一种基于磁响应型淀粉基Pickering乳液体系制备植物甾醇酯的方法技术

本发明专利技术公开了一种基于磁响应型淀粉基Pickering乳液体系制备植物甾醇酯的方法，属于食品工程技术领域。本发明专利技术利用硅烷偶联剂对磁性淀粉进行表面疏水改性，制备具有界面活性的磁性淀粉基颗粒，构筑了磁响应型淀粉颗粒/水/脂肪酶/有机溶剂的Pickering乳液反应体系；而后将植物甾醇、脂肪酸加入到上述反应体系中；反应结束后通过控制磁场开关实现快速破乳，经分离纯化得到植物甾醇酯。本发明专利技术利用磁调控Pickering乳液相行为的特性，将其作为微反应器用于植物甾醇酯合成反应，可达到90％以上的反应转化率；且循环反应20个周期后，转化率仍然保持在85％以上，实现了植物甾醇酯的高效合成以及催化体系的多次循环使用。效合成以及催化体系的多次循环使用。效合成以及催化体系的多次循环使用。

【技术实现步骤摘要】
一种基于磁响应型淀粉基Pickering乳液体系制备植物甾醇酯的方法


[0001]本专利技术涉及到一种基于磁响应型淀粉基Pickering乳液体系制备植物甾醇酯的方法，属于食品工程


技术介绍

[0002]植物甾醇酯一般由植物甾醇与脂肪酸通过酯化反应或转酯化反应制得。由于可以用于制造植物甾醇酯的甾醇和脂肪酸种类都较多，因此可以得到多种不同理化性质的植物甾醇酯，如β
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谷甾醇酯，豆甾醇酯，菜油甾醇酯等。甾醇酯能够在人体内转化成甾醇和脂肪酸，所以其生理功能包括植物甾醇和脂肪酸两部分所具有的生理功能，具有与游离植物甾醇同等的降低血浆总胆固醇和低密度脂蛋白胆固醇的效果，在某些方面甚至效果更好。
[0003]生物酶法具有高选择性、副产物少、对环境危害小等特点，是常见的植物甾醇酯的生产方法。目前，生物酶法大多采用单相体系用来合成植物甾醇酯，但是由于底物植物甾醇和脂肪酸与催化剂生物酶的不互溶性，大大限制了体系的反应效率。Pickering乳液作为一种水
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有机两相反应体系，将催化剂溶于水相中，有机底物分子溶于有机相，引入颗粒乳化剂吸附在乳滴界面形成稳定的乳液体系，为催化反应提供巨大的反应界面，有效提高了反应产率，因而被广泛应用于生物催化领域。但Pickering乳液的超常稳定性也使其破乳难度较大，往往需要消耗较大能量才能使水
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有机两相分离，实现体系中产物、催化剂的回收，因此针对外部刺激可发生乳化/破乳的响应性Pickering乳液在实际生产中具有可持续性、高效以及可多次循环等优势。
[0004]此外，作为Pickering乳液颗粒乳化剂，人们逐渐关注到人工合成无机粒子复杂的制备工艺、昂贵的价格以及带来的环境残留问题。文献(YANG T,ZHANG Y F,HUANG F H,et al.Magnetic switchable Pickering interfacial biocatalysis:One
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pot cascade synthesis of phytosterol esters from high
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acid value oil[J].ACS sustainable chemistry&engineering,2021,9(36):12070
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12078.)中公开了采用功能化的中空介孔碳纳米球作为颗粒乳化剂稳定Pickering乳液体系制备植物甾醇酯，获得了较高的反应效率；但是该无机材料制备条件苛刻，价格也较为昂贵。
[0005]综上，目前酶法制备植物甾醇酯存在不稳定、反应效率低以及催化剂回收困难、成本高、不够环保等问题。

技术实现思路

[0006]为了解决上述至少一个问题，本专利技术开发了基于磁响应型淀粉基Pickering乳液体系制备植物甾醇酯的方法，具备高稳定性、高转化率以及可多次循环的特点，克服了酶稳定性差、催化效率低、催化剂回收困难等问题。本专利技术的方法，可有效避免有机溶剂和极性底物导致的酶变性及失活，底物与催化剂的接触面积大，反应结束后无需催化剂过滤回收步骤即可实现反应的快速循环，进而满足高效、稳定、绿色合成植物甾醇酯类化合物的需
求。此外，以硅烷修饰磁性纳米淀粉颗粒作为乳化剂，价格便宜且更加绿色安全，同时赋予乳液反应体系磁响应性、利于循环利用。
[0007]本专利技术的第一个目的是提供一种基于磁响应型淀粉基Pickering乳液体系制备植物甾醇酯的方法，所述方法是采用硅烷偶联剂和磁性颗粒对纳米淀粉进行双重改性，制备具有界面活性和磁响应性的淀粉基纳米颗粒，使其能够吸附于有机
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水界面形成稳定的Pickering乳液；而后将反应底物植物甾醇和脂肪酸加入到上述Pickering乳液反应体系中制备植物甾醇酯；最终利用外加磁场实现体系的快速破乳使有机
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水两相分离，有机相经纯化得到产物脂肪酸植物甾醇酯。该反应体系生产植物甾醇酯兼具高酶稳定性、高催化效率以及高循环利用率，可达到90％以上的反应转化率，循环反应20个周期后，转化率仍然保持在85％以上。
[0008]在本专利技术的一种实施方式中，所述方法包括以下步骤：
[0009](1)磁性淀粉基颗粒乳化剂的制备：取一定质量纳米淀粉加水调制得到淀粉乳浓度为5％～8％(w/w，淀粉干基占淀粉乳总质量)，调节淀粉乳pH为10.5～11.5，置于60～70℃中搅拌；加入10％～20％(w/w，占淀粉乳总质量)Fe3O4磁性粉体，搅拌；而后将溶液分散介质转换为无水乙醇，使纳米淀粉浓度为5％～8％(w/w，占乙醇溶液质量比)，加入1％～3％(w/w，占乙醇溶液质量比)的甲氧基硅烷，搅拌、离心取下层沉淀，热风干燥后于氮气氛围下干燥，制得具备界面活性的磁响应型淀粉颗粒；
[0010](2)磁响应型淀粉基Pickering乳液催化体系的构建：将步骤(1)得到的磁响应型界面活性淀粉颗粒分散于有机溶剂中作为油相，与脂肪酶溶液搅拌混合后经高速剪切机于6000～10000r/min剪切120～180s制得Pickering乳液；其中油相中界面活性淀粉颗粒添加量为10～40mg/mL有机溶剂，脂肪酶添加量为10～30U/g植物甾醇，脂肪酶所用溶剂为pH7.0～7.4的磷酸盐缓冲液，油相体积分数占总体积的40％～70％(v/v)；
[0011](3)植物甾醇酯的制备：将一定量的植物甾醇和脂肪酸加入到步骤(2)所构建的Pickering乳液体系中，植物甾醇与脂肪酸的摩尔比为1:1～1:5，在40～60℃进行酯化反应，振荡速率为50～200r/min；
[0012](4)分离纯化：反应结束后，通过外加磁场快速破乳，取上层有机相利用硅胶柱层析分离植物甾醇酯产品，最后将收集到的产物合并经旋转蒸发得到植物甾醇酯。
[0013]在本专利技术的一种实施方式中，步骤(1)中所述纳米淀粉指以天然淀粉为原料，粒径小于300nm的有机高分子材料。
[0014]在本专利技术的一种实施方式中，步骤(1)中所述纳米淀粉的制备方法包括以下步骤：将淀粉原料用磷酸氢二钠
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柠檬酸缓冲液(pH为4.8～5.2)配成浓度为10％(w/w，淀粉干基占淀粉乳总质量)的淀粉乳，将其在沸水浴中加热糊化，冷却后加入普鲁兰酶在58℃下酶解8h，酶解结束后进行加热灭酶、离心，取上清液进行重结晶，经洗涤和干燥得到纳米淀粉。
[0015]在本专利技术的一种实施方式中，步骤(1)中所述纳米淀粉的制备方法中所述的淀粉种类可包括玉米淀粉、大米淀粉、木薯淀粉、马铃薯淀粉、藜麦淀粉和小麦淀粉中的任意一种；普鲁兰酶是以25～35U/g干淀粉的酶活添加；重结晶温度和时间分别为4℃和6～10h。
[0016]在本专利技术的一种实施方式中，步骤(1)中所述甲氧基硅烷可包括十二烷基三甲氧基硅烷、十六烷基三甲氧基硅烷、十八烷基三甲氧基硅烷中的至少一种；所述有机溶剂为甲苯、庚烷、己烷、辛烷或乙酸乙酯中的一种。
[0017本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于磁响应型淀粉基Pickering乳液体系制备植物甾醇酯的方法，其特征在于，所述方法是采用硅烷偶联剂和磁性颗粒对纳米淀粉进行双重改性，制备具有界面活性和磁响应性的淀粉基纳米颗粒，使其能够吸附于油水界面形成稳定的Pickering乳液；而后将反应底物植物甾醇和脂肪酸加入到上述Pickering乳液反应体系中制备植物甾醇酯；最终利用外加磁场实现体系的快速破乳使有机
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水两相分离，有机相经纯化得到产物脂肪酸植物甾醇酯。2.一种基于磁响应型淀粉基Pickering乳液体系制备植物甾醇酯的方法，其特征在于，(1)磁性淀粉基颗粒乳化剂的制备：取一定质量纳米淀粉加水调制得到淀粉乳浓度为5％～8％(w/w，淀粉干基占淀粉乳总质量)，调节淀粉乳pH为10.5～11.5，置于60～70℃中搅拌；加入10％～20％(w/w，占淀粉乳总质量)Fe3O4磁性粉体，搅拌；而后将溶液分散介质转换为无水乙醇，使纳米淀粉浓度为5％～8％(w/w，占乙醇溶液质量比)，加入1％～3％(w/w，占乙醇溶液质量比)的甲氧基硅烷，搅拌、离心取下层沉淀，热风干燥后于氮气氛围下干燥，制得具备界面活性的磁响应型淀粉颗粒；(2)磁响应型淀粉基Pickering乳液催化体系的构建：将步骤(1)得到的磁响应型界面活性淀粉颗粒分散于有机溶剂中作为油相，与脂肪酶溶液搅拌混合后经高速剪切机于6000～10000r/min剪切120～180s制得Pickering乳液；其中油相中界面活性淀粉颗粒添加量为10～40mg/mL有机溶剂，脂肪酶添加量为10～30U/g植物甾醇，脂肪酶所用溶剂为pH7.0～7.4的磷酸盐缓冲液，油相体积分数占总体积的40％～70％(v/v)；(3)植物甾醇酯的制备：将一定量的植物甾醇和脂肪酸加入到步骤(2)所构建的Pickering乳液体系中，植物甾醇...

【专利技术属性】
技术研发人员：田耀旗，刘畅，詹锦玲，麻荣荣，王凡，
申请(专利权)人：江南大学，
类型：发明
国别省市：