การไฮโดรไลซิสน้ำมันด้วยอัลตราโซนิกและเอนไซม์

• น้ำมันที่อุดมด้วยไดอะซิลกลีเซอรอล (DAG) เป็นส่วนผสมที่มีคุณค่าสำหรับผลิตภัณฑ์อาหาร ยา และเครื่องสำอาง
• สามารถผลิตไดอะซิลกลีเซอรอลได้โดยการไฮโดรไลซิสน้ำมันปาล์มโดยใช้เอนไซม์ไลเปสเชิงพาณิชย์เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาภายใต้การใช้อัลตราโซนิก
• การไฮโดรไลซิสด้วยอัลตราโซนิกและเอนไซม์ช่วยให้สามารถผลิต DAG ได้ในปริมาณมาก ด้วยต้นทุนต่ำและภายในเวลาสั้น

การผลิตไดอะซิลกลีเซอรอลด้วยอัลตราโซนิกและเอนไซม์

น้ำมันที่อุดมด้วยไดอะซิลกลีเซอรอล (DAG) ใช้ในงานด้านอาหาร ยา และเครื่องสำอาง น้ำมันเหล่านี้ได้รับความสนใจอย่างมากเนื่องจากมีคุณค่าทางโภชนาการสูง โดยมีการย่อยและเมแทบอลิซึมในลักษณะที่ช่วยลดน้ำหนักตัวได้อย่างมีนัยสำคัญ
การไฮโดรไลซิสที่เร่งปฏิกิริยาด้วยตัวเร่งชีวภาพและเสริมด้วยอัลตราโซนิกสามารถเปลี่ยนน้ำมันพืชทั่วไปให้เป็นน้ำมันบริโภคที่อุดมด้วย DAG ได้ การไฮโดรไลซิสด้วยอัลตราโซนิกและเอนไซม์ให้ผลได้สูงของน้ำมันที่อุดมด้วยไดอะซิลกลีเซอรอล โดยใช้เวลาปฏิกิริยาสั้นและดำเนินการภายใต้สภาวะที่ไม่รุนแรง
สามารถใช้อัลตราโซนิกควบคู่กับการเร่งปฏิกิริยาด้วยเอนไซม์เพื่อยกระดับน้ำมันทั่วไป เช่น น้ำมันปาล์ม ให้เป็นน้ำมันที่มีไดอะซิลกลีเซอรอลในปริมาณสูง ปริมาณไดอะซิลกลีเซอรอลที่สูงทำให้น้ำมันมีคุณค่าทางโภชนาการสูง

ประโยชน์ของอัลตราโซนิก:

• การทำอิมัลชันที่มีหยดละเอียด
• การถ่ายเทมวลเพิ่มขึ้น
• อัตราการเปลี่ยนสารสูง
• สภาวะที่ไม่รุนแรง
• ระยะเวลากระบวนการสั้น
• มีการควบคุมอุณหภูมิ
• การผลิตในสายการไหล

โครงสร้างทางเคมีของไดอะซิลกลีเซอรอล (DAG)

การวิจัยและผลการศึกษา

Awadallak และคณะ (2013) ได้ศึกษาการไฮโดรไลซิสน้ำมันปาล์มที่เสริมด้วยอัลตราโซนิก โดยใช้ Lipozyme RM IM เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาชีวภาพ ในปฏิกิริยาแบบสองขั้นตอน ใช้อัลตราโซนิกเพื่อส่งเสริมการทำอิมัลชันของน้ำมันและน้ำ ในขั้นตอนที่สอง เติมเอนไซม์เพื่อเร่งปฏิกิริยาการเปลี่ยนสาร
ภาพทางขวาแสดงชุดอุปกรณ์อัลตราโซนิกที่ใช้ในงานวิจัยของ Awadallak ได้แก่ เครื่องอัลตราโซนิกแบบโพรบ UP200S (200W, 24kHz) พร้อมเซลล์การไหลแบบแก้วสำหรับการใช้อัลตราโซนิกอย่างต่อเนื่องภายใต้สภาวะควบคุม

วิธีดำเนินการทดลอง

กลุ่มวิจัยพบว่ากระบวนการแบบสองขั้นตอนต่อไปนี้ให้ผลลัพธ์ดีที่สุด: ดำเนินปฏิกิริยาในเซลล์การไหลอัลตราโซนิกแบบแก้วที่มีปริมาตร 60ml (ดูภาพทางขวา) ที่ 55°C เป็นเวลา 24 h เติมน้ำมันปาล์ม (15 g) และน้ำ (1.5 g) ลงในเครื่องปฏิกรณ์ โพรบอัลตราโซนิกของเครื่องอัลตราโซนิก UP200S ถูกสอดเข้าไปในระบบน้ำ/น้ำมันที่ความลึกประมาณ 10mm ปรับกำลังเป็น 80W และเปิดใช้งานเป็นเวลา 3 min เพื่อทำให้ระบบเป็นอิมัลชันก่อนนำโพรบออก จากนั้นเติมเอนไซม์ (1.36 wt.% ของมวลน้ำ + น้ำมัน) ขณะผสมสารละลายด้วยเครื่องกวนแม่เหล็ก (300 rpm)
ด้วยเหตุนี้ การเร่งปฏิกิริยาด้วยตัวเร่งชีวภาพที่เสริมด้วยอัลตราโซนิกจึงให้ได้น้ำมัน DAG ที่มีความเข้มข้น 34.17 wt.% หลังจากทำปฏิกิริยาเป็นเวลา 12h ขั้นตอนการใช้อัลตราโซนิกเองใช้เวลาสั้นมาก เพียง 1.2 min

ผลการศึกษา

ในการทดลองที่นำเสนอ ได้น้ำมัน DAG ที่มีความเข้มข้น 34.17 wt.% หลังจากทำปฏิกิริยาเป็นเวลา 12 h ขั้นตอนการใช้อัลตราโซนิกใช้เวลาเพียง 1.2 min
การเร่งปฏิกิริยาด้วยอัลตราโซนิกและเอนไซม์มีข้อได้เปรียบอย่างมากสำหรับการผลิตในระดับใหญ่ เนื่องจากมีต้นทุนพลังงานต่ำมาก และระยะเวลาการทำอิมัลชันที่สั้นช่วยให้สามารถใช้อุปกรณ์อัลตราโซนิกแบบต่อเนื่องที่ลดทอนลงเพื่อป้อนเข้าสู่เครื่องปฏิกรณ์ไฮโดรไลซิสขนาดใหญ่ได้ [Awadallak et al. 2013]