Wydział: Biotechnologii i Nauk o Żywności
Kierunek: Biotechnologia
Semestr: V
Grupa dziekańska: I
Nr grupy: V
Zajęcia: Czwartek 815-1200
Data wykonania ćwiczenia: 17.12.2015r.
Data oddania sprawozdania: 14.01.2016r.
Ćwiczenie 11
Enzymatyczna hydroliza pektyny
Skład grupy:
Marta Kardas 190551
Sylwia Staszek 190609
Monika Åšniadowska 190621
1. Wstęp teoretyczny
Pektyny są mieszaniną oligosacharydów i polisacharydów o zmiennym składzie, która występuje w
roślinach, a dokładnie w ich ścianach komórkowych. Pektyny składają się z jednostek kwasu D-
galakturonowego, połączonych ze sobą wiązaniami ą-1,4 glikozydowymi. Jednostki te
zestryfikowane są w znacznej części grupami metylowymi.
Ze względu na stopień estryfikacji, możemy wyróżnić dwie frakcje pektyn:
·ð o niskim stopniu metoksylacji ( do 50% zestryfikowanych metanolem reszt kwasu
galakturonowego)
·ð wysokim stopniu metoksylacji ( ponad 50% zestryfikowanych metanolem reszt kwasu
galakturonowego).
Pektyny dla ludzi, pod względem odżywczym, są ciałami balastowymi. Pod względem żywieniowym
stanowią jedną z frakcji rozpuszczalnego włókna pokarmowego (błonnika). Wiele mikroorganizmów
jest w stanie rozkładać pektynę. Stosowane są też jako dodatki do leków, a jako naturalny składni
owoców, sprawiają, że przetwory wyprodukowane z ich dodatkiem zachowują swoje cechy
organoleptyczne.
Pektyny budują trzy główne rodzaje węglowodanów. Są to :
·ð homogalakturonan - polisacharyd zbudowany z merów kwasu galakturonowego
·ð ramnogalakturonan I- polisacharyd zbudowany z dimerów(ramnoza + kwas galakturonowy)
·ð ramnogalakturonan II - polisacharyd rozgaÅ‚Ä™ziony
Struktura pektyn
Pektyny posiadają zdolność do wytwarzania żeli w obecności cukru. Zależne to jest od stopnia
zmetylowania:
·ð pektyny wysokozmetylowane optymalnÄ… zdolność do żelowania osiÄ…gajÄ… przy pH 3,0,
stężeniu cukru 65% i zawartości pektyn wahającej się od 0,3 do 2%
·ð pektyny niskozmetylowane optymalnÄ… zdolność do żelowania osiÄ…gajÄ… przy pH w zakresie
3,0-6,0, stężeniu cukru 30-40%(żele niskocukrowe) i zawartości pektyn w granicach 1,5-3,0
%. W tym przypadku konieczna jest jednak obecność jonów wapnia w stężeniu 0,01-0,1%,
ażeby zaistniała możliwość utworzenia trójwymiarowej siatki żelu.
Temperatura żelowania jest tym wyższa im niższy stopień estryfikacji, niższe pH i większa zawartość
ekstraktu.
Z tego powodu pektyny, w połączeniu z cukrem, są używane w przemyśle spożywczym jako środek
zagęszczający. Najpowszechniej znane zastosowanie pektyn to wykorzystanie ich w produkcji
dżemów. Większość owoców zawiera pektyny, ale w ilości niewystarczającej do wytworzenia
mocnego żelu, dlatego w celu poprawienia jakości wytwarzanych dżemów są one
dodawane(najczęściej w połączeniu z cukrem jako cukier żelujący).
2
Zawartość pektyny w różnych roślinach:
·ð jabÅ‚ko  1-1,5%
·ð morela zwyczajna  1%
·ð czereÅ›nia  0,4%
·ð pomaraÅ„cza  0,5-3,5%
·ð marchew  1,4%
·ð skórki owoców cytrusowych  30%
·ð wytÅ‚oki jabÅ‚kowe - 8-15%
W naszym ćwiczeniu stosowano pektolityczny preparat enzymatyczny Pektopol Pt-400. Otrzymuje
siÄ™ go w procesie biosyntezy przy udziale szczepu Aspergillus Niger. Preparat ten zawiera kompleks
enzymów pektolitycznych, które powodują rozkład pektyny wspomagając proces obróbki miazg i
klarowanie soków owocowych. Umożliwia to:
·ð zmniejszenie lepkoÅ›ci soków
·ð uÅ‚atwienie filtracji
·ð podniesienie klarownoÅ›ci koncentratu
·ð zmniejszenie kosztów produkcyjnych
·ð skrócenie i optymalizacjÄ™ procesu.
2. Cel ćwiczenia
Celem ćwiczenia jest poznanie metody enzymatycznej hydrolizy pektyny jabłkowej przy udziale
handlowego, enzymatycznego preparatu pektolitycznego Pektol PT-400, stosowanego do obróbki miazg
i klarowania soków owocowych.
3. Wykonanie ćwiczenia
Reakcje enzymatycznej hydrolizy pektyny każda grupa przeprowadzała w odpowiedniej temperaturze (
10,20,30 lub 40°C). W naszej grupie pomiaru dokonywano w temperaturze 40°C . W tym celu wiskozymetr
Ostwalda umieszczono w cylindrze z zimną wodą, napełniono go 15 ml wody destylowanej o temperaturze
40°C i dwukrotnie zmierzono czas przepÅ‚ywu. NastÄ™pnie do wiskozymetru wlano 15 ml mieszaniny
składającej się z 13 ml pektyny i 2 ml wody mierzono czas przepływu, w odpowiedniej temperaturze. W
kolejnym etapie badań należało przeprowadzić 10 minutowe hydrolizy enzymatyczne roztworów, które to
zawierały odpowiednie ilości pektyny, wody i enzymu. Składy przedstawiono w tabeli poniżej.
Tabela 1. Skład roztworów użytych do hydrolizy.
Pektopol
Nr roztworu Pektyna[ml] Woda[ml]
PT-400[ml]
- 15 -
1
13 2,0 -
2
13 1,5 0,5
3
13 1,0 1,0
4
13 0,5 1,5
5
13 - 2,0
6
Po upływie 10 minut od czasu dodania preparatu enzymatycznego do roztworu pektyny o temperaturze
40°C dokonano pomiaru czasu przepÅ‚ywu w wiskozymetrze Ostwalda, który zostaÅ‚ przemyty i opróżniony.
3
4. Wyniki
Tabela 2. Czas przepływu
Czas przepływu [s]
Roztwór
10°C 20°C 20°C 30°C 30°C 40°C 40°C
1 61,5 50 50,1 53,43 43 45,2 38
2 218,5 182,7s 181,6 173,6 153 147 118,1
3 169 132 42,6 103,6 97 106 79,7
4 153 104 36,8 90,6 76 92 69,5
5 144 99 32,9 86,9 69 78 65,8
6 123 90 23,5 82,3 63 69 60,1
Na podstawie wykonanych pomiarów, korzystając z poniższego wzoru obliczyliśmy spadek lepkości
substratu:
tp -ð tx
Bx =ð ×ð100%
tp -ð tH O
2
gdzie:
Bx  spadek lepkości po czasie tx
tp  czas wypływu ekstraktu z owoców
tH2O  czas wypływu wody
tx  czas wypływu ekstraktu z owoców z enzymem po danym czasie hydrolizy
PrzykÅ‚adowe obliczenie dla temperatury 10°C
tp -ð tx
218,5 -ð169
Bx =ð ×ð100% =ð ×ð100% =ð 31,5
tp -ð tH O 218,5 -ð 61,5
2
Analogicznie wykonano obliczenia dla pozostałych temperatur i roztworów, które umieszczono w
tabeli poniżej.
Tabela 3. Spadek lepkości pektyny w danej temperaturze.
Temperatura
Spadek
lepkości[%]
10°C 20°C 30°C
Bx1 31,5 38,2 58,4
Bx2 41,8 59,3 69,3
Bx3 47,5 63,1 72,3
Bx4 60 69,8 76,2
4
Wykres zależności Bx=f(VE)
90
80
70
60
50
T=10
40
T=20
30 T=30
20
10
0
0 0,5 1 1,5 2
Objętość enzymu [ml]
Wykres 1. Wykres zależności spadku lepkości roztworu pektyny w danej temperaturze od objętości użytego
do reakcji enzymu.
Objętości preparatu enzymatycznego konieczne do obniżenia lepkości pektyny do 40Bx w danych
temperaturach (odczytane z wykresu):
·ð dla 10°C: VE = ok. 0,9 ml
·ð dla 20°C: VE = ok. 0,5 ml
·ð dla 30°C: VE = ok. 0,3 ml
Wykres zależności T=f(VE)
35
30
25
20
15
10
5
0
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1
Venzymu [ml]
Wykres 2. Wykres zależności temperatury od objętości enzymu koniecznej do obniżenia lepkości.
5
Spadek lepkości roztworu [Bx]
T[
°
C]
5. Zadanie
Oblicz całkowity koszt hydrolizy 10m3 roztworu pektyny, jeżeli 1 litr preparatu enzymatycznego kosztuje
100zÅ‚ (preparat byÅ‚ rozcieÅ„czony 600 razy). Koszt podgrzania 10m3 pektyny o 1°ðC wznosi 5 zÅ‚. Wyznacz
optymalny koszt hydrolizy 10m3 pektyny, przyjmujÄ…c, że temperatura wyjÅ›ciowa wynosiÅ‚a 10°ðC.
Koszta całkowity [zł] można obliczyć z następującego wzoru :
KcaÅ‚aÅ‚kowit =ð Kenzymu +ð Kpodgrzania
y
10m3 = 107cm3
Koszt podgrzania 10m3 pektyny o 1°C wynosi 5 zÅ‚. WyjÅ›ciowa temperatura to 10°C.
·ð Koszty caÅ‚kowite hydrolizy dla 10 °C
13ml pektyny-0,9 ml enzymu
107ml pektyny- x ml enzymu
X= 6,92×ð105 ml
Uwzględniając rozcieńczenie
y= 6,92×ð105 ml/700= 988,6 ml
1000ml-100zł
988,6 ml- KE
KE= 98,86zł
KP=0 zł
Kc=98,86 zł
·ð Koszty caÅ‚kowite hydrolizy dla 20 °C
13ml pektyny-0,5 ml enzymu
107ml pektyny- x ml enzymu
X= 3,8×ð105 ml
Uwzględniając rozcieńczenie
y= 3,8×ð105 ml /700= 549,45 ml
1000ml enzymu -100zł
549,45 ml enzymu - KE
KE=54,95 zł
KP=50 zł
Kc=54,95 zł+50 zł=104,95 zł
·ð Koszty caÅ‚kowite hydrolizy dla 30 °C
13ml pektyny-0,3 ml enzymu
107ml pektyny- x ml enzymu
X= 2,3×ð105 ml
Uwzględniając rozcieńczenie
y= 2,3×ð105 ml /700= 328,6 ml
1000ml enzymu -100zł
328,6 ml enzymu- KE
KE=32,86zł
KP=100 zł
Kc=32,86 zł + 100 zł = 132,86 zł
6
 Tabela 4. Zestawienie kosztów całkowitych.
Temperatura Koszt całkowity
10°C 98,86 zÅ‚
20°C 104,59zl
30°C 132,86 zÅ‚
KC=f(VE)
140
135
130
125
120
115
110
105
100
95
90
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1
Objętość enzymu [ml]
Wykres 3. Wykres zależności kosztów całkowitych od objętości enzymu potrzebnego do obniżenia lepkości
pektyny.
6. Wnioski
Na zajęciach poznaliśmy metodę enzymatycznej hydrolizy pektyny jabłkowej, przy udziale
enzymatycznego preparatu pektolitycznego. Analizując wykres 1 można stwierdzić, że wraz ze
wzrostem objętości użytego enzymu, rósł spadek lepkości roztworu pektyn. Im wyższa temperatura
tym proces enzymatycznej hydrolizy jest wydajniejszy. Wraz ze wzrostem temperatury hydrolizy
zmniejsza się ilość enzymu, konieczna do obniżenia lepkości roztworu.
Porównując koszty całkowite hydrolizy w danych temperaturach, możemy zauważyć, że najtańsza
hydroliza to ta przeprowadzona w 20 °C, a jej koszt wyniósÅ‚ 104,95 zÅ‚. Najwyższe koszty poniesiono
przeprowadzajÄ…c hydrolizÄ™ w 30°C, a jej koszt wyniósÅ‚ 132,86 zÅ‚. Jednakże jest to metoda, w której
najlepszy rezultat, w porównaniu do pozostałych.
7
Całkowity koszt hydrolizy [zł]
8