王政洋，鄭麗娜，么婷婷，鄭洛昀，辛嘉英，2

（1.哈爾濱商業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，黑龍江哈爾濱 150076；2.中國(guó)科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所羰基合成與選擇氧化國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，甘肅蘭州 730000）

微波輔助與傳統(tǒng)加熱法合成植物油淀粉酯

王政洋1，鄭麗娜1，么婷婷1，鄭洛昀1，*辛嘉英1，2

（1.哈爾濱商業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，黑龍江哈爾濱 150076；2.中國(guó)科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所羰基合成與選擇氧化國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，甘肅蘭州 730000）

以植物油和預(yù)處理玉米淀粉為反應(yīng)底物，利用脂肪酶分別在微波輔助和傳統(tǒng)加熱的方式下催化合成植物油淀粉酯。通過篩選不同反應(yīng)底物，探究影響合成植物油淀粉酯反應(yīng)的因素，并考察反應(yīng)時(shí)間、反應(yīng)溫度、植物油添加量、反應(yīng)轉(zhuǎn)速及微波功率對(duì)酯化反應(yīng)的影響。結(jié)果表明，在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，傳統(tǒng)加熱的最佳反應(yīng)條件為反應(yīng)溫度65℃，反應(yīng)時(shí)間20 h，植物油添加量20 g，反應(yīng)轉(zhuǎn)速200 r/min，取代度可達(dá)0.033 4；微波輔助的最佳反應(yīng)條件為反應(yīng)溫度60℃，反應(yīng)時(shí)間3 h，植物油添加量20 g，微波功率240 W，取代度可達(dá)0.036 2。

傳統(tǒng)加熱；微波輔助；脂肪酶；植物油淀粉酯

0 引言

脂肪酶催化合成植物油淀粉酯是近年興起的一種淀粉改性手段。植物油淀粉酯不僅具有良好的去污、乳化、洗滌、潤(rùn)滑、起泡等性能[1-2]，還具有無毒無臭、無污染、無刺激等優(yōu)良特性，在食品、醫(yī)藥、紡織、化妝品等行業(yè)有著廣泛的應(yīng)用[3-4]。脂肪酶在催化酯化反應(yīng)中具有優(yōu)良的特性，使其變?yōu)榱说矸埘セ男缘臒衢T酶類[5]。相對(duì)于化學(xué)法來說，脂肪酶催化可以在底物含量較低、較溫和的條件下進(jìn)行，而且無需加入化學(xué)試劑，避免了有毒、有機(jī)溶劑的使用，副反應(yīng)較少，符合當(dāng)今“綠色化學(xué)”的要求。無溶劑體系中脂肪酶直接作用于底物，提高了底物和產(chǎn)物濃度及反應(yīng)選擇性，純化過程簡(jiǎn)便、步驟少[6-7]。植物油淀粉酯既能為食品提供優(yōu)良的質(zhì)構(gòu)，同時(shí)還能延長(zhǎng)食品貨架期[8-10]；植物油淀粉酯在化妝品護(hù)膚膜和護(hù)膚沫中是一種重要的有效成分，可以提高化妝品的親水性；在紡織工業(yè)中，低取代度的植物油淀粉酯能增加對(duì)合成纖維的黏結(jié)力，形成的漿膜耐彎曲、透明度好、穩(wěn)定性強(qiáng)[11-12]。

試驗(yàn)以脂肪酶Novozym 435作為催化劑，探究微波輔助與傳統(tǒng)加熱對(duì)植物油淀粉酯合成反應(yīng)的影響。在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，應(yīng)用正交試驗(yàn)法對(duì)微波輔助和傳統(tǒng)加熱反應(yīng)進(jìn)行優(yōu)化研究。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料及儀器

固定化南極假絲酵母脂肪酶Novozym435（L4777）10 000 U/g、玉米淀粉（AR），蘇州暢通化學(xué)有限公司提供；大豆油，九三糧油工業(yè)集團(tuán)有限公司提供；棕櫚油，天津市聚龍糧油有限公司提供；椰子油，F(xiàn)amily Farm提供；油酸淀粉酯（DS=0.05，GR）、月桂酸淀粉酯（DS=0.05，GR），國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司提供；3A分子篩（AR），大連催化劑廠提供；二甲基亞砜（CP），天津嘉興化工有限公司提供。

YY-1型數(shù)量超級(jí)恒溫油浴鍋，天津市歐諾儀器儀表有限公司產(chǎn)品；MCR-3型常壓微波化學(xué)反應(yīng)器，西安安泰儀器科技有限公司產(chǎn)品；GC7890F型氣相色譜儀，上海天美科學(xué)儀器有限公司產(chǎn)品。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 植物油的前處理

分別取市售大豆油、棕櫚油、椰子油500 mL，向其加入20 g分子篩，陰涼處放置24～48 h，備用。

1.2.2 淀粉的預(yù)處理

將質(zhì)量比為2∶1的氫氧化鈉和尿素加入到100 mL的去離子水中，配置成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為9%的混合液，置于冰箱中放置24 h。

將配好的混合液快速攪拌10 min后緩慢加入5 g干基玉米淀粉，滴加9%HCl至中性；滴加無水乙醇使淀粉析出，用95%乙醇洗3次，再用無水乙醇洗滌，以脫去水分；置于110℃干燥箱中干燥 24 h，研磨后放入70℃烘箱，備用。

1.2.3 油浴無溶劑體系酶促植物油淀粉酯的合成

將處理好的植物油與預(yù)處理淀粉按照質(zhì)量比20∶1的比例加入到50 mL的三角瓶中，待底物完全混合后，向其加入預(yù)處理淀粉質(zhì)量10%的Novozym 435脂肪酶，2 g分子篩，放入65℃恒溫油浴鍋中進(jìn)行反應(yīng)；待反應(yīng)一段時(shí)間后，用65℃無水乙醇反復(fù)洗滌，除去未反應(yīng)的植物油；于70℃條件下烘干至恒質(zhì)量，然后用80目篩子將固定化脂肪酶篩除，密封保存。

1.2.4 微波輔助無溶劑體系酶促植物油淀粉酯的合成

將處理好的植物油與預(yù)處理淀粉按照質(zhì)量比20∶1的比例加入到50 mL的微波反應(yīng)瓶中，待底物完全混合后，向其加入預(yù)處理淀粉質(zhì)量10%的Novozym 435脂肪酶，2 g分子篩，放入微波反應(yīng)器中進(jìn)行反應(yīng)；待反應(yīng)結(jié)束后加入10 mL 95%乙醇使得植物油淀粉酯析出，然后用65℃無水乙醇反復(fù)洗滌，除去未反應(yīng)的植物油；于70℃條件下烘干至恒質(zhì)量，然后用80目篩子將固定化脂肪酶篩除，密封保存。

1.2.5 植物油淀粉酯取代度的測(cè)定

試驗(yàn)采用氣象色譜法進(jìn)行產(chǎn)物取代度的測(cè)定，首先進(jìn)行產(chǎn)物的甲酯化，通過氣相色譜掃描，利用內(nèi)標(biāo)法進(jìn)行相關(guān)計(jì)算。

（1）植物油淀粉酯甲酯化。取0.8 g甲醇鈉，加入到200 mL甲醇溶液中配置成0.4 g/mL甲醇鈉溶液，備用。取植物油淀粉酯樣品0.03 g，加入1 mL的二甲基亞砜進(jìn)行溶解，待充分溶解后，加入1 mL 0.4 g/mL的甲醇鈉溶液進(jìn)行混合。將混合物在65℃下攪拌回流60 min，冷卻后加入1 mL去離子水和1 mL正庚烷，置于磁力攪拌器上，強(qiáng)力攪拌1 min，靜置分層，上層有機(jī)相即為植物油甲酯。

（2）氣相色譜分析。取植物油甲酯0.5 mL，向其加入50 μL內(nèi)標(biāo)溶液后進(jìn)行氣相色譜掃描。氣相色譜條件：DM-FFAP型石英毛細(xì)管色譜柱，30 mm×0.32 mm×0.25 μm；柱溫220℃，進(jìn)樣口溫度250℃，檢測(cè)器溫度260℃；載氣：高純氮；柱流速2.0 mL/min；尾吹流速40 mL/min；氫氣流速35 mL/min；空氣流速350 mL/min；分流比50∶1；進(jìn)樣量1 μL。

取代度計(jì)算公式：

式中：n——脂肪酸淀粉酯中脂肪酸物質(zhì)的量，mol；

M0——樣品的質(zhì)量，g；

M1——葡萄糖殘基相對(duì)分子質(zhì)量，162；

M2——植物油中脂肪酸的摩爾質(zhì)量，236。

2 結(jié)果與討論

2.1 傳統(tǒng)加熱條件下不同植物油淀粉酯的結(jié)構(gòu)

油浴加熱式酶促反應(yīng)紅外光譜見圖1。

圖1 油浴加熱式酶促反應(yīng)紅外光譜

由圖1可知，NaOH-尿素法預(yù)處理淀粉及其與不同植物油分別在油浴加熱和微波輔助下酶催化反應(yīng)合成的植物油淀粉酯紅外分析圖譜。紅外圖譜的特征峰歸屬：在特征光譜的區(qū)間內(nèi)，3 146～3 631 cm-1區(qū)域內(nèi)的較大寬峰帶由-OH的伸縮振動(dòng)產(chǎn)生，在2 932 cm-1附近的峰帶由C-H的伸縮振動(dòng)產(chǎn)生；在1 364，1 167，1 050，857 cm-1處的吸收峰由葡萄糖殘基的伸縮振動(dòng)產(chǎn)生；在植物油淀粉酯紅外光譜圖的1 725～1 750 cm-1處出現(xiàn)一個(gè)新的特征峰，這是羰基的特征吸收峰，從而證明了酯鍵的形成，也從側(cè)面證明了油浴加熱條件下脂肪酶催化反應(yīng)可以合成植物油淀粉酯。

2.2 傳統(tǒng)加熱不同植物油對(duì)淀粉酯合成的影響

植物油是由不飽和脂肪酸和甘油化合而成的化合物，廣泛存在于自然界中，是從植物的果實(shí)、種子等中得到的油脂，如花生油、大豆油、棕櫚油、椰子油等。植物油的主要成分是直鏈高級(jí)脂肪酸和甘油生成的酯，脂肪酸除軟脂酸、硬脂酸和油酸外，還含有多種不飽和酸，如月桂酸、棕櫚酸等。試驗(yàn)使用市售大豆油、棕櫚油、椰子油。

2.2.1 反應(yīng)時(shí)間對(duì)取代度的影響

油浴加熱式酶促植物油淀粉酯的合成見圖2。

圖2 油浴加熱式酶促植物油淀粉酯的合成

由圖2可知，隨著反應(yīng)時(shí)間的延長(zhǎng)，產(chǎn)物的取代度緩慢下降。這是因?yàn)樵诜磻?yīng)過程中，由于長(zhǎng)時(shí)間攪拌，會(huì)使脂肪酶從載體上脫落，磨損也會(huì)引起粒度的減小而影響脂肪酶的穩(wěn)定性，導(dǎo)致脂肪酶催化效率的降低，甚至失活。隨著反應(yīng)時(shí)間的延長(zhǎng)，已生成的產(chǎn)物又部分水解，致使取代度緩慢降低。在油浴加熱式酶促植物油淀粉酯的合成反應(yīng)中，3種植物油與NaOH-尿素法預(yù)處理淀粉在最佳反應(yīng)條件下反應(yīng)24 h處反應(yīng)的取代度分別達(dá)到最高，其中棕櫚油與NaOH-尿素法預(yù)處理淀粉在該反應(yīng)條件下取代度為最高的0.028 6。因此，油浴加熱式酶促植物油淀粉酯合成選擇棕櫚油，反應(yīng)時(shí)間應(yīng)為24 h。

2.2.2 反應(yīng)溫度對(duì)取代度的影響

反應(yīng)溫度分別為55，60，65，70，75℃，脂肪酶添加量為10%，反應(yīng)時(shí)間為24 h，已平衡水活度的預(yù)處理玉米淀粉與大豆油質(zhì)量比為1∶20，反應(yīng)時(shí)加入3A分子篩2 g。

反應(yīng)溫度對(duì)淀粉酯取代度的影響見圖3。

由圖3可知，反應(yīng)溫度65℃時(shí)取代度最大，為0.026 8，超過此反應(yīng)溫度取代度反而下降。試驗(yàn)所用的固定化脂肪酶Novozym 435在55～75℃內(nèi)具有較高的反應(yīng)活性，這可能是溫度過高導(dǎo)致酶的部分失活。所以，選用的反應(yīng)溫度為65℃。

圖3 反應(yīng)溫度對(duì)淀粉酯取代度的影響

2.2.3 棕櫚油添加量對(duì)取代度的影響

加入已平衡水活度的預(yù)處理玉米淀粉與大豆油質(zhì)量比為1∶10，1∶15，1∶20，1∶25，1∶30，脂肪酶添加量為10%，反應(yīng)溫度為65℃，反應(yīng)時(shí)間為24 h，反應(yīng)時(shí)加入3A分子篩2 g。

棕櫚油添加量對(duì)淀粉酯取代度的影響見圖4。

圖4 棕櫚油添加量對(duì)淀粉酯取代度的影響

由圖4可知，棕櫚油添加量20 g時(shí)取代度最大，為0.025 2，棕櫚油添加量從5 g開始逐漸增加時(shí)，取代度也隨之增加。這是因?yàn)樽貦坝吞砑恿窟^低時(shí)，參加反應(yīng)的脂肪酸可以提供過量的脂肪?；w，是反應(yīng)平衡向有利于產(chǎn)物生成的方向發(fā)展，從而取代度增加。當(dāng)棕櫚油添加量為20 g時(shí)，取代度達(dá)到最大值0.025 2；當(dāng)繼續(xù)增大棕櫚油添加量時(shí)，取代度開始下降，直至平緩。這是因?yàn)檫^量的棕櫚油將脂肪酶分子完全包圍，致使其活性位點(diǎn)無法發(fā)生催化反應(yīng)，導(dǎo)致取代度下降。因此，試驗(yàn)中棕櫚油添加量定為20 g。

2.2.4 油浴反應(yīng)轉(zhuǎn)速對(duì)取代度的影響

加入已平衡水活度的預(yù)處理玉米淀粉與大豆油質(zhì)量比為1∶20，脂肪酶添加量為10%，反應(yīng)溫度為65℃，反應(yīng)時(shí)間為24 h，反應(yīng)時(shí)加入3A分子篩2 g，油浴反應(yīng)轉(zhuǎn)速分別為100，150，200，250，300 r/min。

油浴反應(yīng)轉(zhuǎn)速對(duì)淀粉酯取代度的影響見圖5。

由圖5可知，隨著油浴反應(yīng)轉(zhuǎn)速的增加，棕櫚油淀粉酯的取代度上升，但是在轉(zhuǎn)速超過200 r/min時(shí)，棕櫚油淀粉酯取代度的上升趨勢(shì)趨于平緩。這是因?yàn)樵谵D(zhuǎn)速上升后，棕櫚油與脂肪酶的接觸更充分，脂肪酶的效率逐步升高，所以棕櫚油淀粉酯的取代度上升；但是當(dāng)油浴反應(yīng)轉(zhuǎn)速過高時(shí)，反應(yīng)體系中的分子篩對(duì)體系的攪拌不均勻，反應(yīng)底物與脂肪酶之間傳質(zhì)不充分，棕櫚油淀粉酯的取代都下降。因此，試驗(yàn)中油浴反應(yīng)轉(zhuǎn)速選擇為200 r/min，棕櫚油淀粉酯的取代度較為理想。

圖5 油浴反應(yīng)轉(zhuǎn)速對(duì)淀粉酯取代度的影響

2.3 傳統(tǒng)加熱棕櫚油淀粉酯的條件優(yōu)化

在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，對(duì)油浴加熱式酶促反應(yīng)的反應(yīng)時(shí)間、反應(yīng)溫度、棕櫚油添加量和反應(yīng)轉(zhuǎn)速安排L9（34）正交試驗(yàn)，以植物油淀粉酯的取代度作為指標(biāo)。

正交試驗(yàn)結(jié)果見表1。

表1 正交試驗(yàn)結(jié)果

通過對(duì)正交試驗(yàn)的結(jié)果分析可以得出，各個(gè)因素對(duì)棕櫚油淀粉酯取代度的主次順序?yàn)榉磻?yīng)溫度、反應(yīng)時(shí)間、反應(yīng)轉(zhuǎn)速、棕櫚油添加量。同時(shí)，可以得出傳統(tǒng)加熱式酶促棕櫚油淀粉酯合成的最佳反應(yīng)條件為反應(yīng)溫度65℃，反應(yīng)時(shí)間20 h，棕櫚油添加量20 g，反應(yīng)轉(zhuǎn)速200 r/min，在該反應(yīng)條件下的取代度為0.033 4。

因素與指標(biāo)關(guān)系趨勢(shì)見圖6。

將處理好的棕櫚油與預(yù)處理淀粉按照質(zhì)量比20∶1的比例加入到50 mL的三角瓶中，待底物完全混合后，向其加入預(yù)處理淀粉質(zhì)量10%的Novozym 435脂肪酶，2 g分子篩，放入65℃油浴鍋內(nèi)反應(yīng)20 h，反應(yīng)轉(zhuǎn)速為200 r/min，在此條件下制備獲得的棕櫚油淀粉酯取代度為0.031 6。

圖6 因素與指標(biāo)關(guān)系趨勢(shì)

3 微波輔助酶促棕櫚油淀粉酯的合成及優(yōu)化

3.1 微波輔助條件下不同植物油淀粉酯的結(jié)構(gòu)

微波輔助酶促反應(yīng)紅外光譜見圖7。

圖7 微波輔助酶促反應(yīng)紅外光譜

由圖7可知，原淀粉在1 160，1 025，930 cm-1處出現(xiàn)的峰是非對(duì)稱C-O-C伸縮振動(dòng)峰和骨架振動(dòng)峰，在1 650 cm-1處有1個(gè)烯醇式C-O鍵的伸縮振動(dòng)峰，在3 000～3 700 cm-1處出現(xiàn)長(zhǎng)而寬的-OH伸縮振動(dòng)峰；而大豆油淀粉酯、棕櫚油淀粉酯、椰子油淀粉酯在1 725～1 750 cm-1處有典型的酯鍵特征吸收峰，從側(cè)面說明微波輔助酶促植物油淀粉酯是可以合出產(chǎn)物的。

3.2 微波輔助酶促不同植物油對(duì)淀粉酯合成的影響以及反應(yīng)時(shí)間對(duì)取代度的影響

微波輔助酶促植物油淀粉酯的合成見圖8。

圖8 微波輔助酶促植物油淀粉酯的合成

由圖8可知，用微波輔助法進(jìn)行的酶促植物油淀粉酯合成的反應(yīng)中，同樣是棕櫚油在反應(yīng)進(jìn)行3 h處取代度達(dá)到最高的0.032 4，這說明用微波輔助法可以有效地提高植物油淀粉酯合成的取代度。因此，試驗(yàn)中使用棕櫚油與NaOH-尿素法預(yù)處理淀粉在微波輔助條件下進(jìn)行酶促植物油淀粉酯的合成反應(yīng)。

3.3 反應(yīng)溫度對(duì)取代度的影響

反應(yīng)溫度分別為55，60，65，70，75℃，脂肪酶添加量為10%，反應(yīng)時(shí)間為3 h，已平衡水活度的預(yù)處理玉米淀粉與棕櫚油質(zhì)量比為1∶20，反應(yīng)時(shí)加入3A分子篩2 g。

微波輔助法反應(yīng)溫度對(duì)淀粉酯取代度的影響見圖9。

圖9 微波輔助法反應(yīng)溫度對(duì)淀粉酯取代度的影響

由圖9可知，反應(yīng)溫度為65℃時(shí)，取代度最大0.034 2，超過此反應(yīng)溫度取代度反而下降。試驗(yàn)所用的固定化脂肪酶Novozym 435在60～65℃內(nèi)具有較高的反應(yīng)活性，當(dāng)反應(yīng)溫度過高時(shí)可能導(dǎo)致酶的部分失活。同時(shí)，過高溫度會(huì)使反應(yīng)平衡逆向移動(dòng)，已經(jīng)生成的淀粉酯再次水解，導(dǎo)致反應(yīng)平衡向逆向發(fā)展，從而使得取代度下降。所以，選用的反應(yīng)溫度為65℃。

3.4 微波功率對(duì)取代度的影響

采用MCR-3型常壓微波化學(xué)反應(yīng)器，微波功率可調(diào)至為80，160，240，320，400，480，560，640 W，棕櫚油與NaOH-尿素法預(yù)處理淀粉在微波輔助條件下進(jìn)行酶促棕櫚油淀粉酯的取代度。

微波功率對(duì)棕櫚油淀粉酯取代度的影響見圖10。

圖10 微波功率對(duì)棕櫚油淀粉酯取代度的影響

由圖10可知，當(dāng)微波功率小于240 W時(shí)，棕櫚油淀粉酯的取代度隨微波功率升高而增大；但是當(dāng)微波功率大于240 W以后，再升高微波功率時(shí)反而使得棕櫚油淀粉酯的取代度下降。這主要是因?yàn)?，?dāng)微波功率較低時(shí)脂肪酶的催化活性較低，微波功率緩慢增大時(shí)有利于底物的分散與分子碰撞；當(dāng)微波功率過高時(shí)會(huì)導(dǎo)致脂肪酶的結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，致使脂肪酶失活，從而使得產(chǎn)物的取代度降低。

3.5 棕櫚油添加量對(duì)取代度的影響

加入已平衡水活度的預(yù)處理玉米淀粉與棕櫚油質(zhì)量比為1∶10，1∶15，1∶20，1∶25，1∶30，脂肪酶添加量為10%，反應(yīng)溫度為65℃，反應(yīng)時(shí)間為24 h，反應(yīng)時(shí)加入3A分子篩2 g。

棕櫚油添加量對(duì)淀粉酯取代度的影響見圖11。

圖11 棕櫚油添加量對(duì)淀粉酯取代度的影響

由圖11可知，因?yàn)樵囼?yàn)中采用Novozym 435脂肪酶是固定化脂肪酶，其在非水相中的催化反應(yīng)為非均相反應(yīng)，比在水相中的分子擴(kuò)散限制大，所以棕櫚油添加量會(huì)影響脂肪酶的催化反應(yīng)。在微波功率為240 W，反應(yīng)時(shí)間為3 h這2個(gè)因素不變的條件下，棕櫚油添加量從5 g開始逐漸增加時(shí)，取代度也隨之增加，這是因?yàn)樽貦坝吞砑恿窟^低時(shí)，參與反應(yīng)的脂肪酸可以提供過量的脂肪酰基供體，使反應(yīng)平衡向有利于產(chǎn)物生成的方向發(fā)展，從而取代度增加。當(dāng)棕櫚油添加量為20 g時(shí)，取代度達(dá)到最大值0.031 8；當(dāng)繼續(xù)增大棕櫚油添加量時(shí)，取代度開始下降，直至平緩，這可能是因?yàn)檫^量的棕櫚油將脂肪酶分子完全包圍，致使其活性位點(diǎn)無法發(fā)生催化反應(yīng)，導(dǎo)致取代度下降。因此，試驗(yàn)中棕櫚油添加量定為20 g。

3.6 微波輔助酶促棕櫚油淀粉酯合成正交試驗(yàn)結(jié)果與分析

在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，對(duì)微波輔助酶促反應(yīng)的反應(yīng)時(shí)間、反應(yīng)溫度、棕櫚油添加量、微波功率安排L9（34）正交試驗(yàn)，以植物油淀粉酯的取代度作為指標(biāo)。

正交試驗(yàn)結(jié)果見表2。

由表2可知，微波輔助酶促棕櫚油淀粉酯合成中各個(gè)因素對(duì)棕櫚油淀粉酯取代度的主次順序?yàn)榉磻?yīng)溫度、棕櫚油添加量、微波功率、反應(yīng)時(shí)間。同時(shí)，可以得出微波輔助酶促棕櫚油淀粉酯合成的最佳反應(yīng)條件為反應(yīng)溫度60℃，反應(yīng)時(shí)間3 h，棕櫚油添加量20 g，微波功率240 W，在該反應(yīng)條件下的取代度為0.034 6。

因素與指標(biāo)關(guān)系趨勢(shì)見圖12。

3.7 驗(yàn)證試驗(yàn)

將處理好的棕櫚油與預(yù)處理淀粉按照質(zhì)量比20∶1的比例加入到50 mL的三頸燒瓶中，待底物完全混合后，向其加入預(yù)處理淀粉質(zhì)量10%的Novozym 435脂肪酶，2 g分子篩，將微波反應(yīng)器的溫度設(shè)定為60℃，微波功率為240 W，將三頸燒瓶放入微波反應(yīng)器反應(yīng)3 h，在此條件下制備獲得的棕櫚油淀粉酯取代度為0.036 2。

表2 正交試驗(yàn)結(jié)果

圖12 因素與指標(biāo)關(guān)系趨勢(shì)

4 結(jié)論

試驗(yàn)中，首先選定一種植物油（棕櫚油），以棕櫚油和預(yù)處理淀粉為底物，利用脂肪酶Novozym 435為催化劑，分別以傳統(tǒng)加熱和微波輔助的方式進(jìn)行植物油淀粉酯的酶促合成反應(yīng)。由FT-IR圖譜分析可知，該反應(yīng)確實(shí)可以合成棕櫚油淀粉酯，與傳統(tǒng)加熱相比，微波輔助不僅可以少量的提高棕櫚油淀粉酯取代度，而且縮短了反應(yīng)時(shí)間；在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，通過正交試驗(yàn)獲得微波輔助酶促棕櫚油淀粉酯合成的最佳反應(yīng)條件。

[1]Brain W P.The first hundred years corn reifining in the United Staes[J].Starch，2001，53：257－260.

[2]Zhang Yanping.Modified starch manufacturing and application[M].Beijing：Chemical Industry Press，2001：2.

[3]Dejan B，Duan M，Slavica M.The effect of substrate polarity on the lipase-catalyzed synthesis of aroma esters in solvent-free systems[J].Journal of Molecular Catalysis B：Enzymatic，2007，45（4）：97－101.

[4]具本植，尹荃，張淑芬，等.疏水淀粉衍生物研究進(jìn)展 [J].化學(xué)通報(bào)，2007（10）：727-733.

[5]Takashi K，Shuj A，Ryuichi M.Lipase-catalyzed condensation of p-methoxy-phenethyl alcohol and carboxylic acids with different steric and electrical properties in acetonitrile[J].Biotechnology Letters，2003，25（1）：3－7.

[6]Marcin L，Stanislaw K.Low power microwave-assisted enzymatic esterification of starch[J].Starch St?rke，2012，64：188－197.

[7]Young Seon J，Ichon city，Arvind V，et al.Studies of starch esterification：Reactions with alkenyl succinates in aqueous slurry systems[J].Starch，1999，51：928-933.

[8]徐中岳，羅志剛.硬脂酸木薯淀粉酯的理化性質(zhì)研究 [J].食品科技，2010，35（3）：242-245.

[9]田穎，袁紹軍.食用變性淀粉的特性及應(yīng)用研究 [J].食品研究與開發(fā)，2002，23（6）：69-71.

[10]Mullen J W.Starch derivatives[J].Industrial and Engineering Chemistyr，1942，34：807-812.

[11]陳麗華.變性淀粉在紡織工業(yè)中的應(yīng)用 [J].天津紡織工學(xué)院院報(bào)，1998，18（1）：25-27.

[12]葛杰，張功超，白立豐，等.變性淀粉在我國(guó)的應(yīng)用及發(fā)展趨勢(shì) [J].黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)學(xué)報(bào)，2005，17（1）：69-73.

Conventional Heating and Microwave-assited Synthesis of Vegetable Oil Starch Ester

WANG Zhengyang1，ZHENG Li'na1，YAO Tingting1，ZHENG Luoyun1，*XIN Jiaying1，2（1.Key Laboratory for Food Science&Engineering，Harbin University of Commerce，Harbin，Heilongjiang 150076，China；2.State Key Laboratory for Oxo Syntinesis&Selective Oridation，Lanzhou Insititute of Chemical Physics Chinese Academy of Sciences，Lanzhou，Gansu 730000，China）

With vegetable oil and pretreatment of corn starch as substrate，synthesis of plant oil starch ester by lipase are investigated under microwave irradiation and conventional heating mode.On the different substrates are screened，and the influence factors in the synthesis of vegetable oil starch ester reaction is discussed，the reaction time，the reaction temperature，adding the amount of vegetable oil，reaction speed and effect of microwave power on the esterification reaction.On the basis of single factor，the optimum reaction conditions of traditional heating 65℃ of reaction temperature，20 h of reaction time，20 g of vegetable oil content，the reaction speed of 200 r/min.Substitution degree can be up to 0.033 4.The best microwave assisted reaction conditions are as follows 60℃ of reaction temperature，3 h of reaction time，20 g of vegetable oil content，microwave power 240 W.Substitution degree can be up to 0.036 2.

conventional heating；microwave assisted；lipase；vegetable oil starch ester

TS236.9

A

10.16693/j.cnki.1671-9646（X）.2016.11.032

1671-9646（2016）11b-0013-06

2016-09-23

王政洋（1990—），男，在讀碩士，研究方向?yàn)檗r(nóng)產(chǎn)品加工及貯藏。

*通訊作者：辛嘉英（1966—），男，博士，教授，博士生導(dǎo)師，研究方向?yàn)檗r(nóng)產(chǎn)品加工及貯藏。