Hidroliza ultrasonico-enzimatică a uleiurilor

• Uleiurile bogate în diacilglicerol (DAG) sunt un ingredient valoros pentru produsele alimentare, farmaceutice și cosmetice.
• Diacilglicerolul poate fi produs prin hidroliza uleiului de palmier folosind o lipază comercială drept catalizator, sub sonicare.
• Prin hidroliza ultrasonico-enzimatică, DAG pot fi produse în volume mari, la costuri reduse și într-un timp scurt.

Producția ultrasonico-enzimatică de diacilglicerol

Uleiurile bogate în diacilglicerol (DAG) sunt utilizate în aplicații alimentare, farmaceutice și cosmetice. Acestea au suscitat un interes considerabil datorită valorii lor nutriționale ridicate, deoarece sunt digerate și metabolizate într-un mod care reduce semnificativ greutatea corporală.
Printr-o hidroliză biocatalizată asistată de ultrasunete, uleiurile vegetale standard pot fi transformate în uleiuri comestibile bogate în DAG. Hidroliza ultrasonico-enzimatică conduce la un randament ridicat de ulei bogat în diacilglicerol, în timpi scurți de reacție și în condiții blânde.
O combinație de ultrasunete și cataliză enzimatică poate fi utilizată pentru a valorifica uleiuri obișnuite, de ex. uleiul de palmier, transformându-le în ulei cu un conținut ridicat de diacilglicerol. Un conținut ridicat de diacilglicerol conferă uleiului o valoare nutrițională ridicată.

Avantajele ultrasunetelor:

• emulsionare fină
• transfer de masă intensificat
• conversie ridicată
• condiții blânde
• timp de proces scurt
• temperatură controlată
• producție inline

Structura chimică a diacilglicerolului (DAG)

Cercetare și rezultate

Awadallak et al. (2013) au investigat hidroliza uleiului de palmier asistată de ultrasunete, folosind Lipozyme RM IM ca biocatalizator. În reacția în două etape, ultrasunetele sunt utilizate pentru a favoriza emulsionarea uleiului și a apei. În a doua etapă, enzimele sunt adăugate pentru conversia catalitică.
Imaginea din dreapta prezintă configurația cu ultrasunete utilizată în cercetarea lui Awadallak: dispozitivul ultrasonic cu sondă UP200S (200W, 24kHz) cu celulă de flux din sticlă pentru o sonicare continuă în condiții controlate.

Protocol

Grupul de cercetare a constatat că următorul proces în două etape conduce la cele mai bune rezultate: reacția a fost realizată într-o celulă de flux ultrasonică din sticlă cu un volum de 60ml (vezi imaginea din dreapta), la 55°C, timp de 24 h. Uleiul de palmier (15 g) și apa (1,5 g) au fost adăugate în reactor. Sonotroda ultrasonicatorului UP200S a fost introdusă la o adâncime de aproximativ 10mm în sistemul apă/ulei, puterea a fost reglată la 80W, iar sonotroda a fost pusă în funcțiune timp de 3 min pentru a emulsiona sistemul, înainte de a fi scoasă, apoi s-a adăugat enzima (1,36 wt.% din masa apă + ulei) în timp ce soluția era amestecată prin agitare magnetică (300 rpm).
Astfel, biocataliza asistată de ultrasunete a produs ulei DAG cu o concentrație de 34,17 wt.% după un timp de reacție de 12h. Etapa de sonicare propriu-zisă a fost foarte scurtă, cu o durată de doar 1,2 min.

Rezultate

În încercările prezentate, uleiul DAG cu o concentrație de 34,17 wt.% a fost obținut după 12 h de reacție. Etapa de sonicare a durat doar 1,2 min.
Cataliza ultrasonico-enzimatică convinge prin marile sale avantaje pentru producția la scară mare, deoarece costurile sale energetice sunt foarte scăzute, iar timpul său scurt de emulsionare permite utilizarea unor echipamente ultrasonice continue reduse pentru alimentarea reactoarelor mari de hidroliză. [Awadallak et al. 2013]