Production de diacylglycérol par voie ultrasonore et enzymatique
Les huiles riches en diacylglycérol (DAG) ont montré une valeur nutritionnelle élevée, car leur digestion et leur métabolisme contribuent à réduire significativement le poids corporel. Le diacylglycérol peut être produit par hydrolyse de l’huile de palme sous ultrasons, en utilisant une lipase commerciale comme catalyseur. L’hydrolyse ultrasonore et enzymatique permet de produire des DAG en grandes quantités à des coûts de traitement très faibles.
Une hydrolyse biocatalysée assistée par ultrasons permet de transformer des huiles végétales courantes en huiles alimentaires riches en DAG à haute valeur nutritionnelle. L’hydrolyse ultrasonore et enzymatique offre un bon rendement en huile riche en diacylglycérol, avec des temps de réaction plus courts et dans des conditions douces.
Les avantages de l’hydrolyse ultrasonore :
- émulsification fine
- transfert de matière accru
- conditions douces
- temps de traitement court
- température contrôlée
- production en ligne
Cellule à circulation ultrasonore en verre pour l’émulsification
Recherche et résultats sur la synthèse de diacylglycérol par ultrasons
Awadallak et al. (2013) ont étudié l’hydrolyse de l’huile de palme assistée par ultrasons en utilisant Lipozyme RM IM comme biocatalyseur. Dans cette réaction en deux étapes, les ultrasons servent à favoriser l’émulsification de l’huile et de l’eau. Lors de la seconde étape, les enzymes sont ajoutées pour la conversion catalytique.
Dispositif ultrasonore utilisé dans les recherches d’Awadallak : Sonicateur UP200St avec cellule à circulation en verre (voir l’image à gauche).
L’équipe de recherche a constaté que le procédé suivant, en deux étapes, donnait les meilleurs résultats : la sonde ultrasonore était introduite à une profondeur d’environ 10mm dans le système eau/huile, la puissance était réglée à 80 W et les ultrasons étaient activés pendant 3 min pour émulsionner le système avant le retrait de la sonde. L’enzyme (1,36 wt.% de la masse eau + huile) était ensuite ajoutée pendant que la solution était mélangée par agitation magnétique (300 rpm).
Le traitement ultrasonore a été réalisé à l’aide du puissant sonicateur à sonde ultrasonore UP200St de Hielscher, d’une puissance de 200watts.
Ainsi, la biocatalyse assistée par ultrasons a permis d’obtenir une huile présentant une concentration en DAG de 34,17 wt.% après un temps de réaction de 12h. L’étape de sonication elle-même était très courte, avec une durée de seulement 1,2 min.
Comme la sonication est appliquée en première étape pour obtenir une émulsion fine par ultrasons, ce procédé en deux étapes présente des avantages pour la production à grande échelle : ses coûts énergétiques sont très faibles et son court temps d’émulsification permet d’utiliser des équipements ultrasonores de taille réduite fonctionnant en continu pour alimenter de grands réacteurs d’hydrolyse.
MultiPhaseCavitator : l’insert MPC48 pour cellule à circulation ultrasonore améliore les procédés d’émulsification
Équipements ultrasonores pour les installations pilotes et la production
Hielscher Ultrasonics est votre partenaire de longue date, expérimenté dans les procédés ultrasonores, notamment pour une synthèse efficace du diacylglycérol. Nous fabriquons des systèmes ultrasonores puissants et fiables pour tous les volumes. En tant que fournisseur des industries pharmaceutique et alimentaire, nous sommes spécialisés dans la fabrication d’équipements ultrasonores ainsi que dans le conseil sur les procédés ultrasonores et leur intégration aux flux de production.
Le tableau ci-dessous donne une indication de la capacité de traitement de nos sonicateurs.
| Volume par lot | Débit | Appareils recommandés |
|---|---|---|
| 1 à 500mL | 10 à 200mL/min | UP100H |
| 10 à 2000mL | 20 à 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1 à 20L | 0,2 à 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 à 100L | 2 à 10L/min | UIP4000 |
| n.a. | 10 à 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | supérieur | ensemble de UIP16000 |
MultiPhaseCavitator ultrasonore Hielscher
Hielscher a développé un insert unique pour cellule à circulation, le MultiPhaseCavitator MPC48. L’insert MPC48 (voir l’image à droite) est équipé de 48 canules fines, à travers lesquelles la seconde phase est injectée sous forme de jets liquides très fins, d’un diamètre de 0,3mm à 1,2mm (selon la taille des canules). Comme la seconde phase est injectée sous une forme déjà très fine directement dans la zone de cavitation ultrasonore, une microémulsion ou une nanoémulsion est produite par sonication. L’insert MPC48 est conçu pour les réacteurs Hielscher à cellule à circulation et peut être utilisé pour le traitement par lots et en continu.
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Sonicateur UIP2000hdT avec réacteur pour la production de diacylglycérol
Bibliographie/Références
- 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.
Que sont les diacylglycérols ?
Les diacylglycérols (DAG) sont couramment utilisés à différents degrés de pureté comme additifs pour améliorer la plasticité des matières grasses ou comme bases pour les industries alimentaire, pharmaceutique et cosmétique. Les DAG sont également utilisés comme huiles « estranger » pour séparer les matériaux des moules, comme agents de modification des cristaux de matières grasses et comme précurseurs pour la synthèse organique de produits tels que les phospholipides, les glycolipides, les lipoprotéines et les promédicaments, notamment le chlorambucil conjugué aux DAG pour le traitement du lymphome, la (S)-(3,4-dihydroxyphenyl)alanine (LDOPA) pour le traitement de la maladie de Parkinson, ainsi que de nombreux autres produits. Plus récemment, l’huile riche en DAG a été utilisée comme huile de cuisson fonctionnelle, avec une teneur d’au moins 80% en 1,3-DAG.
Le diacylglycérol (DAG) peut être produit par hydrolyse partielle, estérification ou glycérolisation, par catalyse chimique ou enzymatique. Il a été démontré que la sonication intensifie considérablement la catalyse enzymatique des diacylglycérols. L’hydrolyse ultrasonore et enzymatique permet d’obtenir des rendements plus élevés en DAG de haute qualité dans un temps de traitement très court.