CN110845746A - 一种纳米淀粉制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种纳米淀粉制备方法。该方法包括以下步骤：1)配制淀粉悬浮液，2)淀粉悬浮液预热；3)对淀粉悬浮液进行超声波反应；4)将淀粉悬浮液冷却至室温；5)在悬浮液中加入碳酸钠固体，直至溶液呈中性；6)将悬浮液通过滤纸过滤，收集滤液；7)对滤液离心收集沉淀；8)将沉淀冻干处理得到纳米淀粉颗粒。本发明制备纳米淀粉更加快速、高效且成本低。

Description

一种纳米淀粉制备方法
技术领域
本发明涉及生物技术领域，尤其是一种纳米淀粉制备方法。
背景技术
淀粉是一种来源丰富、廉价、无毒、自然可再生、可降解的生物聚合物，由植物生产，作为储存能量的来源。大多数天然淀粉颗粒在加工品质上存在局限性，如对加工条件的耐受性差和加工后功能性能。将天然淀粉作为前体物质制成纳米级淀粉受到广泛的关注。纳米粒子是指至少一维尺寸小于1微米，但大于单个分子或原子的粒子。由于纳米粒子体积小、表面体积比大，它们表现出不同于前体材料的特殊性质，如减少光散射、高稳定性和溶解度、高生物屏障穿透率。将天然淀粉加工成纳米淀粉颗粒大大增加其可利用性和利用的广泛性，如应用于食品包装、塑料填料、心血管疾病的诊断和治疗以及药物输送等领域，所以高效的纳米淀粉颗粒制备方法对我国淀粉工业的发展具有重大意义。
根据参考文献，目前的纳米淀粉制备方法主要由酸水解法和物理处理法。但均存在缺陷，无法高效用于工业生产，这极大地限制了纳米淀粉的制备和应用。
现有的纳米淀粉颗粒制备方法:
1、酸水解法。
酸水解法是一种最常用的方法，这种方法需要将天然淀粉分散在强酸中形成悬浮液，一般使用1-5M的硫酸或2-10M的盐酸，然后使用磁力搅拌器连续搅拌，持续1-2周。这种方法成本低，对仪器要求不高，但是耗时长，并且加工时产生难闻刺激性气体，污染环境，产率低,不适宜大规模生产。
2、物理处理法。
物理处理法一般包括高压匀浆技术、超声波处理法、γ辐射法。
超声波法：将1.5-2wt％淀粉水悬浮液在20000-40000赫兹下超声(由仪器的功率决定)，一般75min后可以将天然粉颗粒处理成纳米级水平。
高压匀浆法：将质量分数5wt％淀粉水悬浮液倒入微流匀质器的储物池中，然后将其以133mL/min速度通过恒压为207MPa的互动室，再通过埋在冰块下的不锈钢盘管冷却，最后释放回池中，完成一个周期的循环。制备纳米级淀粉颗粒需要多次这样的循环。
γ辐射法：将混合均匀的淀粉水悬浮液进行以辐射速率14kGy/h强度20kGy的γ射线的照射。利用γ射线照射产生的能水解化学键的自由基，得到纳米级的淀粉碎片。
上文所述的三种物理处理方法中，高压匀浆法和γ辐射法的工序以及操作复杂、仪器成本高难以普及，超声波法仪器使用方便，但每次处理的淀粉量太少，不适合大规模作业。
发明内容
本发明解决了背景技术中传统制备纳米淀粉颗粒技术中耗时长、仪器设备要求高、技术要求高的的技术问题。
本发明的技术解决方案是：本发明为一种纳米淀粉制备方法，其特殊之处在于：该方法包括以下步骤：
1)在2-4.5M的硫酸溶液配制质量分数10-25％的淀粉悬浮液，利用磁力搅拌器混合均匀；
2)将淀粉-硫酸悬浮液预热至30-65℃，预热过程中保持淀粉悬浮状态；
3)将悬浮液固定在超声波细胞破碎仪的变幅杆下，使变幅杆插入页面3-6cm，将温度传感器插入液面，实时监控温度，开始超声波反应；
4)超声反应结束后，将淀粉-硫酸悬浮液冷却至室温；
5)向室温冷却后的悬浮液中加入碳酸钠固体，直至溶液呈中性；
6)将中性处理后的悬浮液通过滤纸过滤，滤纸过滤的孔径为直径1-2μm，收集滤液；
7)使用高速离心机对滤液离心，收集沉淀；
8)将离心得到的沉淀在-50至-65℃冻干处理30-48h，得到纳米淀粉颗粒。
优选的，步骤1)在3.16M的硫酸溶液配制质量分数15％的淀粉悬浮液，利用磁力搅拌器混合均匀。
优选的，步骤3)中超声波反应中超声波细胞破碎仪参数：温度40℃，功率350W，超声总时间为45min。
优选的，步骤8)之后还包括步骤9)将得到的纳米淀粉颗粒密封储存在4-5℃的冰箱中。
优选的，步骤3)中的超声波细胞破碎仪采用上海之信公司JYD-990L型超声波破碎仪。
优选的，步骤6)中是采用Macherey-Nagel公司的MN-619de滤纸进行过滤。
本发明具有以下优点：
1)获取方便，成本低；本发明方法所需的仪器只有超声波细胞破碎仪以及冷冻干燥机，是实验室中普遍都有的，所需的耗材为1-2μm孔径滤纸，获取方便，成本低。
2)所需时间短；本发明使用的是化学试剂结合物理处理，一批材料的制备过程只需要45min的超声波结合硫酸处理，所需时间短。
附图说明
图1为本发明制备的纳米淀粉颗粒在场发射电子显微镜下放大15000倍下观察到的情况；
图2为本发明制备的纳米淀粉颗粒在场发射电子显微镜下放大60000倍下观察到的情况。
具体实施方式
以下结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步说明。
本发明具体实施例一的方法如下：
1)称取18g普通玉米淀粉，配制100mL3.16M的硫酸溶液，将淀粉全部分散到硫酸中存放在150mL烧杯中，利用磁力搅拌器500rpm混合均匀；
2)使用水浴锅将淀粉-硫酸悬浮液预热至40℃，并在预热过程中用玻璃棒持续搅拌，防止淀粉沉淀在溶液底部；
3)将悬浮液固定在超声波细胞破碎仪的变幅杆下，使变幅杆插入页面4cm，将温度传感器插入液面，实时监控温度，开始超声波反应；使用上海之信公司JYD-990L型超声波破碎仪，将超声波细胞破碎仪参数设置为温度40℃，功率350W，将一个周期设置为9s，包括超声5s，间隔4s，有效的避免超声波做功时出现过热的情况，超声总时间设置为45min；
4)超声反应结束后，取出淀粉-硫酸悬浮液，室温冷却20min；
5)向室温冷却后的悬浮液中加入碳酸钠固体，直至溶液呈中性；
6)将中性处理后的悬浮液通过Macherey-Nagel公司的MN-619de滤纸过滤，滤纸过滤的孔径为直径1μm，收集滤液；
7)将滤液分装入离心管，使用离心机4000rpm离心30min，收集沉淀；
8)使用冷冻干燥机，将离心得到的沉淀在-65℃冻干处理48h，得到纳米淀粉颗粒；
9)得到的纳米淀粉颗粒密封储存在4℃的冰箱中。
参见图1、2，图1为本发明具体实施例一制备的纳米淀粉颗粒在场发射电子显微镜下放大15000倍下观察到的情况；图2为本发明制备的纳米淀粉颗粒在场发射电子显微镜下放大60000倍下观察到的情况，从图中可以看出在放大15000倍后，视野中的纳米淀粉颗粒的尺寸、形态均匀；在放大到60000倍后，可见视野内的淀粉颗粒尺寸在100-500nm之间，没有尺寸超过1000nm的颗粒，没有杂质和不完整颗粒。由此可见此方法制备的纳米淀粉颗粒具备尺寸稳定、形态均匀、结构完整、产物纯净的特点。
本发明具体实施例二的具体方法如下：
1)称取40g普通玉米淀粉，配制100mL4M的硫酸溶液，将淀粉全部分散到硫酸中存放在300mL烧杯中，利用磁力搅拌器500rpm混合均匀；
2)使用水浴锅将淀粉-硫酸悬浮液预热至60℃，并在预热过程中用玻璃棒持续搅拌，防止淀粉沉淀在溶液底部；
3)将悬浮液固定在超声波细胞破碎仪的变幅杆下，使变幅杆插入页面5cm，将温度传感器插入液面，实时监控温度，开始超声波反应；使用上海之信公司JYD-990L型超声波破碎仪，将超声波细胞破碎仪参数设置为温度40℃，功率350W，将一个周期设置为9s，包括超声5s，间隔4s，有效的避免超声波做功时出现过热的情况，超声总时间设置为45min；
4)超声反应结束后，取出淀粉-硫酸悬浮液，室温冷却20min；
5)向室温冷却后的悬浮液中加入碳酸钠固体，直至溶液呈中性；
6)将中性处理后的悬浮液通过Macherey-Nagel公司的MN-619de滤纸过滤，滤纸过滤的孔径为直径2μm，收集滤液；
7)将滤液分装入离心管，使用离心机4000rpm离心30min，收集沉淀；
8)使用冷冻干燥机，将离心得到的沉淀在-55℃冻干处理25h，得到纳米淀粉颗粒；
9)得到的纳米淀粉颗粒密封储存在5℃的冰箱中。
本发明具体实施例三的具体方法如下：
1)称取139g普通玉米淀粉，配制500mL4M的硫酸溶液，将淀粉全部分散到硫酸中存放在1000mL烧杯中，利用磁力搅拌器500rpm混合均匀；
2)使用水浴锅将淀粉-硫酸悬浮液预热至30℃，并在预热过程中用玻璃棒持续搅拌，防止淀粉沉淀在溶液底部；
3)将悬浮液固定在超声波细胞破碎仪的变幅杆下，使变幅杆插入页面6cm，将温度传感器插入液面，实时监控温度，开始超声波反应；使用上海之信公司JYD-990L型超声波破碎仪，将超声波细胞破碎仪参数设置为温度40℃，功率350W，将一个周期设置为9s，包括超声5s，间隔4s，有效的避免超声波做功时出现过热的情况，超声总时间设置为45min；
4)超声反应结束后，取出淀粉-硫酸悬浮液，室温冷却20min；
5)向室温冷却后的悬浮液中加入碳酸钠固体，直至溶液呈中性；
6)将中性处理后的悬浮液通过Macherey-Nagel公司的MN-619de滤纸过滤，滤纸过滤的孔径为直径1μm，收集滤液；
7)将滤液分装入离心管，使用离心机4000rpm离心30min，收集沉淀；
8)使用冷冻干燥机，将离心得到的沉淀在-60℃冻干处理30h，得到纳米淀粉颗粒；
9)得到的纳米淀粉颗粒密封储存在5℃的冰箱中。
以上，仅为本发明公开的具体实施方式，但本发明公开的保护范围并不局限于此，本发明公开的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种纳米淀粉制备方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：
1)在2-4.5M的硫酸溶液配制质量分数10-25％的淀粉悬浮液，利用磁力搅拌器混合均匀；
2)将淀粉-硫酸悬浮液预热至30-65℃，预热过程中保持淀粉悬浮状态；
3)将悬浮液固定在超声波细胞破碎仪的变幅杆下，使变幅杆插入页面3-6cm，将温度传感器插入液面，实时监控温度，开始超声波反应；
4)超声反应结束后，将淀粉-硫酸悬浮液冷却至室温；
5)向室温冷却后的悬浮液中加入碳酸钠固体，直至溶液呈中性；
6)将中性处理后的悬浮液通过滤纸过滤，滤纸过滤的孔径为直径1-2μm，收集滤液；
7)使用高速离心机对滤液离心，收集沉淀；
8)将离心得到的沉淀在-50至-65℃冻干处理30-48h，得到纳米淀粉颗粒。
2.根据权利要求1所述的纳米淀粉制备方法，其特征在于：所述步骤1)在3.16M的硫酸溶液配制质量分数15％的淀粉悬浮液，利用磁力搅拌器混合均匀。
3.根据权利要求2所述的纳米淀粉制备方法，其特征在于：所述步骤3)中超声波反应中超声波细胞破碎仪参数：温度40℃，功率350W，超声总时间为45min。
4.根据权利要求1至3任一权利要求所述的纳米淀粉制备方法，其特征在于：所述步骤8)之后还包括步骤9)将得到的纳米淀粉颗粒密封储存在4-5℃的冰箱中。
5.根据权利要求4所述的纳米淀粉制备方法，其特征在于：所述步骤3)超声波细胞破碎仪采用上海之信公司JYD-990L型超声波破碎仪。
6.根据权利要求5所述的纳米淀粉制备方法，其特征在于：所述步骤6)中是采用Macherey-Nagel公司的MN-619de滤纸进行过滤。
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