Enzymatische Öl-Hydrolyse mit Ultraschall

• Diacylglycerol (DAG)-reiche Öle gelten als wertvoller Zusatzstoff für Lebensmittel, Pharmazeutika und kosmetische Produkte.
• Diacylglycerol kann durch die Hydrolyse von Pflanzenöl mit einer kommerziell erhältlichen Lipase als Katalysator sowie Ultraschall hergestellt werden.
• Durch die ultraschall-gestützte, enzymatische Hydrolyse können DAGs kostengünstig in großvolumigem Maßstab und in sehr kurzer Zeit produziert werden.

Ultraschall-Gestützte Enzymatische Diacylglycerol-Produktion

Diacylglycerol (DAG)-reiche Öle werden für Lebensmittel, pharmazeutische und kosmetische Produkte verwendet. Sie sind aufgrund ihres hohen Nährwerts von besonders großem Interesse, denn sie werden auf eine besondere Weise verdaut und verstoffwechselt, wodurch das Körpergewicht erheblich reduzieren kann.
Durch eine ultraschallgestützte bio-katalysierte Hydrolyse kann normales Pflanzenöl in ein DAG-reiches Speiseöle umgewandelt werden. Mittels ultraschall-gestützter enzymatischer Hydrolyse kann in sehr kurzer Reaktionszeit und unter milden Bedingungen Diacylglycerol-reiches Öl produziert werden.
Die Kombination aus Ultraschall und enzymatischer Katalyse wird es möglich, gewöhnliche Öle, wie z.B. Palmöl, zu einem Öl mit einem hohen Diacylglycerol-Gehalt aufzuwerten. Durch einen hohen Diacylglycerol-Gehalt wird das Speiseöl ernährungsphysiologisch besonders wertvoll.

Die Vorteile der Ultraschallverarbeitung:

• feine Emulgierung
• Erhöhter Stoffaustausch
• hohe Umwandlung
• milde Bedingungen
• kurze Verarbeitungszeit
• geregelte Temperatur
• Inline-Produktion

Strukturformel von Diacylglycerol (DAG)

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.
Das Bild rechts zeigt das Ultraschall-Setup wie es in der Forschungsstudie von Awadallak verwendet wurde: Das Ultraschallgerät UP200S (200W, 24kHz) mit Glasreaktorzelle für eine kontinuierliche Beschallung unter kontrollierten Bedingungen.

Protokoll

Die Forschungsergebnisse von Awadallak und seinen Kollegen zeigen, dass mit folgendem Versuchsablauf die besten Ergebnisse erzielt werden konnten: Die Reaktion erfolgte in einem Ultraschall-Glasreaktor mit 60ml Volumen (siehe Bild rechts) bei 55°C. Die gesamte Reaktion wurde für 24 Std beobachtet. Zuerst wurden Palmöl (15 g) und Wasser (1,5 g) in den Reaktor gefüllt. Die Sonotrode (Horn/ Sonde) des Ultraschallhomogenisators UP200S wurde bis zu einer Tiefe von ca. 10mm in das Wasser/Öl-gemisch eingetaucht. Das Ultraschallgerät wurde auf 80 Watt geregelt. Das Wasser-Öl-Gemisch wurde für 3 Min mittels Ultraschall emulgiert. Nach der Beschallung wurde das Enzym (1,36 Gewicht% der Wasser+Öl-Masse) hinzugefügt, wobei die Lösung mit einem Magnetrührer (300 U/Min) gemischt wurde.
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.

Ergebnisse

In den vorgestellten Studien wurde DAG-Öl mit einer Konzentration von 34,17 wt.% hergestellt. Die Beschallung dauerte nur 1,2 Min.
Die ultraschall-enzymatische Katalyse überzeugt durch folgende Vorteile, welche dieses Verfahren auch für die Großproduktion interessant machen: Die Kombination aus Ultraschall und enzymatischer Hydrolyse weist sehr geringe Energiekosten auf und der Einsatz eines Ultraschallgerätes für die kontinuierliche Ultraschall-Verarbeitung ermöglicht es, große Hydrolysereaktoren zu betreiben. [Awadallak et al. 2013]