CC BY
44
ОПТИМИЗАЦИЯ ФЕРМЕНТАТИВНОГО ПРОЦЕССА ГИДРОЛИЗА ИНУЛИНА
ИЗ ТОПИНАМБУРА
Вагабов М.В., Мангуева З.М., Мурзаева П.Д.
Топинамбур (Helianthus Tuberosus) является не только продуктом, который используется в пищевой промышленности, т.к. содержит много питательных компонентов, но и ценным материалом для получения различных фруктозных сиропов, которые перерабатываются в сахарозаменители или используются, при последующем брожении, для получения этанола [1,2].
Фруктоза получается путем гидролиза, содержащегося в топинамбуре инулина под действием кислот или ферментов, кинетика процесса приводится в работе [3,4].
Цель данной работы - выявить корреляционные зависимости между факторами, которые оказывают наибольшее влияние на процесс гидролиза инулина, содержащегося в топинамбуре и показателями, которые характеризуют данный процесс. Затем исследовать и определить область оптимальных значений для выбранных факторов, которые максимизируют гидролиз.
Таблица 1.
_Матрица проведения эксперимента._
N X1, X2, X3, Y,
п/п Темп-ра, рН, Доз. Преп., Ст. гидролиза,
°С Ед.г СГ(%)
1 45 4 1 4,84
2 45 4 3 5,16
3 45 6 1 5,69
4 45 6 3 6,01
5 60 4 1 4,84
6 60 4 3 5,16
7 60 6 1 5,69
8 60 6 3 6,01
9 64,5 5 2 4,85
10 40,5 5 2 5,91
11 52,5 6,6 2 5,43
12 52,5 3,4 2 4,57
13 52,5 5 3,6 6,54
14 52,5 5 0,4 6,02
15 52,5 5 2 6,26
16 52,5 5 2 6,58
17 52,5 5 2 6,21
18 52,5 5 2 6,27
19 52,5 5 2 6,43
20 52,5 5 2 6,33
В качестве факторов были выбраны: температура Х1, рН среды Х2 и дозировка фермента БгиС^уте. В качестве показателя была выбрана степень гидролиза инулина У.
На основании предварительных экспериментальных данных по изучению процесса, были выбраны следующие интервалы варьирования параметров: для температуры: 45-60°С, рН среды: 4-6, дозировка БгиСтуте: 1-3 ед.г. Уравнение
регрессии искали в виде полинома третьей степени, с учетом эффектов парного взаимодействия:
Y = b0 + bixi + b2x2 + bi2xix2 +1>! ix12 + b22x22 + b3x3 + b13xlx3 + bl 1 lx13 + b222x23
При планировании эксперимента был использован ротатабельный план второго порядка Бокса-Хантера, так как ортогональные планы не обладают свойством ротатабельности, т.е. коэффициенты полинома определяются с разной степенью точности [5]. При использовании ротатабельных планов второго порядка отпадает необходимость в постановке дополнительных параллельных опытов для оценки дисперсии воспроизводимости. Матрица планирования эксперимента представлена в таблице 1.
Значимость коэффициентов bo,buj,bj,bjj проверяли по критерию Стьюдента. Адекватность полученных уравнений эксперименту проверяли по критерию Фишера.
В результате статистической обработки экспериментальных данных, отсева незначимых коэффициентов и проверки адекватности, получено следующее уравнение регрессии:
Y = 27 -13.8Х1 " 3.95X2 + О.64Х3 + 0.29Х§ " 2.0Х§ " 0.0025^ -0.20Х| (1)
Рис. 1. Степень гидролиза ( % ) в зависимости от двух факторов: температуры и рН среды
Рис. 2. Степень гидролиза ( % ) в зависимости от двух факторов: температуры и дозировки БгиС^уше
Вестник ДГТУ. Технические науки. №12, 2007 А-
Рис. 3. Степень гидролиза ( % ) в зависимости от двух факторов: pH среды и дозировки Fructozyme
Степень гидролиза
Как видно из уравнения (1), степень гидролиза возрастает с увеличением температуры и рН среды - зависимость нелинейная, в случае дозировки фермента зависимость линейная. Максимумы парабол приходятся на исследуемую область.
Оптимизация параметров
Для заданного значения дозировки равного 2ед.г проведена оптимизация уравнения (1). При повышении температуры гидролиз увеличивается, но до температуры 55,2°С, выше которой начинает уменьшаться, это связано с использованием фермента, так как гидролиз без фермента, под действием кислот проводят при высокой температуре до 100°С.
Таким образом, наиболее оптимальными значениями проведения процесса гидролиза инулина под действием фермента Fructozyme, при дозе 2ед.г оказались равными: для температуры55,2°С, рН среды 5,48.
Библиографический список:
1. Л.Д. Бобровник, Г.А. Лезенко Углеводы в пищевой промышленности Киев: Урожай,1991
2. PR. Patnaik.// Biotechnology Advances, 18 (2000), 4 , 267-288
3. Л.Д. Бобровник, Г.А. Зинченко Н.Ю. Герасименко А.П. Кинетика Гидролиза инулина. Сахарная промышленность 1984, №9
4. Pekic B., Slavica B., Lepojevic Z., Petrovic S.M., 1985. Effect of pH on the hydrolysis of Jerusalem artichoke inulin. Food Chem. 17, 169-173.
5. Szambelan K., Nowak J., Chrapkowska J.K., 2004. Comparison of bacterial and yeast ethanol fermentation yield from Jerusalem artichoke (Helianthus tuberosus L.) tubers pulp and juices. Acta Sci. Pol., Technol. Aliment. 3, 1, 45-53.
6. Ахназарова С.Л., Кафаров В.В.//Методы оптимизации эксперимента в химической технологии. -М.:Высшая школа.,1985.,327С
