本发明属于淀粉改性加工领域，具体涉及一种多次湿热处理辅助复合酶制备小麦多孔淀粉的方法。
背景技术：
多孔淀粉(porousstarch)是指经过不同方法处理而使淀粉颗粒由表面到内部形成孔洞的一种变性淀粉，与原淀粉相比，它具有以下优点：较大的比表面积和总孔体积；良好的吸附能力。除此之外，多孔淀粉安全、无毒且可生物降解，是一种优良的绿色吸附剂、包埋剂。由于小麦淀粉成孔性稍差，而且在低于糊化温度时，生淀粉对酶的敏感性较低，故利用酶解法制备小麦多孔淀粉时常用加大酶量或延长酶解时间来提高产率，从而导致效率偏低。因此研究如何制备吸附性好且效率高的小麦多孔淀粉具有重要意义。目前制备多孔淀粉的方法有：
1、物理方法：是通过对淀粉处理，在其表面产生凹坑和裂缝或微孔，从而可以增加淀粉的吸附性。但是，一般认为物理方法制备的多孔淀粉的孔隙较浅，导致多孔淀粉的吸附能力有限，但这种方法可以作为淀粉的预处理。如：超声波处理、挤压处理和湿热处理。
2、化学方法：目前主要有酸水解、溶剂交换、乳液交联和醇变性等。
3、生物酶法：是通过酶解处理使淀粉颗粒表面成孔，主要是利用酶对淀粉的水解作用，在淀粉颗粒表面产生小孔，是目前制备多孔淀粉最常用的一种方法。酶主要包括：α-淀粉酶、β-淀粉酶、普鲁兰酶、糖化酶等，有研究表明，α-淀粉酶和糖化酶具有较强的活力，其中α-淀粉酶是任意切断淀粉链的1,4-糖苷键，糖化酶主要是水解葡萄糖残基和直链淀粉的1,6-糖苷键，两者结合制备的多孔淀粉具有较好的吸附性质。
4、复合改性法：复合改性是利用两种或两种以上的方法制备多孔淀粉，这种方法制备的多孔淀粉具有两种改性方法的优点，扩大了应用范围。目前应用最多的是酶解-交联、物理改性-酶解等。
湿热处理是指在少量水存在的情况下(水分含量低于35％)，并在一定温度范围内(高于玻璃化转变温度但低于糊化温度)处理淀粉的一种物理方法。湿热处理能破坏淀粉表面的结晶结构，使表面形成凹坑或裂纹，增大酶的附着位点，增加淀粉对酶的敏感性，从而增大酶解程度。研究表明，与原淀粉相比，经湿热处理的淀粉，其糊化温度升高，持水性以及对酶的敏感度增强，而膨胀度、溶解度降低。另有报道称，经湿热处理后，再经过α-淀粉酶水解，会大大降低酶的添加量，所制备的多孔淀粉吸附能力、耐热性、机械性能都有所增强。本发明通过多次湿热处理提高淀粉对酶的敏感性，进而增加酶解程度，提高反应效率。
技术实现要素：
本发明旨在提供一种多次湿热处理辅助复合酶制备小麦多孔淀粉的方法，以提高小麦多孔淀粉的成孔性和吸附性。本发明所制备的小麦多孔淀粉具有较好的孔隙分布、吸附能力以及较高比表面积和总孔体积等特点。本发明方法新颖，安全无污染，产品性能优良，并且本发明方法简单、成本低廉，易于实现连续化生产。
本发明通过多次湿热处理，提高酶对淀粉的附着位点，进而淀粉对酶的敏感性增强，再经复合酶水解，形成具有高比表面积、大的总孔体积的多孔淀粉，从而提高了淀粉的吸附能力。
本发明多次湿热处理辅助复合酶制备小麦多孔淀粉的方法，以小麦淀粉为原料，先采用多次湿热处理对小麦淀粉进行预处理，再经过复合酶水解，制备得到小麦多孔淀粉。
本发明多次湿热处理辅助复合酶制备小麦多孔淀粉的方法，包括如下步骤：
步骤1：多次湿热处理
将1kg小麦淀粉置于密封的不锈钢容器中，调节淀粉的水分含量至30％并充分搅拌，然后置于25℃水浴锅中平衡20h，接着在100℃的鼓风干燥箱中湿热处理5h，再经干燥、碾磨后获得一次湿热处理的淀粉样品；将获得的一次湿热处理的淀粉样品重复上述处理步骤，获得多次湿热处理的淀粉样品；
步骤1中，所述多次湿热处理的淀粉样品为湿热处理次数为1-4次。
步骤2：复合酶水解
将1kg步骤1获得的多次湿热处理的淀粉样品与ph值5.8的磷酸缓冲溶液混合，配制成质量浓度为25％的淀粉悬浮液，随后加入复合酶，在40-60℃下酶解4-12h，酶解结束后加入无水乙醇进行灭酶，随后在转速4000r/min条件下离心10min，得到湿的多孔淀粉；
步骤2中，所述复合酶为α-淀粉酶和糖化酶。所述α-淀粉酶的添加量为每克淀粉5.0×102-1.3×103u；所述糖化酶的添加量为每克淀粉7.0×102-4.7×103u。
步骤3：后处理
将步骤2获得的湿的多孔淀粉于-18℃下冷冻8-12h，再置于-45℃真空冷冻干燥机中干燥24h，碾磨过100目筛，即得小麦多孔淀粉。
本发明α-淀粉酶、糖化酶均为市购。
本发明采用低温氮吸附测定小麦多孔淀粉的比表面积和总孔体积。
本发明中仅采用复合酶制备的小麦多孔淀粉的吸水性为84.2-88.7％，吸油性为110.7-120.8％，对亚甲基蓝的吸附性为4.01-4.99mg/g。而经过多次湿热处理再经复合酶酶解制备的小麦多孔淀粉的吸水性为145.5-155.5％，吸油性为121.8-151.82％，对亚甲基蓝的吸附性为5.23-6.23mg/g，可见吸附性得到显著提高。从扫描电镜结果可以看出，多次湿热处理辅助复合酶酶解制备的小麦多孔淀粉具有更多的孔结构，而且bet结果表明，比表面积和总孔体积也显著增大。
与已有技术相比，本发明的有益效果在于：
1、本发明制备的小麦多孔淀粉没有涉及到化学处理，保证了食品安全性，可用于作为药物的包埋剂。与单一酶作用相比，经过复合酶(α-淀粉酶和糖化酶)作用，有效地增加了多孔淀粉的孔的大小和数量，提高了吸附能力，且增大了比表面积和总孔体积。
2、与未经多次湿热处理的多孔淀粉相比，经过多次湿热处理再经过复合酶酶解处理制备的小麦多孔淀粉的成孔性更好，吸附性更高。
3、本发明制备得到的小麦多孔淀粉，其吸水性、吸油性和吸附亚甲基蓝的能力都得到显著提高，比表面积和总孔体积也显著增加。因此本发明制备得到的小麦多孔淀粉具有优良的吸附性能，具有安全绿色、热稳定性较好等特点。本发明所制备的小麦多孔淀粉可用作吸附剂、包埋剂，对易氧化、易分解等不稳定物质进行吸附从而起到保护作用，还可以吸附不稳定药物，可起到缓释作用。因此，大大提高了小麦淀粉的附加值。
4、本发明生产工序简单，所涉及的设备制造成本低，易于实现连续化生产。
附图说明
图1是实施例1中湿热处理次数对小麦多孔淀粉吸附性质的影响。从图1中可以看出，小麦淀粉于40℃酶解4h后得到的多孔淀粉的吸水性、吸油性和对亚甲基蓝的吸附能力分别为84.2％、110.7％和4.01mg/g。先经多次湿热处理再进行酶解后，小麦多孔淀粉的吸附性增加，并且经过两次湿热处理再进行酶解的多孔淀粉的吸附性最高，其吸水性、吸油性和吸附亚甲基蓝的能力分别为145.5％、121.8％和5.23mg/g。
图2是实施例2中湿热处理次数对小麦多孔淀粉吸附性质的影响。从图2中可以看出，小麦淀粉于50℃酶解8h后得到的多孔淀粉的吸水性、吸油性和对亚甲基蓝的吸附能力分别为88.7％、120.8％和4.99mg/g。先经过多次湿热处理再进行酶解后，小麦多孔淀粉的吸附性增加，并且经过两次湿热处理再进行酶解的多孔淀粉的吸附性最高，其吸水性、吸油性和吸附亚甲基蓝的能力分别为155.5％、151.8％和6.23mg/g。
图3是实施例3中湿热处理次数对小麦多孔淀粉吸附性质的影响。从图3中可以看出，小麦淀粉于60℃酶解12h后得到的多孔淀粉的吸水性、吸油性和对亚甲基蓝的吸附能力分别为85.8％、117.8％和4.49mg/g。先经过多次湿热处理再进行酶解后，小麦多孔淀粉的吸附性增加，并且经过两次湿热处理再进行酶解的多孔淀粉的吸附性最高，其吸水性、吸油性和吸附亚甲基蓝的能力分别为148.7％、144.6％和5.56mg/g。
图4是实施例2中天然小麦淀粉经湿热处理后的微观结构分析结果。从图4可以看出，天然小麦淀粉(ws)的颗粒表面相对光滑，经两次湿热处理得到的小麦淀粉(2-hws)，其表面变得粗糙，有凹坑出现。
图5是实施例2中天然小麦淀粉经复合酶酶解后的微观结构分析结果。从图5可以看出，ws的表面相对光滑，经复合酶处理得到的小麦多孔淀粉(wps)，其颗粒表面有孔出现。
图6是实施例2中小麦多孔淀粉的微观结构分析结果。从图6可以看出，经两次湿热处理再进行酶解的小麦淀粉(2-hwps)比wps的表面有更多的孔、更大的比表面积。
具体实施方式
非限定实施方式叙述如下：
实施例1：
1、称取1kg小麦淀粉，将其置于密封的不锈钢容器中，调节淀粉的水分含量至30％并充分搅拌后，置于25℃水浴锅中平衡20h，进而在100℃的鼓风干燥箱中湿热处理5h，再经干燥、碾磨后获得一次湿热处理的淀粉样品；然后将经过一次湿热处理的淀粉样品再经过第二次湿热处理，获得两次湿热处理的淀粉样品，以次类推，又获得经过三次、四次湿热处理的淀粉样品。
2、称取湿热处理的淀粉样品，加入ph值为5.8的磷酸缓冲溶液中，将其配置成25％的淀粉悬浮液，在温度40℃、170rpm的水浴摇床中预热10min中，随后加入新制备的复合酶。α-淀粉酶和糖化酶的添加量分别为5.0×102u/g和7.0×102u/g，恒温酶解4h，酶解结束后，加入无水乙醇灭酶，然后于4000r/min条件下离心10min得到湿多孔淀粉。
3、将上述得到的湿多孔淀粉在-18℃冰箱中冷冻过夜，再于真空冷冻干燥机-45℃下干燥24h，碾磨过100目筛，得小麦多孔淀粉。
经测定，制备的小麦多孔淀粉的吸水性为145.5％，吸油性为121.8％，吸附亚甲基蓝的能力为5.23mg/g。
实施例2：
1、称取1kg小麦淀粉，将其置于密封的不锈钢容器中，调节淀粉的水分含量至30％并充分搅拌后，置于25℃水浴锅中平衡20h，进而在100℃的鼓风干燥箱中湿热处理5h，再经干燥、碾磨后获得一次湿热处理的淀粉样品；然后将经过一次湿热处理的淀粉样品再经过第二次湿热处理，获得两次湿热处理的淀粉样品，以次类推，又获得经过三次、四次湿热处理的淀粉样品。
2、称取湿热处理的淀粉样品，加入ph值为5.8的磷酸缓冲溶液中，将其配置成25％的淀粉悬浮液，在温度50℃、170rpm的水浴摇床中预热10min中，随后加入新制备的复合酶。α-淀粉酶和糖化酶的添加量分别为9.0×102u/g和2.7×103u/g，恒温酶解8h，酶解结束后，加入无水乙醇灭酶，然后于4000r/min条件下离心10min得到湿多孔淀粉。
3、将上述得到的湿多孔淀粉在-18℃冰箱中冷冻过夜，再于真空冷冻干燥机-45℃下干燥24h，碾磨过100目筛，得小麦多孔淀粉。
经测定，制备的小麦多孔淀粉的吸水性为155.5％，吸油性为151.8％，吸附亚甲基蓝的能力为6.23mg/g。
实施例3：
1、称取1kg小麦淀粉，将其置于密封的不锈钢容器中，调节淀粉的水分含量至30％并充分搅拌后，置于25℃水浴锅中平衡20h，进而在100℃的鼓风干燥箱中湿热处理5h，再经干燥、碾磨后获得一次湿热处理的淀粉样品；然后将经过一次湿热处理的淀粉样品再经过第二次湿热处理，获得两次湿热处理的淀粉样品，以次类推，又获得经过三次、四次湿热处理的淀粉样品。
2、称取湿热处理的淀粉样品，加入ph值为5.8的磷酸缓冲溶液中，将其配置成25％的淀粉悬浮液，在温度60℃、170rpm的水浴摇床中预热10min中，随后加入新制备的复合酶。α-淀粉酶和糖化酶的添加量分别为1.3×103u/g和4.7×103u/g，恒温酶解12h，酶解结束后，加入无水乙醇灭酶，然后于4000r/min条件下离心10min得到湿多孔淀粉。
3、将上述得到的湿多孔淀粉在-18℃冰箱中冷冻过夜，再于真空冷冻干燥机-45℃下干燥24h，碾磨过100目筛，得小麦多孔淀粉。
经测定，制备的小麦多孔淀粉的吸水性为148.7％，吸油性为144.6％，吸附亚甲基蓝的能力为5.56mg/g。
表1是实施例2中吸附能力最好的小麦多孔淀粉(即经过两次湿热处理再进行复合酶酶解得到的小麦多孔淀粉)的低温氮吸附分析结果。从表1中数据可以看出，本发明制备的小麦多孔淀粉与仅经过复合酶水解制备的小麦多孔淀粉相比，其比表面积、总孔体积和孔直径都增大。
表1