Enzymatic hydrolysis of sodium starch octenylsuccinate in continuous recycle membrane reactor

Abstract

Preparaty soli sodowej oktenylobursztynianu skrobiowego E 1450 zyskują coraz większe zastosowanie w przemyśle dzięki zdolności emulgowania produktów spożywczych. Najczęściej są stosowane w postaci niskolepkich produktów hydrolizy. Jednak tradycyjny dwuetapowy proces enzymatyczny jest czasochłonny i mało efektywny. Zasadnym wydaje się więc poszukiwanie alternatywnych metod prowadzenia hydrolizy, np. z wykorzystaniem reaktora membranowego. Celem pracy było zbadanie możliwości wykorzystania recyrkulacyjnego reaktora membranowego, z modułem ultrafiltracyjnym, do hydrolizy enzymatycznej soli sodowej oktenylobursztynianu skrobiowego. W badaniach użyto dwóch otrzymanych laboratoryjnie produktów soli sodowej oktenylobursztynianu skrobiowego, zawierającego 0,5 i 2,5% grup oktenylobursztynowych oraz wykorzystywano dwa preparaty enzymatyczne produkowane przez firmę Novozymes, BAN 480 L i FUNGAMYL 800 L. Hydrolizę prowadzono w recyrkulacyjnym reaktorze membranowym z ceramicznym modułem ultrafiltracyjnym. W otrzymanych próbach oznaczano zawartość suchej substancji, stopień scukrzenia (DE), lepkość, badano widmo w podczerwieni otrzymanych substancji, zawartość poszczególnych sacharydów oraz wyznaczono parametry hydrodynamiczne układu. Stwierdzono, że zastosowanie reaktora membranowego umożliwia efektywną hydrolizę soli sodowej oktenylobursztynianu skrobiowego, przy czym użycie preparatu enzymatycznego BAN 480 L pozwala na uzyskanie wyższej wydajności reaktora, w porównaniu z reakcją prowadzoną z preparatem FUNGAMYL 800 L, co przejawia się wyższą zawartością suchej masy we frakcjach permeatów oraz wyższymi wartościami strumienia permeatu. Hydrodynamiczne właściwości układu reaktora membranowego są uwarunkowane przede wszystkim właściwościami reologicznymi frakcji retentatu. Frakcje permeatu i retentatu różnią się zawartością grup oktenylobursztynowych, co spowodowane jest zatrzymywaniem przez zastosowaną membranę ultrafiltracyjną cząsteczek podstawionych grupami modyfikującymi.Sodium starch octenylsuccinate preparations are attracting growing attention of food technologists as potential additives thanks to their emulsifying properties. Technologically, they can be applied as low viscous hydrolysis products. Unfortunately, the traditional two-step enzymatic process is very timeconsuming and inefficient. Thus, it seems reasonable to search for alternative methods of hydrolysis process e.g. using a membrane reactor. The aim of the paper was to study the possibility of the application of a continuous recycle membrane reactor with ultrafiltration module for the sodium starch octenylsuccinates enzymatic hydrolysis. Two laboratory preparations of sodium starch octenylsuccinate containing 0.5% and 2.5% of octenylsuccinate groups respectively, and two enzyme preparations produced by Novozymes, BAN 480 L and FUNGAMYL 800 L were used in the study. The hydrolyses were conducted in the continuous recycle membrane reactor with ceramic ultrafiltration module. Membrane performance and reactor stability, as well as dry matter content, dextrose equivalent (DE), individual saccharides content and viscosity of permeate and retentate fractions were determined. Infrared spectra of the obtained products were also detected. It was found that the application of the membrane reactor enables an efficient hydrolysis of sodium starch octenylsuccinate. The application of enzyme preparation BAN 480 L provides higher efficiency of the reactor, in terms of higher levels of dry matter content in permeate fractions and higher values of permeate flux, in comparison with FUNGAMYL 800 L. Membrane performance and reactor stability are determined primarily by the rheological properties of retentate fractions. Permeate and retentate fractions differ from each other in terms of octenylsuccinate groups content. It is caused by the retention of molecules which contain modifying groups by the ultrafiltration membrane