淀粉皮克林乳液稳定剂的重组构建机理及其表界面行为研究

Starch nanoparticles meet the need serving as Pickering emulsion stabilizers and the demand for green biological base material due to its nano-effect, biodegradable and biocompatibility characteristics. Researchers widely reported that the hydrolysis and mechanical methods for preparing starch nanoparticles have disadvantages of long duration time, high cost and low yield. Therefore, we plan to develop a new regeneration approach to produce starch nanoparticles, based on the theory of dextrin rearrangement under the phase transformation. The structure and hydrophobicity properties of starch nanoparticles were also simultaneously controlled. The size distribution or relative crystallinity in relation to the physiochemical characteristics of dextrin is established to control or predict the final products. Based on the above, the interfacial adsorption behavior of the Pickering emulsion stabilizer is regulated by means of physical, chemical or environmental aspects. Consequently, the transformation and stability of the emulsion are controlled. These studies could provide scientific basis for Pickering emulsion stabilizer and preparing specific starch nanoparticles with high efficiency.

纳米淀粉基于其纳米效应、可降解与生物相容性好的优点，可做为皮克林乳液稳定剂用于稳定乳状液，是一种理想的“绿色”生物基材料。然而，其制备方法常存在制备时间长、成本高和得率低的问题。基于此，本项目拟构建纳米淀粉的可控制备法—相转换重组法，以改善上述问题并实现粒度与极性可控的目的。此方法基于水-糊精-醇体系相转换时自由能最低原理，研究糊精分子在两相界面的聚结成粒行为，即淀粉分子有序重排的“自动成粒”过程或淀粉分子与改性剂反应后聚结的“被动成粒”过程。项目由控制糊精分子的各项物化参数入手，探究纳米淀粉制备与同步非极性转化的机制，建立糊精分子物化参数与纳米淀粉精细结构的相关模型，实现对产品的预测与控制。在此基础上，通过物理、化学和环境调控的方法修饰纳米淀粉的表面行为以及在相界面的吸附行为，控制相应乳状液的转型与稳定性，为纳米淀粉的高效制备及其应用的理论创新提供科学依据。

纳米淀粉基于其纳米效应，可做为皮克林乳液稳定剂制备乳状液，是一种理想的可降解、生物相容性好的“绿色”生物基材料。本项目基于糊精水溶液向有机相转换时自由能最低原理，促使糊精分子在两相界面聚结成粒，以改善纳米淀粉制备耗时长、成本高和得率低的问题。研究发现：（1）淀粉分子分枝度高导致其在水溶液中空间位阻较大，阻碍分子间相互作用而无法成粒；（2）直链淀粉含量高有利于分子间的有序重排，但相互作用后更易形成凝胶体系。所以，糊精分子转变为颗粒需要合适的分子量且无分支结构，亦即短直链糊精。（3）支链淀粉脱支后通过醇沉可分级为低、中、高分子量三个组分（1.80×103、3.96×103、6.94×103），在水相条件下高分子量组分更易成粒，在转相条件下转相剂极性越低越利于糊精分子的快速溶出而形成纳米颗粒，最优制备条件下制所得纳米淀粉的粒径分布为50-200 nm；（4）纳米淀粉添加量＞0.3%（w/v）时，可吸附至油水界面形成稳定的o/w型乳液；通过十六烷基三甲氧基硅烷（0.05%，0.10%，0.1.5%，v/w）对纳米淀粉进行改性，其与水的接触角分别由37°（未改性样品）升高至69°、104°和108°。接触角越接近90°，颗粒的脱附能越大，由其稳定的乳状液越稳定，当接触角＞90o时，乳状液发生转相而成为w/o型乳液。