超临界CO2介质中酶催化变性淀粉制备技术研究

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变性淀粉是使用最广泛的纺织浆料之一,在环保型绿色浆料领域占有重要地位。为探索新型绿色变性淀粉制备技术,本文将超临界流体技术与生物酶催化技术相结合,对基于超临界CO2介质的酶催化淀粉的制备方法、工艺参数及变性淀粉的浆用性能进行了研究。   本研究首先在超临界CO2条件下对玉米原淀粉及α-淀粉酶进行了处理,实验研究表明:α-淀粉酶在超临界CO2条件下(温度40-60℃,压力7.5-12 MPa)处理半小时,残留酶活最高可达到99.3%,最低74.6%。超临界CO2对酶活影响较小;原淀粉经超临界CO2处理后并未发生显著降解,浆液粘度、粘附力与原淀粉相当,不能满足浆料上浆要求。其次,对超临界CO2介质中酶催化淀粉的制备方法、工艺参数进行了研究,探讨了处理时间、温度、压力、酶量、含水量、含乙醇量、缓冲溶液的含量等工艺参数对超临界CO2酶催化变性淀粉浆液粘度的影响。得出以下结论:随着压力的增加变性淀粉粘度增加;随着缓冲溶液的含量、酶量的增加,变性淀粉粘度先降低后升高;随乙醇含量的增加变性淀粉粘度呈下降趋势;随着温度的增加变性淀粉粘度先增大后减少;时间对变性淀粉粘度影响较小;含水量对变性淀粉粘度的影响并不显著。总体来说,各个工艺参数对变性淀粉浆料的粘度影响并不显著。对于在超临界CO2介质中制备纺织浆用变性淀粉,不需要加入缓冲溶液。实验研究表明当处理温度为50℃、压力为11MPa、处理时间为30min、α-淀粉酶量为0.4%(相对与淀粉质量的百分比)时,淀粉浆液的粘度由133 mPa·s降至3mPa·s以下。对新型变性淀粉性能进行研究表明:超临界CO2条件下酶催化后的变性淀粉的颗粒直径变小,结晶度略有降低,糊化温度降低,粘度热稳定性提高。粘附力与原淀粉相当,但粘度很低(范围为1-15 mPa·s),高浓时粘度也相对较低,属“高浓低粘”型浆料;关于变性淀粉的浆纱性能,除了断裂强力与氧化淀粉相当外,浆纱毛羽减少率和耐磨性都比氧化淀粉好,综合考虑其浆用性能优于氧化淀粉。与水相下酶催化反应相比,淀粉在超临界CO2条件下的酶催化效率大大提高,工艺时间极大缩短且整个工艺过程中不需要使用水,符合节能环保要求,所制备变性淀粉的浆用性能优异,是一种理想的新型变性淀粉制备方法。
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