EINDWERK Geert Marichal

Document Sample
EINDWERK Geert Marichal Powered By Docstoc
					        Karel de Grote-Hogeschool
        Katholieke Hogeschool Antwerpen
        Departement Industriële Wetenschappen en Technologie
        Campus Hoboken




                 Enzymatische hydrolyse van olie
                                                          Door Geert Marichal




Promotor: lic.Christian Gysen, OLEON
Schoolpromotor: ir.Marc Wijnants, campus Hoboken




                                                                     Proefschrift tot het
                                                                     behalen van de graad van
                                                                     Industrieel Ingenieur in de
                                                                     Chemie optie Chemie
                                                                     Hoboken, juni 2004
        Karel de Grote-Hogeschool
        Katholieke Hogeschool Antwerpen
        Departement Industriële Wetenschappen en Technologie
        Campus Hoboken




                 Enzymatische hydrolyse van olie
                                                          Door Geert Marichal




Promotor: lic.Christian Gysen, OLEON
Schoolpromotor: ir.Marc Wijnants, campus Hoboken




                                                                     Proefschrift tot het
                                                                     behalen van de graad van
                                                                     Industrieel Ingenieur in de
                                                                     Chemie optie Chemie
                                                                     Hoboken, juni 2004
                                                                                              I


Voorwoord


Langs deze weg wil ik graag enkele mensen bedanken die mij hielpen dit eindwerk tot stand
te brengen.

Vooreerst wil ik het afdelingshoofd ir.Dirk Packet bedanken omdat ik mijn eindwerkstage bij
OLEON N.V. te Oelegem heb mogen afwerken.

Daarnaast wil ik mijn stagepromoter lic.Christian Gysen en mijn schoolpromoter ir.Marc
Wijnants bedanken voor hun begeleiding. Zij gaven bruikbare suggesties, opmerkingen en
uitleg en verbeterden nauwkeurig mijn tekst.

Vervolgens wil ik Lieven Van Hecke bedanken voor de begeleiding in het labo van mijn
analyses, Filip Bogaerts voor de begeleiding van mijn destillaties, Frank Mol en Hilde Peeters
voor het nemen van stalen en het geven van nuttige tips.

Ook wil ik al de andere medewerkers van OLEON bedanken voor hun spontane hulp en de
sympathiek sfeer.

Dankzij al deze mensen beleefde ik een zeer leerzame, maar ook leuke tijd in Oelegem.

Dan zou ik ook nog het bedrijf Novozymes willen bedanken voor het ter beschikking stellen
van enzymstalen en het geven van nuttige informatie over deze enzymen.

Tot slot wil ik nog een speciaal dankwoordje richten aan mijn familie voor hun steun en
vertrouwen tijdens het ganse verloop van mijn studie.

Mama, Papa, Carl en Wim…de PC en auto zijn terug vrij…
                                                                                              II

Opdrachtsomschrijving

Studie van de enzymatische hydrolyse van tryglyceriden als mogelijk alternatief proces van
het klassiek hoge-druk /hoge-temperatuur hydrolyseproces.


      Het rendement van de hydrolysereactie van triglyceriden bepalen met een lipase als
       biokatalysator.

      Nagaan bij welke reactieparameters men het beste rendement bekomt.

      Recuperatie van de katalysator indien mogelijk.

      Welke katalysator is de beste indien men rekening houdt met de kostprijs, het aantal
       recuperatiecyclussen en het rendement.
                                                                                        III

Samenvatting

In deze thesis wordt nagegaan of triglyceriden gehydrolyseerd kunnen worden bij lage
temperatuur en atmosferische druk als er een lipase gebruikt wordt als biokatalysator.
De hydrolysereactie van olie wordt opgevolgd door het zuurgetal te volgen in functie van de
tijd. Het zuurgetal is een maat voor de concentratie aan vrije vetzuren.
De vetzuren worden na hydrolyse gedestilleerd. De vetzuren die enzymatisch gesplit zijn,
ondergaan minder snel ongewenste reacties dan de vetzuren bekomen via thermische splitting.
In een batch proces wordt na drie dagen een maximale omzetting van triglyceriden van 86 %
bereikt met volgende parameters: 50°C, atmosferische druk, 25 gew% water, 1000LU/g olie,
Lipozyme TL100L. Zonder recyclage van het enzym kan dit proces economisch niet rendabel
worden. Geïmmobiliseerde enzymen filtreren en hergebruiken lukte echter nog niet. De
uitvoering met een vast enzymbed reactor staat nog niet op punt, maar is wel het enige
alternatief om enzymatische hydrolyse te gebruiken als bijkomend proces voor het klassieke
hoge druk - hoge temperatuur hydrolyseproces.
                                                                                                                                        IV

Inhoudstafel


VOORWOORD ........................................................................................................................ I
OPDRACHTSOMSCHRIJVING .......................................................................................... II
SAMENVATTING ................................................................................................................ III
INHOUDSTAFEL ................................................................................................................. IV
LIJST VAN FIGUREN EN TABELLEN........................................................................... VII
LIJST VAN GEBRUIKTE AFKORTINGEN ................................................................. VIII

1      INLEIDING ...................................................................................................................... 1

    1.1       HET BEDRIJF ................................................................................................................ 1
    1.2       SITUERING VAN HET PROJECT ...................................................................................... 2

2      TRIGLYCERIDEN .......................................................................................................... 3

    2.1    DE OPBOUW VAN OLIËN EN VETTEN ............................................................................. 3
      2.1.1 Glycerol .............................................................................................................. 3
      2.1.2 Vetzuren .............................................................................................................. 3
        2.1.2.1 Verzadigde vetzuren ....................................................................................... 4
        2.1.2.2 Onverzadigde vetzuren ................................................................................... 4
        2.1.2.3 Eigenschappen van vetzuren .......................................................................... 5
        2.1.2.4 Naamgeving van verschillende vetzuren ........................................................ 5
    2.2 SAMENSTELLING VAN DE GEBRUIKTE OLIE .................................................................. 6
      2.2.1 Koolzaadolie ....................................................................................................... 6
      2.2.2 Lijnolie ................................................................................................................ 7
      2.2.3 Ricinusolie .......................................................................................................... 8
3      ENZYMEN ........................................................................................................................ 9

    3.1       WAT ZIJN ENZYMEN EN HOE WERKEN ZE? ................................................................... 9
    3.2   OVERZICHT VAN DE ENZYMEN ..................................................................................... 9
      3.2.1 Lipozyme TL 100 L .......................................................................................... 10
      3.2.2 Novozym CALB L ............................................................................................ 10
      3.2.3 Palatase 20000 L ............................................................................................. 10
      3.2.4 Lipozyme TL IM .............................................................................................. 10
      3.2.5 Novozym 435 ................................................................................................... 11
      3.2.6 Lipozyme RM IM ............................................................................................ 11
    3.3 ENZYMACTIVITEIT ..................................................................................................... 12
      3.3.1 KLU ................................................................................................................. 12
      3.3.2 IUN ................................................................................................................. 12
      3.3.3 PLU .................................................................................................................. 13
    3.4 WERKEN MET ENZYMEN .......................................................................................... 14
      3.4.1 Potentiële nadelige effecten voor de gezondheid ............................................. 14
      3.4.2 Preventie van de vrijstelling aan enzymen ....................................................... 14
                                                                                                                                           V
       3.4.3          Eerste hulp ........................................................................................................ 14

4      HYDROLYSE VAN EEN VET OF OLIE ................................................................... 15

    4.1       WERKINGSPRINCIPE VAN EEN THERMISCHE HYDROLYSE ......................................... 15
    4.2       HYDROLYSEREACTIES .............................................................................................. 16
    4.3       NEVENREACTIES ....................................................................................................... 17
    4.4       HYDROLYSE VAN EEN VET OP LABO-SCHAAL............................................................. 18

5      ANALYSETECHNIEKEN ............................................................................................ 19

    5.1   CONTROLE VAN HET VERLOOP VAN DE REACTIE ........................................................ 19
      5.1.1 Het zuurgetal van vetzuren ............................................................................. 19
      5.1.2 Het verzepingsgetal van vetzuren .................................................................... 20
      5.1.3 De hydrolysegraad ........................................................................................... 22
    5.2 BEPALING VAN DE KWALITEIT VAN HET PRODUCT ..................................................... 23
      5.2.1 % alfa-monoglyceriden .................................................................................... 23
      5.2.2 Iatroscan: TLC/FID ......................................................................................... 24
      5.2.3 Het joodgetal van vetzuren .............................................................................. 25
      5.2.4 Het peroxidegetal van vetzuren ....................................................................... 27
6      PARAMETERS VAN KOOLZAADOLIE .................................................................. 28

    6.1   THEORETISCHE BEPALING .......................................................................................... 28
      6.1.1 Het zuurgetal (ZG) ........................................................................................... 28
      6.1.2 Het verzepingsgetal (VG) ................................................................................. 29
    6.2 EXPERIMENTELE BEPALING ....................................................................................... 29
      6.2.1 Joodgetal .......................................................................................................... 29
      6.2.2 -monoglyceriden............................................................................................. 29
      6.2.3 Iatroscan ........................................................................................................... 30
7      EXPERIMENTEN ......................................................................................................... 32

    7.1       TEST-OPSTELLING...................................................................................................... 32
    7.2     INVLOEDEN OP HYDROLYSE VAN OLIE ....................................................................... 37
       7.2.1 Invloed van oxidatie.......................................................................................... 37
       7.2.2 Invloed van de temperatuur .............................................................................. 39
       7.2.3 Invloed van de hoeveelheid water .................................................................... 41
       7.2.4 Invloed van de roersnelheid en ‘magnetic conditioning’ op de emulsievorming
                ........................................................................................................................... 42
       7.2.5 Invloed van het enzym....................................................................................... 46
         7.2.5.1 Vloeibare enzymextracten ............................................................................ 46
         7.2.5.2 Geïmmobiliseerde enzymen ......................................................................... 47
       7.2.6 Invloed van de olie............................................................................................ 49
8      DESTILLEREN .............................................................................................................. 53

    8.1       WAT IS DESTILLEREN? ............................................................................................. 53
                                                                                                                                      VI

    8.2       DE ENKELVOUDIGE DESTILLATIE VAN VETZUREN .................................................... 54
    8.3   DE EXPERIMENTEN .................................................................................................... 55
      8.3.1 Waarom voeren we destillaties uit?.................................................................. 55
      8.3.2 Hoe gaan we praktisch te werk?....................................................................... 55
      8.3.3 Beschrijving van de proeven ............................................................................ 57
      8.3.4 Bedenkingen bij de destillaties ......................................................................... 63
    8.4 AFGELEIDE REDENERINGEN ....................................................................................... 64
      8.4.1 Wat is nu het verschil na destillatie tussen chemisch en enzymatisch splitten?64
      8.4.2 Percentage pitch ............................................................................................... 66
      8.4.3 Invloed van het zuurgetal van de pitch ............................................................. 67
      8.4.4 De fysische toestand van de pitch ..................................................................... 67
      8.4.5 De geur van de vetzuren ................................................................................... 68
      8.4.6 De vorming van di- en triglyceriden................................................................. 68
9      RECYCLAGE VAN ENZYMEN.................................................................................. 69

    9.1       ENZYM FILTREREN EN HERGEBRUIKEN ...................................................................... 69
    9.2    VAST ENZYMBED ..................................................................................................... 71
       9.2.1 Vast enzymbed reactoren voor continue processen .......................................... 71
       9.2.2 Eerste poging .................................................................................................... 71
       9.2.3 Tweede poging .................................................................................................. 74
10        BESLUIT ..................................................................................................................... 75

    10.1          WAT IS HET BESTE ENZYM? ................................................................................... 75
    10.2          WAT ZIJN DE BESTE PARAMETERS? ........................................................................ 77
    10.3          VOORDELEN ENZYMATISCHE HYDROLYSE ............................................................. 77
    10.4          RECYCLAGE VAN ENZYMEN ................................................................................... 78
    10.5          ALGEMEEN BESLUIT .............................................................................................. 78
LITERATUURLIJST ............................................................................................................ 79
BIJLAGEN .............................................................................................................................. 81
                                                                                                                                     VII

Lijst van figuren en tabellen

Figuur 1: De algemene structuurformule van een triglyceride .................................................. 3
Figuur 2: Nummering van de koolstofatomen in een vetzuur ................................................... 5
Figuur 3: interesterificatie ........................................................................................................ 13
Figuur 4: Hydrolysetoren ........................................................................................................ 15
Figuur 5: Parr-reactor ........................................................................................................... 18
Figuur 6: Opstelling .................................................................................................................. 34
Figuur 7: Reactieverloop van de hydrolyse van olie ................................................................ 35
Figuur 8: Invloed van oxidatie op het reactieverloop ............................................................... 37
Figuur 9: Peroxidegetal ifv. reactietijd ..................................................................................... 39
Figuur 10: Activiteit van Lipozym TL100L ifv. De temperatuur ........................................... 39
Figuur 11: Invloed van temperatuur op het reactieverloop ...................................................... 40
Figuur 12: Invloed van de hoeveelheid water op het reactieverloop ........................................ 41
Figuur 13: Magnetische conditioneerder .................................................................................. 42
Figuur 14: Opstelling met circulatie ......................................................................................... 43
Figuur 15: Invloed van de roersnelheid op het reactieverloop ................................................. 44
Figuur 16: Vloeibare enzymextracten ...................................................................................... 47
Figuur 17: Geïmmobiliseerde enzymen ................................................................................... 48
Figuur 18: Invloed van de olie op het reactieverloop ............................................................... 50
Figuur 19: Destillatieopstelling ................................................................................................ 56
Figuur 20: Foto van de destillatieopstelling ............................................................................. 59
Figuur 21: Hergebruik van het enzym ...................................................................................... 70
Figuur 22: Vast enzymbed........................................................................................................ 72
Figuur 23: Snelheid van de enzymen ....................................................................................... 75
Figuur 24: Prijs / kwaliteit van de enzymen ............................................................................. 76


Tabel 1: Meest voorkomende vetzuren ..................................................................................... 6
Tabel 2: Samenstelling van koolzaadolie .................................................................................. 7
Tabel 3: Samenstelling van lijnolie ........................................................................................... 8
Tabel 4: Samenstelling van ricinusolie ...................................................................................... 8
Tabel 5: Invloed van oxidatie op het reactieverloop ................................................................ 38
Tabel 6: Invloed van temperatuur op het reactieverloop .......................................................... 40
Tabel 7: Invloed van de hoeveelheid water op het reactieverloop ........................................... 42
Tabel 8: Invloed van de roersnelheid op het reactieverloop ..................................................... 45
Tabel 9: Vloeibare enzymextracten .......................................................................................... 46
Tabel 10: Geïmmobiliseerde enzymen ..................................................................................... 48
Tabel 11: Invloed van de olie op het reactieverloop ................................................................ 49
Tabel 12: Overzicht na destillatie ............................................................................................. 64
Tabel 13: Splittingspercentage ................................................................................................. 65
Tabel 14: Hergebruik van het enzym ....................................................................................... 70
                                                        VIII

Lijst van gebruikte afkortingen

di       diglyceride
mono     monoglyceride
tri      triglyceride

B        = aantal ml getitreerd bij de blancobepaling
IUN      Interesterification Unit Novozymes
JG       Joodgetal
KLU      Kilo Lipase Unit
LU       Lipase Unit
MM       Moleculaire Massa
N        = normaliteit van de oplossing
P        = afgewogen gewicht
PG       Peroxidegetal
PLU      Propyl Laureaat Unit
T        = aantal ml getitreerd bij het staal
VG       Verzepingsgetal
ZG       Zuurgetal
                                                                                              1


1 Inleiding

1.1 Het bedrijf




OLEON NV, de vroegere oleochemie-afdeling van Atofina/TotalFinaElf, is gespecialiseerd in
het omzetten van natuurlijke vetten en oliën naar een breed gamma oleochemische producten,
zoals vetzuren, glycerines, vetalcoholen en vetesters.

Eind november 2000 werd Fina Oleochemicals overgenomen door een consortium van
investeerders onder de leiding van Ackermans & Van Haaren. In 2001 gaf de Europese
Commissie het groen licht voor de overname van Fina Oleochemicals en de naam werd
veranderd in OLEON.

De firma heeft twee productievestigingen in België (in Ertvelde bij Gent en in Oelegem bij
Antwerpen) en één in Noorwegen (Sandefjord). Het hoofdkantoor van OLEON is gevestigd in
Ertvelde (België). Door de gunstige ligging van de fabrieken beschikt OLEON over diverse
transportmogelijkheden over zee en over land. OLEON koopt grondstoffen over de hele
wereld en de eindproducten worden naar meer dan 100 landen geëxporteerd.

Dankzij weldoordachte investeringen, voornamelijk gebaseerd op een zelfontwikkelde
technologie, groeiden de fabrieken uit tot moderne, computergestuurde, efficiënte bedrijven
waar in totaal 470 mensen zijn tewerkgesteld. Met een volume van 300.000 ton per jaar en
een omzet van EUR 250 miljoen behoort OLEON tot de top drie op de Europese markt.

De afdeling „Marketing en Verkoop‟ is verdeeld over Ertvelde en Oelegem. OLEON heeft
ook acht verkoopfilialen: Benelux, Duitsland, UK, Frankrijk, Zuid-Europa, Noord-Europa,
Noord-Amerika en Azië. De O&O-afdeling is gevestigd in Oelegem.

De doelstelling van OLEON bestaat erin zo veilig en zo ecologisch mogelijk
kwaliteitsproducten te produceren. De merknaam van de producten is "Radia®". Radia®
Oleochemicaliën worden in een brede waaier van industrieën gebruikt als grondstoffen,
ingrediënten of additieven.

In de fabriek in Ertvelde worden dierlijke en plantaardige oliën en vetten omgevormd tot
basisoliechemicaliën (vetzuren, vetalcoholen, methylesters, glycerine en gehydrogeneerde
triglyceriden). Natuurlijke oliën en vetten zijn een onuitputtelijke bron van veilige en
biologisch afbreekbare grondstoffen voor de scheikunde. In Oelegem worden deze dan verder
verwerkt tot oleochemische derivaten [4].
                                                                                             2

1.2 Situering van het project
Dierlijke en plantaardige oliën en vetten worden omgezet in oleochemische producten. Eén
van die basisoleochemicaliën zijn vetzuren. De vetzuren bekom je door een hydrolyse uit te
voeren op de triglyceriden. In de industrie wordt er vooral een thermische hydrolyse
uitgevoerd.
Deze thermische hydrolyse wordt uitgevoerd in een splittingtoren. Op deze manier bekomt
men omzettingen van olie naar vetzuur van 98 %. Voor thermische hydrolyse hebben we veel
energie nodig: 55 bar en 250°C. Tevens is een hoge toren (ca. 2 huizen hoog) nodig. Daarom
is de installatie van een hydrolysetoren een dure zaak en moet men minstens 60 000 ton
vetzuren per jaar produceren en verkopen om zo‟n investering rendabel te maken. In de
huidige marktsituatie is 60 000 ton vetzuren extra per jaar aan standaard kwaliteiten een te
snelle groei. Daarom is men nu op zoek naar een alternatief om kleinere hoeveelheden te
kunnen produceren van speciale vetzuur kwaliteiten die een hogere toegevoegde waarde
hebben op het moment dat daar vraag naar is.

Een oplossing van dit probleem zou een hydrolyse kunnen zijn waarbij je een enzym gebruikt
als katalysator.
Het voordeel van deze methode is dat de splitting kan doorgaan bij 50°C en atmosferische
druk. De energie die hier voor nodig is, is reeds aanwezig in de fabriek als restwarmte. De
energie die we moeten toevoegen om te mengen tot we een goede emulsie zouden hebben is
verwaarloosbaar. De duur van deze splitting is dus niet zo belangrijk, want de reactie kost
bijna niets aan energie. Als de reactie lang duurt, dan hou je enkel een reactor gedurende die
tijd bezet, waardoor je minder kan produceren.
Het grote nadeel aan de enzymatische hydrolyse is dat enzymen zeer duur zijn in aankoop.

We vermoeden dat deze “enzymatische splitting” enkel rendabel kan zijn, als we het enzym
voldoende kunnen recycleren, als we een voldoende hoge hydrolysegraad bekomen en als we
zeer zuivere eindproducten bekomen met hogere toegevoegde waarde dan de standaard
vetzuren. Dit wordt in dit eindwerk onderzocht.
                                                                                                 3

2 Triglyceriden

2.1 De opbouw van oliën en vetten
Triglyceride is de verzamelnaam voor oliën en vetten van zowel plantaardige als dierlijke
afkomst. De opbouw van deze vetten en oliën is telkens hetzelfde: het zijn esters van drie
vetzuurmoleculen met glycerol. De algemene opbouw van een triglyceride is bijvoorbeeld de
volgende [2,3]:




                    Figuur 1: De algemene structuurformule van een triglyceride [5]


In het voorbeeld zijn de drie vetzuren verschillend: we spreken hier over een gemengd
glyceride. Als de drie vetzuren gelijk zouden zijn, dan zou het een enkelvoudig glyceride zijn.
In normale omstandigheden zullen de triglyceriden gemengd zijn. Bij sommige dierlijke
vetten, vindt men echter enkelvoudige triglyceriden, als gevolg van een grote concentratie
aan vetzuren met dezelfde samenstelling, waardoor de kans op het vormen van gemengde
triglyceriden kleiner wordt [2,3].



2.1.1 Glycerol

Glycerol is een driewaardig alcohol.
       H2C    OH


        HC    OH


       H2C    OH


Glycerol is een kleurloze, stroperige vloeistof met een zoete smaak. De densiteit is 1,2613 en
het kookpunt bij atmosferische druk is 290,6°C. Het is zeer hygroscopisch en in alle
verhoudingen mengbaar met water [2,3].



2.1.2 Vetzuren

Vetzuren zijn organische zuren met 8 tot 22 koolstofatomen. Natuurlijke vetzuren zijn lineair.
De carboxylgroep bevindt zich op het eerste koolstofatoom. Ze worden gebruikt in diverse
toepassingen: productie van kaarsen, chemisch halffabrikaat, productie van zepen en
detergenten, smeermiddel in de textiel- en rubber industrie, enz.[4].

Vetzuren onderscheiden zich van elkaar door de structuur van de koolstofketen (R-groep).
Een eerste onderscheid kan gemaakt worden tussen verzadigde en onverzadigde vetzuren.
                                                                                             4
2.1.2.1 Verzadigde vetzuren

In verzadigde vetzuren is de R-groep een enkelvoudige lineaire paraffineketen die
voorgesteld kan worden als:
                                    CH3-(CH2)n-

De koolstofketen wordt voorgesteld als CH3-(CH2)n- en heeft een variabele lengte. „n‟ is
meestal even en varieert tussen 2 en 24 (bijna altijd tussen 12 en 22). Vetzuren met „n‟ oneven
worden slechts in kleine hoeveelheden aangetroffen, bijvoorbeeld in dierlijke vetten.
De twee meest voorkomende vetzuren zijn [2,3]:

              Palmitinezuur          CH3-(CH2)14-COOH
              Stearinezuur           CH3-(CH2)16-COOH



2.1.2.2 Onverzadigde vetzuren

Deze vetzuren worden gekarakteriseerd door de aanwezigheid van één of meerdere dubbele
bindingen (-CH=CH-). De aanwezigheid van de dubbele binding bepaalt samen met de
ketenlengte de structuur en de eigenschappen van het vetzuur.
Zo zal het aantal dubbele bindingen, de positie van de dubbele bindingen en de inplanting van
het waterstofatoom aan beide zijden van de dubbele binding belangrijke gevolgen hebben
voor de eigenschappen van het vetzuur. De verschillende moleculen die ontstaan door deze
verschillende inplanting van de waterstofatomen noemt men de isomeren van het vetzuur [2].

       Mono- en poly-onverzadigde vetzuren.

Verbindingen met slechts één dubbele binding in de keten zijn de mono-onverzadigde
vetzuren. Vetzuren met meerdere dubbele bindingen zijn poly-onverzadigde vetzuren [2].
De dubbele bindingen in meervoudig onverzadigde vetzuren zijn door minstens één
methyleen (CH2) groep van elkaar gescheiden [5].

       Cis-trans-isomerie van vetzuren.

Een eerste vorm van isomerie is de cis-trans-isomerie. Hiermee wordt de positie van de
deelmoleculen rond de dubbele binding aangegeven. Bij de cis-isomerie zijn beide
deelmoleculen aan dezelfde zijde van de dubbele binding ingeplant. Bij de trans-isomerie zijn
beide deelmoleculen tegenover elkaar ingeplant aan de dubbele binding. Moleculen met
eenzelfde brutoformule maar een verschillende structuur zullen verschillende eigenschapen
hebben. Als gevolg van de cis-trans-isomerie zijn er van poly-onverzadigde vetzuren een
groot aantal isomeren mogelijk. De cis-isomerie van vetzuren is in de natuur de meest
voorkomende vorm [2,3].

       Isomeren van de dubbele binding

Een tweede vorm van isomerie is de isomerie van de positie van de dubbele binding in het
geval van een poly-onverzadigd vetzuur. Bij de niet-geconjugeerde poly-onverzadigde
vetzuren zijn twee aanliggende koolstofatomen niet door een dubbele binding gebonden. Bij
de geconjugeerde poly-onverzadigde vetzuren zijn de koolstofatomen afwisselend verbonden
met een dubbele en een enkele binding, met een maximum van drie dubbele bindingen. De
                                                                                                5
geconjugeerde poly-onverzadigde vetzuren zijn veel reactiever dan de niet-geconjugeerde,
omdat ze veel gemakkelijker polymeriseren en oxideren [2,3].



2.1.2.3 Eigenschappen van vetzuren

De eigenschappen van vetzuren zijn afhankelijk van hun ketenlengte en hun
verzadigingsgraad. Vetzuren met kortere ketens hebben lagere smeltpunten dan die met
langere ketens. Onverzadigde vetzuren hebben een lager smeltpunt dan verzadigde vetzuren
met dezelfde ketenlengte. De smeltpunten van meervoudig onverzadigde vetzuren zijn nog
lager. Met andere woorden, een korte ketenlengte en onverzadigdheid (dubbele bindingen)
bevorderen de vloeibaarheid van vetzuren [5].



2.1.2.4 Naamgeving van verschillende vetzuren

De systematische naam van een vetzuur is afgeleid van de naam van het
koolwaterstofmolecuul met hetzelfde aantal koolstofatomen met als achtervoegsel -zuur.
De koolstofatomen van vetzuren worden genummerd met als eerste het koolstofatoom van de
carboxylgroep (COOH). De koolstofatomen 2 en 3 enz. worden vaak aangeduid met
respectievelijk , ,enz. Het methylkoolstofatoom aan het einde van de keten wordt het
omega ( ) koolstofatoom genoemd. De plaats van een dubbele binding in het vetzuur kan
aangegeven worden door terug te tellen van het -koolstofatoom (bijvoorbeeld omega-3-
vetzuren) [5].




                    Figuur 2: Nummering van de koolstofatomen in een vetzuur [5]


De plaats van de dubbele binding wordt meestal aangeduid door het symbool gevolgd door
een nummer in superscript. Bijvoorbeeld cis- 9 betekent dat er een cis dubbele binding is
tussen koolstofatomen 9 en 10 en trans 2 betekent dat er een trans dubbele binding is tussen
de koolstofatomen 2 en 3.

In tabel 1 staan de meest voorkomende vetzuren met hun aantal C atomen, dubbele bindingen,
gewone naam, systematische naam en de formule [5].

Vaak wordt er een kortere notatie gebruikt om het aantal koolstofatomen en het aantal
onverzadigingen van een vetzuur weer te geven:

Vb:    C18:0         18 koolstofatomen en een verzadigde keten                 “stearinezuur”
       C18:1         18 koolstofatomen en één dubbele binding                  “oliezuur”
                                                                                               6

  Aantal Dubbele Gewone naam           Systematische naam                      Formule
 C-atomen bindingen
    12        0     laurinezuur      n-Dodecaanzuur                     CH3(CH2)10COOH
    14        0     myristinezuur    n-Tetradecaanzuur                  CH3(CH2)12COOH
    16        0     palmitinezuur    n-Hexadecaanzuur                   CH3(CH2)14COOH
    18        0     stearinezuur     n-Octadecaanzuur                   CH3(CH2)16COOH
    20        0     arachinezuur     n-Eicosaanzuur                     CH3(CH2)18COOH
    22        0     beheenzuur       n-Docosaanzuur                     CH3(CH2)20COOH
    24        0     lignocerinezuur n-Tetracosaanzuur                   CH3(CH2)22COOH
    16        1     palmitoleïnezuur cis- 9-Hexadeceenzuur              CH3(CH2)5CH=CH(CH2)7
                                                                        COOH
                                                 9
     18         1      oliezuur           cis-       -Octadeceenzuur CH3(CH2)7CH=CH(CH2)7
                                                                     COOH
     18         2      linolzuur          cis,cis- 9, 12-               CH3(CH2)4(CH=CHCH2)2
                                          Octadecadiëenzuur             (CH2)6COOH
     18         3      linoleenzuur       all-cis- 9, 12, 15-           CH3CH2(CH=CHCH2)3
                                          octadecatriëenzuur            (CH2)6COOH
     20         4      arachidonzuur      all-cis- 5, 8, 11,    14
                                                                     - CH3(CH2)4(CH=CHCH2)4
                                          eicosatetraeenzuur           (CH2)2COOH

                              Tabel 1: Meest voorkomende vetzuren [5]




2.2 Samenstelling van de gebruikte olie
De meeste proeven worden uitgevoerd met koolzaadolie, omdat dit de meest geschikte olie is
voor laboproeven. Hierna worden nog twee andere oliën ingezet, die omwille van hun
speciale samenstelling, voor problemen zorgen bij een klassieke chemische splitting: lijnolie
en ricinusolie.



2.2.1 Koolzaadolie

Koolzaadolie is de koudgeperste olie uit de zaden van Brassica napus (koolzaadplant). We
hebben voor koolzaadolie gekozen omdat dit de best geschikte olie is voor laboproeven. Het
is vloeibaar bij kamertemperatuur. Het heeft een laag gehalte aan polyonverzadigingen
waardoor het stabieler is. Het is een zuiver product en zal dus waarschijnlijk geen nadelige
gevolgen hebben op het enzym.

Koolzaadolie wordt gebruikt in de voedingsindustrie. Het is een gezond alternatief voor
olijfolie [7]. Het wordt ook gebruikt als brandstof, het is goedkoper en milieuvriendelijker dan
fossiele brandstoffen [8]. Ook de rol van koolzaadolie in de biolandbouw stijgt omwille van
de gunstige effecten op teeltrotatie en onkruidproblemen bij andere teelten [9].
                                                                                                    7
Samenstelling van koolzaadolie

In tabel 2 wordt de samenstelling na hydrolyse van het vet (koolzaadolie) en afscheiding van
de vetzuren gegeven in gewichtprocenten.

                                                                               moleculair
                                                            bruto
         gebruiksnaam         systematische naam                                gewicht       ZG
                                                           formule
                                                                                (g/mol)


  5%   palmitinezuur     hexadecaanzuur                   C16H32O2      C16     256,42        219
  1%   palmitoleïnezuur cis-9-hexadeceenzuur              C16H30O2     C16:1     254,4        221
  2% stearinezuur        octadecaanzuur                   C18H36O2      C18     284,47        197
 59% oliezuur            cis-9-octadeceenzuur             C18H34O2     C18:1    282,46        198
 22% linolzuur           cis-9,12-octadecadiëenzuur       C18H32O2     C18:2    280,44        200
  9%   linoleenzuur      cis-9,12,15-octadecatrieenzuur C18H30O2       C18:3    278,42        201
  2%   arachinezuur      eicosaanzuur                     C20H40O2      C20     312,52        179

                                    Gemiddeld gewogen moleculair gewicht:         281       g/mol

                              Tabel 2: Samenstelling van koolzaadolie [6]



2.2.2 Lijnolie

Lijnolie is heldergeel tot geelbruin en wordt gemaakt uit de zaden van Linum usitatissimum
(de vlasplant – lijnzaad). Het is de snelst drogende olie en heeft een hoog gehalte aan
onverzadigde vetzuren [10]. Lijnolie heeft de eigenschap om te harden, het vormt eerst een
dikke taaie film en wordt vervolgens echt hard.
In een dunne laag uitgestreken droogt de lijnolie. Ze verandert in een leerachtig huidje
(linoxyde). Dit huidje kleeft niet, lost niet op, maar is gevoelig voor zuurstof, waardoor het
verder oxydeert en verteert. Lijnolie bevriest niet en verdikt bij -15ºC. De damp van lijnolie is
bij 250 - 300ºC ontvlambaar [11].

Lijnolie is een uitstekend bindmiddel en is lange tijd voor 100% elastisch. Lijnolie is een
milieuvriendelijk product en wordt vooral gebruikt in lijnolie verven en voor de behandeling
van hardhout, bamboe en tuinhout.


Samenstelling lijnolie

De samenstelling is niet altijd gelijk. Plaats van herkomst, ouderdom of methode van
vervaardigen hebben invloed op de samenstelling.

In tabel 3 wordt de samenstelling na hydrolyse van het vet (lijnolie) en afscheiding van de
vetzuren gegeven in gewichtprocenten.
                                                                                                         8
                                                                                    moleculair
                                                                bruto
        gebruiksnaam           systematische naam                                    gewicht        ZG
                                                               formule
                                                                                     (g/mol)


  6%   palmitinezuur    hexadecaanzuur                       C16H32O2        C16      256,42       219
  4%   stearinezuur     octadecaanzuur                       C18H36O2        C18      284,47       197
 22% oliezuur           cis-9-octadeceenzuur                 C18H34O2       C18:1     282,46       198
 16% linolzuur          cis-9,12-octadecadiëenzuur     C18H32O2             C18:2     280,44       200
 52% linoleenzuur       cis-9,12,15-octadecatrieenzuur C18H30O2             C18:3     278,42       201

                                       Gemiddeld gewogen moleculair gewicht:           279       g/mol

                                Tabel 3: Samenstelling van lijnolie [6]


2.2.3 Ricinusolie

Ricinusolie is de olie geperst uit de zaden van Ricinus communis, een plant
behorend tot de Wolfsmelkfamilie of Euphorbiaceae. De zaden van Ricinus communis
bevatten het sterk toxische ricine (dodelijke dosis voor een volwassene: 30 mg). De olie
verkregen door koud persen bevat geen ricine en is wat dat betreft veilig. Om dezelfde reden
zijn de zaden en wat achterblijft na het persen toxisch [12].
Ricinusolie is één van de beste vochtinbrengende oliën. Omdat het zo'n goede conditioner is,
wordt het aan veel natuurlijke zepen toegevoegd. Ricinusolie werd vroeger geregeld
aangewend als goedkoop en werkzaam laxans. Het wordt ook gebruikt voor het opwekken
van weeën.



Samenstelling ricinusolie

In tabel 4 wordt de samenstelling na hydrolyse van het vet (ricinusolie) en afscheiding van de
vetzuren gegeven in gewichtprocenten.

                                                                                    moleculair
                                                               bruto
        gebruiksnaam          systematische naam                                     gewicht       ZG
                                                              formule
                                                                                     (g/mol)


  1%   palmitinezuur hexadecanaat                           C16H32O2        C16      256,42        219
  1%   stearinezuur    octadecanaat                         C18H36O2        C18      284,47        197
  5% oliezuur          cis-9-octadecenoaat            C18H34O2              C18:1    282,46        198
 88% ricinuszuur       12-hydroxy-cis-9-octadecenoaat C18H34O3              C18:1    298,46        187
  5%   linolzuur       cis-9,12-octadecadienoaat            C18H32O2        C18:2    280,44        200

                                       Gemiddeld gewogen moleculair gewicht            296       g/mol


                               Tabel 4: Samenstelling van ricinusolie [6]
                                                                                                9

3 Enzymen

3.1 Wat zijn enzymen en hoe werken ze?
Enzymen vind je terug in levende materie. Mensen, dieren en planten, m.a.w alle levende
cellen hebben enzymen nodig om te groeien en te leven. Deze levende cellen maken de
enzymen zelf aan, maar de enzymen zelf zijn geen levende organismen. Enzymen zijn een
speciale soort proteïnen die dienst doen als katalysator. Je zou dus een enzym ook
„biokatalysator‟ kunnen noemen.

In tegenstelling tot anorganische katalysatoren, zoals zuren, basen, metalen en metaaloxiden,
zijn enzymen zeer specifiek en biologisch afbreekbaar. Elk enzym kan een bepaalde
component afbreken of synthetiseren zonder andere componenten te beïnvloeden.

De naam van het enzym is vaak afgeleid van de stof waarop het enzym werkzaam is. Zo noem
je het enzym dat vetten afbreekt een lipase.

Een enzym werkt meestal volgens de sleutel-slot-hypothese.
Bij biochemische processen noem je de uitgangsstof vaak substraat (S). Deze wordt omgezet
in product (P).

       S ---> P        (langzaam of helemaal niet verlopend)

Een enzym (E) kan deze langzame reactie veranderen in twee snelle processen:

       E + S ---> [ES]          (snel)
       [ES] ---> E + P          (snel)
       ------------------------
       S ---> P                 (snel)

Het enzym-substraatcomplex ES wordt alleen gevormd als het substraat in het enzym past
'zoals een sleutel in het slot' [13,14].



3.2 Overzicht van de enzymen
De enzymen zijn afkomstig van het Deense bedrijf Novozymes. Novozymes beschikt over
700 verschillende producten. Uit deze grote product portfolio werden 6 producten
geselecteerd waarvan verwacht wordt dat ze een hydrolyse van vet katalyseren.

Deze zes enzymproducten hebben allemaal een gemeenschappelijke productiewijze.Uit een
schimmel wordt het DNA geïsoleerd dat het lipase codeert (bevat genetische informatie om
dit enzym aan te maken). Dit stukje DNA wordt dan ingebouwd in het DNA van de schimmel
Aspergillus oryzae. Dit genetisch gemodificeerd Aspergillus oryzae wordt dan opgekweekt en
de expressie van lipase wordt verhoogd (multiplicatie) zodat extracten ontstaan met veel
hogere lipase-activiteit. Eventueel worden de proteïnen van deze extracten op polymeren
geïmmobiliseerd.
                                                                                              10
Een overzicht van de beschikbare enzymen met hun voornaamste eigenschappen:


3.2.1 Lipozyme TL 100 L              [15]

Dit is een vloeibare preparatie van een microbiologisch lipase afkomstig van de schimmel
Thermomyces Lanuginosus.

      Gele vloeistof
      Het product is zuiver genoeg om bij de „voedingsklasse‟ enzymen te horen.
      Het heeft een activiteit van 100 KLU/g
      Het wordt gebruikt voor de hydrolyse van vet, voor de verandering van triglycerides
       en voor de productie van mono- en diglycerides.
      Het is het meest actief bij een temperatuur tussen de 20 en 50 °C en bij een pH van 6
       tot 11.


3.2.2 Novozym CALB L                 [16]

Dit is een lipase afkomstig van de schimmel Candida Antarctica.

      Lichtbruine vloeistof
      Het mag enkel gebruikt worden voor producten met technische toepassingen. Het mag
       momenteel nog niet gebruikt worden voor producten in de voedingsindustrie.
      Het heeft een activiteit van 5 KLU/g
      Het wordt gebruikt voor de hydrolyse van triglycerides en voor een effectieve carbon-
       ester hydrolyse. Afhankelijk van de reactie is het enzym 1,3 positioneel specifiek of
       niet [17].
      Het is een zeer temperatuurstabiel product. Het is het meest actief tussen 40-60 °C en
       bij een pH van 5-9.


3.2.3 Palatase 20000 L               [18]

Dit is een lipase afkomstig van de schimmel Rhizomucor Miehei.

      Donkere vloeistof
      Het heeft een activiteit van 20 000 units/g
      Het is een 1,3 specifiek lipase


3.2.4 Lipozyme TL IM                 [17,19,20,21]

Dit is een geïmmobiliseerde triglyceride lipase afkomstig van de schimmel Thermomyces
Lanuginosus.

      Het is een droog, licht bruin, korrelachtig product. De grootte van de deeltjes ligt
       tussen de 0,3 en 1,0 mm.
      Het voldoet aan de reglementering om het te gebruiken op producten voor de
       voedingsindustrie.
                                                                                               11
       Het heeft een activiteit van 250 IUN/g
       Het is ontworpen voor de continue interesterificatie van opgestapeld vet. Men wil zo
        kortere en weinig verzadigde(margarine) componenten bekomen.
       Het kan zowel in een batch als in een continu proces gebruikt worden.
       Het wordt normaal gebruikt in een temperatuurgebied van 55 tot 70 °C.
       De lipase is 1,3-specifiek. Het verandert de vetzuren in de 1- en 3- positie van het
        triglyceride. Hierdoor veranderent het smeltpunt van het vet.
       Het lipase is geïmmobiliseerd op een poreuze silica korrel. De katalyse deeltjes zijn
        onoplosbaar in olie, maar ze ontbinden in water.



3.2.5 Novozym 435             [17,22]

Dit is een lipase afkomstig van de schimmel Candida Antarctica en is geadsorbeerd op een
macroporeuze acryl hars.

       Het zijn parelvormige deeltjes met een diameter van 0,3 tot 0,9 mm. Het bevat 1,5
        gewichtsprocent water. De kleur varieert van batch tot batch.
       Het heeft een ester synthese activiteit van 10 000 PLU/g.Het wordt gebruikt voor de
        hydrolyse van triglycerides en voor een effectieve carbon-ester hydrolyse. Afhankelijk
        van de reactie is het enzym 1,3 positioneel specifiek of niet.
       Het is een temperatuurstabiel enzym en is bijzonder nuttig voor de synthese van esters
        en amides.
       Het promoot de reactie tussen primaire of secundaire alcoholen en carbonzuren.
       Het is een enzym dat hoge temperaturen kan verdragen en is het meest actief tussen de
        70 en 80 °C.



3.2.6 Lipozyme RM IM                  [17,23]

Dit is een lipase afkomstig van de schimmel Rhizomucor Miehei.

       Het is een korrelachtig product. De grootte van de deeltjes ligt tussen de 0,2 en 0,6
        mm. Het bevat een beetje water, 2-3 %. De kleur varieert van batch tot batch en is
        geen indicatie voor de sterkte van het product.
       Het enzym behoort tot de klasse van de triacylglycerol hydrolases (EC 3.1.1.3)
       De drager die gebruikt wordt voor de immobilisatie is een macroporeuze anion
        uitwisselaar hars. De hars is van het fenol type. Lipozyme RM IM is hierop sterk
        gebonden door adsorptie.
       De activiteit varieert van batch tot batch, maar een typische waarde is 150 IUN/g.
       Het product voldoet aan de gestelde zuiverheidspecificaties om gebruikt te mogen
        worden voor producten bestemd voor de voedingsindustrie.
       Het enzym katalyseert esterificatie en interesterificatie reacties. Het wordt in het
        bijzonder gebruikt voor de interesterificatiereactie van de 1- en 3- positie van het ester
        in een triglyceride.
       Het enzym is het meest actief als het 10 massa% water bevat. Het werkt het best bij
        temperaturen tussen de 30 en 70 °C.
       De activiteit van het enzym is afhankelijk van de olie.
                                                                                                              12

3.3 Enzymactiviteit
De snelheid waarmee een enzym een reactie katalyseert wordt uitgedrukt door een activiteit.

Aan de hand van de eenheden kan je zien voor welk reactiemechanisme een snelheid wordt
bepaald. Bij de enzymen die wij gebruikt hebben gaat het over een hydrolyse (LU), een
estersynthese (PLU) of een interesterificatie (IUN). Aan de hand van de gevonden waarden
kan je dan de enzymen die in dezelfde eenheid zijn uitgedrukt vergelijken qua activiteit.

Overzicht van de verschillende eenheden:



3.3.1 KLU                 [24]

Kilo Lipase Units

KLU is een lipase activiteit gebaseerd op een hydrolyse van triglycerides.

De methode is gebaseerd op de snelheid waarmee het enzym tributyrine hydrolyseert bij een
pH 7. Het gevormde boterzuur wordt getitreerd met NaOH.
          O

H2C   O   C   CH2   CH2    CH3                                                     H2C   OH
          O                                                                                   O
                                           lipase                         O

HC    O   C
          O
              CH2   CH2    CH3   +   H2O            H3C   CH2   CH2   C
                                                                               +   HC    O    C
                                                                                              O
                                                                                                  CH2   CH2   CH3

                                                                          OH
H2C   O   C   CH2   CH2    CH3                                                     H2C   O    C   CH2   CH2   CH3




Eén KLU is de hoeveelheid enzym die per minuut 1mmol boterzuur omzet uit tributyrine
onder standaard condities.

                1 KLU = 1000 LU

De standaardcondities voor deze proef zijn: 30°C, pH 7, minstens 2 minuten laten reageren,
15 ml substraat(tributyrine) en 1 ml staaloplossing(enzym).



3.3.2 IUN                 [25]

Interesterification-Unit-Novozymes

IUN is de interesterificatie activiteit van de geïmmobiliseerde lipases Lipozyme RM en
Lipozyme TL IM.

De geïmmobiliseerde lipase zorgt voor een interesterificatie van de koolstofketens van de
triglycerides. De activiteit wordt bepaald aan de hand van de omzetting van tristearine(C18:0)
in een mengsel van soyaboonolie(4 massa% van de ketens zijn stearine). De concentratie van
deze tristearine wordt bepaald aan de hand van een HPLC analyse.
                                                                                                            13




                                            Figuur 3: interesterificatie


Eén IUN is de hoeveelheid enzym die 0,01 g tristearine omzet per minuut onder
standaardcondities.

De standaardcondities voor deze proef zijn: 70°C, 20g olie, roeren aan 200tr/min en 2g
enzym.



3.3.3 PLU                      [26]

Propyl-Laureaat-Unit

PLU is een lipase activiteit gebaseerd op een ester synthese.

De geïmmobiliseerde lipase verestert laurinezuur met 1-propanol tot propyllaureaat. De
activiteit wordt bepaald door een gaschromatograafanalyse uit te voeren op het gevormde
propyllaureaat en op het weggereageerde laurinezuur.

                      O                                    lipase
H3C    CH2
             10
                  C        +   H3C    CH2   CH2   OH                   H3C   CH2
                                                                                   10
                                                                                        C   O   CH2   CH2   CH3

                      OH                                                                O




Eén PLU eenheid wordt gedefinieerd als de hoeveelheid enzym die 1 µmol propyllaureaat
vormt per minuut bij standaardcondities.

De standaardcondities voor deze proef zijn: 60°C, 20 minuten laten reageren, 30 mg droog
enzym, 40000 µmol laurinezuur (8,01g ) en 40000 µmol 1-propanol (2,40g).


Enkele opmerkingen:

Omdat we hier te maken hebben met verschillende eenheden en hier bijhorende methodes om
deze eenheden te bepalen is het onmogelijk hier een verband tussen te vinden. Vooral omdat
er een ander functie van het enzym wordt nagegaan.
Het vergelijken van de enzymen in functie van hun activiteit is enkel nuttig in een volgend
stadium als je ook de prijzen van de verschillende enzymen kent om zo het meest economisch
rendabele eruit te halen.
De activiteit van deze enzymen kan zelf bepaald worden aan de hand van een titratie van
gevormd boterzuur. Deze proeven nemen veel tijd in beslag en horen niet echt tot de kern van
mijn onderzoek. Dit kan in een later stadium wel verder onderzocht worden.
                                                                                          14

3.4 Werken met enzymen                     [13,27]

Als je je aan bepaalde procedures houdt zijn enzymen veilig om te gebruiken.
Een verkeerd gebruik van enzymproducten kan leiden tot gezondheid- en veiligheid-risico‟s.


3.4.1 Potentiële nadelige effecten voor de gezondheid

Allergieën veroorzaakt door de inademing van enzymen zijn het grootste gevaar voor de
gezondheid. Maar in sommige gevallen kan irritatie van de ogen en de huid ook voorkomen.
De symptomen die voorkomen na het inademen van enzymbevattend stof gaan van hoge
koorts tot astma-aanvallen.
Als de enzymen gebruikt worden in een detergent, veroorzaken ze geen enkel risico op
allergische reacties.

Irritatie:
Sommige enzymen veroorzaken irritatie na contact met de huid of met de ogen. Deze irritatie
van de huid komt meestal voor als rode plekken. Als de blootstelling stopt, verdwijnt de
irritatie. Als een enzym in contact is gekomen met de ogen , moet je deze direct spoelen met
water.

Allergie:
Vermits een enzym een proteïne is, is er een potentieel gevaar voor een allergie. Enkele
symptomen die kunnen voorkomen zijn: jeukende huid, waterige ogen, lopende neus, niezen,
koorts, kortademigheid, hoesten en astma. Als deze symptomen enkele dagen blijven duren,
kan je best naar de dokter gaan.


3.4.2 Preventie van de vrijstelling aan enzymen

Er zijn enkel puntjes die je moet onthouden als je met enzymen werkt. Op de plaats waar je
werkt mag zich geen zichtbaar stof bevinden. Er mogen geen restjes blijven liggen en er mag
geen contact zijn tussen de huid en het enzym.
Enkele mogelijkheden die ertoe bijdragen dat je aan deze puntjes voldoet:
     gebruik droog enzym enkel in korrelachtige vorm
     denk aan je persoonlijke hygiëne
     luchtcirculatiesysteem om het stof te verwijderen


3.4.3 Eerste hulp

De actieve component van een enzym is water-oplosbaar. Daarom moet je altijd water
gebruiken voor een volledige verwijdering van het enzym.
Wat moet je doen bij de volgende blootstelling:
      inslikken: mond en keel spoelen met overvloedig water, water drinken.
      contact met de ogen: grondig reinigen van de ogen voor 10 minuten.
      contact met de huid: huid wassen met overvloedig water.
      inhalatie: je uit het gevarengebied verwijderen. Een arts raadplegen indien
         symptomen van de irritatie optreden.
                                                                                                  15

4 Hydrolyse van een vet of olie

4.1 Werkingsprincipe van een thermische hydrolyse                                    [3]

Met hydrolyse van een vet wordt de reactie van een triglyceride met water bedoeld. Omdat de
hydrolysereactie verloopt bij hoge temperatuur, zal gedeeltelijk gebruik gemaakt worden van
water onder de vorm van stoom. Hierdoor wordt een dubbel effect bekomen: de warmte welke
aanwezig is in de stoom zorgt voor optimale reactieomstandigheden qua temperatuur. De
geïnjecteerde stoom zal door de druk in de reactor direct condenseren.

Om       de     reactie   in     optimale
omstandigheden te laten verlopen
worden de triglyceriden onderaan in de
hydrolysetoren gepompt. De vetzuren                                                 vetzuren
die door de hydrolyse zullen vrijgemaakt
worden hebben een densiteit die lager is      water
dan die van water en glycerine en zullen
daardoor stijgen in de toren. Het water
wordt op een hoger gelegen punt in de
toren gebracht en stroomt naar beneden,
tegen de richting van de stijgende
vetzuren in. Door de inwendige
constructie van de toren zal er een zeer
intensief contact zijn tussen de
triglyceriden en het water. De stoom
wordt       toegevoegd      tussen    de
toevoeropening van de triglyceriden en
het water. Hierdoor is er een goede
uitwisseling van warmte met zowel de
opstijgende vetzuren als met het naar         stoom
beneden stromende water.

Bij de hydrolyse wordt ook glycerol
gevormd. Water vermengt zeer goed met        triglyceride
de glycerol tot glycerinewater. De
densiteit van het glycerinewater neemt
toe als er meer glycerol in opgelost
wordt. Hierdoor wordt het verschil in
densiteit met de opstijgende vetzuren
nog groter. Het gevolg hiervan is dat de
scheiding tussen glycerinewater en
vetzuren nog vollediger zal verlopen.

Doordat het zwaardere glycerinewater
continu naar beneden stroomt en de
                                                                                      glycerine
lichtere vetzuren stijgen in de toren,
vindt er gelijktijdig met de reactie in de
toren een scheiding plaats.
                                                            Figuur 4: Hydrolysetoren [3]
                                                                                                                16

4.2 Hydrolysereacties                        [2,3]

In het ideale geval zal een triglyceride volledig reageren tot een molecule glycerol en drie
moleculen vetzuur.

H2C     O        C            R1                                   H2C           OH

                 O
HC      O        C            R2       +    3      H2O              HC           OH        +   3         R-COOH

                 O
H2C     O        C            R3                                   H2C           OH

                 O
           triglyceride                      water                   glycerol                          vetzuur


De hydrolysereactie is een evenwichtsreactie.

Dit betekend dat er bij de heersende reactieomstandigheden een evenwicht zal optreden
wanneer de verhouding van de concentraties van de reagerende stoffen tot de concentraties
van de reactieproducten gelijk is aan de evenwichtsconstante.

                      glycerol  vetzuren  constante
                     triglyceride water 
                                                                   (formule 1)


Bij het gebruik van “stochiometrische verhoudingen” van de reagerende stoffen, zal slechts
93% van de triglyceriden tot glycerol en vetzuren gesplitst worden.

In industriële installaties zal er echter een continue afvoer van de gevormde vetzuren en
glycerol gebeuren. Hierdoor zal de concentratie vrij vetzuur en glycerol nooit voldoende hoog
zijn om een evenwicht te krijgen. Tevens zal er een continue toevoer van water en
triglyceriden zijn, zodat de concentraties water en triglyceriden nooit laag genoeg zijn om
evenwicht te bereiken. Het resultaat hiervan is dat de hydrolysereactie steeds verder blijft
lopen, zodat het rendement van de omzetting tot vetzuren en glycerol tot 98,5 % kan lopen.
Dit is wel afhankelijk van de overmaat water , de temperatuur, druk en reactietijd.

De overige 1,5 % zal bestaan uit mono-, di- en triglyceriden. Dit zijn moleculen die bestaan
uit een glycerolmolecuul veresterd met één (mono), twee (di) of 3 (tri) vetzuren.

H2C    O     C           R1                                  H2C        OH

             O
HC     O     C           R2        +   2    H2O               HC        OH                 +       2    R-COOH

             O
H2C    O     C          R3                                   H2C        O        C     R3

             O                                                        O
       triglyceride                    water                  monoglyceride                             vetzuur


H2C    O      C          R1                                 H2C     OH
              O
HC     O      C          R2        +       H2O              HC      O        C        R2       +       R-COOH

              O                                                              O
H2C    O      C          R3                                 H2C     O        C        R3

              O                                                         O
        triglyceride                       water                   diglyceride                         vetzuur
                                                                                                  17
De reactie wordt dus onderhouden door voldoende water en triglyceriden toe te voegen, en
door een gelijke totale hoeveelheid vetzuren en glycerinewater af te voeren. De verhouding
water/ triglyceride is ongeveer 45/50.


De reactie is een evenwichtsreactie: er moeten dus maatregelen getroffen worden om de
reactie zo te laten verlopen dat er uit de triglyceride en het water vetzuren en glycerol wordt
gevormd en dat de reactie niet omgekeerd zal verlopen.

Omdat we het evenwicht niet zouden bereiken werken we met een overmaat water.
Een tweede middel om de reactie te versnellen is het verhogen van de temperatuur. Met de
hogere reactietemperatuur komt bij deze reactie een andere evenwichtsconstante overeen. Een
derde middel om de vorming van vetzuur en glycerol te bevorderen het afvoeren van de
vetzuren. Hierdoor is de omgekeerde reactie niet mogelijk.




4.3 Nevenreacties                   [3]

Onverzadigde vetzuren hebben de neiging om te polymeriseren bij hoge temperatuur en druk.

Basisprincipe polymerisatie bij vetzuren:


                           T°
R1    CH    CH        R2            R1    CH    CH   R2




onverzadigd vetzuur                 vetzuur met opengebroken dubbele binding



                                                                           H2C   R3

                                                           T°
R3    CH2   +   H2C        R4   +    R1    CH   CH    R2        R1    CH    CH   R2


                                                                     H2C    R4


 vetzuurradicalen                                                     polymeer


De vetzuurradicalen zijn koolwaterstofketens waarvan een waterstofatoom onttrokken is, of
die een waterstofatoom te weinig hebben als gevolg van het verbreken van de keten of door
de reactie met een ander reactieproduct. Als dusdanig zullen deze radicalen niet blijven
bestaan, maar onmiddellijk reageren met andere radicalen of met de opengebroken dubbele
binding van de onverzadigde vetzuren of triglyceriden.

Door de triglyceriden vooraf in een hydrogenatiereactor te laten reageren met waterstof,
zullen de onverzadigde bindingen verzadigd worden. Hierdoor worden de triglyceriden veel
minder gevoelig voor polymerisatie bij hoge temperaturen.
                                                                                            18

4.4 Hydrolyse van een vet op labo-schaal
Een chemische hydrolyse gebeurt in de industrie in een splittingtoren. In zo‟n toren is er een
continue af- en aanvoer van product. Omdat dit op laboschaal niet te realiseren is gaat men de
splitting simuleren in een batch proces.

Hiervoor maken we gebruik van een “stirred reactor” van het bedrijf Parr [28].

Het serienummer van onze reactor is 4536. Dit is een toestel dat voorzien is om op de grond te
staan en het reactorvat is uitneembaar. De inhoud van het vat is 2000 ml. Het vat is bestendig
tegen een druk van 130 bar en een temperatuur van 350°C.

                                               Werkwijze:

                                               We wegen eenzelfde hoeveelheid water en olie
                                               af, 500g, en gieten dit in de autoclaaf van 2
                                               liter. Met een staafroerder die door magneten
                                               wordt aangedreven roeren we gedurende de
                                               ganse tijd aan 650 tr/min. We laten het geheel
                                               gedurende 6 à 7 minuten doorborrelen met
                                               stikstofgas. We stoppen de aanvoer van
                                               stikstofgas en stellen de temperatuur in op 230
                                               °C. Het duurt 45 minuten voordat het mengsel
                                               op temperatuur is. Vanaf 180°C begint ook de
                                               druk te stijgen. Als het mengsel op temperatuur
                                               is zetten we de waterkoeling op die via een
                                               thermokoppel het mengsel op 230°C moet
                                               houden. We hebben 230°C ingesteld in plaats
                                               van de in de industrie gebruikte 250°C, omdat
                                               de warmtecapaciteit van de autoclaaf veel
                                               groter is in verhouding met de reactor in de
                                               industrie.
           Figuur 5: Parr-reactor [28]         We laten de reactie 5 uur lopen.

Na 5 uur zetten we de autoclaaf af, zodat de temperatuur kan dalen. Om dit te versnellen laten
we 15 minuten koud water door de koelinstallatie lopen. De temperatuur zal traag zakken, de
druk snel.
We brengen het mengsel in een scheitrechter en laten de glycerol en de vetzuren scheiden.
Deze scheiding gebeurt in een oven om ongewenste reacties te minimalisren. De vetzuren
worden nog drie keer gewassen met warm water om al de glycerol uit de vetzuurfase te
krijgen.
Hierna bepalen we het rendement van de reactie door ZG en VG te bepalen.


Opmerking:

Omdat we met heel hoge drukken werken, namelijk 40 bar, is het nodig om een beveiliging in
te stellen. Dit gebeurt aan de hand van een zeer klein rond plaatje, een “rupture disc”. Als de
druk in de autoclaaf te hoog wordt, dan zal dit klein plaatje stuk gaan en kan de druk weg via
deze kleine opening. Als we deze beveiliging niet zouden hebben, zal bij een overdruk het
ganse deksel wegvliegen.
                                                                                                  19

5 Analysetechnieken

5.1 Controle van het verloop van de reactie

5.1.1 Het zuurgetal van vetzuren                     [29]

Het zuurgetal is een meetmethode die gebruikt wordt om de hoeveelheid vetzuur te bepalen
die er tijdens een reactie of na het aflopen van een reactie overblijft in de reactieproducten.

De methode is gebaseerd op AOCS Te 1a-64.

Definitie:

Het zuurgetal is het aantal mg KOH nodig voor de neutralisatie van de vetzuren in 1 g staal.

Reactie:

CH 3  (CH 2 )  COOH  KOH  CH 3  (CH 2 )  COOK  H 2O

Principe:

De vetzuren worden rechtstreeks getitreerd met een KOH-oplossing. Men verkrijgt een
kleuromslag met fenolftaleïne wanneer al het zuur gereageerd heeft en de oplossing basisch
wordt.

Toepasbaarheid:

Deze methode is toepasbaar op alle vetzuren en gepolymeriseerde vetzuren. De methode is
niet specifiek en maakt geen onderscheid tussen minerale zuren, vrije vetzuren en andere
organische zuren.

Uitvoering:

Weeg ongeveer 2 g van het staal nauwkeurig af in een beker van 100 ml. De nauwkeurigheid
van de balans die we hiervoor gebruiken is 0,0001 g. Hierbij voegen we 50 ml van een
mengsel ether – isopropylalcohol om het staal op te lossen. Dit mengsel bestaat uit 50
gewichtsprocent ether en 50 gewichtsprocent isopropylalcohol plus enkele druppeltjes
fenolftaleïneindicator. Vervolgens titreren we met 0,5 N KOH in ethanol tot het bereik van
het equivalentiepunt, m.a.w. kleuromslag. Voor deze titratie gebruiken we de metrohm 670
titroprocessor en een gecombineerde glas elektrode (EA120). We roepen de methode voor het
zuurgetal op, voegen het gewicht van het staal in en starten de titratie. Tijdens de titratie
roeren we magnetisch.

Berekening:

                              T  N  56.1
                       ZG                           (formule 2)
                                   P
                                                                                               20

T is het aantal ml dat getitreerd wordt.
N is de normaliteit van de KOH-oplossing waarmee getitreerd wordt. Meestal wordt hiervoor
0.5 N gebruikt, maar voor kleine zuurgetallen gebruiken we een 0.1 N oplossing van KOH in
ethanol.
P is het afgewogen gewicht.
56,1 g/mol is de moleculaire massa van KOH.

Weergave van de resultaten en nauwkeurigheid:

De berekende waarde wordt tot op 1 decimaal gegeven. Deze methode heeft een
betrouwbaarheidsgraad van 95 %. Twee opeenvolgende analyses uitgevoerd in één labo
mogen niet meer afwijken dan 1,2 % voor zuurgetallen groter dan 195.

Opmerking:

      Berekening van het % vetzuur

                             ZGgevonden
               %vetzuur                   100             (formule 3)
                            ZGtheoretisch

      Staal drogen met natriumsulfaat en/of filteren


Belang van het zuurgetal      [3]

Een hoog zuurgetal, een hoog verbruik aan KOH, betekent dus dat er veel vetzuren aanwezig
zijn. Een laag zuurgetal betekent dus dat er een laag gehalte aan vetzuren. Het zuurgetal zegt
echter nog niets over het rendement van de hydrolysereactie.
Dit is als volgt te verklaren. Wanneer de vetzuren een lange koolstofketen en dus een grote
massa hebben, zullen er minder vetzuurmoleculen aanwezig zijn in de afgewogen hoeveelheid
vetzuren, dan wanneer de vetzuurmoleculen een korte koolstofketen hebben. Als gevolg van
een kleiner aantal vetzuurmoleculen zal er minder KOH nodig zijn om deze vetzuren te
verzepen. Dit zal uiteindelijk resulteren in een lager zuurgetal wanneer de vetzuren bestaan uit
lange koolstofketens. In het geval uitgegaan wordt van vetzuren met kortere koolstofketens
zal het zuurgetal hoger zijn.

Het zuurgetal als enige indicator voor het rendement van de hydrolyse is dus niet bruikbaar.
Het moet gecombineerd worden met andere analyses.



5.1.2 Het verzepingsgetal van vetzuren                      [30]

De bepaling van het verzepingsgetal heeft als doel de totale hoeveelheid vetzuren te bepalen,
die in de vetstof aanwezig zijn. Dit betekent dus niet enkel de vrije vetzuren die met het
zuurgetal bepaald worden, maar ook de gebonden vetzuren. Deze gebonden vetzuren vinden
we terug onder de vorm van esters zoals mono-, di- en triglycerides.

Er wordt met deze methode dus bepaald hoeveel vetzuren vrijgesteld kunnen worden uit een
vetstof. In combinatie met het zuurgetal kan hierdoor de vordering van de reactie bepaald
                                                                                                    21
worden. Het verzepingsgetal geeft aan hoeveel het zuurgetal maximaal kan worden bij het
volledig aflopen van de reactie. Wanneer het zuurgetal het verzepingsgetal benadert, betekent
dit dat praktisch alle mogelijke vetzuren ook effectief omgezet zijn in vetzuren.

De methode is gebaseerd op AOCS Tl 1a-64 en Cd 3-25

Definitie:

Het verzepingsgetal is het aantal mg KOH dat nodig is om 1g staal te verzepen.

Reactie:


H 2C   O     C   R1                                    H2C   OH
                                     O                                             O
             O
HC     O     C   R2   +   R4     C       +   4   KOH   HC    OH   +   4    R   C        +   4 H2O

             O                       OH                                            OK
H 2C   O     C   R3                                    H2C   OH

             O




Principe:

De gebonden en vrije vetzuren in het staal worden verzeept met een overmaat alcoholische
KOH-oplossing. De overmaat KOH wordt teruggetitreerd met HCl.

Toepasbaarheid:

De methode is toepasbaar op alle vetzuren. Het verzepingsgetal is een maat voor de in vetten
en vetzuren aanwezig gebonden en vrije vetzuren. De methode is niet specifiek en maakt
geen onderscheid tussen minerale zuren en vrije gebonden vetzuren en andere organische
zuren.

Uitvoering:

Weeg ongeveer 1,5 g van het staal nauwkeurig af in een maatkolf van 250 ml. De
nauwkeurigheid van de balans die we hiervoor gebruiken is 0,0001g. We voegen 50 ml
ethanol toe om het staal op te lossen. Hierna voegen we, met een buret, 20 ml van de 0,5 N
KOH-ethanoloplossing toe. We laten het opgeloste staal 30 minuten koken op en
verwarmingsplaat onder reflux. Hiervoor gebruiken we een refluxkoeler op basis van
stromend kraantjeswater. We laten het staal gedeeltelijk afkoelen en titreren met een 0,5 N
HCl oplossing. Voor deze titratie gebruiken we de metrohm 670 titroprocessor en een
gecombineerde Pt-elektrode. We roepen de methode voor het verzepingsgetal op, voegen het
gewicht van het staal in en starten de titratie. Tijdens de titratie roeren we magnetisch.
We voeren gelijktijdig een blancobepaling uit. Voor deze blancobepaling volgen we dezelfde
werkwijze maar dan zonder toevoegen van het staal.

Berekening:

                          VG 
                                 B  T   N  56.1         (formule 4)
                                             P
                                                                                             22
B is het aantal ml we getitreerd hebben bij de blancobepaling.
T is het aantal ml we getitreerd hebben bij de bepaling van het staal.
N is de normaliteit van de HCl-oplossing waarmee we titreren (0,5 N).
P is het afgewogen gewicht.
56,1 g/mol is de moleculaire massa van KOH.

Weergave van de resultaten en nauwkeurigheid:

De berekende waarde wordt tot op 1 decimaal gegeven. Deze methode heeft een
betrouwbaarheidsgraad van 95 %. Twee opeenvolgende analyses uitgevoerd in één labo
mogen niet meer afwijken dan 1,6 % voor zuurgetallen groter dan 195.


Belang van het verzepingsgetal       [3]

Bij de bepaling van het verzepingsgetal worden al de vetzuren, zowel de vrije vetzuren als de
gebonden vetzuren, verzeept met behulp van KOH. Het verzepingsgetal geeft dus aan hoeveel
vetzuren er in een afgewogen hoeveelheid te behandelen product aanwezig zijn en dus ook de
hoeveelheid vetzuren er maximaal kunnen gevormd worden bij een totale hydrolyse van een
hoeveelheid trigyceriden.

De analyse van het verzepingsgetal geeft hierdoor een referentie waarmee het zuurgetal kan
vergeleken worden.



5.1.3 De hydrolysegraad              [3]

De hydrolysegraad is de verhouding van het zuurgetal tot het verzepingsgetal of de
verhouding van de hoeveelheid vetzuren die er tijdens de hydrolyse werden vrijgezet tot de
hoeveelheid vetzuren die er in het ideale geval maximaal kunnen worden vrijgezet.

                             zuurgetalt
       hydrolysegraad                      100 %                (formule 5)
                          verzepingsgetalt

Zoals reeds vermeld is de omzetting van triglyceriden in vetzuren en glycerol nooit volledig,
zodat het zuurgetal steeds kleiner zal zijn dan het verzepingsgetal. De hydrolysegraad zal
daarom steeds kleiner zijn dan 100%.
                                                                                                                          23

5.2 Bepaling van de kwaliteit van het product
We zijn vooral geïnteresseerd in het aantal monoglyceriden, de oxidatiegraad en de
onverzadiging van de vetzuren.

Voor de bepaling van het aantal monoglyceriden zijn er twee technieken: titratie en
chromatografie. Omdat we met een titratie enkel de -monoglyceriden kunnen bepalen,
zullen we aanvullend een iatroscan uitvoeren.



5.2.1 % alfa-monoglyceriden                                    [31]

De methode is gebaseerd op AOCS 11-57

Definitie:

De methode bepaalt de hoeveelheid alfa-monoglyceriden (positie1) via de hoeveelheid
perjoodzuur die wordt gebruikt in de oxidatie van de aangrenzende OH-groepen. Beta-
monoglyceriden (positie2) worden niet geoxideerd door perjoodzuur.

Reactie:

  OH       OH                O                                                      HO

H 2C       CH    CH2     C                  +    H 5IO6             H 2C    O   +   H2C CH2 CH2   O CH2 R   +   HIO3   +3 HO
                                                                                                                          2

                             O   CH2    R

                         O                                     O

H 5IO6   +7     H 3C C       +   7 KI                7 H3C C         +     6 H2O    +    4I2

                         OH                                    OK



I2     +    2Na2S2O 3              2NaI     +   Na2S 4O 6



Principe:

Deze methode bepaalt de hoeveelheid alfa-monoglyceriden door middel van een overmaat
perjoodzuur dat reageert met kaliumjodide ter vorming van jodium. Deze vrije jodium wordt
getitreerd met natriumthiosulfaat. Het staal wordt opgelost in chloroform en de vrije glycerine
wordt geëxtraheerd met 5 % azijnzuuroplossing.

Toepasbaarheid:

Deze methode is toepasbaar op vetten, oliën, monoglyceriden en mengsels. De methode is
niet toepasbaar wanneer het staal behalve monoglyceriden ook chloroformoplosbare
producten bevat met één of meerdere aangrenzende OH-groepen.

Uitvoering:

We wegen 10 g staal af in een maatkolf van 100 ml. We voegen ongeveer 50 ml chloroform
toe. We schudden een beetje om het staal volledig te laten oplossen. Als het staal volledig is
opgelost, vullen we de maatkolf verder tot aan de maatstreep. We brengen de inhoud van de
                                                                                        24
maatkolf over in een scheitrechter. We vullen dezelfde maatkolf nu met een 5 %
azijnzuuroplossing. We voegen dit toe in de scheitrechter en schudden één minuut krachtig.
Vervolgens laten rusten tot de chloroformlaag en de waterlaag gescheiden zijn. Van de
onderste laag, dit is de chloroform en de monoglyceriden, giet je ongeveer 75 ml in een
bekerglas van 150 ml. We vullen met deze oplossing een maatkolf van 50 ml en brengen dit
dan over in een erlenmeyer van 500 ml. Aan deze oplossing voegt men 50,00 ml
perjoodzuuroplossing (2,7g H5IO6 oplossen in 50 ml water en aanlengen tot één liter met
azijnzuur) toe en we mengen. We plaatsen de erlenmeyer gedurende 30 minuten in het
donker. Hierna voegt men 20 ml KI oplossing (15 %) en 50 ml gedesioniseerd water toe om
de reactie te stoppen. We titreren potentiometrisch met 0,1 N natriumthiosulfaat (Na2S2O3)
onder voortdurend roeren tot lichtgeel. Dan voegen we enkele ml zetmeeloplossing toe en
titreren we verder tot de paarsbruine kleur begint te verdwijnen. We roeren, nu sneller en
titreren verder tot een witte kleur.
We voeren gelijktijdig een blancobepaling uit. Voor deze blancobepaling volgen we dezelfde
werkwijze maar dan zonder toevoegen van het staal.

Berekening:

                                  358,54  N  ( B  T )
       %   monoglyceriden                              100 %    (formule 6)
                                           P


B is het aantal ml we getitreerd hebben bij de blancobepaling.
T is het aantal ml we getitreerd hebben bij de bepaling van het staal.
N is de normaliteit van de oplossing waarmee we titreren.
P is het afgewogen gewicht van het staal.

Nauwkeurigheid:

We geven de berekende waarde tot op 1 decimaal. Deze methode heeft een
betrouwbaarheidsgrens van 95 %.

Opmerkingen:

In de formule gebruiken we het moleculair gewicht van glycerolmonostearaat (358,54 g/mol).
Voor producten met een andere vetzuursamenstelling moet het moleculair gewicht in de
formule aangepast worden.



5.2.2 Iatroscan: TLC/FID             [32,33]

De iatroscan wordt gebruikt voor het scheiden van organische componenten. Het is een
alternatief voor HPLC (high performance liquid chromatography), GC (gas chromatografie)
en TLC (dunne laag chromatografie).
Een iatroscan heeft een zeer groot toepassingsgebied. Het kan gebruikt worden voor
producten met een zeer hoog kookpunt, waar GC problemen mee heeft. Ook stalen waar
HPLC problemen mee heeft, zoals olie en vetten, worden zonder problemen geanalyseerd.

Een iatroscan is een geautomatiseerde dunne laag chromatografie. Als drager voor de
chromatografie worden quartz draden gebruikt bedekt met silica. Deze draden zouden moeten
werken zoals een kolom. De gescheiden deeltjes worden dan verbrand en gedetecteerd. De
                                                                                              25
detectie gebeurd met een FID, dit is een flame ionization detector. Deze techniek werd
overgenomen van de GC analyse. De resultaten van deze detectie worden doorgestuurd naar
een programma waar je aan de hand van de piekoppervlakte de hoeveelheden van elke
component mee kan bepalen.

Werkwijze:

      We bereiden eerst het preparaat. Hiervoor mengen we 2 ml
       methanol, 2 ml chloroform en 0,15 g staal.
      We branden de negen dragers eerst af zodat er zeker geen
       resten op achtergebleven zijn.
      We brengen met een naald 1,2 microliter mengsel op de
       drager ter hoogte van de streep. De eerste draad gebruiken we
       steeds als blanco.
      We brengen de dragers gedurende 30 minuten in een gesloten
       glazen tank die gevuld is met: 60 ml chloroform, 40 ml
       benzeen en 2 ml mierenzuur
      We plaatsen het draadwerk 5 minuten in een oven van 75°C
       om het solvent te laten verdampen.
      We plaatsen het draadwerk in de iatroscan en starten de
       analyse.
      We bepalen de hoogte van de pieken gebruikmakend van de
       software.

Resultaten:

De scheiding gebeurt op basis van de polariteit van de componenten. De meest polaire
component zal het snelst vorderen in de kolom en zal dus als meest rechtse component
worden weergegeven op de scan. De volgorden van links naar rechts, of van apolair naar
polair: tri, vetzuur, di (1,3 en dan 1,2), mono, glycerol
Het percentage van elke piek wordt weergegeven.



5.2.3 Het joodgetal van vetzuren                   [3,34]

Het joodgetal is een parameter die aangeeft in welke mate een vetzuurmengsel verzadigd of
onverzadigd is. Bij de bepaling van het joodgetal worden de onverzadigde (dubbele)
bindingen in de koolstofketen van het vetzuur verzadigd. Het verbruik aan iodide is hierbij
een maat voor het aantal dubbele bindingen die verbroken werden tot enkelvoudige
bindingen. Dit betekent dat een hoog verbruik aan iodide , een hoog joodgetal, wijst op een
hoge graad van onverzadigdheid.

De referentiemethode voor vetzuren is AOCS Tg 1a-64. Voor oliën baseren we ons op de
methode AOCS Cd 1-25.

Definitie:

Het joodgetal is een maat voor de onverzadigdheid van het product. Het joodgetal wordt
uitgedrukt als het aantal gram jodium nodig om 100 g product te verzadigen.
                                                                                          26
Reactie:
                                                                        I    Cl

       H3C       CH   CH          CH3   +     I Cl             H 3C     C    C      CH3



Principe:

Een bekende overmaat reagens met jodiumchloride wordt toegevoegd. En gedeelte van het
ICl zal reageren met alle onverzadigde bindingen. De overmaat ICl wordt teruggetitreerd met
natriumthiosulfaat volgens:

       ICl       +    KI                KCl          +   I2

        I2   +   2Na2S2O3               2NaI   +     Na2S4O6



Door het verschil te berekenen tussen een blanco en het product kent men de hoeveelheid
gereageerd ICl.

Toepasbaarheid:

De methode is toepasbaar op alle vetten en oliën vetzuren en derivaten.

Uitvoering:

We wegen 0,15 g staal af in een beker van 150 ml. We voegen 30 ml chloroform (p.a.) en 20
ml Wijsreagens (Merck 9163) toe. We mengen goed en plaatsen de beker één uur in het
donker. Hierna titreren we potentiometrisch met 0,1 N natriumthiosulfaatoplossing (Na2S2O3)
onder voortdurend roeren met de titrator. We gebruiken hiervoor een gecombineerde Pt-
elektrode.
We voeren gelijktijdig een blancobepaling uit. Voor deze blancobepaling volgen we dezelfde
werkwijze, maar dan zonder toevoegen van het staal.

Berekening:

                                  ( B  T )  N  12,69
                           JG                                        (formule 7)
                                             P


B is het aantal ml we getitreerd hebben met de blanco bepaling.
T is het aantal ml we getitreerd hebben voor het staal.
N is de normaliteit van de oplossing waarmee we titreren.
P is t afgewogen gewicht.
12,69 = 126,9 x 0,1 (MM van I x de concentratie van het Wijsreagens)

Weergave van de resultaten en nauwkeurigheid:

De berekende waarde wordt tot op 1 decimaal gegeven.
Twee enkelvoudige analyses uitgevoerd in hetzelfde labo mogen niet meer afwijken dan 2%
voor een JG tussen 130-200 en niet meer afwijken dan 5% voor waarden tussen 7-55.
                                                                                          27
5.2.4 Het peroxidegetal van vetzuren                        [35]

Het peroxidegetal is een parameter voor de oxidatiegraad van vetten.

De methode is gebaseerd op AOCS 8b-90

Definitie:

Het peroxidegetal is het aantal milli-equivalenten peroxide per 1000 g product. De methode
bepaalt alle bestanddelen die kaliumjodide oxideren onder de omstandigheden van de test. Dit
zijn normaal peroxides of ander gelijkaardige producten van vetoxidatie.

Reactie:

              -                    +
        4 I       +   O2   +   4 H                  2 H2O    +     2 I2

        I2        +   2 Na2S2O3                2 NaI   +    Na 2 S4 O6


Principe:

Het staal wordt opgelost in een mengsel van chloroform en azijnzuur, de kaliumjodide wordt
toegevoegd. De gevormde jodium wordt getitreerd met natriumthiosulfaat.

Toepasbaarheid:

De methode is toepasbaar op vetten, oliën en margarine. Afwijkingen van de procedure
veroorzaken grote afwijkingen in de resultaten.

Uitvoering:

Weeg 10 g zo nauwkeurig mogelijk af in een erlenmeyer van 300 ml. Voeg 30 ml chloroform
(p.a.) en 20 ml azijnzuur (99%) toe. Hierna voegen we 0,5 ml vers verzadigde KI-oplossing
toe met een pipet. We plaatsen de oplossing gedurende 1 minuut in het donker en voeg hierna
50 ml gedesioniseerd water toe om de reactie te stoppen. We titreren potentiometrisch met
0,1N natriumthiosulfaat onder voortdurend roeren met een magnetisch roerdertje.
We voeren gelijktijdig een blancobepaling uit. Voor deze blancobepaling volgen we dezelfde
werkwijze, maar dan zonder toevoegen van het staal.

Berekening:
                               (T  B)  N  1000
                        PG                                 (formule 8)
                                        P

B is het aantal ml we getitreerd hebben met de blanco bepaling.
T is het aantal ml we getitreerd hebben voor het staal.
N is de normaliteit van de oplossing waarmee we titreren.
P is t afgewogen gewicht.

Weergave van de resultaten:

Geef de berekende waarde tot op 1 decimaal.
                                                                                              28

6 Parameters van koolzaadolie

6.1 Theoretische bepaling
Koolzaadolie is een regelmatige olie. De samenstelling van het staal moet niet nagegaan
worden. Er mag gewerkt worden met de gemiddelde samenstelling van deze olie.

In tabel 2 wordt de samenstelling na hydrolyse van het vet (koolzaadolie) en afscheiding van
de vetzuren gegeven in gewichtprocenten.



6.1.1 Het zuurgetal (ZG)

Het zuurgetal is het aantal mg KOH nodig voor de neutralisatie van de vetzuren in 1g staal.

We berekenen het maximale zuurgetal. Dit is het zuurgetal dat we zullen bekomen als het
staal volledig uit vetzuren bestaat.

We berekenen eerst het zuurgetal van elk vetzuur afzonderlijk. Hiervoor nemen 1g van dit
vetzuur en berekenen hoeveel mg KOH we hiervoor nodig zullen hebben om dit te verzepen.

De berekening wordt uitgevoerd voor palmitinezuur.
De moleculaire massa van palmitinezuur is 256,42g/mol. 1g palmitinezuur bevat 3,89mmol
vetzuren. De moleculaire massa van KOH is 56,1g/mol.
We hebben dus (3,89mmol x 56,1g/mol) = 218,8mg KOH / g vetzuur.

De berekeningen van de andere vetzuren zijn analoog:

       Palmitinezuur                    MM=256,42g/mol              ZG=219
       Palmitoleïnezuur                 MM=254,40g/mol              ZG=221
       Stearinezuur                     MM=284,47g/mol              ZG=197
       Oliezuur                         MM=282,46g/mol              ZG=198
       Linolzuur                        MM=280,44g/mol              ZG=200
       Linoleenzuur                     MM=278,42g/mol              ZG=201
       Arachidonzuur                    MM=312,52g/mol              ZG=179

We kennen de procentuele samenstelling van koolzaadolie en kunnen dus het maximale
zuurgetal bepalen:

ZG koolzaadolie= 219x0,05+221x0,01+197x0,02+198x0,59+200x0,22+201x0,09+179x0,01 = 199,6

Deze berekening kan veel korter door gebruik te maken van de gemiddeld gewogen
moleculaire massa van koolzaadolie na hydrolyse en verwijdering van
glycerol(MM=281g/mol):

                                1g
                m( KOH )               56 ,1 g      199 ,6mg
                                 g               mol
                             281
                                   mol
                                                                                              29
6.1.2 Het verzepingsgetal (VG)

Het verzepingsgetal zal gedurende de hydrolyse stijgen. Het verzepingsgetal van de olie zal
steeds kleiner zijn dan het verzepingsgetal van zuivere vetzuren, omdat het gewicht van de
glycerol verdwijnt.
Per mol triglyceride heb je drie mol KOH nodig om alles te verzepen. Het gemiddelde
moleculair gewicht van koolzaadolie is 881 g/mol.

                      3000mmol  56,11 g
                                           mol  191mgKOH
                               881g                           g

Als we zuivere vetzuren hebben, dan is het VG gelijk aan het ZG. De hydrolysegraad is dan
100%.




6.2 Experimentele bepaling

6.2.1 Joodgetal

We bepalen het joodgetal van koolzaadolie.

We titreren met 0,1N Na2S2O3. Voor de blanco titreren we 38,973ml.
We hebben 0.1619g olie en titreren 25,021ml. Als deze waarden worden ingevuld in formule
7, dan geeft dit een JG van 109,4.
Voor het tweede staal hebben we 0,1624g olie en we titreren 24,946ml. Dit geeft via formule
7 een joodgetal van 109,6.

Beide waarden wijken minder dan 2% van elkaar af. We kunnen dus stellen dat het JG van
koolzaadolie 109,5 is.

Dit lijkt een goede waarde voor het joodgetal van koolzaadolie, want in de literatuur vinden
we voor koolzaadolie waarden tussen 97 en 126. [1]



6.2.2 -monoglyceriden

We bepalen het percentage aan -monoglyceriden in de vetzuren van de eerste proef.

Met de titratie bepaal je enkel de -monoglyceriden omdat dit reactieprincipe gebaseerd is op
de oxidatie door perjoodzuur van twee naast elkaar liggende alcoholgroepen. De overmaat
perjoodzuur en de kaliumjodide reageren dan tot jodium en deze wordt dan getitreerd met
natriumthiosulfaat.

Omdat koolzaadolie voornamelijk uit oliezuur bestaat, zullen de meeste monoglyceriden
glycerolmonooleaat zijn. Dit heeft een moleculaire massa van 356,53g/mol. Daarom brengen
we in formule 6 een klein verandering aan. 358,54 wordt vervangen door 356,53.
                                                                                            30

De blancotitratie bedraagt 50,478ml. Voor het staal(10,0017g) zelf hadden we 44,240ml 0,1 N
natriumthiosulfaat nodig. Als we dit in de aangepaste formule 6 steken, dan komen we een
percentage aan -monoglyceriden van 2,2% uit.



Bij een hydrolyse in een splittingtoren hebben we normaal gezien veel meer - dan -
monoglyceriden. Bij een gewone splitting kent men de verhouding tussen  en . Men bepaalt
de  en berekent de -monoglyceriden [1].
Bij een enzymatische splitting kent men deze verhouding echter niet. We willen namelijk
weten of de enzymen eens ze met een vetmolecuul in contact zijn, de drie vetzuren tezamen
splitst of één per één. Omdat er veel meer onderzoek is verricht naar interesterificatie en de
interesterificatie voornamelijk gebeurt op de posities 1 en 3, veronderstellen we dat deze
posities ook de voorrang krijgen bij splitting. Het mengsel zou dus veel -monoglyceriden
moeten bevatten. Deze -monoglyceriden kunnen we echter niet bepalen met een titratie.

Als we met een iatroscan heel veel mono‟s zouden vinden, dan kan men aannemen dat dit
voornamelijk -monoglyceriden zijn, want het mengsel bestaat maar voor 2,2% uit -
monoglyceriden.



6.2.3 Iatroscan

Er worden eerst enkele scans uitgevoerd om te kijken wanneer welke component tevoorschijn
komt.

   1. koolzaadolie: de tri‟s hebben een retentietijd van 0,11minuten.
   2. oliezuur: deze vetzuren hebben een retentietijd van 0,15 minuten.
   3. mengsel van een andere proef waar de hydrolysegraad nog maar 50% was. Hier
      zouden we dus ongeveer evenveel tri als vetzuren hebben. We merken dat de twee
      grote pieken juist naast elkaar liggen. De retentietijden zijn een beetje verschoven,
      omdat de componenten elkaar beïnvloeden.
   4. de waterfase: deze bevat vooral glycerol en dit heeft een retentietijd van 0,48minuten.

Met deze informatie voeren we een scan uit op de vetzuren van de eerste proef.
(zie bijlage)

      We merken dat er nog een zeer kleine hoeveelheid glycerol in de vetzuren zit, want we
       hebben een zeer klein piekje bij een retentietijd van 0,50 minuten.
      Omdat we een hydrolyse hebben van 85%, moet er veel meer vetzuur dan tri aanwezig
       zijn. Hieruit kunnen we besluiten dat de piek met retentietijd 0,04 min de tri‟s zijn en
       de piek met retentietijd 0,12 minuten de vetzuren zijn. Deze laatste piek is de grootste
       en bevat 97% van de oppervlakte onder de pieken.
      De twee kleine topjes van de di‟s zijn verscholen onder deze hele grote piek. We zien
       ze een klein beetje bij een retentietijd van 0,19min.
      Bij een retentietijd van 0,37 bevindt zich nog een klein piekje. Dit zijn waarschijnlijk
       de monoglyceriden. Deze omvatten 0,5% van het mengsel.
                                                                                           31
Aan de hand van de iatroscan van hetzelfde staal kunnen we besluiten dat het percentage
monoglyceriden zeer laag ligt, namelijk 0,5%. Het percentage -monoglyceriden is dus ook
heel laag.

We kunnen hier dus uit besluiten dat er bijna geen mono‟s worden gevormd en de enzymen
de drie vetzuren gelijktijdig losknippen.

We kunnen de  en de  mono‟s wel scheiden met dunne laag chromatografie. Een verdere
beschrijving hiervan vindt je terug in het boek „Analysis of OILS and FATS‟ door Hamilton
en Rossell‟ en dit op 254 ofwel op p303 referentie 31.
Omdat we hebben aangetoond dat er heel weinig monoglyceriden overblijven na splitting, is
het ook niet zo belangrijk om die juiste kleine hoeveelheden te kennen.
                                                                                            32

7 Experimenten
Over enzymatische hydrolyse van olie is nog niet veel onderzoek verricht. Bij aanvang van
deze thesis waren we op de hoogte van twee publicaties betreffende deze materie.

Het eerste onderzoek is afkomstig van INRA, Institut National de la Recherche Agronomique,
en het het Institut National Polytechnichnique de Toulouse. Ze bekomen ruwe vetzuren door
een hydrolyse van de lipiden. Als grondstof gebruiken ze de zaden van de planten.
Voordeel van dit onderzoek is dat ze zeer snel zeer hoge omzettingsgraden bereiken. Na vijf
uur hebben ze reeds een conversie van meer dan 95%.
De nadelen van dit onderzoek:
     De verhouding enzym/substraat is vrij groot. Je moet er toch rekening mee houden
        dat de enzymen waarschijnlijk de grootste kost zullen zijn van dit proces.
     Wij vertrekken van de grondstof in een andere vorm. We vertrekken niet van zaden
        als grondstof maar starten met olie, waardoor we andere stappen zullen moeten
        nemen. Omdat we van een meer zuivere vorm vertrekken zullen we een nog hogere
        conversie moeten bekomen. Dit lijkt in een batch proces echter niet haalbaar door de
        beperking van het chemisch evenwicht van de reactie.
     Er wordt niet echt uitgelegd hoe ze het rendement bepalen.
Ze gebruiken enzymen van de firma Lyven.

Een tweede onderzoek werd verricht door het Deense bedrijf Novozymes.
Ze gebruiken voor hun testen olie als grondstof. Ze bereiken, afhankelijk van de gebruikte
lipase, een gemiddelde hydrolysegraad van 80% en dit na twee dagen. Ze bepalen de
hydrolysegraad met de gebruikelijke verhouding van het zuurgetal op het verzepingsgetal. Ze
maken natuurlijk gebruik van enzymen van Novozymes, dewelke een zeer goede reputatie
hebben.

We hebben ervoor gekozen om voor ons onderzoek uit te gaan van de proeven van
Novozymes, want die leken ons het betrouwbaarste.
    Zelfde grondstof
    De verhouding water/olie komt meer overeen met diegene die bij een thermische
      hydrolyse in een splittingtoren wordt gebruikt.
    Minder enzym



7.1 Test-opstelling
Het doel van ons eerste experiment is om te kijken of we dezelfde resultaten uitkomen dan de
onderzoekers van Novozymes, als we dezelfde opstelling en parameters gebruiken.

Als deze proef klopt, dan moeten we de beste omstandigheden zoeken, waarin het proces
optimaal functioneert. Komen wij een ander resultaat uit, dan moeten kijken hoe we dit
experiment wel zouden kunnen laten werken.

De proef werd onder andere uitgevoerd met een Thermomyces Lanuginosus lipase. Hiermee
bereiken ze na 50 uur een hydrolysegraad van 80% en na 90 uur zelfs een hydrolysegraad van
95%. Het enzym waar wij over beschikken van dezelfde oorsprong is Lipozyme TL 100 L.
Dit is ook het enzym dat ze ons hebben aanbevolen voor de hydrolyse van olie. De proeven
werden uitgevoerd met 1000 LU per gram olie.
                                                                                              33
We zetten 600 g olie in. Hiervoor hebben we dus 6 g Lipozyme TL 100 L nodig, want dit
enzym heeft een activiteit van 100 KLU per gram olie.
We mengen water en olie in de massaverhoudingen 1/4. Het probleem is dat vet niet oplost in
water. Enzymen lossen wel op in water. Om lipase te laten inwerken op vet moet het vet in
kleine druppeltjes verdeeld worden en gemengd worden met water waarin het lipase zit. Zo'n
mengsel van druppeltjes vet in water noemt men een emulsie [36].
Om een goede emulsie te bekomen mengen we met een staafroerder. We gebruiken een
toerental van 800 toeren per minuut. Dit toerental is ietsje te hoog om industrieel in een
reactor uit te voeren, maar is in mijn proef nodig om een mooie emulsie te bekomen.

We kiezen 50°C als reactietemperatuur, omdat de activiteit van het enzym bij deze
temperatuur optimaal is. We verwarmen de kolf met een verwarmingsmantel. De temperatuur
van de emulsie wordt constant gehouden. Hiervoor wordt gebruik gemaakt van een regelaar.
De inkomende gegevens voor deze regelaar zijn afkomstig van een thermokoppel. Het
thermokoppel bevindt zich in een glazen buisje gevuld met siliconenolie. Dit buisje moet
steeds in contact staan met de emulsie. In dit buisje wordt ook een thermometer geplaatst om
het koppel te controleren.


Opstelling

Figuur 6 is een foto van de standaardopstelling die we voor onze reacties zullen gebruiken.

In het eerste experiment werd gewerkt zonder stikstofgas. De toe- en afvoer van stikstofgas
werden vervangen door glazen stoppen.

De eenvoudigst plaats om een staal te nemen is aan de voorste hals van de reactor.


Opstart van de proef

We voegen de hoeveelheden water en olie samen in een kolf van 1 liter. We starten met
mengen en verwarmen. Als de temperatuur van de emulsie stabiel blijft op 50°C voegen we
het enzym toe en starten de tijdsopname.

We werken met deze hoeveelheden, omdat we
    zo een beter beeld krijgen over hoe de reactie in de fabriek zou verlopen. Grotere
      hoeveelheden product geven realistischere resultaten.
    voldoende product nodig hebben, want we moeten regelmatig stalen nemen om de
      reactie te kunnen volgen. Op het einde van de proef moet toch nog minstens de helft
      van de oorspronkelijke hoeveelheid overblijven.


Opvolging van de reactie

Om de reactie te kunnen volgen nemen we de eerste dag om het uur een staal. De eerste uren
is het belangrijk om elk uur een staal te nemen, want dan gaat de reactie nog vrij snel. Later
moet men minder stalen nemen, omdat de reactie dan zijn plateau zal bereiken.
We nemen onze stalen door met een glazen pipet 10 ml emulsie weg te nemen.
                                                                                          34




                                      Figuur 6: Opstelling


In het midden van de foto zien we een glazen reactor met ronde bodem. De reactor heeft vier
halzen, waarvan de grootste gecentreerd in het midden. De reactor bevindt zich in de
verwarmingsmantel die verbonden is met de regelaar. De regelaar staat onder de werktafel.
In de rechterhals van de reactor bevindt zich het glazen buisje met thermometer en
thermokoppel. Dit thermokoppel is ook verbonden met de regelaar. In de linkerhals van de
reactor zit de injectie van stikstofgas. In de voorste hals bevindt zich een glazen koker met
korrels en watten. Het overtollige stikstofgas kan hierlangs ontsnappen zodat er geen
drukopbouw is in de reactor. Bovenaan de foto bevindt zich een motor. De snelheid van deze
motor is instelbaar. Aan deze motor hangt de staafroerder met onderaan een kleine propeller.
                                                                                                      35
Voorbereiding van het staal

Normaal gezien wordt volgende procedure gevolgd:
Eerst moet het staal nog gewassen worden, want er zit nog wel wat glycerol in de vetzuurfase.
We doen dit door heet water over het mengsel te gieten en dan goed te schudden. We laten het
mengsel scheiden in een scheitrechter. We scheiden water en glycerol af. We herhalen dit drie
maal. Nu zou al de glycerol uit het vetzuur moeten zijn. Hierna drogen we het staal.

Omdat dit een zeer langdradige methode is, hebben we gezocht naar een snellere even
nauwkeurige methode:
We hebben besloten om het staal telkens te centrifugeren. Tien minuten in een gewone
labofuge aan 2000 toeren per minuut. Na centrifuge zijn de vetzuren de bovenste fase en zijn
dus eenvoudig af te pipetteren voor de analyse. Zowel de glycerol, het water als het enzym
bevinden zich in de onderste fase.


Weergave van de resultaten

We zetten de resultaten van de proef uit in een grafiek (figuur7). Het zuurgetal in functie van
de reactietijd. We kiezen hier voor het zuurgetal om de reactie te volgen, omdat men in de
industrie liever een getal heeft dan een aantal mmol per gram. We hebben reeds gezegd dat
het zuurgetal alleen geen indicatie is voor de omzetting van de reactie. Normaal gezien zou je
de hydrolysegraad verwachten op de abscis. Maar de hydrolysegraad is de verhouding van het
ZG/VG en het verzepingsgetal varieert een klein beetje mee als de reactie vordert.
Het verzepingsgetal wordt ook groter naargelang er meer vetzuren zijn gevormd. Dit is omdat
de glycerol die we anders mee wegen bij de triglyceride niet meer gewogen wordt als het staal
bijna volledig uit vetzuren bestaat. De glycerol zit dan in de waterfase. Vermits bij de
bepaling het verzepingsgetal het gewicht ook van belang is, zal dit dus variëren.
We hebben het verzepingsgetal niet gevolgd gedurende de ganse reactie. Daarom kunnen we
in de abscis niet de hydrolysegraad uitzetten. Als alternatief hebben we gekozen om het
zuurgetal uit te zetten en aan te geven wat theoretisch de maximaal mogelijke waarde is. Dit is
dus eigenlijk een weergave van het percentage aan vetzuren.


                                            Vloeibaar enzyme extract: Lipozyme TL100L
                                           (50°C, 25 gew% water, 1000LU/g koolzaadolie)



                      200
      ZG (mg KOH/g)




                      150


                      100


                       50


                        0
                            0   20       40        60        80        100      120       140   160
                                                         reactietijd (uur)


                                     Figuur 7: Reactieverloop van de hydrolyse van olie
                                                                                             36
Besluiten

      De proef is gelukt. We bekomen ongeveer hetzelfde resultaat als de onderzoekers van
       Novozymes. We bereiken na 50 uur ietsje meer dan 80% conversie, maar dan wordt er
       een maximale waarde bereikt. De conversiegraad blijft niet stijgen. De enzymen
       blijven waarschijnlijk wel actief en blijven triglyceriden splitsen, maar zonder
       resultaat, want omdat deze hydrolyse een evenwichtreactie is, zullen er evenveel
       vetzuren terug gebonden worden.
      Het maximale zuurgetal dat we bereiken is 172,5 en dit bekomen we na 70 uur.
      We bereiken in batch een conversie van 86%. Dit is niet slecht.
      Het nadeel is dat de reactie drie dagen nodig heeft om zijn plateau te bereiken.


Enkele opmerkingen

    We hebben ervoor gekozen het staal te centrifugeren en dan de bovenste fase te
     pipetteren om zo tijd te winnen. We zijn nu nagegaan of na deze bewerking van het
     staal de vetzuren droog genoeg zijn, want dit is nodig voor de bepaling van het
     zuurgetal. We hebben het staal eerst gecentrifugeerd. We bepalen nu eerst het
     zuurgetal als we enkel centrifugeren. Hierna voegen we een overmaat droge
     natriumsulfaat toe om het staal volledig te drogen. Daarna filtreren we om het zout er
     terug uit te krijgen. We bepalen hier weer het zuurgetal. Vermits beide waarden gelijk
     waren, mogen we aannemen dat de vetzuren na centrifugatie voldoende droog zijn.
    De invloed van bewaring van de vetzuren op het zuurgetal:
     (Deze testen werden wel pas later uitgevoerd op de reactie met volgende parameters:
     37°C, Lypozyme TL 100L, 25%water, 1KLU/g koolzaadolie. Maar het is zinvol deze
     hier al te vermelden).
     Het zuurgetal direct na de proef is 176,1. Het zuurgetal drie maand later is 176,0.
     Hieruit mogen we besluiten dat de vetzuren van koolzaadolie zeer stabiel zijn bij
     kamertemperatuur. Bewaring van deze vetzuren in de ijskast is niet nodig. De vetzuren
     na destillatie zijn ook stabiel. Dit kunnen we eveneens aantonen met de zuurgetallen.
     Direct na destillatie 188,7 en 2 maand later 188,8.
    De invloed van het bewaren van de stalen in de ijskast op het zuurgetal:
     Wegens de periode van mijn stage kon ik niet meteen al mijn analyses uitvoeren. Er
     werden stalen voor mij genomen. Deze stalen werden vervolgens meteen in de ijskast
     geplaatst ter bewaring. Het doel hiervan was om de reactie stoppen. Het zuurgetal als
     je het direct meet is 77 en als je het een week later meet 100. We merken dus een
     duidelijk verschil. Dit is grotendeel te wijten aan het feit dat de reactie niet meteen
     stopt als je het staal in de ijskast plaatst. De reactie gaat nog eventjes door, maar loopt
     niet tot het einde. Voor onze resultaten heeft dit wel gevolgen, maar om besluiten te
     kunnen trekken niet echt. Deze fout is op elk staal dat in de koelkast heeft gestaan
     hetzelfde. En vermits het altijd over dezelfde drie dagen gaat, dan kom je deze fout in
     de drie gevallen tegen en nemen we aan dat deze even groot is. Dit heeft enkel een
     belang voor de reactiekinetiek. We zijn namelijk enkel geïnteresseerd in de
     eindwaarde. En hier heeft dit dus geen invloed op. Eens de waarde van het plateau is
     bereikt, dan blijft deze dezelfde.
                                                                                                             37

7.2 Invloeden op hydrolyse van olie

7.2.1 Invloed van oxidatie

Het doel van deze tweede proef is om de invloed van oxidatie op een enzymatische reactie na
te gaan. Mogelijk wordt het lipase ook geïnactiveerd door oxidatie of door geperoxideerd
vetzuur.

Reacties met vetzuren en het opslaan van vetzuren gebeurt meestal onder stikstofgas om
zoveel als mogelijk oxidatie tegen te gaan. Stikstofgas wordt in het mengsel geborreld. Omdat
stikstofgas een grotere moleculaire massa heeft dan zuurstof, zal er bovenaan in de tank of
reactor een laag stikstofgas ontstaan. Hierdoor wordt contact met zuurstof geminimaliseerd.
Als een dubbele binding in contact komt met zuurstof, dan bestaat de kans dat je een onstabiel
product krijgt en dat is niet gewenst. Zuurstof is zeer reactief en zal de koolwaterstofketen
met dubbele binding opsplitsen in twee aldehydegroepen. De vorming van deze aldehyden
moet je vermijden, want deze zorgen voor een slechte geur en voor kleurverandering. De
bedoeling is echter om een zo licht mogelijk eindproduct te krijgen. Een bruine kleur van de
vetzuren wijst er op dat zijreacties opgetreden zijn.

Om de invloed van oxidatie op het reactieverloop te testen gaan we de resultaten van een
proef met en zonder doorborrelen met stikstofgas vergelijken. Al de andere reactieparameters
worden hetzelfde gehouden (zie tabel 5).

                                  Lipozyme TL100L (50°C,25%water,1KLU/g koolzaadolie)

                                       zonder stikstofgas            met stikstofgas    max ZG




                   200




                   150
   ZG (mg KOH/g)




                   100




                   50




                    0
                         0   20       40        60           80         100      120   140       160   180
                                                            reactietijd (uur)



                                       Figuur 8: Invloed van oxidatie op het reactieverloop
                                                                                              38
              Triglyceride     koolzaadolie           600g     Koolzaadolie        600g
                               17/09/03                        17/09/03
              Water                                   150g                          150g
              Lipase           Lipozyme TL100L         6g      Lipozyme TL100L       6g
              reactietemp      50°C                            50°C
              opm:                                             doorborrelen met stikstofgas



                             Tabel 5: Invloed van oxidatie op het reactieverloop



Besluit

         Blijkbaar heeft het doorborrelen met stikstofgas geen invloed op het verloop van de
          reactie, want dit is voor beide proeven identiek.
         Vermits we hetzelfde reactieverloop hebben dan in de eerste proef mag je besluiten dat
          deze proeven goed reproduceerbaar zijn.
         Ook al heeft het doorborrelen met stikstofgas blijkbaar geen invloed op het resultaat,
          we zullen in volgende proeven steeds doorborrelen met stikstofgas.


We gaan deze proef gebruiken als referentie voor al de volgende proeven.

Opmerking 1:

Na 78 uur bereiken we een maximaal zuurgetal van 178,3. Na 168 uur is dit zuurgetal gedaald
tot 166,6. We stellen deze lichte daling vast in beide grafieken.
De chemische reactie die we uitvoeren is een evenwichtsreactie. Na een bepaalde tijd zal er
zich dus een evenwicht instellen. De reactie loopt nog wel verder, maar even snel in beide
richtingen. Na drie dagen wordt, met onze omstandigheden, het evenwicht bereikt. We
zouden dus een constante waarde voor het zuurgetal verwachten. Maar omdat we de volgende
vier dagen verder blijven verwarmen om de emulsie op 50°C te houden, zal een deel van het
water verdampen, waardoor de concentratie van het water zal dalen. Het chemische evenwicht
zal zich verplaatsen. De concentratie aan vetzuren zal ook dalen.
Door twee kleine proefjes uit te voeren kunnen we aantonen dat deze lichte daling te wijten is
aan de dalende concentratie van het water en we kunnen aantonen dat de enzymen nog actief
zijn.

Als we extra water toevoegen aan het mengsel, dan zal de waterconcentratie stijgen en
bijgevolg de concentratie van de vetzuren ook stijgen. We zouden dus een hoger zuurgetal
moeten krijgen. We voegen een derde van de oorspronkelijke hoeveelheid water toe (50g).
Een half uur later hebben we reeds een zuurgetal van 169,8 en drie uur later een zuurgetal van
171,3. We merken dat het zuurgetal terug is gestegen en de lichte daling in de grafiek te
wijten was aan een verlaging van de waterconcentratie.

Door extra enzym toe te voegen, weten we of de enzymen nog wel actief genoeg zijn om de
reactie te katalyseren. Als het zuurgetal na toevoeging van de extra enzymen nog zal stijgen,
dan weten we dat de oorspronkelijke enzymen niet meer voldoende actief zijn. We voegen
een derde van de oorspronkelijke hoeveelheid enzym toe (2g). Drie uur later hebben we een
zuurgetal van 172,1. We kunnen dus besluiten dat de oorspronkelijke enzymen nog actief
genoeg zijn. Deze kleine stijging kan zelfs nog het gevolg zijn van het toevoegen van meer
                                                                                                           39
water, want die proef ging vooraf op hetzelfde mengsel. Bij het toevoegen van water werd het
evenwicht na een half uur al bijna volledig hersteld, hetgeen er ook op wijst dat de enzymen
nog actief genoeg waren.


Opmerking 2:

Bij deze proef hebben we ook het verloop van het peroxidegetal (maat voor de oxidatiegraad
van vetten) gevolgd om een idee te krijgen over de invloed van resterende zuurstof op de
vetzuren en glyceriden.
Omdat we het peroxidegetal enkel bepaald hebben met stikstofgas, kunnen we de invloed
hiervan niet vergelijken. We kunnen wel stellen dat stikstofgas geen invloed heeft op de
reactie.

Ter informatie wordt het verloop van het peroxidegetal weergegeven:

                                                      verloop peroxidegetal
                                         (koolzaadolie, Lipozyme TL100L,50°C,25%water)

                   300,0



                   250,0
   peroxidegetal




                   200,0



                   150,0



                   100,0



                    50,0



                     0,0
                           0   20   40           60         80           100       120   140   160   180


                                                           reactietijd (uur)



                                            Figuur 9: Peroxidegetal ifv. reactietijd




7.2.2 Invloed van de temperatuur

Hier wordt de optimale temperatuur voor de reactie nagegaan. Normaal gezien zou je
verwachten dat de reactie sneller gaat als de temperatuur hoger is. Maar we werken met
enzymen, hoe reageren die op temperatuurwijzigingen.

De temperatuur waar het enzym zijn maximale
activiteit bezit verschilt van enzym tot enzym. Er
zijn enzymen die bijna steeds dezelfde activiteit
hebben bij andere temperaturen en er zijn
enzymen die sterk temperatuurafhankelijk zijn.
Wij gaan ons enkel bezig houden met de optimale
temperatuur voor het vloeibare enzym-extract
Lipozyme TL 100 L, omdat we dit enzym
gekozen hebben als referentie.
Figuur 10: Activiteit van Lipozym TL100L ifv. De
temperatuur [15]
                                                                                                                     40
De referentie temperatuur is 50°C. Die hebben we zo gekozen omdat dit enzym het meest
actief is in een temperatuurgebied van 20 tot 50 °C.
We gaan nu na hoe de reactie zal verlopen bij een hogere en bij een lagere temperatuur. Als
lagere temperatuur kiezen we voor 37°C omdat dit de top is van een curve met relatieve
enzymactiviteit in de abscis (fig10). Als hogere temperatuur hebben we gekozen voor 70 °C.


                            lagere temperatuur                  referentie                  hogere temperatuur

Triglyceride koolzaadolie                   600g      koolzaadolie             600g      koolzaadolie         600g
             17/09/03                                 17/09/03                           17/09/03
Water                            150g                            150g                                         150g
Lipase      Lipozyme TL100L       6g     Lipozyme TL100L          6g      Lipozyme TL100L                      6g
reactietemp 37 °C                        50°C                             70 °C
                       Tabel 6: Invloed van temperatuur op het reactieverloop


                                    Lipozyme TL100L (25%water,1KLU/g koolzaadolie)

                                             37 °C         50 °C           70 °C          max ZG




                  200




                  150
   ZG (mgKOH/g)




                  100




                  50




                   0
                        0    20       40         60        80          100         120        140       160     180
                                                           reactietijd (uur)



                                  Figuur 11: Invloed van temperatuur op het reactieverloop

Besluiten

                  50°C is de optimale temperatuur.
                  Als we de temperatuur verhogen, dan gaat de reactie de eerste uren sneller, maar valt
                   dan stil. Het plateau bij evenwicht ligt lager dan bij 50 °C. Dit is waarschijnlijk te
                   wijten aan het feit dat het enzym niet meer optimaal functioneert na lange tijd bij
                   hogere temperaturen.
                  Als we de temperatuur verlagen, dan wordt na lange tijd wel hetzelfde plateau gehaald
                   dan bij 50 °C. Het nadeel is dat de reactie dan nog langer duurt.
                                                                                                                 41
7.2.3 Invloed van de hoeveelheid water

De hydrolysereactie is een evenwichtsreactie. Omdat we in batch werken zal er na bepaalde
tijd wel een evenwicht bereikt worden.

                                  glycerol  vetzuren  constante
                                 triglyceride water 
Hoe meer water we toevoegen, hoe hoger de concentratie aan glycerol en vetzuren zal zijn.

Voor onze referentieproef hebben wee een gewichtsverhouding water olie ¼ gebruikt, omdat
deze verhouding door Novozymes werd gebruikt.
In de industrie wordt er in een continu proces in tegenstroom een gewichtsverhouding water-
olie van 45/50 gebruikt. Omdat wij in batch werken moeten we hier niet echt mee vergelijken.
In een volgende proef zullen we echter een chemische hydrolyse uitvoeren in batchproces.
Hiervoor gebruiken we een gewichtsverhouding water-olie 50/50. Om hiermee te kunnen
vergelijken gaan we deze verhouding ook eens gebruiken in een hydrolyse met enzym als
katalysator.
We werken hier dus steeds met een overmaat water. Als we nu uitrekenen hoeveel water we
minimaal nodig hebben om al de triglyceriden te laten hydrolyseren, dan komen we aan een
gewichtsverhouding water-olie van 37/600.


                                   Lipozyme TL100L (50°C,1KLU/g koolzaadolie)

                                 olie/w ater = 4/1        olie/w ater = 1/1    min w ater         max ZG




                  200




                  150
   ZG (mgKOH/g)




                  100




                  50




                   0
                        0   20        40             60      80          100   120          140     160    180
                                                           reactietijd (uur)



                             Figuur 12: Invloed van de hoeveelheid water op het reactieverloop
                                                                                                      42
                         referentie                     100% water                    minimum water

Triglyceride   koolzaadolie           600g     koolzaadolie            300g   koolzaadolie       600g
               17/09/03                        17/09/03                       2004
Water                                 150g                             300g                       37g
Lipase         Lipozyme TL100L         6g      Lipozyme TL100L          3g    Lipozyme TL100L      6g
reactietemp    50°C                            50°C                           50°C

                    Tabel 7: Invloed van de hoeveelheid water op het reactieverloop



Besluit

Zoals te verwachten ligt ten gevolge van het verplaatsen van het evenwicht door een hoger
volume water de omzettingsgraad van triglyceriden hoger. Maar industrieel moeten we er ook
rekening mee houden zo weinig mogelijk water te gebruiken om zo het concentreren door
indampen van de glycerine rendabel te houden.
Maar we moeten wel werken met een overmaat aan water, want als we een minimale
hoeveelheid water gebruiken, dan is de omzettingsgraad niet hoog genoeg.

Opmerking:

Voor de proef met minimale hoeveelheid water hebben we wel met koolzaadolie van een
andere batch gewerkt. Maar omdat koolzaadolie een zeer regelmatig olie is, mogen we
aannemen dat de verschillen niet zo groot zullen zijn met de vorige batch.



7.2.4 Invloed van de roersnelheid en ‘magnetic conditioning’ op de
          emulsievorming

Hier gaan we vooral onderzoeken hoe we een betere emulsie kunnen bekomen en wat de
invloed hiervan is op het reactieverloop.

We starten met het mengen met een ultra-turrax. We verwachten hier een sterkere
emulsievorming. Vervolgens testen we de invloed van een magnetische conditioneerder. We
verwachten dat de emulsie hierdoor veel stabieler zou blijven. En dan gaan we beide
combineren.

Wat is een magnetische conditioneerder voor vloeistoffen.

Wij hebben gebruik gemaakt van een CEPI SAN R1/4”S. Dit is
een messing toestel van 12 cm met nikkel bekleding. Het weegt
ongeveer 110g. Het bevat sterke ALNICO magneten met
veldsterkte van ruim 10 000 Gauss. Voor een goede werking van
de magneten is er een minimum debiet van 0,06 l/min verreist. Het
maximale debiet is 3,60 l/min. Om dit debiet te bereiken gebruiken
we een aquariumpompje.
Over de juiste werking van deze techniek kan ik niet verder
uitwijden. Deze techniek wordt namelijk op het KUL gepatenteerd.
                              Figuur 13: Magnetische conditioneerder
                                                                                            43
Bij onze referentieproef bekomen we een emulsie door minstens en half uur te mengen met
een gewone staafroerder aan 800 toeren per minuut. Dit is de periode dat de emulsie nodig
heeft om op een stabiele temperatuur te komen. Eenmaal de proef gestart blijven we roeren
met deze staafroerder gedurende de rest van de proef.


Proef A:
We mengen de emulsie 30 minuten met een ultra-turrax aan 9500 tr/min. Tijdens de reactie
roeren we verder met de roerstaaf aan 800 tr/min. De ultra-turrax wordt tijdens de proef niet
gebruikt.


Bij de volgende twee proeven werken we met een circulatie van de emulsie (zie figuur14).
We hebben hier geen plaats meer om de stikstof in het systeem te brengen.




                                Figuur 14: Opstelling met circulatie



Proef B:
Om een fijne emulsie te bekomen wordt er 30 minuten met een ultra-turrax gemengd aan
9500tr/min. De installatie (zie fig.14) met magnetische conditioneerder en aquariumpompje
wordt op gang gebracht. Het toerental van de staafroerder houden we tijdens de reactie op 500
tr/min, omdat er anders te veel luchtbellen in de aanvoerleiding van de pomp komen.

Opmerking:
Er kunnen problemen optreden bij het opstarten van de circulatie, omdat het aquariumpompje
een eenvoudig centrifugaalpompje is en dus niet zelfaanzuigend is. De aanzuigleiding moet
bij aanvang van de proef helemaal gevuld zijn met emulsie.
                                                                                                                   44
Proef C:
We mengen met de ultra-turrax in de kolf tot juist voor we enzym toevoegen. We brengen de
installatie (zie fig.14) met de magnetische conditioneerder en het aquariumpompje op gang.
Dit doen we door eerst met water de circulatie op gang te krijgen en dan rustig aan olie toe te
voegen terwijl we mengen met de ultra-turrax. Het toerental tijdens de reactie houden we op
500 tr/min omdat we anders te veel luchtbellen in de aanvoerleiding van de pomp krijgen.

Opmerking:
Het opstarten van de proef gaat veel eenvoudiger als we de circulatie eerst starten met water.
We hebben hier minstens 200g water voor nodig willen we steeds nog water in de kolf hebben
om zo geen lucht in de leidingen te krijgen. Daarna voegen we geleidelijk aan olie toe. Op
deze manier stijgt de viscositeit van de emulsie geleidelijk aan en zorgt zo voor minder
problemen voor de reeds draaiende centrifugaalpomp.
Omdat we werken met een kolf van 500ml kunnen we geen 800ml koolzaadolie meer
bijvoegen om de verhouding olie/water te respecteren. We voegen maar 400g olie toe,
waardoor de emulsie 50% water bevat. We hebben hier dus een andere concentratie water en
dit zal een invloed hebben op het evenwicht. De concentratie aan vetzuren zal dan ook hoger
zijn, dit wil zeggen een hoger zuurgetal. Het plateau zal hoger liggen.



                                        Lipozyme TL100L (50°C,1KLU/g koolzaadolie)

                                 referentie        proef A            proef B       preof C         max ZG




                  200




                  150
   ZG (mgKOH/g)




                  100




                  50




                   0
                        0   20          40        60          80         100     120          140   160      180
                                                             reactietijd (uur)


                                  Figuur 15: Invloed van de roersnelheid op het reactieverloop
                                                                                                       45


                       proef A                         proef B                        proef C

Triglyceride koolzaadolie         600g     koolzaadolie            600g     koolzaadolie        400g
             17/09/03                      17/09/03                         17/09/03

Water                             150g                             150g                         200g
Lipase      Lipozyme TL100L        6g      Lipozyme TL100L          6g      Lipozyme TL100L      6g
reactietemp 50°C                           50 °C                            50 °C
opm:        25% water                      25% water                        50% water


                       Tabel 8: Invloed van de roersnelheid op het reactieverloop

Besluiten

      (proef A) De emulsie op voorhand mengen met een ultra-turrax heeft geen invloed op
       het verloop van de reactie. Die emulsie is niet voldoende stabiel om die kleine
       micellen te behouden. In de tijd die nodig is om de emulsie op te warmen zijn de
       micellen terug groter geworden. (We hebben dit kunnen volgen onder de microscoop).
      (proef B) Alhoewel de magnetische conditioneerder geen meetbare invloed heeft op
       het reactieverloop, kunnen we onder de microscoop wel zien dat de gevormde
       micellen kleiner en stabieler zijn.
      (proef C) Als we de verwarmde emulsie, juist voor we enzym toevoegen, nog een keer
       goed mengen met de ultra-turrax, dan merken we het eerste uur stijging van de
       reactiesnelheid van 25%. We hebben na één uur een zuurgetal van 83,1 terwijl de
       andere methoden na één uur een zuurgetal van rond de 60 geven.
      Onze emulsie heeft een groene kleur nadat deze een paar keer door de conditioner is
       geweest. Dit komt omdat de conditioner uit messing is gemaakt. De koper deeltjes
       zullen dus waarschijnlijk in de emulsie terecht gekomen zijn.
      Bij proef C merken we na zes dagen een hogere plateauwaarde. We hebben ons door
       de opstartprocedure niet gehouden aan dezelfde verhoudingen olie-water dan bij de
       referentieproef. Deze verhouding heeft een invloed op het zuurgetal als de reactie zijn
       plateau bereikt. De verbetering is hier dus waarschijnlijk niet te wijten aan de
       stabielere emulsie, maar aan de verandering in samenstelling van de emulsie.



Al de geleverde inspanningen om een beter emulsie te bekomen hebben niet het gewenste
resultaat.
                                                                                             46
7.2.5 Invloed van het enzym

Normaal verliezen de enzymen hun activiteit na een bepaalde tijd afhankelijk van de
bewaartemperatuur. Koele temperaturen zijn aanbevolen. Bij temperaturen onder de 2°C
behoudt het enzym normaal minstens drie maand zijn vooropgestelde activiteit.
We hebben de enzymen gedurende de ganse periode in de diepvries bewaard. Ondanks deze
voorzorgsmaatregel zal de activiteit van de enzymen toch een beetje zijn afgenomen, want de
proeven gingen over een periode van negen maand.

Zoals reeds vermeld in het inleidende deel over enzymen, beschikken we dus over vloeibare
enzym extracten en enzymen op een vaste drager.
We willen testen of die enzymen die voor andere specifieke doeleinden worden gebruikt ook
een hydrolyse van olie kunnen katalyseren.

De vloeibare enzym extracten kunnen we eenvoudig met elkaar vergelijken, omdat de
activiteiten in dezelfde eenheid worden uitgedrukt. Om te vergelijken met de enzymen op een
vaste drager wordt dit ietsje ingewikkelder omdat deze activiteiten in een ander eenheid
worden uitgedrukt. We hebben reeds aangetoond dat deze eenheden niet te vergelijken zijn.
Daarom maken we volgende veronderstellingen:


                       PLU = LU       en     IUN = KLU


Als referentie nemen we 1000 LU enzym per gram olie. We rekenen voor elk enzym uit
hoeveel we moeten inzetten.
Als de andere enzymen gelijkwaardige katalysatoren voor de hydrolyse van olie zijn, dan
zouden we in theorie drie dezelfde curven moeten bekomen.



7.2.5.1 Vloeibare enzymextracten

We vergelijken eerst de drie vloeibare enzym extracten. Hoeveel er van elk enzym wordt
toegevoegd om dezelfde activiteit (1000 LU enzym per gram olie) te bekomen staat in tabel 9.


Triglyceride koolzaadolie      600g     koolzaadolie        400g   koolzaadolie       300g
             17/09/03                   17/09/03                   17/09/03
Water                          150g                          100g                     75g
Lipase      Lipozyme TL100L     6g      Novozym CALB L     (4+76)g Palatase 20000 L   15g
reactietemp 50 °C                       50°C                       50 °C

                               Tabel 9: Vloeibare enzymextracten

Opmerking:
Bij de proef waar Novozym CALB L gebruikt wordt als katalysator werd eerst eenzelfde
verhouding olie/enzym ingezet als bij de referentieproef. We merkten dat deze reactie zeer
traag vorderde en dagen zou duren. Daarom hebben we ervoor gekozen dezelfde activiteit in
te zetten. We hebben dus 1000LU enzym per gram olie nodig. We hebben dus 80 g vloeibaar
enzym extract nodig. Omdat we reeds 4 g hadden ingezet voegen we na 21,5 uur nog 76 g toe.
                                                                                                           47

                                            vloeibare enzymextracten
                                     (50°C,25%water,1000LU/g koolzaadolie)


                                          Palatase 20000L                   Novozym Calb L
                                          Lipozyme TL 100L                      max ZG

                   200




                   150
   ZG (mg KOH/g)




                   100




                   50




                    0
                         0   20      40       60       80        100      120      140   160   180   200

                                                       reactietijd (uur)

                                            Figuur 16: Vloeibare enzymextracten


Besluit

                  We merken dat Palatase 20000L ook de hydrolyse van olie katalyseer, maar ietsje
                   trager dan Lypozyme TL 100 L.
                  Novozym Calb L daarentegen zit met dezelfde activiteit nog maar aan de helft van de
                   omzetting. Als we dan kijken waarvoor dit voornamelijk gebruikt wordt dan kunnen
                   we stellen dat dit enzym enkel de vetzuren van posities 1 en 3 heeft weggeknipt. Dit is
                   dus niet geschikt voor hydrolyse.
                  We voegen 80g Novozym CALB L toe. Dit enzymstaal bevat een aanzienlijke
                   hoeveelheid water. We hadden hier dus een hogere plateauwaarde verwacht.



7.2.5.2 Geïmmobiliseerde enzymen


Hier worden twee enzymen op een vaste drager vergeleken met onze referentie. Als referentie
nemen we 1000 LU enzym per gram olie. We rekenen voor elk enzym uit hoeveel we moeten
inzetten rekening houdend met onze veronderstellingen.

                                          PLU = LU          en         IUN = KLU
                                                                                                                 48
Triglyceride koolzaadolie                  600g        koolzaadolie         100g     koolzaadolie         600g
             17/09/03                                  17/09/03                      17/09/03
Water                         150g                                          25g                   150g
Lipase      Lipozyme TL100L    6g                      Novozym 435          10g Lipozym TL IM      2,4g
reactietemp 50 °C                                      50°C                        50 °C
opm:        1000LU enzym per gram                      1000PLU enzym per gram 1000IUN enzym per gram olie
            olie                                       olie (heel veel enzyme
                                                       nodig, daarom kleine totale
                                                       hoeveelheden)

                                           Tabel 10: Geïmmobiliseerde enzymen



                                  (1000units/g koolzaadolie,50°C,25%water)

                                        Lipozyme TL IM                         Novozym 435
                                        Lipozyme TL 100L                           max ZG



                  200




                  150
   ZG (mgKOH/g)




                  100




                  50




                   0
                        0    20       40          60          80      100          120      140     160     180

                                                           reactietijd (uur)



                                           Figuur 17: Geïmmobiliseerde enzymen



Besluiten

                  We mogen wel stellen dat onze veronderstellingen IUN= KLU niet zo slecht zijn
                   gekozen, want we komen voor lipozyme TL IM en lipozyme TL 100 L bijna dezelfde
                   curve uit.
                  Ook onze veronderstelling dat PLU = LU is niet zo slecht. Deze curve loopt wel trager
                   dan de andere, maar dit was voor het vloeibare extract van dezelfde afkomst ook het
                   geval. Maar omdat we deze reactie niet hebben laten doorgaan tot aan het plateau
                   kunnen we hier geen besluit over nemen.

Lipozyme RM IM hebben we wegens tijdsgebrek niet kunnen testen.
                                                                                                      49
7.2.6 Invloed van de olie

De bedoeling van deze proef is om te testen of de verschillende vetzuurketens een grote
invloed hebben op de hydrolyse. Hiervoor gaan we drie oliën met elkaar vergelijken:

                         Koolzaadolie - Lijnolie - Ricinusolie
Koolzaadolie is en zeer stabiele olie en is vloeibaar bij kamertemperatuur. Het is een zuiver
product en zal dus waarschijnlijk geen nadelige gevolgen hebben op het enzym.
Lijnolie heeft een heel hoog gehalte aan onverzadigde vetzuren. Het bestaat voor 52% uit
linoleenzuur (C18:3). Het is zeer gevoelig voor zuurstof, waardoor het snel zal oxideren.
Ricinusolie bestaat voor 88% uit ricinuszuur. Deze vetzuurketen is zo speciaal omdat het een
OH-groep bevat. Hierdoor kunnen er intra- en inter- moleculaire reacties plaatsvinden.

Op industriële schaal is men gestopt met het verwerken van ricinusolie en lijnolie omdat deze
voor problemen zorgen. Het zou zeer interessant zijn moesten deze oliën geen probleem
geven als je ze met een enzymatische katalysator zou splitten.

We kunnen deze oliën onderling niet vergelijken door enkel de zuurgetallen met elkaar te
vergelijken, want elke olie heeft een ander maximaal zuurgetal omdat ze een andere
samenstelling hebben. De hydrolysegraad kunnen we ook niet gebruiken, want we hebben het
verzepingsgetal niet opgevolgd gedurende de ganse proef. Daarom zetten we het percentage
vetzuur uit in de abscis.

                                                  ZGgevonden
                                  %vetzuur 
                                                 ZGtheoretisch


Omdat we van elke olie de percentuele samenstelling kennen, kunnen we het theoretische
zuurgetal berekenen. Dan vinden we voor:

                                 Koolzaadolie               199,6
                                 Lijnolie                   201,1
                                 Ricinusolie                189,5


Triglyceride   koolzaadolie      600g         ricinusolie       600g         ruwe lijnolie    310g
                 17/09/03                     (castoroil)                 (7/11/03 scaldis)

Water                            150g                           150g                          75g
Lipase      Lipozyme TL100L       6g    Lipozyme TL100L          6g     Lipozyme TL100L        3g
reactietemp 50 °C                       50°C                            50 °C
opm:
              maximale ZG =     199,6      maximale ZG =        189,5      maximale ZG =      201,1

                         Tabel 11: Invloed van de olie op het reactieverloop
                                                                                                             50

                             Lipozyme TL100L (50°C,25% water,1KLU/g olie)
                                       koolzaadolie             ricinusolie         lijnolie


               100%

               90%

               80%

               70%

               60%
   % vetzuur




               50%

               40%

               30%

               20%

               10%

                0%
                      0       20       40        60        80         100     120          140   160   180

                                                        reactietijd (uur)


                                    Figuur 18: Invloed van de olie op het reactieverloop


We mogen niet te veel in detail gaan op deze grafiek, want we hebben gewerkt met een
theoretische waarde. Deze waarde is gebaseerd op de gemiddelde samenstelling van de olie en
niet op de samenstelling van de olie van de batch waar wij mee werken. Voor koolzaadolie
zou dit normaal geen verschil mogen geven, want dit is een zeer regelmatige olie, maar bij
lijnolie varieert de procentuele samenstelling van batch tot batch.


Besluit

De drie oliën vertonen niet echt een groot verschil en er zorgt geen enkel olie voor grote
problemen.


Fysische kenmerken

Lijnolie:                 De olie is donker geel.
                          Na mengen met water krijg je een geel-oranje kleur.
                          De vetzuren zijn zeer vloeibaar en helder.

Ricinusolie:              De olie is heel licht geel, bijna kleurloos en visceus.
                          Na mengen met water krijg je een witte kleur.
                          De vetzuren zijn visceus en hebben een witte troebele schijn
                                                                                                                                                                                  51
Nevenreacties

Lijnzaadolie en ricinusolie zorgen voor problemen omdat ze beide redelijk snel nevenreacties
zullen ondergaan. Lijnolie zal snel oxideren door het hoge aantal dubbele bindingen. Door de
alcoholgroep in ricinuszuur kunnen er inter- en intra-moleculaire nevenreacties plaatsvinden
bij ricinusolie.

Oxidatie van oliezuur:

             H 3C               CH2         CH2          CH2             CH            CH2          CH2             CH2         CH2               O
                      CH2             CH2         CH2              CH2         CH             CH2            CH2          CH2             C

                                                                                                                                          OH

                                                                            + O2
                                                                                                                                           O
                      CH2                                                                                                  CH2
             H 3C                     CH2                                                                      CH2                C
                            CH2                   CH2                                              CH2                  CH2
                                           CH2                 CH2                  CH2                  CH2                          OH
                                                        CH2                                  CH2
                                                                     CH        CH

                                                                     O         O




                                                                                                                                                        O

        CH2           CH2             CH2         CH2          O                            CH           CH2            CH2           CH2               C
H 3C           CH2              CH2         CH2          CH             +          O              CH2             CH2           CH2               CH2         OH



Een zuurstofmolecuul zal aanvallen ter hoogte van de dubbele binding. Er treedt een
peroxidatie op. Deze peroxides zullen hierna ontbinden in aldehyden. Deze aldehyden zorgen
voor een onaangename geur en voor een kleurverandering.

intermoleculaire reactie van ricinuszuur:


                                                                   OH

               2           H 3C            CH2         CH2         CH          CH           CH2         CH2         CH2         CH2           O
                                  CH2            CH2         CH2         CH2           CH         CH2         CH2         CH2         C

                                                                                                                                      OH




                                                                         H2O

                                      OH

H 3C         CH2          CH2         CH         CH          CH2         CH2           CH2         CH2        O
       CH2          CH2         CH2        CH2         CH          CH2         CH2           CH2         C

                                                                                                         O

                                                               H3C             CH2           CH2         CH         CH          CH2            CH2          CH2         CH2        O
                                                                         CH2           CH2         CH2        CH2         CH          CH2             CH2         CH2         C

                                                                                                                                                                              OH
                                                                                                              52
intramoleculaire reactie van ricinuszuur:

                                     OH

H 3C         CH2         CH2         CH         CH         CH2         CH2         CH2         CH2        O
       CH2         CH2         CH2        CH2         CH         CH2         CH2         CH2         C

                                                                                                     OH




                                                            H2O



              H 3C                               O
                                                            CH2 CH2
                     CH2 CH2                           C
                                                                        CH2
                                CH2 CH2          O
                                                                             CH2
                                          CH2 CH
                                                                             CH2
                                                     CH2
                                                                         CH2
                                                       CH          CH2
                                                             CH
                                                                                             53

8 Destilleren
De eerste stap in het productieproces van vetzuren is de hydrolyse van olie. Na deze splitting
zijn de vetzuren nog niet zuiver genoeg om gebruikt te worden in andere processen of om te
verkopen. De vetzuren moeten nog gezuiverd en gescheiden worden. Via een destillatie
gebeurd deze zuivering en scheiding van de vetzuren in één productiestap.


8.1 Wat is destilleren?                     [3]

Destillatie is het scheiden van een vloeistofmengsel in twee delen door een deel te laten
verdampen. Deze dampen worden dan terug gecondenseerd zodat er twee fracties ontstaan.
Een topfractie en een bodemfractie. De topfractie bevat de lichtere componenten, de
bodemfractie de zwaardere componenten. Door de destillatie zijn de componenten van het
oorspronkelijke mengsel dus gedeeltelijk gescheiden.

De verdamping van vloeistoffen kan op twee manieren bevorderd worden:
Ten eerste door het toevoegen van warmte. Voor het verdampen van vloeistoffen is er warmte
nodig, de verdampingswarmte. De vloeistof moet voldoende energie bezitten, zodat de
vloeistofdeeltjes uit het vloeistofoppervlak kunnen ontsnappen.
Ten tweede door het verlagen van de partiële dampdruk boven de vloeistof. De partiële
dampdruk is de druk die veroorzaakt wordt door de damp van die bepaalde vloeistof op het
vloeistofoppervlak. Voor elke vloeistof hoort bij elke temperatuur echter een bepaalde
maximale dampdruk. Het is de druk waarbij geen deeltje meer kan verdampen. Door de totale
druk boven de vloeistof weg te nemen, wordt die maximale dampdruk niet bereikt en kan er
vloeistof verdampen.

In een destillatie is het de bedoeling om zo selectief mogelijk te verdampen. Het is de
bedoeling om met zo weinig mogelijk energie een zo goed mogelijke scheiding van de
componenten van een mengsel te bekomen. Het scheiden van de vloeistoffen is gebaseerd op
het verschil in kookpunt van de te scheiden stoffen.

Wanneer een mengsel van meerdere vloeistoffen verwarmd wordt, zullen er zich bij een
bepaalde temperatuur dampbellen beginnen vormen. Wanneer deze damp wordt afgevoerd,
dan zal de maximale dampdruk niet bereikt worden en kan het mengsel blijven koken.
Het kookpunt van een mengsel is afhankelijk van de samenstelling van de damp. De damp die
ontstaat door het koken van het mengsel zal niet enkel bestaan uit damp van de meest
vluchtige stof. Ook de minder vluchtige stof zal verdampen, maar dan wel in minder mate.
Hierdoor zal de concentratie van de verschillende stoffen in de damp verschillend zijn van de
concentratie van de vloeistoffen in het mengsel.

De damp bevat dus meer vluchtige stoffen dan het mengsel waaruit vetrokken werd. De
achterblijvende vloeistof bevat een hogere concentratie minder vluchtige bestanddelen dan het
oorspronkelijke mengsel.
Toch zijn beide fracties niet zuiver. In de gecondenseerde damp vindt men nog
bodemproduct. En in de bodemfractie zit nog topproduct. Beide fracties zijn nog vervuild.
Verder scheiding, een tweede destillatie, is dan ook noodzakelijk als je zuiver product wil
bekomen.
                                                                                               54

8.2 De enkelvoudige destillatie van vetzuren                              [3]

De enkelvoudige destillatie van vetzuren wordt toegepast om de vetzuren te zuiveren van
onverzeepbare bestanddelen van het mengsel (mono-,di-en triglyceriden), van
verontreinigingen als kleurstoffen en neutrale reststoffen afkomstig van de voorgaande
behandelingen van de vetzuren.

Door de hoge kookpunten van de meeste vetzuren zal de destillatie uitgevoerd worden bij zeer
lage drukken. De temperatuur waarbij gedestilleerd wordt is afhankelijk van de samenstelling
van de vetzuren en zal variëren tussen de 180 en 260 °C. Deze temperaturen zijn lager dan de
kooktemperaturen van deze vetzuren bij atmosferische druk. Door deze lagere temperaturen
zullen de vetzuren minder reacties ondergaan met de onzuiverheden die nog aanwezig zijn in
het mengsel. Er zullen hierdoor minder ongewenste reactieproducten gevormd worden die
onder de vorm van “pitch” worden afgevoerd.

Het is de bedoeling zo weinig mogelijk vetzuren te laten reageren tot pitch. Om het
destillatieproces zo optimaal mogelijk te laten verlopen, is het belangrijk de opwarmtijd zo
veel mogelijk te reduceren er ervoor te zorgen dat de vetzuren droog zijn.

Het doel van dit voorverwarmen en drogen is dat de tijd dat de vetzuren doorbrengen bij hoge
druk en hoge temperatuur zo klein mogelijk blijft, om zo de chemische degradatie van de
vetzuren te beperken.

De dampen die door verwarming van de vetzuren gevormd worden stijgen in de Vigreux-
kolom en komen in contact met de uitstekende pieken. De functie van deze pieken is de
opstijgende dampdeeltjes in contact te brengen met de gecondenseerde vloeistofdruppeltjes,
zodat er een evenwicht ontstaat tussen de damp en de gevormde vloeistof.
Het gevolg hiervan is dat de scheiding van de vetzuren nauwkeuriger is. Vetzuren met een
hogere kooktemperatuur die toch met de damp mee afgevoerd werden zullen door het contact
met de uitstulpingen en de vloeistoffase condenseren en terug in het destillerende mengsel
terecht komen. De vetzuren met de juiste kooktemperatuur die reeds gecondenseerd werden
zullen door de warmte van de opstijgende en condenserende damp terug verdampen en
afgevoerd worden. De wisselwerking tussen de opstijgende dampen en de vloeistofdruppels
op de uitstulpingen in de kolom zorgen voor een betere scheiding van de componenten.

De vloeistof die overblijft blijven we verwarmen. Doordat de lichtere fracties verdampen zal
de concentratie aan zwaardere fracties in de vloeistof toenemen. Hierdoor zal ook de
kooktemperatuur van de vloeistof verhogen.

In de topsectie worden de vetzuren door middel van een condensor, die we koelen met water,
gecondenseerd en als destillaat afgevoerd.
Het destillaat is echter niet volledig zuiver. Samen met de overgedestilleerde vetzuren zullen
er ook kleine hoeveelheden verontreinigingen onder de vorm van monoglyceriden en
kleurstoffen meegevoerd worden.

Het mengsel van vetzuren wordt dus gescheiden in twee mengsels:

   1. een destillaat ( = vetzuren en sporen van verontreinigingen) met een kookpunt lager of
      gelijk aan de werkingstemperatuur van de destillatiekolom.
   2. een restproduct, de pitch ( = vetzuren, glyceriden, verontreinigingen) met een
      kookpunt hoger dan de werkingstemperatuur van de destillatiekolom.
                                                                                                  55
In de pitch vindt men naast kleurstoffen, onzuiverheden en andere organische materialen ook
een belangrijke hoeveelheid mono- di- en triglyceriden. Deze zijn afkomstig van de
monoglyceriden die nog in het vetzuurmengsel aanwezig zijn. Deze monoglyceriden reageren
bij de destillatieomstandigheden (hoge temperatuur, lage druk) met de vetzuren en veresteren
tot diglyceriden, die op hun beurt veresteren tot triglyceriden. Bij deze veresteringsreacties
wordt er naast de vernoemde esters ook water gevormd.

Het is vrij logisch dat economisch gezien een zo laag mogelijke hoeveelheid aan
bodemproduct de meest rendabele situatie is.



8.3 De experimenten

8.3.1 Waarom voeren we destillaties uit?

Het doel van deze destillaties is om te kijken of er een verschil is tussen de destillaties van
olie als je deze split bij hoge druk - hoge temperatuur en als je de olie zou splitten met een
enzym als katalysator.

Dan zijn er ook enkele oliën die niet meer gebruikt worden voor het bekomen van vetzuren,
omdat deze problemen geven bij het destilleren. Ik denk nu in het bijzonder aan ricinusolie
(bevat een OH-groep in zijn meest voorkomende vetzuurketen) en lijnolie (bevat drie
onverzadigdheden in het meest voorkomende vetzuur). Het zou zeer fijn zijn als de vetzuren
van deze oliën na enzymatische splitting geen probleem zouden geven bij het destilleren, want
dan kon er overwogen worden om terug te starten met het splitten van deze oliën.



8.3.2 Hoe gaan we praktisch te werk?

Om de techniek van het destilleren onder de knie te krijgen, maken we gebruik van een reeds
bestaande opstelling in het labo te Ertvelde. Met deze opstelling voeren we een eerste
destillatie uit. Voor de andere destillaties maken we gebruik van een zelf nagemaakte
opstelling in het labo te Oelegem.

Figuur 19 geeft een schematische voorstelling van de destillatieopstelling.

Werkwijze :

Omdat we na de destillatie eenvoudig de hoeveelheid bodem en topproduct willen weten,
wegen we eerst de massa van de opvangballon en de massa van de destilleerkolf met al het
bijhorende. We gieten ongeveer 350 g vetzuren in de destilleerkolf en sluiten beide kolven
aan op de installatie.
We starten met de ganse installatie onder vacuüm te trekken. We doen dit geleidelijk aan. De
vetzuren bevatten zo‟n 9 % lucht. Deze lucht wordt er op deze manier uitgetrokken.
Vervolgens stellen we het setpoint in op 110°C. Zo zijn we zeker dat al het water uit het
mengsel is.
Daarna verhogen we het setpoint telkens met 10 °C en zien we wat er gebeurt.
                                                                                                                              56
Het mengsel zal eerst beginnen koken. Bij verder verwarmen zullen na een tijd de eerste
condensatiedruppels zichtbaar worden. De eerste component zal overkomen. Omdat het niet
ons doel is om de verschillende componenten te scheiden, laten we al de componenten
overdestilleren in dezelfde opvangballon. Als we verder blijven verwarmen en er komen geen
componenten meer over, dan stoppen we de destillatie.
We laten eerst het mengsel afkoelen. Vervolgens laten we het mengsel geleidelijk aan terug
bij atmosferische druk komen.
We bepalen de hoeveelheid destillaat (overgekomen in de opvangballon) en pitch
(achtergebleven in de destillatiekolf). Hieruit bepalen we het percentage pitch.

                                                        massadestillaat
                                    % pitch                             100%
                                                         massa pitch

Om te controleren of we goed gedestilleerd hebben, bepalen we het ZG van de pitch. Omdat
de bedoeling is dat al de vetzuren overgedestilleerd worden, zou het ZG bijna nul moeten zijn.




                         thermokoppel:
                         condensatietemperatuur

                                                                                                     thermokoppel:
                                                                                                     temperatuur in
                                                                                                     de kolf




                  Liebig koeler

vacuüm adapter




                                  Vigreux kolom




                             destillatiekolf


            opvangkolf                                                                                    verwarmingsmantel




                                                            6   5                    6   5
                                                   7                4           7            4
                                               8                        3   8                    3
                                               9                        2   9                    2
                                                       10           1               11
                                                                                    10           1




                                      Figuur 19: Destillatieopstelling
                                                                                               57
8.3.3 Beschrijving van de proeven

Ter kennismaking met destillatie, destilleren we eerst vetzuren van lijnolie. Daarna gaan we
zelf vetzuren, die we bekomen hebben via een enzymatische splitting van koolzaadolie,
destilleren. Als deze destillatie werkt, dan destilleren we de vetzuren van lijnolie en
ricinusolie die we bekomen hebben door enzymatische splitting en chemische splitting.


Destillatie van vetzuren van lijnolie. Dit staal hebben we gekregen van Scaldis Acid Oils in
Kluisbergen.

We werken met de vaste opstelling voor destillaties van vetzuren te Ertvelde. Zoals je kan
zien op figuur19 meten we twee temperaturen: de temperatuur in de kolf en de
condensatietemperatuur.
Omdat we de samenstelling van lijnolie weten, kunnen we voorspellen wat de
condensatietemperatuur van de eerste component zal zijn. Omdat we een zeer goed vacuüm
hebben ( < 1 mbar), verwachten we dat de destillatie zal starten vanaf 175 °C.
We verhogen de temperatuur in de kolf steeds met 10 °C. Als we aan een temperatuur in de
kolf van 200°C komen, is de condensatietemperatuur nog steeds 28 °C. De destillatie is hier al
begonnen, maar de ganse kolom is nog niet op de juiste temperatuur. Als we het mengsel in
de kolf nu verder verwarmen tot 204°C krijgen we een plotse stijgen van de
condensatietemperatuur. Bij een condensatietemperatuur van 186°C komt de eerste
component over. Nadat deze component volledig is overgekomen zakt de
condensatietemperatuur terug. Willen we een volgende component laten overkomen, dan
moeten we verder verwarmen. We verwarmen zo tot 250°C. Bij deze temperatuur is er bijna
geen debiet meer van vetzuren die condenseren.
Dit hele proces duurt een 2 à 3 uur.

Opmerkingen:
   We werken met een vaste opstelling. Uit ervaring met deze installatie weten we dat als
      we goed aan het destilleren zijn, we een verschil van 20°C hebben over de kolom.
   We kennen de samenstelling van lijnolie. De lichtste component is C16:0 en de
      zwaarste component is C18:0. Bij een druk van 1mbar zijn deze kooktemperaturen
      respectievelijk 175°C en 190°C. De condensatietemperaturen zullen in dit
      temperatuurinterval liggen. (zie bijlage: kookpuntskromme)

Met deze gegevens kunnen we besluiten dat verwarmen tot 250°C voor deze opstelling zeker
voldoende is om al de vetzuren de kans te geven gedestilleerd te worden van de pitch.

We hebben 345 g lijnolievetzuren ingezet.
Na de destillatie:
       Destillaat:  258,8 g        ZG = 195.9
       Pitch:       82,9 g         ZG = missing EP, dus zeer klein

              % pitch = 32 %

Besluit
    We hebben zeer goed gedestilleerd, want er zijn bijna geen vetzuren achtergebleven in
        de destillatiekolf.
    De grondstof is niet zo bruikbaar, want 32 % pitch is echt wel te veel.
                                                                                           58
Destillatie van vetzuren van koolzaadolie. De vetzuren zijn afkomstig van een enzymatische
splitting van koolzaadolie. We hebben voor deze splitting gewerkt met Lipozyme TL 100 L
bij een temperatuur van 37 °C.

Voor deze destillatie werken we met de opstelling die we zelf gemaakt hebben. We starten
met de ganse installatie onder vacuüm te zetten. We hebben een slecht vacuüm, namelijk 100
mbar. Normaal zouden we een vacuüm kleiner dan 1 mbar moeten bekomen.
We verwarmen de kolf tot 110°C om al het water uit de vetzuren te krijgen. Daarna
verwarmen we verder met steeds een stijging van 10 °C. Bij een temperatuur in de kolf van
170°C komt de eerste component al over. We verwarmen verder tot 200°C, maar er gebeurt
niets meer. We stoppen met verwarmen. We laten eerst alles traag afkoelen en sluiten hierna
geleidelijk het vacuüm af.

De volgende morgen gaan we verder met dezelfde destillatie, maar gebruiken we een ander
vacuümpomp. Nu zijn we wel in staat om een vacuüm van 0 mbar te bekomen. We plaatsen
nu ook een mantel van glaswol rond de destillatiekolf om warmteverlies te minimaliseren. We
warmen op tot 200°C en laten de temperatuur dan geleidelijk aan stijgen. Bij een temperatuur
van 231 °C in de kolf hebben we een overkomende component. We verwarmen verder tot
250°C, dit is de limiet van de regelaar. We zijn dus verplicht van bij deze temperatuur onze
destillatie te stoppen.

De derde dag gebruiken we een andere regelaar voor de verwarmingsmantel. Deze kan de
temperatuur regelen tot 300°C. We hebben nog steeds een vacuüm van 0 mbar. We stoppen
de destillatie als we opgewarmd hebben tot 295 °C.

Opmerkingen:
   Het is vreemd dat er de eerste dag van de destillatie al „iets‟ is overgekomen, Want we
      hadden daar een druk van 100mbar. Bij deze druk is het kookpunt van de lichtste
      component van koolzaadolie ( C16:0 ) 260°C. (zie bijlage: kookpuntskromme)
     Als alles volgens de verwachting zou verlopen kan de lichtste vetzuurcomponent pas
     overkomen bij een condensatietemperatuur groter dan 260°C. We hebben maar tot
     200°C verwarmd!
     Welke component dit is en hoe dit is kunnen gebeuren hebben we niet verder
     onderzocht, omdat we onze kolom en werkwijze nog aan het optimaliseren waren.
   Het slechte vacuüm de eerste dag lag niet aan een lek in de opstelling, maar aan de
      pomp. De tweede dag hebben we met een andere pomp gewerkt en dan hebben we wel
      een goed vacuüm bekomen.
   De tweede dag hebben we een druk van 0mbar. We kennen de samenstelling van
      koolzaadolie. De lichtste component is C16:0 en de zwaarste component is C20:0. De
      kookpunten van deze componenten zijn 175°C en 205°C. De condensatietemperaturen
      zullen in dit temperatuurinterval liggen. (zie bijlage: kookpuntskromme)
   Omdat dit de eerste destillatie is die we uitvoeren met deze kolom en we de isolatie
      tijdens de destillatie hebben aangepast, hebben we nog geen goed beeld over het
      temperatuurverlies over de kolom. We weten dus niet of we voldoende verwarmd
      hebben om de hoogste kooktemperaturen te bereiken bovenaan de kolom. We hadden
      dit wel kunnen weten als we heel de tijd naast de installatie hadden blijven staan en de
      condensatietemperaturen in het oog hadden gehouden.
                                                                                          59
We hebben 362,9 g vetzuren ingezet.
Na de destillatie:
       Destillaat:  293,0 g
       Pitch:       42,46 g                     ZG = 7,4

               % pitch = 14,5 %

De pitch is nog vrij vloeibaar.


Besluit
    Het zuurgetal van de pitch is nog wel vrij hoog. Dit duidt erop dat waarschijnlijk nog
        niet al de vetzuren gedestilleerd zijn. Nog hoger verwarmen lijkt echter overbodig,
        want bij die hoge temperaturen zullen de overgebleven vetzuren reageren.
    De pitch is ook nog vrij vloeibaar. Dit is eveneens een indicatie dat er nog vetzuren
        inzaten. We hadden dus nog verder moeten destilleren om al de vetzuren eruit te
        krijgen.
    We hebben verwarmd tot 295°C en er zijn nog steeds geen polymerisatiereacties
        opgetreden. De pitch blijft vloeibaar.


Foto van de opstelling die we voor de volgende destillaties zullen gebruiken:




                              Figuur 20: Foto van de destillatieopstelling
                                                                                              60
Links op de foto (figuur20) zien we de opvangballon met daarachter de besturingsplaat van
de vacuümpomp. In het midden van de foto zien we de ingepakte Vigreuxkolom. De
destillatiekolf zelf is niet te zien, want deze is helemaal bedekt met glaswol om warmteverlies
te vermijden. Rechts op de foto ziet u een afleesvenster van het thermokoppel dat bovenaan de
kolom is bevestigd. Dit is een weergave van de condensatietemperatuur. Deze hete dampen
worden door de vacuümpomp aangezogen en condenseren in de Liebigkoeler. De
temperatuur in de kolf kunnen we aflezen op de regelaar van de verwarmingsmantel.
Hiervoor wordt ook een thermokoppel gebruikt, maar dit is niet zichtbaar op de foto.


Destillatie van vetzuren van lijnolie (Scaldis). De vetzuren zijn afkomstig van ruwe lijnolie
en zijn gesplit volgens een klassieke hydrolyse.

We werken met de opstelling die we zelf gemaakt hebben (figuur 20). Het vacuüm waarover
we beschikten was terug slechter. Het schommelde tussen de 3 en de 28 mbar. Later bleek dat
dit lag aan een lek in de aanzuigdarm.
We hebben verwarmd zoals het hoort. Bij een temperatuur van 243°C in de kolf hadden we
het eerste destillaat. Bij 259°C kwam er heel veel destillaat over en dit in grote schokken.
Deze vetzuren waren donkerder dan normaal. We verwarmen verder tot 298°C. De
temperatuur aan de top van onze kolom is dan 150°C. Als we verder verwarmen tot 310°C
begint het mengsel te schuimen. We zijn noodgedwongen moeten stoppen met destilleren. De
vetzuren zijn beginnen polymeriseren in de kolf.
De destillatie heeft een dag geduurd. Het mengsel is dus minstens 5 uur verwarmd geweest.

Opmerking:
Het eerste uur hadden we een slechter vacuüm, rond de 20 mbar. Na beter aanduwen van de
slangen en aansluitingen, hadden we een veel beter vacuüm, namelijk 3 mbar.
Door deze drukvariatie zal de kooktemperatuur van de lichtste component van lijnolie (C16:0)
variëren van 222°C tot 185°C.

We hebben 386,5 g vetzuren ingezet.
Na de destillatie:
       Destillaat:  328,0 g
       Pitch:       68,2 g         ZG = 17,6

               % pitch = 21 %

De pitch is rubberachtig en zeer plakkerig. Je kan de pitch niet uit de kolf gieten. Je moet de
pitch eruit snijden.


Bespreking
    Het destillaat heeft en donkerdere kleur dan normaal. Dit komt waarschijnlijk omdat
       het in grote schokken en vrij snel is gedestilleerd. Hierdoor werkte de reflux van de
       vigreuxkolom niet optimaal en werden er waarschijnlijk ook zwaarder, vervuilende
       componenten meegesleurd. Dit noemt men “overdestillatie”. Dit had nog veel meer
       voorgekomen als we een kleinere kolom hadden gekozen.
    Om het zuurgetal van de pitch te bepalen, moet je normaal het staal oplossen. Zelfs
       goed roeren en opwarmen zorgt er niet voor dat de pitch oplost in een oplossing van
       ether-isopropylalcohol.
    Omdat lijnolie heel veel C18:3 bevat en we dit bij hoge temperaturen brachten is het
       logisch dat er polymerisatie van de vetzuren zal optreden.
                                                                                              61
Destillatie van vetzuren van ricinusolie. De vetzuren zijn afkomstig van ricinusolie en
gesplit volgens een klassieke hydrolyse.

We werken met de opstelling die we zelf gemaakt hebben. We controleren eerst of we geen
lekken in onze installatie hebben. De installatie is lekvrij, want het vacuüm van 0 mbar blijft
behouden. We voegen de vetzuren toe en starten de destillatie. We stellen eerst het vacuüm in.
De minimale druk die we krijgen is 11mbar. Dit komt omdat er nog lucht in de vetzuren zit.
We verwarmen terug tot 110°C en gaan zo geleidelijk aan verder tot 220°C. We hebben
ondertussen een zeer goed vacuüm van 0 mbar. We destilleren de eerste component als we
verwarmen tot 255°C, de tweede bij 278 °C en de derde bij 295°C. De
condensatietemperatuur is 181°C. Als we nog verder verwarmen tot 298°C komt er geen extra
component meer over. Na een kwartier verwarmen bij deze temperatuur hebben krijgen we
reactie van de vetzuren in de kolf. We moeten de destillatie stoppen.

De destillatie heeft een dag geduurd. Het mengsel is dus minstens 5 uur verwarmd geweest.

Opmerkingen:
   Het temperatuurverschil tussen top en bodem van de kolom in de installatie is een
      beetje te groot. Als er vetzuren overkwamen, dan was het temperatuurverschil bij de
      installatie in Ertvelde maar 20°C. Bij mijn opstelling is er een verschil van meer dan
      100 graden. We verliezen dus veel te veel warmte in onze kolom.
   We zullen ricinusolie gemiddeld bij een hogere temperatuur moeten verwarmen omdat
      dit voor 88% uit ricinuszuur bestaat. Dit is een zwaarder vetzuur dan de vetzuren van
      koolzaadolie en van lijnolie. We schatten het kookpunt van ricinuszuur bij 0mbar op
      200°C.

We hebben 356,2 g vetzuren ingezet.
Na de destillatie:
       Destillaat:  259,1 g
       Pitch:       72,9 g         ZG = 12,7

               % pitch = 28 %

De pitch is rubberachtig en zeer plakkerig. Je kan de pitch niet uit de kolf gieten. Je moet de
pitch eruit snijden.

Bespreking
    Het zuurgetal van onze pitch is nog te hoog. Nog niet al de vetzuren zijn gedestilleerd.
    We moeten een veel te groot temperatuursverschil over de kolom overbruggen. Om de
      temperatuur bovenaan de kolom voldoende hoog te krijgen, moeten we veel te hoog
      verwarmen. Inter- en intra-moleculaire reacties van de vetzuren bij deze hoge
      temperaturen zijn hiervan het gevolg.


Destillatie van vetzuren van ruwe lijnolie. De vetzuren zijn afkomstig van een enzymatische
splitting van lijnolie. We hebben voor deze splitting gewerkt met Lipozyme TL 100 l bij een
temperatuur van 50 °C.

We werken met de opstelling die we zelf gemaakt hebben (zie figuur 20). We controleren
eerst of we geen lekken in onze installatie hebben. We bekomen 0 mbar, de installatie is
lekvrij. We voegen de vetzuren toe. Hierna trekken we eerst al het water eruit en starten het
opwarmen. We krijgen een eerste mooie destillaatfractie bij een condensatietemperatuur van
                                                                                             62
193°C. De temperatuur in de kolf op die moment is 245°C en we werken bij 0mbar. We
blijven verder verwarmen tot 295°C. Gedurende de ganse destillatie hadden we een druk van
0mbar in onze installatie.
De destillatie heeft 4 uur geduurd.

We hebben 133,7 g vetzuren ingezet.
Na de destillatie:
       Destillaat:  96,15 g
       Pitch:       34,4 g         ZG = 13,4

               % pitch = 36 %

We beschikken over een donkere vloeibare pitch.

Besluit
Omdat het temperatuurverschil over de kolom zo groot is kunnen we niet voldoende hoog
verwarmen om al de vetzuren te destilleren. Er zitten nog vetzuren in de pitch, want we
hebben een zuurgetal van 13,4.


Destillatie van vetzuren van ricinusolie. De vetzuren zijn afkomstig van een enzymatische
splitting van ricinusolie. We hebben voor deze splitting gewerkt met Lipozyme TL 100 l bij
een temperatuur van 50 °C.

We werken met de opstelling die we zelf gemaakt hebben. We zetten de installatie geleidelijk
aan onder vacuüm. Bij en druk van 50 mbar hebben we hevige schuimvorming. We verlagen
de druk verder tot 1 mbar. We verwarmen tot 110°C om al het water er zeker uit te hebben.
Vervolgens verhogen we de temperatuur met 10°C tot er destillaat over komt. Na drie uur is
er condensatie van het eerste destillaat. De temperatuur in de kolf is al opgelopen tot 285°C.
We hebben steeds een goed vacuüm van 0 mbar.
Eventjes een verloop van de temperaturen:
       temperatuur in de kolf                 condensatietemperatuur
               275 °C                                111 °C
               286 °C                                156 °C
               290 °C                                176 °C
               297 °C                                183 °C
na 5 uur       298 °C                                168 °C
na 6 uur       299 °C                                160°C

We merken dat de temperatuur bovenaan de kolom niet meer voldoende hoog is om nog
product over te destilleren. We kunnen echter niet hoger verwarmen en zijn dus genoodzaakt
de destillatie te stoppen.

Ongeveer de helft van de vetzuren zijn maar gedestilleerd. Er blijft nog veel achter in de
destillatiekolf. De overgebleven pitch is nog zeer vloeibaar.

We hebben 300,1 g vetzuren ingezet.
Na de destillatie:
       Destillaat:  174,3 g
       Pitch:       92,6 g         ZG = 14,4

               % pitch = 53 %
                                                                                             63
De pitch was nog vrij vloeibaar toen we de destillatie stopten, maar door zeer snel af te koelen
werd deze veel visceuzer. Nadat we de pitch in een beker hadden gegoten werd er snel een
vaste laag bovenaan de vloeistof gevormd. Onder deze laag blijft de pitch vloeibaar

Besluit
We hebben hier héél veel pitch. We zouden dus verwachten dat dit vooral niet gedestilleerde
vetzuren zijn. Maar het verzepingsgetal van de pitch is ongeveer hetzelfde dan bij de andere
destillaties. De concentratie aan vetzuren in de pitch is dus dezelfde. We hebben hier dus heel
veel onzuiverheden.



8.3.4 Bedenkingen bij de destillaties

Zoals reeds eerder vermeld moet je er bij een destillatie voor zorgen dat de tijd dat de
vetzuren zich bij lage druk en hoge temperatuur bevinden zo klein mogelijk blijft. Als we nu
de destillaties uitgevoerd in Oelegem vergelijken met de destillatie die in Ertvelde werd
uitgevoerd, dan merken we twee zaken:
    1) de destillaties duren dubbel zo lang
    2) we verwarmen tot 300°C in plaats van tot 250°C.
Waarom we zo lang en zo hoog moeten verwarmen, komt waarschijnlijk door de kolom. Al
de andere omstandigheden zijn dezelfde. De Vigreux kolom die wij gebruiken verschilt op
twee manieren:
     1) Ze was een beetje langer, maar dat kan niet zo‟n groter veranderingen veroorzaken.
     2) Rond de kolom zat er een koelmantel (princiep liebigkoeler), hierdoor zat de isolatie
         (glaswol en zilverpapier) niet rechtstreeks rond de kolom. Er zat nog een
         luchtisolatielaag tussen. Deze luchtlaag zorgde waarschijnlijk voor een te grote
         afkoeling van de dampen, waardoor deze niet tot bovenaan de kolom kwamen, maar
         al vroeger condenseerden.

De gevolgen
    Door het grote temperatuurverschil over de kolom moeten we de vetzuren veel te hoog
      verwarmen, willen ze de condensatietemperatuur bereiken. Hierdoor reageren de
      vetzuren in plaats van te destilleren. Polymerisatie bij lijnolievetzuren, verestering bij
      ricinusolievetzuren.
      Als de vetzuurmoleculen met elkaar reageren, dan worden er grotere, zwaardere
      moleculen gevormd. Hoe groter de molecule, hoe hoger het kookpunt. Nadat de
      vetzuren gereageerd hebben, heb je een nog hogere temperatuur nodig om deze te
      kunnen verdampen.
    We hadden misschien beter gekozen voor een veel kortere kolom. Het gevaar voor
      overdestillatie was dan wel veel groter. Bij overdestillatie heb je dan een kleiner
      percentage aan pitch. Nu heb je een te groot pitchpercentage.
    Wij zijn na de eerste destillatie niet overgestapt op een ander kolom, omdat we
      dachten dat de fout lag in het slechte vacuüm. Na de tweede destillatie konden we niet
      meer veranderen van kolom, want dan was het onmogelijk om de resultaten te
      vergelijken.

Besluit
Doordat we de vetzuren veel te lang bij die hoge temperaturen verwarmen treden er allerlei
ongewenste reacties op. We kunnen niet meer spreken van zuiver destilleren.
                                                                                                      64

8.4 Afgeleide redeneringen
De destillaties zijn niet helemaal verlopen zoals het zou moeten, maar we gaan toch proberen
enkele besluiten te trekken uit de resultaten.



8.4.1 Wat is nu het verschil na destillatie tussen chemisch en
            enzymatisch splitten?

Om hier een beeld over te krijgen bundelen we al de gegevens in tabel 12:

Legende:           K = koolzaadolie
                   R = ricinusolie
                   L = lijnolie
                   FA = het staal lijnolievetzuren van Scaldis Acid Oils

                   T = thermisch (in een „stirred reactor‟ nr. 4536 van Parr)
                   E = enzymatisch

                      voor destillatie                     na destillatie
                   ZG      VG          split        ZG         VG         split    pitch   ZG v/d pitch

K       T         175,4     195,4     89,8%

        E         167,0     196,4     85,0%       188,8       200,7        94,0%   14%         7,4

R       T         139,8     181,7     76,9%       200,0       204,8        97,7%   28%        12,7

        E         150,9     180,9     83,4%       195,5       200,1        97,7%   53%        14,39

L       T         175,3     190,9     91,8%       179,5       195,9        91,6%   21%        17,6

        E         168,4     195,3     86,2%       200,4       202,3        99,1%   36%        13,42

        FA          -         -          -           -           -           -     32%         <1


                                      Tabel 12: Overzicht na destillatie



           We merken dat het zuurgetal bij al de destillaties uitgevoerd met de opstelling (fig. 20)
            in Oelegem nog aanzienlijk is. De zwaardere vetzuren zijn dus nog niet gedestilleerd.
            Hierdoor is ook het percentage aan pitch nog groter dan wanneer men al de vetzuren
            zou kunnen destilleren.
           We merken wel dat we meer pitch hebben bij de vetzuren die via enzymen gesplit zijn.
            We moeten hier wel vermelden dat deze vetzuren, zelfs bij die hoge temperaturen, niet
            gepolymeriseerd zijn in de kolf.
                                                                                             65

Als we nu gaan kijken naar het splittingspercentage:


                                         split voor destillatie    split na destillatie


        koolzaadolie      thermisch             89,8%

                         enzymatisch            85,0%                    94,0%

          ricinusolie     thermisch             76,9%                    97,7%

                         enzymatisch            83,4%                    97,7%

            lijnolie      thermisch             91,8%                    91,6%

                         enzymatisch            86,2%                    99,1%


                                  Tabel 13: Splittingspercentage

We moeten wel opletten als we gaan vergelijken. Zowel de thermische splitting als de
enzymatische splitting werden in een batch proces afgewerkt, maar de hoeveelheid water was
anders. Hierdoor krijgen we bij dezelfde reactieconstante een andere concentratie aan vetzuur
en dus ook een andere waarde voor de split.


       We merken een hogere splittingsgraad na destillatie. Dit is normaal want de vetzuren
        zijn door de destillatie gedeeltelijk gezuiverd van mono, di en triglyceriden die nog
        niet omgezet waren tijdens de splitting.
        Enkel na de destillatie van de lijnolievetzuren bekomen via thermische splitting is dit
        niet het geval. Hier blijft de waarde hetzelfde. Dit komt waarschijnlijk omdat we bij
        deze destillatie product overgedestilleerd hebben. De mono, di en triglyceriden zijn
        hier dan meegesleurd met de vetzuren.
       Het percentage van de split van zuivere vetzuren is 100%. Omdat we na één
        destillatie nog niet aan 100% komen, weten we dat deze vetzuren nog niet volledig
        zuiver zijn. Om zuiver vetzuren te bekomen is een tweede en misschien derde
        destillatie nodig.
       Omdat we bij de thermische splitting meer water gebruiken verwachten we hier een
        hogere waarde voor de hydrolysegraad. Dit is bij de ricinusolie echter niet het geval.
       Na één destillatie komen we voor ricinusolie voor de beide splittingsmethoden
        dezelfde waarde uit voor de hydrolysegraad.
       Een hydrolysegraad van 99 % wijst op een zeer zuiver destillaat aan vetzuren. Bijna
        al de onzuiverheden zijn hier na één destillatie al verwijderd.
       De vetzuren na destillatie zijn veel lichter van kleur. Dit komt omdat de kleurstoffen
        achter blijven in de pitch. Hoe lichter de vetzuren hoe beter.
                                                                                               66
8.4.2 Percentage pitch
Welke waarde voor het percentage pitch mag men verwachten?

We weten al dat de pitch na een goede destillatie bestaat uit onzuiverheden, kleurstoffen en
andere organische materialen. Hiernaast bestaat de pitch ook voor een grote hoeveelheid uit
mono-, di- en tri-glyceriden. Hoe lager de hydrolysegraad na splitting hoe meer mono, di en
tri er in het mengsel zit en hoe meer pitch we zullen hebben.

Uit de splittingtoren komen gehydrolyseerde vetzuren met een hydrolysegraad van 98,5%. Als
we deze vetzuren vervolgens destilleren, en we nemen maatregelen om de degradatie van
vetzuren te minimaliseren, dan zal de hoeveelheid pitch 7 tot 8 % van het vetzuur bedragen.

Opmerkingen: In een destillatietoren worden er twee maatregelen genomen;

    door de constructie van het verwarmingselement is er minimaal contacten dus ook
     opwarmingstijd van de vetzuren, de vetzuren worden voorverwarmd.
    we drogen de vetzuren vóór gebruik.

Wij hebben geen van beide maatregelen toegepast en verwachten dus een hoger percentage
pitch.

Na de splitting in een batch proces hebben we hydrolysegraden van 80 tot 90 %. Het mengsel
bevat dus nog veel meer mono, di en tri. De kans dat de monoglyceriden reageren met
vetzuren tot diglyceriden is nu dus veel groter, want er zijn er meer aanwezig.

We kunnen berekenen hoeveel procent van de pitch bestaat uit gebonden vetzuren, dit zijn de
mono-, di- en triglyceriden:

We berekenen dit eerst voor een splittingstoren:
We hebben een hydrolysegraad van 98,5 %. Dit wil zeggen dat 1,5 % van de vetzuren nog
gebonden is aan glycerol. Stel dat we 300g vetzuren destilleren. Dan bevat dit mengsel voor
destillatie 4,5g gebonden vetzuren. 7 % pitch komt overeen met 20g. De pitch bestaat hier dus
gemiddeld voor 22,5% uit gebonden vetzuren.

Nu maken we een berekening voor onze waarden:
We schrijven de berekening uit voor koolzaadolie. We hebben voor de destillatie een
hydrolysegraad van 85%. We destilleren 362,9g vetzuren. Deze bevatten dus 54g gebonden
vetzuren. Tijdens de destillatie verliezen we 7% van de massa in de installatie. We hebben dus
nog 50,2g gebonden vetzuren over. De hydrolysegraad van het destillaat is 94%. We hebben
293g destillaat en dit bevat dus nog 17,6g gebonden vetzuren. Er zitten dus nog 32,6g
gebonden vetzuren in de pitch. De pitch zelf is 42g. We kunnen dus besluiten dat 77% van de
pitch uit gebonden vetzuren bestaat.
We maken deze berekening voor elke destillatie en zetten de resultaten in tabel.

       Olie           splittingsmethode            percentage gebonden vetzuren in de pitch

       Koolzaad       enzymatisch                          77%
       Lijnolie       thermisch                            7%
       Lijnolie       enzymatisch                          50%
       Ricinusolie    thermisch                            97%
       Ricinusolie    enzymatisch                          50%
                                                                                                   67
Besluit
Het grootste percentage van de pitch bestaat dus uit de gebonden vetzuren. Alleen bij lijnolie
is dit niet het geval. Als we dus een betere graad van hydrolyse kunnen bereiken zal het
percentage pitch ook dalen.



8.4.3 Invloed van het zuurgetal van de pitch

Omdat we in onze pitch nog steeds een zuurgetal kunnen bepalen, wil dit zeggen dat er nog
zuurgroepen aanwezig zijn. Dit heeft een dubbele invloed op het pitchpercentage. Minder
vetzuren die overgedestilleerd zijn en meer die achter blijven.
Eventjes het percentage aan pitch uitrekenen als het zuurgetal nul zou zijn voor het grootste
en het kleinste zuurgetal:

Het kleinste zuurgetal is 7,4. dit wil zeggen dat we per gram pitch 7,4 mg KOH nodig hebben
om deze vetzuren te neutraliseren. Dit komt overeen met 0,132 mmol. Om dat we verwachten
dat de zwaarste component tot het laatste zou overblijven, vermenigvuldigen we met
312g/mol, want archinezuur is het zwaarste vetzuur in koolzaadolie. We bekomen nu 0,04g
vetzuren per gram staal. We hadden 42,46g pitch en hier zitten dus nog 1,74g vetzuren in. Stel
dat we deze vetzuren ook nog gedestilleerd hadden, dan was het percentage pitch 13,8 % in
plaats van 14,5 %.
Het grootse zuurgetal is 17,6. We voeren een gelijkaardige berekening uit. We vervangen
alleen de molaire massa, want de zwaarste component van lijnolie is stearinezuur (284g/mol).
We bekomen nu 6g vetzuren in 68 g pitch. als we deze vetzuren nog gedestilleerd hadden
kwamen we 19,2 % pitch uit in plaats van 20,8 %.

We mogen dus wel stellen dat de vetzuren die over blijven in de pitch maar een klein deeltje
zijn en we dit eigenlijk kunnen verwaarlozen.



8.4.4 De fysische toestand van de pitch

                    koolzaadolie                  lijnolie                   ricinusolie
                                                                            donkerbruine
                                         lichtbruine rubberachtige
                                                                          rubberachtige en
  thermisch                                  en plakkerige pitch
                                                                           plakkerige pitch
                                         (polymerisatie in de kolf)
                                                                      (polymerisatie in de kolf)

                                                                          zeer plakkerige en
               donkerbruine stroperige
enzymatisch                              lichtbruine stroperige pitch visceuze pitch met harde,
                       pitch
                                                                       niet plakkerige deklaag


Besluit
Het belangrijkste dat we hieruit kunnen opmaken is dat de vetzuren die we enzymatisch
gesplit hebben niet polymeriseren. Of toch niet bij de omstandigheden waarin wij ze gebracht
hebben. Beide vetzuren bekomen door splitting bij hoge druk en hoge temperatuur
polymeriseren in de destillatiekolf.

Belangrijk voordeel van enzymatische t.o.v. klassieke splitting.
                                                                                              68
8.4.5 De geur van de vetzuren

Bij de productie van vetzuren bij hoge druk en temperatuur , heb je soms last van geurhinder.
Soms klagen klanten omdat de vetzuren stinken. De vetzuren na een enzymatiche splitting
ruiken minder.
Dit komt waarschijnlijk omdat we deze niet zo hoog verwarmd hebben. Door verwarming
zullen de vetzuren reageren en aldehyden vormen. Deze aldehyden zorgen voor een
onaangename geur.



8.4.6 De vorming van di- en triglyceriden

Vermits de hydrolysegraad van onze splittingen maar 80 % is in vergelijking met de 98,5 %
die we kunnen bereiken in een splittingtoren, zullen er meer monoglyceriden tussen de
vetzuren zitten. De kans op verestering is dus groter.
Doordat de concentratie aan vetzuren vrij groot is, is de kans dat deze reageren met mono‟s
tot di‟s en eventueel tot tri‟s vrij groot.
Door de temperatuur van de reagerende stoffen snel te verhogen zal de vorming van di-
glyceriden enveneens bevorderd worden.

Als we nu eventjes kijken naar het proces voor de productie van mono‟s uit glycerol en
vetzuren:
Het opwarmen zal onder vacuüm gebeuren. Hierdoor zal het water dat aanwezig is in de
glycerine verdampen en afgevoerd worden; hiermee worden de grondstoffen gedroogd.
Hierdoor blijft enkel glycerol en vetzuur over die met elkaar zullen reageren.
Tijdens de reactie blijft een beperkt vacuüm behouden met de bedoeling het bij de reactie
gevormd water af te voeren. De bedoeling is om de concentratie aan water zo laag mogelijk
te houden ,waardoor de evenwichtconstante die typerend is bij de heersende
reactieomstandigheden niet te bereiken. Hierdoor zal de reactie naar rechts blijven lopen [2].


Besluit
Omdat wij bij dezelfde reactieomstandigheden werken en dezelfde producten aanwezig zijn,
is de kans reëel dat deze verestering zal voorkomen. Er zal meer pitch achterblijven in de
destillatiekolf.
                                                                                             69

9 Recyclage van enzymen

Enzymen doen dienst als katalysator. Ze worden normaal gezien niet verbruikt in de reactie,
maar de activiteit zal wel lichtjes dalen in functie van de tijd. Omdat enzymen de
werkingskosten van deze hydrolyse grotendeels bepalen, zou het zeer handig zijn moesten
deze enzymen gerecupereerd kunnen worden.

Omdat het zeer moeilijk is om de vloeibare enzymextracten uit het mengsel te halen, wordt er
geopteerd om te werken met enzymen die op een vaste drager zijn bevestigd.

Het voordelen van geïmmobiliseerde enzymen op vrije enzymen zijn: betere enzymstabiliteit,
betere controle op de reactie, en het potentieel op hergebruik van het enzym. Het grootste
nadeel is het verlies in enzymactiviteit bij de immobilisatie.


9.1 Enzym filtreren en hergebruiken
Om het hergebruik van enzym uit te testen, wordt gebruik gemaakt van Novozym 435, want
dit is het best bestendig tegen contact met het roersysteem. Om enzym te sparen wordt er op
een 10 maal kleinere schaal gewerkt (100g olie, 25g water, 10g Novozym 435). De reactie
wordt na 24 uur gestopt en de omzettingsgraad wordt bepaald. De enzymen worden
gefiltreerd en worden hergebruikt in de volgende proef (100g olie, 25g water, gefiltreerde
enzymen).

Enkele opmerkingen bij de werkwijze en opstelling

      Er wordt met kleinere hoeveelheden en in een kleinere kolf gewerkt. De snelheid van
       de roerstaaf zal dus aangepast moeten worden naar 200 toeren per minuut, omdat er
       anders te veel spatten gevormd worden.
      Het nadeel van vaste korrels is, dat deze boven het mengsel aan de glazen wand
       blijven plakken. Hierdoor heb je geen contact met de emulsie en zal er ook geen
       reactie gekatalyseerd worden.
      De vaste korrels worden uit het mengsel gehaald door ze te filtreren over een
       papierfilter.


Fysische toestand van de enzymen

Het oorspronkelijke enzym heeft een witte kleur en bestaat uit zeer fijne droge korrels. Het
gerecupereerde enzym ziet geel, heeft een grotere korrelgrootte en is nog vochtig.
De gerecupereerde korrels hebben een massa van 28,2g. Er is met 10g korrels gestart en
minstens een derde van de korrels zijn verloren gegaan. De gewichtstoename is afkomstig van
de gesorbeerde olie en vetzuren op de korrels.

Na centrifugatie van het staal hebben we van boven naar onder: vetzuren en olie – korrels –
troebele waterfase. De korrels bevatten dus heel wat vetzuren en olie, want ze blijven drijven
op water. De oorspronkelijke korrels zouden zinken.
Als men de gerecupereerde korrels nu in water wil wassen, dan zal een deel van de korrels
bezinken, namelijk de kleinere witten, en een deel zal blijven drijven, namelijk de grotere gele
                                                                                                         70
korrels. Omdat niet alle korrels bezinken is dit niet de ideale manier voor recuperatie. Het
enzym verliest trouwens ook zijn activiteit bij contact met water.
Als men de gerecupereerde korrels nu oplost in isopropanol, dan slaan alle korrels neer. De
enzymen zijn nu vetvrij, maar de enzymen hebben waarschijnlijk geen activiteit meer, want
isopropanol wordt gebruikt om de katalyse van een enzym te stoppen.


Het experiment

                     Triglyceride       koolzaadolie            100g   koolzaadolie 17/09/03    100g
                                        17/09/03
                     Water                                      25g                              25g
                     Lipase             Novozym 435             10g    gerecupereerd enzym      28,2g
                     reactietemp        50°C                           50°C
                     opm:                                                  recuperatie van Novozym 435
                                                                                 na 24 uur reactie

                                              Tabel 14: Hergebruik van het enzym


                                     hergebruik Novozym 435
                             (50°C,25%water,1000PLU/g koolzaadolie)

                    Novozym 435              gerecupereerde Novozym 435                   max ZG



                   200
   ZG (mg KOH/g)




                   150


                   100


                   50


                    0
                         0          5            10             15             20          25
                                                       reactietijd (uur)

                                             Figuur 21: Hergebruik van het enzym


Besluit

De gerecupereerde enzymen voeren geen hydrolyse uit bij de omstandigheden van deze test,
want na 24 uur zijn er bijna geen vrije vetzuren meer aanwezig in het mengsel.
                                                                                               71

9.2 Vast enzymbed                     [37]

Enzymen recupereren met filtratie is een vuil werk, waar veel enzym mee verloren gaat. Een
alternatieve methode is werken met een vast bed. Dit proces wordt industrieel al gebruikt voor
interesterificatie van vetzuren.

Het grote verschil met interesterficatie is dat de voeding uit olie bestaat. Voor hydrolyse heb
je een mengsel van olie en water nodig.
Normaal gezien is een stabiel emulsie niet echt nodig. Om een zo hoog mogelijk rendement te
bekomen, moet het contactoppervlak tussen water en olie zo groot mogelijk zijn. Als de
emulsie stabiel is, dan blijft het contactoppervlak groot.

Bij de fixed bed reactor gaat de olie zeer traag en maar één keer over het enzymbed.
Als we hetzelfde werken voor de hydrolyse, dan zal er ontmenging van de twee fasen
gebeuren juist voor of in het fixed bed. Dit is juist de positie waar het oppervlak zo groot
mogelijk moet zijn. Als we het mengsel één keer over het bed sturen, dan is het rendement
waarschijnlijk niet voldoende hoog.
We sturen het mengsel een paar keer over het bed. Zo zullen er na de eerste doorgang
monoglyceriden gevormd worden. De monoglyceriden kunnen dan dienst doen als emulgator,
om zo een stabieler emulsie te bekomen. Door de emulsie een paar keer over het enzymbed te
sturen, zullen ook alle triglyceriden gesplit worden.

Roeren juist voor het enzymbed is uitgesloten, want dan blijft het bed niet liggen en dat is wel
noodzakelijk.


9.2.1 Vast enzymbed reactoren voor continue processen

Novozymes heeft reeds een continue industriële reactor voor een kleine productie van
interesterifictie van olie op de markt gebracht. Hiervoor maken ze gebruik van een vast
enzymbed dat steunt op een rooster van omgekeerde driehoeken. De reactor is ontworpen
voor een neerwaartse stroom van de reactieproducten.

De bedoeling van een vast bed reactor is niet dat je hetzelfde product er nog eens doorstuurt,
maar dat je nieuwe grondstof inbrengt zodat je een vaste conversie bekomt. Deze conversie
kan je dan aanpassen door de temperatuur en het debiet te laten variëren.


9.2.2 Eerste poging

We gaan eerst proberen het concept van de vast enzymbed reactor na te bouwen in het labo
(zie figuur 22). Bij deze opstelling zal het eindproduct via een circulatie terug over het vaste
bed stromen. Zo bekomen we geen vaste conversie, maar geleidelijk aan een verhoging.

De verhoudingen van de reactor worden behouden in de kolom, zodat er geen problemen
ontstaan met samendrukking van de enzymen. Ook voor de opstart, dit is het vullen van de
reactor met olie en het bed, wordt dezelfde werkwijze gevolgd. Daarna wordt er een kleine
verandering uitgevoerd. De reactieproducten worden via een circulatiesysteem terug
reagentia.

Het doel van deze proef, is om te zien of dit systeem gebruikt kan worden voor hydrolyse.
                                                                                          72




                                   Figuur 22: Vast enzymbed


Op de foto zien we rechts de reactor in de verwarmingsmantel. In de rechter hals van de
reactor bevindt zich het thermokoppel om de reactor op de juiste temperatuur te houden. Via
de linkerhals van de reactor wordt het mengsel door de pomp bovenaan de kolom gebracht.
Onderaan de kolom bevindt zich een rooster waarop het enzymbed is gestapeld (ter hoogte
van de onderste klem). De reagentia die door het bed zijn gesijpeld vloeien via de voorste
hals terug in de reactor. in de middelste hals van de reactor wordt de staafroerder
gemonteerd om de oliedeeltjes in het water te verkleinen. Links onderaan op de foto zien we
een verwarmingselement. Dit zorgt ervoor dat de kolom op temperatuur blijft.
                                                                                                 73
Bereiding en grootte van het bed

Om het enzymbed te installeren wordt een speciale procedure gevolgd:
De reactor wordt eerst voor 25% gevuld. Dan worden in een andere reactor de enzymen
bevochtigd met de olie in een gewichtverhouding van 1 op 3. Dit mengsel wordt traag geroerd
en onder vacuüm geplaatst. Het vacuüm dient om al de lucht uit de korrels te halen om zo een
hogere enzymactiviteit te bekomen. Vervolgens brengen we dit in de tank en laten we de
korrels bezinken. Het bed is klaar voor gebruik. Er moet wel op gelet worden dat al het enzym
steeds bedekt is.

In de reactor van novozymes wordt 400 kg enzym gebruikt. Omdat de diamater van onze
kolom (25mm) de limiterende grens is om met dezelfde verhoudingen te werken, passen we
alles aan. We werken met een volume dat 100000 keer kleiner is.

We gebruiken 3,7g enzym en 6,9g olie. Dit komt overeen met een volume van 9,5 ml.


Bepaling van het debiet

Water loopt vrij snel door de kolom. In minder dan een minuut is een volle kolom leeg
gelopen, als de kraan onderaan de kolom volledig open gezet wordt. Met olie duurt dit 2 uur.
Omdat er met een mengsel van olie en water gewerkt wordt, zal de doorlooptijd zich ergens
tussen beide bevinden.

We willen eigenlijk eerst testen of er wel voldoende vloeistof door het enzymbed stroomt en
of dit door de druk niet te vast zal liggen.

Er wordt gewerkt met een pomp. Deze zal een overdruk creëren en hierdoor zal het mengsel
door het bed en het rooster geperst worden. Het enzymbed zal hierdoor ook dichter
opeengepakt zijn dan normaal, want in de andere reactor gebeurd de doorsijpeling enkel door
de zwaartekracht. Een overdruk is nooit goed en zal ervoor zorgen dat de onderdelen
loskomen.

Doordat het debiet zo traag is, zal het mengsel al ontmengen voor het door het bed gaat. De
oliedruppeltjes gaan naar boven en het water gaat door het bed. Hierdoor krijg je een
opstapeling van olie en dus na een tijdje geen water en olie meer samen door het bed. Dit
probleem kan waarschijnlijk opgelost worden door het bed naar boven te brengen, want
roeren boven het bed is uitgesloten, omdat het bed dan niet ter plaatse blijft.

Na een tijdje zit het rooster zo vol met enzymkorrels dat er geen doorkomen meer aan is.
Deze korrels zijn er niet terug uit te krijgen. In het vervolg is het beter om een filtertje boven
het rooster te leggen. Hierdoor zal je een nog kleiner debiet hebben, maar de rooster zal niet
verstoppen. In die andere reactor gebruikt men speciaal omgekeerde driehoekige balken,
zodat opstopping wordt uitgesloten.

In de reactor hebben we een debiet van 4000-5000 kg/h. als we dit omrekenen naar onze
verhoudingen komen we uit op een debiet van 37-46 g/h.

Het debiet is zeer klein. De reactanten lopen zeer traag over het bed.
                                                                                              74
9.2.3 Tweede poging

We gebruiken een nieuwe kolom, want bij de eerste is het rooster vastgeslibd. Als voorzorg
plaatsen we nu papierfilters op het rooster.

Bepaling van het debiet voor deze kolom

Het debiet in verhouding met de voorbeeldreactor zou 37-46 g/h moeten zijn. In onze situatie
zou men liever een hoger debiet hebben, vermits de reactieproducten een paar keer over het
bed worden gestuurd door de circulatie. Water gaat door de kolom aan 3600ml/h en olie aan
25 ml/h. In het begin zulle we dus een kleiner debiet hebben, want dan zit er nog veel olie in
het mengsel. Na een tijdje zullen er meer vetzuren in het mengsel zitten, deze zijn korter en
zullen dus sneller door het bed gaan. We krijgen een groter debiet , dit is niet zo erg, want er
moet dan steeds minder omgezet worden.
De kolom is nu wel gevuld met glaswol om zo het enzymbed te verhogen, waardoor de kans
op ontmenging voor het mengsel het bed passeert, geminimaliseerd wordt. De opvulling van
de kolom zorgt voor een verkleining van het debiet.

Hoeveel enzym hebben we nodig?

We zorgen voor dezelfde activiteit dan voor de proeven in batch reactor zodat we kunnen
vergelijken. We gebruiken hiervoor dus 1,6g lipozym TL IM, omdat we aan een activiteit van
1000 units per gram olie zouden komen (voor het opvullen van het systeem hebben we 400g
olie nodig). We gaan nu nakijken of deze hoeveelheid overeenkomt met diegene in de
voorbeeldreactor, omdat we geen opstropping van het bed willen krijgen. Via de diametr van
de kolom bereken dat we 3,7g enzym mogen stapelen zonder problemen. We zetten minder in
en dit kan dus normaal gezien niet voor problemen zorgen.

Zowel de hoeveelheid enzym als het debiet bevinden zich in dezelfde grootorde dan van de
voorbeeldreactor. We gebruiken dubbel zo weinig enzym, platdrukken van het bed mag geen
probleem zijn.

Werkwijze

Het enzym wordt bovenaan in de kolom op een papieren filter gebracht. De kolf wordt gevuld
met olie en we laten het hele systeem zich vullen met de zelfaanzuigende pomp. De
verwarmingselementen worden opgestart. We voegen 100g water bij in de reactor en mengen
zeer goed (1200tr/min). We starten de pomp om de circulatie te starten.

Door de drukopbouw boven het bed, wordt de glaswol nog meer samengedrukt. Hierdoor
verlaagd het enzymbed en is er terug ontmenging boven het bed. Doordat de glaswol wordt
samengeperst, zal et debiet nog kleiner worden. De drukophoping steeds groter en het systeem
zal loskomen.


Besluit

Om de proeven op een nauwkeurige en haalbare manier uit te voeren voor een systeem met
circulatie zal zo‟n reactor nagebouwd moeten worden.
                                                                                                                 75

10 Besluit
Het gewenste resultaat in rendement van omzetting van olie werd reeds bij de eerste proef
bereikt. Met de vooropgestelde parameters (50°C, atmosferische druk, 25 % water, 1000LU/g
olie, Lipozyme TL100L) bekwam men na drie dagen een maximale hydrolysegraad van 86 %.
De proef werd herhaald met dezelfde parameters. Het verloop van beide reacties was quasi
identiek. Men kon dus al stellen dat enzymen de hydrolyse van triglyceriden kunnen
katalyseren bij atmosferische druk en lage temperatuur en dat deze enzymatische hydrolyse
reproduceerbaar is.

De volgende stappen in het onderzoek waren:

       Zijn er nog andere enzymen die de hydrolyse van olie katalyseren? Welk enzym is
        hiervoor het best geschikt?
       Wat zijn de beste parameters voor deze reactie? Gaat deze reactie ook op voor oliën
        die problemen geven bij de thermische hydrolyse?
       Wat zijn de voordelen van enzymatische hydrolyse t.o.v. thermische hydrolyse?
       Kunnen we de enzymen recycleren?


10.1 Wat is het beste enzym?
De bedoeling van het vergelijken van verschillende enzymen is het meest efficiënte eruit te
halen. Het meest efficiënte enzym is het enzym met de laagste prijs/kwaliteit verhouding.

Aan de hand van de figuren 16 en 17 hebben we reeds een beeld van welke enzymen een goed
rendement halen voor een hydrolyse van triglyceriden. We willen er echter één enzym
uitkiezen. Hiervoor gaan we de snelheid van deze enzymen bij deze hydrolysereacties bepalen
en dan aan de hand van de prijs kiezen welk enzym het beste zou zijn.

We drukken de snelheid uit in mg KOH per mg enzym per uur. Er werd gekozen om de
maximale snelheid uit te zetten. Deze snelheid wordt bereikt in het begin van de reactie.
Omdat we onze eerste meting pas na een uur hebben gedaan stellen we dat de maximale
snelheid de gemiddelde snelheid is na één uur.
         Vmax (mg KOH / mg enzym.uur)




                                        14

                                                                                          11,73
                                        12


                                        10


                                         8

                                                5,71
                                         6


                                         4


                                         2                                 0,94
                                                            0,01                                       0,25
                                         0


                                             Lipozyme TL Novozymes       Palatase      lipozyme TL   Novozymes
                                                100 L     CALB L         20000 L            IM          435
                                                                          enzym

                                                          Figuur 23: Snelheid van de enzymen
                                                                                                                   76
We merken nu veel duidelijker dat Lipozyme TL IM het meest actieve enzym is voor de
hydrolyse van koolzaadolie.

Als we in plaats van de maximale snelheid de gemiddelde snelheid nemen om het plateau te
bereiken, dan komen we een gelijkaardige grafiek uit.

Als we nu de prijs van de enzymen in rekening brengen:
(dit zijn wel prijzen als je tussen de 100-1000 kg per product bestelt)

Lipozyme TL 100 L                                 25 euro/kg
Novozym Calb L                                    115 euro/kg
Palatase 20000 L                                  170 euro/kg
Lipozyme TL IM                                    65 euro/kg
Novozym 435                                       1230 euro/kg


Als we nu de maximale snelheid van het enzym bekijken naast de kwaliteit van het enzym,
dan kunnen we de prijs-kwaliteitsindex bepalen.

                                                           7876,71
                                   8000



                                   7000



                                   6000
               prijs / kwaliteit




                                   5000
                                                                                                    4859,74


                                   4000



                                   3000



                                   2000



                                   1000
                                                 4,38                    181,20
                                                                                         5,54
                                     0

                                          Lipozyme TL Novozymes
                                                                     Palatase     lipozyme TL                 R1
                                              100 L    CALB L                                   Novozymes
                                                                     20000 L           IM          435
                                                          enzym


                                                  Figuur 24: Prijs / kwaliteit van de enzymen


We stellen vast dat er een zeer klein verschil is tussen Lipozyme TL 100 L en Lipozyme TL
IM. De keuze van het enzym kan dus van andere factoren afhangen:

      Werkt men liever met vloeibare extracten of met droge korrels.
      Als de mogelijkheid tot recycleren aanwezig is, dan kiest men voor vaste korrels.
      Voor welke fysische toestand van het enzym bestaat er de beste techniek om het
       enzym uit de producten te halen.
                                                                                              77

10.2 Wat zijn de beste parameters?
De temperatuur waarbij het enzym zijn maximale activiteit haalt, verschilt van enzym tot
enzym. De activiteit van Lipozyme TL100L is sterk temperatuur-afhankelijk (fig. 10). Als we
uitgaan van figuur 11, dan is 50 °C de beste reactietemperatuur.

Uit figuur 12 blijkt dat we moeten werken met een overmaat aan water. Hoe meer water, hoe
groter de hydrolysegraad. Maar industrieel moeten we er ook rekening mee houden zo weinig
mogelijk water te gebruiken om zo het concentreren door indampen van de glycerine rendabel
te houden.

Aan de hand van figuur 15 kunnen we besluiten dat al de geleverde inspanningen om kleinere
micellen en een stabielere emulsie te bekomen niet het gewenste resultaat geven. De
hoeveelheid energie die er extra wordt ingestoken veroorzaakt geen spraakmakende
verhoging van de hydrolysegraad.

De structuur van de staarten van het triglyceride heeft weinig invloed op de enzymatische
hydrolyse. De drie geteste oliën (koolzaadolie, lijnolie, ricinusolie) vertonen weinig verschil
in reactieverloop (zie figuur 18).

Het mengsel laten doorborrelen met stikstofgas heeft geen invloed op het reactieverloop
(figuur 8). De aanwezigheid van stikstofgas beïnvloedt de werking van het enzym niet. Om de
oxidatie met de lucht zo veel mogelijk te minimaliseren kan men toch best doorborrelen met
stikstofgas.



10.3 Voordelen enzymatische hydrolyse
Het eerste voordeel van enzymatische hydrolyse t.o.v. thermische hydrolyse is dat dit proces
waarschijnlijk op een kleiner schaal al rendabel gemaakt kan worden.

Werken met enzymen als katalysator zou zijn voordelen hebben indien de kwaliteit van het
eindproduct (de vetzuren) op deze manier veel hoger is dan de thermische hydrolyse.

Om de kwaliteit van de vetzuren die we bekomen hebben na hydrolyse te testen, hebben we
deze gedestilleerd. We hadden de destillatie spijtig genoeg niet volledig onder controle. We
moesten veel te hoog verwarmen om de vetzuren te destilleren. Hierdoor hadden de vetzuren
meer de neiging om te reageren dan om te destilleren.
Uit deze destillaties kunnen we toch één belangrijk voordeel halen van de enzymatische
hydrolyse. In de omstandigheden waarin wij de vetzuren tijdens onze destillaties gebracht
hebben, reageerden de vetzuren bekomen via thermische hydrolyse tot een plakkerig geheel.
De vetzuren bekomen via enzymatische hydrolyse reageerden in dezelfde omstandigheden
echter niet.

Bij enzymatische hydrolyse worden de vetzuren niet zo hoog verwarmd. Omdat de vetzuren
bij lagere temperaturen gehouden worden is de kans dat er ongewenste reacties optreden veel
kleiner. Er worden minder snel aldehyden gevormd die voor een onaangename geur zorgen.
De vetzuren bekomen na enzymatische hydrolyse ruiken minder.
                                                                                               78



10.4 Recyclage van enzymen
Recyclage van enzymen is enkel mogelijk met geïmmobiliseerde enzymen.

Enzymen recupereren na een batchreactie door het volledige mengsel te filteren over een
papieren filter is niet de beste oplossing. Er gaat op deze manier veel enzym verloren en de
gerecupereerde enzymen voeren geen hydrolyse van olie meer uit.

Werken met een vast enzymbed en een continue stroom van product is een alternatief met
toekomst. Hiervoor hebben we wel een meer uitgebouwde reactor nodig. We zijn er niet in
geslaagd een dergelijk systeem te laten werken in het labo.



10.5 Algemeen besluit
Enzymatische hydrolyse van olie werkt goed in een batchproces in het labo. Maar om het
industrieel als alternatief te gaan gebruiken van thermische hydrolyse is het proces niet
rendabel genoeg, omdat de enzymen veel te duur zijn.

De enige manier om het proces economisch rendabel te krijgen is als we hetzelfde enzym een
paar keer kunnen inzetten. Vast enzymbed reactoren met een continue toevoer van product
zijn een oplossing.

Als men er in slaagt het proces met dergelijke reactor te verbeteren, dan kan enzymatische
hydrolyse van olie waarschijnlijk als alternatief gebruikt worden van thermische hydrolyse,
indien men op kleinere schaal wil werken.
                                                                                          79

Literatuurlijst


  1. Hamilton, R.J., Rossell, J.B., Analysis of OILS and Fats, Londen en New York,
     Elsevier Applied Science Publishers LTD, 1987, p.441

  2. Fina Oleochemicals N.V., Alg. prod. FOC Oelegem, 2de versie, 1999, p.57
     (Gebruikershandboek Nr.5)

  3. Fina Oleochemicals N.V., Alg. prod. FOC Ertvelde, 2000, p.78
     (Gebruikershandboek Nr.50)

  4. OLEON, internet, (10 april 2004). (http://www.oleon.com/NL/)

  5. Natuurlijkerwijs, Vetzuurstofwisseling, internet, (29 januari 2004).
     (http://www.natuurlijkerwijs.com/vetzuurstofwisseling.htm)

  6. Fina Chemicals, Product properties of radiacid fatty acids and radia hydrogenated
     triglycerides, 1991

  7. Agri Holland, internet, (9 april 2004).
     (http://www.agriholland.nl/nieuws/2003/36/38944.html)

  8. Venlo laat wagenpark rijden op koolzaadolie, internet, (9 april 2004).
     (http://www.planet.nl/planet/show/id=62967/contentid=77480/sc=30367a)

  9. Ecopower, Meer over koolzaad, internet, (9 april 2004).
     (http://www.ecopower.be/meer_over_koolzaad.htm)

  10. Anthémis aromatherapie, Lijnzaad olie, internet, (9 april 2004).
      (http://www.anthemis.nl/aromabasis/lijnzaad.htm)

  11. H. Lenssen, Bindmiddelen, verdunnings-en oplosmiddelen, internet, (9 april 2004).
      (http://www.hlenssen.nl/bindmiddelen.htm)

  12. Gert Laekeman, Ricine versus ricinusolie, internet, (9 april 2004).
      (http://www.kovag.be/ricinus.htm)

  13. Novozymes, Safe handling of enzymes, Denmark, 2001 (promotion Business
      Operations – No 2001-19307-02)

  14. Henk, Bio-ABChemie, internet, (12 november 2003).
      (http://txt4u.slo.nl/ABC.htm)

  15. Novozymes A/S, Product Sheet, Denmark, 2001 (Oils & Fats / 2001-06951-03.pdf)

  16. Novozymes A/S, Product Sheet, Denmark, 2002 (Oils & Fats / 2002-18205-04.pdf)

  17. IUBMB, Enzyme Nomenclature EC 3.1.1.3, internet, (12 april 2004).
      (http://www.chem.qmw.ac.uk/iubmb/enzyme/EC3/1/1/3.html)
                                                                                          80
18. Cataloog om lipases te bestellen, p L4277

19. Novozymes A/S, Product Sheet, Denmark, 2003 (Oils & Fats / 2001-06952-04.pdf)

20. Novozymes A/S, Application Sheet, Denmark, 2003
    (Oils & Fats / 2001-08797-05.pdf)

21. Novozymes A/S,Information Sheet, Denmark, 2003
    (Oils & Fats / 2003-08063-02.pdf)

22. Novozymes A/S, Product Sheet, Denmark, 2002 (Oils & Fats / 2001-06950-03.pdf)

23. Novozymes A/S, Product Sheet, Denmark, 2002 (Oils & Fats / 2000-10503-04.pdf)

24. Novozymes A/S,Analytical Method, Denmark, 2001 (Doc. No. 2001-07792-01.pdf)

25. Novozymes A/S,Analytical Method, Denmark, 2002 (Oils&Fats/2002-05108-01.pdf)

26. Novozymes A/S,Analytical Method, Denmark, 2001 (F-9600369.pdf)

27. Novozymes A/S, Veiligheidsinformatieblad enzymmateriaal, Denmark, 2003
    (Enzymgranulaat Lipozyme TL IM)

28. Parr Instrument Company, Stirred Reactors and Pressure Vessels, internet, (23 april
    2004). (http://www.parrinst.com/default.cfm?page_id=107)

29. OLEON, Analysemethodes IB 23 nummer OA-001, 4de versie, 1993

30. OLEON, Analysemethodes IB 23 nummer OA-030, 4de versie, 1999

31. OLEON, Analysemethodes IB 23 nummer OA-040, 4de versie, 1993

32. Shell, Iatroscan MK V/6, internet, (7 april 2004).
    (http://shell-usa.com/iatroscan.htm)

33. J. Simonetti, New TLC/FID Analyser, internet, (7 april 2004).
    (http://www.scientex.com.au/editorial_iatroscan.htm)

34. OLEON, Analysemethodes IB 23 nummer OA-020, 7de versie, 1998

35. OLEON, Analysemethodes IB 23 nummer OS0-017, 6de versie, 1994

36. G.Scholte, I. Marree, Werking van lipase, internet, (12 november 2003).
    (http://www.digischool.nl/bioplek/techniekkaartenbovenbouw/techniek35lipase1.html)

37. Novozymes A/S, The Plug & Play Reactor Concept, Denmark
                                           81

Bijlagen

           Kookpuntskrommen van vetzuren
                      82

Resultaat IATROSCAN
83

				
DOCUMENT INFO
Shared By:
Categories:
Tags:
Stats:
views:557
posted:12/11/2011
language:
pages:94