酶轉(zhuǎn)化淀粉的簡易制備及性能研究

曹曉輝，周溫建，玉瓊廣，王福標(biāo)，孫 軍，楊青松

（廣西農(nóng)墾明陽生化集團(tuán)股份有限公司，廣西 南寧 530226）

酶轉(zhuǎn)化淀粉的簡易制備及性能研究

曹曉輝，周溫建，玉瓊廣，王福標(biāo)，孫 軍，楊青松

（廣西農(nóng)墾明陽生化集團(tuán)股份有限公司，廣西 南寧 530226）

通過簡易的方法制備了酶轉(zhuǎn)化淀粉，其最優(yōu)制備條件為:36℃，pH8．0，反應(yīng)時(shí)間1h。并將其性能指標(biāo)及應(yīng)用效果與氧化淀粉做了比較，結(jié)果表明，酶轉(zhuǎn)化淀粉的使用效果可與氧化淀粉媲美。

酶轉(zhuǎn)化;制備;性能;氧化;表面施膠

淀粉的來源廣泛，價(jià)格低廉，具有很好的兼容性，由于擁有大量的羥基，可以被其它化學(xué)基團(tuán)取代從而實(shí)現(xiàn)性能的改變。近年來，以淀粉為原料，開發(fā)新型變性淀粉或新的應(yīng)用途徑，已成為研究的熱門課題。淀粉在變性處理以后能獲得新的性能，如粘度低，粘著力好，保水性高等，能在許多新領(lǐng)域得到良好應(yīng)用?，F(xiàn)在市場上應(yīng)用最多的是造紙行業(yè)，每年的使用量在400萬t左右，而其中大約40%的淀粉是用于紙張的表面施膠。

表面施膠是指在紙或紙板的兩面，以含一種或多種物質(zhì)的水分散液，通過表面施膠機(jī)進(jìn)行施膠的工藝技術(shù)。一般采用機(jī)內(nèi)表面施膠，即在紙機(jī)干燥部適當(dāng)位置 （一般是在一二組烘缸之間）裝設(shè)一臺表面施膠機(jī)，使紙或紙板在未完全干燥時(shí)涂上一層表面施膠劑，再經(jīng)烘缸干燥后使其表面形成一層具有一定抗水性的膠膜。造紙用表面施膠劑主要是變性淀粉。其他施膠劑有CMC、PVA等，通過表面施膠可以賦予紙張多種性能，不只是增加紙頁的抗水性，在大多數(shù)情況下，是為了增加紙頁的表面強(qiáng)度，改進(jìn)紙張的物理強(qiáng)度、耐擦性能、耐久性能、手感性以及紙面平滑度，還能克服紙面起毛、掉粉等缺陷，并獲得更好的印刷性能。

造紙工業(yè)中用作表面施膠的變性淀粉主要是氧化淀粉，但由于其反應(yīng)時(shí)間長，化工助劑的使用量大，因此成本比較高。所以尋找一種價(jià)格低廉的變性淀粉，以降低表面試膠成本，具有很重要的意義。

淀粉是一種多糖聚合物，在淀粉酶的作用下，逐步水解成藍(lán)糊精、紫糊精、紅糊精、麥芽糖及葡萄糖，如果適當(dāng)控制反應(yīng)的程度，就可制備低粘的表面施膠淀粉。由于淀粉酶降解淀粉屬于催化反應(yīng)，淀粉酶的添加量極低，加上反應(yīng)迅速，反應(yīng)條件溫和，因此是一個(gè)很值得研究的課題。

木薯淀粉與玉米淀粉相比，具有支鏈淀粉比例高，蛋白質(zhì)含量低，糊化溫度低的特點(diǎn)，所制成的糊液不易凝膠，性能穩(wěn)定，泡沫少，所形成的膠膜強(qiáng)度高，因此非常適用于造紙表面施膠工藝。

本試驗(yàn)利用α－淀粉酶對木薯淀粉進(jìn)行生物降解，研究了酶轉(zhuǎn)化淀粉的生產(chǎn)工藝條件，并制備了高濃低粘的酶轉(zhuǎn)化淀粉，測定了酶轉(zhuǎn)化淀粉作為表面施膠劑的施膠效果;并與傳統(tǒng)的氧化淀粉做了比較。

1 材料、儀器及方法

1．1 材料

木薯原淀粉（外購），α-淀粉酶（活力:30000u·mL-1），碳酸氫鈉，高效穩(wěn)定劑（自制），滅酶試劑，表面施膠劑硫氰酸銨，氯化鐵，油墨。

1．2 儀器

恒溫水浴鍋2個(gè)，1000mL燒杯2個(gè)，玻棒2根，攪拌器3個(gè)，膠頭滴管1個(gè)，真空抽濾機(jī)及抽濾瓶，三口燒瓶，分析天平，KRQ拉毛強(qiáng)度測試儀，紙張刷膠機(jī)，烘箱。

1．3 方法

酶轉(zhuǎn)化淀粉的制備工藝過程見圖1。

制備步驟如下:

（1）將一定量的木薯原淀粉加入水中，通過攪拌器不斷攪拌形成38%的懸浮液;

圖1 酶轉(zhuǎn)化淀粉制備工藝

（2）使用鹽酸調(diào)pH值;

（3）開動(dòng)水浴鍋，提高淀粉漿溫度至40℃;

（4）加入α-淀粉酶及高效穩(wěn)定劑進(jìn)行生化反應(yīng);

（5）加入滅酶試劑;

（6）抽濾烘干得酶轉(zhuǎn)化淀粉成品。

2 結(jié)果與討論

2．1 反應(yīng)溫度

溫度是酶轉(zhuǎn)化反應(yīng)的重要影響因素，由于木薯淀粉的糊化溫度在63℃左右，因此采用的反應(yīng)溫度一般在50℃之下，以保持淀粉的顆粒結(jié)構(gòu)不被完全破壞。為了找出最佳的反應(yīng)溫度，本試驗(yàn)在淀粉酶添加量，反應(yīng)時(shí)間等其它工藝條件不變的情況下做了25～50℃的粘度——溫度曲線 （見圖 2）。

圖2 粘度——溫度曲線

從曲線圖中，我們可以看出最優(yōu)反應(yīng)溫度為36℃。這是因?yàn)樵囼?yàn)所用淀粉酶的最適反應(yīng)溫度在30～40℃，溫度過低或過高淀粉酶的活力都受到抑制。

2．2 pH

pH值是酶轉(zhuǎn)化反應(yīng)的關(guān)鍵影響因素，為了找出最佳的反應(yīng)pH值，本試驗(yàn)在保持淀粉酶添加量，反應(yīng)時(shí)間等其它工藝條件不變的情況下做了pH 6～11的粘度——pH曲線，見圖3。

圖3 粘度——pH曲線

從曲線圖中，我們可以看出最優(yōu)pH值為8．0。淀粉酶對淀粉的降解過程中，pH值是一個(gè)敏感的影響因素。這主要是由于淀粉酶活性中心的結(jié)構(gòu)受pH值影響很大，過酸過堿都容易使淀粉酶失活。

2．3 淀粉酶添加量

淀粉酶一般是先通過生物發(fā)酵，再提取分離而得，價(jià)格昂貴，淀粉酶的添加量直接關(guān)系到生產(chǎn)成本。為了找出最佳的淀粉酶添加量，本試驗(yàn)在保持pH值，反應(yīng)時(shí)間等其它工藝條件不變的情 況 下 做 了 淀 粉 酶 添 加 量 0．1%～1．2%的 粘度— 粘淀粉酶添加量曲線（圖4）。

圖4 粘度——淀粉酶添加量曲線

從曲線圖中，我們可以看出最優(yōu)淀粉酶添加量為0．4%。在添加量0．3%以前，淀粉酶添加量對成品粘度影響很大，添加量的增大至0．5%以后，粘度幾乎沒有明顯變化，主要是由于淀粉分子鏈被切斷到一定程度后，淀粉酶較難繼續(xù)剪切。

2．4 反應(yīng)時(shí)間

反應(yīng)時(shí)間影響到生產(chǎn)成本及產(chǎn)能，為了找出最佳的反應(yīng)時(shí)間，本試驗(yàn)在保持pH值，淀粉酶添加量等其它工藝條件不變的情況下做了反應(yīng)時(shí)間0.2~1.2h的粘度——反應(yīng)時(shí)間曲線（圖5）。

圖5 粘度——反應(yīng)時(shí)間曲線

從曲線圖中，我們可以看出最優(yōu)反應(yīng)時(shí)間為1h。之所以超過1h后，粘度幾乎不下降，也許是由于淀粉酶較難繼續(xù)剪切小分子鏈的淀粉。

2．5 酶轉(zhuǎn)化淀粉與氧化淀粉的性能指標(biāo)對比

本試驗(yàn)對酶轉(zhuǎn)化淀粉成品進(jìn)行了理化指標(biāo)檢測，數(shù)據(jù)見表1。

表1 酶轉(zhuǎn)化與氧化淀粉性能指標(biāo)比較

從表1中可以看出本試驗(yàn)制備的酶轉(zhuǎn)化淀粉與氧化淀粉在性能指標(biāo)上沒有太大區(qū)別，主要是在白度方面，氧化淀粉有一定優(yōu)勢，這是因?yàn)橹苽溲趸矸鬯褂玫难趸瘎┤绱嗡?、雙氧水等有漂白的作用。在造紙表面施膠方面，淀粉的白度不是一個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)，對紙張的性能影響不大。

2．6 酶轉(zhuǎn)化與氧化淀粉應(yīng)用效果比較試驗(yàn)

淀粉在水中是不溶的顆粒，不能直接應(yīng)用于表面施膠，一般將淀粉配成懸浮液，升溫至95℃，保溫時(shí)間20min，制成均勻的淀粉糊液，再添加適量的表面施膠劑進(jìn)行使用。

本試驗(yàn)的淀粉糊化數(shù)據(jù)如下:

（1）酶轉(zhuǎn)化淀粉樣品:水分15%，糊化濃度8%，糊化溫度95℃，保溫時(shí)間20min。

取糊化后的淀粉量為:50．08×8%＝4．01g

表面施膠劑量為:4．01×25／500＝0．20 g

（2）氧化淀粉樣品:水分15%，糊化濃度8%，糊化溫度95℃，保溫時(shí)間20min。

取糊化后的淀粉量為:60．26×8%＝4．82g

表面施膠劑量為:4．82×25／500＝0．241g

將淀粉糊化后與表面施膠劑混合，使用紙張刷膠機(jī)涂至紙張上，再用烘箱烘干，恒溫恒濕處理24h后，檢測其施膠度及拉毛強(qiáng)度，結(jié)果見表2。

表2 酶轉(zhuǎn)化與氧化淀粉應(yīng)用效果比較結(jié)果

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，使用酶轉(zhuǎn)化淀粉進(jìn)行表面施膠后紙頁的拉毛強(qiáng)度優(yōu)于氧化淀粉，施膠度則比氧化淀粉略差。

3 結(jié)論

（1）酶轉(zhuǎn)化淀粉的最優(yōu)制備條件為:36℃，pH 8．0，反應(yīng)時(shí)間 1h，淀粉酶添加量 0．4%。

（2）酶轉(zhuǎn)化淀粉的白度比氧化淀粉差，其它性能指標(biāo)基本一致。

（3）使用酶轉(zhuǎn)化淀粉后紙頁的拉毛強(qiáng)度優(yōu)于氧化淀粉，施膠度則比氧化淀粉略差，酶轉(zhuǎn)化淀粉的使用效果可與氧化淀粉媲美。

（4）酶轉(zhuǎn)化淀粉的制備具有反應(yīng)條件溫和，反應(yīng)時(shí)間短，化學(xué)助劑添加量少的特點(diǎn)，總生產(chǎn)成本明顯降低，對于降低造紙表面施膠成本有重要意義。

[1] 陳志成．薯類精深加工利用技術(shù)[M]．北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2003．19-20．

[2] 沈一?。旒埢瘜W(xué)品的制備和作用機(jī)理[M]．北京:中國輕工業(yè)出版社．1999．227-230．

[3] 張燕萍．變性淀粉制備與應(yīng)用[M]．北京:化學(xué)工業(yè)出版社．2001．61-63．

[4] 姜錫瑞．酶制劑應(yīng)用技術(shù)[M]．北京:中國輕工業(yè)出版社， 1996．53-56．

Preparation and Properties Study on Enzymatic Conversion Starch

CAOXiao-hui，ZHOUWeng-jian， YUQiong-guang，WANGFu-biao，SUNJun，YANGQing-song
（Guangxi State Farms Mingyang Biochemical Group， Nanning530226， China）

The enzymatic conversion starch was prepared，and the optimum preparation conditions were:36℃， pH 8．0， reaction time 1h．And its performance and application results were compared with the oxidized starch．The results showed that the useful effect of enzymatic conversion starch could be compete with the oxidized starch．

enzymatic conversion;preparation;performance;oxidized;surface sizing

TS23

A

1671-9905（2011）09-0014-04

2011-06-10