一种酶法制备磷酸酯淀粉的方法
阅读说明：本技术 一种酶法制备磷酸酯淀粉的方法 (Method for preparing phosphate starch by enzyme method ) 是由 洪雁 吴梦晗 姜成辰 顾正彪 程力 李兆丰 李才明 班宵逢 于 2021-01-18 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种酶法制备磷酸酯淀粉的方法,属于农产品深加工以及变性淀粉制备方法领域。本发明所述的方法,包括如下步骤：(1)将淀粉和磷酸盐缓冲液混合均匀,得到淀粉乳；(2)将磷酸酶加入磷酸盐缓冲液中溶解,并加入催化离子,混合均匀、活化得到酶液；(3)将酶液分次加入淀粉乳中进行反应；(4)反应结束之后调节体系为中性,之后洗涤、离心、干燥、粉碎,得到磷酸酯淀粉；其中,步骤(1)中淀粉与步骤(2)中酶的质量比为30～300：1；步骤(1)所述淀粉乳的固形物浓度为20％～60％。本发明的方法反应温度低于40℃,反应时间小于5h,反应效率高,而且制备的磷酸酯淀粉可以高达0.806。(The invention discloses a method for preparing phosphate starch by an enzymatic method, belonging to the field of deep processing of agricultural products and preparation methods of modified starch. The method comprises the following steps: (1) uniformly mixing starch and phosphate buffer solution to obtain starch milk; (2) adding phosphatase into phosphate buffer solution for dissolving, adding catalytic ions, uniformly mixing, and activating to obtain enzyme solution; (3) adding the enzyme solution into the starch milk for reaction; (4) after the reaction is finished, adjusting the system to be neutral, and then washing, centrifuging, drying and crushing to obtain phosphate starch; wherein the mass ratio of the starch in the step (1) to the enzyme in the step (2) is 30-300: 1; the solid concentration of the starch milk in the step (1) is 20-60%. The reaction temperature of the method is lower than 40 ℃, the reaction time is less than 5h, the reaction efficiency is high, and the prepared phosphate starch can reach 0.806.)
技术领域
本发明涉及一种酶法制备磷酸酯淀粉的方法，属于农产品深加工以及变性淀粉制备方法领域。
背景技术
磷酸酯淀粉是淀粉与磷酸盐发生酯化反应得到的淀粉衍生物，由于其具有易糊化、透明度高、粘度高、冻融稳定性好等优良使用特性，在食品添加剂与非食品添加剂中都有广泛应用。磷酸酯淀粉可作为乳化剂、增稠稳定剂应用于多种食品中，如奶油、奶酪、果酱、冷冻食品等，在非食品工业中，磷酸酯淀粉能用作絮凝剂和离子交换剂，也能作为水凝胶和高吸水剂在化妆品、医药、农业中应用。
磷酸酶是一种广泛存在于植物、动物和微生物体内的一种重要调控酶，可催化各种磷酸基团的水解和转移反应；通过控制酶反应条件，酶反应效果可在水解与合成相互转化；与以ATP(三磷酸腺苷)为供体的激酶相比，磷酸酶使用成本较磷酸盐为磷供体，具有一定的经济优势。
发明内容
[技术问题]
目前生产磷酸酯淀粉的方法主要有以下几种：干法、湿法、半干法、挤压法、微波法。其中，湿法生产产品收率低、干法与半干法由于搅拌不易均匀导致产品质量不稳定。此外，化学法生产的淀粉均存在产物复杂、副产物多、分离困难等问题。
[技术方案]
为了解决上述至少一个问题，本发明提供了一种酶法制备磷酸酯淀粉的方法。相较于化学法生产的淀粉磷酸酯，生物酶法提高了反应效率和产率；而且由于酶具有选择性使得得到的产品质量较为均一；此外，酶法反应条件较为温和，工艺简单，反应效率高，使用设备少，具有工业化生产的前景。
本发明的第一个目的是提供一种酶法制备磷酸酯淀粉的方法，包括如下步骤：
(1)将淀粉和磷酸盐缓冲液混合均匀，得到淀粉乳；
(2)将磷酸酶加入磷酸盐缓冲液中溶解，并加入催化离子，混合均匀、活化得到酶液；
(3)将步骤(2)的酶液分次加入步骤(1)的淀粉乳中进行反应；
(4)反应结束之后调节体系为中性，之后洗涤、离心、干燥、粉碎，得到磷酸酯淀粉；
其中，步骤(1)中淀粉与步骤(2)中磷酸酶的质量比为30～300：1；步骤(1)中磷酸盐缓冲液与步骤(2)中磷酸盐缓冲液的体积比为1.0～2.5：1；步骤(1)所述淀粉乳的固形物浓度为20％～60％(m/v)。
在本发明的一种实施方式中，步骤(1)中淀粉与步骤(2)中酶的质量比为30：0.1～0.5。
在本发明的一种实施方式中，步骤(3)所述的反应体系中淀粉的浓度为25-35％(w/w)，进一步优选为30％。
在本发明的一种实施方式中，步骤(1)所述的淀粉包括马铃薯淀粉、普通玉米淀粉、蜡质玉米淀粉、木薯淀粉、大米淀粉、豌豆淀粉、甘薯淀粉、绿豆淀粉。
在本发明的一种实施方式中，步骤(1)和步骤(2)所述磷酸盐缓冲液的摩尔浓度为0.1～1.0M；其中磷酸盐包括正磷酸盐、聚磷酸盐、偏磷酸盐、焦磷酸盐。
在本发明的一种实施方式中，步骤(1)所述的淀粉乳需要保持在20～40℃，这样可以使得其和磷酸酶的最适反应温度一致，便于进行反应。
在本发明的一种实施方式中，步骤(2)所述活化的温度为20～40℃，时间为10～50min。
在本发明的一种实施方式中，步骤(2)中磷酸酶包括酸性磷酸酶、碱性磷酸酶。
在本发明的一种实施方式中，步骤(2)所述的催化离子包括但不限于Cu2+、Zn2+、Fe2 +、Ca2+、Mg2+、Fe3+；所述的催化离子在酶液中的浓度为0.001～1M；进一步优选为所述的催化离子为氯化锌和氯化镁，其在酶液中的浓度分别为0.1M。
在本发明的一种实施方式中，步骤(2)所述的分次是分2～5次加入，多次加入不断促进反应正向进行。
在本发明的一种实施方式中，步骤(3)所述反应的pH为7～10，所述的pH是通过在淀粉乳中加入碱性化合物进行调节，碱性化合物包括但不限于碳酸盐、氢氧化物。
在本发明的一种实施方式中，步骤(3)所述反应的时间为1～5h。
在本发明的一种实施方式中，步骤(3)所述反应的温度为20～40℃。
在本发明的一种实施方式中，步骤(4)所述的调节体系至中性具体为：采用酸溶液中和体系pH为7，其中采用的酸溶液包括但不限于盐酸溶液、碳酸溶液、乙酸溶液等，进一步优选为采用盐酸溶液调节淀粉乳的pH＝7。
在本发明的一种实施方式中，步骤(4)所述的洗涤是采用水洗。
在本发明的一种实施方式中，步骤(4)所述的离心是3500rpm～8000rpm下离心5～20min。
在本发明的一种实施方式中，步骤(4)所述的干燥可以由常用的各种设备完成，可以但不限于冷冻干燥、真空干燥、鼓风干燥、喷雾干燥。
在本发明的一种实施方式中，步骤(4)所述的粉碎可以由磨粉机进行，要求筛分后淀粉能过100目筛。
本发明的第二个目的是本发明所述的方法制备得到的磷酸酯淀粉。
本发明的第三个目的是本发明所述的磷酸酯淀粉在食品、化妆品、医药、造纸、建材、纺织、农业领域等中的应用。
在本发明的一种实施方式中，所述在食品领域的应用包括将磷酸酯淀粉作为乳化剂、增稠稳定剂用于在食品中，所述的食品包括奶油、奶酪、果酱、酸奶、肉制品等。
在本发明的一种实施方式中，所述的应用为将磷酸酯淀粉作为絮凝剂、离子交换剂、高吸水剂应用在建材、纺织、造纸、化妆品、医药、农业领域中。
[有益效果]
(1)与化学法生产工艺相比，本发明的方法反应温度低于40℃，反应时间小于5h，减小了反应过程中的能耗，反应效率高。
(2)本发明制备得到的磷酸酯淀粉取代度高，在磷酸盐供体较为单一且摩尔浓度在1.0M以下时，所制备的磷酸酯淀粉的取代度达到0.011以上，可以高达0.806。
(3)本发明制备得到的磷酸酯淀粉质量稳定，由于酶反应具有选择性，在控制反应温度与反应pH的情况下，酶反应产物相较化学法更简单，且副反应少，便于产品应用。
附图说明
图1为本发明所述的酶法制备磷酸酯淀粉的方法的工艺流程图。
图2为普通玉米原淀粉与实施例1磷酸酯淀粉的糊化特性曲线。
图3为普通玉米原淀粉与实施例2磷酸酯淀粉的糊化特性曲线。
图4为普通玉米原淀粉与实施例3磷酸酯淀粉的糊化特性曲线。
图5为普通玉米原淀粉与实施例4磷酸酯淀粉的糊化特性曲线。
图6为普通玉米原淀粉与实施例5磷酸酯淀粉的糊化特性曲线。
图7为普通玉米原淀粉与实施例6磷酸酯淀粉的糊化特性曲线。
图8为普通玉米原淀粉与实施例7磷酸酯淀粉的糊化特性曲线。
图9为普通玉米原淀粉与对照例1、2磷酸酯淀粉的糊化特性曲线。
具体实施方式
以下对本发明的优选实施例进行说明，应当理解实施例是为了更好地解释本发明，不用于限制本发明。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。
测试方法：
1、磷酸酯淀粉取代度测定
结合磷的测定方法：按照国标GB 5009.87-2016中的第一法，钼蓝分光光度法；计算所得的磷含量为结合磷质量分数。
游离磷的测定方法：称取2g试样，用1M的稀盐酸溶解并定容，显色的方法同结合磷的测定方法钼蓝分光光度法。
取代度的计算公式如下：
2、糊化特性测定
使用快速粘度测试仪(RVA)测试样品的糊化特性，在RVA铝盒中配制样品浓度6％(w/w)的悬浮液；按照AACC规定的标准程序2进行测定。
实施例1
一种酶法制备磷酸酯淀粉的方法，工艺流程如图1所示，包括如下步骤：
(1)将30g玉米淀粉加入50g 0.25M焦磷酸钠缓冲液中搅拌均匀制备得到淀粉乳，保持温度37℃；
(2)将0.1g碱性磷酸酶酶粉加入20g 0.25M焦磷酸钠缓冲液中溶解，并加入氯化锌和氯化镁，在37℃下活化30min；得到酶液；其中氯化锌和氯化镁的浓度分别为0.018M；
(3)将步骤(2)的酶液平均分两次加入步骤(1)的淀粉乳中进行反应，反应体系中淀粉的质量浓度为30％，调整pH为8，在37℃下反应2h；
(4)反应结束之后，用盐酸溶液中和反应体系pH为7，水洗，在4000rpm离心10min得到沉淀，之后干燥，粉碎，过100目筛，得到磷酸酯淀粉(糊化特性曲线如图2)。
实施例2
调整实施例1中步骤(3)中“调整pH为8”为“不调整pH”，其他和实施例1保持一致，得到磷酸酯淀粉(糊化特性曲线如图3)。
实施例3
调整实施例2中步骤(2)中碱性磷酸酶酶粉的用量为0.5g，其他和实施例2保持一致，得到磷酸酯淀粉(糊化特性曲线如图4)。
实施例4
调整实施例1中步骤(3)中反应条件为1h，其他和实施例1保持一致，得到磷酸酯淀粉(糊化特性曲线如图5)。
实施例5
调整实施例1中步骤(2)中氯化锌和氯化镁的浓度分别为0.1M，其他和实施例1保持一致，得到磷酸酯淀粉(糊化特性曲线如图6)。
实施例6
调整实施例1中步骤(2)中氯化锌和氯化镁的浓度分别为0.2M，其他和实施例1保持一致，得到磷酸酯淀粉(糊化特性曲线如图7)。
实施例7
调整实施例1中步骤(2)中氯化锌和氯化镁的浓度分别为0.05M，其他和实施例1保持一致，得到磷酸酯淀粉(糊化特性曲线如图8)。
将实施例1-7进行性能测试，测试结果如下：
从表1和表2可以看出：在反应过程中，可以通过控制体系中的pH、加酶量、反应时间、催化离子的浓度控制反应的进行。随取代度的升高。峰值黏度总体出现了先上升后下降的情况，产物中淀粉磷酸酯的组成发生变化。
表1实施例1-4的淀粉的测试结果
例
实施例1
实施例2
实施例3
实施例4
取代度
0.054
0.011
0.088
0.006
糊化温度/℃
75.4±1.2
75.6±0.8
75.7±0.4
74.7±0.3
峰值粘度/(mPa·s)
587±145.8
609±11.3
442.3±6.1
667±22.6
终值粘度/(mPa·s)
658.5±176.4
742.3±26.6
582.3±11.7
765±21.2
崩解值/(mPa·s)
127.2±43
120±5.3
105±2.0
145±12.7
回生值/(mPa·s)
198.8±75.2
253.3±21.4
245±7.5
243±11.3
表2实施例5-7的测试结果
例
实施例5
实施例6
实施例7
取代度
0.392
0.806
0.181
糊化温度/℃
74.4±0.14
75±0.5
73.9±0.1
峰值粘度(mPa·s)
473.5±9.2
358.5±3.5
542±11.3
终值粘度/(mPa·s)
678.5±12.0
492±4.24
742.5±20.5
崩解值/(mPa·s)
81±1.4
57±1.41
114±7.1
回生值/(mPa·s)
286±4.2
190.5±2.1
314.5±16.3
对照例1
省略实施例1中步骤(2)，调整步骤(3)为“将步骤(1)的淀粉乳和30mL0.25 M焦磷酸钠缓冲液混合”，其他和实施例1保持一致，得到磷酸酯淀粉。
对照例2
将实施例1中的控制pH＝8替换成pH＝10.5，其他与实施例1保持一致，得到磷酸酯淀粉(糊化特性曲线如图9)。
表3对照例1、2的淀粉的测试结果
虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但其并非用以限定本发明，任何熟悉此技术的人，在不脱离本发明的精神和范围内，都可做各种的改动与修饰，因此本发明的保护范围应该以权利要求书所界定的为准。