Máte rádi kuřata??? Jiří Hanika. Ústav chemických procesů AV ČR, v. v. i., Praha

Máte rádi kuřata??? Jiří Hanika Ústav chemických procesů AV ČR, v. v. i., Praha

1

Domácí chov ?

Centrum kompetence pro výzkum biorafinací BIORAF

2

Velkochov ?


3

Budoucí rodinný oběd pro 4 ?

10 000 000 lidí si pochutná na více než 150 000 000 kuřat ročně !!! Centrum kompetence pro výzkum biorafinací BIORAF

4

Nepoživatelné kuřecí odpady druhotné suroviny ?

•Peří: KERATIN ? •Chrupavky : KOLAGEN ? •„Separát“: BIO-PLYN ? Centrum kompetence pro výzkum biorafinací BIORAF

5

Keratin: Nepoživatelná bílkovina druhotná surovina nutričních aminokyselin ?


6

Stříhané odpadní peří


7

Kolagen: Nepoživatelná bílkovina druhotná surovina nutričních aminokyselin ?


8

Kolagen and Keratin Hydrolytické štěpení peptidových vazeb proteinů a esterových vazeb lipidů na směs nutričně ceněných aminokyselin a monoglycerolů, resp. mastných kyselin; využití hydrolyzátů: • Kolagen – želatina: potravinové doplňky pro regeneraci chrupavek a pokožky (dermatologické krémy). • Keratin: ceněné nutrienty pro zálivky a ochranu před stresem rostlin, recyklace biogenních prvků v zemědělské výrobě. Centrum kompetence pro výzkum biorafinací BIORAF

9

Poznatky o keratinu v peří • peří = 5-7% hmotnosti kuřat • peří = cca 91% protein (keratin), 1% lipidů a 8% voda • keratin má semikrystalickou strukturu – vláknitou krystalickou fázi (a-šroubovicová proteinová mikrovlákna s menším množstvím b-skládaného listu) spojenou amorfní proteinovou maticí • průměrná Mw 60 - 10 kDa • vysoký obsah Cys (cca 9%) a to zejména ve strukturách b-skládaného listu s obtížnou rozložitelností Centrum kompetence pro výzkum biorafinací BIORAF

10

Pozorované účinky proteinových hydrolyzátů na rostliny  Nárůst biomasy (rostliny či plodů)  Zvýšení hladiny sekundárních metabolitů (vit. C, fenolické l.)  Zvýšení příjmu živin (N, K, mikroživiny jako Fe, Zn, Cu) ale i snížení (Fe) význam chelatace!

 Zvýšení intenzity fotosyntézy (např. díky zvýšení koncentrace fotosyntetických pigmentů)  Regulace transpirace (otevření průduchů)  Fytohormonům-podobná aktivita (auxin, gibberellin..)  Zvýšení odolnosti rostlin vůči stresu (teplota, sucho, škůdci)

 Zvýšení mikrobiální aktivity (CFU, enzym. aktivity, změny populace půdních baktérií i epifytů) Centrum kompetence pro výzkum biorafinací BIORAF

11

Tlaková hydrolýza proteinů z kuřecího odpadu v přítomnosti CO2

alanin

cystein


12

Experimenty Kuřecí chrupavky & peří  Rabbit, a. s., Trhový Štěpánov

Tlaková hydrolýza  ÚCHP AV ČR, v. v. i. Praha

Analýza produktů  VŠCHT FPBT Praha (HPLC/MS)

Aplikační testy  ECOFUEL, s. r. o., Praha

 BÚ AV ČR, v. v. i. Průhonice  AGRA, a. s., Střelské Hoštice Rabbit, a. s., Trhový Štěpánov Centrum kompetence pro výzkum biorafinací BIORAF

13

Tlakové zařízení pro hydrolýzu bílkovin v přítomnosti CO2


14

PODMÍNKY HYDROLÝZY Hydrolýza v kyselém prostředí Aplikace tlakového oxidu uhličitého a vody Jednoduchá separace reakčního produktu Čtvrtprovozní autoklávové testy: • Objem autoklávu 2.5 lt • Frekvence míchání 1 Hz • Teplota 105 - 120 o C • Tlak 10 – 20 bar • Reakční doba 5 – 6 hod Centrum kompetence pro výzkum biorafinací BIORAF

15

Časový průběh experimentu Hydrolýza peří 16.2.2016 2

160

1,8

140

1,6 120 100

1,2 1

80

0,8

60

Teplota [°C]

Tlak [MPa]

1,4

0,6 40 0,4 20

0,2 0

0


16

Filtrace hydrolyzátu peří


17

Produkty hydrolýzy peří Test 16.2.2016; 101 g mražené peří; 1 lt vody T = 126,6 oC; P = 1,76 MPa; t = 5 h


18

Úvodní testy hydrolýzy peří 0,400 0,350

a.u. 0,300 0,250 0,200

peri1_

peri2_

0,150 0,100 0,050 0,000

T (oC) P (bar) čas (h) konverze zbytek (%) Test 1

105

20

5

62.5

3.6

Test 2

112

11

2

29.8

4.8


19

Vliv tlaku na hydrolýzu keratinu Konverze (%) 70

60

50

40

30

20

10

0 0

5

10

15

20

25

Tlak (bar)


20

Zbytek po hydrolýze peří


21

Ověření analytické metody Elementární analýza tuhého zbytku a zastoupení prvků v aminokyselinách v hydrolyzátu Prvek

Zbytek (% wt.)

Aminokysel.(% wt.)

C

46,7

43,98

*

H

7,64

7,56

**

N

12

13,99

*

S

1,18

2,73

?

O

32,48

31,74

**


22

Vliv podmínek hydrolýzy Test

Tlak (MPa)

Peří (g/l)

Teplota Konver pH Asp (oC) -ze na hydroly (mg/l) AK (-) -zátu

P1

0,47

62,9

129

0,0442

4,7

618,55

P2

1,87

70,3

129

0,0828

4,3

108,93

P3

1,89

92,462

132

0,1632

6,2

58,51

PA VZ1 VZ2

1,85 0,40 0,32

71,923 69,6 68,4

131 109 117

0,1179 0,0351 0,0380

6,2 n.a. 6

39,11 277,87 58,33

Heterogenita suroviny – podíl brk versus chmýří v peří Centrum kompetence pro výzkum biorafinací BIORAF

23

Distribuce aminokyselin v hydrolyzátu peří 1000,00

mg/lt 100,00

P1 10,00

P2 P3 PA

1,00

0,10


24

Vliv konverze na sumu AK, kyselinu asparagovou resp. alanin 2500,00

a.u.

2000,00

Asp Ala Suma

1500,00

1000,00

Lineární (Asp)

Lineární (Ala)

500,00

Lineární (Suma) 0,00 0,976

0,978

0,98

0,982

0,984

0,986

0,988

0,99

0,992

0,994

0,996

Konverze hydrolýzy peří Centrum kompetence pro výzkum biorafinací BIORAF

25

Distribuce aminokyselin v hydrolyzátu; 8.12.2015 mg/lt

Násada: 149 g / 1 lt Teplota 135 C; Tlak 0,56 MPa; Doba reakce 5 h Konverze peří : 45,5% Konverze na AK: 2,7 %


26

SOUHRN Otevřené problémy: • Heterogenita suroviny – podíl brk versus chmýří v peří. • Přenos dat do poloprovozního měřítka (autokláv 25 lt). • Optimalizace podmínek a izolace kyseliny asparagové z hydrolyzátu. • Zpracování dalších odpadů ze živočišné výroby (srsti zvířat, koželužny). Produkty hydrolýzy mají perspektivní použití v řadě aplikací: • Zvlhčování kompostů, recyklace biogenních prvků. • Ochranné postřiky rostlin (stres suchem, slunečním světlem…). • Nutrinutriční přísady do krmiv zvířat. • Nutrienty pro kultivaci řas. Centrum kompetence pro výzkum biorafinací BIORAF

27

PODĚKOVÁNÍ Studie je součástí Strategie AV21 „Špičkový výzkum ve veřejném zájmu“ a projektu "Centrum Kompetence pro výzkum Biorafinace“ podpořeného Technologickou agenturou ČR (BIORAF - No. TE01020080) .


28

Vliv teploty na hydrolýzu peří Konverze hydrolýzy

1

0,995

0,99

0,985

0,98 113

113,5

114

114,5

115

115,5

116

116,5

117

117,5

118

prům. Teplota (oC) Centrum kompetence pro výzkum biorafinací BIORAF

29

Máte rádi kuřata??? Jiří Hanika. Ústav chemických procesů AV ČR, v. v. i., Praha

Recommend Documents