非晶颗粒态淀粉酶解特性及机理研究

摘要

研究了非晶颗粒态淀粉常温酶解特性及机理,制备出不同DE值的水解产物并进行了成分及表观分析。以天然原玉米淀粉通过中等水分湿热处理法制备非晶颗粒态淀粉,并以此为研究对象利用α-淀粉酶(中温)对非晶颗粒态淀粉的降解作用,系统考察了非晶颗粒态淀粉的生物反应活性。在此基础上探讨了不同DE值水解产物最佳工艺条件并进行了成分及表观分析,揭示了非晶颗粒态淀粉的酶解机理。具体研究内容如下： 对非晶颗粒态淀粉、原淀粉颗粒形貌进行分析。与原淀粉相比,非晶颗粒态淀粉的结晶区被破坏,颗粒表面发生了巨大变化,呈现褶皱结构,存在明显的爆裂孔。α-淀粉酶作用下,酶对非晶颗粒态玉米淀粉颗粒作用速度较快,随着作用时间的延长淀粉颗粒逐渐模糊,60min后淀粉颗粒基本完全消失。非晶颗粒态淀粉的酶降解生物反应活性明显大于原淀粉。 非晶颗粒态玉米淀粉在40℃下能够很好地进行水解。水解时间、温度、酶添加量对DE值都有显著的影响。酶添加量500u/g,温度40℃,pH5.0条件下,水解60min后反应基本完成并达到最大DE值20.2;反应时间为10min,pH5.0,温度40℃条件下,酶添加量为3000u/g时反应基本完成,达到最大值；酶添加量500u/g,时间20min,pH5.0条件下,温度为60℃时达到最大值。 确定了以非晶颗粒态玉米淀粉为原料水解制备低DE水解产物的最佳工艺条件：酶添加量为5u/g,酶解温度40℃,酶解时间30min所得产品的DE值为2.68。采用高效液相色谱分析法将水解产物所含的糖分分离,成分中没有单糖产生。用扫描电子显微镜对所得产品进行观察后发现非晶颗粒态淀粉在酶解前后的微观结构有显著性变化。淀粉颗粒有一定程度的侵蚀、表面有凹洞和损伤,颗粒直径明显下降,尚有部分颗粒保有残缺的颗粒结构。 确定了以非晶颗粒态玉米淀粉为原料水解制备中等DE水解产物的最佳工艺条件：酶添加量为250u/g,酶解温度40℃,酶解时间30min所得产品的DE值为10.58。随着酶解的继续进行有单糖生成,失去颗粒结构,碎片粒径不断变小,表面侵蚀严重。 确定了以非晶颗粒态玉米淀粉为原料水解制备高DE值水解产物的最佳工艺条件：酶添加量为3500u/g,酶解温度30℃,酶解时间30min所得产品的DE值为20.76。单糖的含量有所增加,各个组分的出峰时间基本不变。随着淀粉酶作用的加剧,颗粒完全失去颗粒结构,破裂后的颗粒碎片粒度越来越小,碎片表面侵蚀越来越严重,碎片表面光滑失去凹痕。淀粉酶以非晶颗粒态淀粉的爆裂孔为突破口迅速进入内部进行水解,在生物显微镜下观测,淀粉颗粒先是在中间区域变的模糊,并逐步向颗粒四周扩散,颗粒边沿模糊直到最后颗粒完全消失。酶解程度低时,水解产物的糖分为三糖及以上多糖,无葡萄糖生成。淀粉酶对非晶颗粒态淀粉颗粒的破坏程度较轻,依然以颗粒形式存在,颗粒受到不同程度的破坏。颗粒表面留有淀粉酶作用后形成的凹痕；随着酶解的继续进行,水解产物发生变化,大分子多糖向低分子单糖转化,单糖由无到有,并达到一定的比例。非晶颗粒态淀粉的颗粒结构很快破裂,形成大小不一表面带有凹痕的碎片。由于淀粉酶作用的加剧,破裂后的颗粒碎片粒度越来越小,碎片表面侵蚀越来越严重。碎片表面光滑失去凹痕,像不规则的碎石块、有明显的棱角。

目录

文摘

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声明

第一章绪论

1.1淀粉的分子结构

1.2淀粉颗粒的结构

1.2.1微观结构

1.2.2淀粉颗粒的结构模型

1.2.3淀粉颗粒的结晶结构

1.3淀粉酶的应用

1.3.1 α-淀粉酶

1.3.2葡萄糖淀粉酶

1.3.3普鲁兰酶

1.4非晶颗粒态淀粉研究进展

1.5选题意义

1.6研究内容

参考文献

第二章非晶颗粒态淀粉常温下酶解活性及工艺研究

2.1酶降解作用机理

2.2实验主要试剂和设备

2.3实验方法

2.3.1非晶颗粒态淀粉的制备

2.3.2偏光显微镜测试

2.3.3扫描电镜测试

2.3.4酶解工艺流程

2.3.5中温α-淀粉酶活力的测定

2.3.6 DE值的测定

2.4结果与讨论

2.4.1非晶颗粒态淀粉与原淀粉颗粒形貌分析

2.4.2常温条件下非晶颗粒态淀粉酶降解活性研究

2.4.3非晶颗粒态淀粉酶解工艺研究

2.5小结

参考文献

第三章以非晶颗粒态淀粉酶法制备低DE值水解产物研究

3.1实验主要试剂和设备

3.2实验方法

3.2.1非晶颗粒态淀粉的制备

3.2.2非晶颗粒态淀粉酶解工艺流程

3.2.3最佳水解条件的确定

3.2.4水解产物糖分组成的测定

3.2.5扫描电镜测试

3.2.6中温α-淀粉酶活力的测定

3.2.7 DE值的测定

3.3结果与讨论

3.3.1酶解温度的确定

3.3.2酶法工艺参数的单因素实验

3.3.3酶解条件优化

3.3.4低DE值水解产物成分分析

3.3.5低DE值水解产物颗粒形貌分析

3.4小结

参考文献

第四章以非晶颗粒态淀粉酶法制备中等DE值水解产物的研究

4.1实验主要试剂和设备

4.2实验方法

4.2.1非晶颗粒态淀粉的制备

4.2.2非晶颗粒态淀粉酶解工艺流程

4.2.3最佳水解条件的确定

4.2.4水解产物糖分组成的测定

4.2.5扫描电镜测试

4.2.6中温α-淀粉酶活力的测定

4.2.7 DE值的测定

4.3结果与讨论

4.3.1酶解温度的确定

4.3.2酶法工艺参数的单因素实验

4.3.3酶解条件优化

4.3.4中等DE值水解产物成分分析

4.3.5中等DE值水解产物颗粒形貌分析

4.4小结

参考文献

第五章以非晶颗粒态淀粉酶法制备高DE值水解产物研究

5.1实验主要试剂和设备

5.2实验方法

5.2.1非晶颗粒态淀粉的制备

5.2.2非晶颗粒态淀粉酶解工艺流程

5.2.3水解产物糖分组成的测定

5.2.4最佳水解条件的确定

5.2.5扫描电镜测试

5.2.6中温α-淀粉酶活力的测定

5.2.7 DE值的测定

5.3结果与讨论

5.3.1酶法工艺参数的单因素实验

5.3.2酶解条件优化

5.3.3高DE值水解产物成分分析

5.3.4高DE值水解产物颗粒形貌分析

5.4小结

参考文献

第六章非晶颗粒态淀粉酶解机理研究

6.1实验主要试剂和设备

6.2实验方法

6.2.1非晶颗粒态淀粉的制备

6.2.2不同DE值水解产物的制备

6.2.3水解产物糖分组成的测定

6.2.4偏光显微镜测试

6.2.5扫描电镜测试

6.2.6中温α-淀粉酶活力的测定

6.2.7 DE值的测定

6.3结果与讨论

6.3.1非晶颗粒态淀粉酶解过程光学显微镜分析

6.3.2不同DE值水解产物的成分分析

6.3.3不同DE值水解产物的颗粒表面形貌分析

6.4 小结

参考文献

结论与展望

攻读硕士学位期间取得的研究成果

致谢