[发明专利]一种去脂酶解配合多频超声波处理制备淀粉纳米晶的方法

说明书

本发明公开了一种去脂酶解配合多频超声波处理制备淀粉纳米晶的方法，属于变性淀粉开发技术领域。本发明方法首先利用索氏抽提去除脂质以破坏对酶具有抗性的硬壳层，缩短水解时间；进而采用中温淀粉酶限制性水解淀粉颗粒的无定形区，形成“峰窝状”的多孔半晶性结构。由于颗粒结构被破坏，机械强度降低，采用多频超声波对其进行机械破碎，促使酶解后结晶区与结晶区的弱物理连接发生断裂，从而形成淀粉纳米晶。与单频超声波处理相比，多频超声波处理可解决淀粉自身粒度分布广和酶解后多孔淀粉尺寸复杂所导致的共振效率低的缺点，从而提高多孔淀粉的破碎效率。本发明方法制备淀粉纳米晶的时间短、效率高，具有广阔的工业化应用前景。

技术领域

一种去脂酶解配合多频超声波处理制备淀粉纳米晶的方法，涉及到醇法脱脂、淀粉溶胀酶法限制性降解和多频超声波处理技术，属于变性淀粉开发技术领域。

背景技术

淀粉纳米晶是淀粉无定形区经酸水解后剩余对酸有抗性的纳米片层结晶部分，其三维尺寸为：长20～40nm，宽15～30nm，高5～7nm。淀粉纳米晶结合了颗粒的纳米效应与淀粉生物基来源的优点，与无机纳米颗粒相比，其具备可再生、生物可降解以及优异的生物相容性等特点；另外，淀粉纳米晶还表现出较强的力学性能和较高的表面能。基于上述优点，淀粉纳米晶被广泛应用于材料、医药和乳液等领域。

目前，制备淀粉纳米晶的方法主要有水解和机械处理两种方法。水解法制备淀粉纳米晶由于其简单易操作的特点而被广泛采用，具体分为酸解和酶解法两种，所得纳米淀粉颗粒为淀粉的结晶部分，其结晶度高，具有较高的机械强度。然而由于淀粉颗粒本身结构的限制，如淀粉表面硬壳层对水解具有抗性，颗粒的致密结构阻碍酸或酶分子的渗入，导致水解法制备淀粉纳米晶的时间长(5～7d)，得率低(10～15％)，这对淀粉资源造成了极大的浪费且限制了其应用。机械法制备淀粉纳米晶是指淀粉颗粒经均质、超声、球磨等物理处理后使淀粉颗粒微细化而制得淀粉纳米晶或纳米淀粉，此方法无需化学试剂的参与且得率较高，但由于高机械能的摄入其制备过程中通常伴随淀粉的糊化过程而使粒度偏大，从而丧失了淀粉纳米晶本身结构强度高的优势，限制了其应用范围。

基于淀粉自身结构在水解过程中对酸或酶存在抗性的特点，若在提高其对酸或酶的耐受性的同时水解掉淀粉颗粒中无定形区域，便可显著提高淀粉纳米晶的制备效率。本发明方法首先通过脱脂预处理淀粉，以降低淀粉颗粒表面硬壳层对酶水解的抗性，进而采用中温α-淀粉酶对淀粉进行酶解，破坏淀粉颗粒的半晶结构，剩余以弱物理结构相连的结晶区。与传统制备多孔淀粉所采用的常温α-淀粉酶相比，中温α-淀粉酶可提高酶解温度，促进水在淀粉颗粒中的渗透而促使其溶胀，加速酶对无定形区的水解过程。在此基础上，借助物理处理对其进行破碎，可制得淀粉纳米晶。然而，由于淀粉本身粒度分布广，酶解后多孔淀粉的孔隙复杂导致传统机械破碎处理效率低、破碎不彻底。本发明方法拟采用多频超声波处理多孔淀粉，以提高其破碎效率。众所周知，超声波的声波只有在共振的情况下，才能对物料达到最佳的处理效果。由于多孔淀粉孔隙多样和粒度分布广的特点导致了此体系的复杂性，所以固定的单频超声处理难以完全使多孔淀粉发生共振，导致处理效果差。而超声波的多频处理则可以更有效地提高共振效率，从而促进多孔淀粉的破碎。所以，本发明方法采用多频超声处理去脂酶解制备的多孔淀粉，以实现快速高效制备淀粉纳米晶的目的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种快速高效制备淀粉纳米晶的方法，提高淀粉附加值，扩大其应用范围。

本发明的技术方案为：一种去脂酶解配合多频超声波处理制备淀粉纳米晶的方法，以蜡质大米淀粉为原料，首先采用索氏抽提去除淀粉所含脂质而破坏淀粉颗粒表面的硬壳层，进而采用中温α-淀粉酶限制性水解淀粉颗粒制备多孔淀粉，并配合多频超声波处理，促使结晶区与结晶区间的弱物理连接断裂而形成淀粉纳米晶。具体工艺步骤为：

(1)醇法淀粉脱脂：

配制70％～90％(v/v)甲醇-水溶液，蜡质大米淀粉以滤纸包裹，淀粉样品与甲醇-溶液的质量体积分数为20％～40％，于65～85℃条件下索氏提取12～24h，将抽提后的淀粉减压干燥至恒重；