[发明专利]静电纺丝制备淀粉纳米纤维的方法

说明书

本发明公开了一种静电纺丝制备淀粉纳米纤维的方法。所述方法以高直链淀粉脱支溶液为原料，经过剪切均质后形成纺丝溶液，通过静电纺丝制得淀粉纳米纤维。本发明工艺简单，以水作为唯一溶剂，不使用有机溶剂，绿色环保，制得的淀粉纳米纤维呈现完美无串珠的纤维形态且纤维直径分布均匀，其平均纤维直径在121～158nm，可作为吸附材料、递送载体和组织支架应用于食品、医药和化妆品等领域。

技术领域

本发明属于纳米材料制备技术领域，涉及一种静电纺丝制备淀粉纳米纤维的方法。

背景技术

静电纺丝淀粉纳米纤维具有高孔隙率、极高的比表面积以及生物相容性好和生物可降解等特点，在药物输送、伤口敷料和组织工程等医药领域有着巨大的应用潜力。将天然淀粉应用于静电纺丝的研究始于2012年，美国科学家Ziegler等报道利用二甲基亚砜作为溶剂和乙醇作为凝固浴沉淀剂的“湿法”静电纺丝制备淀粉纤维(KongZiegler,Biomacromolecules,2012,13(8):2247-2253)，之后国内外学者分别从纺丝参数(KongZiegler,Carbohydrate Polymers,2013,92(2):1416-1422)、滚筒定向收集(Wang等,Foodhydrocolloids,2019,90:113-117)和纤维素纳米晶复合(Wang等,Food Hydrocolloids,2019,90:90-98)等方面优化了“湿法”静电纺丝，但存在着有机溶剂用量大，干燥时间过长(＞6h)和淀粉纤维直径在微米尺寸等不足。尽管通过高直链淀粉高温糊化与脂肪酸盐和普鲁兰多糖复合静电纺丝可以获得淀粉纳米纤维(～146nm)，但仍然存在干燥时间过长等问题(WangZiegler,International Journal of Biological Macromolecules,2019,133:1168-1174)。Lancuski等首次报道了甲酸作为溶剂的“干法”静电纺丝，可获得直径在80-300nm的淀粉纳米纤维，但甲酸的使用会造成淀粉分子的甲酯化及其分子量的降解，且甲酸溶解淀粉的时间过长(＞24h)(Lancuski等,Biomacromolecules,2015,16(8):2529-2536)。目前“湿法”和“干法”静电纺丝制备淀粉纤维的过程中均需要依赖大量的有机溶剂(二甲基亚砜和甲酸)溶解淀粉，存在安全隐患，限制了其在食品、医药和化妆品领域的应用。

发明内容

本发明目的在于提供一种工艺简单、不使用有机溶剂的静电纺丝制备淀粉纳米纤维的方法。

实现本发明目的的技术方案如下：

静电纺丝制备淀粉纳米纤维的方法，通过剪切均质，增强高直链淀粉脱支溶液的分子间缠结程度，增加淀粉纳米纤维的可纺性，具体步骤如下：

将0.2～0.3g/mL的高直链淀粉脱支溶液10000～20000rpm下剪切均质1～2min后作为静电纺丝溶液，装入10～20mL的针管注射器，连接18～23G的纺丝针头，静电纺丝参数为：电压为10～20kV，纺丝距离为10～20cm，注射器流速为0.1～0.3mL/h，滚筒转速为5～20rpm，静电纺丝得到淀粉纳米纤维。

优选地，所述的静电纺丝的时间为2～4h。

优选地，所述的高直链淀粉脱支溶液的制备方法如下：

步骤(1)，高直链淀粉的充分糊化：按0.2～0.3g/mL将高直链淀粉分散于pH为4.5～6.0的缓冲溶液中，沸水浴加热1～2h后，置于高压灭菌锅，121～142℃处理20～60min，得到充分糊化的高直链淀粉溶液；

步骤(2)，脱支酶解：将高直链淀粉溶液置于50～65℃水浴中，加入20～40U/g脱支酶，酶解12～24h后，置于高压灭菌锅，121～142℃处理20～60min，得到高直链淀粉脱支溶液。

优选地，步骤(1)中，所述的高直链淀粉为高直链玉米淀粉或高直链大米淀粉，直链淀粉含量在65～80％；所述的缓冲溶液为磷酸盐、乙酸盐或柠檬酸盐缓冲溶液。