Łódź, 27.10.2009r.

LABORATORIUM Z TECHNOLOGII REMEDIACJI

Ćwiczenie nr.4

Biodegradacja tłuszczowców

Kierunek: Ochrona środowiska

Rok: IV

Grupa: I

Wtorek 10¹⁵-14

Małgorzata Pawluczuk

Justyna Arndt

1. Wstęp teoretyczny

Pochodne wyższych kwasów tłuszczowych, najczęściej ich estry z alkoholami jedno- i wielowodorotlenowymi dzielą się na:

• Tłuszcze proste, zbudowane są z alkoholu i kwasów tłuszczowych. W grupie tych tłuszczy wyróżniamy: 1. Tłuszcze właściwe (glicerydy), w których alkoholem jest glicerol. 2. Woski, w których alkoholem jest jednowodorotlenowy alkohol wielowęglowy.

Stanowią główny materiał energetyczny i zapasowy organizmu.

• Tłuszcze złożone, oprócz alkoholu i kwasów tłuszczowych zawierają związki dodatkowe. Tłuszcze złożone dzielą się na: 1. Fosfolipidy zawierające związane estrowo reszty kwasu fosforowego. 2. Glikolipidy zawierające komponentę cukrową. Wyróżnia się również lipidy izoprenoidowe, obejmujące sterydy i karotenoidy, zbudowane z jednostek izoprenowych
  .

Stanowią zasadniczy składnik tłuszczy komórkowych.

Lecytyny i kefaliny znajdują się w każdej komórce zwierzęcej. Sfingomieliny są głównym składnikiem tłuszczów mózgu i tkanki płucnej.

Cerebrozydy występują w mózgu, nadnerczach, nerkach, śledzionie, siatkówce, żółtku białka, mleczu ryb.

Tłuszcze pełnią w organizmie zwierzęcym rolę wysokoenergetycznego paliwa. Ich wartość kaloryczna jest bardzo wysoka. Tłuszcze mogą być magazynowane w organizmie w dużych ilościach i stanowią jego główny materiał zapasowy.

Zapasy tłuszczu chronią narządy wewnętrzne przed uciskiem i uszkodzeniem przez wstrząsy mechaniczne. U zwierząt stanowią izolację termiczną ustroju. U człowieka tłuszcz gromadzony w tkance tłuszczowej stanowi ok.17% ciężaru ciała. Tłuszcze są niezbędnym składnikiem struktur komórkowych oraz zapewniają równowagę koloidową cytoplazmy. Ułatwiają również wchłanianie rozpuszczalnych w tłuszczach witamin: A, D, E, K i cholesterolu pokarmowego.

LIPAZY są hydrolazami estrów glicerolu i wyższych kwasów tłuszczowych. Działają jak substraty nierozpuszczalne w wodzie. Metody enzymatycznej hydrolizy tłuszczów posiadają szereg zalet:

• Optymalne wykorzystanie tłuszczu

• Możliwość uzyskania produktów o określonej konfiguracji

• Prowadzenie procesu w warunkach energooszczędnych

• Ograniczenie wydatków inwestycyjnych

• Czystość ekologiczna procesu

Większość lipaz wykazuje specyficzność w stosunku to 1,3-sn-pozycji w triacyloglicerolach. Produktami hydrolizy są: wolne kwasy tłuszczowe, 1,2(2,3)-diacyloglicerole i 2-monoacyloglicerole. Produkty te nie są stabilne. Przedłużenie czasu hydrolizy triacyloglicerolu w obecności lipazy o specyficzności pozycyjnej 1,3-sn, powoduje całkowita hydrolizę tłuszczu. Ostateczny skład produktów hydrolizy tłuszczów zależy od specyficzności stosowanych enzymów, ich właściwości, parametrów prowadzenia procesu, sposobu prowadzenia reakcji.

Szczególnie cennymi produktami hydrolizy tłuszczów są mono- i diacyloglicerole. Substancje te należą do niejonowych emulgatorów o wysokiej równowadze hydrofilno-lipofilnej (HLB), których udział w ogólnym rynku emulgatorów wynosi aż 73,5%. Mono- i diacyloglicerole można otrzymać na drodze alkoholizy tj. hydrolizy tłuszczów w obecności nadmiaru glicerolu.

Tłuszcze odpadowe w zależności od miejsca powstania mogą stanowić bądź surowiec do dalszego przerobu i wykorzystania lub uciążliwy odpad, który dopiero po hydrolizie można utylizować w procesach oczyszczania tlenowego lub beztlenowego.

2. Wykonanie ćwiczenia

1. Hydroliza tłuszczów odpadowych w środowisku dwufazowym w minireaktorze

Do naczyń ze szczelnym zakryciem wprowadzono: 0,5
buforu fosforanowego o pH=7,2; 2
eteru naftowego, 0,25
oleju odpadowego lub 0,25 g odpadowego łoju; 25 mg immobilizowanej lipazy Mucor circinelloides. Reaktory inkubowano w łaźni wodnej z mieszaniem o temp. 37ºC przez 0,5 godziny, 1 godzinę i 1,5 godziny.

2. Oznaczenie uwolnionych kwasów tłuszczowych

Uwolnione kwasy tłuszczowe oznaczano metodą alkalimetryczną za pomocą automatycznego titranta firmy Shott.

Tabela 1. Zestawienie wyników wszystkich grup hydrolizy tłuszczów odpadowych z zastosowaniem lipaz.

Rodzaj tłuszczu	Obj.NaOH[ml] Próba kontrolna	Obj.NaOH[ml] Próby kontrolne 30' 60' 90'			Stopień hydrolizy tłuszczów[%]
Olej odpadowy	0,66	1,43	(0,96)	(1,02)	30' - 9,8%
		0,69	1,31	(1,02)	(1,10)	60' - 12,3%
		0,62	1,12	1,62	1,50	90' - 11,4%
		Śr. 0,66	Śr. 1,29	Śr. 1,62	Śr. 1,50
	Łój odpadowy	(1,18)	1,20	1,36	1,58	30' - 8,1%
		0,74	1,18	1,22	1,38	60' - 9,1%
		0,62	0,80	0,98	(0,94)	90' - 11,2%
		Śr. 0,68	Śr. 1,06	Śr. 1,19	Śr. 1,48

3. Obliczenia

Przykładowe obliczenia dla oleju odpadowego dla 30'.

Stopień hydrolizy tłuszczów

Masa m=0,22g

M=900g/mol=0,99g/mmol

Stąd:

C=3*n=3*0,22=0,66mmol

Z proporcji:

1mmol - 20ml NaOH

x - 1,29ml NaOH

Stąd:

3. Wnioski

Biorąc pod uwagę powyższy wykres można stwierdzić, że zarówno olej odpadowy, jak i łój odpadowy uwalniają więcej kwasów tłuszczowych wraz ze wzrostem czasu reakcji tzn. im dłużej inkubowano badane próbki w reaktorach, tym więcej kwasów tłuszczowych zostało uwolnionych.

Stopień hydrolizy badanych tłuszczowców wykazuje tendencje wzrostową do przeprowadzonego czasu reakcji.

---