Dekstran i dekstranaza w przerobie buraków zdegradowanych Aneta Antczak, Maciej Wojtczak
Dekstran
Zawartość dekstranu soku surowym zdrowe buraki <50 mg/kg zdegradowane buraki do kilku tysięcy
Synteza dekstranu z sacharozy
120 Średni czas przerobu w dobach 100 80 60 40 20 0 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012
Negatywne skutki obecności dekstranu Technologiczne spowolnienie procesu filtracji obniżenie czystości soku rzadkiego spowolnienie krystalizacji utrudnienie wirowania cukru Finansowe zawyżanie polaryzacji obniżenie dobowego przerobu buraków wzrost strat cukru
Metody oznaczania dekstranu Haze (ICUMSA) Roberts (AOAC) MAU (New York No 14 Contract) Enzymatic Immunological MIR (Mean Infra Red Spectroscopy) NMR (Nuclear Magnetic Resonance
Masa molowa dekstranu HMW dekstran >1000 kda MMW dekstran 100-1000 kda LMW dekstran 45-100 kda
Metody oznaczania dekstranu Enzymatyczne Immunologiczne Mgiełki alkoholowej HMW dekstran HMW dekstran HMW dekstran MMW dekstran - MMW dekstran LMW dekstran - - Pektyny, Lewan, oligosacharydy, inne Skomplikowana Droga i nieprecyzyjna Nie specyficzna
MANNITOL Mannitol jest naturalnie występującym w przyrodzie sześciowęglowym alkoholem cukrowym. Mannitol produkowany jest przez bakterie, grzyby, drożdże, glony, porosty i wiele innych roślin, jednak jego najlepszym producentem są heterofermentatywne bakterie mlekowe (LAB)
Zawartość dekstranu, mannitolu i kw. mlekowego i octowego, mg/l soku log N, jtk/ml Kinetyki przyrostu metabolitów oznaczanych w próbach soku surowego poddanego fermentacji spontanicznej w temp. 30 C 10000 9000 8000 Leuconostoc sp. mannitol 10 9 8 7000 7 6000 5000 4000 3000 2000 1000 0 0 10 20 30 40 50 60 70 Czas fermentacji, h kw. mlekowy dekstran kw. octowy 6 5 4 3 2 1 0
Dekstran, mg/kg Korelacja między zawartością mannitolu a dekstranu 4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 0-500 C Dekstranu = 0.354C Mannitolu + 68.294 R² = 0.9964 0 2000 4000 6000 8000 10000 Mannitol, mg/kg Poniżej 95% przedziału ufnosci Powyżej 95% przedziału ufnosci
Produkcja manitolu Leuconostoc Lactobacillus mannitol
Mannitol podczas przerobu buraków Mannitol jest lepszym wskaźnikiem zepsucia się buraków niż dekstran czy kwas mlekowy. Mannitol może być stosowany jako wskaźnik aktywności mikrobiologicznej podczas ekstrakcji.
350 300 250 Zawartość mannitolu i dekstranu w różnych sokach surowych dekstran mannitol 200 150 100 50 0 A B C
Oznaczanie mannitolu Metoda enzymatyczna Method GS8-12 (2009) Determination of Mannitol in Beet Juices, Thin Juices and Syrups by an Enzymatic Method Metoda chromatograficzne (HPAEC-PAD) Method GS8-26 (2011) Determination of mannitol in beet brei by HPAEC method
Przeciwdziałanie skutkom obecności dekstranu
Przeciwdziałanie niekorzystnym skutkom obecności dekstranu Zapobieganie syntezie dekstrany (prawidłowe składowanie buraków, likwidacja zakażeń w ekstraktorze) Wspomaganie procesu filtracji po drugiej saturacji (odpowiednie prowadzenie procesu oczyszczania) Usuwanie dekstranu (stosowanie dekstranazy)
Dekstranaza (α-1,6-d-glukano-6-glukanohydrolazy; EC 3.2.1.11) Dekstranaza hydrolizuje wiązania 1,6-glikozydowe w losowo wybranych miejscach, a w efekcie działalności enzymu następuje stopniowy spadek średniej masy cząsteczkowej dekstranu
Hydroliza dekstranu
Aktywność dekstranazy Dekstranaza skoncentrowana 25000 58000 DU/ml najczęściej 48000-58000 DU/ml nieskoncentrowana <25000 DU/ml najczęściej <6000 DU/ml
Stabilność dekstranazy Spadek aktywności po 90 dniach (temp. 25 C) skoncentrowana nieskoncentrowana 9% 46% Spadek aktywności po 90 dniach (temp. 4 C) skoncentrowana nieskoncentrowana 0,5% 8%
Dekstranaza skoncetronwana Bardziej stabilna w czasie Wyższa aktywność Należy stosować roztwór rozcieńczony 4-5 krotnie, stabilizowany 24% roztworem sacharozy.
Efektywność stosowania dekstranazy zależy od: ph; Brix Temperatura Czas przetrzymania Zawartości dekstranu Dawki i aktywności enzymu
Optymalne warunki ph i temperatury dla działania enzymów najczęściej stosowanych w przemyśle cukrowniczym dekstranazy syntetyzowane z różnych szczepów grzybów Szczep Optymalne ph Optymalna temperatura Penicillium lilacinum Paecilomyces lilacinum 5.0 6.0 50 60 C Penicilium minioluteum 5.0 50 C Chaetomium gracile Chaetomium erraticum 3.0 7.0 do 85 C
Wpływ temperatury na aktywność dekstranzy 35-55 C
Wpływ stężenia roztworu na aktywność dekstranazy
Dawka i czas stosowania Od 1,4 do 10 mg/kg (2-4 mg/kg) Od 8 do 30 minut. (10 minut)
DU/ml DU/ml Tysiące Tysiące Aktywność dekstranazy w czasie 180 160 140 120 180 160 140 120 100 80 30min 60min 100 80 30min 60min 60 60 40 40 20 20 0 30 C 55 C 65 C 0 ph 4.0 ph 5.5 ph6.2 ph7.0
250 200 DP 1-10 150 100 50 0 1 3 5 10 15 20 30 40 50 60 75 90 105 120 czas hydrolizy, min T 30C; ph 6.2 T 55C; ph 6.2 T 65C; ph 6.2 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0 DP 11-30 1 3 5 10 15 20 30 40 50 60 75 90 105 120 czas hydrolizy, min T 30C; ph 6.2 T 55C; ph 6.2 T 65C; ph 6.2
7 6 5 DP 30-50 4 3 2 1 0 1 3 5 10 15 20 30 40 50 60 75 90 105 120 czas hydrolizy, min T 30C; ph 6.2 T 55C; ph 6.2 T 65C; ph 6.2
Stosowanie dekstranazy Stosowanie dekstarnazy powinno być ustalone indywidualnie dla każdego zakładu i aktywności posiadanej dekstranazy uwzględniając warunki stosowania w danej cukrowni. Optymalizacja dawki powinna uwzględniać zawartość dekstranu w soku i aktywność posiadanej dekstranazy
Przerób buraków zdegradowanych Degradacja buraków to nie tylko problemy związane z pojawieniem się dekstranu Spadek czystości/jakości soku surowego Podatność na infekcje bakteryjne Wzrost zawartości pektyn, kwasów organicznych, inwertu
DZIĘKUJĘ ZA UWAGĘ