一种脂肪酶催化合成松香淀粉酯的方法
【专利摘要】本发明提供了一种利用脂肪酶催化合成松香淀粉酯的方法。本发明包括：原淀粉预处理和酯化反应两部分。使用碱性溶液预处理原淀粉，使之充分溶胀，破坏淀粉的晶体结构；使用脂肪酶催化淀粉分子上的羟基与松香分子上的羧基发生酯化反应；本发明具有酶促反应的条件温和、绿色安全、反应效率高、产品容易纯化等优点；同时，反应过程操作简单、获得的产品取代度较大。
【专利说明】一种脂肪酶催化合成松香淀粉酯的方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于生物化工领域，具体的提供了一种脂肪酶催化合成松香淀粉酯的方法。
【背景技术】
[0002]淀粉是价格低廉、来源丰富的可再生资源，其具有良好的生物相容性和生物可降解性，使得以淀粉为原料制备高附加值的衍生物越来越受到人们的关注。淀粉的基本结构是以葡萄糖为单体组成的天然多糖高分子化合物，淀粉分子上大量的自由羟基使淀粉材料的亲水性较强，水溶胀度较大，从而限制其在作为可再生材料领域的拓展。针对淀粉的结构特点，可通过酯化、醚化、羧基化及接枝共聚等反应对其进行化学改性，制备淀粉衍生物，从而有效改善淀粉的热力学特性、溶解特性等性能；同时，通过化学改性，把一些具有特殊性能的基团引入到淀粉分子上，将赋予淀粉材料更多的、新型的功能，使之更广泛地应用于食品、医药、化妆品、纺织、化工、造纸、降解塑料、水处理工业等领域。酯化修饰是淀粉改性的一种重要方式，目前利用长链脂肪酸与淀粉进行酯化反应获得长链脂肪酸淀粉酯的研究很多，因为长链脂肪酸的接入而使得长链脂肪酸淀粉酯具有特殊的热塑性、疏水性和生物可降解性，能用作稳定剂、凝胶剂、乳化剂等。
[0003]松香是一种价格低廉、来源丰富的林产资源和中药材。松香是由多种树脂酸和少量脂肪酸、中性物质组成的混和物，它的主要成分(约90% )是树脂酸(C19H29COOH),为具有三元菲骨架并含有两个双键的一元羧酸。由于具有刚性很强的三元环菲状化学结构，松香可以作为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、表面活性剂、造纸助剂、食品工业、医药农药等方面都有着广泛应用。
[0004]目前，已有利用松香作为羧基供体合成松香淀粉酯的研究报道(方华祥等，歧化松香木薯淀粉酯的微波合成及表征，应用化工，2008，37，377-381，384 ;唐世华等，松香酸淀粉酯的合成与结构表征，林产化学与工业，2011，31，55-60 ;段文贵等，马来松香木薯淀粉酯的微波合成，林产化学与工业，2009，29，16-22)，然而，上述研究报道皆采用化学催化合成，存在副反应较多、条件苛刻等不足，以脂肪酶催化松香与淀粉合成松香淀粉酯迄今还未见报道。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是针对传统化学法合成松香淀粉酯存在的不足，提供了一种条件温和、反应效率高的脂肪酶催化合成松香淀粉酯的方法。该方法用预处理方法破坏原淀粉的晶体结构，使用脂肪酶催化松香淀粉酯合成。
[0006]本发明的技术方案:一种脂肪酶催化合成松香淀粉酯。包括原淀粉预处理和酯化反应两部分:
[0007](I)原淀粉的预处理
[0008]配制一定浓度的氢氧化钠/尿素水溶液，在快速搅拌下慢慢加入原淀粉，充分搅拌，得到透明、均相的淀粉糊。在淀粉糊中滴加稀盐酸至中性，慢慢滴加无水乙醇使淀粉沉淀，再用无水乙醇充分洗涤沉淀以去除中性盐及水分，真空干燥得到预处理淀粉。
[0009](2)脂肪酶催化松香淀粉酯合成
[0010]在二甲基亚砜溶液中，加入原淀粉，充分搅拌使淀粉溶解，加入松香，再加入脂肪酶，搅拌反应。反应结束后，过滤去除脂肪酶，上清液在搅拌下加入无水甲醇，使松香淀粉酯沉淀析出，甲醇充分洗涤，再用丙酮洗涤后抽滤，滤饼在于烘箱中恒温干燥制得松香淀粉酯。
[0011]所得产品利用红外谱图进行结构鉴定，并进行取代度和其他性能测定。
[0012]本发明的优点在于:本发明方法采用脂肪酶催化合成松香淀粉酯，具有酶促反应的条件温和、绿色安全、反应效率高、产品容易纯化等优点；同时，反应过程操作简单、获得的产品取代度较大。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]图1样品红外光谱分析结果，图中a为松香淀粉酯，b为预处理淀粉，c为原淀粉，d为松香；松香木薯淀粉酯(a)在1729cm—1附近出现了一个新的特征峰，为酯键伸缩振动峰，此结果表明松香和淀粉发生了酯化反应。
【具体实施方式】
[0014]为了更好的理解本发明，下面结合实施例子对本发明做进一步的描述。
[0015]实例1:`[0016](I)原淀粉的预处理
[0017]配制一定浓度的氢氧化钠/尿素水溶液(氢氧化钠的浓度为1%，尿素的浓度为10% )，在快速搅拌下慢慢加入原淀粉(质量体积比10% )，充分搅拌lOmin，得到透明、均相的淀粉糊。滴加稀盐酸至中性，慢慢滴加无水乙醇使淀粉沉淀，再用无水乙醇充分洗涤以去除中性盐及水分，50°C下真空干燥12h得到预处理淀粉。
[0018](2)脂肪酶催化松香淀粉酯合成
[0019]在二甲基亚砜(DMSO)溶液中，加入0.1 %的原淀粉，充分搅拌使淀粉溶解，加入松香(松香与淀粉中葡萄糖单元的摩尔比为1:1)，再加入5%的脂肪酶Novozym435(Novozym公司商业产品)，55°C温度下搅拌反应20min。反应结束后，过滤去除脂肪酶，上清液在搅拌下加入无水甲醇，使松香淀粉酯沉淀析出，甲醇充分洗涤3次，每次20mL ;再用50mL丙酮洗涤5h后抽滤，滤饼在于50°C烘箱中恒温干燥制得松香淀粉酯。
[0020](3)测定该松香淀粉酯(DS)为0.031。
[0021]取代度(DS)的测定:在150mL锥形瓶中，将准确称取一定质量的样品溶于50mLDMSO溶液中，加入20mL0.lmol/L的NaOH标准溶液，50°C水浴震荡2h，使酯化的松香基团充分水解，滴加几滴酚酞溶液作为滴定指示剂，然后用0.lmol/L的标准HCl溶液滴定至中性，记录消耗的盐酸体积，平行测定3次。根据以下公式计算:
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葡萄糖单元上酯化的松香基团数目；Vtl-滴定原淀粉样品消耗标准盐酸溶液的体积，mL ;V-滴定松香淀粉酯样品消耗标准盐酸溶液的体积，HlL ;C-标准盐酸溶液的浓度，mol/L ;m-样品的质量，g ;285_松香基团的平均相对分子质量；162-葡萄糖单元的相对分子质量。
[0024]实例2:
[0025](1)原淀粉的预处理
[0026]配制一定浓度的氢氧化钠/尿素水溶液(氢氧化钠的浓度为15%，尿素的浓度为
0.5% )，在快速搅拌下慢慢加入原淀粉(质量体积比0.1% )，充分搅拌30min，得到透明、均相的淀粉糊。滴加稀盐酸至中性，慢慢滴加无水乙醇使淀粉沉淀，再用无水乙醇充分洗涤以去除中性盐及水分，50°C下真空干燥12h得到预处理淀粉。
[0027](2)脂肪酶催化松香淀粉酯合成
[0028]在二甲基亚砜(DMSO)溶液中，加入5%的原淀粉，充分搅拌使淀粉溶解，加入一定量的松香(松香与淀粉中葡萄糖单元的摩尔比为10:1)，再加入25 %的脂肪酶Novozym435(相对淀粉的质量百分比)，30°C温度下搅拌反应15h。反应结束后，过滤去除脂肪酶，上清液在搅拌下加入无水甲醇，使松香淀粉酯沉淀析出，甲醇充分洗涤3次，每次20mL ;再用50mL丙酮洗涤5h后抽滤，滤饼在于50°C烘箱中恒温干燥制得松香淀粉酯。
[0029](3)按照实施例1中方法测定该松香淀粉酯DS为0.114。
[0030]实例3:
[0031](I)原淀粉的预处理
[0032]配制一定浓度的氢氧化钠/尿素水溶液(氢氧化钠的浓度为5%，尿素的浓度为5% )，在快速搅拌下慢慢加入原淀粉(质量体积比4% )，得到透明、均相的淀粉糊，充分搅拌lOmin。滴加稀盐酸至中性，慢慢滴加无水乙醇使淀粉沉淀，再用无水乙醇充分洗涤以去除中性盐及水分，50°C下真空干燥12h得到预处理淀粉。
[0033](2)脂肪酶催化松香淀粉酯合成
[0034]在二甲基亚砜(DMSO)溶液中，加入0.5%的原淀粉，充分搅拌使淀粉溶解，加入一定量的松香(松香与淀粉中葡萄糖单元的摩尔比为2:1)，再加入15 %的脂肪酶NOVOZym435，45°C温度下搅拌反应4h。反应结束后，过滤去除脂肪酶，上清液在搅拌下加入无水甲醇，使松香淀粉酯沉淀析出，甲醇充分洗涤3次，每次20mL ;再用50mL丙酮洗涤5h后抽滤，滤饼在于50°C烘箱中恒温干燥制得松香淀粉酯。
[0035](3)按照实施例1中方法测定该松香淀粉酯DS为0.098。
[0036](4)红外光谱分析:采用KBr压片，测定范围为4000-500cm-1，分辨率为4cm—1。
[0037]图中a为松香淀粉酯，b为预处理淀粉，c为原淀粉，d为松香；松香木薯淀粉酯(a)在1729CHT1附近出现了一个新的特征峰，为酯键伸缩振动峰，此结果表明松香和淀粉发生了酯化反应。
[0038](5)透明度的测定
[0039]将原淀粉和松香淀粉酯样品分别配制为0.10% (质量分数)的溶液，沸水浴加热糊化，冷却至室温。以蒸馏水为空白，用紫外-可见分光光度计测定溶液650nm的透光率，并以透光率作为透明度。测定结果见表1。
[0040](6)表面张力的测定
[0041]配制0.05g/ml的淀粉样品溶液，在室温条件下，采用BZY-2全自动表面张力仪测定溶液的表面张力。探测速度为5mm/s,浸入深度约3.00mm。测定结果见表1。
[0042](7)粘度的测定
[0043]分别配置系列浓度分别为0.0017g/ml、0.0025g/ml、0.0033g/ml、0.0042g/ml、
0.005g/ml的淀粉和淀粉酯溶液，固定好乌氏粘度计，开启恒温水槽，调节温度为35°C，分别测淀粉和松香淀粉酯的特性粘度。测定结果见表1。
[0044](8)乳化性能及乳化稳定性
[0045]称取一定量要样品加入到锥形瓶中，配成3%的淀粉乳，置于水浴锅中搅拌升温使其糊化，沸水浴中15min。取淀粉糊与橄榄油体积比为1:2混合，使用超声破碎5分钟，得到油-淀粉糊乳液。乳液在3000r/min条件下离心15分钟，测定乳化层高度和总液面的高度。24小时后，重复离心。乳化能力和乳化稳定性的计算方法如下:
[0046]
【权利要求】
1.一种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为原料，利用脂肪酶催化反应合成松香淀粉酯。其过程包括对原料淀粉进行预处理和酯化反应两个部分。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法的步骤包括: (1)配制氢氧化钠/尿素水溶液，在快速搅拌下加入原淀粉，搅拌，得到透明、均相的淀粉糊。 (2)在淀粉糊中滴加稀盐酸至中性，慢慢滴加无水乙醇使淀粉沉淀，再用无水乙醇充分洗涤沉淀以去除中性盐及水分，真空干燥得到预处理淀粉。 (3)在二甲基亚砜溶液中，加入原淀粉，充分搅拌使淀粉溶解，加入松香，再加入脂肪酶，搅拌反应。 (4)反应结束后，过滤去除脂肪酶，上清液在搅拌下加入无水甲醇，使松香淀粉酯沉淀析出，甲醇充分洗涤，再用丙酮洗涤后抽滤，滤饼在于烘箱中恒温干燥制得松香淀粉酯。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于:所述步骤(1)中，氢氧化钠/尿素水溶液氢氧化钠的浓度为1-15%，尿素的浓度为0.5-10%。
4.如权利要求2所述的方法，其特征在于:所述步骤(1)中，加入原淀粉质量体积比为0.1-10%。
5.如权利要求2所述的方法，其特征在于:所述步骤(1)中，搅拌时间为10-60min。
6.如权利要求2所述的方法，其特征在于:所述步骤(3)中，加入原淀粉的量为0.1-5%。
7.如权利要求2所述的方法，其特征在于:所述步骤(3)中，加入松香的量为松香与淀粉中葡萄糖单元的摩尔比为1:1-10:1。
8.如权利要求2所述的方法，其特征在于:所述步骤(3)中，加入的脂肪酶为Novozym435。
9.如权利要求2所述的方法，其特征在于:所述步骤(3)中，搅拌反应的温度为20℃ -80°C，时间为20分钟-15小时。
【文档编号】C12P19/04GK103525885SQ201310465752
【公开日】2014年1月22日 申请日期:2013年10月9日 优先权日:2013年10月9日
【发明者】林日辉, 李贺, 黄文勤, 韦成昱 申请人:南宁奕德环境科技有限公司