酶转化淀粉的简易制备及性能研究

曹晓辉，周温建，玉琼广，王福标，孙 军，杨青松

（广西农垦明阳生化集团股份有限公司，广西 南宁 530226）

酶转化淀粉的简易制备及性能研究

曹晓辉，周温建，玉琼广，王福标，孙 军，杨青松

（广西农垦明阳生化集团股份有限公司，广西 南宁 530226）

通过简易的方法制备了酶转化淀粉，其最优制备条件为:36℃，pH8．0，反应时间1h。并将其性能指标及应用效果与氧化淀粉做了比较，结果表明，酶转化淀粉的使用效果可与氧化淀粉媲美。

酶转化;制备;性能;氧化;表面施胶

淀粉的来源广泛，价格低廉，具有很好的兼容性，由于拥有大量的羟基，可以被其它化学基团取代从而实现性能的改变。近年来，以淀粉为原料，开发新型变性淀粉或新的应用途径，已成为研究的热门课题。淀粉在变性处理以后能获得新的性能，如粘度低，粘着力好，保水性高等，能在许多新领域得到良好应用。现在市场上应用最多的是造纸行业，每年的使用量在400万t左右，而其中大约40%的淀粉是用于纸张的表面施胶。

表面施胶是指在纸或纸板的两面，以含一种或多种物质的水分散液，通过表面施胶机进行施胶的工艺技术。一般采用机内表面施胶，即在纸机干燥部适当位置 （一般是在一二组烘缸之间）装设一台表面施胶机，使纸或纸板在未完全干燥时涂上一层表面施胶剂，再经烘缸干燥后使其表面形成一层具有一定抗水性的胶膜。造纸用表面施胶剂主要是变性淀粉。其他施胶剂有CMC、PVA等，通过表面施胶可以赋予纸张多种性能，不只是增加纸页的抗水性，在大多数情况下，是为了增加纸页的表面强度，改进纸张的物理强度、耐擦性能、耐久性能、手感性以及纸面平滑度，还能克服纸面起毛、掉粉等缺陷，并获得更好的印刷性能。

造纸工业中用作表面施胶的变性淀粉主要是氧化淀粉，但由于其反应时间长，化工助剂的使用量大，因此成本比较高。所以寻找一种价格低廉的变性淀粉，以降低表面试胶成本，具有很重要的意义。

淀粉是一种多糖聚合物，在淀粉酶的作用下，逐步水解成蓝糊精、紫糊精、红糊精、麦芽糖及葡萄糖，如果适当控制反应的程度，就可制备低粘的表面施胶淀粉。由于淀粉酶降解淀粉属于催化反应，淀粉酶的添加量极低，加上反应迅速，反应条件温和，因此是一个很值得研究的课题。

木薯淀粉与玉米淀粉相比，具有支链淀粉比例高，蛋白质含量低，糊化温度低的特点，所制成的糊液不易凝胶，性能稳定，泡沫少，所形成的胶膜强度高，因此非常适用于造纸表面施胶工艺。

本试验利用α－淀粉酶对木薯淀粉进行生物降解，研究了酶转化淀粉的生产工艺条件，并制备了高浓低粘的酶转化淀粉，测定了酶转化淀粉作为表面施胶剂的施胶效果;并与传统的氧化淀粉做了比较。

1 材料、仪器及方法

1．1 材料

木薯原淀粉（外购），α-淀粉酶（活力:30000u·mL-1），碳酸氢钠，高效稳定剂（自制），灭酶试剂，表面施胶剂硫氰酸铵，氯化铁，油墨。

1．2 仪器

恒温水浴锅2个，1000mL烧杯2个，玻棒2根，搅拌器3个，胶头滴管1个，真空抽滤机及抽滤瓶，三口烧瓶，分析天平，KRQ拉毛强度测试仪，纸张刷胶机，烘箱。

1．3 方法

酶转化淀粉的制备工艺过程见图1。

制备步骤如下:

（1）将一定量的木薯原淀粉加入水中，通过搅拌器不断搅拌形成38%的悬浮液;

图1 酶转化淀粉制备工艺

（2）使用盐酸调pH值;

（3）开动水浴锅，提高淀粉浆温度至40℃;

（4）加入α-淀粉酶及高效稳定剂进行生化反应;

（5）加入灭酶试剂;

（6）抽滤烘干得酶转化淀粉成品。

2 结果与讨论

2．1 反应温度

温度是酶转化反应的重要影响因素，由于木薯淀粉的糊化温度在63℃左右，因此采用的反应温度一般在50℃之下，以保持淀粉的颗粒结构不被完全破坏。为了找出最佳的反应温度，本试验在淀粉酶添加量，反应时间等其它工艺条件不变的情况下做了25～50℃的粘度——温度曲线 （见图 2）。

图2 粘度——温度曲线

从曲线图中，我们可以看出最优反应温度为36℃。这是因为试验所用淀粉酶的最适反应温度在30～40℃，温度过低或过高淀粉酶的活力都受到抑制。

2．2 pH

pH值是酶转化反应的关键影响因素，为了找出最佳的反应pH值，本试验在保持淀粉酶添加量，反应时间等其它工艺条件不变的情况下做了pH 6～11的粘度——pH曲线，见图3。

图3 粘度——pH曲线

从曲线图中，我们可以看出最优pH值为8．0。淀粉酶对淀粉的降解过程中，pH值是一个敏感的影响因素。这主要是由于淀粉酶活性中心的结构受pH值影响很大，过酸过碱都容易使淀粉酶失活。

2．3 淀粉酶添加量

淀粉酶一般是先通过生物发酵，再提取分离而得，价格昂贵，淀粉酶的添加量直接关系到生产成本。为了找出最佳的淀粉酶添加量，本试验在保持pH值，反应时间等其它工艺条件不变的情 况 下 做 了 淀 粉 酶 添 加 量 0．1%～1．2%的 粘度— 粘淀粉酶添加量曲线（图4）。

图4 粘度——淀粉酶添加量曲线

从曲线图中，我们可以看出最优淀粉酶添加量为0．4%。在添加量0．3%以前，淀粉酶添加量对成品粘度影响很大，添加量的增大至0．5%以后，粘度几乎没有明显变化，主要是由于淀粉分子链被切断到一定程度后，淀粉酶较难继续剪切。

2．4 反应时间

反应时间影响到生产成本及产能，为了找出最佳的反应时间，本试验在保持pH值，淀粉酶添加量等其它工艺条件不变的情况下做了反应时间0.2~1.2h的粘度——反应时间曲线（图5）。

图5 粘度——反应时间曲线

从曲线图中，我们可以看出最优反应时间为1h。之所以超过1h后，粘度几乎不下降，也许是由于淀粉酶较难继续剪切小分子链的淀粉。

2．5 酶转化淀粉与氧化淀粉的性能指标对比

本试验对酶转化淀粉成品进行了理化指标检测，数据见表1。

表1 酶转化与氧化淀粉性能指标比较

从表1中可以看出本试验制备的酶转化淀粉与氧化淀粉在性能指标上没有太大区别，主要是在白度方面，氧化淀粉有一定优势，这是因为制备氧化淀粉所使用的氧化剂如次酸、双氧水等有漂白的作用。在造纸表面施胶方面，淀粉的白度不是一个关键指标，对纸张的性能影响不大。

2．6 酶转化与氧化淀粉应用效果比较试验

淀粉在水中是不溶的颗粒，不能直接应用于表面施胶，一般将淀粉配成悬浮液，升温至95℃，保温时间20min，制成均匀的淀粉糊液，再添加适量的表面施胶剂进行使用。

本试验的淀粉糊化数据如下:

（1）酶转化淀粉样品:水分15%，糊化浓度8%，糊化温度95℃，保温时间20min。

取糊化后的淀粉量为:50．08×8%＝4．01g

表面施胶剂量为:4．01×25／500＝0．20 g

（2）氧化淀粉样品:水分15%，糊化浓度8%，糊化温度95℃，保温时间20min。

取糊化后的淀粉量为:60．26×8%＝4．82g

表面施胶剂量为:4．82×25／500＝0．241g

将淀粉糊化后与表面施胶剂混合，使用纸张刷胶机涂至纸张上，再用烘箱烘干，恒温恒湿处理24h后，检测其施胶度及拉毛强度，结果见表2。

表2 酶转化与氧化淀粉应用效果比较结果

实验结果表明，使用酶转化淀粉进行表面施胶后纸页的拉毛强度优于氧化淀粉，施胶度则比氧化淀粉略差。

3 结论

（1）酶转化淀粉的最优制备条件为:36℃，pH 8．0，反应时间 1h，淀粉酶添加量 0．4%。

（2）酶转化淀粉的白度比氧化淀粉差，其它性能指标基本一致。

（3）使用酶转化淀粉后纸页的拉毛强度优于氧化淀粉，施胶度则比氧化淀粉略差，酶转化淀粉的使用效果可与氧化淀粉媲美。

（4）酶转化淀粉的制备具有反应条件温和，反应时间短，化学助剂添加量少的特点，总生产成本明显降低，对于降低造纸表面施胶成本有重要意义。

[1] 陈志成．薯类精深加工利用技术[M]．北京:化学工业出版社，2003．19-20．

[2] 沈一丁．造纸化学品的制备和作用机理[M]．北京:中国轻工业出版社．1999．227-230．

[3] 张燕萍．变性淀粉制备与应用[M]．北京:化学工业出版社．2001．61-63．

[4] 姜锡瑞．酶制剂应用技术[M]．北京:中国轻工业出版社， 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