CN104263781A

CN104263781A - 一种超声波辅助淀粉双酶水解技术

Info

Publication number: CN104263781A
Application number: CN201410511137.3A
Authority: CN
Inventors: 王振斌; 陈兵兵; 邵淑萍; 马海乐; 王林; 张存胜; 赵帅
Original assignee: Jiangsu University
Current assignee: Jiangsu University
Priority date: 2014-09-29
Filing date: 2014-09-29
Publication date: 2015-01-07

Abstract

本发明一种超声波辅助淀粉双酶水解技术，属于淀粉酶解技术领域。尤其是此发明应用了超声波辅助淀粉双酶水解。此方法是在淀粉液化和糖化酶解过程中加入超声波，在超声功率100W，超声时间10min，淀粉乳浓度20%的条件下，淀粉乳的液化值及DE值从未处理的19.89mg/mL、82.06%分别提高到30.67mg/mL、94.30%。本发明淀粉颗粒经超声波处理使得表面的凹痕和裂痕明显增多，淀粉结晶结构遭到破坏，红外结晶指数下降，淀粉支链结构破坏，直链淀粉含量增加，溶解度提高了246.8%。此外，超声波处理对酶的激活作用，使得α-淀粉酶活力提高了15.29%。

Description

一种超声波辅助淀粉双酶水解技术

技术领域

本发明涉及一种淀粉酶解技术领域，特别是涉及一种超声波辅助酶解工艺。

背景技术

淀粉（starch）是一种天然半结晶颗粒结构的高聚物，存在结构和性能缺陷，结晶区分子排列紧密，导致水、酶及多数化学试剂不易接触到结晶区内分子，从而表现出不溶于冷水、淀粉糊易老化脱水、缺乏乳化力，以及淀粉糊在酸、热和剪切力作用下不稳定，化学反应效率较低等现象。

随着淀粉工业的不断发展，淀粉糖化工艺在制糖、酒精、有机酸发酵等行业中的地位日益重要。

目前存在的淀粉利用率低下，而且大多是采用单一酶水解等问题。这些问题已经成为淀粉产业发展的瓶颈，寻找提高原料淀粉转化率的有效途径成为研究的热点之一。

超声波是频率高于20 KHz的声波，是一种弹性机械波，近年来在物理、生物、化学等领域中已有广泛应用。超声波处理能使生物质高分子的形态结构和超微结构发生明显变化，有利于提高酶的可及度和化学反应性能。目前还未见对超声波辅助液化酶和糖化酶双酶法水解淀粉以提高其转化率的研究报道。

发明内容

本发明提供一种淀粉的酶解方法，即通过加入液化酶（耐高温α-淀粉酶10 U/g原料）和糖化酶（糖化酶300 U/g原料）的同时加以超声波来对淀粉进行水解。克服了淀粉利用率低下的问题。

为实现上述目的，本实验采用了如下技术方案：

（1）淀粉乳预处理：称量一定质量的淀粉和蒸馏水，调浆成质量浓度20%的淀粉乳。取200 mL淀粉乳于300 mL烧杯中，烧杯放入20 ℃恒温水浴搅拌器中，将超声波变幅杆***淀粉乳液面以下2 cm，磁力搅拌转速50%，超声（工作时间/间歇时间=2 s/4 s）处理20 min。

（2）液化过程超声处理：称量一定质量的淀粉和蒸馏水，调浆成质量浓度20%的淀粉乳。取200 mL淀粉乳于300 mL烧杯中，调pH为2.2，烧杯放入95 ℃恒温水浴搅拌器中，将超声波变幅杆***淀粉乳液面以下2 cm，磁力搅拌转速50%，超声（工作时间/间歇时间=2 s/4 s）、超声时间10 min、超声功率100 W，总液化时间50 min。液化完成后，冷却，灭酶30 min。

（3）糖化过程超声处理：称量一定质量的淀粉和蒸馏水，调浆成质量浓度20%的淀粉乳。取200 mL淀粉乳于300 mL烧杯中，液化完成后，将超声波变幅杆***淀粉乳液面以下2 cm，磁力搅拌转速50%，超声（工作时间/间歇时间=2 s/4 s），超声功率100 W，辅助糖化18 min。

本发明所述的制备方法有如下特点：

（1）超声波处理的淀粉乳与未加超声波处理的淀粉乳相比，其液化值从22.67 mg/mL 升到38.86 mg/mL，DE值从82.70%升到94.30%。其原因可能是超声波对淀粉乳的作用

（2）超声波作用破坏淀粉颗粒表面的水束层，使水分渗入淀粉颗粒，有利于淀粉酶对淀粉的水解

（3）超声波“空穴效应”产生的剪切力切断淀粉的长链，有利于淀粉的酶解

（4）超声波产生的自由基能够攻击淀粉分子，导致1,4-糖苷键的断裂，淀粉长链暴露出大量非还原性末端，为酶解提供了更多的底物

（5）超声波的机械搅拌作用使整个反应体系更均匀，底物与酶活性部位的接触频率增加

（6）超声波空穴作用引起的水和空气间界面面积增大，扰乱了酶分子周围环境，如氢键和疏水作用，导致酶分子构象的变化

（7）超声波产生剪切力和冲击波造成酶分子结构的变化，表现出酶活的变化。

（8）淀粉乳超声波处理后酶解比单纯酶解法具有更高效的优点。

（9）超声波辅助液化，有利于淀粉大分子的降解，可酶解淀粉的比率提高，为糖化过程提供了充足的底物。

（10）随着超声功率的增加，表面受侵蚀的淀粉颗粒增多，空洞变大，变深，裂纹增多，颗粒内部受侵蚀出现凹陷甚至缺损。淀粉颗粒外层结晶区遭到破坏，化学试剂能够快速的与淀粉颗粒内部结构作用，对促进淀粉化学反应活性是有利的。

（11）淀粉结晶区在超声波处理过程中受到破坏，空化气泡产生的高压和局部激流有足够的剪切力来打破聚合链，导致淀粉结晶区甚至整个淀粉颗粒的断裂，这也是淀粉活性增加的主要原因。

（12）淀粉外层的坚固结晶区在超声环境下收到破坏，水分子与内部淀粉分子接触更加容易，淀粉与水分子间缔合增加，淀粉溶解度增大。

实施例1

（1）称量一定质量的淀粉和蒸馏水，调浆成质量浓度20%的淀粉乳。取200 mL淀粉乳于300 mL烧杯中，调pH为5.6±0.2，烧杯放入95 ℃恒温水浴搅拌器中。

（2）将超声波变幅杆***淀粉乳液面以下2 cm，磁力搅拌转速50%，超声（工作时间/间歇时间=2 s/4 s）辅助液化10min，超声功率100 W，总液化时间50 min。液化完成后，冷却，灭酶30min。

（3）液化值的测定采用DNS法进行。并按照式（1）计算液化值

（1）

式中A—吸光值，n—稀释倍数。

实施例2

（1）称量一定质量的淀粉和蒸馏水，调浆成质量浓20%的淀粉乳。取200 mL淀粉乳于300 mL烧杯中。

（2）液化完成后然后用1 mol/L NaOH调pH4.2～4.4，加入糖化酶（糖化酶300 U/g原料），放入60 ℃恒温水浴搅拌器中进行糖化反应。

（3）将超声波变幅杆***淀粉乳液面以下2 cm，磁力搅拌转速50%，超声（工作时间/间歇时间=2 s/4 s）超声功率100 W，辅助糖化18min，糖化完成后，冷却，测其DE值为87.31%，说明了超声波有利于淀粉大分子的降解在一定程度上可以提高淀粉乳的糖化。

（4）DE值测定参考GB/T 22428.1—2008淀粉水解产品还原力和葡萄糖当量测定方法。

Claims

1.一种超声波辅助淀粉双酶水解技术，其特征在于淀粉乳预处理、液化过程和糖化过程中均超声处理。

2.根据权利要求1所述，淀粉乳预处理其特征在于称量一定质量的淀粉和蒸馏水，调浆成质量浓度10%～40%的淀粉乳；

取200 mL淀粉乳于300 mL烧杯中，烧杯放入20 ℃恒温水浴搅拌器中，将超声波变幅杆***淀粉乳液面以下2 cm，磁力搅拌转速50%，超声（工作时间/间歇时间=2 s/4 s）处理一定时间。

3.根据权利要求1所述，液化过程超声处理其特征在于称量一定质量的淀粉和蒸馏水，调浆成一定质量浓度的淀粉乳；

取200 mL淀粉乳于300 mL烧杯中，调pH为2.2，烧杯放入95 ℃恒温水浴搅拌器中，将超声波变幅杆***淀粉乳液面以下2 cm，磁力搅拌转速50%，超声（工作时间/间歇时间=2 s/4 s）辅助液化一定时间，液化完成后，冷却，灭酶30 min。

4.根据权利要求3所述，其中，液化条件为超声时间10 min、超声功率100 W、淀粉乳浓度20%，总液化时间50 min。

5.根据权利要求1所述，糖化过程超声处理其特征在于称量一定质量的淀粉和蒸馏水，调浆成一定质量浓度的淀粉乳；

取200 mL淀粉乳于300 mL烧杯中，液化完成后，将超声波变幅杆***淀粉乳液面以下2 cm，磁力搅拌转速50%，超声（工作时间/间歇时间=2 s/4 s）辅助糖化一定时间。

6.根据权利要求5所述，其中，糖化条件为超声时间10 min、超声功率100 W、淀粉乳浓度20%。