CN102492751A - 一种脂肪酶催化合成丁二酸淀粉酯的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于食品生物化工技术领域，特别公开了一种脂肪酶催化合成丁二酸淀粉酯的方法。本发明将淀粉溶于水配制成30%左右的淀粉乳，加入适量丁二酸酐和脂肪酶，20~50℃恒温反应10~60min。用乙醇和蒸馏水充分洗涤除去未反应的丁二酸酐，经干燥得到丁二酸淀粉酯。本发明方法具有酶法生产的条件温和、绿色安全、反应效率高、产品容易纯化等优点，与其他制备丁二酸淀粉酯的方法相比，反应效率高、操作简单、产品取代度较大等优势。
Description
（一） 技术领域
本发明属于食品生物化工技术领域，特别涉及一种脂肪酶催化合成丁二酸淀粉酯的方法。
（二） 背景技术
淀粉丁二酸酯是淀粉葡萄糖残基中的羟基被二元羧酸酐取代后所制得的一种淀粉衍生物，属于淀粉有机酸酯范畴。淀粉与二元羧酸酐的酯化在淀粉链上引入了一个阴离子基团，这在很大程度上提高了淀粉的亲水性能。二元酸淀粉酯本身具有交联结构，又使得淀粉获得了许多优良性能，如较低的糊化温度、高度的增稠能力、低温粘度稳定性、较好的成膜性以及淀粉糊的高透明性。这些特性使得丁二酸淀粉酯能够应用于食品领域，如在汤料、快餐、罐制品以及冷藏食品中作为凝固剂以及增稠剂。在制药工业上丁二酸淀粉酯被推荐用作药片分解剂。在造纸领域中，丁二酸淀粉酯被用作表面成型剂以及凝固剂。
在我国尚未有利用脂肪酶催化合成丁二酸淀粉酯的报道。目前制备丁二酸淀粉酯通常是水相法合成的。
经丁二酸酐酯化后的马铃薯淀粉, 其透明度与黏度均高于马铃薯原淀粉，丁二酸马铃薯淀粉酯在不影响食品色泽的同时又能保持较高的黏度，符合现代食品加工工业的要求，适合作为增稠剂应用于食品当中。目前，工业上常用的酯类淀粉有淀粉磷酸酯、淀粉醋酸酯和淀粉辛烯基琥珀酸酯，淀粉丁二酸酯可应用于食品、医药和造纸领域, 但国内对其研究较少，也未见有工业化生产，因此, 对于淀粉丁二酸酯制备工艺的研究具有一定的实际意义。
（三） 发明内容
本发明为了弥补现有技术的不足，提供了一种条件温和、反应效率高的脂肪酶催化合成丁二酸淀粉酯的方法。
本发明是通过如下技术方案实现的：
一种脂肪酶催化合成丁二酸淀粉酯的方法，包括淀粉前处理和酯化反应，主要包括如下步骤：
（1）往淀粉干基中加入水，使其吸水膨胀；
（2）将经过处理的淀粉加水调成淀粉乳，加入脂肪酶和丁二酸酐，在20~50℃下，搅拌速度为100~200rpm时反应10~60min，得到混合溶液；
（3）将混合溶液用乙醇溶液洗涤若干次，然后用蒸馏水洗涤若干次，抽滤、干燥、过筛即得产品。
本发明的更优方案为：
步骤（1）中，淀粉干基与水的质量比为3:10，淀粉干基在40℃下吸水膨胀20min。
由于淀粉微溶于水而不溶于有机溶剂，晶体结构致密，难以发生反应，所以对淀粉进行前处理，使其吸水膨胀之后空间结构变得蓬松，有利于反应的进行。经过试验确定，淀粉在40℃吸水膨胀20min后，后期获得的产物取代度值和反应效率最大。
步骤（2）中，将经过处理的淀粉加水调成重量分数为30%的淀粉乳。
步骤（2）中，脂肪酶的添加量为淀粉干基质量的1~10%，丁二酸酐的添加量为淀粉干基质量的1~4%，脂肪酶在使用前用2.5%的氯化钠溶液活化，酯化反应温度为30℃，反应时间为20min。
脂肪酶的添加量为淀粉干基质量的4%，丁二酸酐的添加量为淀粉干基质量的4%。
在一定的反应时间内，酶添加量控制了酯合成反应产率和取代度。在一定酶浓度范围内，酶浓度的增加会是产物取代度增大，当酶浓度提高到一定程度后，再增加其浓度，反应转化率也不再有明显提高。本发明中催化剂脂肪酶添加量为淀粉干基的1~10%，优选4%。
酯化反应中丁二酸酐的添加量为淀粉干基的1~4%，试验发现其添加量为4%时产品的取代度达到最大值。
酯化反应过程中，搅拌有利于酶与底物间的接触，搅拌速度为100~200rpm。
温度是酶促反应的一个重要的影响因素，反应温度对淀粉酯化反应的影响是比较复杂的。随着温度的升高，分子扩散加快，有利于提高脂肪酶酯化反应的速率。本发明反应温度由20℃增加到50℃，当反应温度从20℃增加到30℃时反应效率和取代度都很有明显的增加，之后随着温度的增加反而下降，因此优选反应温度为30℃。
反应时间的确定：实验中采用的反应时间为：10min、20min、30 min、40 min、50 min、60min，结果发现在20min时出现最大取代度值，因此优选反应时间为20min。
所述淀粉干基为马铃薯淀粉。目前合成丁二酸淀粉酯时所用的原淀粉多数都是玉米淀粉，大米淀粉，木薯淀粉等，利用马铃薯淀粉的较少，马铃薯淀粉较玉米淀粉和木薯淀粉而言具有独特的性能,其支链淀粉质量分数高达80% ,以及其直链淀粉的聚合度也较高,决定了其具有高黏度、易膨胀的特性，作为食品扩充剂、增稠剂, 可大大减少淀粉的用量,并且马铃薯淀粉还具有颗粒大、初始糊化度低、成糊黏度高和成糊透明度高等优点。因此本发明所用淀粉优选马铃薯淀粉。
步骤（3）中，混合溶液用70%的乙醇溶液洗涤，然后用蒸馏水洗涤，抽滤，在70℃下干燥，粉碎，过筛即得产品。
在单因素实验的基础上，设计四因素三水平正交试验，因素和水平如下表所示，优化出脂肪酶催化合成丁二酸淀粉酯的最佳工艺条件：丁二酸酐添加量为4%（淀粉干基），脂肪酶加入量为4%（淀粉干基），反应温度为30℃，反应时间为20min，取代度可达到0.038。
本发明可以大大提高产物的反应效率和成本，丁二酸淀粉酯的取代度达到约0.038；本发明方法具有酶法生产的条件温和、绿色安全、反应效率高、产品容易纯化等优点，与其他制备丁二酸淀粉酯的方法相比，反应效率高、操作简单、产品取代度较大等优势。
（四） 具体实施方式
实施例1：
（1）淀粉前处理 称取30g淀粉放入100ml水中，40℃吸水膨胀20分钟，过滤。
（2）酯化反应 向处理后的淀粉中加入水配制成30%的淀粉乳，然后加入脂肪酶0.6g，加热至20℃恒温，丁二酸酐加入量2%（质量分数），20℃恒温水浴搅拌反应10min，搅拌速度150rpm，得到丁二酸淀粉酯，经测定丁二酸淀粉酯取代度达到0.0178。
实施例2：
（1）淀粉前处理 称取30g淀粉放入100ml水中，40℃吸水膨胀20分钟，过滤。
（2）酯化反应 向处理后的淀粉中加入水配制成30%的淀粉乳，然后加入脂肪酶0.6g，加热至30℃恒温，丁二酸酐加入量3%（质量分数），30℃恒温水浴搅拌反应30min，搅拌速度150rpm，得到丁二酸淀粉酯，经测定丁二酸淀粉酯取代度达到0.0197。
实施例3：
（1）淀粉前处理 称取30g淀粉放入100ml水中，40℃吸水膨胀20分钟，过滤。
（2）酯化反应 向处理后的淀粉中加入水配制成30%的淀粉乳，然后加入脂肪酶1.2g，加热至40℃恒温，丁二酸酐加入量2%（质量分数），40℃恒温水浴搅拌反应30min，搅拌速度150rpm，得到丁二酸淀粉酯，经测定丁二酸淀粉酯取代度达到0.0201。
实施例4：
（1）淀粉前处理 称取30g淀粉放入100ml水中，40℃吸水膨胀20分钟，过滤。
（2）酯化反应 向处理后的淀粉中加入水配制成30%的淀粉乳，然后加入脂肪酶0.9g，加热至40℃恒温，丁二酸酐加入量3%（质量分数），40℃恒温水浴搅拌反应10min，搅拌速度150rpm，得到丁二酸淀粉酯，经测定丁二酸淀粉酯取代度达到0.0262。
实施例5：
（1）淀粉前处理 称取30g淀粉放入100ml水中，40℃吸水膨胀20分钟，过滤。
（2）酯化反应 向处理后的淀粉中加入水配制成30%的淀粉乳，然后加入脂肪酶0.9g，加热至20℃恒温，丁二酸酐用量4%（质量分数），20℃恒温水浴搅拌反应30min，搅拌速度150rpm，得到丁二酸淀粉酯，经测定丁二酸淀粉酯取代度达到0.0312。
实施例6：
（1）淀粉前处理 称取30g淀粉放入100ml水中，40℃吸水膨胀20分钟，过滤。
（2）酯化反应 向处理后的淀粉中加入水配制成30%的淀粉乳，然后加入脂肪酶1.2g，加热至30℃恒温，丁二酸酐用量4%（质量分数），30℃恒温水浴搅拌反应20min，搅拌速度150rpm，得到丁二酸淀粉酯，经测定丁二酸淀粉酯取代度达到0.038。
Claims (7)
1.一种脂肪酶催化合成丁二酸淀粉酯的方法，包括淀粉前处理和酯化反应，其特征为，主要包括如下步骤：
（1）往淀粉干基中加入水，使其吸水膨胀；
（2）将经过处理的淀粉加水调成淀粉乳，加入脂肪酶和丁二酸酐，在20~50℃下，搅拌速度为100~200rpm时反应10~60min，得到混合溶液；
（3）将混合溶液用乙醇溶液洗涤若干次，然后用蒸馏水洗涤若干次，抽滤、干燥、过筛即得产品。
2.根据权利要求1所述的脂肪酶催化合成丁二酸淀粉酯的方法，其特征在于：步骤（1）中，淀粉干基与水的质量比为3:10，淀粉干基在40℃下吸水膨胀20min。
3.根据权利要求1所述的脂肪酶催化合成丁二酸淀粉酯的方法，其特征在于：步骤（2）中，将经过处理的淀粉加水调成重量分数为30%的淀粉乳。
4.根据权利要求1所述的脂肪酶催化合成丁二酸淀粉酯的方法，其特征在于：步骤（2）中，脂肪酶的添加量为淀粉干基质量的1~10%，丁二酸酐的添加量为淀粉干基质量的1~4%，脂肪酶在使用前用2.5%的氯化钠溶液活化，酯化反应温度为30℃，反应时间为20min。
5.根据权利要求1所述的脂肪酶催化合成丁二酸淀粉酯的方法，其特征在于：所述淀粉干基为马铃薯淀粉。
6.根据权利要求1所述的脂肪酶催化合成丁二酸淀粉酯的方法，其特征在于：步骤（3）中，混合溶液用70%的乙醇溶液洗涤，然后用蒸馏水洗涤，抽滤，在70℃下干燥，粉碎，过筛即得产品。
7.根据权利要求4所述的脂肪酶催化合成丁二酸淀粉酯的方法，其特征在于：步骤（2）中，脂肪酶的添加量为淀粉干基质量的4%，丁二酸酐的添加量为淀粉干基质量的4%。
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| CP03 | Change of name, title or address |
Address after: 250000 Science Park, West New Town University, Ji'nan, Shandong Patentee after: Qilu University of Technology Address before: 250353 College of food science and biotechnology, College of science and technology, West Metro University, Shandong, Ji'nan Patentee before: Shandong Institute of Light Industry |
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20131016 |