceroler
Diacylglyceroler (DAG) anvendes almindeligvis i forskellige renhedsgrader som tilsætningsstoffer til at øge fedtstoffers plasticitet eller som baser til fødevare-, lægemiddel- og kosmetikindustrien. DAG anvendes også som estranger-olier til at frigøre materialer fra forme og som regulator af fedtkrystaller samt som prækursorer til organisk syntese af produkter såsom fosfolipider, glykolipider, lipoproteiner, prodrugs såsom DAG-konjugeret chlorambucil til behandling af lymfom, (S)-(3,4-dihydroxyphenyl)alanine (LDOPA) til behandling af Parkinsons sygdom og mange andre. I nyere tid er DAG-rig olie blevet anvendt som en funktionel madolie med et indhold af 1,3-DAG på mindst 80%. [Nagao et al., 2000]
Diacylglycerol (DAGs) kan fremstilles ved delvis hydrolyse, esterificering eller glycerolyse gennem kemisk eller enzymatisk katalyse. Den enzymatiske katalyse er den foretrukne metode, da den kan udføres under de mildeste betingelser (laveste temperatur og tryk).