Wplyw zastosowanego rozpuszczalnika organicznego na stopien podstawienia skrobi i jej pochodnych kwasem laurynowym

• Autorzy: Boruczkowska H , Boruczkowski T , Leszczynski W , Drozdz W , Zolnierczyk A

Warianty tytułu

EN

The influence of the applied organic solvent on the degree of substitution of starch and its derivatives in the reaction of esterification with lauric acid

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Skrobia, dzięki swej budowie polimeru złożonego z reszt glukozowych oraz obecności w nich wysoce reaktywnych wolnych grup hydroksylowych może ulegać różnym modyfikacjom. Jednym z typów modyfikacji jest wprowadzenie do cząsteczek skrobi grup związanych z nią wiązaniami estrowymi. Produkty tych, jak i innych modyfikacji różnią się właściwościami od skrobi naturalnej. Korzystne właściwości funkcjonalne posiadają estry skrobi z długołańcuchowymi kwasami tłuszczowymi. Estryfikacja skrobi tymi kwasami może być dokonywana metodą enzymatyczną, co zapobiega zanieczyszczeniu środowiska oraz zapewnia wysoką czystość produktu. Reakcje enzymatycznej estryfikacji prowadzone są w polarnym rozpuszczalniku organicznym dobieranym w zależności od stosowanych substratów i użytego enzymu. Celem pracy było określenie przydatności rozpuszczalnika organicznego (tert-butanol lub aceton) w reakcji enzymatycznej estryfikacji skrobi naturalnej i fizycznie modyfikowanej oraz produktów jej depolimeryzacji kwasem laurynowym. Proces prowadzono stosując takie same ilości substratów i czas reakcji tak w środowisku tert-butanolu, jak i acetonu. Estryfikowano skrobię ziemniaczaną naturalną, ekstrudowaną w temperaturze 50-60-70 lub 140-150-160°C, dekstrynę białą oraz maltodekstrynę N. Użyto enzymu Novozymes 435 pochodzącego z drożdży Candida antarctica. Istnienie wiązania estrowego w produkcie potwierdzano przez analizę FTIR. Przydatność użytego rozpuszczalnika określano na podstawie pomiaru stopnia podstawienia skrobi i jej pochodnych kwasem laurynowym. Stopień podstawienia obliczony na podstawie analizy spektrum ¹HNMR 10-u uzyskanych produktów wahał się w granicach od 0,22 do 1,00. Stwierdzono, że zależy on od zastosowanego rozpuszczalnika organicznego jak również od użytego substratu. Wyższe stopnie podstawienia uzyskano w reakcjach prowadzonych w środowisku acetonu. Jedynie w przypadku dekstryny białej ester uzyskany w środowisku tert-butanolu charakteryzował się wyższym stopniem podstawienia niż uzyskany w środowisku acetonu (odpowiednio DS = 0,64 i DS = 0,56).

EN

Starch, due to its polymer structure, can be modified because it of possessing extremely reactive free hydroxyl groups. One type of such modification is the introduction of groups connected with starch by ester bonds to starch particles. The products of that as well as other modifications vary in their characteristics from the proprieties of natural starch. Some profitable functional proprieties are shown by starch esters with long chain lauric acids. The reaction of starch esterification with those acids can be done by the enzymatic method, which prevents the environmental pollution and assures a high purity of the product. Reactions of enzymatic esterification are carried out in the polar organic solvent chosen depending on the applied substrates and the used enzyme. The aim of the research was the determination of the usefulness of organic solvent (tert-butanol or acetone) in the reaction of natural starch enzymatic esterification, physically modified starch and products of its depolymerization with lauric acid. The process was performed by applying the same quantities of substrates and using the same reaction time both in the environment of tert-butanol and acetone. Natural potato starch, starch extruded at the temperature of 50-60-70°C or 140-150-160°C, white dextrin and maltodextrine N were esterified. The Novozymes 435 enzyme obtained from the yeast Candida antarctica was used. The existence of the ester bond in the product was confirmed by the FTIR analysis. The usefulness of the used solvent was determined on the basis of the measurement of the degree of starch substitution and its derivatives with lauric acid. The degree of substitution calculated on the basis of the ¹HNMR spectre analysis of 10 obtained products varied within the limits from 0.22 to 1.00. It was noted that it depends on the applied organic solvent as well as the used substrate. The higher degrees of substitution were obtained in reactions performed in the acetone environment. Only in the case of white dextrin the ester obtained in the tert-butanol environment was characterized by a higher DS than that obtained in the acetone environment (DS = 0.64 and DS = 0.56, respectively).

Słowa kluczowe

PL

skrobia naturalna; skrobia modyfikowana; estryfikacja; rozpuszczalniki organiczne; tert-butanol; aceton; lipaza; kwas laurynowy

EN

native starch; modified starch; esterification; organic solvent; tert-butanol; acetone; lipase; lauric acid

• Wydawca: -
• Czasopismo: Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych
• Rocznik: 2008
• Tom: 530
• Opis fizyczny: s.459-468,rys.,tab.,bibliogr.

Twórcy

autor

Boruczkowska H

• Katedra Technologii Rolnej i Przechowalnictwa, Uniwersytet Przyrodniczy we Wroclawiu, ul.Norwida 25, 50-375 Wroclaw

autor

Boruczkowski T

• Katedra Technologii Rolnej i Przechowalnictwa, Uniwersytet Przyrodniczy we Wroclawiu, ul.Norwida 25, 50-375 Wroclaw

autor

Leszczynski W

• Katedra Technologii Rolnej i Przechowalnictwa, Uniwersytet Przyrodniczy we Wroclawiu, ul.Norwida 25, 50-375 Wroclaw

autor

Drozdz W

• Katedra Technologii Rolnej i Przechowalnictwa, Uniwersytet Przyrodniczy we Wroclawiu, ul.Norwida 25, 50-375 Wroclaw

autor

Zolnierczyk A

• Katedra Chemii, Uniwersytet Przyrodniczy, Wrocław

Bibliografia

• Adamczak M., Bednarski W. 2004. Enhanced activity of intercellular lipases from Rhizomucor miehei and Yarrovia lipolytica by immobilization on biomass support particles. Proces Biochemistry 39: 1347-1361.
• Antczak T., Szczęsna-Antczak M., Patura J. 2005. Wykorzystanie lipaz do otrzymywania estrów sacharydów, ich charakterystyka i zastosowanie, w: Enzymatyczna modyfikacja składników żywności. Praca zbiorowa pod redakcją E. Kołakowskiego, W. Bednarskiego, S. Bieleckiego: 295-311.
• Boruczkowska H., Boruczkowski T., Leszczyński W 2007a. Sposób modyfikacji skrobi. Zgłoszenie patentowe nr P 382698, Biuletyn Urzędu Patentowego 25: 13.
• Boruczkowska H., Boruczkowski T., Leszczyński W., Tomaszewska-Ciosk E., Ślusarczyk M. 2007b. Selected physicochemical properties of fatty acid esters with mono- and disaccharides. Polish J. of Food and Nutrition Sci. 54(1a): 59-63.
• Boruczkowska H., Leszczyński W., Boruczkowski T., Zdybel E., Panek J. 2006. Niektóre właściwości produktu otrzymanego w wyniku działania chlorku kwasu kaprylowego na acetylowaną skrobię ziemniaczaną. Zesz. Probl. Post. Nauk Roln. 511: 653-664.
• Cao L., Bornscheuer U.T., Schmid R.D. 1999. Lipase - catalyzed solid - phase synthesis of sugar esters. Influence of immobilization on productivity and stability of the enzyme. J. of Molecular Catalysis B: Enzymatic 6: 276-285.
• Degn P., Zimmermann W. 2001. Optimization of carbohydrate fatty acid ester synthesis in organic media by a lipase from Candida antarctica. Biotech. Bioeng. 74: 483-491.
• Ganske F., Bornscheuer U.T. 2005. Optymalization of lipase - catalyzed glucose fatty acid ester synthesis in a two - phase system containing ionic liquids and t - BuOH. J. of Molecular Catalysis B: Enzymatic 36: 40-42.
• Golachowski A. 1999. Zastosowanie skrobi i jej przetworów w przemyśle spożywczym. Zesz. Nauk. AR we Wrocławiu 328: 117-120.
• Krzyżaniak W., Olesienkiewicz A., Białas W., Słomińska L., Jankowski T., Grajek W. 2003. Charakterystyka chemiczna maltodekstryny o małym równoważniku glukozowym otrzymanych przez hydrolizę skrobi ziemniaczanej za pomocą alfa-amylaz. Scientarium Polonorum ACTA, Technologia Alimentaria 2(2): 5-15.
• Lewandowicz G., Grajek W. 2004. Możliwości modyfikacji skrobi metodami inżynierii genetycznej. Przemysł Spożywczy 11: 17-19.
• Leszczyński W. 2005. Kierunki wykorzystania skrobi ziemniaczanej. Ziemniak Polski 15(3): 31-38.
• Otto R.T., Bornscheuer U.T., Syldatk Ch., Schmid R.D. 1998. Lipase - catalyzed synthesis of arylaliphatic esters of β-D(+)-glucose, n- alkyl - and arylglucosides and characterization of their surfactant properties. J. of Biotechnology 64: 231-237.
• Park D.-W., Haam S., Ahn I.-S., Lee T. G., Kim H.-S., Kim W.-S. 2004. Enzymatic esterification of β-methylglicoside with acrylic/methacrylic acid in organic solvents. J. of Biotechnology 107: 151-160.
• Podrąb Z. 1994. Węglowodany w modyfikowanym mleku dla niemowląt. Przemysł Spożywczy 12: 398-400.
• Tarahomjoo S., Alemzadeh J. 2003. Surfactant production by an enzymatic method, Enzyme and Microbial Techn. 33: 33-37.
• Tianwei T, Zhang M., Xu J., Zhang J. 2004. Optymalization of culture conditions and properties of lipase from Penicillium camembertii Thom PG - 3. Process Biochemistry 39: 1495-1502.
• Tomasik P., Wiejak S., Pałasiński M. 1989. The termal decomposition of carbohydrates. Part II. The decomposition of starch. Adv. in Carbohydrate Chem. and Biochem. 47: 279-343.
• Tsitsimpikou C., Daflos H., Kolisis F. N. 1997. Comparative studies on the sugar esters synthesis catalyzed by Candida antarctica and Candida rugosa lipases in hexane. J. of Molecular Catalysis B, Enzymatic 3: 189-192.
• Willett J.L., Shogren R.L. 2002. Proccessing and properties of extruded starch/ polymers foams. Polymer 43: 5935-5947.
• Yan Y., Bornscheuer U.T., Cao L., Schmid R.D. 1999. Lipase-catalyzed solid-phase synthesis of sugar fatty acid esters. Removal of byproducts by azeotropic distillation. Enzyme and Microbial Techn. 25: 725-728.