הידרוליזה אולטרסונית–אנזימטית של שמן
- שמנים עשירים בדיאצילגליצרול (DAG) הם מרכיב בעל ערך במוצרי מזון, תרופות וקוסמטיקה.
- ניתן לייצר דיאצילגליצרול באמצעות הידרוליזה של שמן דקלים תוך שימוש בליפאז מסחרי כזרז במהלך סוניקציה.
- באמצעות הידרוליזה אולטרסונית–אנזימטית ניתן לייצר דיאצילגליצרולים בכמויות גדולות, בעלות נמוכה ובזמן קצר.
ייצור אולטרסוני–אנזימטי של דיאצילגליצרול
שמנים עשירים בדיאצילגליצרול (DAG) משמשים ביישומי מזון, תרופות וקוסמטיקה. הם עוררו עניין רב בשל ערכם התזונתי הגבוה, שכן הם מתעכלים ועוברים חילוף חומרים באופן שמפחית משמעותית את משקל הגוף.
באמצעות הידרוליזה בקטליזה ביולוגית בסיוע אולטרסאונד, ניתן להפוך שמנים צמחיים רגילים לשמני מאכל עשירים ב-DAG. ההידרוליזה האולטרסונית–אנזימטית מניבה שמן עשיר בדיאצילגליצרול בתפוקה גבוהה, בזמני תגובה קצרים ובתנאים מתונים.
ניתן להשתמש בשילוב של אולטרסאונד וקטליזה אנזימטית לשדרוג שמנים נפוצים, כגון שמן דקלים, לשמן בעל תכולת דיאצילגליצרול גבוהה. תכולת דיאצילגליצרול גבוהה מקנה לשמן ערך תזונתי גבוה.
יתרונות האולטרסאונד:
- תחלוב עדין
- העברת מסה מוגברת
- המרה גבוהה
- תנאים מתונים
- זמן תהליך קצר
- בקרת טמפרטורה
- ייצור בקו הזרימה
המבנה הכימי של דיאצילגליצרול (DAG)
מכשיר סוניקציה לתחלוב בקו הזרימה
צרו איתנו קשר! / שאלו אותנו!
מחקר ותוצאות
Awadallak ועמיתיו (2013) חקרו הידרוליזה של שמן דקלים בסיוע אולטרסאונד תוך שימוש ב-Lipozyme RM IM כזרז ביולוגי. בתגובה הדו-שלבית, האולטרסאונד משמש לקידום התחלוב של שמן ומים. בשלב השני מוסיפים את האנזימים לצורך ההמרה הקטליטית.
התמונה מימין מציגה את המערך האולטרסוני ששימש במחקר של Awadallak: המכשיר האולטרסוני בעל הגשושית UP200S (200W, 24kHz) עם תא זרימה מזכוכית לסוניקציה רציפה בתנאים מבוקרים.
פרוטוקול
קבוצת המחקר מצאה כי התהליך הדו-שלבי הבא מניב את התוצאות הטובות ביותר: התגובה בוצעה בתא זרימה אולטרסוני מזכוכית בנפח 60ml (ראו תמונה מימין), בטמפרטורה של 55°C במשך 24 h. לכור נוספו שמן דקלים (15 g) ומים (1.5 g). הגשושית האולטרסונית של מכשיר הסוניקציה UP200S הוחדרה לעומק של כ-10mm לתוך מערכת המים/שמן, ההספק כוונן ל-80W והמכשיר הופעל למשך 3 min כדי לתחלב את המערכת לפני הוצאת הגשושית. לאחר מכן נוסף האנזים (1.36 wt.% ממסת המים + השמן), תוך ערבוב התמיסה באמצעות בוחש מגנטי (300 rpm).
כך הניבה הקטליזה הביולוגית בסיוע אולטרסאונד שמן DAG בריכוז של 34.17 wt.% לאחר זמן תגובה של 12h. שלב הסוניקציה עצמו היה קצר מאוד ונמשך רק 1.2 min.
תוצאות
בניסויים המוצגים התקבל שמן DAG בריכוז של 34.17 wt.% לאחר 12 h של תגובה. שלב הסוניקציה נמשך רק 1.2 min.
הקטליזה האולטרסונית–אנזימטית מציגה יתרונות משמעותיים לייצור בקנה מידה גדול, שכן עלויות האנרגיה שלה נמוכות מאוד וזמן התחלוב הקצר שלה מאפשר להשתמש בציוד אולטרסוני מצומצם להפעלה רציפה לצורך הזנת כורי הידרוליזה גדולים. [Awadallak et al. 2013]
מכשיר אולטרסוני בעל גשושית UP200S עם כור מזכוכית
ספרות ומקורות
- Adewale, Peter; Dumont, Marie-Josée; Ngadi, Michael (2015): סינתזה בקטליזה אנזימטית וקינטיקה של ייצור ביודיזל בסיוע אולטרסאונד מפסולת חֵלֶב מן החי. 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): הידרוליזה של שמן דקלים בקטליזה אנזימטית תחת הקרנה אולטרסונית: סינתזה של דיאצילגליצרול. Ultrasonics Sonochemistry 20; 2013. 1002-1007.
- Dhara R.; Dhar P.; Ghosh M. (2013): השפעות תזונתיות של שמן חרדל עשיר בדיאצילגליצרול על פרופיל השומנים בחולדות בעלות רמות כולסטרול תקינות ובחולדות בעלות רמות כולסטרול גבוהות. Journal of Food Science Technology 50(4); 2013. 678-86.
- Dhara R.; Dhar P.; Ghosh M. (2012): השפעות תזונתיות של שמן סובין אורז טהור ושל שמן סובין אורז עשיר בדיאצילגליצרול על דפוס הגדילה ופרופיל השומנים בחולדות. 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): הידרוליזה של שמן דקלים בקטליזה של ליפאזות תחת הקרנה אולטרסונית – שימוש בתכנון ניסויים ככלי להערכת משתנים. Ultrasonics Sonochemistry 19; 2012: 232–236.
- Souza, Rodrigo O. M. A.; Babicz, Ivelize; Leite, Selma G. F.; Antunes, Octavio A. C.: ייצור דיאצילגליצרול בקטליזה של ליפאז תחת הקרנה סונוכימית.
- Nagao T.; Watanabe H.; Goto N.; Onizawa K.; Taguchi H.; Matsuo N.; Yasukawa T.; Tsushima R.; Shimasaki H.; Itakura H. (2000): דיאצילגליצרול בתזונה מדכא הצטברות שומן בגוף בהשוואה לטריאצילגליצרול בגברים בניסוי מבוקר כפול-סמיות. Journal of Nutrition 130, 2000. 792-797.
עובדות שכדאי לדעת
על דיאצילגליצרולים
דיאצילגליצרולים (DAG) משמשים בדרך כלל בדרגות טוהר שונות כתוספים לשיפור הפלסטיות של שומנים או כחומרי בסיס לתעשיות המזון, התרופות והקוסמטיקה. דיאצילגליצרולים משמשים גם כשמני estranger להפרדת חומרים מתבניות וכמווסתים של גבישי שומן, וכן כחומרי מוצא לסינתזה אורגנית של מוצרים כגון פוספוליפידים, גליקוליפידים, ליפופרוטאינים, קדם-תרופות כגון כלורמבוציל מצומד ל-DAG לטיפול בלימפומה, (S)-(3,4-dihydroxyphenyl)alanine (LDOPA) לטיפול במחלת פרקינסון ורבים אחרים. לאחרונה נעשה שימוש בשמן עשיר ב-DAG כשמן בישול פונקציונלי, בעל תכולה של לפחות 80% של 1,3-DAG. [Nagao et al., 2000]
ניתן לייצר דיאצילגליצרול (DAGs) באמצעות הידרוליזה חלקית, אסטריפיקציה או גליצרוליזה בקטליזה כימית או אנזימטית. קטליזה אנזימטית היא השיטה המועדפת, שכן ניתן לבצע אותה בתנאים המתונים ביותר (הטמפרטורה והלחץ הנמוכים ביותר).