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
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.
Wykonanie ćwiczenia
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.
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 |
|
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:
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.