CN103088086A

CN103088086A - 生物酶预处理强化变性淀粉改性的方法

Info

Publication number: CN103088086A
Application number: CN2013100167895A
Authority: CN
Inventors: 罗志刚; 扶雄; 罗发兴; 高群玉
Original assignee: South China University of Technology SCUT
Current assignee: South China University of Technology SCUT
Priority date: 2013-01-16
Filing date: 2013-01-16
Publication date: 2013-05-08

Abstract

本发明公开了生物酶预处理强化变性淀粉改性的方法。该方法是先将淀粉原料用水调成浓度为质量百分比为10～40％，在25～50℃下超声处理10～50分钟，超声频率为25千赫兹，超声功率为40～80瓦，过滤；然后用乙酸‐乙酸钠缓冲液配成15～40％质量的淀粉乳并调节pH值为4.0～6.5，用量为每克干淀粉10～100u，在30～50℃温度下反应0.5～5小时。利用本发明预处理的淀粉进行化学改性，与传统利用原淀粉颗粒为原料进行化学改性相比，采用本发明预处理淀粉为原料制备变性淀粉，反应效率、取代度、产品热糊和冷糊稳定性提高，反应时间缩短，生产成本降低。

Description

生物酶预处理强化变性淀粉改性的方法

技术领域

本发明主要涉及一种强化变性淀粉改性的方法，具体涉及利用生物技术和物理方法相结合预处理原淀粉的方法。

背景技术

淀粉是一类来源丰富的天然可再生资源，以淀粉为原料制造的高附加值变性淀粉，是淀粉深加工系列产品中最大的一个分支，目前有2000多种产品。由于其若干优良的特性及应用效果，广泛应用于食品、医药、造纸、纺织、饲料、日用化工、石油、环保等领域，对于各行各业降低生产成本、缓解环境问题、提高产品质量和档次、研制开发新产品起到十分重要的作用。

传统的变性淀粉生产大都是以原淀粉颗粒为原料进行的非均相反应。然而，由于淀粉颗粒存在多晶系结构，结构致密，使得淀粉在进行非均相化学改性过程中，化学试剂很难渗透到颗粒内部，与淀粉颗粒接触非常有限，其结果是取代基团通常分布在淀粉颗粒表面或非结晶区，最终造成取代度和反应效率低，取代基团在颗粒上分布不均匀，产品性能不稳定。反应效率是指参与化学反应的试剂与加入试剂的百分比。取代度用平均每个脱水葡萄糖单位中羟基被取代的数量来表示。传统的方法通过延长反应时间、增加试剂量或采用均相处理如在有机溶剂或离子液体介质中反应等措施来提高淀粉反应效率和变性淀粉稳定性，但这些措施既增加了化学试剂的用量、降低了生产效率、增加了生产成本和环境污染，所得的产品在应用上也受到限制，极大地限制了变性淀粉的发展。

因此，对淀粉原料进行预处理，重组淀粉分子的超分子结构、改变淀粉的聚集态结构、修饰淀粉的形态结构，提高化学试剂与淀粉颗粒的接触几率，强化变性淀粉的非均相反应过程，是提高变性淀粉性能、促进变性淀粉发展的有效途径。

发明内容

本发明的目的在于针对现有变性淀粉生产过程中存在的不足之处，提供一种能使淀粉形成多孔状，比表面积增加的强化变性淀粉改性的方法。

本发明首先对淀粉进行超声处理，再采用生物酶水解预处理，以处理后的淀粉为原料制备变性淀粉，其产品反应基团分布均匀、取代度高、质量好，反应效率得到明显提高，生产成本降低。

本发明的目的通过如下技术方案实现：

生物酶预处理强化变性淀粉改性的方法，包括如下步骤：

（1）淀粉原料用水调成浓度为质量百分比为10～40％，在25～50℃下超声10～50分钟，超声频率为25千赫兹，超声功率为40～80瓦，过滤；

（2）将步骤（1）过滤后得到的淀粉用乙酸‐乙酸钠缓冲液配成质量百分比为15～40％的淀粉乳，并调节pH值为4.0～6.5，加入淀粉酶，用量为10～100u/g干淀粉，在30～50℃温度下反应0.5～5小时；

所述淀粉原料是木薯、马铃薯、甘薯、玉米和小麦中的一种。

所述淀粉酶是α‐淀粉酶、糖化酶、普鲁兰酶中的一种或两种的混合物。

为了更好地实现本发明，所述第（1）步超声处理后离心过滤；所述第（2）步加入淀粉酶为两种时，淀粉酶依次加入；步骤（2）所述的pH通过加入质量百分比浓度为3‐5%稀盐酸和质量百分比浓度为3‐5%氢氧化钠溶液调节。

本发明针对现有淀粉化学改性的缺陷，采用超声处理协同生物酶处理技术预处理活化淀粉颗粒。利用本发明特定参数下的超声处理技术能一定程度破坏淀粉的结晶结构和聚集态结构，降低淀粉的分子量，但又完整保留淀粉的颗粒结构，为后续特定工艺参数下的生物酶作用提供更多的底物以及酶与淀粉分子接触的机会，最大限度地活化淀粉。

本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：

（1）在酶水解之前采用超声处理工艺修饰淀粉，提高了酶水解反应的效率，减少了酶用量，降低了成本；

（2）淀粉经过本发明预处理后，颗粒形成多孔状，其比表面积增加，促进了后续反应试剂进入淀粉颗粒内部反应的机会，有利于取代基团在淀粉颗粒分子上的均匀分布，生产成本降低，反应效率提高10～30％，取代度提高5～40％，同时产品的热糊和冷糊稳定性得以增强。

具体实施方式

为更好理解本发明，下面结合实施例对本发明做进一步地说明。本发明有许多成功的实施例，下面列举六个具体的实施例，但是本发明要求保护的范围并不局限于实施例表示的范围。

实施例1

第一步马铃薯淀粉原料用水调成浓度为质量百分比为40％，在25℃下超声20分钟，超声频率为25千赫兹，超声功率为80瓦，离心过滤；

第二步将以上过滤后得到的淀粉用乙酸‐乙酸钠缓冲液调节淀粉乳浓度为15％质量，用质量百分比为3%的氢氧化钠调节pH值为6.5，温度为50℃，加入α‐淀粉酶（BAN 480L，诺维信（中国）投资有限公司），每克干淀粉加入80u的α‐淀粉酶，反应3小时。

以预处理的淀粉为原料进行乙酰化改性。在淀粉乳中加入淀粉干基质量为2%的醋酸酐，在30℃、pH为8.5下反应1小时，经中和、洗涤、干燥得淀粉醋酸酯。对比相同条件下以马铃薯原淀粉为原料制备的淀粉醋酸酯（反应效率为60.5%，取代度为0.021），经过预处理强化后淀粉醋酸酯的反应效率为72.6%、取代度为0.026，反应效率和取代度分别提高了20%和25%。

实施例2

第一步木薯淀粉原料用水调成浓度为质量百分比为10％，在35℃下超声10分钟，超声频率为25千赫兹，超声功率为60瓦，过滤；

第二步将以上得到的淀粉用乙酸‐乙酸钠缓冲液调节淀粉乳浓度为30％质量，用质量百分比为3%的稀盐酸调节pH值为4.0，温度为30℃，加入α‐淀粉酶（BAN 480L，诺维信（中国）投资有限公司）和糖化酶（Dextrozyme DXW，诺维信（中国）投资有限公司），每克干淀粉加入50u的α‐淀粉酶和10u的糖化酶，反应0.5小时。

以预处理的淀粉为原料进行乙酰化改性。在淀粉乳中加入淀粉干基质量为3%的醋酸酐，在35℃、pH8.0下反应2小时，经中和、洗涤、干燥得淀粉醋酸酯。对比相同条件下以木薯原淀粉为原料制备的淀粉醋酸酯（反应效率为62.8%，取代度为0.036），经过预处理强化后淀粉醋酸酯的反应效率为75.4%，取代度为0.043，反应效率和取代度分别提高了20%和20%。

实施例3

第一步玉米淀粉原料用水调成浓度为质量百分比为25％，在50℃下超声30分钟，超声频率为25千赫兹，超声功率为40瓦，离心过滤；

第二步将以上得到的淀粉用乙酸‐乙酸钠缓冲液调节淀粉乳浓度为40％质量，pH值为5.0，温度为45℃，加入糖化酶（Dextrozyme DXW，诺维信（中国）投资有限公司）；每克干淀粉加入100u的糖化酶，反应2小时。

以预处理的淀粉为原料进行乙酰化改性。在淀粉乳中加入淀粉干基质量为3%的醋酸酐，在40℃、pH9.0下反应1小时，经中和、洗涤、干燥得淀粉醋酸酯。对比相同条件下以玉米原淀粉为原料制备的淀粉醋酸酯（反应效率为57.6%，取代度为0.046），经过预处理强化后淀粉醋酸酯的反应效率为63.4%，取代度为0.048，反应效率和取代度分别提高了10%和5%。

实施例4

第一步小麦淀粉原料用水调成浓度为质量百分比为30％，在40℃下超声50分钟，超声频率为25千赫兹，超声功率为40瓦，过滤；

第二步将以上得到的淀粉用乙酸‐乙酸钠缓冲液调节淀粉乳浓度为25％质量，pH值为4.5，温度为50℃，加入α‐淀粉酶（BAN 480L，诺维信（中国）投资有限公司），每克干淀粉加入40u的α‐淀粉酶，反应2小时，灭酶，用0.1mol/L的氢氧化钠溶液调节pH值为6.0，温度为50℃，加入糖化酶（Dextrozyme DXW，诺维信（中国）投资有限公司），每克干淀粉加入30u的糖化酶，反应5小时。

以预处理的淀粉为原料进行羟丙基化改性。在淀粉乳中加入淀粉干基质量为4%的环氧丙烷，在40℃、pH11下反应16小时，经中和、洗涤、干燥得羟丙基淀粉。对比相同条件下以小麦原淀粉为原料制备的羟丙基淀粉（反应效率为60.5%，取代度为0.041），经过预处理强化后羟丙基淀粉的反应效率为75.6%，取代度为0.057，反应效率和取代度分别提高了25%和40%。

实施例5

第一步木薯淀粉原料用水调成浓度为质量百分比为30％，在30℃下超声30分钟，超声频率为25千赫兹，超声功率为60瓦，过滤；

第二步将以上得到的淀粉用乙酸‐乙酸钠缓冲液调节淀粉乳浓度为30％质量，pH值为5.5，温度为50℃，加入α‐淀粉酶（BAN 480L，诺维信（中国）投资有限公司），每克干淀粉加入30u的α‐淀粉酶，反应1小时，灭酶，用0.1mol/L的氢氧化钠溶液调节pH值为6.2，温度为45℃，加入普鲁兰酶（Promozyme D2，诺维信（中国）投资有限公司），每克干淀粉加入80u的普鲁兰酶，反应5小时。

以预处理的淀粉为原料进行羟丙基化改性。在淀粉乳中加入淀粉干基质量为7%的环氧丙烷，在35℃、pH11下反应20小时，经中和、洗涤、干燥得羟丙基淀粉。对比相同条件下以木薯原淀粉为原料制备的羟丙基淀粉（反应效率为57.1%，取代度为0.056），经过预处理强化后羟丙基淀粉的反应效率为74.2%，取代度为0.067，反应效率和取代度分别提高了30%和20%。

实施例6

第一步甘薯淀粉原料用水调成浓度为质量百分比为25％，在30℃下超声20分钟，超声频率为25千赫兹，超声功率为80瓦，过滤；

第二步将以上得到的淀粉用乙酸‐乙酸钠缓冲液调节淀粉乳浓度为30％质量，pH值为5.3，温度为50℃，加入糖化酶（Dextrozyme DXW，诺维信（中国）投资有限公司），每克干淀粉加入25u的糖化酶，反应3小时，灭酶，用0.1mol/L的盐酸调节pH值为4.2，温度为40℃，加入普鲁兰酶（Promozyme D2，诺维信（中国）投资有限公司），每克干淀粉加入100u的普鲁兰酶，反应4小时。

以预处理的淀粉为原料进行羟丙基化改性。在淀粉乳中加入淀粉干基质量为6%的环氧丙烷，在45℃、pH11.2下反应15小时，经中和、洗涤、干燥得羟丙基淀粉。对比相同条件下以甘薯原淀粉为原料制备的羟丙基淀粉（反应效率为63.7%，取代度为0.051），经过预处理强化后羟丙基淀粉的反应效率为80.3%，取代度为0.065，反应效率和取代度分别提高了26%和28%。

如上所述，即可较好地实现本发明。

Claims

1.生物酶预处理强化变性淀粉改性的方法，其特征在于包括如下步骤：

（1）淀粉原料用水调成浓度为质量百分比为10～40％，在25～50℃下超声处理10～50分钟，超声频率为25千赫兹，超声功率为40～80瓦，过滤；

（2）将步骤（1）过滤后得到的淀粉用乙酸‐乙酸钠缓冲液配成质量百分比为15～40％的淀粉乳，并调节pH值为4.0～6.5，加入淀粉酶，用量为每克干淀粉10～100u，在30～50℃温度下反应0.5～5小时；所述淀粉酶为α‐淀粉酶、糖化酶和普鲁兰酶中的一种或两种的混合物。

2.根据权利要求1所述的生物酶预处理强化变性淀粉改性的方法，其特征在于：所述淀粉原料为木薯淀粉、马铃薯淀粉、甘薯淀粉、玉米淀粉或小麦淀粉。

3.根据权利要求1所述的生物酶预处理强化变性淀粉改性的方法，其特征在于：步骤（1）所述过滤为离心过滤。

4.根据权利要求1所述的生物酶预处理强化变性淀粉改性的方法，其特征在于：步骤（2）加入淀粉酶为两种时，淀粉酶是依次加入。

5.根据权利要求1所述的生物酶预处理强化变性淀粉改性的方法，其特征在于：步骤（2）所述的pH通过加入质量百分比浓度为3‐5%稀盐酸和质量百分比浓度为3‐5%氢氧化钠溶液调节。