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利用离子液体的独特理化性质尤其是其结构的高度可设计性，作为新型绿色溶剂调控淀粉的相变，促进淀粉的改性和赋予其更优良的应用性质已成为淀粉领域的研究前沿和热点。本论文在考察国内外有关离子液体在淀粉领域的应用现状、发展趋势及存在相关科学问题的基础上，基于食品安全的要求，提出将由天然来源原料所构建的绿色安全胆碱氨基酸([Cho][AA])离子液体引入淀粉领域应用。通过从分子水平上探究[Cho][AA]离子液体系微观结构演变对淀粉热致相变和分子链聚集行为的调控作用和机制，建立利用离子液体氨基酸阴离子及其协同水分子诱导淀粉分子链聚集行为演变继而调控淀粉相变行为及溶液性能的方法体系，为[Cho][AA]离子液体真正成为绿色安全高效的淀粉溶剂以及促进淀粉的高值化利用提供新的研究思路和技术支撑。具体研究及结论如下：
选择中性甘氨酸(Gly)和丝氨酸(Ser)，碱性精氨酸(Arg)和赖氨酸(Lys)及酸性天冬氨酸(Asp)和谷氨酸(Glu)作为阴离子，与氢氧化胆碱通过中和反应构建了6种纯度较高的[Cho][AA]离子液体。利用密度泛函理论方法揭示阴离子侧链链长及官能团对离子液体微观结构及阴阳离子相互作用方式和强弱的影响，显示二聚体离子对的相互作用结果能更好地反映离子液体结构与性质之间的关系。不同阴离子[Cho][AA]离子液体的热分解温度、玻璃化转变温度、粘度及离子对间的相互作用强弱遵循酸性氨基酸阴离子[Cho][AA]离子液体>碱性氨基酸阴离子[Cho][AA]离子液体>中性氨基酸阴离子[Cho][AA]离子液体的规律。
多种现代分析结果显示，相对于水溶剂，酸性氨基酸阴离子的离子液体溶剂抑制淀粉的热致相变，而中性和碱性氨基酸为阴离子的离子液体溶剂既可以促进也可以抑制淀粉的热致相变；[Cho][AA]离子液体不是通过降解或衍生化作用，而是利用阴阳离子与淀粉分子链间的氢键作用破坏淀粉分子原有氢键结构及抑制淀粉分子链的相互缠绕来影响淀粉的热致相变和分子链聚集行为、溶液体系的结构和流变性能。不同氨基酸阴离子的影响作用各不相同，酸性氨基酸阴离子的离子液体溶剂的高粘度会削弱阴阳离子的抑制作用，使淀粉分子链的聚集和缠绕程度较高，溶液体系的相关长度最小，粘度最大，而碱性氨基酸阴离子的离子液体溶剂的强碱性可以协同阻碍淀粉分子链的聚集和缠绕，降低溶液的粘度和假塑性，使体系亚微观结构更加均匀。
研究还发现，水/离子液体比例同样显著影响淀粉的热致相变和分子链聚集行为。随着体系离子液体比例的增加，中性和碱性氨基酸阴离子的[Cho][AA]离子液体-水溶剂体系对淀粉热致相变行为表现出“抑制-促进-抑制”的规律，而酸性氨基酸阴离子的[Cho][AA]离子液体-水溶剂则始终表现出抑制行为。以水分子与淀粉分子相互作用为主的w:IL-9:1和w:IL-7:3溶剂体系中，离子液体比例的增加会促进淀粉分子链聚集，使淀粉溶液体系的假塑性增强，流变模量增大，表现为弹性凝胶结构；以阴阳离子与水分子协同作用的w:IL-5:5和w:IL-4:6溶剂体系中，离子液体比例增加会抑制淀粉分子链聚集，使淀粉溶液由凝胶结构逐渐转变为溶胶结构；而在以阴阳离子与淀粉分子相互作用为主的w:IL-2:8溶液体系中，淀粉的相变方式由吸热糊化相变转变为放热溶解相变，淀粉颗粒不经过溶胀直接缓慢溶解。
将红外光谱二阶导数方法和密度泛函理论方法应用于研究不同水/离子液体比例的[Cho][AA]离子液体-水二元体系微观结构的演变，以及淀粉-[Cho][AA]离子液体-水三元体系中离子与分子间相互作用方式和强弱的差异，并构建了水/离子液体比例及阴离子结构调控淀粉热致相变及分子链聚集行为的相关物理模型。研究结果从分子水平上揭示了随着体系水分的增加，离子液体-水二元体系中的阴阳离子对经过三维网络结构-离子团簇-紧密离子对-水分子分割离子对-溶剂化自由阴阳离子的微观结构动态变化过程，而紧密离子对和水分子分割离子对的形成是离子液体有效促进淀粉相变的保证。同时也明晰了酸性氨基酸阴离子离子液体阴阳离子间的强相互作用及其周围水分子结构的有序化会削弱其与淀粉分子间的氢键作用抑制淀粉相变，而中性和碱性氨基酸阴离子离子液体阴阳离子与淀粉分子间的强氢键作用促进了淀粉的相变，氢键作用越强，促进作用越大。
本论文围绕胆碱氨基酸离子液体应用于调控淀粉热致相变及分子链聚集行为相关的基础科学问题首次展开较深入的研究，所获得的研究结果具有良好的创新性、学术价值和现实意义，可为推动绿色安全的胆碱氨基酸离子液体在淀粉领域中应用提供理论依据，为具有调控淀粉满足不同应用要求的相变行为的胆碱氨基酸离子液体溶剂体系的设计提供技术支撑和基础数据，为淀粉的高值化利用提供新途径。
选择中性甘氨酸(Gly)和丝氨酸(Ser)，碱性精氨酸(Arg)和赖氨酸(Lys)及酸性天冬氨酸(Asp)和谷氨酸(Glu)作为阴离子，与氢氧化胆碱通过中和反应构建了6种纯度较高的[Cho][AA]离子液体。利用密度泛函理论方法揭示阴离子侧链链长及官能团对离子液体微观结构及阴阳离子相互作用方式和强弱的影响，显示二聚体离子对的相互作用结果能更好地反映离子液体结构与性质之间的关系。不同阴离子[Cho][AA]离子液体的热分解温度、玻璃化转变温度、粘度及离子对间的相互作用强弱遵循酸性氨基酸阴离子[Cho][AA]离子液体>碱性氨基酸阴离子[Cho][AA]离子液体>中性氨基酸阴离子[Cho][AA]离子液体的规律。
多种现代分析结果显示，相对于水溶剂，酸性氨基酸阴离子的离子液体溶剂抑制淀粉的热致相变，而中性和碱性氨基酸为阴离子的离子液体溶剂既可以促进也可以抑制淀粉的热致相变；[Cho][AA]离子液体不是通过降解或衍生化作用，而是利用阴阳离子与淀粉分子链间的氢键作用破坏淀粉分子原有氢键结构及抑制淀粉分子链的相互缠绕来影响淀粉的热致相变和分子链聚集行为、溶液体系的结构和流变性能。不同氨基酸阴离子的影响作用各不相同，酸性氨基酸阴离子的离子液体溶剂的高粘度会削弱阴阳离子的抑制作用，使淀粉分子链的聚集和缠绕程度较高，溶液体系的相关长度最小，粘度最大，而碱性氨基酸阴离子的离子液体溶剂的强碱性可以协同阻碍淀粉分子链的聚集和缠绕，降低溶液的粘度和假塑性，使体系亚微观结构更加均匀。
研究还发现，水/离子液体比例同样显著影响淀粉的热致相变和分子链聚集行为。随着体系离子液体比例的增加，中性和碱性氨基酸阴离子的[Cho][AA]离子液体-水溶剂体系对淀粉热致相变行为表现出“抑制-促进-抑制”的规律，而酸性氨基酸阴离子的[Cho][AA]离子液体-水溶剂则始终表现出抑制行为。以水分子与淀粉分子相互作用为主的w:IL-9:1和w:IL-7:3溶剂体系中，离子液体比例的增加会促进淀粉分子链聚集，使淀粉溶液体系的假塑性增强，流变模量增大，表现为弹性凝胶结构；以阴阳离子与水分子协同作用的w:IL-5:5和w:IL-4:6溶剂体系中，离子液体比例增加会抑制淀粉分子链聚集，使淀粉溶液由凝胶结构逐渐转变为溶胶结构；而在以阴阳离子与淀粉分子相互作用为主的w:IL-2:8溶液体系中，淀粉的相变方式由吸热糊化相变转变为放热溶解相变，淀粉颗粒不经过溶胀直接缓慢溶解。
将红外光谱二阶导数方法和密度泛函理论方法应用于研究不同水/离子液体比例的[Cho][AA]离子液体-水二元体系微观结构的演变，以及淀粉-[Cho][AA]离子液体-水三元体系中离子与分子间相互作用方式和强弱的差异，并构建了水/离子液体比例及阴离子结构调控淀粉热致相变及分子链聚集行为的相关物理模型。研究结果从分子水平上揭示了随着体系水分的增加，离子液体-水二元体系中的阴阳离子对经过三维网络结构-离子团簇-紧密离子对-水分子分割离子对-溶剂化自由阴阳离子的微观结构动态变化过程，而紧密离子对和水分子分割离子对的形成是离子液体有效促进淀粉相变的保证。同时也明晰了酸性氨基酸阴离子离子液体阴阳离子间的强相互作用及其周围水分子结构的有序化会削弱其与淀粉分子间的氢键作用抑制淀粉相变，而中性和碱性氨基酸阴离子离子液体阴阳离子与淀粉分子间的强氢键作用促进了淀粉的相变，氢键作用越强，促进作用越大。
本论文围绕胆碱氨基酸离子液体应用于调控淀粉热致相变及分子链聚集行为相关的基础科学问题首次展开较深入的研究，所获得的研究结果具有良好的创新性、学术价值和现实意义，可为推动绿色安全的胆碱氨基酸离子液体在淀粉领域中应用提供理论依据，为具有调控淀粉满足不同应用要求的相变行为的胆碱氨基酸离子液体溶剂体系的设计提供技术支撑和基础数据，为淀粉的高值化利用提供新途径。