CN104804200B - 一种酶解短直链淀粉中温自组装制备纳米淀粉工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种酶解短直链淀粉中温自组装制备纳米淀粉工艺，其特征在于，具体包括如下步骤：(1)配制缓冲溶液；(2)淀粉水溶液的制备；(3)糊化；(4)酶解，接着将脱脂后的淀粉溶液用无水乙醇沉淀；(5)制短直链淀粉；(6)制纳米淀粉。通过采用酶水解淀粉在30‑70℃回生制备纳米淀粉，此方法制备的纳米淀粉产率高，成本低，方法更加安全环保，用其作为药物、活性成分等的包埋材料。讲拓宽其在食品工业中的应用领域。

Description

一种酶解短直链淀粉中温自组装制备纳米淀粉工艺

技术领域

本发明属于淀粉纳米颗粒制备技术领域，具体涉及一种酶解短直链淀粉中温自组装制备纳米淀粉工艺，尤其涉及酶法水解淀粉结合50℃自组装备纳米淀粉的制备工艺流程。

背景技术

淀粉在自然界中分布很广，是碳水化合物贮藏的主要形式，分为直链淀粉和支链淀粉两种。淀粉存在于大多数高等植物的叶、茎、块根、果实等器官中，是一种重要的能源物质和工业原料，被广泛应用于造纸业、食品、化工等领域。

淀粉纳米颗粒是从天然淀粉中制得的一种纳米尺寸的聚多糖晶体，由于小尺寸效应、表面效应和量子尺寸效应等性质而表现出许多物理和化学特性。总结近年来的研究，淀粉纳米颗粒的制备方法有5种：酸水解法、机械法、沉淀法、微乳液法和细乳液法。

酸解法是通过HCl、H₂SO₄等无机酸通过对淀粉进行酸解制备淀粉纳米晶。虽然酸解法得到的颗粒粒径小，但是反应时间长，形状多为片状。

纳米沉淀法是将淀粉溶解于溶剂中，然后逐滴加入非溶剂(一般为水)，利用溶剂与非溶剂的对淀粉不同的表面张力形成淀粉纳米颗粒。纳米沉淀法的缺点在于溶剂交换速度过快，颗粒的形态、结构、大小都比较难以控制，粒径范围较大，其溶剂不能完成除掉。

细乳液法是将淀粉水溶液加入含有乳化剂、表面活性剂的有机溶剂中，然后经均质处理形成细乳液，最后加入交联剂将纳米级淀粉液滴固定成纳米颗粒。细乳液法在制备纳米颗粒的过程中，制备的纳米颗粒粒径可控，但是需使用大量的有机溶剂和表面活性剂。

综上所述，这些方法制备纳米淀粉具有产率过低、制备时间长、能耗大等缺点。纳米颗粒粒径的大小和形状直接影响药物的靶向位点和释放速度，因此，如何研发一种酶解短直链淀粉中温自组装制备纳米淀粉工艺，控制纳米载药体的颗粒大小及形状，实现商业化，对其拓宽在食品工业中的应用领域具有重要意义。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种酶解短直链淀粉中温自组装制备纳米淀粉工艺，利用生物酶解短直链淀粉结合中温自组装备的纳米淀粉，制备的纳米淀粉的安全、方便、产率高等特点。

本发明采取的技术方案为：

一种酶解短直链淀粉中温自组装制备纳米淀粉工艺，其特征在于，具体包括如下步骤：

(1)配制缓冲溶液：按照重量比(2-3):1称取磷酸氢二钠和柠檬酸溶于蒸馏水中，搅拌使其充分溶解，待用；

(2)淀粉水溶液的制备：称取脱脂后的淀粉，加入蒸馏水，配制成淀粉乳溶液；

(3)糊化：用步骤(1)配制的缓冲溶液调节淀粉溶液pH为4-5后于沸水浴条件下水浴加热30min，糊化过程中采用搅拌机不停地搅拌淀粉以致糊化完全；

(4)酶解：用步骤(1)配制的缓冲溶液调节上述酶解液的pH至4-5，按照酶用量4u/g加入普鲁兰酶，在58℃恒温水浴条件下反应8h，接着将脱脂后的淀粉溶液用无水乙醇沉淀；

(5制短直链淀粉：将沉淀好的淀粉溶液用离心机离心去除上清液，得到沉淀，然后水洗2-3次，冻干得到短直链淀粉；

(6)制纳米淀粉：将所得短直链淀粉在中温条件下自组装温处理1-24h，用离心机离心去除上清液，得到沉淀用液氮速冻，再用冻干机冻干得到纳米淀粉。

进一步的，所述步骤(2)中脱脂后的淀粉为蜡质玉米淀粉、糯性大米淀粉、蜡质马铃薯淀粉、蜡质小麦淀粉、普通玉米淀粉中的任意一种。

进一步的，所述步骤(2)中配置淀粉乳浓度为1-30％。

进一步的，所述步骤(4)中酶解反应控制α-淀粉酶的反应条件为pH 5.5，温度58℃。

进一步的，所述步骤(5)中沉淀过程中脱脂后的淀粉溶液和无水乙醇的重量比为1:4。

进一步的，所述步骤(6)中的中温条件的温度范围为30-70℃。

进一步的，所述步骤(5)或步骤(6)中的冻干工艺控制温度为-86℃，压力为10～40Pa，冻干36-72h。

进一步的，所述淀粉纳米颗粒的粒径为30-40nm。

本发明的有益效果为：

本发明采用了酶处理法的制备方法，即淀粉经糊化后，加入脱支酶处理，在酶解产物中产生更多游离直链淀粉，直链淀粉分子，在中温老化过程中重新缠绕成新的结晶体，提高纳米颗粒的产率。

本发明是利用生物酶法酶解淀粉颗粒，切断支链淀粉，形成的短直链淀粉在适宜的温度和氢键作用下形成结晶，经冷冻干燥得到淀粉纳米颗粒。通过该技术制备产品，不仅明显提高了直链淀粉纳米颗粒的产量，而且也减少了对有机溶剂的使用，有利于环境的保护，降低了生产成本，适于淀粉纳米颗粒的规模化生产，同时提高了淀粉纳米品的进一步利用；原料来源广、安全、可再生；操作简单，适合大规模生产；适用于普通仪器设备，原料利用率高而且具有良好的抗酶解作用；绿色生产的产品可放心食用的优势优点。

本发明中制备纳米淀粉的工艺，通过采用酶水解淀粉在30-70℃自组装制备纳米淀粉，此方法制备的纳米淀粉产率高，成本低，方法更加安全环保，用其作为药物、活性成分等的嵌入材料。测定纳米的粒径大小、热特性以及结晶度等特性，可以提高淀粉的抗消化性，实现商业化，将拓宽其在食品工业中的应用领域。

附图说明

图1为本发明中制备纳米淀粉的工艺流程图。

图2为本发明中原淀粉的扫描电镜图。

图3为本发明中短直链淀粉自组装1小时的透射电镜图。

图4为本发明中短直链淀粉自组装1小时的粒径图。

注：图4中，横坐标为粒径size(nm)，纵坐标为强度Intensity(％)。

图5为本发明中短直链淀粉自组装2小时的透射电镜图。

图6为本发明中短直链淀粉自组装2小时的粒径图。

注：图6中，横坐标为粒径size(nm)，纵坐标为强度Intensity(％)。

图7本发明中短直链淀粉自组装6小时的透射电镜图。

图8为本发明中短直链淀粉自组装6小时的粒径图。

注：图8中，横坐标为粒径size(nm)，纵坐标为强度Intensity(％)。

图9为本发明中短直链淀粉自组装12小时的透射电镜图。

图10为本发明中短直链淀粉自组装12小时的粒径图。

注：图10中，横坐标为粒径size(nm)，纵坐标为强度Intensity(％)。

图11为本发明中短直链淀粉自组装24小时的透射电镜图。

图12为本发明中短直链淀粉自组装24小时的粒径图。

注：图12中，横坐标为粒径size(nm)，纵坐标为强度Intensity(％)。

图13为本发明中短直链淀粉自组装不同时间的X射线图。

注：图13中，A：原淀粉；B：自组装1小时；C：自组装2小时；D：自组装6小时；E：自组装12小时；F：自组装24小时。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步的阐述。

一种酶解短直链淀粉中温自组装制备纳米淀粉工艺，其制备方法如下：

(1)配制缓冲溶液：准确称取4.42g磷酸氢二钠和1.55g柠檬酸溶于200mL蒸馏水中，搅拌使其充分溶解，待用；

(2)淀粉水溶液的制备：称取脱脂后的淀粉，加入100ml蒸馏水，配制的1-30％浓度的淀粉乳溶液；

(3)糊化：用柠檬酸缓冲液调节淀粉溶液pH为4.6后于沸水浴条件下水浴加热30min，糊化过程中需用搅拌机不停地搅拌淀粉以致糊化完全；

(4)酶解：冷却至58℃左右加入，加入4u/g的普鲁兰酶，反应条件为调节pH至4.6，58℃恒温水浴条件下中于反应8h；接着将脱脂后的淀粉溶液用1:4的无水乙醇沉淀；

(5)将沉淀好的淀粉溶液用离心机离心去除上清液，得到沉淀，然后水洗2-3次。冻干得到短支链淀粉；

(6)将所得短直链淀粉在中温(30-70℃)条件下保温处理1-24h，用离心机离心去除上清液，得到沉淀，用冻干机冻干得到纳米淀粉。

从上述技术方案可以看出，本发明可以探究生物酶法水解淀粉结合中温重结晶制备纳米淀粉的理化指标及性质。

结果说明

1.淀粉纳米颗的形态及大小

1.1透射电镜图谱

如图2-12所示，原淀粉颗粒呈多边形颗粒大小在2-15μm，中温重结晶制备的纳米颗粒粒径基本分布在30-40nm左右，表面光滑呈圆球状，形状规则，大小均匀。由图可以看出，回生处理不同时间的纳米淀粉颗粒粒径没有明显变化。

1.2激光动态光散射图

由图2-12可以观察到，用激光粒度仪测定的回生处理不同时间的纳米颗粒的粒径分布在80-200nm，明显大于用透射电镜观察到的纳米颗粒的粒径大小。激光粒度测定的粒度分布宽，因为淀粉纳米晶体聚合体的存在。激光粒度测定的结果测定的纳米颗粒的尺寸范围与TEM差异很大，可能是由于这种技术不能用于区分单个粒子和聚集体。

2.淀粉纳米颗的X射线衍射图谱

如图13所示，普通玉米淀粉在15.3°、17.1°、18.5°和23.5°有衍射峰，属于A型淀粉的结晶。重结晶的淀粉纳米颗粒的结晶峰，较原淀粉没有明显的区别。一般来说，高温回生得到A型淀粉，而低温回生得B型。另一方面，由表1可以看出，自组装时间为24小时，相对结晶度(60.10％)较原淀粉(32.10％)显著增加。

3.淀粉纳米颗的热特性

由表1看出，纳米淀粉的起始糊化温度，峰值温度，终止温度(90.38–92.08℃，105.83–107.57℃，114.53–117.49℃)明显高于原淀粉的(65.59℃，72.12℃，79.57℃)。焓值在2-24小时增加最为明显。高的糊化温度和焓值的增加可能归因于纳米颗粒高的结晶度。然而随着时间的延长起始糊化温度，峰值温度，终止温度没有明显变化。

表1为短直链自组装不同时间的热特性及相对结晶度表

注：起始糊化温度(To)，峰值温度(Tp)，终止温度(Tc)，焓值(ΔH)。

注：A：原淀粉；B：自组装1小时；C：自组装2小时；D：自组装6小时；E：自组装12小时；F：自组装24小时；

下面结合具体实施例进一步说明本发明。

实施例1

一种酶解短直链淀粉中温自组装制备纳米淀粉工艺，其制备方法如下：

(1)称取脱脂后的15g蜡质玉米淀粉，加入100ml蒸馏水，配制的15％浓度的淀粉乳溶液；用柠檬酸缓冲液调节淀粉溶液pH为4.6后于沸水浴条件下水浴加热30min，调节pH至4.6，加入普鲁兰酶，在58℃恒温水浴条件下中于反应8h；接着将脱脂后的淀粉溶液用1:4的无水乙醇沉淀；将沉淀好的淀粉溶液用离心机离心去除上清液，得到沉淀。然后水洗2-3次。冻干机冻干得到短支链淀粉；将所得短直链淀粉在中温50℃条件下保温处理24h，用离心机离心去除上清液，得到沉淀。用液氮速冻，再用冻干机冷冻干燥得到蜡质玉米纳米淀粉。

实施例2

一种酶解短直链淀粉中温自组装制备纳米淀粉工艺，其制备方法如下：称取脱脂后的10g糯性玉米淀粉，加入100ml蒸馏水，配制的10％浓度的淀粉乳溶液；用柠檬酸缓冲液调节淀粉溶液pH为4.6后于沸水浴条件下水浴加热30min，调节pH至4.6，加入普鲁兰酶，在58℃恒温水浴条件下中于反应8h；接着将脱脂后的淀粉溶液用1:4的无水乙醇沉淀；将沉淀好的淀粉溶液用离心机离心去除上清液，得到沉淀。然后水洗2-3次。冻干机冷冻干燥得到短支链淀粉；将所得短直链淀粉在中温30℃条件下保温处理12h，用离心机离心去除上清液，得到沉淀。用液氮速冻，再用冻干机冷冻干燥得到糯性玉米纳米淀粉。

实施例3

一种酶解短直链淀粉中温自组装制备纳米淀粉工艺，其制备方法如下：称取脱脂后的6g蜡质小麦淀粉，加入100ml蒸馏水，配制的6％浓度的淀粉乳溶液；用柠檬酸缓冲液调节淀粉溶液pH为4.6后于沸水浴条件下水浴加热30min，加入普鲁兰酶，在58℃恒温水浴条件下中于反应8h；接着将脱脂后的淀粉溶液用1:4的无水乙醇沉淀；将沉淀好的淀粉溶液用离心机离心去除上清液，得到沉淀。然后水洗2-3次。冻干机冷冻干燥得到短支链淀粉；将所得短直链淀粉在中温60℃条件下保温处理6h，用离心机离心去除上清液，得到沉淀。用液氮速冻，再用冻干机冷冻干燥得到蜡质小麦纳米淀粉。

上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种酶解短直链淀粉中温自组装制备纳米淀粉工艺，其特征在于，具体包括如下步骤：

(1)配制缓冲溶液：按照重量比(2-3):1称取磷酸氢二钠和柠檬酸溶于蒸馏水中，搅拌使其充分溶解，待用；

(2)淀粉水溶液的制备：称取脱脂后的淀粉，加入蒸馏水，配制成淀粉乳溶液；

(3)糊化：用步骤(1)配制的缓冲溶液调节淀粉溶液pH为4-5后于沸水浴条件下水浴加热30min，糊化过程中采用搅拌机不停地搅拌淀粉以致糊化完全；

(4)酶解：用步骤(1)配制的缓冲溶液调节上述酶解液的pH至4-5，按照酶用量4u/g加入普鲁兰酶，在58℃恒温水浴条件下反应8h，接着将脱脂后的淀粉溶液用无水乙醇沉淀；

(5)制短直链淀粉：将沉淀好的淀粉溶液用离心机离心去除上清液，得到沉淀，然后水洗2-3次，冻干得到短直链淀粉，冻干工艺控制温度为-86℃，压力为10～40Pa，冻干36-72h；

(6)制纳米淀粉：将所得短直链淀粉在中温条件下重结晶保温处理1-24h，中温条件的温度范围为30-70℃，用离心机离心去除上清液，得到沉淀用冻干机冻干得到纳米淀粉。

2.根据权利要求1所述一种酶解短直链淀粉中温自组装制备纳米淀粉工艺，其特征在于，所述步骤(2)中脱脂后的淀粉为蜡质玉米淀粉、糯性大米淀粉、蜡质马铃薯淀粉、蜡质小麦淀粉、普通玉米淀粉中的任意一种。

3.根据权利要求1所述一种酶解短直链淀粉中温自组装制备纳米淀粉工艺，其特征在于，所述步骤(2)中配置的淀粉乳浓度为1-30％。

4.根据权利要求1所述一种酶解短直链淀粉中温自组装制备纳米淀粉工艺，其特征在于，所述步骤(4)中酶解反应控制普鲁兰酶的反应条件为pH 4.6，温度58℃。

5.根据权利要求1所述一种酶解短直链淀粉中温自组装制备纳米淀粉工艺，其特征在于，所述步骤(4)中沉淀过程中脱脂后的淀粉溶液和无水乙醇的重量比为1:4。

6.根据权利要求1-5任意所述工艺制备的纳米淀粉，其特征在于，所述淀粉纳米颗粒的粒径为30-40nm。