具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图和实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

淀粉是一种绿色环保的天然高分子材料，可再生，可降解，是废水处理领域中一种优良的絮凝剂，板栗淀粉就是淀粉其中的一种，板栗中淀粉的含量可达到板栗干重的40％-60％，将废弃板栗中的淀粉制成废水絮凝剂是避免废弃板栗堆积，保护环境的有限措施，但是由于板栗淀粉透明度低，絮凝能力差的缺点，以天然板栗淀粉为主要原料的絮凝剂对废水的处理能力较差，严重降低了板栗淀粉在工业生产中的应用价值。

为了提高板栗淀粉的透明度和絮凝能力，提高板栗淀粉在废水处理中的应用价值，为天然高分子絮凝剂的原料提供新的选择，实现废弃板栗的高价值回收，本申请提供一种多孔磷酸酯板栗淀粉的制备方法，该方法具体包括以下步骤：

S1：将板栗淀粉与磷酸氢二钠-柠檬酸缓冲溶液混合均匀，乳化搅拌后得到淀粉乳液，向所得淀粉乳液中缓慢加入复合淀粉酶，对板栗淀粉进行酶解，得到多孔板栗淀粉；

S2：将所得多孔板栗淀粉与磷酸盐溶液混合均匀，乳化搅拌后离心干燥至水分含量为5％-10％，酯化反应，然后洗涤去除未反应的磷酸盐，将所得产物干燥，即得多孔磷酸酯板栗淀粉。

本发明提供的多孔磷酸酯板栗淀粉的制备方法，利用淀粉酶对板栗淀粉进行酶解，淀粉酶作用于淀粉表面的不规则部分和无定形区，破坏淀粉分子颗粒内部维系空间螺旋结构的氢键，使淀粉形成表面凹陷的多孔结构；这种多孔结构一方面能让水分子更加容易进入淀粉颗粒内部，降低淀粉糊均匀水合体系的形成难度，从而提高淀粉的透光率和絮凝性能；另一方面还能使淀粉的结晶区和无定型区暴露出来，使淀粉中的羟基与磷酸基团充分接触，使淀粉分子中磷酸基团的取代度达到0.2以上，从而提高板栗淀粉的吸附阳离子的能力，使其具备突出的絮凝性能；再一方面，磷酸基团本身的亲水性对淀粉的透光率的提高有一定的促进作用，其较大的空间位阻还能削弱淀粉分子间的结合力，加大淀粉分子间的间隙，进一步提高透明度。

多孔板栗淀粉的成孔均匀性、颗粒完整性是提高磷酸酯改性板栗淀粉的取代度，改善其透明度，提高其絮凝性能的必要条件，发明人通过对淀粉溶液浓度、复合淀粉酶的成分、配比以及用量进行了研究，经研究发现，采用质量浓度为20％-25％的淀粉溶液与质量比为1:1-1.2的α-淀粉酶、糖化酶DE组成的复合淀粉酶进行反应，在总体酶用量仅为1248u-1560u/(g板栗淀粉)的状态下，就能达到最优的酶解效果：反应用时更短，成孔率和成孔质量更高，淀粉颗粒也更为完整。

酶解反应结束后的后处理过程也对多孔淀粉颗粒的结构进行保护，避免对其进行破坏，对后续的酯化改性造成影响，因此采用无水乙醇对酶解反应接受后的复合淀粉酶进行灭活。

磷酸基团对多孔板栗淀粉改性的原料和配比是保证多孔磷酸酯板栗淀粉的取代度、透明度和絮凝性能的前提条件，经发明人探究，提供磷酸基团的溶液采用质量浓度45％-55％正磷酸盐溶液，酯化反应过程中用氢氧化钠溶液或磷酸溶液调解反应液pH为5.6-6.0，改性前有效的磷酸基团与多孔板栗淀粉的质量之比为1.8-2：1。

磷酸基团对多孔板栗淀粉改性的过程控制是决定多孔磷酸酯板栗淀粉取代度、透明度和絮凝性能的关键因素，经发明人研究，磷酸基团对多孔板栗淀粉的改性过程在140℃-150℃的常压环境中为宜，反应时间为140-150min，反应更平稳，效率更高，产物的取代度也更高。

进一步地，为保证多孔磷酸酯板栗淀粉的纯度，反应结束后采用50％乙醇溶液将未反应的磷酸盐洗涤除去，所得产物冷冻干燥14h即得该多孔磷酸酯板栗淀粉。

下面分为多个实施例对本发明进行进一步的说明，以下实施例中所用的板栗淀粉原料的含水量在5％-10％之间，粒度≤100目。

实施例1

本实施例提供一种多孔磷酸酯板栗淀粉，该多孔磷酸酯板栗淀粉的制备方法为：

S1：将板栗淀粉与pH＝5.6的磷酸氢二钠-柠檬酸缓冲溶液混合均匀，在55℃下磁力搅拌30min后，制得淀粉含量为20％的淀粉乳液，向淀粉乳液中缓慢加入由α-淀粉酶和糖化酶DE以1:1的质量比组成的复合淀粉酶对淀粉进行酶解，复合淀粉酶的用量为1248u/(g板栗淀粉)，在60℃下酶解反应9h，反应结束后向反应液中加入相当于淀粉乳液体积3倍的95％乙醇溶液灭酶，离心、洗涤、干燥至淀粉干基含水量为3％-5％，得到多孔板栗淀粉；

S2：取质量比为0.9：1的NaH₂PO₄·2H₂O和Na₂HPO₄·12H₂O，加水后在超声波的条件下加热溶解制成质量分数为50％的磷酸盐溶液，将S1中所得多孔板栗淀粉与磷酸盐溶液混合均匀(多孔板栗淀粉与磷酸盐溶液中磷酸根的质量比为1:2)，制得淀粉乳浓度为20％的改性溶液，在50℃的条件下磁力搅拌40min，混合均匀后离心处理冷冻干燥至多孔淀粉水分含量为5％后，在150℃的烘箱中酯化反应150min，反应过程中用磷酸和氢氧化钠调节反应溶液pH为5.6-6.0，反应结束后用相当于多孔板栗淀粉体积的3倍的50％的乙醇溶液洗涤，去除未反应的磷酸盐，离心并冷冻干燥14h后即得该多孔磷酸酯板栗淀粉。

实施例2

本实施例提供一种多孔磷酸酯板栗淀粉，该多孔磷酸酯板栗淀粉的制备方法为：

S1：将板栗淀粉与pH＝5.3的磷酸氢二钠-柠檬酸缓冲溶液混合均匀，在57℃下磁力搅拌35min后，制得淀粉含量为23％的淀粉乳液，向淀粉乳液中缓慢加入由α-淀粉酶和糖化酶DE以1:1.1的质量比组成的复合淀粉酶对淀粉进行酶解，复合淀粉酶的用量为1400u/(g板栗淀粉)，在58℃下酶解反应7.5h，反应结束后向反应液中加入相当于淀粉乳液体积3倍的95％乙醇溶液灭酶，离心、洗涤、干燥至淀粉干基含水量为3％-5％后，得到多孔板栗淀粉；

S2：取质量比为0.9：1的NaH₂PO₄·2H₂O和Na₂HPO₄·12H₂O，加水后在超声波的条件下加热溶解制成质量分数为45％的磷酸盐溶液，将S1中所得多孔板栗淀粉与磷酸盐溶液混合均匀(多孔板栗淀粉与磷酸盐溶液中磷酸根的质量比为1:1.8)，制得淀粉乳浓度为20％的改性溶液，在55℃的条件下磁力搅拌40min，混合均匀后离心处理冷冻干燥至多孔淀粉水分含量为5％后，在150℃的烘箱中酯化反应150min，反应过程用磷酸和氢氧化钠调节反应溶液pH为5.6-6.0，反应结束后用相当于多孔板栗淀粉体积3倍的50％的乙醇溶液洗涤，去除未反应的磷酸盐，离心并冷冻干燥14h后即得该多孔磷酸酯板栗淀粉。

实施例3

本实施例提供一种多孔磷酸酯板栗淀粉，该多孔磷酸酯板栗淀粉的制备方法为：

S1：将板栗淀粉与pH＝5.5的磷酸氢二钠-柠檬酸缓冲溶液混合均匀，在60℃下磁力搅拌30min后，制得淀粉含量为25％的淀粉乳液，向淀粉乳液中缓慢加入由α-淀粉酶和糖化酶DE以1:1.1的质量比组成的复合淀粉酶对淀粉进行酶解，复合淀粉酶的用量为1390u/(g板栗淀粉)，在55℃下酶解反应9h，反应结束后向反应液中加入相当于淀粉乳液体积3倍的95％乙醇溶液灭酶，离心、洗涤、干燥至淀粉干基含水量为3％-5％，得到多孔板栗淀粉；

S2：取质量比为0.9：1的NaH₂PO₄·2H₂O和Na₂HPO₄·12H₂O，加水后在超声波的条件下加热溶解制成质量分数为45％的磷酸盐溶液，将S1中所得多孔板栗淀粉与磷酸盐溶液混合均匀(多孔板栗淀粉与磷酸盐溶液中磷酸根的质量比为1:2)，制得淀粉乳浓度为20％的改性溶液，在53℃的条件下磁力搅拌45min，混合均匀后离心处理冷冻干燥至多孔淀粉水分含量为5％后，在148℃的烘箱中酯化反应150min，酯化反应过程中用磷酸和氢氧化钠调节反应溶液pH至5.6-6.0，反应结束后用相当于多孔板栗淀粉体积3倍的50％的乙醇溶液洗涤，去除未反应的磷酸盐，离心并冷冻干燥15h后即得该多孔磷酸酯板栗淀粉。

为了更好的说明本发明实施例提供的多孔磷酸酯板栗淀粉的制备方法所制得的多孔磷酸酯板栗淀粉的特性，对实施例1制备的多孔磷酸酯板栗淀粉与原板栗淀粉进行红外光谱分析，对原板栗淀粉、多孔板栗淀粉和多孔磷酸酯板栗淀粉进行X-射线衍射分析和扫描电子显微镜分析。

红外光谱分析结果如图1所示，与原板栗淀粉的红外光谱曲线相比，多孔磷酸酯板栗淀粉的红外光谱曲线在859.44cm^-1附近出现新的衍射吸收峰，该峰为P-O-C对称伸缩；在3413cm^-1处OH^-的吸收峰减弱，说明淀粉中的羟基与磷酸基团发生反应，使得羟基数量减少。

X-射线衍射分析结果如图2所示，与原板栗淀粉的X-射线衍射曲线相比，多孔板栗淀粉的X-射线衍射曲线在15.4°处的衍射峰消失，17.04°处的衍射峰变弱，说明复合淀粉酶的酶解反应破坏了部分结晶区，在22.90°处衍射峰变宽，结晶区所占比例有所增加，说明酶解反应破坏了无定型区，对结晶区的破坏程度有限；与多孔板栗淀粉的X-射线衍射曲线相比，磷酸酯多孔板栗淀粉的X-射线衍射曲线在23°的衍射峰变小，且在31.28°、31.48°、32.86°出现新的衍射峰，说明由于磷酸基团的作用出现了新的结晶区。由X-射线衍射分析结果可见，淀粉原本的晶型已经被破坏掉，并由于多孔结构增加了磷酸盐反应的面积，孔结构使得结晶区与无定形区均暴露出来，原淀粉中的羟基被磷酸基取代，破坏了淀粉氢键的结构，且该基团的空间位阻较大，大大削弱了淀粉分子间氢键的作用力，破坏了淀粉稳定双螺旋结构，形成了无定形区。

扫描电子显微镜分析结果如图3-5所示，其中图3为原板栗淀粉的扫描电子显微镜分析结果，图4为多孔板栗淀粉的扫描电子显微镜分析结果，图5为多孔磷酸酯板栗淀粉的扫描电子显微镜分析结果。对比图3-5可以知晓，原板栗淀粉表面光滑、无棱角，无裂痕；形状复杂多样，多为椭圆形、三角形、梨形；酶解处理后所得的多孔板栗淀粉表面出现凹陷，并有明显的孔洞出现，相对于原板栗淀粉比表面积显著增加；多孔磷酸酯板栗淀粉的淀粉颗粒有黏连现象，颗粒表面出现凹陷、破损和断裂，这是因为淀粉颗粒具有独特的层状结构，其内层主要是结构相对松散的非结晶区，外层为结构紧致的结晶区。在酯化过程中，淀粉层状结构的层间质点结合力变弱，非结晶区遭到破坏，产生晶格缺陷，导致结晶度有所降低。同时，淀粉粒表层也受到一定的腐烛作用，使得淀粉颗粒发生黏连，不成独立颗粒，从侧面也进一步地证明淀粉分子上引入了磷酸基团。

为了更好的说明本发明的技术方案，下面还通过对比例和本发明的实施例做进一步的对比。

对比例1

本对比例提供一种多孔磷酸酯玉米淀粉，该多孔磷酸酯玉米淀粉的制备方法与实施例3相比，除所用板栗淀粉用等量的玉米淀粉替代外，其余的制备方法和工艺参数与实施例3保持一致。

对比例2

本对比例提供一种多孔磷酸酯板栗淀粉，该多孔板栗淀粉的制备方法与实施例3相比，除S1中的反应参数具体为:

将板栗淀粉与pH＝5.5的磷酸氢二钠-柠檬酸缓冲溶液混合均匀，在60℃下磁力搅拌30min后，制得淀粉含量为25％的淀粉乳液，向淀粉乳液中缓慢加入由α-淀粉酶和糖化酶DE以1:1的质量比组成的复合淀粉酶对淀粉进行酶解，复合淀粉酶的用量为800u/(g板栗淀粉)，在55℃下酶解反应6h，反应结束后向反应液中加入相当于淀粉乳液体积3倍的95％乙醇溶液灭酶，离心、洗涤、干燥至淀粉干基含水量为3％-5％，得到多孔板栗淀粉。其余制备方法和工艺参数与实施例3保持一致。

对比例3

本对比例提供一种多孔磷酸酯板栗淀粉，该多孔板栗淀粉的制备方法与实施例3相比，除S2中的反应参数具体为：取质量比为0.9：1的NaH₂PO₄·2H₂O和Na₂HPO₄·12H₂O，加水溶解成质量分数为45％的磷酸盐溶液，将S1中所得多孔板栗淀粉与磷酸盐溶液混合均匀(多孔板栗淀粉与磷酸盐溶液中磷酸根的质量比为1:2.5)，制得淀粉乳浓度为20％的改性溶液，在53℃的条件下磁力搅拌45min，混合均匀后离心处理冷冻干燥至多孔淀粉水分含量为5％后，在155℃的烘箱中酯化反应150min，反应过程中利用磷酸和氢氧化钠溶液调节磷酸盐溶液pH至5.6，反应结束后用相当于多孔板栗淀粉体积3倍的50％的乙醇溶液洗涤，去除未反应的磷酸盐，离心并冷冻干燥14h后即得该多孔磷酸酯板栗淀粉。其余制备方法和工艺参数与实施例3保持一致。

对比例4

本对比例提供一种磷酸酯板栗淀粉，该磷酸酯板栗淀粉的制备方法与实施例3相比不包含步骤S1，即直接采用常规板栗淀粉用于与磷酸盐溶液的酯化反应，其余制备方法和工艺参数与实施例3保持一致。

检测例

分别取实施例3、对比例1-4中所得的多孔磷酸酯淀粉，依次进行标号为样品1、样品2、样品3、样品4和样品5，采用以下方案分别对5种样品的各项性能进行检验：

一、取代度的测定

(1)磷标准曲线的绘制：精确称取0.5g无水磷酸二氢钾，溶于水并准确稀释至100mL后取该溶液10mL，用蒸馏水准确稀释至100mL后取10ml，用蒸馏水准确稀释至100mL，再取其中10ml，蒸馏水准确稀释至100mL，制成磷含量为10μg/ml的标准磷溶液。

精确吸取0，2，3，4，5，6mL上述标准磷溶液，分别放入50ml容量瓶中，依次加入10mL26％的硫酸溶液，5mL 2％钼酸铵溶液和2mL 5％的抗坏血酸溶液，混匀，沸水浴加热10min，迅速冷却定容，在825nm处测定吸光度，利用所得数据绘制出磷含量的标准曲线，如图6所示，磷含量的标准曲线线性方程为：y＝0.00922x-0.124,R²＝0.9993

(2)样品中总磷的测定：准确称取1.0g样品放入50ml凯氏瓶中，加入15mlH₂SO₄-HNO₃混合液，消化到液体澄清，加入10ml水稀释，冷却后转移至100ml容量瓶中定容，精确量取1ml放入50ml容量瓶中，加水10ml混匀后依次加入10mL 26％的硫酸溶液，5mL 2％钼酸铵溶液，2mL 5％的抗坏血酸溶液，混匀，沸水浴加热10min，迅速冷却定容，在825nm处测定吸光度，将所得吸光度值代入磷含量的标准曲线方程，计算得出样品中总磷的含量。

(3)样品中游离磷的测定，准确称取2.0g样品放入50ml烧杯中，用1mol/l的稀盐酸溶解试样并用蒸馏水将试样全部洗进250ml的容量瓶中，充分摇匀后定容，过滤，取10ml滤液至50ml容量瓶中，发生显色反应，测定吸光度，根据吸光度测定值与磷含量的标准曲线计算出样品中的游离磷含量。

(4)利用取代度公式计算各样品的取代度，其中：结合磷＝总磷-游离磷

式中P-游离磷的质量分数；DS-样品取代度，各样品的取代度如表1所示：

二、透明度的测定

将样品配成质量分数为1％的淀粉乳液，在沸水浴中加热搅拌35min，保持原有体积得到对应的淀粉糊液，冷却至室温后用1cm的比色皿在620nm波长下测定淀粉糊液的透光率，以蒸馏水作为空白对照实验物，各样品的透光率如表1所示：

三、絮凝性能测试

取实验室自制的50mg/L的硝酸铅溶液，用1mol/l的浓硝酸调节pH至5，取100ml pH＝5的硝酸铅溶液，加入0.04g样品，在25℃的条件下搅拌1h，利用铅离子的浓度变化计算样品对铅离子的吸附量，结果如表1所示。其中吸附量的计算方法为：

吸附量q(mg/g)计算：

式中，C₀为铅离子溶液的初始浓度(mg/L)；C为吸附1h后铅离子溶液的浓度(mg/L)；V为溶液体积(L)；W为样品质量(g)。

表1

根据表1中的数据可以知晓：本发明实施例提供的多孔磷酸酯板栗淀粉的取代度＞0.2，并且板栗淀粉经多孔酯化改性后，透光率均比原淀粉高，并且采用本方法制得的多孔磷酸酯板栗淀粉的透光率比多孔玉米淀粉的透光率高，对重金属离子的吸附能力也更强，且对环境无污染，可以作为天然高分子絮凝剂对工业废水进行处理。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。