Ultrazvukovo-enzymatická hydrolýza oleja
- Oleje bohaté na diacylglycerol (DAG) sú cennou zložkou potravinárskych, farmaceutických a kozmetických výrobkov.
- Diacylglycerol možno vyrábať hydrolýzou palmového oleja s použitím komerčnej lipázy ako katalyzátora pri pôsobení ultrazvuku.
- Ultrazvukovo-enzymatickou hydrolýzou možno vyrábať DAG vo veľkých objemoch pri nízkych nákladoch a za krátky čas.
Ultrazvukovo-enzymatická výroba diacylglycerolu
Oleje bohaté na diacylglycerol (DAG) sa používajú v potravinárstve, farmácii a kozmetike. Vzbudili veľký záujem vďaka svojej vysokej výživovej hodnote, pretože sa trávia a metabolizujú spôsobom, ktorý výrazne znižuje telesnú hmotnosť.
Pomocou ultrazvukom podporovanej biokatalytickej hydrolýzy možno bežné rastlinné oleje premeniť na jedlé oleje bohaté na DAG. Ultrazvukovo-enzymatická hydrolýza poskytuje vysoký výťažok oleja bohatého na diacylglycerol pri krátkych reakčných časoch a za miernych podmienok.
Kombináciu ultrazvuku a enzymatickej katalýzy možno použiť na zhodnotenie bežných olejov, napr. palmového oleja, ich premenou na olej s vysokým obsahom diacylglycerolu. Vysoký obsah diacylglycerolu dodáva oleju vysokú výživovú hodnotu.
Výhody ultrazvuku:
- jemná emulgácia
- zvýšený prenos hmoty
- vysoká konverzia
- mierne podmienky
- krátky čas procesu
- regulovaná teplota
- výroba v prietokovom režime
Chemická štruktúra diacylglycerolu (DAG)
Sonikátor na emulgáciu v prietokovom režime
Kontaktujte nás! / Opýtajte sa nás!
Výskum a výsledky
Awadallak a kol. (2013) skúmali ultrazvukom podporovanú hydrolýzu palmového oleja s použitím Lipozyme RM IM ako biokatalyzátora. Pri dvojstupňovej reakcii sa ultrazvuk používa na podporu emulgácie oleja a vody. V druhom kroku sa pridávajú enzýmy na katalytickú konverziu.
Obrázok vpravo zobrazuje ultrazvukovú zostavu použitú vo výskume Awadallaka: ultrazvukový sondový prístroj UP200S (200W, 24kHz) so sklenenou prietokovou celou na kontinuálnu sonikáciu za regulovaných podmienok.
Postup
Výskumná skupina zistila, že nasledujúci dvojstupňový proces prináša najlepšie výsledky: Reakcia prebiehala v ultrazvukovej sklenenej prietokovej cele s objemom 60ml (pozri obrázok vpravo) pri 55°C počas 24 h. Do reaktora sa pridal palmový olej (15 g) a voda (1,5 g). Ultrazvuková sonda sonikátora UP200S bola ponorená do systému voda/olej do hĺbky približne 10mm, výkon bol nastavený na 80W a sonda bola zapnutá na 3 min na emulgáciu systému pred jej vybratím. Potom sa pridal enzým (1,36 wt.% z hmotnosti vody + oleja), pričom sa roztok miešal magnetickým miešadlom (300 rpm).
Ultrazvukom podporovaná biokatalýza tak poskytla DAG olej s koncentráciou 34,17 wt.% po reakčnom čase 12h. Samotný sonikačný krok bol veľmi krátky a trval len 1,2 min.
Výsledky
V predložených pokusoch sa po 12 h reakcie získal DAG olej s koncentráciou 34,17 wt.%. Sonikačný krok trval len 1,2 min.
Ultrazvukovo-enzymatická katalýza presviedča svojimi veľkými výhodami pre veľkoobjemovú výrobu, pretože jej energetické náklady sú veľmi nízke a krátky čas emulgácie umožňuje použiť menšie kontinuálne ultrazvukové zariadenia na zásobovanie veľkých hydrolytických reaktorov. [Awadallak et al. 2013]
Ultrazvukový sondový prístroj UP200S so skleneným reaktorom
Literatúra / referencie
- Adewale, Peter; Dumont, Marie-Josée; Ngadi, Michael (2015): Enzýmami katalyzovaná syntéza a kinetika ultrazvukom podporovanej výroby bionafty z odpadového loja. 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): Enzymaticky katalyzovaná hydrolýza palmového oleja pri ultrazvukovom ožarovaní: syntéza diacylglycerolu. Ultrasonics Sonochemistry 20; 2013. 1002-1007.
- Dhara R.; Dhar P.; Ghosh M. (2013): Účinky horčičného oleja bohatého na diacylglycerol v potrave na lipidový profil normocholesterolemických a hypercholesterolemických potkanov. Journal of Food Science Technology 50(4); 2013. 678-86.
- Dhara R.; Dhar P.; Ghosh M. (2012): Účinky čistého oleja z ryžových otrúb a oleja z ryžových otrúb bohatého na diacylglycerol v potrave na priebeh rastu a lipidový profil potkanov. 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): Hydrolýza palmového oleja katalyzovaná lipázami pri ultrazvukovom ožarovaní – použitie plánovania experimentov ako nástroja na hodnotenie premenných. Ultrasonics Sonochemistry 19; 2012: 232–236.
- Souza, Rodrigo O. M. A.; Babicz, Ivelize; Leite, Selma G. F.; Antunes, Octavio A. C.: Lipázou katalyzovaná výroba diacylglycerolu pri sonochemickom ožarovaní.
- Nagao T.; Watanabe H.; Goto N.; Onizawa K.; Taguchi H.; Matsuo N.; Yasukawa T.; Tsushima R.; Shimasaki H.; Itakura H. (2000): Diacylglycerol v potrave potláča hromadenie telesného tuku v porovnaní s triacylglycerolom u mužov v dvojito zaslepenej kontrolovanej štúdii. Journal of Nutrition 130, 2000. 792-797.
Užitočné informácie
O diacylglyceroloch
Diacylglyceroly (DAG) sa bežne používajú v rôznych stupňoch čistoty ako prísady na zvýšenie plasticity tukov alebo ako základy pre potravinársky, farmaceutický a kozmetický priemysel. DAG sa používajú aj ako separačné oleje na oddeľovanie materiálov od foriem a ako regulátory kryštálov tukov, prekurzory na organickú syntézu produktov, ako sú fosfolipidy, glykolipidy, lipoproteíny, proliečivá, ako je chlorambucil konjugovaný s DAG na liečbu lymfómu, (S)-(3,4-dihydroxyfenyl)alanín (LDOPA) na liečbu Parkinsonovej choroby a mnohé ďalšie. V poslednom čase sa olej bohatý na DAG používa ako funkčný olej na varenie s obsahom najmenej 80% 1,3-DAG. [Nagao et al., 2000]
Diacylglycerol (DAGs) možno vyrábať čiastočnou hydrolýzou, esterifikáciou alebo glycerolýzou pomocou chemickej alebo enzymatickej katalýzy. Enzymatická katalýza je uprednostňovanou metódou, pretože sa môže uskutočňovať za najmiernejších podmienok (pri najnižšej teplote a tlaku).