CN113025673B - 一种提高淀粉生物酶催化反应活性的方法 - Google Patents

一种提高淀粉生物酶催化反应活性的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种提高淀粉生物酶催化反应活性的方法，其包括步骤：S1、按比例将淀粉与含Au(III)化合物或纳米金混合，得到混合产物；S2、将所述混合产物微波活化处理，得到活化产物；S3、将所述活化产物与油酸按照质量比1:3‑4.5混合，进行均质处理，得到均质产物，对均质产物进行酶催化反应，得到酶催化产物。所述方法以淀粉为还原剂Au(III)在超大分子的螺距中原位还原形成纳米金或直接采用纳米金吸收微波产生热点效应的原理，使纳米金颗粒插入淀粉的螺旋结构中形成淀粉‑纳米金复合物，在微波条件下纳米金吸收微波产生热点效应，使插入淀粉螺旋结构中的不同粒径纳米金热点效应不同，对淀粉的活化程度也不同，借此用来提高淀粉的生物酶催化反应活性。

Description

一种提高淀粉生物酶催化反应活性的方法
技术领域
本发明属于改性淀粉技术领域，具体地说涉及一种提高淀粉生物酶催化反应活性的方法。
背景技术
淀粉是一种价格低廉、来源丰富、可再生性强的天然高分子碳水化合物，可被自然界中的微生物完全降解，对环境无任何污染。因此，淀粉不仅是食品加工业中的重要原料，也是化工行业中常用的可降解材料和可再生性绿色能源。淀粉的半结晶颗粒结构非常紧密，难以与其它化学试剂发生反应，这种结构特性导致淀粉化学改性困难，因此如何适当改变淀粉的颗粒结构，降低淀粉的结晶度和结晶区比例以提高淀粉的反应效率，对化学改性淀粉产业来说至关重要。
目前对淀粉活化前处理的研究表明，在淀粉的生物酶催化反应中，反应活性效率低、产物取代度不高仍是限制其进一步发展和应用的主要问题。传统在淀粉化学改性一般采用高温、高压、糊化、挤压、辐射等物理手段，或酸解、碱解、氧化等化学手段，或酶解等生物手段，对淀粉进行预处理来改变淀粉的颗粒结构从而提高淀粉的反应活性和转化率。但是上述方法活化效率较低且并不能灵活控制淀粉的活化程度，一定程度上限制了淀粉的进一步应用。因此，提供一种可调控活化程度、对淀粉进行变形处理以改变其结构，使其具有更优良的性质以适应现代化工业新技术和新工艺的要求、拓宽淀粉的应用范围成为当前亟待解决的技术问题。
发明内容
为此，本发明所要解决的技术问题在于传统淀粉活化方法效率较低且不能控制活化程度，从而提出一种可充分活化、可提高反应效率且可调节活化程度的提高淀粉生物酶催化反应活性的方法。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：
本发明提供一种提高淀粉生物酶催化反应活性的方法，其包括如下步骤：
S1、按照1：0.06-0.3的质量比，将淀粉与含Au(III)化合物或纳米金混合，得到混合产物；
S2、将所述混合产物微波活化处理，得到活化产物；
S3、将所述活化产物与油酸按照质量比1:3-4.5混合，进行均质处理，得到均质产物，对所述均质产物进行酶催化反应，得到酶催化产物。
作为优选，淀粉与含Au(III)化合物按比例混合后，将混合产物共同加热、得到加热产物的步骤，加热后，将所述加热产物烘干至质量恒重，得到去除水分的除水产物。
作为优选，所述步骤S3后还包括步骤：
S4、洗涤所述酶催化产物，并干燥至恒重；
S5、过滤去除固定化脂肪酶，得到油酸淀粉酯。
作为优选，所述步骤S3中所述酶催化反应包括：
向均质后的混合物中加入柱状假丝酵母脂肪酶，在油浴下反应一段时间进行酶催化反应，得到酶催化产物，其中，所述柱状假丝酵母脂肪酶与所述均质后的混合物质量比为1：0.03-0.06。
作为优选，所述步骤S2中，所述微波活化处理中，微波的功率为400W，处理温度为55℃，处理时间为20min。
作为优选，所述步骤S4中，洗涤所述酶催化产物采用乙醇作为清洗剂，所述乙醇为65℃的热乙醇。
作为优选，所述酶催化反应在油浴条件下进行，反应温度为65℃，反应时间为24h。
作为优选，所述含Au(III)化合物为氯金酸溶液，所述氯金酸溶液中，氯金酸的质量浓度为0.01％。
作为优选，所述纳米金的平均粒径为10-25nm。
作为优选，所述步骤S5中所述的过滤采用80目筛进行。
本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：
本发明所述的提高淀粉生物酶催化反应活性的方法，其包括步骤：S1、按比例将淀粉与含Au(III)化合物或纳米金混合，得到混合产物；S2、将所述混合产物微波活化处理，得到活化产物；S3、将所述活化产物与油酸按照质量比1:3-4.5混合，进行均质处理，得到均质产物，对所述均质产物进行酶催化反应，得到酶催化产物。所述方法以淀粉为还原剂Au(III)在超大分子的螺距中原位还原形成纳米金或直接采用纳米金吸收微波产生热点效应的原理，使纳米金颗粒插入淀粉的螺旋结构中形成淀粉-纳米金复合物，在微波条件下纳米金吸收微波产生热点效应，使插入淀粉螺旋结构中的不同粒径纳米金热点效应不同，对淀粉的活化程度也不同，借此用来提高淀粉的生物酶催化反应活性。
附图说明
为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中
图1是本发明实施例4所述的方法得到的产物的红外光谱以及淀粉对照物的红外光谱；
图2是本发明实施例6所述的方法得到的产物的红外光谱以及油酸淀粉酯对照物的红外光谱。
具体实施方式
实施例1
本实施例提供一种提高淀粉生物酶催化反应活性的方法，包括如下步骤：
S1、按照1:0.06的质量比将玉米淀粉与不同浓度的氯金酸溶液混合，所述氯金酸溶液中，氯金酸的质量浓度为0.001％-0.01％，得到混合产物，将混合产物加热至氯金酸沸腾，反应15s后得到淀粉-纳米金复合物作为加热产物，将步骤S1得到的加热产物置于恒温烘箱中烘干至重量恒重，得到去除水分的除水产物。
S2、将除水产物在功率为400W、温度为55℃的微波条件下活化处理 20min，得到活化产物。
S3、将活化产物与油酸按照质量比1:3的比例混合，并采用均质器将淀粉均匀分散在油酸溶液中，均质处理后，向均质混合物中添加柱状假丝酵母脂肪酶，所述柱状假丝酵母脂肪酶与均质混合物的质量比为1:0.06，将上述混合物在油浴条件下进行酶催化反应，得到酶催化产物，酶催化反应过程中，反应温度为65℃，酶催化反应时间为24h，得到酶催化产物。
S4、用65℃下的热乙醇洗涤所述酶催化产物，并将洗涤后的酶催化产物干燥至恒重。
S5、采用80目筛过滤去除产物中的固定化脂肪酶，得到油酸淀粉酯。
本实施例中，采用淀粉为还原剂使Au(III)在超大分子的螺距中原位还原形成纳米金，纳米金可吸收微波产生热点效应，使纳米金颗粒插入淀粉的螺旋结构中形成淀粉-纳米金复合物，在微波条件下纳米金吸收微波产生热点效应，通过调节氯金酸的浓度比例，得到不同粒径的淀粉-纳米金复合物，从而使插入淀粉螺旋结构中的不同粒径纳米金热点效应不同，对淀粉的活化程度也不同，由此可不同程度提高淀粉的生物酶催化反应活性。
实施例2
S1、按照1:0.3的质量比将玉米淀粉与不同浓度的氯金酸溶液混合，得到混合产物，将混合产物加热至氯金酸沸腾，反应15s后得到淀粉-纳米金复合物作为加热产物，氯金酸溶液中，氯金酸的质量浓度为0.001％-0.01％，将步骤S1得到的加热产物置于恒温烘箱中烘干至重量恒重，得到去除水分的除水产物。
S2、将除水产物在功率为400W、温度为55℃的微波条件下活化处理 20min，得到活化产物。
S3、将活化产物与油酸按照质量比1:4.5的比例混合，并采用均质器将淀粉均匀分散在油酸溶液中，均质处理后，向均质混合物中添加柱状假丝酵母脂肪酶，所述柱状假丝酵母脂肪酶与均质混合物的质量比为1:0.03，将上述混合物在油浴条件下进行酶催化反应，得到酶催化产物，酶催化反应过程中，反应温度为65℃，酶催化反应时间为24h，得到酶催化产物。
S4、用65℃下的热乙醇洗涤所述酶催化产物，并将洗涤后的酶催化产物干燥至恒重。
S5、采用80目筛过滤去除产物中的固定化脂肪酶，得到油酸淀粉酯。
实施例3
S1、按照1:0.15的质量比将玉米淀粉与不同浓度的氯金酸溶液混合，得到混合产物，将混合产物加热至氯金酸沸腾，反应15s后得到淀粉-纳米金复合物作为加热产物，氯金酸溶液中，氯金酸的质量浓度为0.001％-0.01％，将步骤S1得到的加热产物置于恒温烘箱中烘干至重量恒重，得到去除水分的除水产物。
S2、将除水产物在功率为400W、温度为55℃的微波条件下活化处理 20min，得到活化产物。
S3、将活化产物与油酸按照质量比1:4的比例混合，并采用均质器将淀粉均匀分散在油酸溶液中，均质处理后，向均质混合物中添加柱状假丝酵母脂肪酶，所述柱状假丝酵母脂肪酶与均质混合物的质量比为1:0.04，将上述混合物在油浴条件下进行酶催化反应，得到酶催化产物，酶催化反应过程中，反应温度为65℃，酶催化反应时间为24h，得到酶催化产物。
S4、用65℃下的热乙醇洗涤所述酶催化产物，并将洗涤后的酶催化产物干燥至恒重。
S5、采用80目筛过滤去除产物中的固定化脂肪酶，得到油酸淀粉酯。
实施例4
本实施例提供一种提高淀粉生物酶催化反应活性的方法，包括如下步骤：
S1、按照1:0.06的质量比将玉米淀粉与纳米金溶液混合，得到混合产物，所述纳米金的平均粒径为15-20nm。
S2、将步骤S1得到的混合产物在功率为400W、温度为55℃的微波条件下活化处理20min，得到淀粉-纳米金活化产物。
S4、将活化产物与油酸按照质量比1:3的比例混合，并采用均质器将淀粉均匀分散在油酸溶液中，均质处理后，向均质混合物中添加柱状假丝酵母脂肪酶，所述柱状假丝酵母脂肪酶与均质混合物的质量比为1:0.03，将上述混合物在油浴条件下进行酶催化反应，得到酶催化产物，酶催化反应过程中，反应温度为65℃，酶催化反应时间为24h，得到酶催化产物。
S5、用65℃下的热乙醇洗涤所述酶催化产物，并将洗涤后的酶催化产物干燥至恒重。
S6、采用80目筛过滤去除产物中的固定化脂肪酶，得到油酸淀粉酯。
实施例5
本实施例提供一种提高淀粉生物酶催化反应活性的方法，包括如下步骤：
S1、按照1:0.3的质量比将玉米淀粉与纳米金溶液混合，得到混合产物，所述纳米金的平均粒径为15-20nm。
S2、将步骤S1得到的混合产物在功率为400W、温度为55℃的微波条件下活化处理20min，得到淀粉-纳米金活化产物。
S4、将活化产物与油酸按照质量比1:4.5的比例混合，并采用均质器将淀粉均匀分散在油酸溶液中，均质处理后，向均质混合物中添加柱状假丝酵母脂肪酶，所述柱状假丝酵母脂肪酶与均质混合物的质量比为1:0.06，将上述混合物在油浴条件下进行酶催化反应，得到酶催化产物，酶催化反应过程中，反应温度为65℃，酶催化反应时间为24h min，得到酶催化产物。
S5、用65℃下的热乙醇洗涤所述酶催化产物，并将洗涤后的酶催化产物干燥至恒重。
S6、采用80目筛过滤去除产物中的固定化脂肪酶，得到油酸淀粉酯。
实施例6
本实施例提供一种提高淀粉生物酶催化反应活性的方法，包括如下步骤：
S1、按照1:0.05的质量比将玉米淀粉与纳米金溶液混合，得到混合产物，所述纳米金的平均粒径为15-20nm。
S2、将步骤S1得到的混合产物在功率为400W、温度为55℃的微波条件下活化处理20min，得到淀粉-纳米金活化产物。
S4、将活化产物与油酸按照质量比1:4的比例混合，并采用均质器将淀粉均匀分散在油酸溶液中，均质处理后，向均质混合物中添加柱状假丝酵母脂肪酶，所述柱状假丝酵母脂肪酶与均质混合物的质量比为1:0.05，将上述混合物在油浴条件下进行酶催化反应，得到酶催化产物，酶催化反应过程中，反应温度为65℃，酶催化反应时间为24h min，得到酶催化产物。
S5、用65℃下的热乙醇洗涤所述酶催化产物，并将洗涤后的酶催化产物干燥至恒重。
S6、采用80目筛过滤去除产物中的固定化脂肪酶，得到油酸淀粉酯。
实验例
1、测试通过实施例4所述的方法得到的产物的红外光谱以及淀粉对照物的红外光谱，测试结果如图1所示。
图中，曲线1为淀粉对照物的红外光谱，曲线2为实施例4得到的纳米金淀粉油酸淀粉酯产物的红外光谱，由图可知，淀粉在红外吸收波长下作为对比，用专利中的方法处理的淀粉—纳米金复合物在1600cm-1附近检测有淀粉酯的酯键生成，则说明该方法制备淀粉—纳米金复合物的方法切实可行。
2、测试采用实施例6所述的方法得到的产物的红外光谱以及油酸淀粉酯对照物的红外光谱，测试结果如图2所示，实施例6中，通过不同粒径的纳米金作为反应物，得到了大粒径纳米金淀粉油酸淀粉酯和小粒径纳米金淀粉油酸淀粉酯产物，其中大粒径纳米金淀粉油酸淀粉酯的平均粒径为 20-25nm，小粒径纳米金淀粉油酸淀粉酯的平均粒径为10-15nm。
图中，曲线1为油酸淀粉酯的红外光谱，曲线2为大粒径纳米金淀粉油酸淀粉酯的红外光谱，曲线3为小粒径纳米金淀粉油酸淀粉酯的红外光谱，由图可知，通过本发明所述方法处理的淀粉-纳米金复合物，制备不同粒径的淀粉-纳米金复合物，在1600cm-1附近检测有淀粉酯的酯键生成，由图可知纳米金粒径越小相同条件下生成得酯键越多，峰高越大，效果越好。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (5)

1.一种提高淀粉生物酶催化反应活性的方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、按照1：0.06的质量比，将玉米淀粉与纳米金溶液混合，得到混合产物，所述纳米金溶液为氯金酸溶液，所述氯金酸溶液中，氯金酸的质量浓度为0.001％-0.01％，将混合产物加热至氯金酸沸腾，反应15s后得到淀粉-纳米金复合物作为加热产物，所述纳米金的平均粒径为15-20nm；
S2、将所述混合产物微波活化处理，得到活化产物，所述微波活化处理中，微波的功率为400W，处理温度为55℃，处理时间为20min；
S3、将所述活化产物与油酸按照质量比1:3-4.5混合，进行均质处理，得到均质产物，对所述均质产物进行酶催化反应，得到酶催化产物；
所述步骤S3中所述酶催化反应包括：
向均质后的混合物中加入柱状假丝酵母脂肪酶，在油浴下反应一段时间进行酶催化反应，得到酶催化产物，其中，所述柱状假丝酵母脂肪酶与所述均质后的混合物质量比为1：0.03-0.06。
2.根据权利要求1所述的提高淀粉生物酶催化反应活性的方法，其特征在于，所述步骤S3后还包括步骤：
S4、洗涤所述酶催化产物，并干燥至恒重；
S5、过滤去除固定化脂肪酶，得到油酸淀粉酯。
3.根据权利要求2所述的提高淀粉生物酶催化反应活性的方法，其特征在于，所述步骤S4中，洗涤所述酶催化产物采用乙醇作为清洗剂，所述乙醇为65℃的热乙醇。
4.根据权利要求3所述的提高淀粉生物酶催化反应活性的方法，其特征在于，所述酶催化反应在油浴条件下进行，反应温度为65℃，反应时间为24h。
5.根据权利要求4所述的提高淀粉生物酶催化反应活性的方法，其特征在于，所述步骤S5中所述的过滤采用80目筛进行。
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