[发明专利]一种碳骨架强化型多孔淀粉及其制备方法

说明书

本发明公开了一种碳骨架强化型多孔淀粉及其制备方法，该多孔淀粉的制备方法为：将淀粉与过渡金属离子结合，之后将附有过渡金属离子的淀粉与淀粉酶经过挤压设备处理，最后形成高强度重组结构的淀粉基多孔材料，即所述碳骨架强化型多孔淀粉。本发明降低了生物法的酶用量与作用时间，也改变了物理法仅能作为预处理的现状，在药物控释、水污染净化、包埋与替代目标物以及其他医疗、化工、环境与材料领域具有广泛应用前景。

技术领域

本发明涉及淀粉基多孔材料，尤其是涉及一种采用过渡金属离子强化碳骨架，制得的多孔淀粉。

背景技术

多孔淀粉是一种新型变性淀粉，即通过生物、化学或物理方法改变原淀粉的颗粒结构从而形成多孔。多孔淀粉的相比原淀粉具有更大的孔隙率、比表面积；较低的堆积密度；更好的吸附能力等，已广泛地应用于农业、医疗、环保、食品、造纸、印刷、洗涤剂、化妆品等诸多领域。

目前，最常用的是生物法，即利用淀粉酶水解淀粉部分表面产生小孔。但由于生淀粉在低于糊化温度时对酶的敏感性较低，而高温淀粉糊化则破坏了孔洞的支撑结构(即骨架结构)，故生物法基本是在低温下制得，往往需要加大酶量或延长反应时间以提高产率。此外，该法制得的多孔淀粉其整体结构遭到一定程度的破坏，各理化性能与抗溶解、机械等作用较差，功能单一具有局限性，在应用时往往还需大幅改性(如化学交联、表面官能团改性等)，耗时耗力。

其次是化学法，如酸水解、溶剂交换、乳液交联等，但该法除制备流程复杂外，还引入大量化学试剂，在生产成本与可持续发展方面均存在一定的问题。此外，淀粉经化学试剂处理后，结构比生物法制得的多孔淀粉更脆弱，故应用受限。

物理法运用最少，虽然挤压、超声波、醇变性、喷雾、机械撞击等诸多方法被尝试，但基本均难以形成有效的多孔(大多为表面凹陷且均匀性差)，一般仅作为辅助生物法制备的前处理步骤。

发明内容

针对现有技术存在的上述问题，本发明申请人提供了一种碳骨架强化型多孔淀粉及其制备方法。本发明利用过渡金属离子强化淀粉结构、非过渡金属离子辅助酶效稳定发挥，使得物理挤压协同酶作用成为一种有效的制备多孔淀粉的手段，一方面降低了生物法的酶用量与作用时间、提高其产品机械强度；另一方面改变了物理法仅能作为预处理的现状，合并与简化了原有工艺。

本发明的技术方案如下：

一种碳骨架强化型多孔淀粉，所述多孔淀粉的制备方法为：将淀粉与过渡金属离子结合，之后将附有过渡金属离子的淀粉与淀粉酶经过挤压设备处理，最后形成高强度重组结构的淀粉基多孔材料，即所述碳骨架强化型多孔淀粉。

所述多孔淀粉的制备方法包括如下具体步骤：

(1)将淀粉与过渡金属水溶液混合，在20-40℃条件下，搅拌、浸泡1-12h，之后倾倒筛出淀粉并清洗1-3次，置于烘箱中，30-50℃下烘干，得到过渡金属离子强化淀粉；

(2)将淀粉酶与非过渡金属离子水溶液混合，在20-40℃条件下搅拌、混合1-4h，得到非过渡金属离子—淀粉酶复合液；

(3)将步骤(1)制得的过渡金属离子强化淀粉与步骤(2)制得的非过渡金属离子—淀粉酶复合液混合预调湿，得到预混料，之后将预混料喂入挤压系统，出料，制得所述碳骨架强化型多孔淀粉。

步骤(1)中所述淀粉为玉米淀粉、大米淀粉、马铃薯淀粉、木薯淀粉中的一种或多种；所述过渡金属为锰、铁、钴、镍、铜、锌、锆、钯中的一种或多种，添加形式为可溶性金属盐。

步骤(1)中所述过渡金属水溶液的离子浓度为0.1-5mol/L；所述淀粉与过渡金属水溶液的质量体积比为50-250:1g/L。

步骤(2)中所述淀粉酶为中温α-淀粉酶、耐高温α-淀粉酶、β-淀粉酶、糖化酶中的一种或多种；所述非过渡金属离子为钠、钾、镁、钙中的一种或多种。