CN113957107A - 一种高吸油率多孔淀粉的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种高吸油率多孔淀粉的制备方法。本发明采用溶胀预处理结合双酶法共作用制备多孔淀粉，处理简单，产品安全性高。本发明对溶胀温度控制在糊化起始温度上下5℃，选择不同温度点，进行短时间溶胀处理，所得多孔淀粉吸油率提升1.3‑1.7倍；本发明采取将从麦芽三糖酶、葡萄糖苷酶、α‑淀粉酶中复合使用，优选最佳反应条件、添加比例，并且证明只有在固定添加顺序下，才能使多孔淀粉获得更好的吸油性能。

Description

一种高吸油率多孔淀粉的制备方法

技术领域

本发明属于变性淀粉技术领域，具体涉及一种高吸油率多孔淀粉的制备方法。

背景技术

多孔淀粉，又名微孔淀粉，是一种大量孔洞结构分布或者贯穿整个淀粉颗粒的多孔性蜂窝状颗粒型变性淀粉，具有高孔隙率、高比表面积以及良好的负载性能等特征，受到医药、化工、环保和食品等多领域的广泛关注。多孔淀粉可作为吸附剂、脂肪替代物、活性物质微胶囊以及风味物质载体等，同时淀粉原料来源广泛、安全无毒以及具有极高的生物相容性，因此具有极高的应用价值。

目前，多孔淀粉的制备方法主要有物理法、化学法和生物酶法三种。物理法主要指通过超声波、喷雾、机械撞击或者反复冻融等外界物理作用，实现淀粉颗粒表面结构的破坏，以增加孔的数量和容积，而物理法方法众多，但也存在孔隙率低、均匀性吸附性能较差、设备要求高、耗能大、生产成本较高，在实现工业化生产上存在难度；化学法是指通过酸、乙醇等化学试剂的处理，使淀粉颗粒表面形成孔洞，由外向内延伸。化学法制备的多孔淀粉与物理法相比存在一定的优势，如设备要求低、耗能小、生产成本低，但作用效果存在随机性强，孔隙率较低以及环保问题等，限制了其在工业化生产和应用；生物酶法制备多孔淀粉是用外切酶(如糖化酶)和内切酶(如α-淀粉酶)处理使淀粉上的非还原性末端被随机外切和内切，产生大量深入颗粒内部的孔，产物在保持颗粒大体完整的前提下出现了大量深孔，比表面积大大增加，吸附率提高。生物酶法是目前多孔淀粉工业化生产的主流技术，但其存在生产用酶限制、反应时间长，微孔分布不均匀和酶解效率低等多种问题。

近年来，物理或者化学法联合生物酶法协同制备多孔淀粉已经成为主流；如一种V型颗粒态多孔淀粉的制备方法(申请号：202011632449.1)：该专利是先用高温醇法(100-150℃)制备好V型淀粉，然后在乙醇体系中加入α-淀粉酶和糖化酶对淀粉进行改性，制备出V型多孔淀粉，此发明联合使用高温高压醇法和酶解法共同处理淀粉，制备得到的多孔淀粉具有单螺旋的V型结晶结构且具有更高的比表面积，吸水、吸油能力比传统方法制备的多孔淀粉有明显提高；一种利用脉冲电场制备改性多孔淀粉的方法(201710767198.X)：利用脉冲淀粉在低于淀粉糊化温度的条件下制备高吸附性、高透明度、高冻融稳定性和高机械能的多孔淀粉；一种超高压辅助酶法制备多孔淀粉的方法(201810004365.X)：以淀粉为原料，经超高压处理后，再采用α-淀粉酶和糖化酶对淀粉进行酶解处理，得到多孔淀粉，此方法制得的多孔淀粉吸附性能增强，生产周期变短。采用物理方法或者化学法结合生物酶法，可以较好的提高酶解效率，改变产物性能，但并未能改变物理法需要较好的设备辅助以及化学法存在的污染等问题，局限性依旧较大；同时生物酶法制备多孔淀粉多集中于应用α-淀粉酶和糖苷酶的一种或者组合，而其他酶如β-淀粉酶和普鲁兰酶等有报道，但酶解效率较低，其实际应用受到限制。

发明内容

本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。

鉴于上述及现有技术中存在的问题，提出了本发明。

因此，本发明的目的在于提供一种高吸油率多孔淀粉的制备方法。

为解决上述技术问题，根据本发明的一个方面，本发明提供了如下技术方案：一种高吸油率多孔淀粉的制备方法，包括，

预处理：将淀粉原料配置成淀粉乳；

预热处理：预热，实现淀粉的适度溶胀；

酶解处理：调节pH，向溶胀后的淀粉乳中加入酶反应1-12h，将酶解反应结束后的淀粉乳灭酶；

后处理：将酶解处理结束后的淀粉乳用1M盐酸将淀粉乳pH调至7.0，再用蒸馏水反复洗涤多次，至洗涤液呈中性，干燥，研磨粉碎过筛，即得多孔淀粉产品；

所述酶包括但不限于麦芽三糖酶、猪胰α淀粉酶、葡萄糖苷酶等一种或多种。

作为本发明所述高吸油率多孔淀粉的制备方法的一种优选方案，其中：所述淀粉原料包括但不限于玉米淀粉、小麦淀粉、土豆淀粉、木薯淀粉等常见所用淀粉中的一种或几种。

作为本发明所述高吸油率多孔淀粉的制备方法的一种优选方案，其中：所述将淀粉原料配置成淀粉乳，包括，

将淀粉原料分散到由50mM的磷酸钠盐缓冲液或磷酸钾盐缓冲液和5mM CaCl₂配置的pH为6.0的分散液中，配置成质量浓度为10-50％的淀粉乳。

作为本发明所述高吸油率多孔淀粉的制备方法的一种优选方案，其中：所述预热，为在所用淀粉原料的糊化起始温度±5℃预热5-60min。

作为本发明所述高吸油率多孔淀粉的制备方法的一种优选方案，其中：所述酶解处理的调节pH，为使用1M盐酸或NaOH调节淀粉乳的pH至所需添加酶的最适宜pH。

作为本发明所述高吸油率多孔淀粉的制备方法的一种优选方案，其中：所述灭酶，包括，

用1M NaOH将淀粉乳pH调至11反应10min终止反应灭酶，灭酶时间为10min。

作为本发明所述高吸油率多孔淀粉的制备方法的一种优选方案，其中：所述添加酶反应若为添加两种或两种以上的酶，则在第一种酶按照酶解处理步骤添加结束后，再次按照酶解步骤添加下一种酶。

作为本发明所述高吸油率多孔淀粉的制备方法的一种优选方案，其中：所述麦芽三糖酶添加量为50-1200U/g，葡萄糖苷酶添加量为50-1200U/g，猪胰α淀粉酶添加量为50-1200U/g。

作为本发明所述高吸油率多孔淀粉的制备方法的一种优选方案，其中：所述干燥，为在30-50℃干燥至淀粉乳水分含量为8-12％。

作为本发明所述高吸油率多孔淀粉的制备方法的一种优选方案，其中：所述所述过筛为100-200目筛。

本发明的有益效果：

本发明提供一种适度溶胀预处理淀粉的方法，可规避现有大部分物理法装备要求高、能耗大以及化学法随机性过强和环保等问题，且溶胀温度的筛选，在糊化起始温度上下5℃，选择不同温度点，进行短时间溶胀处理，所得多孔淀粉吸油率提升1.3-1.7倍。

不同淀粉酶作用于淀粉颗粒的作用方式不一致，本发明从麦芽三糖酶、葡萄糖苷酶、α-淀粉酶中配比复合使用。其制备过程中需要先添加糖苷酶前作用形成空洞，再添加猪胰α淀粉酶和麦芽三糖酶。实验证实只有这种加料顺序才能使酶更好的发挥作用，这也说明酶的种类和加酶顺序对多孔淀粉的吸油率起决定性作用。本发明也对其反应条件、添加比例进行选择，提供一种有效的制备高吸油率多孔淀粉的方法。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：

图1为多孔淀粉制备工艺流程；

图2为普通市售玉米淀粉扫描电镜图；

图3为实施例3制得玉米多孔淀粉扫描电镜图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合具体实施例对本发明的具体实施方式做详细的说明。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。

本发明实施例中所计算多孔淀粉得率的方法如下：

于酶解后，将上清液倒出，将沉淀的多孔淀粉置于平板中烘干，称重。

其中，m为淀粉样品总质量，g；m₁为平板质量，g；m₂为烘干后平板和多孔淀粉的总质量，g。

本发明实施例中所计算多孔淀粉吸油率的方法如下：

准确称取多孔淀粉1g于烧杯中，加入10mL花生油，置于磁力搅拌器上搅拌30min，将混合液倒入砂芯漏斗中抽滤，直至没有油滴滴下为止，记录砂芯漏斗前后质量，按以下公式进行计算。

其中，m₃为抽滤前砂芯漏斗的质量，g；m₄为抽滤后砂芯漏斗的质量，g；m₅为称取多孔淀粉的质量，g。

本发明实施例中所使用麦芽三糖酶来源于蛾微杆菌(Microbacteriumimperiale)，经电泳测得分子量约为65kDa；猪胰α淀粉酶和葡萄糖苷酶购于上海Sigma-Aldrich公司。

本发明实施例中所使用玉米淀粉和土豆淀粉购于国民淀粉工业(上海)有限公司，小麦淀粉由江苏华升面粉有限公司提供。

本发明实施例中所使用玉米淀粉为普通市售玉米淀粉，起始糊化温度为63℃。

本发明实施例中所使用磷酸钠盐缓冲液为Na₂HPO₄和NaH₂PO₄配制，为50mM，为酶作用提供一个缓冲的pH条件；所使用CaCl₂为5mM；所使用盐酸为1M；所使用NaOH溶液为1M。

对照例1：

取100g普通玉米淀粉，分散于pH 6.0磷酸盐缓冲液和CaCl₂的缓和溶液中，制成10％的淀粉乳，于室温下水浴搅拌10min(未溶胀)。

用1M盐酸将淀粉乳pH调至5.0，加入300U/g葡萄糖苷酶反应3h后，再用1M NaOH将淀粉乳pH调至11，反应10min后终止反应。再用1M盐酸将淀粉乳pH调至6.5加入400U/g麦芽三糖酶反应3h后，用1M NaOH将淀粉乳pH调至11反应10min终止反应。

再用1M盐酸将淀粉乳pH调至7.0，用蒸馏水反复洗涤多次，使洗涤液呈中性，烘干产物水分含量至10％，研磨过100目筛，即可得到多孔淀粉(未溶胀)。

实施例1：

取100g普通玉米淀粉，分散于pH 6.0磷酸盐缓冲液和CaCl₂的缓和溶液中，制成10％的淀粉乳，于不同温度下加热搅拌，然后将水浴锅温度降至50℃。

用1M盐酸将淀粉乳pH调至5.0，加入300U/g葡萄糖苷酶反应3h，再用1M NaOH将淀粉乳pH调至11，反应10min后终止反应，再用1M盐酸将淀粉乳pH调至6.5加入400U/g麦芽三糖酶反应3h后，用1M NaOH将淀粉乳pH调至11反应10min终止反应。

再用1M盐酸将淀粉乳pH调至7.0，用蒸馏水反复洗涤多次，使洗涤液呈中性，烘干产物水分含量至10％以下，研磨过100目筛，即可得到多孔淀粉。

表1不同溶胀温度和时间对于多孔淀粉得率和吸油率的影响

由实施例1、对照例1及表1可知，适度溶胀对于多孔淀粉的吸油率起到一定得提升作用，且接近糊化起始温度，提升效果越理想。对溶胀温度和时间筛选，发现在糊化起始温度上下5℃，更优选温度为糊化起始温度上下2℃，进行短时间溶胀处理，所得多孔淀粉吸油率提升1.3-1.7倍。淀粉颗粒在起始温度附近短时适度溶胀，其处于不可逆吸水阶段，不会显著改变其颗粒晶体结构，但会适度增加其颗粒体积，同时淀粉颗粒表面溶胀后更有利于淀粉酶的附着、作用，提升其酶解开孔效果。但如果作用时间过长，淀粉颗粒会在搅拌机械力作用下，发生一定程度的损伤，损伤作用在高于糊化起始温度时更加显著，降低其溶胀提升效应。故，在糊化起始温度附近对淀粉短时溶胀，可显著提升多孔淀粉的吸油率。

实施例2：

取100g普通玉米淀粉，分散于pH 6.0磷酸盐缓冲液和CaCl₂的缓冲溶液中，制成10％的淀粉乳，于63℃下加热搅拌10min，然后将水浴锅温度降至50℃，按照表2添加不同酶组合。

当添加酶为麦芽三糖酶时，需先使用1M NaOH将淀粉乳pH调至pH 6.5，加入麦芽三糖酶反应3h，再用1M NaOH将淀粉乳pH调至11反应10min终止反应。

当添加酶为葡萄糖苷酶时，需先用1M盐酸将淀粉乳pH调至5.0，加入葡萄糖苷酶反应3h，再用1M NaOH将淀粉乳pH调至11反应10min终止反应。

当添加酶为猪胰α淀粉酶时，需先用1M NaOH将淀粉乳pH调至6.9，加入猪胰α淀粉酶反应3h，再用1M NaOH将淀粉乳pH调至11反应10min终止反应。

当添加酶为复合酶时，需先用1M盐酸将淀粉乳pH调至5.5，加入复合酶反应3h，再用1M NaOH将淀粉乳pH调至11反应10min终止反应。

反应结束后再用1M盐酸将淀粉乳pH调至7.0，用蒸馏水反复洗涤多次，使洗涤液呈中性，烘干产物水分含量至10％以下，研磨过100目筛，即可得到多孔淀粉。

表2不同酶组合对于多孔淀粉吸油率和得率的影响

不同淀粉酶作用于淀粉颗粒的作用方式不一致，如葡萄糖苷酶倾向于从淀粉颗粒外面往内部逐步侵蚀，而猪胰α淀粉酶和麦芽三糖酶倾向于作用于淀粉克烈内部。由先糖苷酶后猪胰α淀粉酶或麦芽三糖酶所得多孔淀粉吸油率较高，主要是因为糖苷酶前作用形成的空洞，有利于其他酶作用。由表可知，复合酶的效果弱于顺序酶作用。推测主要原因有三：首先，复合酶的作用pH不是单独酶的最适作用pH，不利于两种酶作用；其次，淀粉颗粒适用于酶作用的位点有限，不同酶同时作用存在竞争性作用的可能性，从而弱化了酶的作用；最后，顺序酶作用尤其是糖苷酶先作用，形成的空洞有利于其他淀粉酶在淀粉颗粒内部进行作用，使得多孔淀粉开孔深度提升。

实验证实，只有按照顺序加入酶的组合，其两种酶的作用才能充分发挥，所得多孔淀粉才会获得更好的吸油率，这说明酶的组合方法和添加顺序对多孔淀粉的品质也起着决定性作用。特别的，当添加顺序为先添加葡萄糖苷酶300U/g后添加麦芽三糖酶400U/g时，所得多孔淀粉的吸油率可达123.6％，得率也能达到60.4％。

实施例3：

取100g普通淀粉，分散于pH 6.0磷酸盐缓冲液和CaCl₂的缓和溶液中，制成10％的淀粉乳，于不同温度下(玉米淀粉63℃、土豆淀粉60℃，小麦淀粉50℃，均设置为糊化起始温度)加热搅拌10min，然后将水浴锅温度降至50℃。

用1M盐酸将淀粉乳pH调至5.0，加入葡萄糖苷酶反应3h，再用1M NaOH将淀粉乳pH调至11，反应10min后终止反应，再用1M盐酸将淀粉乳pH调至6.5加入麦芽三糖酶，反应3h，用1M NaOH将淀粉乳pH调至11反应10min终止反应。

再用1M盐酸将淀粉乳pH调至7.0，用蒸馏水反复洗涤多次，使洗涤液呈中性，烘干产物水分含量至10％，研磨过100目筛，即可得到多孔淀粉。

表3不同组合酶配比对于多孔淀粉得率和吸油率的影响

由实施例3可知，本发明制备过程基本适用于常见市售淀粉。而在玉米淀粉、小麦淀粉、土豆淀粉中，使用玉米淀粉和土豆淀粉所制备得到的多孔淀粉，其吸油率更高。特别的，当葡萄糖苷酶与麦芽三糖酶添加量之比为3：4时，吸油率达123.6％。这可能是由于二者在不同比例下顺序作用于淀粉颗粒，使多孔淀粉的孔径及孔深适合，不会让孔径及孔深较小或太大致使淀粉结构破裂，所以制得的多孔淀粉孔径吸油率和得率较高。

本发明提供一种适度溶胀预处理淀粉的方法，可规避现有大部分物理法装备要求高、能耗大以及化学法随机性过强和环保等问题，且溶胀温度的筛选，在糊化起始温度上下5℃，选择不同温度点，进行短时间溶胀处理，所得多孔淀粉吸油率提升1.3-1.7倍。

不同淀粉酶作用于淀粉颗粒的作用方式不一致，本发明从麦芽三糖酶、葡萄糖苷酶、α-淀粉酶中配比复合使用。其制备过程中需要先添加糖苷酶前作用形成空洞，再添加猪胰α淀粉酶和麦芽三糖酶。实验证实只有这种加料顺序才能使酶更好的发挥作用，这也说明酶的种类和加酶顺序对多孔淀粉的吸油率起决定性作用。本发明也对其反应条件、添加比例进行选择，提供一种有效的制备高吸油率多孔淀粉的方法。

应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种高吸油率多孔淀粉的制备方法，其特征在于：包括，

预处理：将淀粉原料配置成淀粉乳；

预热处理：预热，实现淀粉的适度溶胀；

酶解处理：调节pH，向溶胀后的淀粉乳中加入酶反应1-12h，将酶解反应结束后的淀粉乳灭酶；

后处理：将酶解处理结束后的淀粉乳用1M盐酸将淀粉乳pH调至7.0，再用蒸馏水反复洗涤多次，至洗涤液呈中性，干燥，研磨粉碎过筛，即得多孔淀粉产品；

所述酶包括但不限于麦芽三糖酶、猪胰α淀粉酶、葡萄糖苷酶等一种或多种。

2.如权利要求1所述高吸油率多孔淀粉的制备方法，其特征在于：所述淀粉原料包括但不限于玉米淀粉、小麦淀粉、土豆淀粉、木薯淀粉等常见所用淀粉中的一种或几种。

3.如权利要求1所述高吸油率多孔淀粉的制备方法，其特征在于：所述将淀粉原料配置成淀粉乳，包括，

将淀粉原料分散到由50mM的磷酸钠盐缓冲液或磷酸钾盐缓冲液和5mM CaCl₂配置的pH为6.0的分散液中，配置成质量浓度为10-50％的淀粉乳。

4.如权利要求1所述高吸油率多孔淀粉的制备方法，其特征在于：所述预热，为在所用淀粉原料的糊化起始温度±5℃预热5-60min。

5.如权利要求1所述高吸油率多孔淀粉的制备方法，其特征在于：所述酶解处理的调节pH，为使用1M盐酸或NaOH调节淀粉乳的pH至所需添加酶的最适宜pH。

6.如权利要求1所述高吸油率多孔淀粉的制备方法，其特征在于：所述灭酶，包括，

用1M NaOH将淀粉乳pH调至11反应10min终止反应灭酶，灭酶时间为10min。

7.如权利要求1所述高吸油率多孔淀粉的制备方法，其特征在于：所述添加酶反应若为添加两种或两种以上的酶，则在第一种酶按照酶解处理步骤添加结束后，再次按照酶解步骤添加下一种酶。

8.如权利要求7所述高吸油率多孔淀粉的制备方法，其特征在于：所述麦芽三糖酶添加量为50-1200U/g，葡萄糖苷酶添加量为50-1200U/g，猪胰α淀粉酶添加量为50-1200U/g。

9.如权利要求1所述高吸油率多孔淀粉的制备方法，其特征在于：所述干燥，为在30-50℃干燥至淀粉乳水分含量为8-12％。

10.如权利要求1所述高吸油率多孔淀粉的制备方法，其特征在于：所述过筛为100-200目筛。

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