Falgowski Sławomir 03.06.1997
Figas Dawid
gr.6
HYDROLIZA W PRZEMYŚLE SPOŻYWCZYM
Cel ćwiczenia:
Celem ćwiczenia jest przeprowadzenie hydrolizy enzymatycznej skrobi
Wyniki pomiarów absorbancji.
Hydroliza enzymatyczna |
||||||||||
Temperatura °C |
Ilość enzymu (3ml) |
Ilość enzymu (6ml) |
||||||||
|
Czas (min) |
Czas (min) |
||||||||
|
30 |
60 |
90 |
120 |
150 |
30 |
60 |
90 |
120 |
150 |
20 |
0,98 |
0,9 |
0,75 |
1,1 |
0,98 |
0,9 |
0,92 |
0,94 |
1,1 |
1,1 |
60 |
1,1 |
1,0 |
0,94 |
1,0 |
1,1 |
0,94 |
0,96 |
1,0 |
1,2 |
1,2 |
Próba zerowa |
0,4 |
0,4 |
||||||||
Zawartość glukozy w roztworze (w %) w oparciu o krzywą standardową.
Zawartość glukozy |
||||||||||
Temperatura °C |
Ilość enzymu (3ml) |
Ilość enzymu (6ml) |
||||||||
|
Czas (min) |
Czas (min) |
||||||||
|
30 |
60 |
90 |
120 |
150 |
30 |
60 |
90 |
120 |
150 |
20 |
0,64 |
0,6 |
0,5 |
0,67 |
0,64 |
0,6 |
0,59 |
0,61 |
0,72 |
0,72 |
60 |
0,72 |
0,65 |
0,61 |
0,65 |
0,72 |
0,61 |
0,62 |
0,65 |
0,77 |
0,77 |
Próba zerowa |
0,055 |
0,055 |
||||||||
Zawartość glukozy w roztworze ( w gramach).
Zawartość glukozy |
||||||||||
Temperatura °C |
Ilość enzymu (3ml) |
Ilość enzymu (6ml) |
||||||||
|
Czas (min) |
Czas (min) |
||||||||
|
30 |
60 |
90 |
120 |
150 |
30 |
60 |
90 |
120 |
150 |
20 |
3,2 |
3 |
2,5 |
3,3 |
3,2 |
3 |
2,95 |
3,05 |
3,6 |
3,6 |
60 |
3,6 |
3,2 |
3,05 |
3,25 |
3,6 |
3,05 |
3,1 |
3,25 |
3,85 |
3,85 |
Próba zerowa |
0,27 |
0,27 |
||||||||
Przykładowe obliczenie:
zawartość glukozy [g]
g
Zawartość skrobi w roztworze (w gramach).
w roztworze |
w próbie odczynnikowej |
|
wyjściowym |
enzym (3ml) |
enzym (6ml) |
4,01 g |
3,74g |
3,74 g |
Obliczenia:
próba odczynnikowa enzymatyczna:
(4,01 - 0,27) g = 3,74
Stopień hydrolizy skrobi (w %).
Hydroliza enzymatyczna |
||||||||||
Temperatura °C |
Ilość enzymu (3ml) |
Ilość enzymu (6ml) |
||||||||
|
Czas (min) |
Czas (min) |
||||||||
|
30 |
60 |
90 |
120 |
150 |
30 |
60 |
90 |
120 |
150 |
20 |
85 |
80 |
66 |
88 |
85 |
80 |
78 |
81 |
96 |
96 |
60 |
96 |
85 |
81 |
86 |
96 |
81 |
82 |
86 |
102 |
102 |
Próba zerowa |
7,2 |
7,2 |
||||||||
Obliczenia:
stopień hydrolizy %
%
Interpretacja przebiegu hydrolizy
Z przeprowadzonego ćwiczenia otrzymaliśmy dość dziwne wyniki (skoki stonia hydrolizy).Powodem tego mogą być skoki temperatury np. podczas przenoszenia hydrolizującej próby oraz przez otwieranie suszarki przez osoby wykonujące inne ćwiczenie(hydroliza jest bardzo złożonym procesem i wymaga zachowania ścisłych warunków). Hydroliza przebiegała najszybciej w temp. 60oC, co sugeruje, że ta temperatura jest najbliższa optimum temperatury dla preparatu firmy Novo. Żnacznie szybszy proces hydrolizy obserwujemy przy większej zawartości enzymu amylolitycznego . Optymalnym procesem hydrolizowania skrobii jest dwuetapowy, długotrwały proces enzymatyczny.
Etap 1: W czasie 2 godzin następuje kleikowanie skrobi ziarnistej. Stosuje się pH6 i temp. 85oC przy dodatku preparatu α - amylazy w ilości 0,5 g na 1 kg czystej skrobi.
Otrzymuje się tzw. mleczko skrobiowe o stężeniu 33%. Roztwór gotuje się przez 10 minut aby zniszczyć enzym.
Etap 2: Mleczko skrobiowe w czasie 48-72 godzin poddaje się działaniu preparatu Novo II w ilości 2,5 cm3 na 1 kg czystej skrobi. Stosuje się pH 4,5 i temp. 60oC.
Na koniec przez 10 minut roztwór gotuje się w celu zniszczenia enzymu.
Do zalet tego procesu należy znikoma rewersja. Dlatego stężenie skrobi w procesie enzymatycznym może być dwa razy wyższe niż w kwasowym. W tym procesie można otrzymać do 110 g glukozy ze 100 g skrobi.
Ćwiczenie nr 8 - sprawozdanie
HYDROLIZA W PRZEMYŚLE SPOŻYWCZYM
Hydroliza skrobi.
Marcin Kisielewski
Edyta Mackiewicz
Iwona Skrodzka
Celem ćwiczenia jest przeprowadzenie enzymatycznej i kwasowej hydrolizy skrobi.
Skrobia jest podstawowym polisacharydem zapasowym roślin i pod względem ilościowym głównym składnikiem pożywienia człowieka. Jest zbudowana z glukozy połączonej w łańcuchy polimerowe wiązaniami 1,4 i 1,6 glikozydowymi. Tworzą ją dwa składniki o różnej strukturze:
- amyloza o prostym nierozgałęzionym łańcuchu składającym się z cząsteczek
α-D-glukopironozy (wiązania α-1,4-glikozydowe)
- amylopektyna, w której glukoza połączona jest wiązaniami α-1,4 - i α-1,6-glikozydowymi
Dzięki temu tworzy łańcuchy rozgałęzione.
W produktach naturalnych skrobia występuje w formie ziaren o wielkości i kształcie charakterystycznym dla surowca, z którego pochodzi. Ziarna skrobi są nierozpuszczalne w zimnej wodzie, w gorącej wodzie pęcznieją, a powyżej pewnej temperatury otoczka ziaren pęka i następuje kleikowanie.
Skrobia ulega hydrolizie pod wpływem kwasów lub enzymów amylolitycznych - glukanohydrolaz. Powstają: glukoza, oligosacharydy i dekstryny. Skład i właściwości produktów hydrolizy zależą od zastosowanych warunków.
Hydroliza kwasowa zachodzi pod wpływem obecności w roztworze kwasu solnego lub siarkowego. Decydujące znaczenie ma tu stężenie kwasu, temperatura i czas prowadzenia procesu.
Hydroliza prowadzi początkowo do powstania mieszaniny dekstryn i maltozy. Głównym produktem jest glukoza, ale może nastąpić jej rewersja do oligosacharydów: izomaltozy, gencjobiozy, jak również rozkład glukozy do 5-hydroksy-metylofurfuralu, kwasu lewulinowego i mrówkowego.
Hydroliza enzymatyczna zachodzi pod wpływem enzymów amylolitycznych pochodzenia mikrobiologicznego, roślinnego lub zwierzęcego. Charakteryzuje się większa specyficznością, co umożliwia ukierunkowanie procesu przez użycie odpowiednich enzymów.
Praktycznie zastosowanie znajdują:
- α - Amylaza - rozkładająca wiązania α - 1,4 - glikozydowe wewnątrz łańcucha, co
powoduje powolny wzrost redukcyjności. Nie hydrolizuje wiązań
α- 1,6 - glikozydowych. Optimum jej działania to temp. 70°C (pH 5,0 - 6,0)
- β - Amylaza - hydrolizująca co drugie wiązanie α - 1,4 - glikozydowe od nieredukującego
końca cząsteczki, co powoduje szybki wzrost redukcyjności. Nie hydrolizuje
wiązań α - 1,6 - glikozydowych. Z tego wynika, że całkowicie do maltozy
hydrolizuje tylko amylozę, a amylopektynę w ok. 65%.
Optimum jej działania to temp. 40 - 50oC (pH 4,65). Przy temperaturze
powyżej 60oC następuje osłabienie jej aktywności.
- Glukoamylaza - odszczepiająca pojedyncze cząsteczki glukozy od nieredukującego końca
cząsteczki. Hydrolizuje wiązania α - 1,4 - i α - 1,6 - glikozydowe.
Przy odpowiednio dobranej mieszaninie enzymów można otrzymać ze skrobi czystą glukozę. W hydrolizie enzymatycznej zjawisko rewersji jest nieznaczne lub nie zachodzi wcale.
- 7 -
Interpretacja przebiegu hydrolizy.
W hydrolizie enzymatycznej widoczny jest podział procesu na trzy etapy .
W pierwszym z nich (do 30 min.) reakcja zachodziła bardzo szybko. Można zauważyć wyraźny przyrost ilości cukrów redukujących (glukozy) w roztworze.
Ze względu na zbyt duże stężenie enzymów w badanej próbie praktycznie cały proces hydrolizy dokonał się w ciągu pierwszych 30 minut.
W kolejnym etapie wyraźnie spada tempo reakcji. Można to wytłumaczyć ograniczeniem dostępności substratu dla enzymu, czyli nagromadzeniem się produktów w roztworze.
Zjawisko to daje się obserwować w procesach hydrolizy enzymatycznej przeprowadzanej in vitro bez stałego odpływu produktów reakcji. Jest to typowy proces zachodzący w organizmach żywych.
Na tempo reakcji ma też znaczny wpływ temperatura. Hydroliza przebiegała najszybciej w temp. 60oC, co sugeruje, że ta temperatura jest najbliższa optimum temperatury dla preparatu firmy Novo. W III etapie obserwujemy rewersję glukozy. Glukoza przechodzi z powrotem w oligosacharydy (głównie w izomaltozę). Dlatego właśnie zmniejsza się stopień hydrolizy.
W przypadku hydrolizy kwasowej, tempo reakcji jest wolniejsze nie zauważyliśmy wpływu nagromadzającego się produktu na szybkość reakcji ze względu na zbyt krótki czas obserwacji i małą ilość pomiarów.
W przemyśle stosuje się hydrolizę kwasową skrobi przy produkcji syropów skrobiowych lub tzw. glukozy technicznej. W tych procesach udaje się maksymalnie osiągnąć 90 g glukozy ze 100 g skrobi. Teoretycznie można otrzymać 110 g, ale powstają oligosacharydy (produkty rewersji).
Optymalnym procesem hydrolizowania skrobii jest dwuetapowy, długotrwały proces enzymatyczny.
Etap 1: W czasie 2 godzin następuje kleikowanie skrobi ziarnistej. Stosuje się pH6 i temp. 85oC przy dodatku preparatu α - amylazy w ilości 0,5 g na 1 kg czystej skrobi.
Otrzymuje się tzw. mleczko skrobiowe o stężeniu 33%. Roztwór gotuje się przez 10 minut aby zniszczyć enzym.
Etap 2: Mleczko skrobiowe w czasie 48-72 godzin poddaje się działaniu preparatu Novo II w ilości 2,5 cm3 na 1 kg czystej skrobi. Stosuje się pH 4,5 i temp. 60oC.
Na koniec przez 10 minut roztwór gotuje się w celu zniszczenia enzymu.
Do zalet tego procesu należy znikoma rewersja. Dlatego stężenie skrobi w procesie enzymatycznym może być dwa razy wyższe niż w kwasowym. W tym procesie można otrzymać do 110 g glukozy ze 100 g skrobi.
- 4 -
Tabela 4.
Zawartość skrobi w roztworze (w gramach).
w roztworze |
w próbie odczynnikowej |
|
wyjściowym |
enzym |
HCl |
2,5 g |
2,45 g |
2,4 g |
Obliczenia:
próba odczynnikowa enzymatyczna:
(2,5 - 0,05) g = 2,45 g
próba odczynnikowa kwasowa:
(2, - 0,0 ) g = 2,4 g
Tabela 5.
Stopień hydrolizy skrobi (w %).
|
|
ENZYM |
HCl |
||||
Próba |
Temp. |
czas [ min ] |
temp. |
czas |
|||
|
o C |
30 |
60 |
90 |
120 |
o C |
30 min |
A |
20 |
11,84 |
12,45 |
12,45 |
6,12 |
|
|
B |
40 |
12,65 |
16,12 |
12,86 |
15,31 |
100 |
7,26 |
C |
60 |
15,1 |
16,33 |
16,33 |
11,84 |
|
|
odczynni kowa |
2,04 |
1,66 |
|||||
Obliczenia:
stopień hydrolizy %
% %