《一種澱粉預處理方法》是華南理工大學於2006年8月23日申請的專利，該專利的公布號為CN1911966，申請公布日為2007年2月14日，發明人是黃強、扶雄、羅發興、何小維、李琳。該發明涉及澱粉改性技術。
《一種澱粉預處理方法》首先將澱粉加水調乳，然後在溫度55℃～65℃、pH5.0～6.5的條件下加入澱粉酶，酶解2～6小時；再用鹼將酶解後的澱粉乳液的pH值調節為9.0～11.0，並攪拌浸泡0.5～2小時；然後再將預處理後的澱粉進行化學改性。採用該發明方法預處理的澱粉，與傳統澱粉改性技術相比，澱粉反應效率從平均63.3％提高到85.9％，變性澱粉穩定性從平均65.2％提高至90.6％。
2015年11月27日，《一種澱粉預處理方法》獲得第十七屆中國專利獎優秀獎。
基本介紹
- 中文名：一種澱粉預處理方法
- 申請人：華南理工大學
- 申請日：2006年8月23日
- 申請號：2006100371670
- 公布號：CN1911966
- 公布日：2007年2月14日
- 發明人：黃強、扶雄、羅發興、何小維、李琳
- 地址：廣東省廣州市天河區五山
- 分類號：C08B30/02(2006.01)、C08B31/00(2006.01)
- 代理機構：廣州市華學智慧財產權代理有限公司
- 代理人：楊曉松
- 類別：發明專利
專利背景,發明內容,專利目的,技術方案,改善效果,權利要求,實施方式,榮譽表彰,
專利背景
變性澱粉可作為環保型化工助劑、天然醫用輔料和食品添加劑，是澱粉深加工領域的一個重要分支。2006年前，全世界變性澱粉的產量在迅速增長，年產量接近700萬噸，中國約有70萬噸，但是澱粉反應效率低、變性澱粉穩定性差等影響了變性澱粉的推廣套用。
澱粉反應效率是指參與化學反應的試劑與加入試劑的百分比，一般用產物實際取代度與理論取代度的百分比來表示；變性澱粉穩定性是指澱粉糊化後糊的粘度穩定性，一般用90℃條件下保溫3小時的粘度與澱粉糊化後初始粘度的百分比來表示。傳統澱粉改性方法由於化學反應僅發生在澱粉顆粒表面的非晶區，取代基團通常分布在澱粉顆粒表面或澱粉顆粒的局部，澱粉顆粒聚集態結構的特殊性及取代基團在澱粉顆粒中的不均勻分布導致澱粉的反應效率低、變性澱粉穩定性差。2006年前，人們一般通過延長反應時間、採用複合化學改性、或在有機溶劑介質中反應等措施來提高澱粉反應效率和變性澱粉穩定性，但這些措施既增加了化學試劑的用量、降低了生產效率、增加了生產成本，而且效果並不理想。
發明內容
專利目的
《一種澱粉預處理方法》的目的在於克服2006年8月之前的技術中存在的缺點，提供一種提高澱粉反應效率和變性澱粉穩定性、環境友好、成本低、工藝簡單的澱粉預處理方法。
技術方案
《一種澱粉預處理方法》包括下述步驟：首先將澱粉加水調乳，然後在溫度55℃～65℃、pH5.0～6.5的條件下加入澱粉酶，酶解2～6小時；再用鹼將酶解後的澱粉乳液的pH值調節為9.0～11.0，並攪拌浸泡0.5～2小時。然後再將預處理後的澱粉進行化學改性。
所述澱粉加水調乳，是將澱粉乳液的濃度調節為25％～35％（質量比）。所述鹼優選氫氧化鈉、碳酸鈉或氫氧化鈣等；更優選氫氧化鈉，所述氫氧化鈉的濃度為3～5％。所述澱粉酶為中溫α-澱粉酶、或中溫α-澱粉酶和葡萄糖澱粉酶的混合物。所述中溫α-澱粉酶和葡萄糖澱粉酶的混合物中，中溫α-澱粉酶和葡萄糖澱粉酶的質量比為1:4～1:1。
所述澱粉為穀類澱粉，具體可為玉米澱粉，蠟質玉米澱粉等。所述酶解步驟中，在溫度55℃～60℃、pH5.5～6.5條件下，加入占澱粉乾基質量0.08～0.6％的中溫α-澱粉酶，酶解2～6小時。所述酶解步驟中，在溫度55℃～65℃、pH5.0～6.0條件下，加入占澱粉乾基質量0.6～2％的中溫α-澱粉酶和葡萄糖澱粉酶的混合物，酶解2～6小時。
該發明先採用澱粉酶對澱粉顆粒進行酶解處理，使澱粉顆粒的結晶結構發生改變，並形成了從澱粉顆粒表面到內部的通道；然後又直接採用鹼調節澱粉乳液的pH值，鹼浸泡活化工藝進一步提高了化學試劑對澱粉顆粒的可及度和澱粉顆粒的反應活性，從而達到提高澱粉反應效率及變性澱粉穩定性的目的。
改善效果
《一種澱粉預處理方法》與2006年8月之前的技術相比具有如下優點和效果：
（1）該發明首先採用工業澱粉酶對澱粉進行預處理，改變澱粉顆粒的聚集態結構，使之形成從表面到內部的通道，使化學試劑容易深入澱粉顆粒內部進行反應，增加了澱粉反應的均勻性，所用工業澱粉酶具有作用溫和，容易控制，且酶用量少，成本低，無污染等優點。後續的鹼浸泡預處理一方面可以將酶滅活，更重要的是能活化澱粉顆粒表面和內部，使其反應活性提高，同時省去傳統改性澱粉中的調鹼工序。
（2）採用該發明方法預處理的澱粉與傳統澱粉改性技術相比，澱粉反應效率從平均63.3％提高到85.9％，變性澱粉穩定性從平均65.2％提高至90.6％，提高了產品質量，改善了變性澱粉的使用性能，拓展了其套用範圍。
（3）該發明提高了澱粉的反應效率，在產品達到相同取代度和使用效果的情況下可以減少化學試劑的加量，因此可以降低產品的生產成本，尤其是所需化學試劑較為昂貴的變性澱粉；同時還可減少廢水處理的成本。
權利要求
1、《一種澱粉預處理方法》其特徵在於包括下述步驟：首先將澱粉加水調乳，然後在溫度55℃～65℃、pH5.0～6.5的條件下加入澱粉酶，酶解2～6小時；再用鹼將酶解後的澱粉乳液的pH值調節為9.0～11.0，並攪拌浸泡0.5～2小時。
2、根據權利要求1所述的澱粉預處理方法，其特徵在於：所述澱粉加水調乳，是將澱粉乳液的濃度調節為25％～35％。
3、根據權利要求1所述的澱粉預處理方法，其特徵在於：所述鹼為氫氧化鈉、碳酸鈉或氫氧化鈣。
4、根據權利要求3所述的澱粉預處理方法，其特徵在於：所述鹼為氫氧化鈉，所述氫氧化鈉的濃度為3～5％。
5、根據權利要求1所述的澱粉預處理方法，其特徵在於：所述澱粉酶為中溫α-澱粉酶、或中溫α-澱粉酶和葡萄糖澱粉酶的混合物。
6、根據權利要求5所述的澱粉預處理方法，其特徵在於：所述中溫α-澱粉酶和葡萄糖澱粉酶的混合物中，中溫α-澱粉酶和葡萄糖澱粉酶的質量比為1:4～1:1。
7、根據權利要求5所述的澱粉預處理方法，其特徵在於：所述酶解步驟中，在溫度55℃～60℃、pH5.5～6.5條件下，加入占澱粉乾基質量0.08～0.6％的中溫α-澱粉酶，酶解2～6小時。
8、根據權利要求5或6所述的提高澱粉反應效率及變性澱粉穩定性的預處理方法，其特徵在於：所述酶解步驟中，在溫度55℃～65℃、pH5.0～6.0條件下，加入占澱粉乾基質量0.6～2％的中溫α-澱粉酶和葡萄糖澱粉酶的混合物，酶解2～6小時。
實施方式
實施例1
首先將玉米澱粉加水調乳，澱粉乳液的濃度為25％，先用氫氧化鈉將澱粉乳液的pH值調節到5.5，然後在溫度55℃、pH5.5的條件下加入占澱粉乾基質量0.08％的中溫α-澱粉酶，酶解2小時。再將溫度降低到30℃，用氫氧化鈉將酶解後澱粉乳液的pH調節為9.0，並攪拌浸泡0.5小時，得到預處理後的澱粉。
將預處理後的澱粉進行化學改性。在預處理後的澱粉乳中加入占澱粉乾基質量6％的環氧丙烷，混合併攪拌0.5小時後，將溫度升高到58℃進行反應，反應時間為8.5小時，然後降溫、中和、離心、洗滌、乾燥，測得羥丙基澱粉的反應效率為82.6％，穩定性為89.3％。
實施例2～6的步驟同實施例1，具體工藝條件如表1、表2。
工藝條件 | 實施例1 | 實施例2 | 實施例3 | 對比例1 |
澱粉乳液的濃度 | 25% | 30% | 35% | 35% |
酶解時的pH值 | 5.5 | 6.0 | 6.5 | 直接用氫氧 化鈉將澱粉 乳液的pH值 調節為11.0 |
酶解時的溫度 | 55°C | 58°C | 60°C | |
澱粉酶的種類 | 中溫α-澱粉酶 | |||
澱粉酶占澱粉乾基質量比 | 0.08% | 0.34% | 0.6% | |
酶解時間 | 2小時 | 4小時 | 6小時 | |
鹼 | 氫氧化鈉 | 氫氧化鈉 | 氫氧化鈉 | |
鹼調節後的pH值 | 9.0 | 10.0 | 11.0 | |
浸泡時間 | 0.5小時 | 1小時 | 2小時 | |
預處理後的澱粉反應效率 | 82.6% | 84.2% | 86.8% | 60.9% |
預處理後的澱粉穩定性 | 89.3% | 90.8% | 91.6% | 70.2% |
工藝條件 | 實施例4 | 實施例5 | 實施例6 | 對比例1 |
澱粉乳液的濃度 | 25% | 30% | 35% | 35% |
酶解時的pH值 | 5 | 5.5 | 6 | 直接用氫氧 化鈉將澱粉 乳液的pH值 調節為11.0 |
酶解時的溫度 | 55°C | 60°C | 65°C | |
澱粉酶種類（中溫α-澱粉酶與葡萄糖澱粉酶的質量比） | 1:04 | 1:02 | 1:01 | |
澱粉酶占澱粉乾基質量比 | 0.60% | 1.20% | 2.00% | |
酶解時間 | 2小時 | 4小時 | 6小時 | |
鹼 | 氫氧化鈉 | 氫氧化鈉 | 氫氧化鈉 | |
鹼調節後的pH值 | 9 | 10 | 11 | |
浸泡時間 | 0.5小時 | 1小時 | 2小時 | |
預處理後的澱粉反應效率 | 83.40% | 84.50% | 87.90% | 60.90% |
預處理後的澱粉穩定性 | 89.80% | 90.90% | 92.80% | 70.20% |
實施例7
首先將蠟質玉米澱粉加水調乳，澱粉乳液的濃度為25％，先用濃度為3％的氫氧化鈉將澱粉乳液的pH值調節到5.5，然後在溫度55℃、pH5.5的條件下加入占澱粉乾基質量0.08％的中溫α-澱粉酶，酶解2小時。再將溫度降低到30℃，用氫氧化鈉將酶解後的澱粉乳液的pH調節為9.0，並攪拌浸泡0.5小時，得到預處理後的澱粉。
將預處理後的澱粉進行化學改性。用鹽酸將預處理後的澱粉乳pH值調節為8.5，然後在溫度33℃、pH8.5的條件下，在2小時內將占澱粉乾基質量3％的辛烯基琥珀酸酐緩慢加入預處理後的澱粉中，反應時間為12小時，然後用濃度為6％的鹽酸將澱粉乳pH調節為7.0，再過濾、洗滌、乾燥、粉碎、過篩，測得辛烯基琥珀酸澱粉酯的反應效率為76.8％，穩定性為88.7％。
實施例8～12的步驟同實施例7，具體工藝條件如表3、表4。
工藝條件 | 實施例7 | 實施例8 | 實施例9 | 對比例2 |
澱粉乳液的濃度 | 25% | 30% | 35% | 35% |
酶解時的pH值 | 5.5 | 6 | 6.5 | 直接用氫氧化鈉將澱粉乳液的pH值 調節為8.5 |
酶解時的溫度 | 55°C | 58°C | 60°C | |
澱粉酶的種類 | 中溫α-澱粉酶 | |||
澱粉酶占澱粉乾基質量比 | 0.08% | 0.34% | 0.60% | |
酶解時間 | 2小時 | 4小時 | 6小時 | |
鹼 | 氫氧化鈉 | 氫氧化鈉 | 氫氧化鈉 | |
鹼調節後的pH值 | 9 | 10 | 11 | |
浸泡時間 | 0.5小時 | 1小時 | 2小時 | |
預處理後的澱粉反應效率 | 76.80% | 78.80% | 83.80% | 65.60% |
預處理後的澱粉穩定性 | 88.70% | 89.20% | 90.20% | 70.10% |
工藝條件 | 實施例10 | 實施例11 | 實施例12 | 對比例2 |
澱粉乳液的濃度 | 25% | 30% | 35% | 35% |
酶解時的pH值 | 5.0 | 5.5 | 6.0 | 直接用氫氧化鈉將澱粉乳液的PH值 調帀為8.5 |
酶解時的溫度 | 55°C | 60°C | 65°C | |
澱粉酶種類（中溫α-澱粉酶與葡萄糖澱粉酶的質量比） | 1:4 | 1:2 | 1:1 | |
澱粉酶占澱粉乾基質量比 | 0.6% | 1.2% | 2.0% | |
酶解時間 | 2小時 | 4小時 | 6小時 | |
鹼 | 氫氧化鈉 | 氫氧化鈉 | 氫氧化鈉 | |
鹼調節後的pH值 | 9.0 | 10.0 | 11.0 | |
浸泡時間 | 0.5小時 | 1小時 | 2小時 | |
預處理後的澱粉反應效率 | 76.3% | 80.2% | 84.2% | 65.6% |
預處理後的澱粉穩定性 | 86.9% | 90.1% | 91.9% | 70.1% |
實施例13
首先將玉米澱粉加水調乳，澱粉乳液的濃度為35％，先用氫氧化鈉將澱粉乳液的pH值調節到5.5，然後在溫度55℃、pH5.5的條件下加入占澱粉乾基質量0.08％的中溫α-澱粉酶，酶解2小時。再將溫度降低到30℃，用氫氧化鈉將酶解後的澱粉乳液的pH調節為9.0，並攪拌浸泡0.5小時，得到預處理後的澱粉。
將預處理後的澱粉進行化學改性。用氫氧化鈉將預處理後的澱粉乳pH值調節為11.0，然後在溫度58℃、pH11.0的條件下，將占澱粉乾基質量5％的3-氯-2-羥基丙烷-三甲基氯化氨加入預處理後的澱粉中，反應時間為7小時，然後降溫，並將pH調節為6.5，再離心、洗滌、乾燥，測得陽離子澱粉的反應效率為83.2％，穩定性為88.9％。
實施例14～18的步驟同實施例13，具體工藝條件如表5、表6。
工藝條件 | 實施例13 | 實施例14 | 實施例15 | 對比例3 |
澱粉乳液的濃度 | 25% | 30% | 35% | 35% |
酶解時的pH值 | 5.5 | 6.0 | 6.5 | 直接用氫氧化鈉將澱粉乳液的PH值調節為11.0 |
酶解時的溫度 | 55°C | 58°C | 60°C | |
澱粉酶的種類 | 中溫α-澱粉酶 | |||
澱粉酶占澱粉乾基質量比 | 0.08% | 0.34% | 0.6% | |
酶解時間 | 2小時 | 4小時 | 6小時 | |
鹼 | 氫氧化鈉 | 氫氧化鈉 | 氫氧化鈉 | |
鹼調節後的pH值 | 9.0 | 10.0 | 11.0 | |
浸泡時間 | 0.5小時 | 1小時 | 2小時 | |
預處理後的澱粉反應效率 | 83.2% | 83.9% | 85.7% | 63.4% |
預處理後的澱粉穩定性 | 88.9% | 90.4% | 91.3% | 71.1% |
工藝條件 | 實施例16 | 實施例17 | 實施例18 | 對比例3 |
澱粉乳液的濃度 | 25% | 30% | 35% | 35% |
酶解時的pH值 | 5.0 | 5.5 | 6.0 | 直接用氫氧化鈉將澱粉乳液的pH值調節為11.0 |
酶解時的溫度 | 55°C | 60°C | 65°C | |
澱粉酶種類（中溫α-澱粉酶與葡萄糖澱粉酶的質量比） | 1:4 | 1:2 | 1:1 | |
澱粉酶占澱粉乾基質量比 | 0.6% | 1.2% | 2.0% | |
酶解時間 | 2小時 | 4小時 | 6小時 | |
鹼 | 氫氧化鈉 | 氫氧化鈉 | 氫氧化鈉 | |
鹼調節後的PH值 | 9.0 | 10.0 | 11.0 | |
浸泡時間 | 0.5小時 | 1小時 | 2小時 | |
預處理後的澱粉反應效率 | 82.5% | 84.2% | 86.2% | 63.4% |
預處理後的澱粉穩定性 | 88.2% | 90.7% | 91.8% | 71.1% |
上述實施例是變性澱粉中具有代表性的醚化澱粉（包括羥丙基澱粉和陽離子澱粉）和酯化澱粉（辛烯基琥珀酸澱粉酯），從以上實施例可以看出，經該發明的酶和鹼預處理工藝，澱粉的反應效率和變性澱粉的穩定性均有顯著提高。
榮譽表彰
2015年11月27日，《一種澱粉預處理方法》獲得第十七屆中國專利獎優秀獎。
