WO2021142863A1 - 一种直链糊精的制备方法 - Google Patents

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王馨甜
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  • the content of DP10-30 in the linear dextrin is greater than 70%.

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Abstract

本发明公开了一种直链糊精的制备方法，属于淀粉化学改性技术领域。所述方法是利用超声波解簇与络合作用使淀粉链解簇、无定型区与乳化剂络合，再通过α-淀粉酶和普鲁兰酶复合酶解，因无定形区与乳化剂形成络合物耐酶解，从而保护无定形区不被破坏，最后通过膜分离的办法使不同分子量的糊精分开，从而获得多分散性系数低、分子量分布窄的直链糊精产品；提高淀粉综合利用效率至70％以上，络合率高达65％。

Description

一种直链糊精的制备方法 技术领域
本发明涉及一种直链糊精的制备方法，属于淀粉化学改性技术领域。
背景技术
直链糊精分子量大小及分布与其性质和应用息息相关。目前，直链糊精主要通过以直链淀粉为底物进行水解、以支链淀粉为底物酶法脱支，和以葡萄糖为底物酶法聚合制备。这三种方法制备的直链糊精均存在分子量分布广的问题，限制了其应用范围。因此，限制性淀粉降解，分级获得聚合度均一的新型直链糊精产品，拓宽其在化工、医药、食品等领域应用范围，是淀粉等农副产品增值的重要途径。
淀粉由约40％结晶区(均一糊精单元)和约60％无定形区(均一糊精单元)构成。通常采用酶解方法水解无定形区得到结晶区均一的糊精产品，但导致淀粉利用率低至30％。本发明通过乳化剂络合保护淀粉的无定形区，再通过复合酶解技术实现不同均一度直链糊精产品制备，且极大提高淀粉利用率至70％。
淀粉与乳化剂络合方法有碱醇法、干法，络合率可以达到30％-65％，主要取决于淀粉簇状结构及乳化剂种类，但这些方法产生废酸废碱，导致工业生产产生大量无机废水。本发明采用超声波解簇，超声波诱导乳化剂络合等技术，在单一水的反应体系中实现淀粉无定形区-乳化剂络合率达到65％。
糊精分级方法主要包括膜技术分级与相转变分级，相转变分级主要是通过调节乙醇浓度从而使不同分子量聚合物依次沉淀，其过程需要消耗大量乙醇，成本高，对环境污染高，不适宜工业大规模分级糊精。本发明采用膜分离的方法，可以大规模实现分子量均一的新型糊精产品的分级制备。
发明内容
本发明的目的是为了解决酶解淀粉得到的糊精产率低，且分子量分布广的问题，通过与乳化剂络合保护无定形区，从而提高糊精产率，通过膜分离技术获得聚合度均一的直链糊精组分。
本发明的第一个目的是提供一种直链糊精的制备方法，所述方法是采用超声波直接对淀粉进行解簇处理，无需经过糊化处理；再通过添加乳化剂进行超声络合、酶解、膜分离得到直链糊精；所述方法是利用超声波解簇与络合作用使淀粉链解簇、无定型区与乳化剂络合，再通过α-淀粉酶和普鲁兰酶复合酶解，因无定形区与乳化剂形成络合物耐酶解，从而保护无 定形区不被破坏，最后通过膜分离的办法使不同分子量的糊精分开，从而获得多分散性系数低、分子量分布窄的直链糊精产品。
在本发明一种实施方式中，所述方法包括以下步骤：
(1)超声解簇：将蜡质玉米淀粉加水调配，超声处理；
(2)超声络合：向步骤(1)所得的原料中添加乳化剂，超声处理；
(3)复合酶解：将步骤(2)所得产物加缓冲液调配，加入α-淀粉酶和普鲁兰酶复合酶解；
(4)乙醇浸提：向步骤(3)所得酶解产物加入到无水乙醇中将络合物中及残留的乳化剂溶解；
(5)膜分离：步骤(4)所得产物通过膜分离获得糊精；
(6)干燥：将步骤(5)膜分离产物喷雾干燥即得成品。
在本发明一种实施方式中，步骤(1)是将淀粉加水调质成5％-10％的淀粉乳，超声波工作频率为20-30kHz，处理功率为500-600W，温度为20-25℃，作用时间为5-15min。
在本发明一种实施方式中，步骤(2)加入的乳化剂是单硬脂酸甘油酯或棕榈酸，添加量为淀粉质量的3％-5％，超声波工作频率为20-30kHz，处理功率为500-600W，温度40-50℃，作用时间20-30min。
在本发明一种实施方式中，步骤(3)是用磷酸缓冲液将步骤(2)产物pH调节为6.0-6.5。
在本发明一种实施方式中，步骤(3)的乳液水浴加热至50-60℃，再加入中温α-淀粉酶和普鲁兰酶，普鲁兰酶添加量为30-40ASPU/g干淀粉，α-淀粉酶的添加量为20-30ASPU/g干淀粉，酶解3-4h，然后5-10min沸水浴使中温α-淀粉酶和普鲁兰酶失活终止反应，离心得上清液。
在本发明一种实施方式中，步骤(4)无水乙醇的量为淀粉-乳化剂络合物溶液体积的1-1.2倍。
在本发明一种实施方式中，步骤(5)膜分离所用超滤膜为截留分子量为5000Da、2000Da的中空纤维膜进行膜分级。
在本发明一种实施方式中，步骤(6)喷雾干燥进风温度140-160℃。
本发明的第二个目的是提供一种上述方法制备得到的直链糊精。
在本发明一种实施方式中，所述直链糊精中DP10-30的含量大于70％。
本发明的第三个目的是提供一种上述直链糊精制备微胶囊作为DHA、EPA等大分子鱼肝油主要组分的包埋材料方面的应用。
本发明的有益效果：
(1)本发明通过超声解簇避免后续酶解将淀粉结晶区降解成小分子糖等片段，结合乳化剂络合保护淀粉的无定形区，再采用复合酶解技术实现不同均一度直链糊精产品制备，提高淀粉综合利用效率至70％以上；且超声波解簇和超声波络合联合处理的淀粉利用率的提高效果较单独超声波解簇和单独超声比络合的效果的总和更优越，说明超声波解簇和超声波络合联合处理在提高淀粉利用率方面彼此支持，具有协同作用。
(2)本发明采用超声波诱导乳化剂络合技术，使淀粉无定形区淀粉-乳化剂络合率大大提高，达到65％。
(3)利用本发明生产工艺制得的直链糊精中DP10-30的含量能达到80％左右，产率高、分子量分部均一、生产成本低，同时易于工业生产连续化，并且减少酸碱试剂大量使用，对环境污染少。
具体实施方式
以下对本发明的优选实施例进行说明，应当理解实施例是为了更好地解释本发明，不用于限制本发明。
1、淀粉的利用率
即直链糊精得率，以膜分离后各糊精组分的总质量与所用蜡质玉米淀粉质量的比值表示。计算公式如下：
Figure PCTCN2020074489-appb-000001
2、蜡质玉米淀粉-乳化剂的络合率测定
以络合物对乳化剂的利用率来表示。络合体中乳化剂含量是将步骤(2)残余乳化剂洗去后再通过步骤(4)醇洗掉的乳化剂的量表示，络合率根据以下公式计算：
Figure PCTCN2020074489-appb-000002
3、直链糊精链长分布
直链糊精链长分布通过配有脉冲电流检测器的高效阴离子交换色谱(HPAEC-PAD)检测。HPAEC-PAD色谱系统装备ED40型脉冲安培检测器。色谱柱型号为戴安CarboPAC PA200(250×4mM I.D.)。洗脱液A液为100mmol/L的NaOH溶液，洗脱液B液为含有600mmol/L乙酸钠的100mmol/L NaOH溶液。采用线性梯度洗脱：0min时为20％的洗脱液B，在60min时为100％的洗脱液B。流速为1ml/min，进样量为25μl。
α-淀粉酶和普鲁兰酶购于Sigma公司。
实施例1：
(1)超声解簇：配制5％-10％的蜡质玉米淀粉乳，搅拌均匀后超声处理，超声波工作频率25kHz，处理功率为600W，25℃，每次作用时间为3s，间隔5s，总处理时间为10min；
(2)超声络合：在超声波处理后的淀粉乳中加入蜡质玉米淀粉质量5％的单硬脂酸甘油酯，搅拌均匀，超声波工作频率为20kHz，处理功率为500W，温度40℃，每次作用时间为3s，间隔5s，总超声时间20min；
(3)复合酶解：用磷酸缓冲液调节淀粉-单硬脂酸甘油酯络合物溶液pH至6.0，水浴加热至50℃，加入中温α-淀粉酶和普鲁兰酶，普鲁兰酶添加量为30ASPU/g干淀粉，α-淀粉酶添加量为30ASPU/g干淀粉，50℃水浴锅水解3-4h。沸水浴5min使中温α-淀粉酶、普鲁兰酶失活终止反应，离心得上清液；
(4)乙醇浸提：酶解产物加入到无水乙醇中将络合物中及残留的单硬脂酸甘油酯溶解；
(5)膜分离：用截留分子量为5000Da、2000Da的中空纤维膜，使用膜有效面积0.4m 2，操作温度40℃，操作压力15kPa的条件进行膜分离；
(6)干燥：将膜分离后的组分喷雾干燥得直链糊精成品。
实施例2：
(1)超声解簇：配制5％-10％的蜡质玉米淀粉乳，搅拌均匀后超声处理，超声波工作频率25kHz，处理功率为600W，25℃，每次作用时间为3s，间隔5s，总处理时间为10min；
(2)超声络合：在超声波处理后的淀粉乳中加入蜡质玉米淀粉质量3％的棕榈酸，搅拌均匀，超声波工作频率为20kHz，处理功率为500W，温度40℃，每次作用时间为3s，间隔5s，总超声时间20min；
(3)复合酶解：用磷酸缓冲液调节淀粉-棕榈酸络合物溶液pH至6.0，水浴加热至50℃，加入中温α-淀粉酶和普鲁兰酶，普鲁兰酶添加量为40ASPU/g干淀粉，α-淀粉酶添加量为20ASPU/g干淀粉，50℃水浴锅水解3-4h。沸水浴5min使中温α-淀粉酶、普鲁兰酶失活终止反应，离心得上清液；
(4)乙醇浸提：酶解产物加入到无水乙醇中将络合物中及残留的棕榈酸溶解；
(5)膜分离：用截留分子量为5000Da、2000Da的中空纤维膜，使用膜有效面积0.4m 2，操作温度40℃，操作压力15kPa的条件进行膜分离；
(6)干燥：将膜分离后的组分喷雾干燥得直链糊精成品。
对比例1：
省略实施例1中的(1)超声解簇和(2)超声络合，其他条件或者参数与实施例1一致。此例相当于作空白对照，络合率和淀粉利用率极低，这说明蜡质玉米淀粉与乳化剂在无任何外力作用下几乎无法形成络合物，也不利于后续酶解的进行。
对比例2：
省略实施例1中的(1)超声解簇，其他条件或者参数与实施例1一致。与实施例1相比，络合率和淀粉利用率分别降低至32％和37％，这是因为淀粉链没有完全伸展开，仍然呈聚集状态，阻碍了无定形区与乳化剂的络合。因此，步骤(1)的超声波处理具有使淀粉链解簇的作用效果。
对比例3：
省略实施例1中的(2)超声络合，其他条件或者参数与实施例1一致。与实施例1相比，加入乳化剂后未使用超声促进无定形区与乳化剂络合，最终络合率和淀粉利用率分别低至36％和41％，因此可以说明，步骤(2)的超声波处理具有促进淀粉无定形区与乳化剂络合的效果。
对比例4：
将实施例1中的(1)超声解簇改为糊化：配制5％-10％的蜡质玉米淀粉乳，沸水浴40min，边沸边搅拌，冷却至60℃保温。与实施例1相比，络合率和淀粉利用率分别降低至34％和36％。
表1
样品 络合率/％ 淀粉利用率/％
实施例1 65 72
实施例2 58 69
对比例1 0.75 13
对比例2 32 37
对比例3 36 41
对比例4 34 36
由表1可知，通过超声波解簇、超声波诱导乳化剂络合(即实施例1)，可实现在水的反应体系中淀粉无定形区-乳化剂络合率和淀粉利用率分别最高达到65％和72％。对比例1相当于空白对照，蜡质玉米淀粉加入乳化剂后直接酶解，因淀粉链未打开，几乎无法实现络合，仅能够酶解淀粉颗粒表面的部分。未使用超声波解簇、或未使用超声波络合(对比例2和对比例3)，无定形区淀粉-乳化剂络合率分别为32％和36％，淀粉利用率分别为37％和41％，较空白组分别提高了24％和28％。另一方面，将对比例2-3和实施例1进行对比，超声波解簇和超声波络合联合处理的淀粉利用率的提高效果(提高了59％)，较单独超声波解簇和单 独超声比络合的效果的总和(24％+28％＝52％)更优越，说明超声波解簇和超声波络合联合处理在提高淀粉利用率方面彼此支持，具有一定的协同作用。对比例4为糊化代替实施例1中的(1)超声解簇，这也是目前通常制备直链糊精的办法，这一步通过高温破坏了淀粉的结晶区，酶解过程会将淀粉分解成较多小分子糖等片段(详见表2)，且总的直链糊精得率也大大降低；与实施例1相比，络合率和淀粉利用率分别降低至34％和36％，说明超声解簇在低于淀粉糊化温度下进行时可以保护淀粉的结晶区，以避免后续酶解将淀粉结晶区降解成小分子糖等片段，从而得到分子量分布均一的直链糊精，以提高络合率和淀粉利用率。由此可以说明，通过超声波解簇、超声波促进乳化剂络合等共同作用，既避免了淀粉结晶区的破坏，又提高了淀粉无定形区-乳化剂络合率及淀粉利用率。
表2直链糊精链长分布
Figure PCTCN2020074489-appb-000003
注：DP代表聚合度
由表2可见，实施例1和实施例2通过膜分离，蜡质玉米淀粉复合酶解得到的直链糊精被分为三个组分，其中分子量小于2000Da的组分中主要成分为小分子葡萄糖、乙醇、乳化剂等物质且含量占比较低，仅占5.4％-6.1％；分子量大于2000Da的组分为纯度较高的直链糊精，截留分子量在2000-5000Da之间即DP在10-30含量最高，占78.7％-81.9％；截留分子量>5000Da即DP>30含量次之，占12％-15.9％。由此可以说明，本发明获得的直链糊精的聚合度大部分分布在10-30之间。对比例4是先使淀粉高温糊化，这一步破坏了淀粉的结晶区，在复合酶解时会将淀粉分子降解为较多小分子糖等片段，因此分子量<2000Da的组分含量较实施例1和实施例2高，占25％左右。
虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但其并非用以限定本发明，任何熟悉此技术的人，在不脱离本发明的精神和范围内，都可做各种的改动与修饰，因此本发明的保护范围应该以权利要求书所界定的为准。

Claims (14)

  1. 一种直链糊精的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
    (1)超声解簇：将蜡质玉米淀粉加水调配，超声处理；超声波处理温度为20-25℃，作用时间为5-15min；
    (2)超声络合：向步骤(1)所得的原料中添加乳化剂，超声处理；超声波处理温度40-50℃，作用时间20-30min；
    (3)酶解：将步骤(2)所得产物加缓冲液调配，加入α-淀粉酶和普鲁兰酶进行酶解；
    (4)乙醇浸提：将步骤(3)所得酶解产物加入到无水乙醇中，将络合物中及残留的乳化剂溶解；
    (5)膜分离：步骤(4)所得产物通过膜分离获得直链糊精；
    (6)干燥：将步骤(5)膜分离产物喷雾干燥即得成品。
  2. 一种直链糊精的制备方法，其特征在于，所述方法是采用超声波直接对淀粉进行解簇处理，再通过添加乳化剂进行超声络合、酶解、膜分离得到直链糊精。
  3. 根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
    (1)超声解簇：将蜡质玉米淀粉加水调配，超声处理；
    (2)超声络合：向步骤(1)所得的原料中添加乳化剂，超声处理；
    (3)酶解：将步骤(2)所得产物加缓冲液调配，加入酶进行酶解；
    (4)乙醇浸提：向步骤(3)所得酶解产物加入到无水乙醇中将络合物中及残留的乳化剂溶解；
    (5)膜分离：步骤(4)所得产物通过膜分离获得直链糊精；
    (6)干燥：将步骤(5)膜分离产物喷雾干燥即得成品。
  4. 根据权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤(1)是将淀粉加水调质成5％-10％的淀粉乳，超声波处理功率为500-600W，作用时间为5-15min。
  5. 根据权利要求3或4所述的方法，其特征在于，步骤(2)加入的乳化剂为单硬脂酸甘油酯或棕榈酸，乳化剂添加量为淀粉质量的3％-5％。
  6. 根据权利要求3-5任一所述的方法，其特征在于，步骤(2)中超声波处理功率为500-600W，温度40-50℃，作用时间为20-30min。
  7. 根据权利要求3-6任一所述的方法，其特征在于，步骤(3)酶解采用的是α-淀粉酶和普鲁兰酶；所述普鲁兰酶添加量为30-40ASPU/g干淀粉，α-淀粉酶添加量为20-30ASPU/g干淀粉。
  8. 根据权利要求3-7任一所述的方法，其特征在于，步骤(5)膜分离是采用超滤膜为截留分子量为5000Da、2000Da的中空纤维膜进行膜分级。
  9. 根据权利要求3-8任一所述的方法，其特征在于，步骤(6)喷雾干燥进风温度140-160℃。
  10. 根据权利要求2-9任一所述的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
    (1)超声解簇：配制5％-10％的蜡质玉米淀粉乳，搅拌均匀后超声处理，超声波工作频率25kHz，处理功率为600W，25℃，每次作用时间为3s，间隔5s，总处理时间为10min；
    (2)超声络合：在超声波处理后的淀粉乳中加入蜡质玉米淀粉质量5％的单硬脂酸甘油酯，搅拌均匀，超声波工作频率为20kHz，处理功率为500W，温度40℃，每次作用时间为3s，间隔5s，总超声时间20min；
    (3)复合酶解：用磷酸缓冲液调节淀粉-单硬脂酸甘油酯络合物溶液pH至6.0，水浴加热至50℃，加入中温α-淀粉酶和普鲁兰酶，普鲁兰酶添加量为30ASPU/g干淀粉，α-淀粉酶添加量为30ASPU/g干淀粉，50℃水浴锅水解3-4h。沸水浴5min使中温α-淀粉酶、普鲁兰酶失活终止反应，离心得上清液；
    (4)乙醇浸提：酶解产物加入到无水乙醇中将络合物中及残留的单硬脂酸甘油酯溶解；
    (5)膜分离：用截留分子量为5000Da、2000Da的中空纤维膜，使用膜有效面积0.4m 2，操作温度40℃，操作压力15kPa的条件进行膜分离；
    (6)干燥：将膜分离后的组分喷雾干燥得直链糊精成品。
  11. 根据权利要求2-10任一所述的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
    (1)超声解簇：配制5％-10％的蜡质玉米淀粉乳，搅拌均匀后超声处理，超声波工作频率25kHz，处理功率为600W，25℃，每次作用时间为3s，间隔5s，总处理时间为10min；
    (2)超声络合：在超声波处理后的淀粉乳中加入蜡质玉米淀粉质量3％的棕榈酸，搅拌均匀，超声波工作频率为20kHz，处理功率为500W，温度40℃，每次作用时间为3s，间隔5s，总超声时间20min；
    (3)复合酶解：用磷酸缓冲液调节淀粉-棕榈酸络合物溶液pH至6.0，水浴加热至50℃，加入中温α-淀粉酶和普鲁兰酶，普鲁兰酶添加量为40ASPU/g干淀粉，α-淀粉酶添加量为20ASPU/g干淀粉，50℃水浴锅水解3-4h。沸水浴5min使中温α-淀粉酶、普鲁兰酶失活终止反应，离心得上清液；
    (4)乙醇浸提：酶解产物加入到无水乙醇中将络合物中及残留的棕榈酸溶解；
    (5)膜分离：用截留分子量为5000Da、2000Da的中空纤维膜，使用膜有效面积0.4m 2，操作温度40℃，操作压力15kPa的条件进行膜分离；
    (6)干燥：将膜分离后的组分喷雾干燥得直链糊精成品。
  12. 应用权利要求1-11任一所述的方法制备得到的直链糊精。
  13. 根据权利要求12所述的直链糊精，其特征在于，所述直链糊精中DP10-30的含量大 于70％。
  14. 权利要求12所述的直链糊精在作为包埋材料方面的应用。
PCT/CN2020/074489 2020-01-17 2020-02-07 一种直链糊精的制备方法 WO2021142863A1 (zh)

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