调控棕榈酸-单甘酯相互作用改善淀粉膜疏水性：单甘酯结构效应的多尺度解析

【编辑推荐】本研究通过三种结构差异的单甘酯（GMC/GMS/GMO）调控淀粉-棕榈酸（PA）复合膜性能，发现GMO通过增强静电/范德华力使PA扩散系数达1.52 nm2/ns，形成表面富集烷基层（接触角99.61°），而GMS可稳定83%的PA颗粒（<5 μm）。分子动力学（MD）模拟揭示单甘酯羟基分布与链长饱和度是调控薄膜阻隔性（WVP）、机械强度（TS）和紫外屏蔽功能的关键。

　　

Highlight

本研究系统解析了单甘酯分子结构（链长、饱和度、羟基分布）对淀粉-棕榈酸（PA）复合膜性能的调控机制，为设计高性能生物可降解包装材料提供了新策略。

Materials

羟丙基二淀粉磷酸酯购自普洛星淀粉公司，棕榈酸（PA，M_W 256.43）源自源叶生物科技，三种单甘酯GMC（单辛酸甘油酯，8C饱和）、GMS（单硬脂酸甘油酯，18C饱和）、GMO（单油酸甘油酯，18C单不饱和）分别来自海安石化与临沂鲁森化工。

Film preparation

将3%（w/v）淀粉水溶液在95°C糊化后，与不同比例的单甘酯/PA复合体系共混，通过流延法制备功能薄膜。

Rheological properties of the film-forming solutions

流变学分析显示，单甘酯的加入显著提升溶液表观粘度（图1a），其中GMO-7.5体系储能模量（G'）最高，表明其能构建更稳定的三维网络结构。这种效应源于单甘酯两亲分子在淀粉与PA界面的"桥梁作用"。

Conclusion

综合表征表明：GMO通过增强淀粉-PA静电/范德华力（扩散系数差值达1.33 nm²/ns），诱导表面烷基层富集，使接触角提升至99.61°；而GMS则通过调控PA结晶形态（83%颗粒<5 μm）优化水蒸气阻隔性。该研究为基于分子结构的食品包装材料精准设计提供了理论框架。