Hidrólisis enzimática ultrasónica del aceite
- Los aceites ricos en diacilglicerol (DAG) son un ingrediente valioso para productos alimentarios, farmacéuticos y cosméticos.
- El diacilglicerol puede producirse mediante la hidrólisis del aceite de palma utilizando una lipasa comercial como catalizador bajo ultrasonidos.
- Mediante la hidrólisis ultrasónica-enzimática, los DAG pueden producirse en grandes volúmenes a bajo coste y en poco tiempo.
Producción ultrasónica-enzimática de diacilglicerol
Los aceites ricos en diacilglicerol (DAG) se utilizan para aplicaciones alimentarias, farmacéuticas y cosméticas. Han despertado un gran interés por su alto valor nutritivo, ya que se digieren y metabolizan de forma que reducen significativamente el peso corporal.
Mediante una hidrólisis biocatalizada asistida por ultrasonidos, los aceites vegetales estándar pueden convertirse en aceites comestibles ricos en DAG. La hidrólisis enzimática por ultrasonidos produce un alto rendimiento de aceite rico en diacilglicerol en poco tiempo de reacción y en condiciones suaves.
Se puede utilizar una combinación de ultrasonidos y catálisis enzimática para transformar aceites comunes, como el de palma, en aceite con un alto contenido en diacilglicerol. Un alto contenido en diacilglicerol confiere al aceite un alto valor nutritivo.
Los beneficios de los ultrasonidos:
- emulsificación fina
- Aumento de la transferencia de masa
- alta conversión
- Condiciones leves
- tiempo de proceso corto
- temperatura controlada
- producción en línea
Estructura química del diacilglicerol (DAG)
Reactor ultrasónico de vidrio, por ejemplo, para emulsificación
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investigación & Resultados
Awadallak et al. (2013) han investigado la hidrólisis asistida por ultrasonidos del aceite de palma utilizando Lipozyme RM IM como biocatalizador. En la reacción de dos pasos, el ultrasonido se utiliza para promover la emulsificación del aceite y el agua. En el segundo paso, se añaden las enzimas para la conversión catalítica.
La imagen de la derecha muestra la configuración ultrasónica utilizada en la investigación de Awadallak: el dispositivo de sonda ultrasónica UP200S (200W, 24kHz) con célula de flujo de vidrio para una sonicación continua en condiciones controladas.
protocolo
El grupo de investigación descubrió que el siguiente proceso en dos pasos da los mejores resultados: La reacción se llevó a cabo en una célula de flujo de vidrio ultrasónica con un volumen de 60 ml (véase la imagen de la derecha) a 55 °C durante 24 h. Se añadieron al reactor aceite de palma (15 g) y agua (1,5 g). La sonda de ultrasonidos del ultrasonicador UP200S se introdujo a una profundidad de unos 10 mm en el sistema agua/aceite, se ajustó la potencia a 80 W y se encendió durante 3 min para emulsionar el sistema antes de ser retirado, y a continuación se añadió la enzima (1,36 % en peso de agua + masa de aceite) mientras se mezclaba la solución mediante agitación magnética (300 rpm).
Así, la biocatálisis asistida por ultrasonidos produjo aceite de DAG con una concentración del 34,17 % en peso tras 12 horas de reacción. El paso de sonicación en sí fue muy corto, con una duración de tan solo 1,2 minutos.
Resultados
En los ensayos presentados, se obtuvo aceite DAG con una concentración del 34,17 % en peso tras 12 h de reacción. El paso de sonicación duró solo 1,2 min.
La catálisis ultrasónica-enzimática convence por sus grandes ventajas para la producción a gran escala, ya que sus costes energéticos son muy bajos y su corto tiempo de emulsificación permite el uso de equipos ultrasónicos continuos reducidos para alimentar grandes reactores de hidrólisis. [Awadallak et al. 2013]
Dispositivo de sonda ultrasónica UP200S con reactor de vidrio
Literatura/Referencias
- Adewale, Peter; Dumont, Marie-Josée; Ngadi, Michael (2015): Enzyme-catalyzed synthesis and kinetics of ultrasonic-assisted biodiesel production from waste sebo. 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): Hidrólisis catalizada enzimáticamente de aceite de palma bajo irradiación ultrasónica: Síntesis de diacilglicerol. Ultrasónica Sonoquímica 20; 2013. 1002-1007.
- Dhara R.; Dhar P.; Ghosh M. (2013): Efectos dietéticos del aceite de mostaza rico en diacilglicerol en el perfil lipídico de ratas normocolesterolémicas e hipercolesterolémicas. Journal of Food Science Technology 50(4); 2013. 678-86.
- Dhara R.; Dhar P.; Ghosh M. (2012): Dietary effects of pure and diacylglycerol-rich rice bran oil on growth pattern and lipid profile of rats. 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): Hidrólisis de aceite de palma catalizada por lipasas bajo irradiación ultrasónica - El uso del diseño experimental como herramienta para la evaluación de variables. Ultrasonics Sonochemistry 19; 2012: 232-236.
- Souza, Rodrigo O. M. A.; Babicz, Ivelize; Leite, Selma G. F.; Antunes, Octavio A. C.: Producción de diacilglicerol catalizada por lipasa bajo irradiación sonoquímica.
- Nagao T.; Watanabe H.; Goto N.; Onizawa K.; Taguchi H.; Matsuo N.; Yasukawa T.; Tsushima R.; Shimasaki H.; Itakura H. (2000): Diacilglicerol dietético suprime la acumulación de grasa corporal en comparación con triacilglicerol en los hombres en un ensayo controlado doble ciego. Journal of Nutrition 130, 2000. 792-797.
Información interesante
Acerca de los diacilgliceroles
Los diacilgliceroles (DAG) se utilizan habitualmente en diferentes grados de pureza como aditivos para mejorar la plasticidad de las grasas o como bases para las industrias alimentaria, médica y cosmética. Los DAG también se utilizan como aceites extraños para separar materiales de los moldes y como ajustadores de los cristales de grasa, precursores para la síntesis orgánica de productos como fosfolípidos, glicolípidos, lipoproteínas, pro-fármacos como el clorambucil conjugado con DAG para el tratamiento del linfoma, la (S)-(3,4-dihidroxifenil)alanina (LDOPA) para el tratamiento de la enfermedad de Parkinson y muchos otros. Más recientemente, el aceite rico en DAG se ha utilizado como aceite de cocina funcional, con un contenido mínimo del 80% de 1,3-DAG. [Nagao et al., 2000].
El diacilglicerol (DAG) puede producirse por hidrólisis parcial, esterificación o glicerólisis mediante catálisis química o enzimática. La catálisis enzimática es el método preferido, ya que puede llevarse a cabo en las condiciones más suaves (temperatura y presión más bajas).