Απομόνωση πολυσακχαριτών από καφέ μακροφύκη

Abstract

Η παρούσα διπλωματική εργασία είχε ως στόχο (α) την βιβλιογραφική παρουσίαση των μακροφυκών και (β) τον προσδιορισμό των συστατικών των μακροφυκών Laminaria digitata και Saccharina (laminaria) longicruris καθώς και τη μελέτη των συνθηκών εκχύλισης της λαμιναρίνης. Τα μακροφύκη χρησιμοποιούνται συνήθως για την παραγωγή τροφίμων και την εξαγωγή υδροκολλοειδών. Ωστόσο, τα τελευταία χρόνια παρουσιάζουν μεγάλο ερευνητικό ενδιαφέρον ως πρώτες ύλες παραγωγής βιοκαυσίμων και ιδίως για τη βιομετατροπή τους σε αιθανόλη, καθώς η λαμιναρίνη που περιέχουν είναι ένας πολυσακχαρίτης με δομική μονάδα τη γλυκόζη. Αρχικά προσδιορίστηκε η περιεκτικότητα των δύο καφέ μακροφυκών Laminaria digitata και Saccharina (laminaria) longicruris σε υγρασία, λιπαρά, πρωτεΐνες και τέφρα χρησιμοποιώντας πρότυπες μεθόδους ενώ για τον προσδιορισμό της περιεκτικότητας των πολυσακχαριτών τους ακολουθήθηκε συγκεκριμένo πειραματικό πρωτόκολλο. Η υψηλότερη περιεκτικότητα σε λαμιναρίνη της τάξης του 4.14% (β/β, ξηρή βάση), που αποτελεί βασική προϋπόθεση για την παραγωγή αιθανόλης, παρατηρήθηκε στο μακροφύκος Saccharina longicruris (προερχόμενο από καλλιέργεια στον ωκεανό) το οποίο εκπλύθηκε πριν την έναρξη των πειραμάτων. Στη συνέχεια μελετήθηκε η επίδραση της συγκέντρωσης του στερεού (φύκους), του χρόνου και της θερμοκρασίας στην εκχύλιση της λαμιναρίνης από τα μακροφύκη με νερό pH=2, η τιμή του οποίου ρυθμίστηκε με διάλυμα 2Μ HCl. Ειδικότερα μελετήθηκαν οι αναλογίες στερεού/υγρής φάσης: 1 % β/ο, 3 % β/ο, 5 % β/ο, 7 % β/ο, οι θερμοκρασίες: 35 οC, 45 οC, 55 οC, 65 οC, 75 οC και τέλος οι χρόνοι εκχύλισης: 0.5 h, 1 h, 2 h, 3 h, 4 h. Προέκυψε ότι η αύξηση της συγκέντρωσης του στερεού οδήγησε σε αύξηση του ποσοστού απομάκρυνσης λαμιναρίνης, η βέλτιστη θερμοκρασία εκχύλισης ήταν οι 65 οC όπου σημειώθηκε η μέγιστη ποσοστιαία απομάκρυνση λαμιναρίνης, ενώ μέγιστη ποσοστιαία απομάκρυνση λαμιναρίνης σημειώθηκε και σε χρόνο εκχύλισης 4 h. Τέλος, ακολούθησε μελέτη της συνδυασμένης επίδρασης του χρόνου και της θερμοκρασίας στην εκχύλιση της λαμιναρίνης από το μακροφύκος S. longicruris με τη βοήθεια Σύνθετου Πειραματικού Σχεδιασμού με Πλαισίωση Αστέρα (Box-Wilson Central Composite Design). Το εύρος τιμών θερμοκρασίας ήταν 55-75 οC και οι χρόνοι εκχύλισης κυμάνθηκαν από 1-3 h. Η απομάκρυνση λαμιναρίνης φαίνεται ότι δεν επηρεάζεται μόνο γραμμικά από τη θερμοκρασία και το χρόνο εκχύλισης και ο συνδυασμός των δύο ανεξάρτητων μεταβλητών είναι τέτοιος που η εξαρτημένη μεταβλητή μεγιστοποιείται όσον αφορά στις αλλαγές στη μία ανεξάρτητη μεταβλητή και ελαχιστοποιείται όσον αφορά στις αλλαγές στην άλλη.

This thesis aimed (a) bibliographic presentation of macroalgae and (b) determining the constituents of macroalgae Laminaria digitata and Saccharina (laminaria) longicruris and the study of extraction conditions of laminarin. Macroalgae commonly are used for food production and export of hydrocolloids. However, in recent years are of great research interest as a raw material to produce biofuels and especially for bioconversion into ethanol, as laminarin-containing polysaccharide is a structural unit of glucose. Initially was determined the content of both brown macroalgae Laminaria digitata and Saccharina (laminaria) longicruris in moisture, fat, protein and ash by using standard methods and the content of the polysaccharides was determined by using specific experimental protocol. The highest content of laminarin (4.14% w / w, dry basis) was observed in macroalgae Saccharina longicruris (derived from culture in the ocean), which was eluted before the start of experiments. Then, the influence of the concentration of the solid (algae) of time and temperature on the extraction of laminarin from macroalgae studied. The concentrations 1% w / v, 3% w / v, 5% w / v, 7% w / v, temperatures: 35 ° C, 45 ° C, 55 ° C, 65 ° C, 75 ° C and finally the extraction times: 0.5 h, 1 h, 2 h, 3 h, 4 h was studied. The experiments showed that increasing the concentration of the solid resulted in increasing the rate of removal laminarin, optimum extraction temperature was 65 ° C and time 4h where there was the maximum percentage removal laminarin. Finally, it was studied the combined effect of time and temperature on the extraction of laminarin from algae S. longicruris using Composite Experimental Design with Star Accompaniment (Box-Wilson Central Composite Design). The temperature range was 55-75 ° C and extraction times ranged from 1-3 h. Removal laminarin seems not only affected linearly by the temperature and the extraction time and the combination of the two independent variables is such that the dependent variable is maximized with regard to the changes in an independent variable and minimized regarding changes in the other.