Dekstran i mannitol jako wskaźniki degradacji buraków cukrowych 1 mgr inż. Aneta Antczak-Chrobot dr inż. Maciej Wojtczak
Średni czas przerobu w dobach 2
Glukoza Fruktoza Rafinoza Polisacharydy: dekstran, lewan 3 Sacharoza Wartość technologiczna
Dekstran 4
Dekstran 5
Synteza dekstranu z sacharozy 6
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.
Zawartość dekstranu soku surowym zdrowe buraki < 50 mg/kg 8 zdegradowane buraki do kilku tysięcy
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
Masa molowa dekstranu HMW dekstran MMW dekstran LMW dekstran > 1000 kda 100-1000 kda 45-100 kda 10
Metody oznaczania dekstranu Enzymatyczne Immunologiczne Mgiełki alkoholowej HMW dekstran HMW dekstran HMW dekstran MMW dekstran - MMW dekstran LMW dekstran - - 11 Skomplikowana Droga i nieprecyzyjna Pektyny, Lewan, Oligosacharydy, inne Nie specyficzna
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
Produkcja metabolitów działalności bakterii Leuconostoc mesenteroides 13
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)
Produkcja mannitolu przez LAB 15
Lactobacillus Leuconostoc 16 mannitol
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
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
log N Szkoła Letnia STC Łódź 2013 Kinetyka wzrostu bakterii z rodzaju Leuconostoc sp. i ogólnej liczby bakterii 19 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 Leuconostoc ogólna liczba bakterii 0 10 20 30 40 50 60 70 Czas fermentacji, h
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 10000 9000 Leuconostoc sp. 10 9 8000 mannitol 8 7000 7 6000 6 5000 kw. mlekowy 5 4000 3000 dekstran 4 3 20 2000 1000 kw. octowy 2 1 0 0 10 20 30 40 50 60 70 0 Czas fermentacji, h
Zawartość glukozy i fruktozy, % Zawartość dekstranu mg/l soku Szkoła Letnia STC Łódź 2013 Przyrost glukozy i fruktozy w próbach soku surowego 0.6 0.5 glukoza 5000 4500 4000 0.4 0.3 fruktoza 3500 3000 2500 0.2 dekstran 2000 1500 21 0.1 0.0 1000 500 0 0 10 20 30 40 50 60 70 Czas fermentacji [h]
Mannitol/Dekstran, mg/l Szkoła Letnia STC Łódź 2013 Korelacja pomiędzy wzrostem bakterii z rodzaju Leuconostoc sp. a zawartością dekstranu i mannitolu 22 10000 9000 8000 7000 6000 5000 4000 3000 2000 1000 0-1000 Mannitol y = 0,0425x - 324,05 R² = 0,747 Dekstran y = 0,0155x - 90,995 R² = 0,799 0 50 000 100 000 150 000 200 000 250 000 Leuconostoc sp., 10^4 jtk/ml
Dekstran, mg/l Szkoła Letnia STC Łódź 2013 3500 3000 2500 Korelacja pomiędzy zawartością dekstranu i zawartością mannitolu C Dextran = 0.354 C Mannitol + 68.294 R² = 0.9964 2000 1500 1000 23 500 0 0 2000 4000 6000 8000 10000 Mannitol, mg/l
Dekstran, mg/l Szkoła Letnia STC Łódź 2013 Korelacja pomiędzy zawartością dekstranu i zawartością kwasu mlekowego 5000 4500 4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 C Dextran = 0.9211 C Lactate + 621 R² = 0.8579 24 500 0 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 Kwas mlekowy, mg/l
Mannitol, mg/l Szkoła Letnia STC Łódź 2013 Korelacja pomiędzy zawartością mannitolu i pozostałych metabolitów działalności bakterii z rodzaju Leuconostoc sp. 10000 8000 6000 4000 Kw. octowy y = 12,004x - 1737,5 R² = 0,685 Dekstran y = 2,8152x - 178,33 R² = 0,996 Kw. mlekowy y = 2,8195x - 1044,6 R² = 0,973 2000 25 0-2000 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 Metabolit, mg/l
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
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???
FT NIR, mg/l Szkoła Letnia STC Łódź 2013 Zależność między zawartością mannitolu oznaczoną metodą HPAEC a zawartością mannitolu oznaczoną metodą NIR 28 180 170 160 150 140 130 120 110 100 90 80 c NIR = 0,839 c HPEAC + 24,599 R² = 0,984 120 125 130 135 140 145 150 155 160 165 170 HPAEC, mg/l roztwór sączony
FT NIR, mg/l Szkoła Letnia STC Łódź 2013 Zależność między zawartością mannitolu oznaczoną metodą HPAEC a zawartością mannitolu oznaczoną metodą NIR 29 180 170 160 150 140 130 120 110 100 90 80 c NIR = 0,574 c HPAEC + 64,905 R² = 0,854 120 125 130 135 140 145 150 155 160 165 170 HPAEC, mg/l roztwór soku niesączonego
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.
DZIĘKUJĘ ZA UWAGĘ 31