Sakkaroosin hydrolyysi immobilisoidulla entsyymillä

Abstract

Työssä tutkittiin sakkaroosin hydrolyysiä anioninvaihtohartseihin immobilisoidun entsyymin avulla tavoitteena löytää sellainen kantaja-entsyymi -yhdistelmä, jolla konversio halutuiksi lopputuotteiksi olisi mahdollisimman korkea. Työhön valittiin aikaisemmissa laboratoriokokeissa parhaita tuloksia saavuttaneet kantaja-entsyymi -parit. Entsyymeinä oli kaksi nestemäistä Saccharomyces cerevisiae -hiivasta eristettyjä entsyymivalmistetta. Kokeissa käytetyt kantajamateriaalit olivat erilaisia heikkoja anioninvaihtohartseja. Entsyymit immobilisoitiin kantajaan sekoitusreaktorissa ja niiden aktiivisuudet määritettiin sitomisen jälkeen. Hydrolyysikokeet tehtiin jatkuvatoimisessa kiintopetireaktorissa ja lisäksi panos-kokeina tutkittiin ominaisuuksiltaan erilaisten kantajien eroja hydrolyysissä. Reaktio-olosuhteet pidettiin kaikissa kokeissa samoina. Sakkaroosiliuoksen pitoisuus oli 50 p-%, reaktiolämpötila 50 oC ja pH 5. Kiintopetikolonnissa tutkittiin myös sakkaroosi-liuoksen viipymäajan vaikutusta sivutuotteiden syntyyn. Näytteet analysoitiin neste-kromatografilla. Kiintopetikolonnissa lyhimmän viipymäajan (15 min) kokeissa ainoastaan hitaimmilla kantaja-entsyymi -pareilla muodostui sivutuotteita, jotka hydrolyysireaktion edetessä kuitenkin hävisivät. Kun viipymäaikaa kasvatettiin sivutuotteiden synty väheni ja lopulta niitä ei havaittu syntyvän lainkaan. Hydrolyysin edetessä viipymäajan ollessa tarpeeksi pitkä pienet sivutuotekomponentit hävisivät sakkaroosin hajotessa kokonaan glukoosiksi ja fruktoosiksi. Verrattaessa partikkelikoon ja hartsimatriisin vaikutusta samaan entsyymiin sidottuna havaittiin, että niillä kummallakin on vaikutusta sekä sakkaroosin hydrolyysi-nopeuteen että sivutuotteiden muodostumiseen.

The work concerns the study of enzymatic hydrolysis of saccharose by invertase immobilized on various anion exchange resins. The aim of the work was to find a resin-enzyme combination, which gives the conversion of the hydrolysis of saccharose to the desired end products as high as possible. The resin-enzyme combinations for this work were chosen based on a previous study. The invertases were commercial preparations from Saccharomyces cerevisiae -yeast. All carriers used were weak anion exchange resins. Enzymes were immobilized in a stirred batch reactor and the invertase activity was determined as solutions after immobilization. The experiments were mostly carried out in a continuous fixed bed reactor. The differences between supports were investigated in a batch reactor. The reaction conditions were same in all experiments. The saccharose concentration was 50 w-%, temperature 50 oC and pH 5. The effect of residence time of saccharose solution in a fixed bed column was also studied. The samples were analyzed by liquid chromatography. In the fixed bed reactor experiments (residence time 15 minutes) by-products were formed only with carrier-enzyme pairs with the slowest rate of hydrolysis. By-products converted during hydrolysis reaction decreased also with these carrier- enzyme combinations, when the residence time increased. Small amounts of by-products formed during hydrolysis of saccharose were completely converted into glucose and fructose before the completion of the reaction. When comparing different supports with the same invertase immobilized, it was observed that particle size of resin and matrix have effects in the rate of hydrolysis as well as in the amount of by-products.