Thủy phân dầu bằng siêu âm kết hợp enzyme

• Dầu giàu diacylglycerol (DAG) là thành phần có giá trị cho các sản phẩm thực phẩm, dược phẩm và mỹ phẩm.
• Diacylglycerol có thể được sản xuất bằng cách thủy phân dầu cọ sử dụng lipase thương mại làm chất xúc tác dưới tác động của siêu âm.
• Thông qua quá trình thủy phân bằng siêu âm kết hợp enzyme, DAG có thể được sản xuất với khối lượng lớn, chi phí thấp và trong thời gian ngắn.

Sản xuất diacylglycerol bằng siêu âm kết hợp enzyme

Dầu giàu diacylglycerol (DAG) được sử dụng trong các ứng dụng thực phẩm, dược phẩm và mỹ phẩm. Các loại dầu này thu hút nhiều sự quan tâm nhờ giá trị dinh dưỡng cao, vì chúng được tiêu hóa và chuyển hóa theo cách giúp giảm đáng kể trọng lượng cơ thể.
Thông qua quá trình thủy phân có xúc tác sinh học được hỗ trợ bằng siêu âm, các loại dầu thực vật thông thường có thể được chuyển thành dầu ăn giàu DAG. Quá trình thủy phân bằng siêu âm kết hợp enzyme tạo ra dầu giàu diacylglycerol với hiệu suất cao trong thời gian phản ứng ngắn và ở điều kiện ôn hòa.
Sự kết hợp giữa siêu âm và xúc tác enzyme có thể được sử dụng để nâng cấp các loại dầu thông thường, ví dụ như dầu cọ, thành dầu có hàm lượng diacylglycerol cao. Hàm lượng diacylglycerol cao mang lại giá trị dinh dưỡng cao cho dầu.

Lợi ích của siêu âm:

• nhũ hóa mịn
• tăng cường truyền khối
• mức độ chuyển hóa cao
• điều kiện ôn hòa
• thời gian xử lý ngắn
• nhiệt độ được kiểm soát
• sản xuất trực tiếp trên đường ống

Cấu trúc hóa học của diacylglycerol (DAG)

Nghiên cứu và kết quả

Awadallak và cộng sự (2013) đã nghiên cứu quá trình thủy phân dầu cọ có hỗ trợ siêu âm, sử dụng Lipozyme RM IM làm chất xúc tác sinh học. Trong phản ứng hai bước này, siêu âm được sử dụng để thúc đẩy quá trình nhũ hóa dầu và nước. Ở bước thứ hai, enzyme được bổ sung để thực hiện quá trình chuyển hóa có xúc tác.
Hình bên phải cho thấy hệ thống siêu âm được sử dụng trong nghiên cứu của Awadallak: thiết bị siêu âm dạng đầu dò UP200S (200W, 24kHz) với buồng dòng chảy bằng thủy tinh để xử lý siêu âm liên tục trong điều kiện được kiểm soát.

Quy trình

Nhóm nghiên cứu nhận thấy quy trình hai bước sau đây mang lại kết quả tốt nhất: Phản ứng được thực hiện trong buồng dòng chảy siêu âm bằng thủy tinh có thể tích 60ml (xem hình bên phải) ở 55°C trong 24 h. Dầu cọ (15 g) và nước (1,5 g) được cho vào thiết bị phản ứng. Đầu dò siêu âm của thiết bị siêu âm UP200S được đưa vào hệ nước/dầu ở độ sâu khoảng 10mm, công suất được điều chỉnh về 80W và thiết bị được bật trong 3 min để nhũ hóa hệ trước khi rút đầu dò ra, sau đó enzyme (1,36 wt.% tính trên tổng khối lượng nước + dầu) được bổ sung trong khi dung dịch được khuấy bằng máy khuấy từ (300 rpm).
Như vậy, quá trình xúc tác sinh học có hỗ trợ siêu âm tạo ra dầu DAG với nồng độ 34,17 wt.% sau thời gian phản ứng 12h. Riêng bước xử lý siêu âm rất ngắn, chỉ kéo dài 1,2 min.

Kết quả

Trong các thử nghiệm được trình bày, dầu DAG với nồng độ 34,17 wt.% được thu nhận sau 12 h phản ứng. Bước xử lý siêu âm chỉ mất 1,2 min.
Quá trình xúc tác enzyme kết hợp siêu âm cho thấy những ưu điểm lớn đối với sản xuất quy mô lớn, do chi phí năng lượng rất thấp và thời gian nhũ hóa ngắn cho phép sử dụng thiết bị siêu âm liên tục có quy mô nhỏ hơn để cấp liệu cho các thiết bị phản ứng thủy phân lớn. [Awadallak et al. 2013]