Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD)
Other Title (Parallel Title in Other Language of ETD)
การปรับสภาพด้วยเอนไซม์ของน้ำมันรำข้าวก่อนการกู้คืนสารแกมมาออริซานอล
Year (A.D.)
2022
Document Type
Thesis
First Advisor
Artiwan Shotipruk
Second Advisor
Chonlatep Usaku
Faculty/College
Faculty of Engineering (คณะวิศวกรรมศาสตร์)
Department (if any)
Department of Chemical Engineering (ภาควิชาวิศวกรรมเคมี)
Degree Name
Doctor of Engineering
Degree Level
Doctoral Degree
Degree Discipline
Chemical Engineering
DOI
10.58837/CHULA.THE.2022.49
Abstract
This study aims to apply enzymatic reactions for pretreating the major byproduct of rice bran oil (RBO) industry, rice bran acid oil (RBAO) before γ-oryzanol recovery. RBAO contains free fatty acids (FFAs), glycerides, and is rich in the super-antioxidant, γ-oryzanol. As a primary step to recover γ-oryzanol from RBAO, glycerides must be removed because of having similar polarity with γ-oryzanol. This study is conducted in two parts, hydrolysis and esterification/transesterification. In the first part, enzymatic hydrolysis. The study evaluates the performance of operating conditions using one factor at a time (OFAT) on the reaction time, temperature, lipase loading, water:RBAO ratio, and speed where glycerides removal and γ-oryzanol loss are measured as responses. From these, Face-centered central composite rotatable design (FCCD) was used to investigate the effects of three independent variables: time, temperature, and water:RBAO ratio, and their interactions on the responses: glyceride removal, γ-oryzanol loss, and FFAs production, and to determine the statistical models describing their relationships. In addition, by applying the desirability function approach, the optimal location was identified, corresponding to maximal glyceride removal with an imposed upper limit of 35% γ-oryzanol loss. Lastly, the last section is the confirmation of the validity of the model and at an established optimal condition of 22 h, 48.5 °C and 1:1 water:RBAO ratio, confirmed the validity of the models: glyceride removal approached completion (99%), γ-oryzanol loss was as low as 32%, and the FFAs production was 73–75%. Then the second part is enzymatic esterification/transesterification. First is to evaluate the performance of operating conditions using OFAT of ethanol to RBAO molar ratio, temperature, time of reaction, lipase loading, and speed on the glycerides removal, Fatty acid ethyl ester (FAEE/biodiesel), γ-oryzanol loss, and FFAs remaining. Two optimal conditions at 40°C, 3:1 and 5:1 mol ratio of ethanol to RBAO,10% of lipase loading,200 rpm, and 18 and 24 h reaction time, respectively with >98% glyceride removal. Then, the extraction of γ-oryzanol from FAEE using aqueous ethanolic NaOH is conducted and resultant that around 90% of γ-oryzanol can be extracted at 2M. As a primary step to recover γ-oryzanol from RBAO, glycerides must be removed by conversion into more easily separable components such as FFAs or FAEE. The results of this study demonstrated that enzymatic hydrolysis and esterification/transesterification are promising methods for glyceride removal prior to recovery of γ-oryzanol from RBAO and that the statistical models gave accurate predictions of responses and would be useful for further industrial design of the process also is environmentally friendly biocatalysts. Further modifications in the process may be needed to reduce the content of glycerides. Moreover, the losses of γ-oryzanol from these two methods are much better than the conventional method and are interesting to explore further.
Other Abstract (Other language abstract of ETD)
งานวิจัยนี้มีวัตถุประสงค์ในการใช้ปฏิกิริยาของเอนไซม์ในการปรับสภาพน้ำมันกรดรำข้าวซึ่งเป็นผลิตภัณฑ์ผลพลอยได้ที่สำคัญทางอุตสาหกรรมก่อนทำการกู้คืนสารแกมมาออริซานอล ซึ่งในน้ำมันกรดรำข้าวนี้ประกอบไปด้วยกรดไขมันอิสระ กลีเซอไรด์ และสารต้านอนุมูลอิสระออริซานอล โดยในการวิจัยจะแบ่งออกเป็นสองขั้นตอน ได้แก่ การย่อยด้วยเอนไซม์ และเอสเทอริฟิเคชัน/ทรานส์เอสเทอริฟิเคชัน ในขั้นตอนแรกจะใช้การย่อยด้วยเอนไซม์เพื่อกำจัดกลีเซอไรด์เนื่องจากเป็นสารที่มีขั้วใกล้เคียงกับแกมมาออริซานอล โดยจะเริ่มต้นจากการประเมินสภาวะเบื้องต้นของการปฏิกิริยาโดยวิธีการทดลองทีละปัจจัย ซึ่งมีปัจจัยที่ศึกษาได้แก่ ระยะเวลาในการทำปฏิกิริยา อุณหภูมิ ปริมาณเอนไซม์ไลเปส อัตราส่วนของน้ำและน้ำมันกรดรำข้าว รวมไปถึงความเร็วในการปั่นกวน ที่ส่งผลต่อความสามารถในการกำจัดกลีเซอไรด์และปริมาณแกมมาออริซานอลที่สูญเสียไป จากผลเบื้องต้นดังกล่าวนำไปสู่การศึกษาเพิ่มเติมถึงความเชื่อมโยงของปัจจัยด้านระยะเวลา อุณหภูมิและอัตราส่วนของน้ำและน้ำมันกรดรำข้าวที่ส่งผลต่อตัวแปรตอบสนองคือความสามารถในการกำจัดกลีเซอไรด์ ปริมาณแกมมาออริซานอลที่สูญเสียไปและปริมาณของกรดไขมันอิสระที่สร้างขึ้น โดยใช้การออกแบบการทดลองแบบส่ วนประสมกลางและอาศัยแบบจำลองทางสถิติที่สามารถอธิบายความสัมพันธ์ของปัจจัยดังกล่าว ซึ่งจะทำให้สามารถระบุตำแหน่งที่เหมาะสมที่สุดของการทดลอง ซึ่งสอดคล้องกับการกำจัดกลีเซอไรด์สูงสุดด้วยขีดจำกัดบนที่กำหนดไว้ที่การสูญเสียออริซานอล 35% พบว่าสภาวะที่เหมาะสมจากแบบจำลองที่ระยะเวลา 22 ชั่วโมง อุณหภูมิ 48.5 °C และอัตราส่วนน้ำต่อน้ำมันกรดรำข้าว 1:1 โดยสภาวะนี้จะถูกนำมายืนยันความถูกต้องของแบบจำลองที่พบว่าสามารถกำจัดกลีเซอไรด์ได้เกือบสมบูรณ์ (99%) มีปริมาณการสูญเสียออริซานอลที่ต่ำเพียง 32% และมีปริมาณกรดไขมันอิสระที่สร้างขึ้น 73-75% ในส่วนที่สองจะเริ่มต้นด้วยการประเมินสมรรถนะของปัจจัยต่าง ๆ ของสภาวะการทำงานด้วยวิธีการทดลองทีละปัจจัย ได้แก่ อัตราส่วนโมลของเอทานอลต่อน้ำมันกรดรำข้าว กรดไขมันเอทิลเอสเทอร์ อุณหภูมิ ระยะเวลาของปฏิกิริยา ปริมาณเอนไซม์ และความเร็วในการปั่นกวน ที่ส่งผลปริมาณการสูญเสียออริซานอลและปริมาณกรดไขมันอิสระที่เหลืออยู่ จากการทดลองพบว่าสองสภาวะการทดลองที่เหมาะสมที่อุณหภูมิ 40°C อัตราส่วนโมลของเอทานอลต่อน้ำมันกรดรำข้าว 3:1 และ 5:1 ปริมาณเอนไซม์ไลเปสที่ใช้ 10% ความเร็วรอบ 200 รอบต่อนาที และเวลาทำปฏิกิริยา 18 และ 24 ชั่วโมง ที่สามารถการกำจัดกลีเซอไรด์ได้มากกว่า 98% จากนั้นปริมาณแกมมาออริซานอละถูกสกัดออกจากกรดไขมันเอทิลเอสเทอร์โดยใช้ตัวทำละลายเอทานอลในน้ำที่มีโซเดียมไฮดรอกไซด์ที่ความเข้มข้น 2 โมลาร์ โดยพบว่าสามารถสกัดแกมมาออริซานอลได้ประมาณ 90% จากที่กล่าวไว้ว่าในส่วนแรกว่าเป็นขั้นตอนของการกำจัดกลีเซอไรด์ออกจากน้ำมันกรดรำข้าวเพื่อสกัดออริซานอล โดยกลีเซอไรด์ที่ถูกกำจัดออกจะถูกเปลี่ยนเป็นสารที่แยกได้ง่ายขึ้นเช่น กรดไขมันอิสระหรือกรดไขมันเอทิลเอสเทอร์ ซึ่งผลการศึกษานี้แสดงให้เห็นว่าการไฮโดรไลซิสด้วยเอนไซม์และเอสเทอริฟิเคชัน/ทรานส์เอสเทอริฟิเคชันเป็นวิธีที่มีแนวโน้มในการกำจัดกลีเซอไรด์ก่อนที่จะนำกลับแกมมาออริซานอจากน้ำมันกรดรำข้าว และแบบจำลองทางสถิติให้การคาดการณ์การตอบสนองที่แม่นยำ และจะเป็นประโยชน์สำหรับการ เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาชีวภาพสำหรับการออกแบบกระบวนการในเชิงอุตสาหกรรมที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้ออม นอกจากนี้อาจจำเป็นต้องปรับเปลี่ยนกระบวนการเพิ่มเติมเพื่อลดปริมาณกลีเซอไรด์ ให้มากขึ้น การสูญเสีย แกมมาออริซานอลจากทั้งสองวิธียังดีกว่าวิธีเดิมมากและน่าสนใจที่จะศึกษาต่อไป
Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-No Derivative Works 4.0 International License.
Recommended Citation
Yahya, Asdarina Binti, "Enzymatic pretreatment of rice bran acid oil before γ-oryzanol recovery" (2022). Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD). 5760.
https://digital.car.chula.ac.th/chulaetd/5760