專利名稱：一種生物酶法同步提取糖和淀粉納米晶的綠色技術的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種利用超聲波結合酶處理淀粉顆粒，使淀粉顆粒破裂并酶解為淀粉糖和淀粉納米晶的方法，屬于農(nóng)產(chǎn)品加工和納米結構材料技術領域。
背景技術：
納米技術作為一種最具有市場應用潛力的新興科學技術，其潛在的重要性毋庸置疑，一些發(fā)達國家投入大量的資金進行科學研究工作。在國內(nèi)，許多科研院所、高等院校也組織科研力量，開展納米技術的研究工作，并取得了一定的研究成果。淀粉具有來源廣泛、生物可降解、生物相容及低成本的特點，以淀粉為原料的納米技術將成為未來幾年的研究執(zhí)占。淀粉是碳水化合物在綠色植物中的貯藏形式，廣泛存在于各種各樣的植物中。由于其具有價格低、可再生周期短、生物降解性好、密度小等優(yōu)點，成為目前研究最多和最有可能成為制備可降解塑料原材料的天然高分子。淀粉是具有一定結晶結構的天然高分子，其中的直鏈淀粉和支鏈淀粉形成了淀粉顆粒的半結晶結構。通常認為支鏈淀粉是形成淀粉顆粒中結晶區(qū)域的主要成分，而直鏈淀粉則主要形成了無定型區(qū)域。無定型區(qū)域結構比較松散，能被水所浸入并溶脹，用無機酸對其進行溫和水解后，其中的無定型區(qū)域基本上可以反應生成葡萄糖、麥芽糖等糖類，不易被水解的結晶區(qū)則生成結晶度高、粒徑小的淀粉納米晶。近年來，制備淀粉納米晶均采用酸解淀粉顆粒的方式，在鹽酸催化體系中用40天左右的水解時間制得了產(chǎn)量大約為O. 5% (質(zhì)量分數(shù))的淀粉納米晶粒。此外國外學者通過優(yōu)化酸解條件制備淀粉納米晶粒，利用3. 16mol/L的硫酸在40°C娃浴中攪拌5天,將產(chǎn)量提高到了 15% (質(zhì)量分數(shù))，并且將其應用到增強天然橡膠、熱塑性淀粉和聚乳酸之中制備納米復合材料。通過制備工藝的優(yōu)化，雖然明顯提高的淀粉納米晶的產(chǎn)量，但是生產(chǎn)過程中使用的高濃度硫酸，不僅污染環(huán)境，增加生產(chǎn)成本，而且對生產(chǎn)設備要求很高，不利于規(guī)?；a(chǎn)，限制了淀粉納米晶的進一步利用。本發(fā)明的目的是提供一種采用物理方法(超聲波、高壓均質(zhì)等)處理淀粉，經(jīng)酶解后分別得到糖(匍萄糖、麥芽糖、麥芽糊精等)和納米晶的綠色環(huán)保聞效的生物制備方法，以天然淀粉為原料，經(jīng)超聲波破壞淀粉顆粒，然后酶解，無定形區(qū)域酶解為糖，結晶區(qū)不易被酶解，得到納米晶，向水解液中加4%的氫氧化鈉滅酶，離心，沉淀冷凍干燥得到粒徑為50 SOOnm的納米晶，上清液中含有糖，用無水乙醇將糖分離出來，干燥得到成品。本發(fā)明具有以下優(yōu)點①原料來源廣、安全、可再生；②操作簡單，適合大規(guī)模生產(chǎn)適用于普通儀器設備，對設備器面沒有腐蝕性可同時得到淀粉納米晶和糖，原料利用率高；⑥綠色生產(chǎn)，產(chǎn)品可放心食用
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是這樣來實現(xiàn)的，制備步驟方法為
(1)緩沖溶液配制配制pH為4. 2的緩沖溶液，待用；
(2)糖化酶預處理首先測定糖化酶的活性，然后加熱糖化酶溶液，使之激活，待
用；
(3)制備淀粉乳將淀粉按10% 20%濃度加入緩沖液中，并把處理好的糖化酶按15 55 U/g淀粉的酶量加入其中，攪拌均勻； (4)糖化酶解反應將攪拌均勻的淀粉乳酶混合液在50 65°C水浴中攪拌5 10小時，不同的淀粉酶解時間不同。反應過程中，用顯微鏡觀察淀粉顆粒形貌；
(5)超聲波處理顯微鏡下觀察淀粉顆粒出現(xiàn)裂紋時，用超聲波處理反應液，功率設置在150 250W，處理20 40分鐘，間歇時間I 2秒，超聲波處理I 2秒；
(6)淀粉酶解反應調(diào)節(jié)pH值至6. 5，向上述溶液中按70 90U/g淀粉加入淀粉酶，同時調(diào)節(jié)到酶最適溫度55 65°C，水浴中攪拌5 10小時，并且用顯微鏡跟蹤觀察淀粉顆粒形貌；
(7)高壓均質(zhì)處理當?shù)矸垲w粒完全破裂直至用顯微鏡觀察不到淀粉顆粒及其破裂片層時，用高壓均質(zhì)機處理反應液30 60分鐘，靜置I. 5 2小時；
(8)分離首先將乳濁液在8000 10000r/min轉(zhuǎn)速下離心10 20分鐘，得到的沉淀經(jīng)冷凍干燥處理后即是粒徑為50 SOOnm的淀粉納米晶，取出上清液，向上清液中加入乙醇，析出的沉淀經(jīng)干燥后即為淀粉糖(葡萄糖、麥芽糖、麥芽糊精等)。按照此步驟可生產(chǎn)出綠色天然、高效節(jié)能，適合工業(yè)化生產(chǎn)的淀粉納米晶，該制備方法大大提高了原料利用率，不使用高腐蝕性高毒性化學藥品，生產(chǎn)出的淀粉納米晶可以在食品中應用，更能應用于藥品的緩釋，還可用于新材料領域。下面結合實例對一種超聲波結合酶同步提取糖和淀粉納米晶的綠色技術的發(fā)明做進一步描述，但本發(fā)明不僅限于這些例子。實施例I
稱取IOOg蠟質(zhì)玉米淀粉，放在IOOOmLpH為4. 6的磷酸氫二鈉-檸檬酸的緩沖溶液中，加入預處理好的糖化酶1500U，將上述混合液放在溫度為60°C水浴鍋中攪拌8小時，期間每隔半小時用400倍顯微鏡觀察淀粉顆粒，作好記錄。然后超聲波處理，設置條件為功率160w，間歇時間I. 5秒，處理時間2秒，處理20分鐘。之后向溶液中加入α -淀粉酶8000U，在相同pH、相同溫度下攪拌8小時，取出反應液，高壓均質(zhì)20分鐘，靜置半小時，在8000r/min轉(zhuǎn)速下離心20分鐘,取上清液，向上清液中按1:1比例加入無水乙醇，可看出有沉淀析出，即為糖(葡萄糖、麥芽糖、麥芽糊精等)。取沉淀，冷凍干燥后得到粒徑為50 300nm的淀粉納米晶。實施例2
稱取IOOg豌豆淀粉，置于IOOOmLpH為4. 8的檸檬酸-檸檬酸鈉緩沖溶液中，加入激活完全的糖化酶2000U，混合均勻后放在55°C水浴鍋中，以100r/min的速率攪拌10小時，酶解過程中每隔40分鐘用顯微鏡觀察淀粉顆粒，記錄，對比。然后用超聲波發(fā)生器處理，設置功率為200W，間歇時間I秒，處理時間2秒，處理30分鐘。取出反應液，調(diào)節(jié)pH至6. 0，加Λα-淀粉酶10000U，在相同溫度下攪拌15小時，之后高壓均質(zhì)30分鐘，靜置40分鐘，在10000r/min轉(zhuǎn)速下離心20分鐘。向上清液中按I :1.5比例加入無水乙醇,有沉淀析出，過濾干燥后得到葡萄糖、麥芽糖、麥芽糊精等淀粉糖。向沉淀中加入丙酮，在鼓風干燥箱中干燥3小時得到粒徑為200 800nm淀粉納米晶。實施例3
將IOOg大米淀粉置于IOOOmLpH為4. O的磷酸氫二鈉-檸檬酸的緩沖溶液中，加入測定酶活并激活的糖化酶2000U，混合均勻后置于溫度為50°C的水浴鍋中攪拌10小時，并每隔30分鐘用顯微鏡觀察 淀粉顆粒的形貌，可以看出淀粉顆粒表面出現(xiàn)大小不均的裂痕，做好記錄。用超聲波處理淀粉顆粒，利用超聲波的空化作用，使淀粉顆粒進一步破碎，超聲波發(fā)生器的設置條件為功率180W，間歇時間I秒，處理時間2秒，處理30分鐘。處理結束后調(diào)節(jié)溶液PH至中性，升高水浴鍋溫度至65°C，向溶液中加入α-淀粉酶10000U (不同類型α-淀粉酶，質(zhì)量不同)，繼續(xù)攪拌15小時，用顯微鏡跟蹤觀察，可以明顯看到淀粉顆粒變小，直至消失。此時用高壓均質(zhì)機處理30分鐘，靜置I小時，在10000r/min轉(zhuǎn)速下離心15 分鐘。取上清液，按1:1的比例加入無水乙醇，此時有沉淀析出，過濾干燥得到糖(葡萄糖、麥芽糖、麥芽糊精等)，快速取出沉淀，置于平皿中，經(jīng)冷凍干燥得到粒徑為100 SOOnm淀粉納米晶。物理方法結合生物酶法制得淀粉納米晶和葡萄糖、麥芽糖、麥芽糊精等淀粉糖，操作簡單，易于生產(chǎn)，對原料利用率高。相比傳統(tǒng)的制備工藝，此工藝低碳環(huán)保，生產(chǎn)成本低廉，為今后納米科技的進步奠定的基礎。
權利要求
1.一種超聲波結合酶同步提取糖和淀粉納米晶的綠色技術，其特征在于采用原淀粉乳經(jīng)酶解后，超聲波處理，然后經(jīng)淀粉酶酶解，之后高壓均質(zhì)，再酶解一段時間，最后分離出上清液和沉淀，用無水乙醇析出上清液中的糖，沉淀經(jīng)冷凍干燥或丙酮洗滌后干燥，得到淀粉納米晶。
2.根據(jù)權利要求I的方法，其特征在于所用淀粉包括蠟質(zhì)玉米淀粉(糯玉米淀粉)、普通玉米淀粉、馬鈴薯淀粉、甘薯淀粉、豌豆淀粉、小麥淀粉、綠豆淀粉、大米淀粉等(包括兩者及兩者以上的混合物)。
3.根據(jù)權利要求1、2的方法，其特征在于緩沖液可以是可以配制酶最適pH的磷酸氫二鈉-檸檬酸緩沖液、檸檬酸-檸檬酸鈉緩沖液、乙酸-乙酸鈉緩沖液、磷酸鹽緩沖液坐寸ο
4.根據(jù)權利要求1、2、3的方法，其特征在于糖化酶的生產(chǎn)廠家不同，生產(chǎn)工藝不同，其活性也不同，要采用15 55 U/g淀粉的酶參與反應。
5.根據(jù)權利要求1、2、3、4的方法，其特征在于超聲波處理條件為，功率設置在150 250W，處理20 40分鐘，間歇時間I 2秒，超聲波處理I 2秒。
6.根據(jù)權利要求1、2、3、4、5的方法，其特征在于α-淀粉酶的生產(chǎn)工藝不同，來源不同，其活性不盡相同，要按70 90U/g淀粉加入α -淀粉酶。
全文摘要
本發(fā)明公開一種生物酶法同步提取糖和淀粉納米晶的綠色技術，以天然淀粉為原料，配成一定濃度的淀粉乳，利用生物酶法酶解淀粉顆粒，然后借助超聲波，高壓均質(zhì)等物理手段，對淀粉顆粒進一步破碎，最后再酶解一段時間，離心反應液，向上清液中滴加無水乙醇，析出淀粉糖，沉淀經(jīng)冷凍干燥得到淀粉納米晶。本工藝制取的淀粉納米納米晶克服了傳統(tǒng)酸解淀粉的污染環(huán)境、低效率、原料利用率低的缺點，使淀粉納米晶這類生物可降解、相容性好的納米材料得到規(guī)?；a(chǎn)。
文檔編號C12P19/14GK102965409SQ201210513149
公開日2013年3月13日 申請日期2012年12月5日 優(yōu)先權日2012年12月5日
發(fā)明者孫慶杰, 熊柳, 李廣華 申請人:青島農(nóng)業(yè)大學