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  隨著各國政府“限塑令”的出臺，利用可再生天然高分子設(shè)計開發(fā)新型材料正逐漸成為人們普遍關(guān)注的焦點。淀粉是自然界中含量最多的碳水化合物之一，價格低廉、可再生性、可降解、生物相容性好，可用于制備功能因子載體、組織工程支架、聚電解質(zhì)、生物傳感器、功能凝膠等新型材料，應(yīng)用潛力巨大。然而，天然淀粉中存在復(fù)雜的多尺度結(jié)構(gòu)和較強的氫鍵網(wǎng)絡(luò)，加工難度大，能耗高，例如熔融成型等常見的加工方法往往需要在高溫下（可達160 °C）才可將淀粉制成特定的材料。對此，尋找能溫和解構(gòu)淀粉多尺度結(jié)構(gòu)的溶劑，是突破淀粉材料加工瓶頸的關(guān)鍵。

  最近，廣州大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院、廣東省節(jié)能環(huán)保精細化學(xué)品工程技術(shù)研究開發(fā)中心劉鵬副教授所在團隊在淀粉溶劑領(lǐng)域取得了重要進展，相關(guān)工作以《氯化鹽溶液離子體系對高直鏈淀粉的解構(gòu)和重組》(Structural disorganization and chain aggregation of high-amylose starch in different chloride salt solutions, DOI: 10.1021/acssuschemeng.9b07726)為題，作為封面文章發(fā)表于國際學(xué)術(shù)期刊《美國化學(xué)學(xué)會可持續(xù)化學(xué)與工程》(ACS Sustainable Chemistry & Engineering)。廣州大學(xué)劉鵬副教授和英國華威大學(xué)謝豐蔚（Fengwei Xie）研究員為共同通訊作者，廣州大學(xué)碩士研究生李穎為論文第一作者，廣州大學(xué)尚小琴教授和汪黎明教授是論文的共同作者。

  他們的研究表明，廉價的氯化鋅、氯化鎂、氯化鈣溶液可以在50℃的溫和條件下溶解高直鏈淀粉（其在水中的糊化溫度為120℃以上），且三種鹽溶液分別提供了酸性（pH=3.65）、中性（pH=6.54）和堿性（pH=9.17）的溶解環(huán)境。同時，當溶解后的淀粉分子進行重組時，會與溶液中的離子體系相互作用，自組裝形成直徑幾百納米的納米粒子。這些納米粒子為淀粉基材料帶來了諸多新功能：一方面可以對淀粉基材料進行自增強，提升材料的機械性能；另一方面，被包埋在凝膠中的離子，又賦予了材料導(dǎo)電性能；而且包埋有Zn²⁺、Mg²⁺、Ca²⁺等人體必需離子的納米粒子，還具有一定的抗酶解特性。

  對于解構(gòu)的機理，課題組認為是離子體系復(fù)合作用的結(jié)果：溶液中的Cl^?可以接受淀粉羥基解離出的H⁺，陽離子上的空軌道可以與淀粉羥基O原子上的孤電子對配位結(jié)合，從而削弱淀粉分子鏈間的氫鍵。但此作用非常弱，因此需要高離子濃度，穿透淀粉顆粒的致密外殼，才能由內(nèi)而外逐步解構(gòu)顆粒。

圖1 高直鏈淀粉在三種氯化鹽溶液中的解構(gòu)和重組過程

圖2 高直鏈重組淀粉的掃描電鏡圖，放大倍數(shù)5000

  這些廉價的氯化鹽溶液，為突破淀粉材料加工瓶頸、降低加工能耗、提供均相化學(xué)改性環(huán)境、制備淀粉納米粒子、設(shè)計新型功能性淀粉材料提供了思路和方法，將有利于進一步開拓淀粉材料的功能和應(yīng)用。

  相關(guān)工作發(fā)表于《ACS Sustainable Chemistry & Engineering》和《Carbohydrate Polymers》。該工作獲得了廣東省自然科學(xué)基金、廣州市科技計劃項目（珠江科技新星專項）等項目資助。

  論文鏈接：

  https://doi.org/10.1021/acssuschemeng.9b07726

  https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2018.11.034