CN108018322A

CN108018322A - 一种玉米多孔淀粉的制备方法

Info

Publication number: CN108018322A
Application number: CN201810066049.5A
Authority: CN
Inventors: 蒋新龙; 蒋益花; 朱志友; 金文浩; 沈佳琦; 王纯洁
Original assignee: Zhejiang Shuren University
Current assignee: Zhejiang Shuren University
Priority date: 2018-01-24
Filing date: 2018-01-24
Publication date: 2018-05-11

Abstract

本发明公开了一种玉米多孔淀粉的制备方法，首先，向生玉米淀粉加入磷酸氢二钠‑柠檬酸缓冲液调制成淀粉乳进行预热处理，然后加入糖化酶和a‑淀粉酶进行酶解反应。其中，在酶解过程中进行间歇超声处理。酶解结束后加入NaOH溶液终止反应。随后，用蒸馏水洗至中性并抽滤，最后放入烘箱中自然干燥，粉碎即可得到玉米多孔淀粉。本发明提供的多孔淀粉的孔径较均匀，孔深较适中，颗粒较完整，吸附性强，可被广泛应用于食品、医药卫生等行业。

Description

一种玉米多孔淀粉的制备方法

技术领域

本发明属于食品添加剂及其制备方法技术领域，涉及一种玉米多孔淀粉的制备方法，具体地说，涉及一种复合酶-间歇超声法制备多孔淀粉工艺。

背景技术

我国是玉米大国，产量仅次于稻米和小麦，年产量及进出口量大，产业发展迅速，规模经济总量大，对玉米进行多层次深度加工已成为玉米产业的主要发展方向。多孔淀粉是淀粉经物理、化学及生物方法处理后形成一种中空变性淀粉，由于具有高的比表面积、孔体积、低密度及可降解性，其巨大的应用潜力已引起广泛的关注与研究。经改性处理制得的多孔淀粉颗粒，其基本性能不发生显著性改变，继承了生淀粉的良好生物相容性、无毒、可生物降解等性质。但与天然淀粉相比，多孔淀粉具有更大的孔隙率；更大的比表面积，堆积密度、颗粒密度低；良好的吸油吸水能力。其作为一种新型有机吸附剂和包埋材料，可广泛用于医药、农药、印刷、日用化工、化妆品及食品等行业。用玉米淀粉制备多孔淀粉是提高玉米使用价值和经济效益的有效途径。

多孔淀粉的制备有许多方法，如物理方法、化学方法和生物方法。物理方法，如超声波处理、微波、喷雾、机械撞击等；化学方法，如：醇变性、交联、酸水解；生物方法，如酶水解。

在以上几种方法中，物理方法简单易行，生产周期短，但制备的多孔淀粉吸附性能较差，应用前景不乐观；化学法如酸水解制备多孔淀粉，降解不均匀，成孔速率慢，目前无法工业化生产。最具价值方法是生物酶解方法。因为酶价格低廉，使用方便，并且制备多孔淀粉的过程也很简单，目的性强，其中糖化酶和α-淀粉酶是最常用的两种酶，它们的协同作用，能有效提高淀粉水解率。但反应速率慢，反应时间长，此外酶的价格较高，其生产成本也较高。超声波是一种弹性机械波，能够破坏溶液中多糖的C—C键，降低多糖的分子量，一定强度的超声波有利于提高纤维素酶、蛋白酶、糖化酶、糖苷酶等酶的活性。超声波处理可以促进多孔表面孔穴的快速形成，成孔效果大大提高。本发明用糖化酶和α-淀粉酶复合酶-间歇超声法制备多孔淀粉能有效加快反应速率，缩短反应时间，减少酶的用量，降低制备多孔淀粉的成本。

现有技术中的相关专利主要有：

中国专利(申请号201310165172.X)公开了一种双频超声辅助酸水解加工多孔淀粉的方法，其以淀粉为原料，用一定浓度的盐酸溶液制成淀粉乳，加入交联剂，作为水相；置于双频超声反应器中进行超声处理，反应一定时间后停止超声，用饱和碳酸钠溶液调pH值至中性，离心水洗，干燥，粉碎，即得多孔淀粉产品。

中国专利(申请号CN201310524311.3)公开了一种用油包水的乳液通过一步交联反应制备一种交联多孔淀粉材料的方法，其以淀粉为原料，用一定浓度的氢氧化钠溶液制成淀粉乳，加入交联剂，作为水相；将复合乳化剂制成油相，再将水相和油相混合，在乳液中发生交联反应。离心反应物除去油相，干燥，粉碎，即得多孔淀粉产品。

中国专利(申请号CN201310439845.6)公开了一种利用乙醇调节淀粉颗粒的溶胀和表面孔结构制得一种多孔淀粉材料的方法，以淀粉为原料，将淀粉在恒温下分散到乙醇溶液中调制成淀粉乳；然后进行加热处理；处理后的淀粉经过用乙醇溶液洗涤、过滤、粉碎、干燥，过筛，即得多孔淀粉产品。

中国专利(申请号CN201510599698.8)公开了一种超声处理-复合酶法加工多孔淀粉的方法，其以淀粉为原料，先制备预糊化淀粉，然后把所述预糊化淀粉制备成乳浊液用超声波处理，再加入a-淀粉酶和糖化酶，进行水解，形成多孔淀粉。

中国专利(申请号CN201410570390.6)公开了一种超声微波反应系统-复合酶加工多孔淀粉的方法，其以淀粉为原料，用一定pH的柠檬酸缓冲液制成淀粉乳，恒温预热，加入a-淀粉酶和糖化酶，置于超声波微波组合反应系统中进行酶解处理，反应一定时间后停止超声，加入NaOH溶液灭活，离心水洗，干燥，粉碎，即得多孔淀粉产品。

中国专利(申请号CN201310477404.5)公开了一种超声微波反应系统-复合酶加工多孔淀粉的方法，其以淀粉为原料，用一定pH的柠檬酸缓冲液制成淀粉乳，恒温预热，加入a-淀粉酶和糖化酶，置于超声波微波组合反应系统中进行酶解反应处理，反应结束后常压干燥，粉碎，即得多孔淀粉产品。

中国专利(申请号201210549058.2)，利用一定能量、一定剂量的射线辐照淀粉，水将辐照淀粉调浆，乳浓度20~50%重量，常温振荡、搅拌0.5~4h，离心脱水，干燥得到固体粉末状的多孔淀粉。

中国专利(申请号200310106514.7)，将生淀粉在低于糊化温度下，加入具有生淀粉水解活力的糖化酶和α-淀粉酶的复合酶，在不断搅拌下，恒温反应一定时间后，再经过离心、洗涤、干燥即可得到多孔淀粉的产品。

中国专利(申请号200810064738.9)提供一种玉米淀粉为原料，经复合交联改性后再酶解为玉米多孔淀粉的新方法。

中国专利(专利号ZL200410077505.4)涉及一种高温酶法制备多孔淀粉的方法，将淀粉原料用水调浆，调节淀粉乳的pH在1.5~12.5之间，温度在10~55°C;添加多官能团的交联剂，在20~50°C下搅拌反应1~30h，制备交联淀粉；调节乳液pH值6.0~7.0，脱水洗涤，干燥得到固体粉末状的交联淀粉；调节乳浓度为20~50%，加入淀粉酶0.0l~1.00重量份，酶解时间为0.3~10h；调节pH至6.0~7.0，过滤洗涤，离心脱水，粉碎干燥得到多孔淀粉。

中国专利(申请号201010162279.5)公开了一种颗粒状冷水可溶性多孔淀粉的制备方法，将多孔淀粉与乙醇溶液混合形成浆料，再在搅拌条件下加入氢氧化钠，恒温搅拌反应；反应完毕后，将反应液静置或离心，分离沉淀，用乙醇溶液洗涤，再加入乙醇溶液，用盐酸乙醇溶液中和至中性后，过滤，滤饼用乙醇溶液洗涤，干燥，粉碎过筛，即得颗粒状冷水可溶性多孔淀粉。

发明内容

本发明的目的在于提供一种玉米多孔淀粉的制备方法，该法以玉米淀粉为原料，利用糖化酶和α-淀粉酶复合酶-间歇超声法制得多孔淀粉。

其具体技术方案为：

一种玉米多孔淀粉的制备方法，包括以下步骤：

步骤1、配制淀粉乳A：将淀粉原料分散到一定pH值的柠檬酸和磷酸氢二钠预缓冲溶液，调制成质量浓度为30~50%的淀粉乳A；所述原淀粉来源于玉米；所述调节淀粉乳pH为3.5-5.5；所述底物浓度数值表示生淀粉质量占缓冲液的体积的百分比；

步骤2、预热处理：将淀粉乳A移入到带搅拌器和冷凝器收集装置的密闭反应器内，搅拌并加热到45~55°C，保持5~20min，淀粉颗粒受热发生膨胀制得淀粉乳B；

步骤3、酶解处理：在淀粉乳B中加入0.1-0.5%重量份的葡萄糖淀粉酶复合酶，酶解5-10h；其中，在酶解过程中进行间歇超声处理，每30min处理1次。所述α-淀粉酶、糖化酶购自江苏省奥谷生物科技有限公司，根据GB 8275-2009方法测定α-淀粉酶酶活，测得α-淀粉酶酶活为1698 IU/mL；根据GB 8276-2006方法测定糖化酶酶活，测得糖化酶酶活为1.19×10⁴IU/g；所述酶用量数值表示酶加入的总质量与淀粉加入的质量之比m_总酶／m_淀粉；所述复合酶酶配比数值代表糖化酶与α-淀粉酶的比值9:1~1:9（g／mL）；所述超声功率用250W的百分比来表示，超声功率60~100%，超声时间20~30min；

步骤4、酶解终止处理：酶解结束后立即加入一定质量浓度的NaOH溶液终止反应；所述NaOH溶液浓度2~5％；所述加入NaOH溶液的体积占缓冲液体积的百分5~15%；

步骤5、酶解终止后处理：将物料用蒸馏水洗至中性并抽滤，然后40~60℃下，常压干燥、粉碎过筛，控制水分质量含量< 12%，制得多孔淀粉产品。

进一步，步骤1中，淀粉乳A的质量浓度为50%，pH为5.0。

进一步，步骤2中，加热的温度为50°C，预热处理时间为15min。

进一步，步骤3中，酶解10h，所述酶用量为0.4%，糖化酶:α-淀粉酶为9:1，超声功率为100%，超声时间30min。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

(1)本发明其特征是利用糖化酶和α-淀粉酶复合酶-间歇超声法制得多孔淀粉，相比于单纯酶法加工多孔淀粉，能有效加快反应速率，缩短反应时间，减少酶的用量，大大降低了生产成本，有较高的价格优势，克服了生产过程中反应速率慢、反应时间长等缺点。

(2)本发明制备的新型多孔淀粉，相比于交联剂处理原淀粉，避免了交联剂等化学有机试剂的残留，因此该法制备的多孔淀粉安全、无毒。

(3)本发明的方法利用玉米淀粉原料分散到一定pH值的柠檬酸和磷酸氢二钠预缓冲溶液进行预热处理，可以促进淀粉颗粒的膨胀及糊化，可以通过间歇超声处理，来控制淀粉颗粒在加热条件下的膨胀程度，进而影响淀粉颗粒形成中孔结构，使最终产物可全降解且具备高比表面积、高孔体积等优异性能。

(4)本发明所采用的淀粉为工业上的原料，利用糖化酶和α-淀粉酶复合酶-间歇超声法制得多孔淀粉，因此该法工艺简单，安全环保，可大量生产。

(5)本发明所制得的多孔淀粉既有多孔淀粉的表面多孔结构，又保持了原淀粉的颗粒结构，具有较大的比表面积和良好的吸附包埋性能。

附图说明

图1是本发明玉米多孔淀粉的制备方法的工艺流程图；

图2是玉米淀粉SEM图；

图3是多孔淀粉SEM图。

具体实施方式

下面结合具体附图和实施例对本发明的技术方案作进一步详细地说明。

实施例1：

参照图1，玉米多孔淀粉的制备方法，包括以下步骤：

(1)配制淀粉乳A：将20g玉米淀粉原料分散到pH5.0的柠檬酸和磷酸氢二钠预缓冲溶液，调制成质量浓度为50%的淀粉乳A；

(2)预热处理：将淀粉乳A移入到带搅拌器和冷凝器收集装置的密闭反应器内，搅拌并加热到50°C，保持15min，淀粉颗粒受热发生膨胀制得淀粉乳B；(3)酶解处理：在淀粉乳B中加入0.4%重量份的葡萄糖淀粉酶复合酶（糖化酶:α-淀粉酶9:1），酶解10h；其中，在酶解过程中进行间歇超声30min处理，每30min处理1次；

(4)酶解终止处理：酶解结束后立即加入4％质量浓度的NaOH溶液4 mL终止反应；

(5)酶解终止后，用蒸馏水洗至中性并抽滤，然后常压干燥(60℃)12h、粉碎过筛，制得多孔淀粉产品。

(6)所得多孔淀粉对甲基紫的吸附率为62.42%，是生淀粉对甲基紫吸附率的 2.80倍。

(7)甲基紫的吸附率的测定方法：称取1 g多孔淀粉样品，将其置于250mL的锥形瓶中，向其中加入0.1 g／L的甲基紫溶液100 mL，在水浴恒温振荡器中振荡5h，设置温度25℃，转速120rpm，然后用离心机以15000转／min的转速离心8min，分离出上层清液。取2ml上层清液加入到10ml比色管中，定容到10ml。用紫外可见分光光度计在583 nm处测其吸光度。

以0.02 g／L的甲基紫溶液为标准液，用移液管准确吸取2.5、2.0、1.5、1.0、0.5ml甲基紫标准溶液，加入到10ml容量瓶中，定容到10ml，蒸馏水为空白样，用紫外可见分光光度计在583 nm处测其吸光度A。以甲基紫的浓度C为横坐标，吸光值为纵坐标绘制甲基紫的标准曲线。实验得到甲基紫浓度在1.0 mg／L到5.0 mg／L之间的标准曲线方程为：A=0.0873c-0.0285；R=0.9991。根据标准曲线计算甲基紫浓度，吸附率Y按下式计算：

吸附率 Y/%=

式中：C₀ 为甲基紫溶液初始浓度(mg·L^-1) ；Ce 为吸附平衡时溶液中甲基紫浓度(mg·L^-1) 。

同一吸附条件下，测得原淀粉对甲基紫的吸附率为22.42%。

(8)扫描电子显微镜测试条件：用300kV高分辨透射电子显微镜（Tecnai G2 F30S-Twin）测试，将导电双面胶将淀粉样品固定在金属样品平台上，在真孔中喷涂钯金后，置于电子扫描显微镜中，所得多孔淀粉形貌如图所示。

图2为生玉米淀粉的SEM照片，玉米原淀粉的颗粒外形为不规则多边形，颗粒表面具有一些比较平缓的棱角，孔数极少。图3为经由复合酶-间歇超声法制备的多孔淀粉，淀粉颗粒表面形成了多孔结构，分布于整个颗粒表面，并且孔的孔径较大、深度较深，表明多孔淀粉成孔较好，比表面积增大。从理论上分析，糖化酶和α-淀粉酶这两种酶的协同作用使水解向淀粉分子内部推进，一定强度的超声波辅助作用有利于酶解制备的多孔淀粉吸附率的提高及其比表面积的增大，宏观的效果就是淀粉颗粒表面形成独特的多孔结构。

实施例2：

参照图1，玉米多孔淀粉的制备方法，包括以下步骤：

(1)配制淀粉乳A：将20g玉米淀粉原料分散到pH3.5的柠檬酸和磷酸氢二钠预缓冲溶液，调制成质量浓度为30%的淀粉乳A；

(2)预热处理：将淀粉乳A移入到带搅拌器和冷凝器收集装置的密闭反应器内，搅拌并加热到45°C，保持20min，淀粉颗粒受热发生膨胀制得淀粉乳B；(3)酶解处理：在淀粉乳B中加入0.1%重量份的葡萄糖淀粉酶复合酶（糖化酶:α-淀粉酶1:9），酶解5h；其中，在酶解过程中进行间歇超声20min处理，每30min处理1次；

(4)酶解终止处理：酶解结束后立即加入2％质量浓度的NaOH溶液3.5 mL终止反应；

(5)酶解终止后，用蒸馏水洗至中性并抽滤，然后常压干燥(50℃)12h、粉碎过筛，制得多孔淀粉产品。

(6)所得多孔淀粉对甲基紫的吸附率为60.12%，是生淀粉对甲基紫吸附率的 2.70倍。

实施例3：

参照图1，玉米多孔淀粉的制备方法，包括以下步骤：

(1)配制淀粉乳A：将20g玉米淀粉原料分散到pH5.5的柠檬酸和磷酸氢二钠预缓冲溶液，调制成质量浓度为40%的淀粉乳A；

(2)预热处理：将淀粉乳A移入到带搅拌器和冷凝器收集装置的密闭反应器内，搅拌并加热到55°C，保持5min，淀粉颗粒受热发生膨胀制得淀粉乳B；(3)酶解处理：在淀粉乳B中加入0.5%重量份的葡萄糖淀粉酶复合酶（糖化酶:α-淀粉酶5:1），酶解8h；其中，在酶解过程中进行间歇超声25min处理，每30min处理1次；

(4)酶解终止处理：酶解结束后立即加入5％质量浓度的NaOH溶液5 mL终止反应；

(5)酶解终止后，用蒸馏水洗至中性并抽滤，然后常压干燥(40℃)12h、粉碎过筛，制得多孔淀粉产品。

(6)所得多孔淀粉对甲基紫的吸附率为63.01%，是生淀粉对甲基紫吸附率的 2.83倍。

实施例4：

参照图1，玉米多孔淀粉的制备方法，包括以下步骤：

(1)配制淀粉乳A：将20g玉米淀粉原料分散到pH5.0的柠檬酸和磷酸氢二钠预缓冲溶液，调制成质量浓度为30%的淀粉乳A；

(2)预热处理：将淀粉乳A移入到带搅拌器和冷凝器收集装置的密闭反应器内，搅拌并加热到45°C，保持10min，淀粉颗粒受热发生膨胀制得淀粉乳B；(3)酶解处理：在淀粉乳B中加入0.3%重量份的葡萄糖淀粉酶复合酶（糖化酶:α-淀粉酶3:1），酶解10h；其中，在酶解过程中进行间歇超声20min处理，每30min处理1次；

(4)酶解终止处理：酶解结束后立即加入4％质量浓度的NaOH溶液3 mL终止反应；

(5)酶解终止后，用蒸馏水洗至中性并抽滤，然后常压干燥(55℃)12h、粉碎过筛，制得多孔淀粉产品。

(6)所得多孔淀粉对甲基紫的吸附率为61.67%，是生淀粉对甲基紫吸附率的 2.77倍。

实施例5：

参照图1，玉米多孔淀粉的制备方法，包括以下步骤：

(1)配制淀粉乳A：将20g玉米淀粉原料分散到pH4.5的柠檬酸和磷酸氢二钠预缓冲溶液，调制成质量浓度为35%的淀粉乳A；

(2)预热处理：将淀粉乳A移入到带搅拌器和冷凝器收集装置的密闭反应器内，搅拌并加热到50°C，保持5min，淀粉颗粒受热发生膨胀制得淀粉乳B；(3)酶解处理：在淀粉乳B中加入0.2%重量份的葡萄糖淀粉酶复合酶（糖化酶:α-淀粉酶1:5），酶解6h；其中，在酶解过程中进行间歇超声30min处理，每30min处理1次；

(4)酶解终止处理：酶解结束后立即加入2％质量浓度的NaOH溶液6mL终止反应；

(6)所得多孔淀粉对甲基紫的吸附率为60.98%，是生淀粉对甲基紫吸附率的 2.73倍。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，本发明的保护范围不限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可显而易见地得到的技术方案的简单变化或等效替换均落入本发明的保护范围内。

Claims

1.一种玉米多孔淀粉的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、配制淀粉乳A：将淀粉原料分散到一定pH值的柠檬酸和磷酸氢二钠预缓冲溶液，调制成质量浓度为30~50%的淀粉乳A；淀粉原料来源于玉米；调节淀粉乳pH为3.5-5.5；底物浓度数值表示生淀粉质量占缓冲液的体积的百分比；

步骤3、酶解处理：在淀粉乳B中加入0.1-0.5%重量份的葡萄糖淀粉酶复合酶，酶解5-10h；其中，在酶解过程中进行间歇超声处理，每30min处理1次；α-淀粉酶、糖化酶购自江苏省奥谷生物科技有限公司，根据GB 8275-2009方法测定α-淀粉酶酶活，测得α-淀粉酶酶活为1698 IU/mL；根据GB 8276-2006方法测定糖化酶酶活，测得糖化酶酶活为1.19×10⁴IU/g；酶用量数值表示酶加入的总质量与淀粉加入的质量之比m_总酶／m_淀粉；复合酶酶配比数值代表糖化酶与α-淀粉酶的比值9:1~1:9（g／mL）；超声功率用250W的百分比来表示，超声功率60~100%，超声时间20~30min；

步骤4、酶解终止处理：酶解结束后立即加入一定质量浓度的NaOH溶液终止反应；所述NaOH溶液浓度2~5％；所述加入NaOH溶液的体积占缓冲液体积的5~15%；

2.根据权利要求1所述的玉米多孔淀粉的制备方法，其特征在于，步骤1中，淀粉乳A的质量浓度为50%，pH为5.0。

3.根据权利要求1所述的玉米多孔淀粉的制备方法，其特征在于，步骤2中，加热的温度为50°C，预热处理时间为15min。

4.根据权利要求1所述的玉米多孔淀粉的制备方法，其特征在于，步骤3中，酶解10h，所述酶用量为0.4%，糖化酶:α-淀粉酶为9:1，超声功率为100%，超声时间30min。