Tecnologia ad ultrasuoni Hielscher

Idrolisi dell'olio enzimatico ultrasonico

  • Gli oli ricchi di diacilglicerolo (DAG) sono un ingrediente prezioso per i prodotti alimentari, farmaceutici e cosmetici.
  • Il diacilglicerolo può essere prodotto dall'idrolisi dell'olio di palma utilizzando una lipasi commerciale come catalizzatore sotto ultrasuoni.
  • Grazie all'idrolisi enzimatica ad ultrasuoni, i DAG possono essere prodotti in grandi volumi a basso costo e in breve tempo.

Produzione di diacilglicerolo enzimatico ultrasonico

Gli oli ricchi di diacilglicerolo (DAG) sono utilizzati per applicazioni alimentari, farmaceutiche e cosmetiche. Hanno un grande interesse per il loro alto valore nutrizionale in quanto sono digerite e metabolizzate in modo da ridurre significativamente il peso corporeo.
Con un'idrolisi bio-catalizzata ultrasonicamente assistita, gli oli vegetali standard possono essere trasformati in oli commestibili ricchi di DAG. L'idrolisi enzimatica ad ultrasuoni si traduce in un elevato rendimento di un olio ricco di diacilglicerolo in tempi di reazione brevi e in condizioni lievi.
Una combinazione di ultrasuoni e catalisi enzimatica può essere utilizzata per migliorare gli oli comuni, come l'olio di palma, in oli ad alto contenuto di diacilglicerolo. Un alto contenuto di diacilglicerolo conferisce all'olio un alto valore nutrizionale.

I benefici degli ultrasuoni:

  • emulsificazione fine
  • aumento del trasferimento di massa
  • alta conversione
  • condizioni lievi
  • breve tempo di processo
  • temperatura controllata
  • produzione in linea
Struttura chimica del diacilglicerolo (DAG) in cui R1, R2 e R3 sono una catena di idrocarburi alchilici o alchilici di un acido grasso (formula generale R-COOH).

Struttura chimica del diacilglicerolo (DAG)

L'ultrasonicazione è ben noto per migliorare il trasferimento di massa

Reattore a ultrasuoni in vetro, ad esempio per l'emulsificazione

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Ricerca & Risultati

Awadallak et al. (2013) hanno studiato l'idrolisi ultrasonicamente assistita dell'olio di palma utilizzando Lipozyme RM IM come biocatalizzatore. Nella reazione in due fasi, gli ultrasuoni sono utilizzati per promuovere l'emulsificazione di olio e acqua. Nella seconda fase, gli enzimi vengono aggiunti per la conversione catalitica.
L'immagine a destra mostra la configurazione ad ultrasuoni utilizzata nella ricerca di Awadallak: il dispositivo con sonda ad ultrasuoni. UP200S (200W, 24kHz) con cella a flusso di vetro per una sonicazione continua in condizioni controllate.

Protocollo

Il gruppo di ricerca ha scoperto che seguendo un processo in due fasi si ottengono i migliori risultati: La reazione è stata effettuata in una cella a flusso di vetro ad ultrasuoni da 60 ml di volume (vedi foto a destra) a 55°C per 24 ore. Al reattore sono stati aggiunti olio di palma (15 g) e acqua (1,5 g). La sonda ad ultrasuoni dell'ecografo UP200S è stato inserito ad una profondità di circa 10mm nel sistema acqua/olio, l'alimentazione è stata regolata a 80W e accesa per 3 minuti per emulsionare il sistema prima di essere rimossa, e poi l'enzima (1.36 wt.% acqua + massa d'olio) è stato aggiunto mentre la soluzione è stata miscelata con agitazione magnetica (300 rpm).
Così la bio-catalisi ultrasonicamente assistita ha prodotto olio DAG con una concentrazione del 34,17 % in peso dopo un tempo di reazione di 12 ore. La fase di sonicazione è stata molto breve con una durata di soli 1,2 minuti.

Risultati

Nelle prove presentate, l'olio DAG con una concentrazione del 34,17 % in peso è stato ottenuto dopo 12 ore di reazione. La fase di sonicazione ha richiesto solo 1,2 minuti.
La catalisi enzimatica ad ultrasuoni convince per i suoi grandi vantaggi per la produzione su larga scala, in quanto i suoi costi energetici sono molto bassi e il suo breve tempo di emulsificazione consente l'utilizzo di apparecchiature ad ultrasuoni continui ridotti per alimentare grandi reattori di idrolisi. [Awadallak et al. 2013]

UP200S con reattore in vetro per l'idrolisi enzimatica ultrasonica dell'olio.

Sonda ad ultrasuoni UP200S con reattore in vetro

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Letteratura/riferimenti

  • Adewale, Peter; Dumont, Marie-Josée; Ngadi, Michael (2015): Sintesi enzimatico-catalizzata e cinetica della produzione di biodiesel ad ultrasuoni da sego di scarto. Ecografia Sonochimica 27; 2015. 1-9.
  • Awadallak, Jamal A.; Voll, Fernando; Ribas, Marielen C.; da Silva, Camila da; Filho, Lucio Cardozo; da Silva, Edson A. (2013): Idrolisi enzimatica catalizzata dell'olio di palma sotto irradiazione ultrasonica: Sintesi del diacilglicerolo. Ultrasonics Sonochemistry 20; 2013. 1002-1007.
  • Dhara R.; Dhar P.; Ghosh M. (2013): Effetti dietetici dell'olio di senape ricco di diacilglicerolo sul profilo lipidico dei ratti normocolesterolemici e ipercolesterolemici. Journal of Food Science Technology 50(4); 2013. 678-86.
  • Dhara R.; Dhar P.; Ghosh M. (2012): Effetti alimentari dell'olio di crusca di riso puro e ricco di diacilglicerolo sul modello di crescita e il profilo lipidico dei ratti. Rivista di Oleo Science 61(7); 2012. 369-75.
  • Goncalves, Karen M.; Sutili, Felipe K.; Leite,Selma G.F.; de Souza, Rodrigo O.M.M.A.; Ramos Leal, Ivana Correa (2012): Idrolisi dell'olio di palma catalizzata da lipasi sotto irradiazione ultrasonica - L'uso del design sperimentale come strumento di valutazione delle variabili. Ecografia Sonochimica 19; 2012: 232-236.
  • Souza, Rodrigo O. M. A.; Babicz, Ivelize; Leite, Selma G. F.; Antunes, Octavio A. C.: Produzione di diacilglicerolo catalizzato lipasi sotto irraggiamento geochimico.
  • Nagao T.; Watanabe H.; Goto N.; Onizawa K.; Taguchi H.; Matsuo N.; Yasukawa T.; Tsushima R.; Shimasaki H.; Itakura H. (2000): Il diacilglicerolo alimentare sopprime l'accumulo di grasso corporeo rispetto al triacilglicerolo negli uomini in uno studio controllato in doppio cieco. Rivista di Nutrizione 130, 2000. 792-797.


Particolarità / Cose da sapere

Su Diacylglycerols
I diacilgliceroli (DAG) sono comunemente usati in diversi gradi di purezza come additivi per migliorare la plasticità dei grassi o come basi per l'industria alimentare, medica e cosmetica. DAG sono utilizzati anche come oli estranei per separare i materiali dalle muffe e come regolatore di cristalli di grasso, precursori per la sintesi organica di prodotti come fosfolipidi, glicolipidi, lipoproteine, pro-droghe, come il clorambucile coniugato con DAG per il trattamento del linfoma, (S)-(3,4-diidrossifenil)alanina (LDOPA) per il trattamento del morbo di Parkinson e molti altri. Più recentemente, l'olio ricco di DAG è stato utilizzato come olio da cucina funzionale, con un contenuto di almeno l'80% di 1,3-DAG. [Nagao et al., 2000]
Il diacilglicerolo (DAG) può essere prodotto per idrolisi parziale, esterificazione o glicerolisi mediante catalisi chimica o enzimatica. La catalisi enzimatica è il metodo preferito in quanto può essere effettuata nelle condizioni più miti (temperatura e pressione più bassa).