青岛农业大学
毕业论文（设计）附件材料
题目：淀粉纳米晶的制备新工艺及其性质的研究
姓名：杨姗姗
学院：食品科学与工程
专业：食品科学与工程
班级：2009级3班
学号：20093807
指导教师：孙庆杰
二〇一三年六月十三日
青岛农业大学毕业论文（设计）立题表
立题题目淀粉纳米晶的制备新工艺及其性质的研究产1000吨花生题目来源□来源于生产实际●来源于科研项目□其他
题目性质□基础研究□应用研究●应用基础研究□其他
题目完成形式●毕业论文□毕业设计
申请立题教师孙庆杰职称教授从事专业食品科学
立题说明：纳米技术是当今世界很有前途的关键性技术，纳米材料在热学、力学、电磁学、光学和生命科学等领域有很重要的作用和非常广泛的应用前景。近年来，随着石油资源的紧缺，非降解塑料污染以及人们对环保意识的增强和自身健康问题的关注，新型的生物可降解材料的研究与开发逐渐成为热点。聚合物型的纳米复合材料是纳米材料领域发展迅速、应用前景广阔的非常重要的材料。特别是以天然高分子制备纳米颗粒技术出现后，更为纳米复合材料开辟了新的研究方向。不仅天然原料能在自然界能被降解，而且以其为原料的合成材料一般也能够被生物降解。
目的和意义：淀粉具有来源广泛、生物可降解、生物相容性好及成本低的特点，以淀粉为原料的纳米技术将成为未来几年的研究重点。不仅天然原料能在自然界降解，而且以其为原料的合成材料通常也会被生物降解。因而以淀粉为原料制备纳米材料必将成为以后研究的热点问题。
淀粉纳米晶的应用范围很广，制备淀粉纳米晶所用的原料是天然的生物大分子——淀粉，因而淀粉纳米晶亦具有良好的生物降解性和生物相容性，能够促进环境问题的解决。
本文研究的是利用糖化酶酶解蜡质玉米淀粉得到符合要求的淀粉纳米晶，酶的作用效果比较温和，酶解的条件易于控制，对设备无腐蚀作用，对于环境友好，因而适于大规模的生产加工。
教研室意见
教研室主任签名：年月日毕业论文（设计）领导工作小组意见：
教学院长签名：年月日
青岛农业大学毕业论文（设计）任务书
论文（设计）题目淀粉纳米晶的制备新工艺及其性质的研究
要求完成时间2013.06.13
论文（设计）内容（需明确列出研究的问题）：
1．酶解蜡质玉米淀粉得到淀粉纳米晶的工艺；
2．对酶解产物——淀粉纳米晶的性质进行测定。
资料、数据、技术水平等方面的要求
1.查阅资料15篇以上资料进行系统的分析研究，阅读与研究有关的外文资料3篇左右，获得大量信息。
2.设计方法可行，科学合理。
3.设计内容、目标要明确，技术路线正确可行。
4.设计数据可靠重复性要好。
5.参考文献编用要符合要求，尽量参考一些近期的新发表的文献。指导教师签名：年月日
青岛农业大学
毕业论文(设计)开题报告
题目：淀粉纳米晶的制备新工艺及其性质的研究
姓名：杨姗姗
学院：食品科学与工程
专业：食品科学与工程
班级：2009级3班
学号：20093807
指导教师：孙庆杰
二?一三年三月一日
一、选题依据(拟开展研究项目的研究目的、意义等)
研究目的与意义：纳米技术是当今世界很有前途的关键性技术，纳米材料在热学、力学、电磁学、光学和生命科学等领域有很重要的作用和非常广泛的应用前景。它可以与多种技术相结合而转变为一门较新的技术，例如将纳米技术与当前研究非常热的生物技术相结合，成为纳米生物学，这种技术可以制成具有识别能力的纳米生物细胞，定向的杀死癌细胞；纳米技术与电子学相结合成为纳米电子学，使得零件和系统更小、更快。纳米材料具有一般的材料所没有的功能特性，利用纳米材料可以制造出特定性质的材料和自然界中原先不存在的、全新的材料。
近年来，随着石油、煤炭、天然气等不可再生资源的紧缺，非降解塑料污染以及人们对环保意识的增强和自身健康问题的关注，新型的生物可降解材料的研究与开发逐渐成为热点。聚合物型的纳米复合材料是纳米材料领域发展迅速、应用前景广阔的非常重要的材料。特别是以天然高分子制备纳米颗粒技术出现后，更为纳米复合材料开辟了新的研究方向。不仅天然原料能在自然界能被降解，而且以其为原料的合成材料一般也能够被生物降解。
目前复合材料已被普遍的应用于工业中的各种领域，主要是因为其具有良好的性能，比如拥有高的比强度、比刚度、质量轻、抗疲劳性能好、耐高温等优势。目前，纳米复合材料的发展在材料科学中最吸引人们的注意，发达国家都把其放在新材料的开发与研究的重要的位置，都想占领这一技术高地。
淀粉具有来源广泛、生物可降解、生物相容性好及成本低的特点，而且当前问题使得人们对可作为生物纳米填料的淀粉纳米晶的兴趣越来越大，因而对于淀粉纳米晶的研究显得越来越重要。天然聚合物一般没有重复的单元，这种不规则结构导致其不易结晶，更适于用酶对其进行降解。
淀粉纳米晶的应用范围很广，制备淀粉纳米晶所用的原料是天然的生物大分子——淀粉，因而淀粉纳米晶亦具有良好的生物降解性和生物相容性，能够促进环境问题的解决。
本文研究的是利用糖化酶酶解蜡质玉米淀粉得到符合要求的淀粉纳米晶，酶的作用效果比较温和，酶解的条件易于控制，对设备无腐蚀作用，对于环境友好，因而适于大规模的生产加工。
二、国内外同类研究或同类设计的概况综述(在充分收集研究主题相关资料的基础上，分析国内外研究现状，提出问题，找到研究主题的切入点，附主要参考文献)
近二十年来，人们纷纷致力于研发来自于可再生资源的生物降解材料。这使得纳米材料和生物材料这两个科学领域快速发展，淀粉的半结晶多糖结构使淀粉成为非常丰富的生物降解材料，并且在工业中有很重要的用途。
但是大部分的研究仅仅局限于用物理或化学的方法制备淀粉纳米晶。物理方法，例如马健等用沉淀的方法生产淀粉纳米颗粒；Sihem Bel Haaj等利用高强度的超声波处理淀粉悬浮液60min后得到的淀粉纳米颗粒在250nm左右。化学方法主要是用酸水解蜡质玉米淀粉，例如：Jean-Luc Putaux等用盐酸水解淀粉40天左右，制得了产量大约为0.5％(质量分数)的淀粉纳米晶。Helene Angellier等优化酸解的条件，采用3.16M硫酸水解淀粉，将产量提高到了15％(质量分数)。化学方法还有用乳液聚合和交联乳液等生产淀粉纳米颗粒。Chin, S. F.等人用将淀粉溶解在无水乙醇中在受控条件下合成，但是颗粒的平均直径还是很大（200~400nm），加入表面活性剂后，取得的颗粒的直径在200nm左右。Giezen 等基于交联反应得到塑化淀粉后通过研磨得到淀粉纳米颗粒的直径小于400nm。俞丹密等用反相微乳液法和交联法，通过优化制备的条件，成功制备了双醛淀粉纳米颗粒。单红玲利用氢氧化钠和尿素的混合溶液成功制备了淀粉纳米晶。
目前应用酶法制备淀粉纳米晶还属于少数，仅有江慧娟等使用α-淀粉酶与糖化酶复合制备了葛根多孔淀粉。现在制备淀粉纳米的最为主要的方法就是利用浓硫酸水解淀粉。但是利用酸解法制备的淀粉纳米晶有很多的缺陷，例如：持续时间长，产量低，酸对设备的腐蚀性很高，这样就无法大规模应用于工业生产中，因而亟需新的制备方法克服酸解的缺点。
参考文献
[1]周琳, 刘晓萌, 陈龙.植物淀粉颗粒结构研究进展[J].种子.2009,28(1):55-58.
[2]薛昌刚.生物纳米颗粒在药物载体及磁性荧光探针中的应用[D].湖南,湖南大学，2008(9).
[3] Liming Cai, Yong-Cheng Shi, Lixia Rong, Benjamin S. Hsiao. Debranching and crystallization of waxy maize starch in relation to enzyme digestibility [J].Carbohydrate Polymers, 2010(81):385-393.
[4]胡丽花, 柴松敏, 刘建军等.淀粉颗粒结构体系[J].粮食与油脂.2011,3:1-3
[5] Tester, R. F., Karkalas, J., & Qi, X. Starch–composition, fine structure and architecture. The Journal of Cereal Science, 2004 (39), 151–165.
[6]Jean-Luc Putaux, Sonia Molina-Boisseau, Thomas Momaur and Alain Dufresne. Platelet Nanocrystals Resulting from the Disruption of Waxy Maize Starch Granules by Acid Hydrolysis [J].Biomacromolecules, 2003, 4:1198-1202.
[7]段红军.淀粉颗粒的结晶结构[J].科技风.2009(15）:106-106.
[8]Tester R F,Karkalas J,Xin Qi. Starch-composition, fine structure and architecture [J].Journal of Cereal Science, 2004(39):151-165.
[9] Angellier, H., Molina-Boisseau, S., Lebrun, L., & Dufresne, A. Processing and structural properties of waxy maize starch nanocrystals reinforced natural rubber[J]. Macromolecules, 2005，38(9): 3783–3792.
[10]Angellier, H., Putaux, J. L., Molina-Boisseau, S., Dupeyre, D., & Dufresne, A.Starch nanocrystal filler in an acrylic polymer matrix [J]. Macromolecular Symposia, 2005 (221), 95–104.
[11]杨圣岽, 侯聚敏, 张琳等.酶法制备微孔淀粉的研究进展[J].吉林农业科学2012,37(4)：77-80.
[12]黎卫强.糖化酶在食品工业中的应用研究进展[J].沿海企业与科技.2010,4(119):64-66.
[13]Siqueira, G.，Bras, J.，& Dufresne, A. Cellulosic bionanocomposites: a review of preparation, properties and applications [J]. Polymers, 2010 (2), 728–765.
[14]Tome, L. C., Pinto, R. J. B., Trovatti, E., Freire, C. S. R., Silvestre, A. J. D., Pascoal Neto, C.,et al. The irruption of polymers from renewable resources on the scene of macromolecular science and technology [J]. Green Chemistry, 2011 (13), 1061–1083.
[15]尚武林.淀粉纳米晶改性环氧树脂纳米复合材料的研究[J].安徽化工,2012,38（4）:38-40.
[16]He1ene Angellier, Sonia Molina-Boisseau, Laurent Lebrun．Processing and Structural Properties of Waxy Maize Starch Nanocrystals Reinforced Natural Rubber[J]．Macromolecules,2005,38(9)：3783-3792.
[17]Helene Angellier, Sonia Molina-Boisseau, Almn Dufresne．Mechanical Properties of Waxy Maize Starch Nanocrystal Reinforced Natural Rubber[J].Macromolecules.2005,38(22)：9161-9170.
[18]Sihem Bel Haaj, Albert Magnin, Christian Pétrier, Sami Boufi, Starch nanoparticles formation via high power ultrasonication[J]. Carbohydrate Polymers 2013 (92) 1625–1632.
[19]肖苏尧, 童春义, 刘选明等.肿瘤靶向性药物载体叶酸-淀粉纳米颗粒的研制与应用[J].科学通报,2006,5,51（10）1151-1155.
[20]任丽丽.淀粉纳米晶的改性及其在热塑性淀粉复合材料中的应用[D].吉林:吉林大学，2012:1-101.
[21]Déborah LeCorre, Julien Bras, Alain Dufresne. Ceramic membrane filtration for isolating starch nanocrystals[J].Carbohydrate Polymers,2011(86):1565-1572.
[22]Déborah LeCorre, Julien Bras, Alain Dufresne. Influence of native starch’s properties on starch nanocrystals thermal properties[J].Carbohydrate Polymers,2012(87):658–666.
[23]Ma，X.-F., Jian, R.-J.，Chang，P.-R. & Yu, J.-G. Fabrication and characterization of citric acid-modified starch nanoparticles/plasticized-starch composites[J]. Biomacromolecules,2008 (9),3314–3320.
[24]Jean-Luc Putaux，Sonia Molina-Boisseau．Platelet nanocrystals resulting from the disruption of waxy maize starch granules by acid hydrolysis[J]．Biomacromolecules，2003，4：1198.
[25]Helene Angellier, Luc Choisnard, Optimization of the preparation of aqueous suspensions of waxy maize starch nanocrystals using a response surface methodology[J]．Biomacromolecules,2004,5:1545.
[26]Chin, S. F., Pang, S. C., & Tay, S. H. Size controlled synthesis of starch nanoparticles by a simple nanoprecipitation Method[J]. Carbohydrate Polymers,2001 (86),1817–1819.
[27]Giezen, F., Jongboom, R., Gotlieb, K., & Boersma, A. Patent Wo [Z] .(2000).00/69916.
[28]俞丹密, 肖苏尧, 童春义, 陈霖, 刘选名. 双醛淀粉纳米颗粒制备及作为药物载体的应用[J].科学通报,2007,12.
[29]江慧娟, 黄赣辉.复合酶法制备葛根多孔淀粉[J] . 食品科学，2011，32(18):91- 94.
[30]段彬.淀粉纳米晶粒/天然高分子复合薄膜的制备及其性能研究[D].无锡:江南大学，2008,22:1-52.
[31]高龙兰.竹废料液化产物制备可生物降解聚氨酯泡沫的研究[J] .食品科学，2009,12.
[32]Deborah Le Corre,Julien Bras,Luc Choisnard Alain Dufresne Optimization of the batch preparation of starch nanocrystals to reach daily time-scale[J].Starch/Starke，2012(64):489-496.
[33]俞丹密.天然高分子聚合物纳米卡里的制备及应用研究[D].湖南:湖南大学，2007,5:1-51.
[34]沈少伟, 颜树华, 周春雷, 李锷, 童慧鹏.基于散射原理的激光粒度测试仪研究[J].光电技术应用,2009,30(5):770-773.
[35]汪志芬, 林华, 黄洁等.木薯淀粉纳米晶的结构研究[J].化学工程师,2010,11(182):1-3.
[36]王亦军, 吕海涛等.仪器分析实验[M].北京:化学工业出版社，2009：17-18
三、研究方案(研究内容、目标、研究方法、技术路线、拟解决的问题、特色或创新点等)
研究内容：1.利用酶法和超声波制备淀粉纳米晶的生产工艺；
2.对酶解产物——淀粉纳米晶的性质进行测定。
研究目标：发明一种制备淀粉纳米晶的新型制备工艺，并且能够提高产率、效
率，环保无污染。
研究方法：（1）查资料（2）确定测定方案（3）进行数据分析
技术路线：
1.对淀粉进行酶解：
称取40.0g蜡质玉米支链淀粉置于盛有200mLpH4.6的磷酸氢二钠—柠檬酸的缓冲液的烧杯中，加入10mL（30ASPU/g淀粉）酶溶液，然后放入58℃恒温水浴锅中，以80r/min的速度搅拌24h，再在500W超声波中处理30分钟，离心后取其上清液进行冷冻干燥，即可得到淀粉纳米晶。
2.测定淀粉纳米晶的性质：
用扫描电镜观察淀粉颗粒形貌；
用激光粒度仪分析淀粉纳米晶的粒径分布和粒径大小；
X射线衍射仪观察淀粉纳米晶的结晶度；
利用傅立叶红外光谱分析鉴别物质与物质结构。
拟解决的问题：1.利用糖化酶酶解蜡质玉米淀粉得到淀粉纳米晶的生产工艺。
2.对于酶解产物——淀粉纳米晶的性质进行测定。
特色或创新点：本实验利用糖化酶酶解蜡质玉米淀粉得到淀粉纳米晶，这在目前的文献中还没有报道，酶解的方法比酸解的方法环保，对设备无腐蚀作用，有利于大规模的生产。
四、进程计划(各研究环节的时间安排、实施进度、完成程度等) 2012.12.25—2013.03.03：完成任务书、立题申请表。
2013.03.04—2013.04.15：完成开题报告，对国内外的文献进行了大量的查阅，对所研究的问题有了进一步的掌握，并且实验器材已经准备充分。
2013.04.21—2013.04.27：中期检查，完成中期检查表，对在试验中指导老师指出的各种问题进行改正。
2013.05.06—2013.06.06：完成毕业设计，毕业实习报告、鉴定表。
2013.06.19—2013.06.23：毕业答辩
五、导师评语
年月日
青岛农业大学毕业论文（设计）教师指导记录表
学生姓名：杨姗姗专业班级：食品科学与工程09-03 指导教师：孙庆杰
论文题目：淀粉纳米晶的制备新工艺及其性质的研究
指导时间指导内容
下达任务书，指导开题报告的写法及内容，同时明确了研究的方2012.12.15
向。
2013.01.6 对开题报告进行了指导，指出了开题报告中需要注意的问题。2013.03.22 审查开题报告，确定了开题报告最终稿。
确定开题报告后，指导查阅中英文文献，准备好设计所需要的材2013.04.07
料。
2013.04.19 进行中期检查，指导设计中存在的各种问题。
2013.05.10 对设计论文的初稿进行审查，指导后期设计工作。
2013.05.27 指导设计论文的修改工作。
2013.06.18 进行毕业答辩，指导最终的设计中存在的问题。
2013.06.21 根据答辩中发现的问题，进行最后的定稿指导工作。
本表由学生根据教师指导情况进行真实记录，实习结束后，指导教师审核签字后交学院。不
够可加附页。
指导教师签字：学生签字：
毕业论文（设计）中期检查表
2012 年04 月27 日
学院食品指导教师孙庆杰
学生姓名杨姗姗专业年级食品09-03 学号2003807 题目淀粉纳米晶的制备新工艺及其性质的研究
计划完成时间2013-06-06
工作进展情况
试验中需要的文献查阅工作已经查阅完毕，完成了开题报告，试验所需相关材料已准备充足，正在进行有关试验仪器的准备。所查阅资料主要包括蜡质玉米和淀粉纳米晶的性质以及淀粉纳米晶性质测定方法的文献及相关中文、外文电子版论文稿。
学生签字：
检
查
情
况
及
意
见
检查人员签字：
备
注