一種脂肪酶催化合成松香淀粉酯的方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種利用脂肪酶催化合成松香淀粉酯的方法。本發(fā)明包括：原淀粉預(yù)處理和酯化反應(yīng)兩部分。使用堿性溶液預(yù)處理原淀粉，使之充分溶脹，破壞淀粉的晶體結(jié)構(gòu)；使用脂肪酶催化淀粉分子上的羥基與松香分子上的羧基發(fā)生酯化反應(yīng)；本發(fā)明具有酶促反應(yīng)的條件溫和、綠色安全、反應(yīng)效率高、產(chǎn)品容易純化等優(yōu)點(diǎn)；同時(shí)，反應(yīng)過(guò)程操作簡(jiǎn)單、獲得的產(chǎn)品取代度較大。
【專利說(shuō)明】一種脂肪酶催化合成松香淀粉酯的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于生物化工領(lǐng)域，具體的提供了一種脂肪酶催化合成松香淀粉酯的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]淀粉是價(jià)格低廉、來(lái)源豐富的可再生資源，其具有良好的生物相容性和生物可降解性，使得以淀粉為原料制備高附加值的衍生物越來(lái)越受到人們的關(guān)注。淀粉的基本結(jié)構(gòu)是以葡萄糖為單體組成的天然多糖高分子化合物，淀粉分子上大量的自由羥基使淀粉材料的親水性較強(qiáng)，水溶脹度較大，從而限制其在作為可再生材料領(lǐng)域的拓展。針對(duì)淀粉的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，可通過(guò)酯化、醚化、羧基化及接枝共聚等反應(yīng)對(duì)其進(jìn)行化學(xué)改性，制備淀粉衍生物，從而有效改善淀粉的熱力學(xué)特性、溶解特性等性能；同時(shí)，通過(guò)化學(xué)改性，把一些具有特殊性能的基團(tuán)引入到淀粉分子上，將賦予淀粉材料更多的、新型的功能，使之更廣泛地應(yīng)用于食品、醫(yī)藥、化妝品、紡織、化工、造紙、降解塑料、水處理工業(yè)等領(lǐng)域。酯化修飾是淀粉改性的一種重要方式，目前利用長(zhǎng)鏈脂肪酸與淀粉進(jìn)行酯化反應(yīng)獲得長(zhǎng)鏈脂肪酸淀粉酯的研究很多，因?yàn)殚L(zhǎng)鏈脂肪酸的接入而使得長(zhǎng)鏈脂肪酸淀粉酯具有特殊的熱塑性、疏水性和生物可降解性，能用作穩(wěn)定劑、凝膠劑、乳化劑等。
[0003]松香是一種價(jià)格低廉、來(lái)源豐富的林產(chǎn)資源和中藥材。松香是由多種樹(shù)脂酸和少量脂肪酸、中性物質(zhì)組成的混和物，它的主要成分(約90% )是樹(shù)脂酸(C19H29COOH),為具有三元菲骨架并含有兩個(gè)雙鍵的一元羧酸。由于具有剛性很強(qiáng)的三元環(huán)菲狀化學(xué)結(jié)構(gòu)，松香可以作為石化原料的重要替代物而用于高分子材料的合成上，松香改性高分子材料在油墨、涂料、表面活性劑、造紙助劑、食品工業(yè)、醫(yī)藥農(nóng)藥等方面都有著廣泛應(yīng)用。
[0004]目前，已有利用松香作為羧基供體合成松香淀粉酯的研究報(bào)道(方華祥等，歧化松香木薯淀粉酯的微波合成及表征，應(yīng)用化工，2008，37，377-381，384 ;唐世華等，松香酸淀粉酯的合成與結(jié)構(gòu)表征，林產(chǎn)化學(xué)與工業(yè)，2011，31，55-60 ;段文貴等，馬來(lái)松香木薯淀粉酯的微波合成，林產(chǎn)化學(xué)與工業(yè)，2009，29，16-22)，然而，上述研究報(bào)道皆采用化學(xué)催化合成，存在副反應(yīng)較多、條件苛刻等不足，以脂肪酶催化松香與淀粉合成松香淀粉酯迄今還未見(jiàn)報(bào)道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是針對(duì)傳統(tǒng)化學(xué)法合成松香淀粉酯存在的不足，提供了一種條件溫和、反應(yīng)效率高的脂肪酶催化合成松香淀粉酯的方法。該方法用預(yù)處理方法破壞原淀粉的晶體結(jié)構(gòu)，使用脂肪酶催化松香淀粉酯合成。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案:一種脂肪酶催化合成松香淀粉酯。包括原淀粉預(yù)處理和酯化反應(yīng)兩部分:
[0007](I)原淀粉的預(yù)處理
[0008]配制一定濃度的氫氧化鈉/尿素水溶液，在快速攪拌下慢慢加入原淀粉，充分?jǐn)嚢?，得到透明、均相的淀粉糊。在淀粉糊中滴加稀鹽酸至中性，慢慢滴加無(wú)水乙醇使淀粉沉淀，再用無(wú)水乙醇充分洗滌沉淀以去除中性鹽及水分，真空干燥得到預(yù)處理淀粉。
[0009](2)脂肪酶催化松香淀粉酯合成
[0010]在二甲基亞砜溶液中，加入原淀粉，充分?jǐn)嚢枋沟矸廴芙猓尤胨上?，再加入脂肪酶，攪拌反?yīng)。反應(yīng)結(jié)束后，過(guò)濾去除脂肪酶，上清液在攪拌下加入無(wú)水甲醇，使松香淀粉酯沉淀析出，甲醇充分洗滌，再用丙酮洗滌后抽濾，濾餅在于烘箱中恒溫干燥制得松香淀粉酯。
[0011]所得產(chǎn)品利用紅外譜圖進(jìn)行結(jié)構(gòu)鑒定，并進(jìn)行取代度和其他性能測(cè)定。
[0012]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:本發(fā)明方法采用脂肪酶催化合成松香淀粉酯，具有酶促反應(yīng)的條件溫和、綠色安全、反應(yīng)效率高、產(chǎn)品容易純化等優(yōu)點(diǎn)；同時(shí)，反應(yīng)過(guò)程操作簡(jiǎn)單、獲得的產(chǎn)品取代度較大。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0013]圖1樣品紅外光譜分析結(jié)果，圖中a為松香淀粉酯，b為預(yù)處理淀粉，c為原淀粉，d為松香；松香木薯淀粉酯(a)在1729cm—1附近出現(xiàn)了一個(gè)新的特征峰，為酯鍵伸縮振動(dòng)峰，此結(jié)果表明松香和淀粉發(fā)生了酯化反應(yīng)。
【具體實(shí)施方式】
[0014]為了更好的理解本發(fā)明，下面結(jié)合實(shí)施例子對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的描述。
[0015]實(shí)例1:`[0016](I)原淀粉的預(yù)處理
[0017]配制一定濃度的氫氧化鈉/尿素水溶液(氫氧化鈉的濃度為1%，尿素的濃度為10% )，在快速攪拌下慢慢加入原淀粉(質(zhì)量體積比10% )，充分?jǐn)嚢鑜Omin，得到透明、均相的淀粉糊。滴加稀鹽酸至中性，慢慢滴加無(wú)水乙醇使淀粉沉淀，再用無(wú)水乙醇充分洗滌以去除中性鹽及水分，50°C下真空干燥12h得到預(yù)處理淀粉。
[0018](2)脂肪酶催化松香淀粉酯合成
[0019]在二甲基亞砜(DMSO)溶液中，加入0.1 %的原淀粉，充分?jǐn)嚢枋沟矸廴芙?，加入松?松香與淀粉中葡萄糖單元的摩爾比為1:1)，再加入5%的脂肪酶Novozym435(Novozym公司商業(yè)產(chǎn)品)，55°C溫度下攪拌反應(yīng)20min。反應(yīng)結(jié)束后，過(guò)濾去除脂肪酶，上清液在攪拌下加入無(wú)水甲醇，使松香淀粉酯沉淀析出，甲醇充分洗滌3次，每次20mL ;再用50mL丙酮洗滌5h后抽濾，濾餅在于50°C烘箱中恒溫干燥制得松香淀粉酯。
[0020](3)測(cè)定該松香淀粉酯(DS)為0.031。
[0021]取代度(DS)的測(cè)定:在150mL錐形瓶中，將準(zhǔn)確稱取一定質(zhì)量的樣品溶于50mLDMSO溶液中，加入20mL0.lmol/L的NaOH標(biāo)準(zhǔn)溶液，50°C水浴震蕩2h，使酯化的松香基團(tuán)充分水解，滴加幾滴酚酞溶液作為滴定指示劑，然后用0.lmol/L的標(biāo)準(zhǔn)HCl溶液滴定至中性，記錄消耗的鹽酸體積，平行測(cè)定3次。根據(jù)以下公式計(jì)算:
nc162 X C (F0 - V )
[0022]DS =-
L 」m - 285 X C (V0 - V )
[0023]式中:DS_淀粉分子中每mol葡萄糖單元上酯化的松香基團(tuán)數(shù)目；Vtl-滴定原淀粉樣品消耗標(biāo)準(zhǔn)鹽酸溶液的體積，mL ;V-滴定松香淀粉酯樣品消耗標(biāo)準(zhǔn)鹽酸溶液的體積，HlL ;C-標(biāo)準(zhǔn)鹽酸溶液的濃度，mol/L ;m-樣品的質(zhì)量，g ;285_松香基團(tuán)的平均相對(duì)分子質(zhì)量；162-葡萄糖單元的相對(duì)分子質(zhì)量。
[0024]實(shí)例2:
[0025](1)原淀粉的預(yù)處理
[0026]配制一定濃度的氫氧化鈉/尿素水溶液(氫氧化鈉的濃度為15%，尿素的濃度為
0.5% )，在快速攪拌下慢慢加入原淀粉(質(zhì)量體積比0.1% )，充分?jǐn)嚢?0min，得到透明、均相的淀粉糊。滴加稀鹽酸至中性，慢慢滴加無(wú)水乙醇使淀粉沉淀，再用無(wú)水乙醇充分洗滌以去除中性鹽及水分，50°C下真空干燥12h得到預(yù)處理淀粉。
[0027](2)脂肪酶催化松香淀粉酯合成
[0028]在二甲基亞砜(DMSO)溶液中，加入5%的原淀粉，充分?jǐn)嚢枋沟矸廴芙?，加入一定量的松?松香與淀粉中葡萄糖單元的摩爾比為10:1)，再加入25 %的脂肪酶Novozym435(相對(duì)淀粉的質(zhì)量百分比)，30°C溫度下攪拌反應(yīng)15h。反應(yīng)結(jié)束后，過(guò)濾去除脂肪酶，上清液在攪拌下加入無(wú)水甲醇，使松香淀粉酯沉淀析出，甲醇充分洗滌3次，每次20mL ;再用50mL丙酮洗滌5h后抽濾，濾餅在于50°C烘箱中恒溫干燥制得松香淀粉酯。
[0029](3)按照實(shí)施例1中方法測(cè)定該松香淀粉酯DS為0.114。
[0030]實(shí)例3:
[0031](I)原淀粉的預(yù)處理
[0032]配制一定濃度的氫氧化鈉/尿素水溶液(氫氧化鈉的濃度為5%，尿素的濃度為5% )，在快速攪拌下慢慢加入原淀粉(質(zhì)量體積比4% )，得到透明、均相的淀粉糊，充分?jǐn)嚢鑜Omin。滴加稀鹽酸至中性，慢慢滴加無(wú)水乙醇使淀粉沉淀，再用無(wú)水乙醇充分洗滌以去除中性鹽及水分，50°C下真空干燥12h得到預(yù)處理淀粉。
[0033](2)脂肪酶催化松香淀粉酯合成
[0034]在二甲基亞砜(DMSO)溶液中，加入0.5%的原淀粉，充分?jǐn)嚢枋沟矸廴芙猓尤胍欢康乃上?松香與淀粉中葡萄糖單元的摩爾比為2:1)，再加入15 %的脂肪酶NOVOZym435，45°C溫度下攪拌反應(yīng)4h。反應(yīng)結(jié)束后，過(guò)濾去除脂肪酶，上清液在攪拌下加入無(wú)水甲醇，使松香淀粉酯沉淀析出，甲醇充分洗滌3次，每次20mL ;再用50mL丙酮洗滌5h后抽濾，濾餅在于50°C烘箱中恒溫干燥制得松香淀粉酯。
[0035](3)按照實(shí)施例1中方法測(cè)定該松香淀粉酯DS為0.098。
[0036](4)紅外光譜分析:采用KBr壓片，測(cè)定范圍為4000-500cm-1，分辨率為4cm—1。
[0037]圖中a為松香淀粉酯，b為預(yù)處理淀粉，c為原淀粉，d為松香；松香木薯淀粉酯(a)在1729CHT1附近出現(xiàn)了一個(gè)新的特征峰，為酯鍵伸縮振動(dòng)峰，此結(jié)果表明松香和淀粉發(fā)生了酯化反應(yīng)。
[0038](5)透明度的測(cè)定
[0039]將原淀粉和松香淀粉酯樣品分別配制為0.10% (質(zhì)量分?jǐn)?shù))的溶液，沸水浴加熱糊化，冷卻至室溫。以蒸餾水為空白，用紫外-可見(jiàn)分光光度計(jì)測(cè)定溶液650nm的透光率，并以透光率作為透明度。測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表1。
[0040](6)表面張力的測(cè)定
[0041]配制0.05g/ml的淀粉樣品溶液，在室溫條件下，采用BZY-2全自動(dòng)表面張力儀測(cè)定溶液的表面張力。探測(cè)速度為5mm/s,浸入深度約3.00mm。測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表1。
[0042](7)粘度的測(cè)定
[0043]分別配置系列濃度分別為0.0017g/ml、0.0025g/ml、0.0033g/ml、0.0042g/ml、
0.005g/ml的淀粉和淀粉酯溶液，固定好烏氏粘度計(jì)，開(kāi)啟恒溫水槽，調(diào)節(jié)溫度為35°C，分別測(cè)淀粉和松香淀粉酯的特性粘度。測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表1。
[0044](8)乳化性能及乳化穩(wěn)定性
[0045]稱取一定量要樣品加入到錐形瓶中，配成3%的淀粉乳，置于水浴鍋中攪拌升溫使其糊化，沸水浴中15min。取淀粉糊與橄欖油體積比為1:2混合，使用超聲破碎5分鐘，得到油-淀粉糊乳液。乳液在3000r/min條件下離心15分鐘，測(cè)定乳化層高度和總液面的高度。24小時(shí)后，重復(fù)離心。乳化能力和乳化穩(wěn)定性的計(jì)算方法如下:
[0046]
【權(quán)利要求】
1.一種脂肪酶催化合成松香淀粉酯的方法，其特征在于:所述方法是以淀粉和松香為原料，利用脂肪酶催化反應(yīng)合成松香淀粉酯。其過(guò)程包括對(duì)原料淀粉進(jìn)行預(yù)處理和酯化反應(yīng)兩個(gè)部分。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法的步驟包括: (1)配制氫氧化鈉/尿素水溶液，在快速攪拌下加入原淀粉，攪拌，得到透明、均相的淀粉糊。 (2)在淀粉糊中滴加稀鹽酸至中性，慢慢滴加無(wú)水乙醇使淀粉沉淀，再用無(wú)水乙醇充分洗滌沉淀以去除中性鹽及水分，真空干燥得到預(yù)處理淀粉。 (3)在二甲基亞砜溶液中，加入原淀粉，充分?jǐn)嚢枋沟矸廴芙?，加入松香，再加入脂肪酶，攪拌反?yīng)。 (4)反應(yīng)結(jié)束后，過(guò)濾去除脂肪酶，上清液在攪拌下加入無(wú)水甲醇，使松香淀粉酯沉淀析出，甲醇充分洗滌，再用丙酮洗滌后抽濾，濾餅在于烘箱中恒溫干燥制得松香淀粉酯。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于:所述步驟(1)中，氫氧化鈉/尿素水溶液氫氧化鈉的濃度為1-15%，尿素的濃度為0.5-10%。
4.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于:所述步驟(1)中，加入原淀粉質(zhì)量體積比為0.1-10%。
5.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于:所述步驟(1)中，攪拌時(shí)間為10-60min。
6.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于:所述步驟(3)中，加入原淀粉的量為0.1-5%。
7.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于:所述步驟(3)中，加入松香的量為松香與淀粉中葡萄糖單元的摩爾比為1:1-10:1。
8.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于:所述步驟(3)中，加入的脂肪酶為Novozym435。
9.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于:所述步驟(3)中，攪拌反應(yīng)的溫度為20℃ -80°C，時(shí)間為20分鐘-15小時(shí)。
【文檔編號(hào)】C12P19/04GK103525885SQ201310465752
【公開(kāi)日】2014年1月22日 申請(qǐng)日期:2013年10月9日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月9日
【發(fā)明者】林日輝, 李賀, 黃文勤, 韋成昱 申請(qǐng)人:南寧奕德環(huán)境科技有限公司