Öljyn ultraääniavusteinen entsymaattinen hydrolyysi
- Runsaasti diasyyliglyserolia (DAG) sisältävät öljyt ovat arvokas ainesosa elintarvikkeissa, lääkkeissä ja kosmetiikkatuotteissa.
- Diasyyliglyserolia voidaan tuottaa hydrolysoimalla palmuöljyä ultraäänikäsittelyssä käyttäen katalyyttinä kaupallista lipaasia.
- Ultraääniavusteisella entsymaattisella hydrolyysillä DAG-yhdisteitä voidaan tuottaa suuria määriä edullisesti ja lyhyessä ajassa.
Ultraääniavusteinen entsymaattinen diasyyliglyserolin tuotanto
Runsaasti diasyyliglyserolia (DAG) sisältäviä öljyjä käytetään elintarvike-, lääke- ja kosmetiikkasovelluksissa. Ne ovat herättäneet paljon kiinnostusta korkean ravintoarvonsa vuoksi, sillä ne pilkkoutuvat ruoansulatuksessa ja metaboloituvat tavalla, joka vähentää merkittävästi kehon painoa.
Ultraääniavusteisella biokatalyyttisellä hydrolyysillä tavallisia kasviöljyjä voidaan muuntaa runsaasti DAG-yhdisteitä sisältäviksi ruokaöljyiksi. Ultraääniavusteinen entsymaattinen hydrolyysi tuottaa suuren saannon runsaasti diasyyliglyserolia sisältävää öljyä lyhyessä reaktioajassa ja miedoissa olosuhteissa.
Ultraäänen ja entsymaattisen katalyysin yhdistelmällä tavallisia öljyjä, esimerkiksi palmuöljyä, voidaan jalostaa öljyiksi, joiden diasyyliglyserolipitoisuus on korkea. Korkea diasyyliglyserolipitoisuus antaa öljylle korkean ravintoarvon.
Ultraäänen edut:
- hienojakoinen emulgointi
- tehostunut aineensiirto
- korkea konversioaste
- miedot olosuhteet
- lyhyt prosessiaika
- hallittu lämpötila
- tuotanto virtaavassa prosessissa
Diasyyliglyserolin (DAG) kemiallinen rakenne
Ultraäänilaite virtaavassa prosessissa tapahtuvaan emulgointiin
Ota yhteyttä! / Kysy meiltä!
Tutkimus ja tulokset
Awadallak ym. (2013) ovat tutkineet palmuöljyn ultraääniavusteista hydrolyysiä käyttäen biokatalyyttinä Lipozyme RM IM -valmistetta. Kaksivaiheisessa reaktiossa ultraääntä käytetään edistämään öljyn ja veden emulgoitumista. Toisessa vaiheessa lisätään entsyymit katalyyttistä muuntumista varten.
Oikealla olevassa kuvassa näkyy Awadallakin tutkimuksessa käytetty ultraäänilaitteisto: ultraäänianturilaite UP200S (200W, 24kHz), jossa on lasinen virtauskenno jatkuvaa ultraäänikäsittelyä varten hallituissa olosuhteissa.
Menetelmä
Tutkimusryhmä havaitsi, että seuraava kaksivaiheinen prosessi tuottaa parhaat tulokset: Reaktio toteutettiin lasisessa ultraäänivirtauskennossa, jonka tilavuus oli 60ml (katso oikealla olevaa kuvaa), 55°C:n lämpötilassa 24 h ajan. Reaktoriin lisättiin palmuöljyä (15 g) ja vettä (1,5 g). Ultraäänilaitteen UP200S ultraäänianturi upotettiin noin 10mm:n syvyyteen vesi-öljyjärjestelmään, tehoksi säädettiin 80W ja laite käynnistettiin 3 min ajaksi järjestelmän emulgoimiseksi ennen anturin poistamista. Sen jälkeen lisättiin entsyymi (1,36 wt.% veden ja öljyn yhteenlasketusta massasta) samalla, kun liuosta sekoitettiin magneettisekoittimella (300 rpm).
Näin ultraääniavusteinen biokatalyysi tuotti DAG-öljyä, jonka pitoisuus oli 34,17 wt.%, 12h reaktioajan jälkeen. Itse ultraäänikäsittelyvaihe oli hyvin lyhyt ja kesti vain 1,2 min.
Tulokset
Esitetyissä kokeissa saatiin DAG-öljyä, jonka pitoisuus oli 34,17 wt.%, 12 h reaktion jälkeen. Ultraäänikäsittelyvaihe kesti vain 1,2 min.
Ultraääniavusteinen entsymaattinen katalyysi vakuuttaa huomattavilla eduillaan suuren mittakaavan tuotannossa, sillä sen energiakustannukset ovat erittäin alhaiset ja lyhyt emulgointiaika mahdollistaa supistettujen, jatkuvatoimisten ultraäänilaitteistojen käytön suurten hydrolyysireaktorien syöttämiseen. [Awadallak et al. 2013]
Ultraäänianturilaite UP200S lasireaktorilla
Kirjallisuus ja lähteet
- Adewale, Peter; Dumont, Marie-Josée; Ngadi, Michael (2015): Entsyymikatalysoitu synteesi ja kinetiikka ultraääniavusteisessa biodieselin tuotannossa jätetalista. 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): Entsyymikatalysoitu palmuöljyn hydrolyysi ultraäänisäteilytyksessä: diasyyliglyserolin synteesi. Ultrasonics Sonochemistry 20; 2013. 1002–1007.
- Dhara R.; Dhar P.; Ghosh M. (2013): Runsaasti diasyyliglyserolia sisältävän sinappiöljyn ravitsemukselliset vaikutukset normaalikolesterolemisten ja hyperkolesterolemisten rottien lipidiprofiiliin. Journal of Food Science Technology 50(4); 2013. 678–86.
- Dhara R.; Dhar P.; Ghosh M. (2012): Puhtaan ja runsaasti diasyyliglyserolia sisältävän riisileseöljyn ravitsemukselliset vaikutukset rottien kasvukehitykseen ja lipidiprofiiliin. 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): Lipaasien katalysoima palmuöljyn hydrolyysi ultraäänisäteilytyksessä – koesuunnittelun käyttö muuttujien arviointivälineenä. Ultrasonics Sonochemistry 19; 2012: 232–236.
- Souza, Rodrigo O. M. A.; Babicz, Ivelize; Leite, Selma G. F.; Antunes, Octavio A. C.: Lipaasikatalysoitu diasyyliglyserolin tuotanto sonokemiallisessa säteilytyksessä.
- Nagao T.; Watanabe H.; Goto N.; Onizawa K.; Taguchi H.; Matsuo N.; Yasukawa T.; Tsushima R.; Shimasaki H.; Itakura H. (2000): Ravinnon diasyyliglyseroli vähentää kehon rasvan kertymistä triasyyliglyseroliin verrattuna miehillä kontrolloidussa kaksoissokkotutkimuksessa. Journal of Nutrition 130, 2000. 792–797.
Hyödyllistä tietoa
Tietoa diasyyliglyseroleista
Diasyyliglyseroleja (DAG) käytetään yleisesti eri puhtausasteina lisäaineina rasvojen plastisuuden parantamiseen tai perusaineina elintarvike-, lääke- ja kosmetiikkateollisuudessa. DAG-yhdisteitä käytetään myös estranger-öljyinä materiaalien irrottamiseen muoteista sekä rasvakiteiden säätelyaineina ja lähtöaineina tuotteiden orgaanisessa synteesissä. Tällaisia tuotteita ovat esimerkiksi fosfolipidit, glykolipidit, lipoproteiinit, aihiolääkkeet, kuten DAG-konjugoitu klorambusiili lymfooman hoitoon, (S)-(3,4-dihydroksifenyyli)alaniini (LDOPA) Parkinsonin taudin hoitoon ja monet muut. Viime aikoina runsaasti DAG-yhdisteitä sisältävää öljyä on käytetty funktionaalisena ruokaöljynä, jonka 1,3-DAG-pitoisuus on vähintään 80%. [Nagao et al., 2000]
Diasyyliglyserolia (DAG-yhdisteitä) voidaan tuottaa osittaisella hydrolyysillä, esteröinnillä tai glyserolyysillä kemiallisen tai entsymaattisen katalyysin avulla. Entsymaattinen katalyysi on ensisijainen menetelmä, sillä se voidaan toteuttaa miedoimmissa olosuhteissa (alhaisimmassa lämpötilassa ja paineessa).