Hydroliza enzymatyczna, w recyrkulacyjnym reaktorze membranowym, soli sodowej oktenylobursztynianu skrobiowego

• Autorzy: Lubiewski Z , Le Thanh J. , Stendera L. , Lewandowicz G.

Warianty tytułu

EN

Enzymatic hydrolysis of sodium starch octenylsuccinate in continuous recycle membrane reactor

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Preparaty soli sodowej oktenylobursztynianu skrobiowego E 1450 zyskują coraz większe zastosowanie w przemyśle dzięki zdolności emulgowania produktów spożywczych. Najczęściej są stosowane w postaci niskolepkich produktów hydrolizy. Jednak tradycyjny dwuetapowy proces enzymatyczny jest czasochłonny i mało efektywny. Zasadnym wydaje się więc poszukiwanie alternatywnych metod prowadzenia hydrolizy, np. z wykorzystaniem reaktora membranowego. Celem pracy było zbadanie możliwości wykorzystania recyrkulacyjnego reaktora membranowego, z modułem ultrafiltracyjnym, do hydrolizy enzymatycznej soli sodowej oktenylobursztynianu skrobiowego. W badaniach użyto dwóch otrzymanych laboratoryjnie produktów soli sodowej oktenylobursztynianu skrobiowego, zawierającego 0,5 i 2,5% grup oktenylobursztynowych oraz wykorzystywano dwa preparaty enzymatyczne produkowane przez firmę Novozymes, BAN 480 L i FUNGAMYL 800 L. Hydrolizę prowadzono w recyrkulacyjnym reaktorze membranowym z ceramicznym modułem ultrafiltracyjnym. W otrzymanych próbach oznaczano zawartość suchej substancji, stopień scukrzenia (DE), lepkość, badano widmo w podczerwieni otrzymanych substancji, zawartość poszczególnych sacharydów oraz wyznaczono parametry hydrodynamiczne układu. Stwierdzono, że zastosowanie reaktora membranowego umożliwia efektywną hydrolizę soli sodowej oktenylobursztynianu skrobiowego, przy czym użycie preparatu enzymatycznego BAN 480 L pozwala na uzyskanie wyższej wydajności reaktora, w porównaniu z reakcją prowadzoną z preparatem FUNGAMYL 800 L, co przejawia się wyższą zawartością suchej masy we frakcjach permeatów oraz wyższymi wartościami strumienia permeatu. Hydrodynamiczne właściwości układu reaktora membranowego są uwarunkowane przede wszystkim właściwościami reologicznymi frakcji retentatu. Frakcje permeatu i retentatu różnią się zawartością grup oktenylobursztynowych, co spowodowane jest zatrzymywaniem przez zastosowaną membranę ultrafiltracyjną cząsteczek podstawionych grupami modyfikującymi.

EN

Sodium starch octenylsuccinate preparations are attracting growing attention of food technologists as potential additives thanks to their emulsifying properties. Technologically, they can be applied as low viscous hydrolysis products. Unfortunately, the traditional two-step enzymatic process is very timeconsuming and inefficient. Thus, it seems reasonable to search for alternative methods of hydrolysis process e.g. using a membrane reactor. The aim of the paper was to study the possibility of the application of a continuous recycle membrane reactor with ultrafiltration module for the sodium starch octenylsuccinates enzymatic hydrolysis. Two laboratory preparations of sodium starch octenylsuccinate containing 0.5% and 2.5% of octenylsuccinate groups respectively, and two enzyme preparations produced by Novozymes, BAN 480 L and FUNGAMYL 800 L were used in the study. The hydrolyses were conducted in the continuous recycle membrane reactor with ceramic ultrafiltration module. Membrane performance and reactor stability, as well as dry matter content, dextrose equivalent (DE), individual saccharides content and viscosity of permeate and retentate fractions were determined. Infrared spectra of the obtained products were also detected. It was found that the application of the membrane reactor enables an efficient hydrolysis of sodium starch octenylsuccinate. The application of enzyme preparation BAN 480 L provides higher efficiency of the reactor, in terms of higher levels of dry matter content in permeate fractions and higher values of permeate flux, in comparison with FUNGAMYL 800 L. Membrane performance and reactor stability are determined primarily by the rheological properties of retentate fractions. Permeate and retentate fractions differ from each other in terms of octenylsuccinate groups content. It is caused by the retention of molecules which contain modifying groups by the ultrafiltration membrane.

Słowa kluczowe

PL

skrobia; modyfikacja chemiczna; hydroliza enzymatyczna; reaktory membranowe; sol sodowa oktenylobursztynianu skrobiowego; preparat Fungamyl 800 L; preparat Ban 480 L; permeaty; retentaty

• Wydawca: -
• Czasopismo: Żywność Nauka Technologia Jakość
• Rocznik: 2007
• Tom: 14
• Numer: 5
• Opis fizyczny: s.9-22,rys.,tab.,bibliogr.

Twórcy

autor

Lubiewski Z

• Akademia Rolnicza im.A.Cieszkowskiego, ul.Wojska Polskiego 48, 60-627 Poznan

autor

Le Thanh J.

autor

Stendera L.

autor

Lewandowicz G.

Bibliografia

• [1] Anonim: Compendium of Food Additive Specifications. Addendum 5. 1997. FAO Food and Nutrition Paper - 52 Add. 5. www.fao.org/docrep/W6355E/w6355e0o.htm.
• [2] Bao J., Xing J., Philips D.L., Corke H.: Physical properties of octenyl succinic anhydride modified rice, wheat and potato starches. J. Agric. Food Chem., 2003, 51, 2283-2287.
• [3] Garti N.: What can nature offer from an emulsifier point of view: trends and Progress? Colloids and Surfaces. A: Physicochem. Eng. Aspects, 1999, 152, 125-146.
• [4] Kędziora P., Le Thanh J., Lewandowicz G., Prochaska K.: An attempt to application of continuous recycle membrane reactor for the hydrolysis of oxidised starches. J. Membr. Sci., 2006, 282, 14-20.
• [5] Kędziora P., Prochaska K. Lewandowicz G.: Hydroliza enzymatyczna w bioreaktorze membranowym pochodnych skrobi ziemniaczanej modyfikowanej chemicznie. Przem. Chem., 2006, 85/8-9, 1280-1283.
• [6] Le Thanh J., Prochaska K., Lewandowicz G.: Hydroliza enzymatyczna skrobi utlenionej w bioreaktorze membranowym. Żywność. Nauka. Technologia. Jakość 2005, 2 (43), Supl., 222 – 234.
• [7] Le Thanh J., Lewandowicz G., Prochaska K., Kędziora P., Ciupińska D., Gołembska E.: Hydroliza enzymatyczna skrobi acetylowanych w bioreaktorze membranowym i ocena właściwości adsorpcyjnych otrzymanych produktów. W: Konieczny K., Bodzek M. (pod red.): Monografie Komitetu Inżynierii Środowiska PAN vol. 36: Membrany i Procesy Membranowe w Ochronie Środowiska. Gliwice 2006, s. 113-121.
• [8] Lopez-Ulibarri R., Hall G.M.: Saccharification of cassava flour starch in a hollow-fibre membrane reactor. Enzyme Microb. Tech. 1997, 21, 398-404.
• [9] Paolucci-Jeanjen D., Belleville M.P., Rios G.M., Zakhia N.: The effect of enzyme concentration and space time on the performance of a continuous recycle membrane reactor for one step starch hydrolysis. Biochem. Eng. J., 2000, 5, 17-22.
• [10] Parandosh S., Hudson S.M.; The acetylation and enzymatic degradation of starch films, J. Appl. Polym. Sci,. 1993, 48, 787-791.
• [11] PN-EN ISO 1666:2000. Skrobia. Oznaczanie wilgotności. Metoda suszarkowa.
• [12] PN-78/A-74701. Hydrolizaty skrobiowe (krochmalowe). Metody badań.
• [13] Prochaska K., Kędziora P., Le Thanh J., Lewandowicz G.: Surface properties of enzymatic hydrolysis products of octenylsuccinate derivatives. Food Hydrocoll., 2007, 21, 654-659.
• [14] Röper H.: Application of starch and its derivatives. Carbohyd. Eur.,1996, 15, 22-30.
• [15] Shogren R.A., Wiswanathan A., Feler F., Gross R.A.: Distribution of octenyl succinate groups in octenyl succinic anhydride modified waxy maize starch. Starch/Stärke, 2000, 52, 196-204.
• [16] Sitohy M.Z., Ramadan M.F.: Degradability of different phosphorylated starches and thermoplastic films prepared from corn starch phosphomonoesters. Starch/Stärke, 2001, 53, 317-322.
• [17] Słomińska L., Grajek W., Grześkowiak A., Gocałek M.: Enzymatic starch saccharification In an ultrafiltration membrane reaktor. Starch/Stärke,1998, 50 (9), 390-396.
• [18] Słomińska L., Grześkowiak A., Jarosławski L., Zielonka R.: Enzymatic hydrolysis of maltodextrin into maltose syrup In a continuous membrane reactor. Pol. J. Food Nutr. Sci., 2002, 11/51, 19-22.
• [19] Wolf B.W., Bauer L.L., Fahey G.C. Jr.: Effects of chemical modification on in vitro rate and extent of food starch digestion: An attempt to discover a slowly digested starch. J. Agric. Food Chem., 1999, 47, 4178-4183.
• [20] Zieliński W., Rajcy A.: Metody spektroskopowe i ich zastosowanie do identyfikacji związków organicznych. WNT, Warszawa 2000.