Ενζυμικός αποπολυμερισμός αμυλούχων υλικών προς αξιοποιήσιμα ολιγομερή και μονομερή σε διάφορα υδατικά συστήματα
Authors: Καρακατσάνης Αθανάσιος 
Published: August 2021

Η παρούσα διατριβή έχει ως αντικείμενο τον Ενζυμικό αποπολυμερισμό αμυλούχων υλικών προς αξιοποιήσιμα ολιγομερή και μονομερή σε διάφορα υδατικά συστήματα. Χρησιμοποιήθηκαν διάφορα αμυλολυτικά ένζυμα, μελετήθηκε η αντίδραση υδρόλυσης διαφόρων αμυλούχων υποστρωμάτων, ταυτοποιήθηκαν τα προϊόντα της υδρόλυσης και προσδιορίστηκαν οι αποδόσεις στα διάφορα προϊόντα. Οι αντιδράσεις διεξήχθησαν τόσο σε υδατικό όσο και σε σύστημα δύο φάσεων. Έγινε έλεγχος ακατέργαστων αμυλούχων υλικών και έρευνα προς την κατάστρωση οικονομικότερων διεργασιών υδρόλυσης αμύλου σε πιλοτική κλίμακα. Στην πρώτη σειρά πειραμάτων μελετήθηκαν οι παράμετροι που επηρεάζουν την αντίδραση υδρόλυσης του αμύλου όπως η χρήση ακατέργαστων αμυλούχων υλικών, η χρήση διαφόρων ενζύμων και οι συνθήκες της αντίδρασης. Οι αντιδράσεις μελετήθηκαν τόσο σε υδατικά συστήματα όσο και σε συστήματα δύο φάσεων. Προσδιορίστηκαν οι αποδόσεις κάθε συνδυασμού καθώς και τα προϊόντα της εκάστοτε αντίδρασης. Στη δεύτερη σειρά πειραμάτων καταστρώθηκαν εναλλακτικές μέθοδοι ενζυμικής υδρόλυσης αμύλου σε διφασικά και μονοφασικά υδατικά συστήματα με σκοπό την αντικατάσταση της δεξτράνης και την καλύτερη αξιοποίηση των αμυλολυτικών ενζύμων. Εξετάστηκαν συστήματα πολυαιθυλενογλυκόλης/ζελατινοποιημένου αμύλου, πολυαιθυλενογλυκόλης/αμύλου και συγκρίθηκαν με αντίστοιχα συστήματα πολυαιθυλενογλυκόλης/δεξτράνης καθώς και με υδατικό διάλυμα αμύλου. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι για την παραγωγή γλυκόζης από την υδρόλυση του αμύλου, η χρήση καλαμποκιού υγρής άλεσης δίνει τα καλύτερα αποτελέσματα. 10% (w/v) συγκέντρωση αμύλου παρέχει ικανοποιητικό διαχωρισμό φάσεων και παραγωγή σακχάρων. Στην περίπτωση της χρήσης ζελατινοποιημένου αμύλου η συγκέντρωση του υποστρώματος περιορίζεται σε 5% (w/v). Τα ένζυμα που επιλέχθηκαν είναι α-αμυλάση από B. licheniformis (συγκέντρωση 5.6 U/ml) και γλυκοαμυλάση από A. niger (συγκέντρωση 2.8 U/ml). Ο συνδυασμός τους αποδείχθηκε ο καλύτερος από πλευράς σταθερότητας και αποδόσεως ενώ η ταυτόχρονη χρήση των ενζύμων αυξάνει σημαντικά την απόδοση της αντίδρασης υδρόλυσης, σε σχέση με αυτή για μεμονωμένα ένζυμα, λόγω της συνεργιστικής τους δράσης. Όσον αφορά τη χρήση των παραπάνω δεδομένων σε εναλλακτικές μεθόδους ενζυμικής υδρόλυσης αμύλου, από τα συστήματα που μελετήσαμε καταλήξαμε σε δύο συστήματα. Α) Σύστημα πολυαιθυλενογλυκόλης/ζελατινοποιημένου αμύλου με 7.5% (w/v) πολυαιθυλενογλυκόλη μοριακού βάρους 10,000 και 5% (w/v) ζελατινοποιημένο άμυλο και Β) σύστημα πολυαιθυλενογλυκόλης/αμύλου με 5% (w/v) πολυαιθυλενογλυκόλη μοριακού βάρους 10,000 και 10% (w/v) άμυλο. Και τα δύο συστήματα ήταν σταθερά στην ημισυνεχή υδρόλυση αμύλου. Το σύστημα πολυαιθυλενογλυκόλης/αμύλου όμως παρουσιάζει καλύτερα χαρακτηριστικά καθώς εμφανίζει περισσότερη και πιο σταθερή φάση πολυαιθυλενογλυκόλης, ενώ στο σύστημα πολυαιθυλενογλυκόλης/ζελατινοποιημένου αμύλου η φάση πολυαιθυλενογλυκόλης σταδιακά μειώνεται. Επίσης, η παραγωγή γλυκόζης στο σύστημα πολυαιθυλενογλυκόλης/αμύλου είναι μεγαλύτερη και η απόδοση του συστήματος πιο σταθερή. Δεδομένου ότι το σύστημα πολυαιθυλενογλυκόλης/ζελατινοποιημένου αμύλου απαιτεί ζελατινοποίηση του αμύλου, που συνεπάγεται κατανάλωση ενέργειας, το σύστημα πολυαιθυλενογλυκόλης/αμύλου γίνεται ακόμη πιο ελκυστικό. Τα συστήματα αυτά επιτρέπουν την ημισυνεχή υδρόλυση αμύλου και σε συνδυασμό με μεμβράνη υπερδιήθησης παρέχουν τη δυνατότητα ανακύκλωσης ενζύμων και πολυμερών ξεπερνώντας τα μειονεκτήματα της συμβατικής μεθόδου.