Dekstran i mannitol jako wskaźniki degradacji buraków cukrowych

Transkrypt

1 Dekstran i mannitol jako wskaźniki degradacji buraków cukrowych 1 mgr inż. Aneta Antczak-Chrobot dr inż. Maciej Wojtczak

2 Średni czas przerobu w dobach 2

3 Glukoza Fruktoza Rafinoza Polisacharydy: dekstran, lewan 3 Sacharoza Wartość technologiczna

4 Dekstran 4

5 Dekstran 5

6 Synteza dekstranu z sacharozy 6

7 Struktura i właściwości dekstranu zmieniają się w zależności od odmiany mikroorganizmów, a także warunków ich wzrostu (ph, temperatura, wilgotność, natlenienie, stężenie sacharozy). Poziom dekstranu zależy od zagęszczenia populacji mikroorganizmów produkujących dekstran oraz od ich zdolności produkcyjnej. 7 Mikrobiologiczne zakażenie buraka Zakażenie mikrobiologiczne może nastąpić w czasie przechowywania surowca niewłaściwej jakości: nadpsutego oraz przemarzniętego, a następnie odtajałego i w tej postaci przechowywanego.

8 Zawartość dekstranu soku surowym zdrowe buraki < 50 mg/kg 8 zdegradowane buraki do kilku tysięcy

9 Metody oznaczania dekstranu 9 Mgiełki alkoholowej (ICUMSA Haze Method) Metoda Roberts`a (AOAC*) MAU (New York No 14 Contract) Enzymatyczna Immunologiczna MIR (Mean Infra Red Spectroscopy) NIR (Near Infra Red Spectroscopy) NMR (Nuclear Magnetic Resonance-analiza magnetycznego rezonansu jędrowego) *Międzynarodowe Stowarzyszenie Urzędowych Chemików Analitycznych

10 Masa molowa dekstranu HMW dekstran MMW dekstran LMW dekstran > 1000 kda kda kda 10

11 Metody oznaczania dekstranu Enzymatyczne Immunologiczne Mgiełki alkoholowej HMW dekstran HMW dekstran HMW dekstran MMW dekstran - MMW dekstran LMW dekstran Skomplikowana Droga i nieprecyzyjna Pektyny, Lewan, Oligosacharydy, inne Nie specyficzna

12 Negatywne skutki obecności dekstranu obniżenie czystości soku rzadkiego spowolnienie procesu filtracji spowolnienie procesu krystalizacji Technologiczne utrudnienie wirowania cukru 12 zawyżanie polaryzacji obniżenie dobowego przerobu buraków wzrost strat cukru Finansowe

13 Produkcja metabolitów działalności bakterii Leuconostoc mesenteroides 13

14 MANNITOL Mannitol jest naturalnie występującym w przyrodzie sześciowęglowym alkoholem cukrowym. 14 Mannitol produkowany jest przez bakterie, grzyby, drożdże, glony, porosty i wiele innych roślin, jednak jego najlepszym producentem są heterofermentatywne bakterie mlekowe (LAB)

15 Produkcja mannitolu przez LAB 15

16 Lactobacillus Leuconostoc 16 mannitol

17 Cel pracy Celem pracy było wyznaczenie kinetyki syntezy dekstranu i metabolitów bakterii z rodzaju Leuconostoc sp. jako wskaźników wczesnego ostrzegania o zakażeniu mikrobiologicznym 17 buraka cukrowego

18 Materiał i Metody Buraczany sok surowy Oznaczanie liczby bakterii mezofilnych i bakterii z rodzaju Leuonostoc sp. metodą płytkową (ICUMSA GS2/3-41, PN-90 A-75052/09) Oznaczanie zawartości dekstranu (ICUMSA GS8-19) Oznaczanie zawartości mannitolu techniką HPAEC-PED (ICUMSA GS8-26) 18 Oznaczanie zawartości kwasów organicznych techniką HPIC Oznaczanie zawartości glukozy i fruktozy techniką HPAEC

19 log N Szkoła Letnia STC Łódź 2013 Kinetyka wzrostu bakterii z rodzaju Leuconostoc sp. i ogólnej liczby bakterii Leuconostoc ogólna liczba bakterii Czas fermentacji, h

20 Zawartość dekstranu, mannitolu i kw. mlekowego i octowego, mg/l soku log N, jtk/ml Szkoła Letnia STC Łódź 2013 Przyrost metabolitów w próbach soku surowego Leuconostoc sp mannitol kw. mlekowy dekstran kw. octowy Czas fermentacji, h

21 Zawartość glukozy i fruktozy, % Zawartość dekstranu mg/l soku Szkoła Letnia STC Łódź 2013 Przyrost glukozy i fruktozy w próbach soku surowego glukoza fruktoza dekstran Czas fermentacji [h]

22 Mannitol/Dekstran, mg/l Szkoła Letnia STC Łódź 2013 Korelacja pomiędzy wzrostem bakterii z rodzaju Leuconostoc sp. a zawartością dekstranu i mannitolu Mannitol y = 0,0425x - 324,05 R² = 0,747 Dekstran y = 0,0155x - 90,995 R² = 0, Leuconostoc sp., 10^4 jtk/ml

23 Dekstran, mg/l Szkoła Letnia STC Łódź Korelacja pomiędzy zawartością dekstranu i zawartością mannitolu C Dextran = C Mannitol R² = Mannitol, mg/l

24 Dekstran, mg/l Szkoła Letnia STC Łódź 2013 Korelacja pomiędzy zawartością dekstranu i zawartością kwasu mlekowego C Dextran = C Lactate R² = Kwas mlekowy, mg/l

25 Mannitol, mg/l Szkoła Letnia STC Łódź 2013 Korelacja pomiędzy zawartością mannitolu i pozostałych metabolitów działalności bakterii z rodzaju Leuconostoc sp Kw. octowy y = 12,004x ,5 R² = 0,685 Dekstran y = 2,8152x - 178,33 R² = 0,996 Kw. mlekowy y = 2,8195x ,6 R² = 0, Metabolit, mg/l

26 Mannitol jako wskaźnik dekstranu Mannitol jest lepszym wskaźnikiem zepsucia się buraków niż dekstran czy kwas mlekowy. Badania wykazały, że oznaczenie zawartości mannitolu może być traktowane jako wskaźnik wczesnego ostrzegania o zakażeniu mikrobiologicznym buraka cukrowego. 26

27 ICUMSA GS8-12 Determination of Mannitol in Beet Juices, Thin Juices and Syrups by an Enzymatic Method (Egglestone 2010) MANNITOL ICUMSA GS8-26 Determination of mannitol in beet brei by HPAEC method (Wojtczak, Antczak 2011) 27 FT-NIR???

28 FT NIR, mg/l Szkoła Letnia STC Łódź 2013 Zależność między zawartością mannitolu oznaczoną metodą HPAEC a zawartością mannitolu oznaczoną metodą NIR c NIR = 0,839 c HPEAC + 24,599 R² = 0, HPAEC, mg/l roztwór sączony

29 FT NIR, mg/l Szkoła Letnia STC Łódź 2013 Zależność między zawartością mannitolu oznaczoną metodą HPAEC a zawartością mannitolu oznaczoną metodą NIR c NIR = 0,574 c HPAEC + 64,905 R² = 0, HPAEC, mg/l roztwór soku niesączonego

30 Wnioski Wykazano, że zawartość mannitolu w soku surowym jest wskaźnikiem aktywności mikrobiologicznej w ekstraktorze. Opracowana w pracy metoda oznaczania mannitolu metodą HPAEC jest bardzo przydatna do monitorowania zawartości mannitolu w warunkach laboratoryjnych. 30 Pokazano, że zastosowana w pracy technika spektrometrii w bliskiej podczerwieni FT-NIR może posłużyć do ciągłej analizy zawartości mannitolu w sokach surowych, w systemie wczesnego ostrzegania on-line.

31 DZIĘKUJĘ ZA UWAGĘ 31