一种碱处理工艺制备纳米淀粉颗粒的方法

技术领域

本发明属于纳米淀粉颗粒制备技术领域，具体涉及到通过碱性偏铝酸钠溶液处理天然淀粉制备粒径小于100纳米且尺度均匀的纳米级淀粉颗粒的方法。

背景技术

淀粉作为一种来源广泛、无毒、产量高、可降解再生的生物质材料受到广泛关注，但由于天然淀粉自身较大的颗粒尺寸限制了其在药物载体及多孔材料制备等领域的应用。随着对纳米技术的不断发展，纳米级淀粉由于尺寸小、比表面积大、羟基丰富等特有的物化性质及功能化特点在催化、医药及其他工业领域展现出更加广阔的应用前景，因此开发纳米淀粉简单高效的制备方法对其应用发展具有重要意义。

目前现有的纳米淀粉制备方法主要包括化学处理法和物理处理法。化学法中水解法是目前应用最为广泛制备方法，主要通过高浓度的硫酸、盐酸等强酸类在一定温度下处理天然淀粉先后水解其无定形区及结晶区，其尺寸主要与所用酸的种类及浓度、处理温度及时间、天然淀粉的结晶度等参数有关，制备得到的纳米淀粉尺寸从几十到几百纳米不等。此类方法技术成熟、操作简单，但存在反应时间较长、颗粒结构被破坏、产率低以及纳米淀粉粒度分布不均等问题。自组装法、化学沉淀法和乳化交联法等化学处理法，对淀粉浓度具有较高要求且产率较低，且其溶剂的选择具有较大的限制。物理处理法主要包括机械研磨法、超声波法、高压均质法、双螺杆挤压法、辐照法等，此类方法操作较为简单、耗时短、污染小、产率较化学法高，但是通常对实验仪器及条件要求较为苛刻、颗粒结构及结晶度会受到一定程度的破坏。

综上所述，目前制备方法中复杂的工艺流程及苛刻的实验条件限制了纳米淀粉颗粒的发展。时至今日，发展一种简单化、快速化、产率高的方法制备粒径在100纳米以内且尺寸分布均匀纳米淀粉颗粒仍是一个挑战性课题。

发明内容

本发明的目的于提出一种工艺简单易行且流程短、产率高的纳米淀粉颗粒的制备方法，将淀粉颗粒尺寸控制在100纳米以内，并将纳米淀粉的产率提高至60％以上，以克服上述技术的缺点。

本发明的技术方案是：1)通过配制特定浓度的偏铝酸钠溶液，在水热反应釜中，按Al(OH)

具体制备步骤为：

1)在30～100℃水浴条件下，分别配制1～10mol/L的Al(OH)

2)将开釜后得到的均匀混合物溶液进行离心，在5000～10000rpm下分离5～30min，多次洗涤至中性。

3)将得到的固体在液氮中冷冻5～30min左右，完全冷冻后放入冷冻干燥机中干燥10～48h，得到白色均质的纳米淀粉粉末。

步骤1)所述的体积比是混合液占水热反应釜体积的25％-35％。

步骤1)中所述的保温处理是在70～200℃的鼓风干燥箱中保温2～20h。

所述的淀粉包括：木薯淀粉、马铃薯淀粉、玉米淀粉、绿豆淀粉、小麦淀粉、红薯淀粉、菱角淀粉、莲藕淀粉、荸荠淀粉、番薯粉、豌豆淀粉、葛粉、西谷椰子淀粉等。

本发明的优点在于：1)淀粉是由葡萄糖脱水后经由糖苷键连接在一起所形成的共价聚合物，通常由直链淀粉和支链淀粉组成，其中直链淀粉分子是由分子间氢键结合得到的晶态结构，不易水解/分解，而无定形区域的支链淀粉分子容易发生水解/分解。淀粉本身不会与碱发生反应，但在碱性环境下进行加热等操作更易分解。本发明在碱性偏铝酸钠溶液环境下，结合高温条件、水热反应釜在加热过程中产生的自压力，更容易破坏淀粉分子内及分子间的氢键，促进淀粉颗粒无定形区域和结晶区的分解，控制实验条件，可将纳米淀粉颗粒的尺寸控制在100纳米以下。由于碱不会过度水解淀粉，而是使淀粉分子链破裂成“碎片”，因此得到的纳米淀粉产量较高；2)酸水解法合成纳米淀粉颗粒时，在淀粉水解/分解后，酸会继续与淀粉反应，导致最终淀粉产率低。而通过乳化交联等方法制备纳米淀粉颗粒时，使用到大量的有机试剂，但操作重复且繁重，最终得到的纳米淀粉产量极低，限制了工业化应用。相较而言，本发明提供的方法工艺简单，条件相对温和，得到的淀粉产率高于60％，适合工业化生产。

附图说明

图1为本发明实施案例1得到纳米淀粉颗粒分散在乙醇相中的扫描电镜照片。

图2为本发明实施案例1得到固体纳米淀粉颗粒的扫描电镜照片。

图3为本发明实施案例2得到固体纳米淀粉颗粒的扫描电镜照片。

具体实施方式

下面结合具体的实施方式对本发明的技术方案做进一步说明。

实施案例1

1)40℃水浴条件下，分别配制4.20mol/L的Al(OH)

3)将得到的固体在液氮中冷冻6min左右，完全冷冻后放入冷冻干燥机中干燥20h，得到白色均质的纳米淀粉粉末。

从图1、图2可知，纳米淀粉状态稳定，边界较为清晰，在乙醇相和固相扫描下均可清楚看到，纳米淀粉颗粒粒径较为均匀，尺寸均小于100纳米。利用电子天平称重后，产物重量为0.4667g，产率为61.4％。

实施案例2

1)90℃水浴条件下，分别配制9.50mol/L的Al(OH)

2)将开釜后得到的均匀混合物溶液进行离心，在10000rpm下分离7min，重复洗涤四次后至中性。

3)将得到的固体在液氮中冷冻10min左右，完全冷冻后放入冷冻干燥机中干燥36h，得到白色均质的纳米淀粉粉末。

从图3可知，纳米淀粉边界清晰，在固相扫描下可清楚看到，纳米淀粉粒径均小于100纳米，形貌较为均匀。利用电子天平称重后，产物重量为1.9296g，产率为60.3％。

实施案例3

1)70℃水浴条件下，分别配制7.30mol/L的Al(OH)

2)将开釜后得到的均匀混合物溶液进行离心，在9000rpm下分离15min，重复洗涤五次后至中性。

3)将得到的固体在液氮中冷冻15min左右，完全冷冻后放入冷冻干燥机中干燥36h，得到白色均质的纳米淀粉粉末。

根据实验结果可知，成功制备了纳米淀粉颗粒，尺寸小于100纳米且较为均匀，经电子天平称重后，产物质量为1.2829g，产率为60.8％。