（食品科学专业论文）粳米多孔淀粉和变性淀粉的制备与应用.pdf

攘要 多孔淀粉是一种新型的变性淀粉，作为吸附剂，具有高效、无毒、安全等优点，可广 泛地皮用于食品、瑶用化工、农业等行业，正逐渐成为一个研究热煮。本文以粳米为原料 制各粳米淀粉，再制成多孔粳米淀粉；探索了适当交联后再部分酶解制褥具有抗溶胀性质 的多孔交联淀粉的新工艺条件；探讨了多孑l 淀粉改性后的不溶性淀粉黄原酸酯在含重金属 废水中的应用。本研究不仅拓展了粳米的深加工方法，也拓宽了多孔淀粉的应用范围。主 要研究内容和结果： 以粳米为原料，优化了碱法去蛋白工艺，确定制备粳米淀粉条件为：室温下，碱浓度 0 + 4 ，碱浸泡时间4 h ，料液比l ：3 。再经正交优化实验确定制各多孔粳米淀粉条件为：温 度3 0 ，反应时阀8 h ，缓冲液p h4 o ，糖佬酶：舡淀粉酶( 酶配比) 1 2 ：1 ，料渡比5 0 ，加 酶量3 0 。 制备得到具有抗溶胀性的交联多孔淀粉。优化了粳米淀粉交联条件：三偏磷酸钠用量 为淀粉用量的o 8 ，体系p h l o ，温发4 0 ，反应时商2 1 0 m i n 。通过二水平正交试验确 定了影响交联多孑l 淀粉制备的主要因素，器利用响应凝分椐( r s a ) 试验，确定了最佳工 艺条件：时间1 1 h ，料液比5 0 ，酶配比1 0 ：l 。 利用模糊综合评价方法比较2 种淀粉在粉底中的应用效果：交联多孔淀粉明显优于多 孑l 淀粉 狃空白样。 对比四种淀粉的物理特性，发现交联淀粉和多孔交联淀粉的抗溶胀性、持水性、抗冷 冻能力和冻融稳定性均优于原淀粉和多孔淀粉。而多孔交联淀粉的比容积和透明度好于交 联淀粉。 探讨了以玉米多孔淀粉为原料再次改性为不溶性淀粉荧原酸酯( i s x ) 的工艺，优化 了其合成条件：多孔滤粉1 5 9 ，环氧氯丙烷0 4 n 1 l ，二硫化碳4 5 m l ，黄原酸化反应时间 2 h ，氯化镁5 9 。 将制备得到的i s x 用于吸附废水中的e 矛+ ，其最佳吸鼢条件为：l s x 掰量1 7 7 ，2 m g ， 吸附时间1 0 i n i n ，p h 4 0 。经吸附后，c u 2 + 浓度由2 6 3 8 p 咖l 下降到1 0 1 腿m l 。 关键词：粳米多孔淀粉交联酶解吸附不溶性淀粉黄原酸酯 江南大学碳士学位论文 a b s t r a c t p o r o u ss 槛f c h ，an e wt y p eo f i n o d 至f 沁ds t a r c h ，h a sv a d o u sa d v a n t a g e sa sak i n do f a b s o r b e n t w 王t hh i 曲e 街c i e n c y ，i n n o c u i t ya n ds a f e t y i tc a nb ew i d e l yu s e di nm a l l yi n d u s 砸e s ，i n c l u d i n g f o o d ，d a i r yi n d u s t r ya n dh y g i e n i c ，a n di sb e c o m i n gas t u d yh o t s p o t j 每眇行f c 口r i c es t a r c hi su s e d a sm a 把r 主8 lt o 群q ，a r cf o rp o r o u ss t a r c h ，、妇i c hi sn e w p r o d u c ti nt h ew o r l d 砸阳蹿f c 口f i c es t a r c h i ss u i t a b l yc r o s s - m 止e da n dt l i e np a n i a l l ye 成【y m o l y s i s e dt op r e p 甜ep o r o u sc r o s s l i n k i n gs t a r c h w i t hr e s t r a i n j n gs w e l l t h e nr 毒c ep o u ss 切托h 啪sa p p l i e d 把f o u n d a t i o nm a k e u pa n dc o m p o r o u ss t a r c hw a sl l s e dt o 胖p a r ei p s x t oa d s o r bc u 舯弧er e s u l t so f 饿s 咖d ya f en o t0 1 1 l y g o o df o rt 1 1 ec x p a n d i n gt h e 印p l i c a t i o n so f 抑。竹耙口r i c es t a r c ha 1 1 dp o r o u ss 协r c h ，b u ta l s o n e 曩c i 对f o rt h ep 凇e o t i o no fm o d i 联n gf e s e a r c ho fp o f o u ss t a r c h 。确em 8 诬c o n 重e n t sa n d r e s u l t sa r ed e 宕c r i b e da sf b u o w s ： s o d i u mh y d r o x i d ew a su s c dt or c l n o v et h ep f o t e i ni nm ej ! 印鲫f r i c cs 乜h b yu s i n gs t c p o p t i i n i z a t i o n ，也eo p t 主m 峨c o n d i t i o n sw e f e ：u n d e rt h er o o mt e m p e r a t u r e ，o 4 ( g ，n 沌) n a o h ， e x 讹c t i n gt i m e4 ha n d 洲oo fr i c et on a o hs o l u t i o nl ：3 ( 咖l ) a i l dm e nt l l eb e s tt e c h n i q u e c o n d i 圭主o n so f p 删u c i n gp o i d u ss 瞧f c h 、 瞎r eo b t a 主壬l 砖b yo i 谯o g o n a lt e s t 州c 彘硝瞎r et 髓弛l 掰a 眦 3 0 ，r e a c t j o nt i m e8 h ，p h4 o ，r a t i oo f g l u c o a i n y l a s et oa 一棚y l a s e1 2 ：1 ，r a t i oo f s 臼眦ht ob u f 怒r 5 0 ：1 0 0 ，q u a n t i _ 【y o f c 踟叩l e xe n z y m e m t h t h e o r e t i c a n y h ) ，d r o l y z e3 0 o f r a ws 鼬 t h ep o r o u ss t a r c hw 醛f l l l 也e rm o d i 蠡e d 酶c r o s s 一1 i n 醢n g 弧ec r o s s l i 芏l l ( i n go p 墙m 嘲 c o n d i t i o n s 、r eo b t a i n e db ys i n g l ef a c t o r i a le x p e r i m e n ta n dt l l eo r t l l o g o n a le x p e r i m e n t ：o 8 ( o f 地er a ws t 黼h ) s o d i 啪雠m e t a p h o s o 如如，p hl o ，也e 耙m 阳u f e4 0 ，r e a 磙。珏t i m e2 l o m i l l a n dm a j nf a c t o r sw h i c hi n n u e n c et 1 1 ec r o s s l i l l b n gp o r o u ss t a r c hw 盯ed e c i d e db yt w o l e v o l o r t h o g o n a ld e s i 印，t h e n 也eo p t i m u mc o n d i t i o n sw e r eo b t a i n c dw i t hr s ae x p e r i m e n t ：r e a c t i o n t i m el l h ，s o l 涵c o n c e n t r 鑫t i o n5 0 ，r a t i oo f g l u c o a r n y l a s e ：a 一瓣y l a s el o ：1 t h em z 帮s y n t l l e t i ce v a l u a t i o nw 船a p p l i e dt oe v a l u a t et l l ee f r e c to f2k i n d so fs t a r c hi n f o u n d a t i o nm a k e u p ：1 m er e s u l t ss h o w e d 也a tc r o s s - l i l l k i n gp o r o u ss 拄h 髑m eb e s to n e p h y s i c a lp r o p e n i e so f 诹e 西o v e4k i n d so fs t a f c h ，f a w “c es t a r c h ，p o r o u ss t a r c h ， c r o s s l i n k i n gs t a r c ha n dp o r o u sc m s s - 1 i m ( i n gs t a r c h ，w e r es t u m e dc o m p a r a t i v e l y t h er c s u l t s 菲o w e dt 圭1 a t h ep f o p e m e s ，i n c l u d 协ga n t i - s w e l l i n g ，w a t e h o l d i n gc 珏p a c i t y ，矗d z e n 一也8 ws 拓出i l i t y o fc r o s s l i n k i n gs t a r c hw e r eb e t t e r t h a nt h o s eo fr a ws t a r c ha 1 1 dp o r o u ss t a r c h a 丑dt h ep m p e r t i e s ( t f a n s p a r e n c ya n dc o n t r a s t i v ev o l u m e ) o fc m s s l i n k i n gp o r o u ss t a r c hw e r em o f ec x c d l e n tt h a n 。 t h o s eo f c r o s s - i i n k i n gs t a r c h ak i n do fa n o m e rm o d i f i e ds t a r c h ，i s x ，w a ss y m h e s i z e db yc o mp o r o u ss t a r c h ，w h i c hc o u l d a b s o 南k a v ym e a l i o no fw a s 把w a t e r + 确es y n 斑e s i so f | s xw a sg a i n e d 姆o n h o g o n 8 lt e s t ： p o r o u ss t a r c h1 5 9 ，e p i c h l o r o h y d r i n0 4m l ，c s 2 4 5 m l ，r e a c t i o nt i m e2 h ，m g c b5 9 t h eo p t i m a la d s o r p t i o nc o n d i t i o n st oc + o fi s xw e r cm a tl7 7 2m gi s x ，a d s o r p t i o nt i m e 10 m i n ，p i 4 + o a 船ra d s o r p t i o n ，t h ec o n c e n 打a t i 咖o fc u 2 + w a sc h a n g e d 舶m2 6 3 8 p 幽lt o 1 0 l 斗m l _ k e yw o r d s ：却。行f r i c e ；p o r o u ss 协r c h ；c m s s 一堕n k i n g ；e n z y m o l y s i s ；a d s o r p t i o n ；i s x l i 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工 作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地 方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含 本人为获得江南大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。 与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明 确的说明并表示谢意。 繇盐霆：日期朋年易月7 日 关于论文使用授权的说明 本学位论文作者完全了解江南大学有关保留、使用学位论文的规 定：江南大学有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和 磁盘，允许论文被查阅和借阅，可以将学位论文的全部或部分内容编 入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、 汇编学位论文，并且本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。 保密的学位论文在解密后也遵守此规定。 签名：蔓叠叠：导师签名：生挫磕 日期：硼年月j ! 日 第一章绪论 第一章绪论 1 1 淀粉的分子结构 淀粉是由脱水葡萄糖组成的葡萄糖聚合物，其分子式通 常表示为( c 6 h l 0 0 5 ) 。，n 为一个不定数，因淀粉品种而异，称 其为聚合度( d p ) ；c 6 h l 0 0 5 为脱水葡萄糖( a g u ，如图l 1 ) ， 葡萄糖经由c 。碳原子上的氧原子相连结起来，其连接键为葡 萄糖苷键。葡萄糖苷键在碱性条件下稳定，酸性条件下水解。 聚合链末端的葡萄糖单位上有一个惰性醛基，称为还原性末 端。 1 2 淀粉颗粒的理化特性 图1 1 葡萄糖单位 魄u n l lg l 辩u n n 天然颗粒是由许多排列成放射状的微晶束构成的球状体。从外观上看，不同品种淀粉 颗粒形状各异，总体上说，有卵圆形、椭球形、圆球形和不规则的多角形四种。淀粉粒的 大小差别也很大。大米淀粉颗粒非常小且非常均匀，一般在2 8 衄，形状呈多角形；玉米 淀粉颗粒在6 2 l 哪，其形状上半部分呈圆形，其余部分呈多角形；而马铃薯淀粉颗粒比 较大，一般在5 1 0 0 i i i l l ( 一般含水量高、含蛋白质低的植物其淀粉的颗粒大) ，其形状多呈 圆形或椭圆形。 表l 一1 各种淀粉的理化特性1 1 1 t a b kl - l n i y s i c h 哪i 住ip m 弹r t 略o f d i v e 玮i 6 e d 妇咄 与其它谷物淀粉颗粒相比，大米淀粉颗粒非常小( 通常 c 2 c 3 的规律。钠盐的稳定性不太好，可用氯化镁处理 转化成镁盐，使淀粉基黄原酸盐更稳定：淀粉基黄原酸钠( 或镁) 不溶于水，但在水中存在 电离和水解平衡1 6 j 。 不溶性淀粉黄原酸酯( 1 s x ) 是一种离子交换淀粉。早在2 0 世纪7 0 年代，各国就开始 对它进行研究。r e w i n g 等学者合成了i s x ，研究不同原料配比对i s x 性能的影响并 将其应用于电镀废水的重金属离子的回收。该项研究被评为1 9 7 8 年度美国1 0 0 项得奖项 目之一。进入8 0 年代，各国学者对该项研究的兴趣有增无减，但i s x 对重金属离子吸附 条件的研究以及其工业应用的可能性探索尚需进一步深化【7 j ，且以多孔淀粉为原料制各 i s x 的研究尚未进行探索。 1 4 国内外研究现状 1 4 1 淀粉及其衍生物的发展现状 淀粉及其衍生物是重要的工业原料，广泛应用于造纸、食品、纺织、医药、胶粘剂、 水产和饲料行业以及选矿、废水处理、油田开采等多个领域。就美国而言，每年淀粉产量 的1 5 2 0 转化为变性淀粉，年产变性淀粉产量在2 0 0 万吨以上，主要用于造纸工业、 食品、纺织等工业之中。中国淀粉工业协会十五行业规划：至2 0 0 5 年，我国变性淀粉产 量达7 0 万吨，2 0 1 0 年达1 0 0 万吨。而2 0 0 2 年，我国变性淀粉的年产量只有4 0 万吨，所 以仍有着较大的发展空间。 表1 2目前全国主要变性淀粉品种及用途p i t a b 1 2 “n d sa n du s e so f m o d i n e ds t a r c ha tp r e s e n t 目前国内变性淀粉产品在原料及工艺技术上还存在不足，在变性工艺技术研究上还需 4 第一章绪论 加大力度，改善产品性能。虽然变性淀粉应用面很广，发展潜力也十分巨大，但现实存在 跨行业渗透难的问题，如农业、石油钻井、吸水材料等，且变性淀粉企业对其产品在这些 行业中应用几乎就不了解，这也就极大地制约了变性淀粉向这些行业纵深发展。因此新的、 性能更优良的变性淀粉和新的应用领域正在不断地产生和扩大，其前景十分诱人。 1 4 2 粳米淀粉及其衍生物 根据生长习性，稻米又可分为水稻和早稻。通常水稻被分为两种，即籼稻( 如疥c 日，f c e l 和粳稻妒。月七口r f c p ) 。一般籼稻起源于亚热带，种植于热带和亚热带地区。粳稻种植于温 带和寒带地区。 米淀粉及其衍生物由于受原料、成本及人们消费水平等多方面的制约，起步较晚且发 展缓慢，在淀粉及其衍生物行业中所占的比重非常小。但是近年来，随着国民经济的发展， 人民生活水平的不断提高及大米淀粉所具有的独特功能，市场对大米淀粉及其衍生物的需 求也有日趋增加，已有越来越多的研究部门和生产厂家开始投入更多的人力、财力和物力 研究和生产大米淀粉及其衍生物吲【9 1 。 大米淀粉颗粒微小，即使有微细凹凸也能很好填埋而变成平滑表面，使之具有光溜、 平滑触感。另外，由于其颗粒呈多角形，很少会发生像马铃薯淀粉那样的脱落现象，能很 好附着在人体皮肤表面，且化妆润饰程度良好【1 0 】。 1 4 3 多孔淀粉改性 在多孔淀粉表面改性的研究上，国外美国普渡大学的w h i s t l e r 教授通过酯化、醚化反 应处理多孔淀粉颗粒可提高颗粒吸附能力【l l 挖1 ；另外，还用化学交联方法提高颗粒抗机械 破坏、抗溶胀、抗溶解能力。 日本长谷川信弘先生报道用硅作包覆剂，将多孔淀粉改变成疏水性后，其吸水性消失， 而吸油量没有任何变化。 另外，在非极性溶液如甲苯、二甲苯、乙烷中，将硅酮聚合物与淀粉作用，得到硅质 包复处理的多孔淀粉对不良气体吸附能力增强。 在国内，这些改性研究刁冈0 刚起步【l4 1 。对多孔淀粉进行甲基纤维素处理后吸附b 一胡 萝卜素等油溶性物质，吸附能力有所提高。 西南农大的刘雄等人用三偏磷酸钠进行交联，发现交联增强淀粉网络结构，能明显提 高淀粉强度和吸附性i l ”。 1 5 立题意义与研究的主要内容 1 5 1 立题意义 近二十年来，多孔淀粉以其优良的特性引起了国内外许多学者的兴趣，国际上，多孔 淀粉的研究主要集中在日本和美国，而国内的研究则刚刚起步。多孔淀粉的应用除了几个 产品以外，其他的基本上还处于研究阶段。国内外的研究多以玉米、籼米等淀粉为原料来 制备多孔淀粉，而以粳米淀粉为原料制备多孔淀粉鲜有报道。我们考虑到粳米在南方广泛 种植，加上米淀粉因其独特性能和用途，不仅可以有效的将淀粉转化为新型变性淀粉，而 江南大学硕士学位论文 且还可以拓展粳米的深加工，满足人们的需求。 多孔淀粉遇水溶胀，缩小甚至堵塞了孔洞，大大降低了对水溶性物质的吸附率；化学 交联方法可提高颗粒抗机械破坏、抗溶胀、抗溶解能力，可解决这一问题。 因此，以粳米为原料，制取粳米多孔淀粉和交联粳米多7 l 淀粉来满足工业上对它们的 不同需求。 早在2 0 世纪7 0 年代，各国就开始对不溶性淀粉黄原酸酯( i s x ) 进行研究，进入8 0 年代，各国学者对该项研究的兴趣有增无减：且多孔淀粉具有许多优点，制备i s x 可能 具有一定的优越性，因此本文对以多孔淀粉为原料制备吸附重金属离子的i s x 可行性研 究进行探索。 开发新原料制各多孔淀粉、表面改性多孑l 淀粉，能改善多孔淀粉的性能，拓展多孔淀 粉的用途。不仅能推动我国变性淀粉工业的发展，而且能够为食品、医药卫生、农业、造 纸、印刷、化妆品、洗涤剂、胶粘剂、废水处理等行业提供工业原料，具有重要的现实意 义。 1 5 2 研究内容 本文着重以粳米为原料，碱法制备粳米淀粉，然后利用生物技术和化学改性对粳米淀 粉进行深加工，开发出新产品粳米多孔淀粉与交联多孔淀粉，将其应用到粉底中；并 探讨了多i l 淀粉制各不溶性淀粉黄原酸酯的研究。主要研究内容包括： 1 、粳米多孔淀粉的制备工艺研究：考察影响因素( 碱浓度、浸泡料液比、浸泡时间 及温度) ，优化去蛋白工艺；确定粳米多孔淀粉的最佳制备工艺条件。 2 、交联多孔淀粉的制各工艺研究：拓宽多孔淀粉的应用范围，解决其在实际应用中 的问题。先将淀粉交联，然后进行酶处理，制备出抗溶胀高吸附性的交联多孔淀粉。通过 响应面分析试验优化交联多孑l 淀粉的制备工艺。 3 、对交联多孑l 淀粉的物理特性进行研究，包括抗溶胀性、持水性、比容积、透明度 等物理特性：研究交联多孔淀粉对胭脂红和抗坏血酸的吸附能力；并将其应用在化妆品 粉底中。 4 、多孔淀粉制备不溶性黄原酸酯的工艺及其应用的研究：探讨以多孔淀粉为原料合 成不溶性淀粉黄原酸酯的工艺条件，以及优化不溶性淀粉黄原酸酯吸附重金属铜离子的条 件。 第二章粳米多孔淀粉制各工艺的研究 第二章粳米多孔淀粉制备工艺的研究 2 0 引言 变性淀粉是淀粉深加工产品之一，多孑l 淀粉作为一种新型的变性淀粉，其研究和应用 正逐步受到人们的重视。本章以粳米为原料，利用碱法【1 8 】和生物技术对粳米进行深加 工，开发新产品，为粳米的深度开发利用，提高粳米资源的利用率和附加值提供一种新方 法。 由于粳米的主要成分为淀粉和蛋白质，其含量分别在7 4 2 7 7 6 和6 7 8 3 之间。 而淀粉中蛋白质含量多少直接影响成孔效果和产品色泽，因此在制备多孔淀粉前必须考虑 蛋白质的去除问题，在制得的淀粉未糊化的前提下，尽可能多地去除蛋白，提高多孔淀粉 的质量。而在粳米中淀粉以颗粒形式存在，8 0 以上的粳米蛋白质为碱溶性谷蛋白。所以 选择碱法对粳米进行预处理，得到粳米淀粉，再进行酶解制备粳米多孔淀粉。 2 1 实验材料和设备 2 1 1 实验材料 粳米 商品糖化酶 商品一淀粉酶 金龙鱼大豆色拉油 浓硫酸 硫酸铜 硫酸钾 氢氧化钠 硼酸 盐酸 冰醋酸 无水醋酸钠 以上试剂均为分析纯 2 1 2 实验设备 自动凯氏定氮仪 p s 偏光显微镜 p e r k i n e m l e rp y r i n 一1 差示量扫描仪 f a l l 0 4 电子天平 p b 4 0 0 1 e 精密电子天平 市售 市售 市售 上海嘉里粮油工业有限公司 国药集团化学试剂有限公司 国药集团化学试剂有限公司 国药集团化学试剂有限公司 国药集团化学试剂有限公司 国药集团化学试剂有限公司 国药集团化学试剂有限公司 国药集团化学试剂有限公司 国药集团化学试剂有限公司 上海纤检仪器有限公司 上海光学仪器厂 美国p e 公司 上海精密科学有限公司 梅特勃一托利多仪器( 上海) 有限公司 江南大学硕士学位论文 s h b i i i 循环水真空泵 j t m 5 0 0 立式胶体磨 8 0 2 b 台式离心机 s s 4 5 0 n 三足式离心机 l x j i i 离心沉淀机 d e t a l3 2 0p h 计 t h z 8 2 水浴恒温振荡器 d h g 一9 1 0 1 3 s a 电热恒温鼓风干燥箱 w f j 2 0 0 0 可见分光光度计 砂芯坩埚 2 2 实验方法 2 2 1 稀碱浸泡法去蛋白工艺 流程图如下： 巩义市站街光亚仪器厂 沈阳航天新光超微粉碎机械有限公司 上海安亭科学仪器有限责任公司 中国化工机械集团张家港市沪江离心机厂 上海医用分析仪器厂 m e 丁r l e rt o l e d 0 国华企业 上海市三发科学仪器有限公司 尤尼柯( 上海) 仪器有限公司 上海玻璃厂 粳米一稀碱浸泡一胶体磨一过筛一离心沉淀一用水洗涤至中性一离心沉淀一4 5 干 燥一粉碎 2 2 2 淀粉糊化作用的测定 采用光学显微镜法，根据淀粉颗粒是否具有偏光十字，即淀粉颗粒的结晶结构判断淀 粉是否糊化。 2 2 3 常见成分分析 水分的测定1 1 9 】：1 0 5 恒重法g b 5 0 0 9 3 8 5 ： 灰分的测定【1 9 j ：5 5 0 “0 0 灰化法g b5 0 0 9 4 8 5 ： 蛋白质的测定【19 】：采用凯氏定氮法g b 5 0 0 9 5 8 5 。 2 2 4 热特性分析 采用美国p e 公司产p y r i s l 型差示扫描量热仪( d s c ) 进行测定，仪器先用金属铟校 正。将淀粉样品用过量水溶胀，于冰箱中过夜，离心( 3 0 0 0 r p m ，1 0 m i n ) ，弃去上清液，测 定溶胀淀粉的含水量。精确称取一定量的溶胀淀粉样品于铝制坩埚中，压紧后用三氧化二 铝石英管为参比，在温度4 5 8 0 范围内以1 0 m i n 升温速度做出热分析曲线【2 l 】。 第二章粳米多孔淀粉制各工艺的研究 图2 一l 粳米淀粉d s c 图 f 唔件2 一l d s c g n p ho f s t a n h 2 2 5 生淀粉酶活力测定 2 5 ( w ，v ) 粳米悬液2 o m l 加入到5 0 m l 三角瓶，加p h 4 6 的0 2 m o l l 的h a c n a a c 缓冲液2 o r i l l ，4 0 预热1 0 m 吐加入1 0 m l 适当稀释酶液，在4 0 恒温下振荡反应3 0 m i i l 后，加0 5 m l 4 的n a o h 溶液终止反应。反应液用3 0 0 0 r m i n 离心，3 m i i l ，上层清液用d n s 法测还原糖含量【2 2 】1 2 3 1 。 酶活定义1 2 4 l ：在以上分析条件下，l h 释放l m g 葡萄糖的酶量定义为一个酶活力单位。 2 2 6 多孔淀粉形成工艺 取一定量粳米淀粉，用h a c n a a c 缓冲液制成一定浓度的悬浮液，加入适量的酶， 恒温搅拌，一段时间后停止反应，加入n a o h 溶液终止酶解，离心( 3 0 0 0 r m i n ，2 0 m i n ) ， 分离上清液，沉淀用蒸馏水洗涤离心，4 5 下干燥，粉碎即得多孔淀粉。 2 2 7 多孔淀粉吸油率测定 称取多孔淀粉w lg ( 精确到o 0 0 0 l g ) ，恒温下与5 m l 的大豆色拉油混合搅拌3 0 m i n ， 置于已知重量w o g ( 精确到0 0 0 0 l g ) 的砂芯坩埚中抽滤，直至没有液滴滴下，此时砂芯 坩埚重量w 2 9 ( 精确到o 0 0 0 1 9 ) ，计算吸油率【2 5 】。 b = 鉴二竖二坠。l o o 形 2 3 结果与讨论 2 3 1 稀碱法浸泡去除蛋白优化试验 以温度、氢氧化钠溶液浓度、提取时间、料液比为因素，以淀粉中残余蛋白质含量( 残 余蛋白) 为指标，进行优化实验【2 6 】【2 7 1 。 2 3 1 1 碱浓度对残余蛋白质含量的影响 根据资料报道【2 蚋，提取时间和碱液浓度在一定范围内对粳米蛋白的溶出量影响最大。 因此，在常温、碱浸泡时间2 h 以及料液比1 ：3 这三个固定条件下，改变碱液浓度，得到碱 浓度与残余蛋白质含量的关系如图2 2 所示。 江南大学硕士学位论文 图2 - 2 碱浓度对残余蛋白质含量的影响 f j g | l 件2 _ 2e 仃e c to f n a 佣c o c e t 憎6 0 n 呻t h e n t e n to f 陀m n a n tp m t e i n 由图2 2 所示，n a o h 浓度对粳米蛋白去除率影响显著，浓度低时去除蛋白的能力比较 低，残余蛋白质含量比较高；当浓度为o 4 时，残余蛋白质含量还剩1 5 8 ，这与粳米蛋 白中8 0 以上是碱溶性蛋白有关。一般情况下，粳米蛋白在胚乳中与淀粉结合紧密，较难 溶出，碱液则能使其紧密的结构变得疏松，促使粳米蛋白与淀粉的分离【2 引。实验表明，碱 液浓度太高，会使淀粉糊化( 偏光十字消失) ；淀粉浓度太低，又不能达到去除蛋白的效 果。当碱浓度为0 4 时蛋白质的去除效果比较好，且淀粉也未糊化。 2 3 1 2 碱浸泡时间对残余蛋白质含量的影响 碱液浸泡时间也是影响去蛋白效果的一个重要因素。在常温下，碱浓度为o 4 ，料 液比1 ：3 的条件下，改变碱浸泡时间，得出与残余蛋白质含量之间的关系如图2 3 所示。 24 碱泡时问( h ) 图2 - 3 碱泡时间对残余蛋白质含量的影响 f i g u 件2 - 3e 仃h to f 旺t c t i o d u n t i o no 曲ec o n t e n to fn m n a tp m t e i 由图2 3 可知，碱浸泡时间越长，残余蛋白质含量愈低。当碱浸泡时间为4 h 时，残余蛋 白质含量为0 9 ；随着浸泡时间的延长，残余蛋白质含量虽然在降低，但是降低的趋势比 较平缓，所以选取碱浸泡时间为4 h 。 2 3 1 3 料液比对残余蛋白质含量的影响 因为考虑到碱液的多少影响到碱液与粳米的接触面积，从而影响到蛋白质的去除效 o 5 2 5 l 5 0 2 l 0 女一瞬啦峰糍管 第二章粳米多孔淀粉制各工艺的研究 果，所以对料液比进行了研究，以优化去除蛋白的工艺。在室温，碱浓度o 4 ，碱浸泡 时间4 h 的条件下，改变料液比，得出料液比与残余蛋白质含量之间的关系，如图2 4 所 示。 芒 捌 如 苍 皿 翘 谣 嫠 l ：21 ：31 ：51 ：61 ：9 料液比 图2 4 料液比对残余蛋白质含量的影响 m2 4e b c t0 f s t k 咖l v e to 也e 蛔o f n m a tp m t e i 由图2 - 4 可知，随着料液比的降低，残余蛋白质含量的减少较低，在工业化生产中， 由于考虑节约用水，合理的料液比选择1 ：3 。 2 3 1 4 温度对残余蛋白质含量的影响 选取2 0 、3 0 、4 0 、5 0 不同的温度条件进行比较，其它实验条件：n a o h 溶液为o 4 ， 料液比l ：3 ，提取时间4 h ，测定结果如表2 5 所示。 苎 自 如 血 崽 谣 鬣 1 02 03 04 05 06 0 温度( ) 图2 - 5 温度对残余蛋白质含量的影响 f i 驴n 2 5 e 胁t o f 旺t n c t i n g t 咖p e 隋t u m o n t h ec o n t e n t o f 比m a t p m t e i n 由图2 5 可知，温度对大米蛋白质提取率的影响不是显著，但是温度越高淀粉损失得越 多。由于大米淀粉的糊化温度在6 5 左右，而且碱的存在又促进大米淀粉的糊化和溶解， 但高温对大米蛋白质的提取却没有多大的帮助【2 。所以从节约能源的角度出发，可以选择 在室温条件下去除粳米蛋白质。 江南火学硕士学位论文 2 3 2 生淀粉酶活 对本实验所用酶进行生淀粉酶活力的测定，糖化酶对生粳米淀粉酶活为 1 5 2 0 1 8 3 i u ，m l ，一淀粉酶对生粳米淀粉酶活为6 6 3 7 6 2i u m l 。 2 3 3 酶解制备粳米多孔淀粉单因素实验 单因素实验主要考察酶配比、反应时间、反应体系p h 、料液比、加酶量和反应体系 温度对多孔淀粉形成的影响。 2 3 3 1 酶配比对多孔淀粉吸油率的影响 根据文献报道1 3 0 。3 2 】，多孔的形成并不是一种酶作用的结果，几种酶协同作用的效果会 更好。因此本实验将糖化酶与d 一淀粉酶按6 ：1 ，8 ：1 ，1 0 ：1 ，1 2 ：l ，1 4 ：1 比例加入粳米淀 粉中反应，测定结果如图2 6 所示。 1 0 5 1 0 0 笆 篓9 5 擎 9 0 8 5 6 ：18 ：l1 0 ：l1 2 ：1 1 4 ：i 酶配比 鬻 囊 督 051 0 1 5 2 0 2 5 3 0 3 54 0 酶解时间h 图2 _ 6 酶配比对吸油率的影响 图2 7 反应时间对吸油率的影响 f i g u m2 - 6 e f i h t o f e n 巧m 曙n t i o o o i ia d r p t i o f 睡u 件2 7 e m e c t o f r 蚰c t i o n t i m e o o na d r p t i o n 由图2 6 可知，当糖化酶与淀粉酶的酶活比为1 0 ：1 时，得到产品的吸油率最高， 说明在此条件下开孔程度高。说明这两种酶以此配比的协同作用效果最好。 2 3 3 2 反应时间对多孔淀粉吸油率的影响 时间是影响酶稳定性一个重要参数，本实验考察酶作用不同时间0 、4 、6 、8 、1 0 、 1 2 、1 6 、2 0 、2 4 、3 6 h 后，产物的吸油率结果如图2 7 所示。 从图2 7 可知：原粳米淀粉的吸油率为6 5 ；酶作用时间超过8 h 后，随着反应时间的 延长，吸油率虽呈上升趋势，但增长缓慢。可能原因是随着反应时间的延长颗粒破碎，变 小，导致吸油率仍呈上升趋势。 2 3 3 3 反应体系p h 对多子l 淀粉吸油率的影响 p h 是影响酶作用的一个重要因素。本实验考察p h 为3 0 、4 0 、5 o 、6 0 、7 0 的反应 体系下制得的产物吸油率，测定结果如图所示2 - 8 所示。 第二章粳米多孔淀粉制各工艺的研究 重 一 埒 趸 督 图2 - 8p 对吸油率的影响 图2 9 科液比对吸油率的影响 f i 和n 2 - 8e 妇to f p o o na d r p 舶n 矸g u r e 2 9e 融to f s t o c k _ t i v e n to no 订a d 舳r l i d o n 由图2 8 可知，多孔淀粉从p h 3 0 到4 o 吸油率急剧升高，在p h 4 0 处吸油率达到峰 项，随着p h 的升高，吸油率又迅速降低，而p h 5 0 后，p h 继续增加，吸油率呈现较平 缓的下降趋势。造成这一现象的原因是复合酶在p h 4 0 下达到水解最佳值。 2 3 3 4 料液比对多孔淀粉吸油率的影响( e s 恒定) 分别以料液比2 0 ：1 0 0 ，4 0 ：1 0 0 ，6 0 ：1 0 0 ，8 0 ：1 0 0 ，9 0 ：l o o 反应。反应完毕后加入 4 0 m 咖l n a o h 溶液终止反应。观察吸油率的变化，结果见图2 9 所示。 由图2 9 可知，随着料液比的增加，产物的吸油率是先上升后下降，在料液比为4 0 ： 1 0 0 时，制得的多孔淀粉吸油率最高。料液比较低时，酶几乎将底物完全酶解，破坏了孔 的空间结构。而料液比太高时，反应液太浓，无法形成均一体系，使酶可能与底物不能充 分接触，造成淀粉水解不充分，甚至部分淀粉根本未被作用，而部分又几乎被完全水解， 致使吸油率下降。 2 3 3 5 加酶量对多孔淀粉吸油率的影响 根据酶浓度对酶催化反应的影响理论，在酶浓度低时，并非所有的酶分子都能与底物 相结合；随着酶浓度增加，愈来愈多的酶分子与底物相结合。一旦所有的酶分子与底物相 结合时，进一步增加浓度也不能提高反应速率。因此本实验考察分别按理论水解3 0 ， 3 5 ，4 0 ，4 5 ，5 0 淀粉量加入酶量，结果如图2 一1 0 所示。 江南大学硕士学位论文 图2 1 0 加酶量对吸油率的影响图2 1 1 温度对吸油率的影响 f i 印r e 2 1 0e m 娥o f e 碍m ed o 鞠g eo nh g u n 2 一l le f k to f t e m p e 憎恤肿o n o 缸a d s o r p t i 仰 o na d s o r p “o 由图2 一l o 可知，加酶量为理论酶解3 5 的淀粉量时，得到的产物吸油率最高；若加 酶量低于3 5 时，吸油率随着加酶量的增加而急剧增加；但加酶量超过3 5 时，再增加 酶用量，水解反应速度加快，导致孔被破坏，吸油率下降。随着加酶量的继续增加，水解 反应速度几乎不变，所以吸油率变化不大。 2 3 - 3 6 反应温度对多孔淀粉吸油率的影响 酶解反应温度是影响酶稳定性与酶活的重要参数之。由于粳米的糊化温度在 5 5 6 0 附近，所以考察了温度范围2 5 5 0 时的酶反应，得到结果如图2 1 1 所示。 由图2 1 1 可知，低温时酶反应较低，如2 5 ，随着温度的升高，反应速度急剧增加。 在3 0 时，复合酶吸附到生淀粉的能力较强，所以酶解作用最好。在高于3 0 时，酶与 淀粉之间会发生解吸作用，导致酶解能力下降。在高温下酶会失活，而粳米淀粉会糊化， 致使吸油率下降。 2 3 4 酶解正交实验 由2 3 4 的单因素确定正交水平，采用l 1 8 ( 37 ) 安排正交实验，实验因素水平安排【3 3 1 见表2 i 。 表2 一l 正交因素水平表 t a b l e2 1f a c t o r sa n di e v e bf o ro n h o g 蛐a i d 鹤i g n 正交反应结果与分析如表2 2 所示。 第二章粳米多孔淀粉制各工艺的研究 表2 _ 2 正交实验安丰| 、结果与分析 t a b i e2 - 2e i p e r i m e n t a id 鹤i g n ，惜u l 乜a n da 岫够i so f o n h 0 9 0 n a ld 酷i g n 6 0 0 5 9 0 5 8 0 5 7 0 5 6 0 5 5 0 5 4 0 5 3 0 051 0 tt 1 52 0 p h 酶配比 图2 1 2 水平趋势图 f i g u 件2 一1 21 h n dp i o t so f i e v e b 1 5 2 53 03 5 料液比加酶量 坚亘查兰堡主兰竺笙苎 由极差分析可知，影响多孔淀粉成孔性的单因素中，缓冲液p h 值对多孔淀粉形成的 影响最大，下面依次是酶解反应温度、加酶量、料液比、酶解反应时间，复合酶酶配比( 糖 化酶：一淀粉酶) 的影响最小。 由表2 2 的正交实验分析可得，实验条件为温度3 0 ，反应时间8 h ，缓冲液的d h 值为4 0 ，糖化酶：q - 淀粉酶( 酶配比) 1 2 ：l ，料液比5 0 ：1o o ，加酶量3 0 ，得到多孔淀粉的 吸油率最高，为1 0 5 9 7 。经验证，上述条件即为形成粳米多孔淀粉的最佳反应条件。 2 4 本章小结 l 、 稀碱浸泡制备粳米淀粉的最佳条件为：室温下，碱浓度为0 4 ，碱浸泡时间在4 h ， 料液比选择1 ：3 ，得到粳米淀粉的残余蛋白含量为0 3 4 。 2 、 制备粳米多孔淀粉的最佳条件为：温度3 0 ，反应时间8 h ，缓冲液的p h 值为4 0 ， 糖化酶：旺一淀粉酶( 酶配比) 1 2 ：1 ，料液比5 0 ：1 0 0 ，加酶量3 0 ，在此条件下得到多孔淀 粉的最高吸油率为1 0 5 9 7 。 第三章交联多孔淀粉的制各 第三章交联多孔淀粉的制备 3 0 引言 交联淀粉即是淀粉与具有两个或多个官能团的化学试剂起反应，不同淀粉分子的羟基 间形成醚化键或酯化键而交联起来的衍生物。原淀粉在机械搅拌作用下，脆弱的溶胀颗粒 容易破裂：而交联淀粉因为交联作用增强了淀粉颗粒的强度，抑制颗粒破裂，对机械搅拌 作用不再敏感1 3 ”。本章在全面分析各种变性淀粉制备的基础上，应用化学方法，选择三 偏磷酸钠作为交联剂，在水分散体系中对粳米淀粉进行交联，然后制各出具有良好加工性 能和光滑细腻的低交联多孔淀粉。 3 1 实验材科和设备 3 1 1 实验材料 粳米淀粉市售 三偏磷酸钠国药集团化学试剂有限公司 硫酸国药集团化学试剂有限公司 硝酸国药集团化学试剂有限公司 无水乙醇国药集团化学试剂有限公司 磷酸二氢钾国药集团化学试剂有限公司 钼酸铵国药集团化学试剂有限公司 抗坏血酸国药集团化学试剂有限公司 氢氧化钠国药集团化学试剂有限公司 碳酸钠国药集团化学试剂有限公司 酚酞国药集团化学试剂有限公司 以上试剂均为化学纯 3 1 2 主要仪器及设备 delia320ph计mettler t o l e d o 7 2 2 型光栅分光光度计尤尼科( 上海) 仪器有限公司 t h z 一8 2 水浴恒温振荡器国华企业 l x j i i 离心沉淀机上海医用分析仪器厂 电动搅拌器金坛市华峰仪器有限公司 d h g 9 1 0 1 3 s a 电熟恒温鼓风干燥箱上海市三发科学仪器有限公司 3 2 实验方法 3 2 1 交联方法 在一定温度下，一定p h 值，一定的三偏磷酸钠用量，反应一定时问，用0 5 m o l 几的盐 酸调整d h 至中性，抽滤，充分洗涤滤饼，干燥，过筛，即得交联淀粉。 江南大学硕士学位论文 3 2 2 交联多孔淀粉形成工艺 参照第二章2 2 6 。 3 2 3 磷标准曲线的绘制 准确称取无水磷酸二氢钾o 4 3 9 3 9 ，溶于水中，再定量地转移至lo o o m l 容量瓶中， 稀释至