Ultradźwiękowo-enzymatyczna hydroliza oleju
- Oleje bogate w diacyloglicerol (DAG) są cennym składnikiem produktów spożywczych, farmaceutycznych i kosmetycznych.
- Diacyloglicerol można wytwarzać poprzez hydrolizę oleju palmowego z wykorzystaniem dostępnej komercyjnie lipazy jako katalizatora podczas sonikacji.
- Dzięki hydrolizie ultradźwiękowo-enzymatycznej DAG można wytwarzać w dużych ilościach, przy niskich kosztach i w krótkim czasie.
Ultradźwiękowo-enzymatyczna produkcja diacyloglicerolu
Oleje bogate w diacyloglicerol (DAG) są stosowane w produkcji żywności, farmaceutyków i kosmetyków. Wzbudziły duże zainteresowanie ze względu na wysoką wartość odżywczą, ponieważ są trawione i metabolizowane w sposób, który znacznie zmniejsza masę ciała.
Dzięki hydrolizie biokatalitycznej wspomaganej ultradźwiękami standardowe oleje roślinne można przekształcać w oleje jadalne bogate w DAG. Hydroliza ultradźwiękowo-enzymatyczna zapewnia wysoką wydajność otrzymywania oleju bogatego w diacyloglicerol przy krótkim czasie reakcji i w łagodnych warunkach.
Połączenie ultradźwięków i katalizy enzymatycznej można wykorzystać do uszlachetniania zwykłych olejów, np. oleju palmowego, poprzez przekształcanie ich w oleje o wysokiej zawartości diacyloglicerolu. Wysoka zawartość diacyloglicerolu nadaje olejowi wysoką wartość odżywczą.
Korzyści ze stosowania ultradźwięków:
- emulgowanie zapewniające drobne krople
- zwiększony transport masy
- wysoki stopień konwersji
- łagodne warunki
- krótki czas procesu
- kontrolowana temperatura
- produkcja w linii technologicznej
Struktura chemiczna diacyloglicerolu (DAG)
Sonikator do emulgowania w linii technologicznej
Skontaktuj się z nami! / Zadaj nam pytanie!
Badania i wyniki
Awadallak i współpracownicy (2013) badali wspomaganą ultradźwiękami hydrolizę oleju palmowego z wykorzystaniem Lipozyme RM IM jako biokatalizatora. W dwuetapowej reakcji ultradźwięki są wykorzystywane do wspomagania emulgowania oleju i wody. W drugim etapie dodaje się enzymy w celu przeprowadzenia konwersji katalitycznej.
Zdjęcie po prawej przedstawia zestaw ultradźwiękowy wykorzystany w badaniach Awadallaka: urządzenie ultradźwiękowe z sondą UP200S (200W, 24kHz) ze szklaną komorą przepływową do ciągłej sonikacji w kontrolowanych warunkach.
Protokół
Zespół badawczy stwierdził, że następujący dwuetapowy proces daje najlepsze wyniki: reakcję prowadzono w szklanej ultradźwiękowej komorze przepływowej o objętości 60ml (patrz zdjęcie po prawej) w temperaturze 55°C przez 24 h. Do reaktora dodano olej palmowy (15 g) i wodę (1,5 g). Sonda ultradźwiękowa sonikatora UP200S została wprowadzona na głębokość około 10mm do układu woda/olej, moc ustawiono na 80W, a urządzenie włączono na 3 min, aby zemulgować układ przed wyjęciem sondy. Następnie dodano enzym (1,36 wt.% masy wody + oleju), mieszając roztwór mieszadłem magnetycznym (300 rpm).
W ten sposób biokataliza wspomagana ultradźwiękami pozwoliła uzyskać olej DAG o stężeniu 34,17 wt.% po czasie reakcji wynoszącym 12h. Sam etap sonikacji był bardzo krótki i trwał zaledwie 1,2 min.
Wyniki
W przedstawionych próbach olej DAG o stężeniu 34,17 wt.% uzyskano po 12 h reakcji. Etap sonikacji trwał zaledwie 1,2 min.
Kataliza ultradźwiękowo-enzymatyczna przekonuje swoimi dużymi zaletami w produkcji na dużą skalę, ponieważ jej koszty energii są bardzo niskie, a krótki czas emulgowania pozwala stosować zredukowaną aparaturę ultradźwiękową pracującą w trybie ciągłym do zasilania dużych reaktorów hydrolizy. [Awadallak et al. 2013]
Urządzenie ultradźwiękowe z sondą UP200S ze szklanym reaktorem
Literatura / źródła
- Adewale, Peter; Dumont, Marie-Josée; Ngadi, Michael (2015): Synteza katalizowana enzymatycznie i kinetyka wspomaganej ultradźwiękami produkcji biodiesla z odpadowego łoju. 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): Katalizowana enzymatycznie hydroliza oleju palmowego pod wpływem ultradźwięków: synteza diacyloglicerolu. Ultrasonics Sonochemistry 20; 2013. 1002–1007.
- Dhara R.; Dhar P.; Ghosh M. (2013): Wpływ spożywania oleju gorczycowego bogatego w diacyloglicerol na profil lipidowy szczurów z normocholesterolemią i hipercholesterolemią. Journal of Food Science Technology 50(4); 2013. 678–86.
- Dhara R.; Dhar P.; Ghosh M. (2012): Wpływ spożywania czystego oleju z otrębów ryżowych oraz oleju z otrębów ryżowych bogatego w diacyloglicerol na przebieg wzrostu i profil lipidowy szczurów. 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): Hydroliza oleju palmowego katalizowana lipazami pod wpływem ultradźwięków – wykorzystanie planowania eksperymentów jako narzędzia do oceny zmiennych. Ultrasonics Sonochemistry 19; 2012: 232–236.
- Souza, Rodrigo O. M. A.; Babicz, Ivelize; Leite, Selma G. F.; Antunes, Octavio A. C.: Produkcja diacyloglicerolu katalizowana lipazą pod wpływem oddziaływania sonochemicznego.
- Nagao T.; Watanabe H.; Goto N.; Onizawa K.; Taguchi H.; Matsuo N.; Yasukawa T.; Tsushima R.; Shimasaki H.; Itakura H. (2000): Diacyloglicerol w diecie ogranicza gromadzenie tkanki tłuszczowej u mężczyzn w porównaniu z triacyloglicerolem w kontrolowanym badaniu z podwójnie ślepą próbą. Journal of Nutrition 130, 2000. 792–797.
Warto wiedzieć
O diacyloglicerolach
Diacyloglicerole (DAG) o różnym stopniu czystości są powszechnie stosowane jako dodatki zwiększające plastyczność tłuszczów lub jako bazy dla przemysłu spożywczego, medycznego i kosmetycznego. DAG są również stosowane jako oleje estranger do oddzielania materiałów od form oraz jako modyfikatory kryształów tłuszczu, prekursory w syntezie organicznej produktów takich jak fosfolipidy, glikolipidy, lipoproteiny, proleki, takie jak chlorambucyl sprzężony z DAG stosowany w leczeniu chłoniaka, (S)-(3,4-dihydroksyfenylo)alanina (LDOPA) stosowana w leczeniu choroby Parkinsona i wiele innych. W ostatnim czasie olej bogaty w DAG jest stosowany jako funkcjonalny olej do gotowania, zawierający co najmniej 80% 1,3-DAG. [Nagao et al., 2000]
Diacyloglicerole (DAG) można wytwarzać poprzez częściową hydrolizę, estryfikację lub glicerolizę z zastosowaniem katalizy chemicznej lub enzymatycznej. Kataliza enzymatyczna jest preferowaną metodą, ponieważ można ją prowadzić w najłagodniejszych warunkach (przy najniższej temperaturze i najniższym ciśnieniu).