Ультразвуковой ферментативный гидролиз масла
- Масла, богатые диацилглицеролом (DAG), являются ценным ингредиентом пищевых, фармацевтических и косметических продуктов.
- Диацилглицерол можно получать путём гидролиза пальмового масла с использованием коммерческой липазы в качестве катализатора при обработке ультразвуком.
- Ультразвуковой ферментативный гидролиз позволяет получать DAG в больших объёмах при низких затратах и за короткое время.
Ультразвуковое ферментативное производство диацилглицерола
Масла, богатые диацилглицеролом (DAG), используются в пищевой, фармацевтической и косметической промышленности. Они вызывают большой интерес благодаря своей высокой пищевой ценности, поскольку особенности их переваривания и метаболизма приводят к значительному снижению массы тела.
Биокаталитический гидролиз с применением ультразвука позволяет превращать обычные растительные масла в пищевые масла, богатые DAG. Ультразвуковой ферментативный гидролиз обеспечивает высокий выход масла, богатого диацилглицеролом, при коротком времени реакции и в мягких условиях.
Сочетание ультразвука и ферментативного катализа можно использовать для улучшения обычных масел, например пальмового масла, путём получения масла с высоким содержанием диацилглицерола. Высокое содержание диацилглицерола придаёт маслу высокую пищевую ценность.
Преимущества ультразвука:
- тонкодисперсное эмульгирование
- усиленный массоперенос
- высокая степень превращения
- мягкие условия
- короткое время процесса
- контроль температуры
- производство в потоке
Химическая структура диацилглицерола (DAG)
Ультразвуковой аппарат для эмульгирования в потоке
Свяжитесь с нами! / Задайте нам вопросы!
Исследование и результаты
Awadallak и соавт. (2013) исследовали гидролиз пальмового масла с применением ультразвука и использованием Lipozyme RM IM в качестве биокатализатора. В двухэтапной реакции ультразвук используется для содействия эмульгированию масла и воды. На втором этапе добавляют ферменты для каталитического превращения.
На изображении справа показана ультразвуковая установка, использованная в исследовании Awadallak: ультразвуковой аппарат с зондом UP200S (200W, 24kHz) со стеклянной проточной ячейкой для непрерывной обработки ультразвуком в контролируемых условиях.
Протокол
Исследовательская группа установила, что следующий двухэтапный процесс даёт наилучшие результаты: реакцию проводили в стеклянной ультразвуковой проточной ячейке объёмом 60ml (см. изображение справа) при 55°C в течение 24 h. В реактор добавляли пальмовое масло (15 g) и воду (1,5 g). Ультразвуковой зонд аппарата UP200S вводили на глубину около 10mm в систему вода/масло, устанавливали мощность 80W и включали ультразвук на 3 min для эмульгирования системы, после чего зонд извлекали. Затем добавляли фермент (1,36 wt.% от массы воды и масла), перемешивая раствор магнитной мешалкой (300 rpm).
Таким образом, биокатализ с применением ультразвука позволил получить масло с концентрацией DAG 34,17 wt.% после 12h реакции. Сам этап обработки ультразвуком был очень коротким и длился всего 1,2 min.
Результаты
В представленных испытаниях масло с концентрацией DAG 34,17 wt.% было получено после 12 h реакции. Этап обработки ультразвуком занял всего 1,2 min.
Ультразвуковой ферментативный катализ убедительно демонстрирует существенные преимущества для крупномасштабного производства: затраты энергии очень низки, а короткое время эмульгирования позволяет использовать сокращённое ультразвуковое оборудование непрерывного действия для подачи в крупные реакторы гидролиза. [Awadallak et al. 2013]
Ультразвуковой аппарат с зондом UP200S со стеклянным реактором
Литература и источники
- Adewale, Peter; Dumont, Marie-Josée; Ngadi, Michael (2015): Ферментативно-катализируемый синтез и кинетика производства биодизеля из отходов животного жира с применением ультразвука. 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): Ферментативно-катализируемый гидролиз пальмового масла при ультразвуковом воздействии: синтез диацилглицерола. Ultrasonics Sonochemistry 20; 2013. 1002–1007.
- Dhara R.; Dhar P.; Ghosh M. (2013): Влияние употребления богатого диацилглицеролом горчичного масла на липидный профиль крыс с нормохолестеринемией и гиперхолестеринемией. Journal of Food Science Technology 50(4); 2013. 678–86.
- Dhara R.; Dhar P.; Ghosh M. (2012): Влияние употребления чистого и богатого диацилглицеролом масла рисовых отрубей на динамику роста и липидный профиль крыс. 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): Гидролиз пальмового масла, катализируемый липазами при ультразвуковом воздействии – использование планирования эксперимента как инструмента оценки переменных. Ultrasonics Sonochemistry 19; 2012: 232–236.
- Souza, Rodrigo O. M. A.; Babicz, Ivelize; Leite, Selma G. F.; Antunes, Octavio A. C.: Получение диацилглицерола с катализом липазой при сонохимическом воздействии.
- Nagao T.; Watanabe H.; Goto N.; Onizawa K.; Taguchi H.; Matsuo N.; Yasukawa T.; Tsushima R.; Shimasaki H.; Itakura H. (2000): Пищевой диацилглицерол подавляет накопление жира в организме мужчин по сравнению с триацилглицеролом в двойном слепом контролируемом исследовании. Journal of Nutrition 130, 2000. 792–797.
Полезные сведения
О диацилглицеролах
Диацилглицеролы (DAG) различной степени чистоты широко используются в качестве добавок для повышения пластичности жиров или в качестве основ для пищевой, медицинской и косметической промышленности. DAG также используются в качестве масел estranger для отделения материалов от форм и в качестве регулятора кристаллов жира, а также в качестве предшественников для органического синтеза таких продуктов, как фосфолипиды, гликолипиды, липопротеины, пролекарства, например конъюгированный с DAG хлорамбуцил для лечения лимфомы, (S)-(3,4-dihydroxyphenyl)alanine (LDOPA) для лечения болезни Паркинсона, и многих других. В последнее время масло, богатое DAG, используется в качестве функционального пищевого масла с содержанием 1,3-DAG не менее 80%. [Nagao et al., 2000]
Диацилглицерол (DAGs) можно получать путём частичного гидролиза, этерификации или глицеролиза с использованием химического или ферментативного катализа. Ферментативный катализ является предпочтительным методом, поскольку его можно проводить в наиболее мягких условиях (при самых низких температуре и давлении).