一种利用交变电场制备多孔淀粉的方法技术

本发明专利技术公开了一种利用电场高效制备多孔淀粉的方法，该方法以淀粉基材料为原料，以淀粉酶为催化剂，以磷酸盐缓冲液为反应介质，磁力搅拌混合均匀后，在交变电场下处理10‑120min得所述的多孔淀粉。本发明专利技术利用交变电场诱导电流通过淀粉‑酶混合液产热，与传统水浴加热相比，具有加热速率快、加热均匀等优点，可节约40％‑80％的能源。

A method of preparing porous starch by alternating electric field

【技术实现步骤摘要】
一种利用交变电场制备多孔淀粉的方法
本专利技术属于淀粉加工
，涉及一种利用交变电场高效制备多孔淀粉的方法。
技术介绍
多孔淀粉是一种新型变性淀粉，大多通过生物法制备得到，即利用淀粉酶在低于淀粉糊化温度时水解淀粉表面产生小孔。与原淀粉相比，多孔淀粉具有更大的孔隙率、比表面积和较好的吸附性能，已广泛应用于食品、环保、农业、医疗、造纸、化妆品等行业。但是，淀粉致密的半结晶结构限制了其与酶试剂之间的相互作用，传统的酶法制备多孔淀粉通常需要加大酶量或延长反应时间以提高产率。交变电场处理可产生电流通过样品，直接将电能转化成热能，具有加热速度快、加热均匀和能量利用率高等优点。与传统电饭锅蒸煮米饭相比，欧姆加热可节约70％的能量。此外，交变电场可诱导带电的酶分子发生极化，改变酶活。目前已证明中强电场可提高纤维素酶、α-淀粉酶等的活性。因此，交变电场在多糖改性尤其是酶法转变中有着重要的作用。目前，利用电场酶法改性淀粉的研究少之又少。仅有CN107501600A公开了一种脉冲电场改性多孔淀粉的制备方法，该专利首先利用淀粉酶酶解淀粉制备多孔淀粉，然后再利用脉冲电场强化多孔淀粉的性能。淀粉酶酶解淀粉能得到孔结构好、吸附性能优良的多孔产品，进一步利用脉冲电场的高电压强化处理制得的酶解淀粉，可增加其多孔孔径，得到高吸附性、高透明度、高冻融稳定性和高机械性能的多孔淀粉。但是该专利公布的方法中第一步的酶解法依然存在成本高、耗时长的缺陷，脉冲电场仅仅作为一种后处理技术。因此，本专利直接对淀粉—酶混合液施加交变电场，利用电场产生的焦耳热效应和对酶的极化作用强化淀粉的酶解过程，采用电场和酶解同步处理淀粉，减少了酶用量和作用时间，也改变了物理法仅能作为预处理或后处理的现状。
技术实现思路
针对现有生物法制备多孔淀粉存在的时间长、酶量大等缺陷，本专利技术申请人提供了一种高效制备多孔淀粉的方法。本专利技术利用交变电场诱导电流通过淀粉-酶混合液产生焦耳热效应，快速、均匀产热；同时通过交变电场诱导酶分子构象发生变化，增强酶活。从而，一方面利用交变电场处理替代传统水浴加热，从内部产热，节约能源；另一方面减少了生物法的酶用量与作用时间，降低了生产成本，且该法工艺简单、易实现。本专利技术的技术方案如下：一种利用交变电场制备多孔淀粉的方法，以淀粉基材料为原料，以淀粉酶为催化剂，以磷酸盐缓冲液为反应介质，在磁力搅拌作用下混合均匀后，在交变电场下处理10-120min得所述的多孔淀粉。本专利技术所述的方法优选，以磷酸钾或磷酸钠缓冲液中的一种为反应介质，每80mL缓冲液加4.0-16.0g过0.3mm筛的淀粉基材料以及淀粉干基重0.5％-5％的淀粉酶，磁力搅拌混合均匀后，在电场强度1-20V/cm，频率1-400Hz条件下处理10-120min，调整pH为10.0灭酶后过夜，调整pH7.0-8.0，用超纯水洗涤后离心，沉淀物冻干即为所述的多孔淀粉。上述具体步骤中所采用的淀粉基材料可以是玉米淀粉、大米淀粉、马铃薯淀粉、木薯淀粉等纯淀粉，也可以是主要成分为淀粉的农副产品如碎米、马铃薯废料等。上述具体步骤中所使用的淀粉酶为中温α-淀粉酶、耐高温α-淀粉酶、β-淀粉酶、糖化酶中的一种或多种，酶的添加量为淀粉干基重的0.5％-5％。上述具体步骤中酶法降解在缓冲液中进行，缓冲液的pH为酶的最适pH，电导率优选2.8-25.8mS/cm，进一步优选12-25.8mS/cm。上述具体步骤中电场强度优选5-20V/cm，处理淀粉-酶混合液时间优选20-30min，温度不超过75℃，与传统水浴加热相比，节约40％-80％的能源。上述具体步骤中电场频率优选1-60Hz，进一步优选50Hz。上述具体步骤中反应温度优选45～60℃。按照上述方法制备的多孔淀粉。与传统水浴加热相比，上述具体步骤中多孔淀粉的吸水吸油率提高1-2倍。本专利技术的有益效果：本专利技术方法原理基于电场诱导电流通过淀粉-酶混合液，从内部快速、均匀产热，与传统水浴加热相比可降低能耗；同时，电场中带电大分子物质如酶发生极化，分子构象改变，活性得到增强，因此，采用交变电场强化淀粉酶降解淀粉基材料，获得具有良好吸水吸油能力的多孔淀粉。本专利技术利用交变电场诱导电流通过淀粉-酶混合液产热，与传统水浴加热相比，具有加热速率快、加热均匀等优点，可节约40％-80％的能源。本专利技术考虑交变电场处理过程中的中强电场对酶构象的影响，通过调节电场强度和频率，使得处理过程中酶活性中心外露，活性增强，从而提高淀粉酶降解淀粉基材料制备多孔淀粉的速率，降低酶的使用量。与现有技术相比，本专利技术将物理法和生物法相结合，其生产步骤简单，具有反应条件温和、无毒无害、反应速率快和产物效益好等有益效果。所得多孔淀粉的平均孔径范围和整体尺寸可控、吸水吸油能力良好、生物可降解性好。本专利技术避免了传统水浴加热不均匀的问题，降低了能耗，减少了生物法的酶用量和作用时间，也改变了物理法仅能作为预处理或后处理的现状，在微胶囊化、吸附、污水处理以及其他食品、医药、化工、环境与材料领域应用前景广泛。附图说明图1实施例1耐高温α-淀粉酶在交变电场和传统水浴加热处理条件下(50℃)酶解碎米粉后酶解液中的还原糖含量和淀粉的形貌结构图2电场示意图，其中，铂电极的长度和宽度均为1.50cm，两个电极之间的距离为2.00cm。具体实施方式为了更好地支持本专利技术，下面结合实施例对本专利技术做进一步描述，但本专利技术的实施方式不限于此。以下实施例所使用淀粉基废弃物来自食品加工厂，所使用纯淀粉、化学试剂和淀粉酶均为市售通用产品，其中中温α-淀粉酶、耐高温α-淀粉酶、β-淀粉酶、糖化酶可购自上海源叶生物有限公司和阿拉丁试剂有限公司等；加工处理所使用的电场设备如图2所示，由磁力搅拌器、金属电极、反应容器和变频电源组成。实施例1以过0.3mm筛的碎米粉为原料，以pH6.0、电导率25.8mS/cm的磷酸钾缓冲液为反应介质，以耐高温α-淀粉酶为催化剂，80mL缓冲液、8.0g过碎米粉以及淀粉干基重1％的耐高温α-淀粉酶(酶活20000U/mL)在磁力搅拌作用下混合均匀后，在电场强度5V/cm，频率60Hz，温度50℃条件下处理120min，调整pH为10.0灭酶后过夜，调整pH为中性，用超纯水洗涤后离心，冻干即得到不同孔状结构的多孔淀粉。实施例2以过0.3mm筛的工业生产薯片废弃的马铃薯皮和残渣为原料，以pH6.0、电导率12.1mS/cm的磷酸钾缓冲液为反应介质，以中温α-淀粉酶(50U/mg)为催化剂，80mL缓冲液、16.0g马铃薯废弃物以及淀粉干基重1％的中温α-淀粉酶在磁力搅拌作用下混合均匀后，在电场强度10V/cm，频率50Hz,温度45℃条件下处理30min后，调整pH为10.0灭酶后过夜，调整pH7.0-8.0，用超纯水洗涤后离心，冻干即得到不同孔状结构的多孔淀粉。实施例3以过0.3mm本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种利用交变电场高效制备多孔淀粉的方法，其特征在于：以淀粉基材料为原料，以淀粉酶为催化剂，以磷酸盐缓冲液为反应介质，磁力搅拌混合均匀后，在交变电场下处理10-120min得所述的多孔淀粉。/n

【技术特征摘要】
1.一种利用交变电场高效制备多孔淀粉的方法，其特征在于：以淀粉基材料为原料，以淀粉酶为催化剂，以磷酸盐缓冲液为反应介质，磁力搅拌混合均匀后，在交变电场下处理10-120min得所述的多孔淀粉。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：以磷酸钠或磷酸钾缓冲液中的一种为反应介质，每80mL缓冲液加4.0-16.0g过0.3mm筛的淀粉基材料以及淀粉干基重0.5％-5％的淀粉酶，磁力搅拌混合均匀后，在电场强度1-20V/cm，频率1-400Hz条件下处理10-120min，调整pH为10.0灭酶后过夜，调整pH7.0-8.0，用超纯水洗涤后离心，沉淀物冻干即得所述的多孔淀粉。


3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所采用的淀粉基材料选自纯淀粉或主要成分为淀粉的农副产品。


4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：所述的纯淀粉选自玉米淀粉、大米淀粉、马铃薯淀粉、木薯淀粉，所述的主要成...

【专利技术属性】
技术研发人员：李丹丹，蒋黎明，韩永斌，陶阳，侯佳曼，邓笳，李玟珊，杨哪，徐学明，
申请(专利权)人：南京农业大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32