一种酶促合成阿魏酸淀粉酯的方法

摘要

本发明公开了一种酶促合成阿魏酸淀粉酯的方法，该方法对淀粉进行挤压处理破坏其分子结构，以离子液体作为反应介质，在脂肪酶催化作用下，阿魏酸和淀粉发生酯化反应，温度范围为50‑110℃，作用时间为3‑12h，用无水乙醇终止反应，离心后干燥沉淀得到阿魏酸淀粉酯。针对使用有机溶剂为反应介质、对阿魏酸进行酰化预处理等问题，本发明利用挤压破坏淀粉结构，阿魏酸直接参与反应，构建离子液体‑酶促酯化反应体系，有效避免了反应前阿魏酸的复杂转化过程，具有简化反应流程、高效、零副产物等优点。

说明书

技术领域

本发明属于改性淀粉的制备技术领域，涉及一种酶促合成阿魏酸淀粉酯的方法。

背景技术

淀粉是一种可再生的天然多糖高聚物，在食品、医药、化工等行业有着广泛应用，但其结构特性限制了淀粉的应用。而改性淀粉具有比天然淀粉更加优良的结构特性和理化性质，促进了淀粉在各行业的应用。

阿魏酸是广泛存在于植物中的一种酚酸，具有较强的抗氧化能力，且阿魏酸淀粉酯保留了阿魏酸的抗氧化性。挤压技术具有高效、环保、处理量大等优点，对淀粉进行挤压处理可破坏淀粉结构使其暴露出更多反应位点，有利于合成阿魏酸淀粉酯。但现有的阿魏酸淀粉酯制备方法大多以有机试剂作为溶剂并对阿魏酸进行酰化处理，存在反应过程复杂、反应时间长、副产物多以及原料利用率低等问题，而离子液体作为一种新型的绿色溶剂，具有良好的热稳定性、易回收可重复利用等优势，它的应用很好地弥补了有机溶剂有毒性、难回收、高污染等缺陷。

发明专利CN 101628922 A公开报道了一种低聚糖阿魏酸酯的制备方法。该方法制得的低聚糖阿魏酸酯具有比阿魏酸更强的抗氧化能力，纯度高；且回收的乙醇可重复利用，降低生产成本。但由于酸液的加入使该方法存在废液难回收利用、污染环境等问题。发明专利CN 106832015 A公开报道了一种淀粉-十八基阿魏酸复合物的制备方法。该方法克服了阿魏酸不能与直链淀粉形成复合物的不足，产率可达51％，但该方法应用蒸汽爆烹技术存在能耗大等问题。发明专利CN 109288034 A公开报道了一种多功能小麦慢消化淀粉的制备方法。该方法制备的小麦慢消化淀粉具有性质稳定、安全性高、易于工业生产等优点，但该方法中阿魏酸与淀粉乳直接物理混合，存在阿魏酸与淀粉乳无法反应完全等问题。

尽管目前存在很多关于阿魏酸和淀粉物理结合或化学反应的工艺方法，但短时、高效、绿色、环保的工艺方法尚未有研究。

发明内容

本发明的目的在于提供一种酶促合成阿魏酸淀粉酯的方法，以解决上述背景技术中提出的阿魏酸与淀粉乳无法反应、产率低或者污染大的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种酶促合成阿魏酸淀粉酯的方法，包括如下步骤：

(1)挤压淀粉：将待挤压淀粉放入双螺杆挤压机中，调节双螺杆挤压机参数对其进行挤压，得到的挤出物在40-80℃下真空干燥24-48h，经粉碎后得到挤压淀粉；

(2)原料预混合：氮气保护下，将挤压淀粉和离子液体于50-90℃搅拌混合1-3h；

(3)酯化反应：氮气保护下，采用阿魏酸和步骤(2)得到的挤压淀粉在脂肪酶催化作用下发生酯化反应；

(4)分离产物：冷却至室温后，用无水乙醇终止反应，6000-8000r/min离心除去上清液，干燥沉淀后得到阿魏酸淀粉酯。

作为优选，步骤(1)中所述的淀粉为玉米淀粉、藜麦淀粉或高直链玉米淀粉中的一种。

作为优选，双螺杆挤压机的参数为：双螺杆挤压机螺杆直径为25mm，长径比为16:1，双螺杆挤压机各段腔体温度为：Ⅰ区30-60℃，Ⅱ区40-70℃，Ⅲ区50-80℃，Ⅳ60-100℃，Ⅴ区40-70℃，调节物料含水量为15-35％，螺杆转速为100-300r/min。

作为优选，步骤(2)中所述的离子液体为1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐，挤压淀粉与离子液体的质量比为1:5-1:15。

作为优选，步骤(3)中挤压淀粉的分子量按脱水葡萄糖单元的分子量计，阿魏酸与挤压淀粉底物摩尔比为0.5:1-4:1。

作为优选，脂肪酶来源于南极假丝酵母脂肪酶B或皱褶假丝酵母脂肪酶，脂肪酶的添加量为挤压淀粉质量的5-50％；

作为优选，步骤(3)中的酯化反应条件为：50-110℃搅拌3-12h；

作为优选，步骤(4)中所述的无水乙醇加入量与离子液体的比例为20mL:1g-100mL:1g。

作为优选，步骤(4)中所述的干燥条件为：40-80℃真空干燥24-72h。

本发明的有益效果：

本发明提供的一种酶促合成阿魏酸淀粉酯的方法中在脂肪酶的催化作用下，离子液体作为反应介质，阿魏酸和挤压淀粉酯化反应制备阿魏酸淀粉酯，简化反应环节，缩短反应时间，提高反应效率；溶剂可回收重复利用，节约成本；不引入其他化学试剂，对环境友好，克服了物理或化学方法的诸多缺陷。

附图说明

为了便于本领域技术人员理解，下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1为本发明一种酶促合成阿魏酸淀粉酯的方法流程示意图；

图2为采用本发明的方法合成的阿魏酸淀粉酯的红外光谱图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供以下技术方案：

如图1所示，一种酶促合成阿魏酸淀粉酯的方法，包括如下步骤：

(1)挤压淀粉：调节双螺杆挤压机参数，将挤出物在40-80℃真空干燥24-48h,粉碎后得到挤压淀粉；

(2)原料预混合：氮气保护下，挤压淀粉和离子液体于50-90℃搅拌混合1-3h；

(3)酯化反应：氮气保护下，采用阿魏酸和步骤(2)得到的挤压淀粉在脂肪酶催化作用下发生酯化反应；

(4)分离产物：冷却至室温后，用无水乙醇终止反应，6000-8000r/min离心除去上清液，干燥沉淀后得到阿魏酸淀粉酯。

具体的，步骤(1)中所述的淀粉为玉米淀粉、藜麦淀粉或高直链玉米淀粉中的一种。双螺杆挤压机参数为：双螺杆挤压机螺杆直径为25mm，长径比为16:1，双螺杆挤压机各段腔体温度为：Ⅰ区30-60℃，Ⅱ区40-70℃，Ⅲ区50-80℃，Ⅳ60-100℃，Ⅴ区40-70℃，物料含水量为15-35％，螺杆转速为100-300r/min。

步骤(2)中所述的离子液体为1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐，挤压淀粉与离子液体的质量比为1:5-1:15。步骤(3)中挤压淀粉的分子量按脱水葡萄糖单元的分子量计，阿魏酸与挤压淀粉底物摩尔比为0.5:1-4:1；脂肪酶来源于Candida antarctica B或Candidarugosa，添加量为挤压淀粉质量的5-50％；步骤(3)中的酯化反应条件为：50-110℃搅拌3-12h；步骤(4)中所述的无水乙醇加入量与离子液体的比例为20mL:1g-100mL:1g。步骤(4)中所述的干燥条件为：40-80℃真空干燥24-72h。

如图2所示，曲线a为天然玉米淀粉的红外光谱图，曲线b为阿魏酸淀粉酯的红外光谱图。在波长为3323cm-1和2923cm-1处出现的峰由淀粉中O-H键和C-H伸缩振动造成，1148cm-1、1077cm-1、1020cm-1处的峰是脱水葡萄糖中的C-O键伸缩振动造成。与曲线a对比可见，曲线b中在1726cm-1处出现了新的酯基吸收峰，由C＝O键伸缩振动造成，说明淀粉分子发生了酯化反应，形成了阿魏酸淀粉酯。

本发明采用离子液体作为反应介质，替代传统有机溶剂，绿色环保；挤压破坏淀粉结构暴露更多反应位点，利于酯化反应的发生；阿魏酸直接参与反应，无需酰化，简化反应过程，无副产物生成；用脂肪酶替代化学催化剂，易分离可重复利用，提高反应效率，符合绿色化学的理念。

根据上述技术方案，本发明提供以下实施例：

实施例1

对玉米淀粉进行挤压处理，调节双螺杆挤压机的挤压条件为：物料含水量20％，螺杆转速250r/min，挤压温度Ⅰ区30℃，Ⅱ区40℃，Ⅲ区50℃，Ⅳ60℃，Ⅴ区30℃，挤出物50℃真空干燥36h；将0.81g挤压淀粉加入到8.1g离子液体[BMIm]BF

实施例2

对玉米淀粉进行挤压处理，挤压条件为：物料含水量25％，螺杆转速200r/min，挤压温度Ⅰ区40℃，Ⅱ区50℃，Ⅲ区60℃，Ⅳ70℃，Ⅴ区40℃，挤出物60℃真空干燥32h；将0.81g挤压淀粉加入到8.1g离子液体[BMIm]BF

实施例3

对玉米淀粉进行挤压处理，挤压条件为：物料含水量30％，螺杆转速150r/min，挤压温度Ⅰ区50℃，Ⅱ区60℃，Ⅲ区70℃，Ⅳ80℃，Ⅴ区50℃，挤出物70℃真空干燥28h；将0.81g挤压淀粉加入到8.1g离子液体[BMIm]BF

对比例

化学法合成阿魏酸淀粉酯，将0.10g阿魏酸和1.90g淀粉加入到50mL二甲基亚砜中，加入0.05g对甲基苯磺酸作催化剂，100℃下反应6h，加入250mL无水乙醇终止反应，离心，真空干燥得阿魏酸淀粉酯。

具体的，将化学法合成的阿魏酸淀粉酯和实施例1-3运用酶促合成的绿色方法得到的阿魏酸淀粉酯进行对比，各试验数据取平均值。

将对比例中的化学法合成和本发明阿魏酸淀粉酯取代度进行对比实验。

表1：对比例化学法与本发明反应时间、反应温度、阿魏酸淀粉酯取代度比较

从表1可看出，通过本发明实施例1-3中对阿魏酸淀粉酯取代度的研究可知，相比传统化学法合成，反应时间相对缩短、反应温度降低、取代度得以提高。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的仅为本发明的优选例，并不用来限制本发明，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界。