一种多孔淀粉的生产及应用方法 【技术领域】
本发明涉及一种用生物技术从生淀粉生产多孔淀粉的方法,并将多孔淀粉用作吸附剂,吸附各种生物活性物质,起到保护和缓慢释放目的物的作用,属于生物变性淀粉领域。
背景技术
多孔淀粉是一种具有类似马蜂窝状的中空结构的生淀粉颗粒,是在低于淀粉糊化温度下经过生物活性酶水解得到的产品。由于是中空结构,具有较大的吸附能力;而且本身是天然有机物质,可以作为天然有机吸附剂使用。
多孔淀粉主要由以下几种方法获得:物理方法,如超声波处理、机械撞击、喷雾、醇变性;生物方法,如酶水解。
在以上几种方法中,超声波处理、醇变性、机械撞击方法目前无法工业化生产;而喷雾方法是用纯淀粉与明胶等混合后,再喷雾形成的一种实心端聚体,吸附作用只发生在表面的凹坑内,吸附量有限,应用前景并不乐观;最有实用价值的是酶水解方法。因为生淀粉水解酶来源于微生物,通过发酵,可大批量工业化生产酶制剂,而且酶解生产多孔淀粉的工艺简单、易于控制。
日本曾用曲霉发酵生产专用于水解生淀粉的糖化酶,再作用于生淀粉颗粒,从而得到多孔淀粉。而如何利用现有工业糖化酶和α-淀粉酶的复合形式生产多孔淀粉,具有较大的开发价值。
【发明内容】
本发明的目的是提供一种多孔淀粉的生产及应用方法。
技术方案:本发明利用现有工业糖化酶和α-淀粉酶,通过复合酶解技术在低于淀粉糊化温度下水解生淀粉,大批量生产多孔淀粉,副产物用来生产葡萄糖浆,达到了原料的全利用或清洁生产工艺。得到多孔淀粉后,利用多孔淀粉的高吸附性能吸附各类物质,制备得到缓释制剂,如粉末咖啡香精(具有缓释效果)、缓释化肥(尿素)、缓释杀虫剂,以及活性制剂,如双歧杆菌活菌粉、活性VA粉等。其中多孔淀粉用于双歧杆菌活菌粉时,不仅可以使用简便、快速、廉价的喷雾干燥工艺生产,而且得到地制品在贮藏性能上也比原有冷冻干燥工艺产品优越。
本发明工艺流程为:淀粉经酶解、离心、固形物洗涤、干燥得到多孔淀粉产品;水解上清液经脱色、过滤、真空浓缩得到葡萄糖浆副产物。
将生淀粉,如大米淀粉(籼米、粳米及糯米)、玉米淀粉、木薯淀粉、红薯淀粉以及马铃薯淀粉在低于淀粉糊化温度下,加入具有生淀粉水解活力的糖化酶和淀粉酶的复合酶与缓冲液混合,配比为:生淀粉1kg,糖化酶0.05-0.08kg,α-淀粉酶0.02-0.05kg,pH4左右的0.2mol/L Na2HPO4-0.1mol/L柠檬酸缓冲液1-2L。在不断搅拌下,恒温(30-60℃)反应一定时间(20-60h)后,将反应体系中的固形物与上清液通过离心分离,固形物用水洗涤,再离心洗涤直至洗涤液呈中性为止,固形物经热风干燥即可得到多孔淀粉产品;水解上清液经过2%活性炭脱色,过滤,真空浓缩后得到葡萄糖浆副产物。
用本方法生产多孔淀粉,将原料淀粉全部利用,多孔淀粉的得率≥50%,吸油率≥1.2g/g,吸水率≥1.7g/g。副产品为葡萄糖浆,固形物含量≥80%,DE值≥42,浅黄色色泽,熬糖温度≥126℃。
作为吸附剂,多孔淀粉与天然淀粉相比有如下特性:(1)较大的比孔容;(2)较大的比表面积;(3)堆积密度、颗粒密度低;(4)良好的吸水、吸油能力。
另外,多孔淀粉本身还具有以下特征:(1)在干燥状态下有良好的机械强度;(2)分散在水及其他溶剂中能保持明显的结构完整性;(3)加工过程不使用化学试剂,安全,无毒。
用多孔淀粉吸附目的物后,目的物质可被制成粉末状、液体状、奶油状、药片状或其他可用形状。
可以被多孔淀粉吸附的目的物涉及多个领域,如食用香精、色素、益生菌、杀虫剂、化肥、农药、药品、化妆品、油墨、纸浆浆料,可归类如下:
(1)空气中易氧化、分解的或光敏性的物质,以及在加工、贮藏过程中需要保护的物质,如鱼油DHA、EPA、维生素E、维生素A、β-胡萝卜素、番茄红素、色素、双歧杆菌活菌等;
(2)需要缓慢释放的物质,如食用香精、色素、杀虫剂、化肥、甜味剂(天冬甜素)、酸味剂、香辛料、酶、调味料;
(3)需要粉末化的油脂或脂溶性的物质;
(4)需要高倍率均质稀释的物质或需要均质混合的比重大的物质,如药品、色素、胱氨酸、农药;
(5)有不良气味(苦、臭味)的物质。
本发明是通过如下方法实现多孔淀粉应用的:利用多孔淀粉的中空结构吸附目的物后直接应用,目的物可以是水溶性的、油溶性的或溶解于有机溶剂的物质,吸附后经过离心,干燥即得所需制剂。
工艺流程为:多孔淀粉与目的物混合、搅拌吸附、再离心(或干燥)得到成品。
多孔淀粉吸附目的物的吸附工艺如下:
(1)被吸附物质是液体时,将含有被吸附物质的溶液喷雾到淀粉颗粒上,或将淀粉颗粒加入到含有被吸附物质的溶液中,再用过滤或离心分离出已吸附了物质的颗粒,然后干燥即可。载荷程度可通过调节目的物质在溶液中的浓度来控制。
(2)被吸附物质是固体时,将两种固体高速混合即可。
本发明的优点在于:
(1)利用现有工业酶制剂的复合形式生产多孔淀粉,原料方便易得,生产成本大大降低,产品多孔淀粉的吸附率较高;
(2)将生产多孔淀粉的上清液制备成葡萄糖浆,做到了原料淀粉的全利用,没有废弃物,整个工艺为清洁生产过程;
(3)将多孔淀粉用作吸附剂,吸附目的物后直接应用,不需要经过再包裹或微胶囊,应用工艺简单;
(4)用多孔淀粉吸附双歧杆菌活菌等益生菌,直接进行喷雾干燥,代替常规的冷冻干燥工艺,大大降低活菌粉的制备成本。将活菌粉装入肠溶性胶囊,得到肠溶性活菌。其贮藏性能优越于冷冻干燥粉。
综上所述,本发明产品多孔淀粉作为天然有机吸附剂,具有优越的吸附性能和巨大的应用潜力。
本发明适用于一般精制淀粉厂家、化学变性淀粉厂家以及一般食品、医药、化工、农药以及杀虫剂等厂家。规模可大可小,非常灵活,适应性极强。
【具体实施方式】
实施例1:
将1kg籼米淀粉加入到1-2L pH为4左右的0.2mol/L Na2HPO4-0.1mol/L柠檬酸缓冲液中,并不断搅拌,再加入0.05kg糖化酶和0.05kg α-淀粉酶,恒温40℃不断搅拌反应24h。离心,将上清液与沉淀分开,沉淀用水洗涤,再离心直至上清液为中性为止。沉淀经过热风干燥,即得多孔淀粉产品。
反应结束后的上清液经过脱色(加入2%活性炭),浓缩(真空度0.01Mpa,80℃),可得到固形物含量≥80%的葡萄糖浆。
实施例2:
将1kg玉米淀粉加入到1-2L pH为4左右的0.2mol/L Na2HPO4-0.1mol/L柠檬酸缓冲液中,并不断搅拌,再加入0.05kg糖化酶和0.05kg α-淀粉酶,恒温40℃不断搅拌反应20h。离心,将上清液与沉淀分开,沉淀用水洗涤,再离心直至上清液为中性为止。沉淀经过热风干燥,即得多孔淀粉产品。
反应结束后的上清液经过脱色(加入2%活性炭),浓缩(真空度0.01Mpa,80℃),可得到固形物含量≥80%的葡萄糖浆。
实施例3:
将1kg木薯淀粉加入到1-2L pH为4左右的0.2mol/L Na2HPO4-0.1mol/L柠檬酸缓冲液中,并不断搅拌,再加入0.05kg糖化酶和0.05kg α-淀粉酶,恒温40℃不断搅拌反应24h。离心,将上清液与沉淀分开,沉淀用水洗涤,再离心直至上清液为中性为止。沉淀经过热风干燥,即得多孔淀粉产品。
反应结束后的上清液经过脱色(加入2%活性炭),浓缩(真空度0.01Mpa,80℃),可得到固形物含量≥80%的葡萄糖浆。
实施例4:
将1kg马铃薯淀粉加入到1-2L pH为4左右的0.2mol/L Na2HPO4-0.1mol/L柠檬酸缓冲液中,并不断搅拌,再加入0.05kg糖化酶和0.05kg α-淀粉酶,恒温40℃不断搅拌反应56h。离心,将上清液与沉淀分开,沉淀用水洗涤,再离心直至上清液为中性为止。沉淀经过热风干燥,即得多孔淀粉产品。
反应结束后的上清液经过脱色(加入2%活性炭),浓缩(真空度0.01Mpa,80℃),可得到固形物含量≥80%的葡萄糖浆。
实施例5:
将1kg红薯淀粉加入到1-2L pH为4左右的0.2mol/L Na2HPO4-0.1mol/L柠檬酸缓冲液中,并不断搅拌,再加入0.05kg糖化酶和0.05kg α-淀粉酶,恒温40℃不断搅拌反应40h。离心,将上清液与沉淀分开,沉淀用水洗涤,再离心直至上清液为中性为止。沉淀经过热风干燥,即得多孔淀粉产品。
反应结束后的上清液经过脱色(加入2%活性炭),浓缩(真空度0.01Mpa,80℃),可得到固形物含量≥80%的葡萄糖浆。
实施例6:
将1kg多孔淀粉与1kg咖啡香精混合,搅拌30min,再离心(300rpm,20min),即得粉末咖啡香精。然后将该粉末咖啡香精用于口香糖的生产,可得到香味能持久的口香糖产品,可保证在口香糖的使用期间(设定为30min)一直有浓郁的香味释放出来。
实施例7:
将1kg多孔淀粉吸附1kg尿素,直接将此吸附物撒在田间,通过模拟自然雨天环境,结果发现即使在施肥后一直连续滂沱大雨,第4天仍有一定的残留量,而原淀粉在1天内尿素基本全部流失。
实施例8:
将1kg敌敌畏或拟除虫菊酯类杀虫剂与1kg多孔淀粉混合吸附,装入塑料袋内,每袋装20g,扎紧口袋,悬挂于室内,每40-50立方米的空间挂一袋,关闭门窗1.5h以上,可杀灭室内蚊蝇,持效期约2至3个月。如果只是将杀虫剂简单地装入塑料袋,持效期只有1个月。
实施例9:
用多孔淀粉吸附双歧杆菌活菌,制成40%固形物含量的悬浮液,喷雾干燥(进风温度170℃,出风温度65℃),菌体存活率达到2.3%。在喷雾干燥过程中多孔淀粉吸附活菌后其活菌存活率比不用多孔淀粉吸附的高了近2个数量级。将喷雾干燥的活菌粉装入肠溶胶囊,得到具有肠溶性的双歧杆菌活菌粉。将常规冷冻干燥活菌粉同样装入肠溶胶囊,一起在非严格厌氧条件下加速储藏,多孔淀粉吸附活菌后喷雾干燥得到的活菌体的存活性能优越于冷冻干燥活菌粉的。即设定在一年内菌体活菌数下降一个数量级,那么,用多孔淀粉吸附的喷雾干燥粉的最低储藏温度要求为20.1℃,冷冻粉的最低贮藏温度为14.7℃。
实施例10:
将1kg多孔淀粉吸附1kgVA制剂,通过滚筒干燥熟化,敞口放置两天,VA残存99.37%,而用原淀粉吸附的VA残存只有65.49%。