Ultraschall-Gestützte Enzymatische Diacylglycerol-Produktion
An Diacylglycerin (DAG) reiche Öle haben einen hohen Nährwert, da sie auf eine Weise verdaut und verstoffwechselt werden, die das Körpergewicht erheblich reduziert. Diacylglycerin kann durch die Hydrolyse von Palmöl mit einer handelsüblichen Lipase als Katalysator unter Ultraschallbehandlung hergestellt werden. Durch die Ultraschall-enzymatische Hydrolyse können DAGs in großen Mengen zu 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
Ultraschall-Glasdurchflusszelle für die Emulgierung
Forschung & Ergebnisse der Diacylglycerinsynthese mit Ultraschall
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: Sonicator UP200St 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 Ultraschallbehandlung wurde durchgeführt mit dem leistungsstarken 200-Watt-Ultraschallsondenschallkopf UP200St von Hielscher.
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.
MultiPhaseCavitator: Der Ultraschall-Durchflusszelleneinsatz MPC48 verbessert Emulgierprozesse
Ultraschallgeräte für Technikum & Produktion
Hielscher Ultrasonics ist Ihr langjährig erfahrener Partner für Ultraschallprozesse einschließlich einer effizienten Diacylglycerinsynthese. Wir fertigen leistungsstarke und zuverlässige Ultraschallsysteme für jedes Volumen. Als Zulieferer der Pharma- und Lebensmittelindustrie sind wir sowohl auf die Herstellung von Ultraschallanlagen als auch auf die Beratung für Ultraschallprozesse und deren Implementierung in Produktionsabläufe spezialisiert.
Die folgende Tabelle gibt die ungefähre Verarbeitungskapazität von unserer Ultraschallsysteme an:
| Batch-Volumen | Durchfluss | Empfohlenes Ultraschallgerät |
|---|---|---|
| 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 Ultraschall-Multiphasen-Kavitator
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.
Klicken Sie hier, um mehr über den MultiPhaseCavitator MPC48 erfahren!
Sonicator UIP2000hdT mit Reaktor zur Herstellung von Diacylglycerin
Literatur
- 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): Dietary effects of diacylglycerol rich mustard oil on lipid profile of normocholesterolemic and hypercholesterolemic rats. Journal of Food Science Technology 50(4); 2013. 678-86.
- Goncalves, Karen M.; Sutili, Felipe K.; Leite,Selma G.F.; de Souza, Rodrigo O.M.A.; Ramos Leal, Ivana Correa (2012): Palm oil hydrolysis catalyzed by lipases under ultrasound irradiation – The use of experimental design as a tool for variables evaluation. Ultrasonics Sonochemistry 19; 2012: 232–236.
Was sind Diacylglycerine?
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.