Ultraschall-Gestützte Enzymatische Diacylglycerol-Produktion
- Diacylglycerol (DAG)-reiche Öle weisen einen außerordentlich hohen Nährwert auf, da sie auf eine besondere Weise verdaut und verstoffwechselt werden, wodurch das Körpergewicht reduziert werden kann.
- Diacylglycerol kann durch die Hydrolyse von Pflanzenöl mit einer kommerziell erhältlichen Lipase als Katalysator sowie Ultraschall hergestellt werden.
- Mittels ultraschall-gestützter enzymatischer Hydrolyse kann DAG in großen Mengen bei sehr niedrigen Verarbeitungskosten hergestellt werden.
Durch eine ultraschall-gestützte, bio-katalysierte Hydrolyse können normale Pflanzenöle in DAG-reiche Speiseöle mit einem hohem Nährwert umgewandelt werden. Die ultraschall-enzymatische Hydrolyse liefert einen hohen Ertrag an Diacylglycerol-reichem Öl. Diese Ergebnisse werden in kürzere Reaktionszeit und unter milden Prozessbedingungen erzielt.
Die Vorteile der Ultraschall-Hydrolyse:
- feine Emulgierung
- Erhöhter Stoffaustausch
- milde Bedingungen
- kurze Verarbeitungszeit
- geregelte Temperatur
- Inline-Produktion
Forschung & Ergebnisse
Awadallak et al. (2013) haben die ultraschallgestützte Hydrolyse von Palmöl mit dem Lipozyme RM IM als Biokatalysator untersucht. In der zweistufigen Reaktion wird Ultraschall zur Emulgierung von Öl und Wasser eingesetzt. Im zweiten Schritt werden die Enzyme für die katalytische Umwandlung hinzugefügt.
Folgendes Ultraschall-Setup wurde in den Versuchen von Awadallak et al. verwendet: UP200S (200W, 24kHz) mit Glas-Durchflusszelle (siehe Bild links).
Die Versuche haben gezeigt, dass mit folgendem Protokoll die besten Ergebnisse erzielt werden: die Ultraschallsonotrode wurde ca. 10mm in das Wasser/Öl-Gemisch eingetaucht, die Ultraschallleistung wurde auf 80 W geregelt und die Beschallung wurde für 3 Min. ausgeführt, um das Wasser/Öl-System zu emulgieren. Anschließend wurde das Enzym (1,36 wt.% der Wasser + Öl Masse) hinzugefügt, wobei die Emulsion permament mit einem Magnetrührer (300 U/Min) gerührt wurde.
Die Beschallung erfolgte mit dem Ultraschallstabschwinger UP200S.
Durch die ultraschall-gestützte Bio-Katalyse wurde innerhalb von 12h Reaktionszeit Diacylglycerol (DAG)-Öl mit 34,17 wt.% Konzentration hergestellt. Die Beschallung mit Ultraschall selbst dauerte nur 1,2 Minuten.
Das Ultraschallverfahren wird als vorgelagerter Prozessschritt eingesetzt wird, um eine sehr feine Emulsion zu erzeugen. Dies hat Vorteile für die Produktion im großen Maßstab: durch die geringe Ultraschallenergie, die für den Prozess benötigt wird, sind Energiekosten für den Ultraschall sehr niedrig. Die kurze Beschallungsdauer erlaubt es, bereits mit einem relativ kleinen Ultraschallsystem die großen Hydrolysereaktoren zu speisen.
Ultraschall-Emulsion im Durchfluss
Ultraschallgeräte für Technikum & Produktion
Hielscher Ultrasonics ist Ihr langjährig erfahrener Partner für Ultraschallprozesse. Wir fertigen leistungsstarke und zuverlässige Ultraschallsysteme für jegliche Verarbeitungsvolumina. Als Lieferant für die Pharma- und Lebensmittelindustrie sind wir darauf spezialisiert, unsere Ultraschallgeräte und unser Consulting auf Ihren industrie-spezifischen Prozesse anzupassen und dadurch eine erfolgreiche Implementierung des Ultraschalls in den Produktionsablauf zu gewährleisten.
Die folgende Tabelle gibt die ungefähre Verarbeitungskapazität von unserer Ultraschallsysteme an:
| Batch-Volumen | Durchfluss | Empfohlenes Ultraschallgerät |
|---|---|---|
| 0,5 bis 1,5 ml | n.a. | VialTweeter |
| 1 bis 500ml | 10 bis 200ml/min | UP100H |
| 10 bis 2000ml | 20 bis 400ml/min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 bis 20l | 0,2 bis 4l/min | UIP2000hdT |
| 10 bis 100l | 2 bis 10l/min | UIP4000 |
| n.a. | 10 bis 100l/min | UIP16000 |
| n.a. | größere | Cluster aus UIP16000 |
Hielscher's MultiPhaseCavitator
Hielscher hat mit dem MultiPhaseCavitator MPC48 einen einzigartigen Einsatz für seine Durchflusszellen entwickelt. Der Einsatz MPC48 ist (siehe Bild rechts) ist mit 48 feinen Kanülen ausgestattet, mittels derer die zweite Phase als sehr feine Flüssigkeitsstrom mit einem Durchmesser von 0,3 mm bis 1,2 mm (abhängig vom Durchmesser der Kanüle) eingespritzt wird. Da die zweite Phase bereits fein direkt in die Ultraschallkavitationszone eingespritzt wird, entsteht durch die Beschallung eine homogene Mikro- bzw. Nano-Emulsion. Der MPC48-Einsatz kann in Kombination mit Hielscher Durchflussreaktoren verwendet werden und eignet sich sowohl für die Batch- als auch für die kontinuierliche Verarbeitung.
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Ultraschall-Durchflussreaktor FC100L1K-1S mit InsertMPC48
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Literatur
Weiter Informationen zu Diacylglycerol
Diacylglycerole (DAGs) werden häufig in unterschiedlichen Reinheitsgsgraden als Zusatzstoffe zur Verbesserung der Plastizität von Fetten oder als Grundstoff in der Nahrungs-, Pharmazeutik- und Kosmetikindustrie verwendet. DAGs werden zudem als Trennhilfe eingesetzt, um Materialien aus Gießformen zu trennen oder um Fettkristalle zu regulieren. zudem dienen sie als Vorstufe für die organische Synthese von Produkten wie z.B. Phospholipiden, Glycolipiden, Lipoproteinen. In Pharmazeutika wird DAG-konjugiertes Chlorambucil zur Darreichung bei der Behandlung von Lymphomen, oder (S)-(3,4-dihydroxyphenyl) Alanin (LDOPA) zur Behandlung der Parkinson-Krankheit u.a. eingesetzt. Seit Kurzem wird DAG-reiches Öl mit einem Gehalt von mindestens 80% der 1,3-DAGs als funktionales Speiseöl verwendet.
Diacylglycerol (DAGs) kann durch partielle Hydrolyse, Veresterung oder Glycerolyse durch chemische oder enzymatische Katalyse hergestellt werden. Ultraschall intensiviert die enzymatische Katalyse von Diacylglycerol signifikant. Die ultraschall-enzymatische Hydrolyse ermöglicht es höhere Erträge von qualitativ hochwertigem DAG innerhalb einer sehr kurzer Verarbeitungsdauer herzustellen.