Υπερηχητική-ενζυμική υδρόλυση ελαίων

• Τα έλαια πλούσια σε διακυλογλυκερόλη (DAG) αποτελούν πολύτιμο συστατικό για τρόφιμα, φαρμακευτικά και καλλυντικά προϊόντα.
• Η διακυλογλυκερόλη μπορεί να παραχθεί με υδρόλυση φοινικελαίου, χρησιμοποιώντας μια εμπορικά διαθέσιμη λιπάση ως καταλύτη κατά την κατεργασία με υπερήχους.
• Με την υπερηχητική-ενζυμική υδρόλυση, οι DAG μπορούν να παραχθούν σε μεγάλες ποσότητες, με χαμηλό κόστος και σε σύντομο χρόνο.

Υπερηχητική-ενζυμική παραγωγή διακυλογλυκερόλης

Τα έλαια πλούσια σε διακυλογλυκερόλη (DAG) χρησιμοποιούνται σε εφαρμογές τροφίμων, φαρμακευτικών και καλλυντικών προϊόντων. Έχουν προσελκύσει μεγάλο ενδιαφέρον λόγω της υψηλής διατροφικής τους αξίας, καθώς πέπτονται και μεταβολίζονται με τρόπο που μειώνει σημαντικά το σωματικό βάρος.
Με βιοκαταλυόμενη υδρόλυση υποβοηθούμενη από υπερήχους, τα συνήθη φυτικά έλαια μπορούν να μετατραπούν σε βρώσιμα έλαια πλούσια σε DAG. Η υπερηχητική-ενζυμική υδρόλυση αποδίδει μεγάλη ποσότητα ελαίου πλούσιου σε διακυλογλυκερόλη, με σύντομους χρόνους αντίδρασης και υπό ήπιες συνθήκες.
Ο συνδυασμός υπερήχων και ενζυμικής κατάλυσης μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την αναβάθμιση κοινών ελαίων, π.χ. φοινικελαίου, σε έλαιο με υψηλή περιεκτικότητα σε διακυλογλυκερόλη. Η υψηλή περιεκτικότητα σε διακυλογλυκερόλη προσδίδει στο έλαιο υψηλή διατροφική αξία.

Τα πλεονεκτήματα των υπερήχων:

• λεπτή γαλακτωματοποίηση
• αυξημένη μεταφορά μάζας
• υψηλός βαθμός μετατροπής
• ήπιες συνθήκες
• σύντομος χρόνος διεργασίας
• ελεγχόμενη θερμοκρασία
• παραγωγή εντός γραμμής

Χημική δομή της διακυλογλυκερόλης (DAG)

Έρευνα & αποτελέσματα

Οι Awadallak et al. (2013) διερεύνησαν την υποβοηθούμενη από υπερήχους υδρόλυση φοινικελαίου χρησιμοποιώντας το Lipozyme RM IM ως βιοκαταλύτη. Στην αντίδραση δύο σταδίων, οι υπέρηχοι χρησιμοποιούνται για την προώθηση της γαλακτωματοποίησης του ελαίου και του νερού. Στο δεύτερο στάδιο, προστίθενται τα ένζυμα για την καταλυτική μετατροπή.
Η εικόνα στα δεξιά δείχνει τη διάταξη υπερήχων που χρησιμοποιήθηκε στην έρευνα του Awadallak: τη συσκευή υπερήχων με καθετήρα UP200S (200W, 24kHz) με γυάλινη κυψελίδα ροής για συνεχή κατεργασία με υπερήχους υπό ελεγχόμενες συνθήκες.

Πρωτόκολλο

Η ερευνητική ομάδα διαπίστωσε ότι η ακόλουθη διεργασία δύο σταδίων δίνει τα καλύτερα αποτελέσματα: Η αντίδραση πραγματοποιήθηκε σε γυάλινη κυψελίδα ροής υπερήχων όγκου 60ml (βλ. εικόνα στα δεξιά), στους 55°C για 24 h. Στον αντιδραστήρα προστέθηκαν φοινικέλαιο (15 g) και νερό (1,5 g). Ο καθετήρας υπερήχων της συσκευής υπερήχων UP200S εισήχθη σε βάθος περίπου 10mm στο σύστημα νερού/ελαίου, η ισχύς ρυθμίστηκε στα 80W και η συσκευή ενεργοποιήθηκε για 3 min ώστε να γαλακτωματοποιηθεί το σύστημα πριν αφαιρεθεί ο καθετήρας. Στη συνέχεια προστέθηκε το ένζυμο (1,36 wt.% της μάζας νερού + ελαίου), ενώ το διάλυμα αναμειγνυόταν με μαγνητική ανάδευση (300 rpm).
Έτσι, η υποβοηθούμενη από υπερήχους βιοκατάλυση απέδωσε έλαιο DAG με συγκέντρωση 34,17 wt.% μετά από χρόνο αντίδρασης 12h. Το ίδιο το στάδιο κατεργασίας με υπερήχους ήταν πολύ σύντομο, με διάρκεια μόλις 1,2 min.

Αποτελέσματα

Στις δοκιμές που παρουσιάζονται, ελήφθη έλαιο DAG με συγκέντρωση 34,17 wt.% μετά από 12 h αντίδρασης. Το στάδιο κατεργασίας με υπερήχους διήρκεσε μόλις 1,2 min.
Η υπερηχητική-ενζυμική κατάλυση πείθει χάρη στα μεγάλα πλεονεκτήματά της για παραγωγή μεγάλης κλίμακας, καθώς το ενεργειακό της κόστος είναι πολύ χαμηλό και ο σύντομος χρόνος γαλακτωματοποίησης επιτρέπει τη χρήση μειωμένου εξοπλισμού υπερήχων συνεχούς λειτουργίας για την τροφοδοσία μεγάλων αντιδραστήρων υδρόλυσης. [Awadallak et al. 2013]