The enzymatic hydrolysis of the proteins in the membrane reactor

Abstract

Tässä työssä pyrittiin tuottamaan membraanireaktorilla heraproteiineista heraproteiinihydrolysaattia, jonka hydrolyysiasteen pitäisi olla yli 45 % ja beta-laktoglobuliinijäämän pitoisuuden kuiva-aineessa alle 0,05 µgg[-1]. Myös tuotteen kitkeryyttä piti välttää. Tällaista hydrolysaattia voitaisiin käyttää lehmänmaitoproteiiniallergiasta kärsivien lasten äidinmaitokorvikkeissa.

Membraanireaktorikokeet tehtiin kahdessa vaiheessa. Ne aloitettiin panoshydrolyysinä, jonka jälkeen siirryttiin jatkuvatoimiseen vaiheeseen (membraanireaktorivaihe). Membraanireaktorikokeilla tutkittiin lämpötilan, kierrätysnopeuden, sekundäärikalvon, panoshydrolyysivaiheen pituuden, substraatin, membraanin ja käytettyjen entsyymien vaikutusta tuotteeseen sekä prosessin stabiilisuuteen. Reaktoritilavuus oli kokeiden alussa 1 dm[3]. Membraanireaktorin ultrasuodatusyksikkönä käytettiin Mini-Lab 10 -laitteistoa, jonka kalvopinta-ala on 0,0336 m[3]. Permeaattivuo ja syöttövuo (0,2 dm[3]h[-1]) pidettiin samana kokeiden ajan säätämällä painetta ultrasuodatusyksikössä. Lisäksi tutkittiin membraanireaktorin mikrobiologista stabiilisuutta ja mahdollisuutta käyttää vetyperoksidia mikrobien kasvua estävänä aineena.

Toimivimmaksi osoittautui ratkaisu, jossa hydrolyysilämpötila oli 50 °C, ja kierrätysnopeus ultrasuodatusyksikössä n. 0,07 dm[3]s[-1]. Sopivaksi panoshydrolyysivaiheen kestoksi osoittautui 1 h. Toimivaksi entsyymikombinaatioksi todettiin pankreatiinin (E/S = 0,04), Flavourzymen (E/S = 0,02) ja Alcalase 0.6L:n (E/S = 0,06) yhtäaikainen käyttö. Membraanina käytettiin tällöin polyeetterisulfonikalvoa, jonka cut-off-arvo oli 5000 Da. Tärkeäksi osoittautui sekundäärikalvon luominen kalvolle ennen membraanireaktorivaiheen aloitusta. Kokeissa mikrobien kasvun todettiin olevan voimakasta membraanireaktorissa ja vetyperoksidin olevan soveltumatonta niiden kasvun estoon.

Tutkimusten perusteella osoittautui teknisesti mahdolliseksi tuottaa allergeenisyydeltään alhaista heraproteiinihydrolysaattia membraanireaktorilla. Heraproteiinihydrolysaatti täytti WHO/FAO:n asettamat vaatimukset välttämättömien aminohappojen suhteen, beta-laktoglobuliinipitoisuus oli kuiva-aineessa alle 0,03 ,µgg[-1] ja kaikki peptidit olivat kooltaan alle 3600 Da.