Laboratorium z biotechnologii

Ćwiczenie 9

Temat:

Enzymatyczna hydroliza pektyn

Data wykonania ćwiczenia: 19.05.2009 r.

1. Cel ćwiczenia

Ćwiczenie ma na celu zapoznanie się z metodą enzymatycznej hydrolizy pektyn stosowanej do klarowania soków owocowych.

2. Wykonanie ćwiczenia - pomiar spadku lepkości ekstraktu w trakcie hydrolizy pektyn

Cylinder wiskozymetru napełniamy wodą o temperaturze 30°C, gdyż w takiej temperaturze ma być prowadzone oznaczenie. Następnie do wiskozymetru nalewamy 15 cm³ wody destylowanej o temperarurze 30°C i trzykrotnie mierzymy czas przepływu od kreski do kreski.

W tym czasie do 5 erlenmayerek wprowadzamy po 13 ml 0,5 % roztworu pektyny jabłkowej oraz odpowiednią ilość wody destylowanej:

0. 2 ml H₂O

1. 1,5 ml H₂O

2. 1 ml H₂O

3. 0,5 ml H₂O

4. nie wprowadzamy wody

Doprowadzamy temperaturę do 30°C.

Dwukrotnie mierzymy czas przepływu niezhydrolizowanego roztworu pektyny przez wiskozymetr.

W pozostałych kolbkach prowadzimy reakcję enzymatyczną prze 10 minut, kolejno dodając odpowiednie ilości preparatu enzymatycznego „Pektopol 400”:

1. 0,5 ml enzymu

2. 1 ml enzymu

3. 1,5 ml enzymu

4. 2 ml enzymu

Po upływie 10 mierzymy czas przepływu przez wiskozymetr.

3. Opracowanie wyników

Tabela 1. Wyniki uzyskane przez grupę.

Próba	Czas przepływu [s]	Spadek lepkości Bx [%]
H2O	46	X
pektyna niezhydrolizowana	85	X
1,5 ml H2O + 0,5 ml enzymu	78	18
1 ml H2O + 1 ml enzymu	69	41
0,5 ml H2O + 1,5 ml enzymu	63	56
2 ml enzymu	59	67

Przykładowe obliczenia:

,

gdzie:

Bx - spadek lepkości po czasie t_x

t_p - czas przepływu pektyny niezhydrolizowanej

t_w - czas przepływu wody destylowanej

t­_x - czas przepływu pektyny z enzymem po 10 minutach hydrolizy

dla próby 1):

Tabela 2. Procentowy spadek lepkości w różnych temperaturach.

roztwór temp.[^oC]	Bx [%]
		1) 0,5 ml E	2) 1 ml E	3) 1,5 ml E	4) 2 ml E
10	6	23	34	46
10	2	7	17	30
20	18	36	54	62
30	18	41	56	67
30	38	56	66	76
40	41	63	78	89
40	14	41	76	83

Pomarańczową krzywą (40°C) odrzucamy ze względu na nie pasujące do pozostałych wyniki.

Z technologicznego punktu widzenia wystarczający jest 40% spadek lepkości. Umożliwia on już wydajne prowadzenie procesu filtracji.

Odczytane z wykresu 1. objętości enzymu, przy których następuje 40% spadek lepkości:

temperatura	Ve [ml]
		V1	V2	V­śr
10°C	1,75	2,25	2
20°C	1,1	X	1,1
30°C	1	0,6	0,8
40°C	0,5	X	0,5

4. Wnioski

Im większa ilość dodanego enzymu, tym większy spadek lepkości roztworu. Im wyższa temperatura prowadzenia hydrolizy, tym wyższy spadek lepkości roztworu.

Wraz ze wzrostem temperatury prowadzenia hydrozlizy maleje objętość enzymu potrzebna do osiągnięcia 40% spadku lepkości.

5. Zadanie

Oblicz całkowity koszt hydrolizy 10 m³ roztworu pektyny o temperaturze 10°C, jeżeli 1 l preparatu enzymatycznego kosztuje 100 zł, a koszt podgrzania 10 m³ roztworu pektyny o 1°C wynosi 5 zł, a preparat enzymatyczny rozcieńca się 600 razy. Wyznacz optymalny koszt hydrolizy pektyny.

K_c = K_e + K_p

K_c - koszt całkowity

K_e - koszt preparatu enzymatycznego

K_p­ - koszt podgrzania

Przykładowe obliczenia (dla temperatury 30°C)

a) koszt preparatu enzymatycznego:

Do uzyskania 40% spadku lepkości w temperaturze 30°C należy użyć 0,8 ml preparatu enzymatycznego na 13 ml roztworu pektyny. Zatem:

0,013 l pektyny - 0,0008 l enzymu

10 000 l pektyny - x

Ponieważ wyjściowy preparat był rozcieńczony 600 razy, dzielimy przez 600:

Potrzebujemy zatem 1,03 l preparatu enzymatycznego. Jego koszt:

1 l - 100 zł

1,03 l - x

b) koszt podgrzania

Wyjściowy roztwór pektyny ma temperaturę 10°C. By uzyskać temperaturę 30°C, musimy podgrzać go o (30 - 10) = 20°C. Koszt podgrzania:

1°C - 5 zł

20°C - x

Tabela 3. Całkowity koszt hydrolizy w różnych temperaturach.

koszty [zł] T [°C]	Ke	Kp	Kc
10	256	0	256
20	141	50	191
30	103	100	203
40	64	150	214

Najniższe koszty całkowite ponosimy, prowadząc hydrolizę w temperaturze 20°C. Jest to zatem temperatura optymalna ze względu na koszty. Optymalny koszt hydrolizy wynosi więc 191 zł.

3

---