專利名稱：一種脂肪酶催化合成丁二酸淀粉酯的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于食品生物化工技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種脂肪酶催化合成丁二酸淀粉酯的方法。
背景技術(shù)：
淀粉丁二酸酯是淀粉葡萄糖殘基中的羥基被二元羧酸酐取代后所制得的一種淀粉衍生物，屬于淀粉有機(jī)酸酯范疇。淀粉與二元羧酸酐的酯化在淀粉鏈上引入了一個(gè)陰離子基團(tuán)，這在很大程度上提高了淀粉的親水性能。二元酸淀粉酯本身具有交聯(lián)結(jié)構(gòu)，又使得淀粉獲得了許多優(yōu)良性能，如較低的糊化溫度、高度的增稠能力、低溫粘度穩(wěn)定性、較好的成膜性以及淀粉糊的高透明性。這些特性使得丁二酸淀粉酯能夠應(yīng)用于食品領(lǐng)域，如在湯料、快餐、罐制品以及冷藏食品中作為凝固劑以及增稠劑。在制藥工業(yè)上丁二酸淀粉酯被推薦用作藥片分解劑。在造紙領(lǐng)域中，丁二酸淀粉酯被用作表面成型劑以及凝固劑。
在我國尚未有利用脂肪酶催化合成丁二酸淀粉酯的報(bào)道。目前制備丁二酸淀粉酯通常是水相法合成的。
經(jīng)丁二酸酐酯化后的馬鈴薯淀粉，其透明度與黏度均高于馬鈴薯原淀粉，丁二酸馬鈴薯淀粉酯在不影響食品色澤的同時(shí)又能保持較高的黏度，符合現(xiàn)代食品加工工業(yè)的要求，適合作為增稠劑應(yīng)用于食品當(dāng)中。目前，工業(yè)上常用的酯類淀粉有淀粉磷酸酯、淀粉醋酸酯和淀粉辛烯基琥珀酸酯，淀粉丁二酸酯可應(yīng)用于食品、醫(yī)藥和造紙領(lǐng)域，但國內(nèi)對(duì)其研究較少，也未見有工業(yè)化生產(chǎn)，因此，對(duì)于淀粉丁二酸酯制備工藝的研究具有一定的實(shí)際意義。

發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明為了彌補(bǔ)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種條件溫和、反應(yīng)效率高的脂肪酶催化合成丁二酸淀粉酯的方法。
本發(fā)明是通過如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的一種脂肪酶催化合成丁二酸淀粉酯的方法，包括淀粉前處理和酯化反應(yīng)，主要包括如下步驟(1)往淀粉干基中加入水，使其吸水膨脹；(2)將經(jīng)過處理的淀粉加水調(diào)成淀粉乳，加入脂肪酶和丁二酸酐，在2(T50°C下，攪拌速度為10(T200rpm時(shí)反應(yīng)l(T60min，得到混合溶液；(3)將混合溶液用乙醇溶液洗滌若干次，然后用蒸餾水洗滌若干次，抽濾、干燥、過篩即得廣品。
本發(fā)明的更優(yōu)方案為步驟(1)中，淀粉干基與水的質(zhì)量比為3:10，淀粉干基在40°C下吸水膨脹20min。
由于淀粉微溶于水而不溶于有機(jī)溶劑，晶體結(jié)構(gòu)致密，難以發(fā)生反應(yīng)，所以對(duì)淀粉進(jìn)行前處理，使其吸水膨脹之后空間結(jié)構(gòu)變得蓬松，有利于反應(yīng)的進(jìn)行。經(jīng)過試驗(yàn)確定，淀粉在40°C吸水膨脹20min后，后期獲得的產(chǎn)物取代度值和反應(yīng)效率最大。
步驟(2)中，將經(jīng)過處理的淀粉加水調(diào)成重量分?jǐn)?shù)為30%的淀粉乳。
步驟(2)中，脂肪酶的添加量為淀粉干基質(zhì)量的廣10%，丁二酸酐的添加量為淀粉干基質(zhì)量的廣4%，脂肪酶在使用前用2. 5%的氯化鈉溶液活化，酯化反應(yīng)溫度為30°C，反應(yīng)時(shí)間為20min。
脂肪酶的添加量為淀粉干基質(zhì)量的4%，丁二酸酐的添加量為淀粉干基質(zhì)量的4%。
在一定的反應(yīng)時(shí)間內(nèi)，酶添加量控制了酯合成反應(yīng)產(chǎn)率和取代度。在一定酶濃度范圍內(nèi)，酶濃度的增加會(huì)是產(chǎn)物取代度增大，當(dāng)酶濃度提高到一定程度后，再增加其濃度， 反應(yīng)轉(zhuǎn)化率也不再有明顯提高。本發(fā)明中催化劑脂肪酶添加量為淀粉干基的廣10%，優(yōu)選4%。
酯化反應(yīng)中丁二酸酐的添加量為淀粉干基的1、％，試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)其添加量為4%時(shí)產(chǎn)品的取代度達(dá)到最大值。
酯化反應(yīng)過程中，攪拌有利于酶與底物間的接觸，攪拌速度為lOOlOOrpm。
溫度是酶促反應(yīng)的一個(gè)重要的影響因素，反應(yīng)溫度對(duì)淀粉酯化反應(yīng)的影響是比較復(fù)雜的。隨著溫度的升高，分子擴(kuò)散加快，有利于提高脂肪酶酯化反應(yīng)的速率。本發(fā)明反應(yīng)溫度由20°C增加到50°C，當(dāng)反應(yīng)溫度從20°C增加到30°C時(shí)反應(yīng)效率和取代度都很有明顯的增加，之后隨著溫度的增加反而下降，因此優(yōu)選反應(yīng)溫度為30°C。
反應(yīng)時(shí)間的確定實(shí)驗(yàn)中采用的反應(yīng)時(shí)間為10min、20min、30 min、40 min、50 min,60min,結(jié)果發(fā)現(xiàn)在20min時(shí)出現(xiàn)最大取代度值，因此優(yōu)選反應(yīng)時(shí)間為20min。
所述淀粉干基為馬鈴薯淀粉。目前合成丁二酸淀粉酯時(shí)所用的原淀粉多數(shù)都是玉米淀粉，大米淀粉，木薯淀粉等，利用馬鈴薯淀粉的較少，馬鈴薯淀粉較玉米淀粉和木薯淀粉而言具有獨(dú)特的性能，其支鏈淀粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)高達(dá)80%，以及其直鏈淀粉的聚合度也較高，決定了其具有高黏度、易膨脹的特性，作為食品擴(kuò)充劑、增稠劑，可大大減少淀粉的用量，并且馬鈴薯淀粉還具有顆粒大、初始糊化度低、成糊黏度高和成糊透明度高等優(yōu)點(diǎn)。因此本發(fā)明所用淀粉優(yōu)選馬鈴薯淀粉。
步驟(3)中，混合溶液用70%的乙醇溶液洗滌，然后用蒸餾水洗滌，抽濾，在70°C下干燥，粉碎，過篩即得產(chǎn)品。
在單因素實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)四因素三水平正交試驗(yàn)，因素和水平如下表所示，優(yōu)化出脂肪酶催化合成丁二酸淀粉酯的最佳工藝條件丁二酸酐添加量為4% (淀粉干基)，脂肪酶加入量為4% (淀粉干基)，反應(yīng)溫度為30°C，反應(yīng)時(shí)間為20min，取代度可達(dá)到0. 038。
權(quán)利要求
1.一種脂肪酶催化合成丁二酸淀粉酯的方法，包括淀粉前處理和酯化反應(yīng)，其特征為， 主要包括如下步驟(1)往淀粉干基中加入水，使其吸水膨脹；(2)將經(jīng)過處理的淀粉加水調(diào)成淀粉乳，加入脂肪酶和丁二酸酐，在2(T50°C下，攪拌速度為10(T200rpm時(shí)反應(yīng)l(T60min，得到混合溶液；(3)將混合溶液用乙醇溶液洗滌若干次，然后用蒸餾水洗滌若干次，抽濾、干燥、過篩即得廣品。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的脂肪酶催化合成丁二酸淀粉酯的方法，其特征在于步驟(1) 中，淀粉干基與水的質(zhì)量比為3:10，淀粉干基在40°C下吸水膨脹20min。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的脂肪酶催化合成丁二酸淀粉酯的方法，其特征在于步驟(2) 中，將經(jīng)過處理的淀粉加水調(diào)成重量分?jǐn)?shù)為30%的淀粉乳。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的脂肪酶催化合成丁二酸淀粉酯的方法，其特征在于步驟(2) 中，脂肪酶的添加量為淀粉干基質(zhì)量的廣10%，丁二酸酐的添加量為淀粉干基質(zhì)量的廣4%， 脂肪酶在使用前用2. 5%的氯化鈉溶液活化，酯化反應(yīng)溫度為30°C，反應(yīng)時(shí)間為20min。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的脂肪酶催化合成丁二酸淀粉酯的方法，其特征在于所述淀粉干基為馬鈴薯淀粉。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的脂肪酶催化合成丁二酸淀粉酯的方法，其特征在于步驟(3) 中，混合溶液用70%的乙醇溶液洗滌，然后用蒸餾水洗滌，抽濾，在70°C下干燥，粉碎，過篩艮口得廣品。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的脂肪酶催化合成丁二酸淀粉酯的方法，其特征在于步驟(2) 中，脂肪酶的添加量為淀粉干基質(zhì)量的4%，丁二酸酐的添加量為淀粉干基質(zhì)量的4%。
全文摘要
本發(fā)明屬于食品生物化工技術(shù)領(lǐng)域，特別公開了一種脂肪酶催化合成丁二酸淀粉酯的方法。本發(fā)明將淀粉溶于水配制成30%左右的淀粉乳，加入適量丁二酸酐和脂肪酶，20~50℃恒溫反應(yīng)10~60min。用乙醇和蒸餾水充分洗滌除去未反應(yīng)的丁二酸酐，經(jīng)干燥得到丁二酸淀粉酯。本發(fā)明方法具有酶法生產(chǎn)的條件溫和、綠色安全、反應(yīng)效率高、產(chǎn)品容易純化等優(yōu)點(diǎn)，與其他制備丁二酸淀粉酯的方法相比，反應(yīng)效率高、操作簡(jiǎn)單、產(chǎn)品取代度較大等優(yōu)勢(shì)。
文檔編號(hào)C12P19/04GK102492751SQ20111038582
公開日2012年6月13日 申請(qǐng)日期2011年11月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月29日
發(fā)明者崔波, 徐毅華, 曲靜然, 檀琮萍 申請(qǐng)人:山東輕工業(yè)學(xué)院