HAPONIK MARCIN KRZYSZTOF JAROSZUK |
Data zaliczenia |
Uwagi |
Podpis |
|
Grupa II |
|
|
|
|
Numer ćwiczenia: 7 |
|
|
|
|
Temat : Hydroliza w przemyśle spożywczym .
|
||||
I Cel ćwiczenia:
Celem ćwiczenia jest przeprowadzenie hydrolizy enzymatycznej (skrobi ) , oraz hydrolizy enzymatycznej przy pH = 2
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 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.
Hydroliza enzymatyczna (przy pH 5,5 - 6)
Wyniki pomiarów absorbancji.
Temperatura °C |
Ilość enzymu (2ml) |
|||
|
Czas (min) |
|||
|
30 |
60 |
120 |
180 |
20 |
0,9 |
0,64 |
0,14 |
0,29 |
40 |
0,62 |
0,57 |
0,21 |
0,38 |
60 |
0,81 |
0,29 |
0,19 |
0,35 |
Próba zerowa |
0,085 |
|||
W przypadku oznaczania absorbancji po 120 i 180 min wykonane zostało rozcieńczenie 1: 5
Zawartość glukozy w roztworze (w %) w oparciu o krzywą standardową.
W wynikach uwzględniona jest początkowa (przed hydrolizą) , zawartość glukozy w roztworze (wyznaczona z próby zerowej . która wynosi 0,015)
Temperatura °C |
Ilość enzymu (2ml) |
|||
|
Czas (min) |
|||
|
30 |
60 |
120 |
180 |
20 |
0,1 |
0,07 |
0,123 |
0,225 |
40 |
0,068 |
0,063 |
0,165 |
0,315 |
60 |
0,091 |
0,025 |
0,159 |
0,285 |
Próba zerowa |
0,015 |
|||
Zawartość glukozy w roztworze ( w gramach).
Temperatura °C |
Ilość enzymu ( 2ml) |
|||
|
Czas (min) |
|||
|
30 |
60 |
120 |
180 |
20 |
0,001 |
0,0007 |
0,00123 |
0,00225 |
40 |
0,00068 |
0,00063 |
0,00165 |
0,00315 |
60 |
0,00091 |
0,00025 |
0,00159 |
0,00285 |
Próba zerowa |
0,00015 |
|||
Przykładowe obliczenie:
Wartość stała glukozy do obliczenia stopnia hydolizy :
Naważka skrobii =5,01 g , ilość wody =500cm3
162g skrobi ----- 192g glukozy
1g skrobi ----- x g glukozy
x=1,18g glukozy
I Pomiar zawartości glukozy w (g) dla 2 ml enzymu w temp. 20° C po 30 min.
1 g subst. ------- 100%
x g subst. ------- 0,1%
x g=0,001 g glukozy
Procentowy stopień hydrolizy
1,18 g glukozy ------- 100%
0,001g glukozy ------- x%
x=0,0847%
Pomiar zawartości glukozy w (g) dla 2 ml enzymu w temp. 20° C po 60 min.
1 g subst. ------- 100%
x g subst. ------- 0,07%
x g=0,0007 g glukozy
Procentowy stopień hydrolizy
1,18 g glukozy ------- 100%
0,0007g glukozy ------- x%
x=0,0593%
Pomiar zawartości glukozy w (g) dla 2 ml enzymu w temp. 20° C po 120 min.
1 g subst. ------- 100%
x g subst. ------- 0,123%
x g=0,00123 g glukozy
Procentowy stopień hydrolizy
1,18 g glukozy ------- 100%
0,00123g glukozy ------- x%
x=0,104%
Pomiar zawartości glukozy w (g) dla 2 ml enzymu w temp. 20° C po 180 min.
1 g subst. ------- 100%
x g subst. ------- 0,225%
x g=0,00225 g glukozy
Procentowy stopień hydrolizy
1,18 g glukozy ------- 100%
0,00225g glukozy ------- x%
x=0,19%
II Pomiar zawartości glukozy w (g) dla 2 ml enzymu w temp. 40° C po 30 min.
1 g subst. ------- 100%
x g subst. ------- 0,068%
x g=0,00068 g glukozy
Procentowy stopień hydrolizy
1,18 g glukozy ------- 100%
0,00068g glukozy ------- x%
x=0,0576%
Pomiar zawartości glukozy w (g) dla 2 ml enzymu w temp. 40° C po 60 min.
1 g subst. ------- 100%
x g subst. ------- 0,063%
x g=0,00063 g glukozy
Procentowy stopień hydrolizy
1,18 g glukozy ------- 100%
0,00063g glukozy ------- x%
x=0,0534%
Pomiar zawartości glukozy w (g) dla 2 ml enzymu w temp. 40° C po 120 min.
1 g subst. ------- 100%
x g subst. ------- 0,165%
x g=0,00165 g glukozy
Procentowy stopień hydrolizy
1,18 g glukozy ------- 100%
0,00165g glukozy ------- x%
x=0,14%
Pomiar zawartości glukozy w (g) dla 2 ml enzymu w temp. 40° C po 180 min.
1 g subst. ------- 100%
x g subst. ------- 0,315%
x g=0,00315 g glukozy
Procentowy stopień hydrolizy
1,18 g glukozy ------- 100%
0,00315g glukozy ------- x%
x=0,267%
III Pomiar zawartości glukozy w (g) dla 2 ml enzymu w temp. 60° C po 30 min.
1 g subst. ------- 100%
x g subst. ------- 0,091%
x g=0,00091g glukozy
Procentowy stopień hydrolizy
1,18 g glukozy ------- 100%
0,00091g glukozy ------- x%
x=0,0771%
Pomiar zawartości glukozy w (g) dla 2 ml enzymu w temp. 60° C po 60 min.
1 g subst. ------- 100%
x g subst. ------- 0,025%
x g=0,00025 g glukozy
Procentowy stopień hydrolizy
1,18 g glukozy ------- 100%
0,00025g glukozy ------- x%
x=0,021%
Pomiar zawartości glukozy w (g) dla 2 ml enzymu w temp. 60° C po 120 min.
1 g subst. ------- 100%
x g subst. ------- 0,159%
x g=0,00159 g glukozy
Procentowy stopień hydrolizy
1,18 g glukozy ------- 100%
0,00159g glukozy ------- x%
x=0,134%
Pomiar zawartości glukozy w (g) dla 2 ml enzymu w temp. 60° C po 180 min.
1 g subst. ------- 100%
x g subst. ------- 0,285%
x g=0,00285 g glukozy
Procentowy stopień hydrolizy
1,18 g glukozy ------- 100%
0,00285g glukozy ------- x%
x=0,24%
Stopień hydrolizy skrobi (w %).
Hydroliza enzymatyczna |
||||
Temperatura °C |
Ilość enzymu (2 ml) |
|||
|
Czas (min) |
|||
|
30 |
60 |
120 |
180 |
20 |
0,0847 |
0,0593 |
0,104 |
0,19 |
40 |
0,0576 |
0,0534 |
0,14 |
0,267 |
60 |
0,0771 |
0,021 |
0,134 |
0,24 |
Interpretacja przebiegu hydrolizy:
Hydroliza enzymatyczna przeprowadzona była w trzech temperaturach 20 , 40 i 60 oC. W poszczególnych warunkach zauważamy inny rozkład wartości stopnia hydrolizy po 30 , 60 , 120 , 180 min. Opierając się na przeprowadzonym przez nas procesie można stwierdzić iż optymalne warunki hydrolizy występują w temperaturze 40 . Stopień hydrolizy jak i zarówno zawartość cukrów redukujących w porównaniu do tych samych wartości w innych temperaturach jest największa.
W przypadku temperatury 20oC stopień hydrolizy po 30 i 60 min jest największy lecz po dalszym upływie czasu wartości są mniejsze niż przy temp. 40 i 60 oC. Wynika z tego iż na początku szybkość hydrolizy jest większa w odniesieniu do innych temp. Wartość zawartości glukozy w roztworze po upływie 60 min przy hydrolizie w temp 60 oC jest stanowczo za niska , należy więc przyjąć iż niedokładnie zostało przeprowadzone oznaczenie redukcyjności , wyniku tego nie należy więc dokładnie interpretować. Występują również niejasne wartości odnośnie zawartości glukozy po upływie 60 min dla temperatury 20 i 40 oC , może być to spowodowane nieznaczną rewersją glukozy , bądż też powodem tego mogą być skoki temperatury np. podczas przenoszenia hydrolizującej próby (hydroliza jest bardzo złożonym procesem i wymaga zachowania ścisłych warunków).
Hydroliza enzymatyczna przy pH=2
Ilość dodanego roztworu enzymów Nowo wynosiła 2cm3 na 50cm3 roztworów skrobi.
Oznaczenia zostały przeprowadzone po 2h hydrolizy , przed oznaczeniem redukcyjności z odczynnikiem DNS próby w kolbach zostały zneutralizowane NaOH do pH 5,5 - 6. W czasie oznaczenia próby zostały rozcieńczone 1:5.
Wyniki pomiarów absorbancji.
Temperatura °C |
Ilość enzymu (2ml/50cm3) |
|
Czas (min) |
|
120 |
20 |
0,3 |
40 |
0,31 |
60 |
0,33 |
Próba zerowa |
0,085 |
Zawartość glukozy w roztworze (w %) w oparciu o krzywą standardową.
W wynikach uwzględniona jest początkowa (przed hydrolizą) , zawartość glukozy w roztworze (wyznaczona z próby zerowej . która wynosi 0,015).
Temperatura °C |
Ilość enzymu (2ml/50cm3) |
|
Czas (min) |
|
120 |
20 |
0,243 |
40 |
0,255 |
60 |
0,273 |
Próba zerowa |
0,015 |
Zawartość glukozy w roztworze ( w gramach).
Temperatura °C |
Ilość enzymu (2ml/50cm3) |
|
Czas (min) |
|
120 |
20 |
0,001215 |
40 |
0,001275 |
60 |
0,001365 |
Próba zerowa |
0,000075 |
Przykładowe obliczenie:
Wartość stała glukozy do obliczenia stopnia hydolizy :
Naważka skrobii =5,01 g , ilość wody =500cm3
(hydrolizę prowadzono w kolbach o pojemności 50 cm3, rozcieńczenie równe 1% )
162g skrobi ----- 192g glukozy
0,5g skrobi ----- x g glukozy
x=0,59g glukozy
Pomiar zawartości glukozy w (g) dla 2 ml/50cm3 enzymu w temp. 20° C
0,5 g subst. ------- 100%
x g subst. ------- 0,243%
x g=0,001215 g glukozy
Procentowy stopień hydrolizy
0,59 g glukozy ------- 100%
0,001215g glukozy ------- x%
x=0,205%
Pomiar zawartości glukozy w (g) dla 2 ml/50cm3 enzymu w temp. 40° C
0,5 g subst. ------- 100%
x g subst. ------- 0,255%
x g=0,001275 g glukozy
Procentowy stopień hydrolizy
0,59 g glukozy ------- 100%
0,001275g glukozy ------- x%
x=0,216%
Pomiar zawartości glukozy w (g) dla 2 ml/50cm3 enzymu w temp. 60° C
0,5 g subst. ------- 100%
x g subst. ------- 0,273%
x g=0,001365 g glukozy
Procentowy stopień hydrolizy
0,59 g glukozy ------- 100%
0,001365g glukozy ------- x%
x=0,231%
Stopień hydrolizy skrobi (w %).
Temperatura °C |
Ilość enzymu (2ml/50cm3) |
|
Czas (min) |
|
120 |
20 |
0,205 |
40 |
0,216 |
60 |
0,231 |
Interpretacja przebiegu hydrolizy:
W hydrolizie enzymatycznej przy pH 2 zawartość cukrów redukujących (glukozy) po 2h jest mniej więcej taka sama we wszystkich temperaturach , nieznacznie jednak się różni i jest największa w przypadku temperatury 60 o .Można wywnioskować iż w przypadku tej hydrolizy przebiegała ona najszybciej w temp. 60oC, co sugeruje, że ta temperatura jest najbliższa optimum temperatury dla preparatu firmy Novo.
Wnioski :
Po przeprowadzeniu obydwu hydroliz enzymatycznych ,można wyciągnąć wniosek , iż najbardziej optymalnymi warunkami do przeprowadzania hydrolizy enzymatycznej jest temperatura w granicy 60 oC przy pH 2 . Gdyż przy w.w. warunkach przebiegu procesu jest zauważalny największy stopień hydrolizy skrobi ( największa wartość) po upływie 2h. W przypadku hydrolizy , nie zauważyliśmy wpływu nagromadzającego się produktu na szybkość reakcji ze względu na zbyt krótki czas obserwacji i małą ilość pomiarów.
Porównując z danymi literaturowymi , 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.
Literatura :
„Ogólna technologia żywności część 1 ” - Włodzimież Bednarski
„Ogólna technologia żywności” - Eugeniusz Pijanowski
„Ogólna technologia żywności część 2 ” - przewodnik do ćwiczeń - Włodzimież Bednarski