直链淀粉纳米颗粒的聚集态结构及回生特性研究

Aggregate structure of starch nanoparticles can affect their mechanical properties and swelling behavior which are very important for the applications of starch nanoparticles in nonacomposite, drug delivery and adsorbent. This project will investigate formation and evolution of aggregate structure in the amylose nanoparticles prepared by nanoprecipitation. Through controlling the preparation conditions of the nanoparticles, the chain length and molecular weight distribution of amylose as well as additives (including lipids, surfactants and reaction reagents), the factors and their mechanisms which influence the formation of aggregate structure in amylose nanoparticles will be revealed. By investigating the retrogradation behaviors of the amylose nanoparticles, the effects and mechanisms of temperature, humidity (water content), time, chain length and molecular weight distribution of amylose as well as additives on the evolution of aggregate structure in amylose nanoparticles will be clarified. This project will also explore novel methods to construct and adjust aggregate structure of amylose nanoparticles by regulating preparation conditions, formulations and post-treatments. It is expected that the results of this proposed research could provide theoretical guide and technique supporting for designing, constructing and optimizing the aggregate structure of starch nanoparticles to optimize their properties or to obtain new functions.

淀粉纳米颗粒的聚集态结构将影响其力学性能和溶胀行为，对颗粒在纳米复合材料、药物载体和吸附剂等方面的应用至关重要。本项目以纳米沉降法制备的直链淀粉纳米颗粒为研究对象，系统深入地研究纳米尺度空间内直链淀粉分子链聚集态结构形成和演变的规律及其影响因素。通过调节和控制颗粒的制备条件、直链淀粉的分子链长度和分子量分布以及添加剂（包括脂质、表面活性剂和反应试剂）的品种和含量，揭示影响直链淀粉纳米颗粒聚集态结构的因素及其作用机理；通过直链淀粉纳米颗粒回生特性的研究，阐明在纳米尺度空间内，温度、湿度（水含量）、时间、直链淀粉的分子链长度和分子量分布以及添加剂品种和含量对直链淀粉纳米颗粒聚集态结构演变的影响及其作用机理；探索通过调控制备条件、材料组成以及后处理过程构筑和调节直链淀粉纳米颗粒聚集态结构的技术方法，为设计、构筑和优化淀粉纳米颗粒的聚集态结构，进而优化其性能或产生新功能提供理论指导和技术支撑。

淀粉纳米颗粒的尺寸和聚集态结构对其在纳米复合材料、药物载体、乳液稳定剂和吸附剂等方面的应用至关重要。通过分析表征沉降法制备的淀粉纳米颗粒的尺寸和聚集态结构，研究了制备条件、淀粉的分子链长度及分子量分布、添加剂品种和含量对淀粉纳米颗粒尺寸和聚集态结构的影响，阐明了沉降法制备淀粉纳米颗粒的过程中影响颗粒尺寸的主要因素及其机理，揭示了直链淀粉纳米颗粒聚集态结构形成和演变的规律及影响因素，发展了调控淀粉纳米颗粒尺寸和构筑其聚集态结构以及调控淀粉纳米晶表面极性的技术方法，为制备所需尺寸、结晶结构和表面性质的淀粉纳米颗粒提供了理论指导和技术支撑。.水和二甲基亚砜是沉降法制备淀粉纳米颗粒较好的溶剂。提高淀粉溶液的浓度，将导致淀粉纳米颗粒尺寸的增加和均匀性变差。要得到平均粒径200纳米的直链淀粉纳米颗粒，一般情况下淀粉溶液的浓度不应大于1 wt%。非溶剂的性质对淀粉纳米颗粒尺寸有影响，乙醇是沉降法制备淀粉纳米颗粒最好的非溶剂。一般情况下，淀粉纳米颗粒的尺寸随非溶剂用量的增加而减小直到料醇比（体积）超过1:10。.降低淀粉的分子量（超声波处理或酶水解处理淀粉溶液、酸水解淀粉颗粒）以及削弱淀粉分子链之间的相互作用（超声波处理淀粉溶液）可以大幅度减小淀粉纳米颗粒的平均粒径。淀粉分子量的减小和分子链之间相互作用的降低使得通过沉降法用高浓度（5 wt%）淀粉溶液和少量非溶剂（1:2）制备淀粉纳米颗粒成为可能，这对于淀粉纳米颗粒的高效率低成本规模化生产具有非常重要的意义。.表面活性剂对淀粉纳米颗粒的尺寸和聚集态结构都有影响，但规律性并不明确，其作用及其机理还有待于进一步研究。直链淀粉/脂肪酸纳米颗粒的粒径随脂肪酸碳链长度增加而增大，制备条件只影响其结晶度而不影响结晶结构（固定脂肪酸）。添加脂肪酸是构筑淀粉纳米颗粒聚集态结构的有效手段。.沉降法制备的直链淀粉纳米颗粒的聚集态结构为V-型结晶结构，该结构不是在淀粉颗粒形成过程中而是在后续的干燥过程中形成的。温度循环（4°C/40°C ）的干燥方式有助于得到高的结晶度（63.1%）。.淀粉纳米晶的表面极性可以通过在水介质中的酯化或交联酯化复合改性来进行调控。改性后其晶体结构基本不变，但结晶度略有下降。羟基取代度和取代基团的性质决定淀粉纳米晶的表面极性。交联酯化复合改性可以大幅度提高羟基取代度，并抑制酯化改性对淀粉纳米晶结晶结构的破坏。