微波辅助脂肪酶催化合成油酸淀粉脂的研究

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油酸淀粉酯是一类新型的改性淀粉,它的合成在变性淀粉工业中具有广阔的开发前景。与化学法相比,生物酶法具有环境友好、条件温和等优点。开展生物法合成油酸淀粉酯的研究意义重大。但目前限制酶促油酸淀粉酯合成的主要问题包括:淀粉颗粒结构紧密、活性羟基深藏在分子内部:淀粉、油酸及酶之间极性相差较大、对溶剂要求较高等。为解决以上问题,本论文利用微波化学及生物催化在有机大分子合成领域的优势,获得了一种合成淀粉酯的新方法,验证了微波辐射-酶耦合催化合成淀粉酯的可行性,丰富和补充了微波辅助酶法催化理论。主要内容如下:(1)本文首先采用扫描电子显微镜(SEM)、X-射线衍射(XRD)、淀粉-碘复合物吸收光谱对超声波法、酶解法、化学活化法处理前后的淀粉分子基团、颗粒形貌及结晶结构的变化规律进行表征,结合预处理淀粉透明度、粘度、溶解度的变化,再通过对三种预处理方法的脂肪酶的催化反应初速度和酯化产物的取代度对比分析,在节约时间的前提下,选择超声波法作为后续试验的淀粉前处理方法。(2)在微波辐射-酶耦合体系中,通过单因素实验确定了脂肪酶种类、溶剂类型、微波反应功率、微波时间、油酸添加量、脂肪酶加入量、溶剂加入量对油酸淀粉酯取代度的影响规律。在单因素的基础上,通过正交实验确定了微波辅助酶法制备油酸淀粉酯的最佳工艺条件:微波辐射功率为84W,微波反应时间为10.5min,油酸质量分数为20%(以淀粉干基计),脂肪酶质量分数为4%。(3)利用现代分子技术对产物淀粉酯结构进行表征。结果表明,FT-IR显示1733cm-1附近处出现一个新的特征峰;淀粉经酯化后羟基被取代,则3146-3631cm-1的羟基伸缩振动峰强度减小,进一步佐证了酯键的生成。由XRD和SEM显示,淀粉颗粒的损伤轻微,酯化反应主要在淀粉颗粒的无定形区发生,晶体类型无变化,仍为A型。淀粉-碘复合物吸收光谱图显示,与原淀粉相比,淀粉酯最大吸收峰明显增高,且最大吸收光谱值向低波长移动。对微波辐射-酶耦合反应条件下制得的油酸淀粉酯进行性质分析,结果表明:相对于原淀粉粘度明显降低,具有剪切稀变现象,属于非牛顿流体。超声波处理淀粉经油酸改性后其糊透明度随着取代度的增加而下降,但比原淀粉高;随取代度的增加,油酸淀粉酯凝沉性减弱,冻融稳定性提高,具有一定的乳化性质,乳化能力提高,乳化稳定性增加,消化性降低。
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