天然淀粉是由α-D-葡萄糖以α-1、4-糖苷键(直链)，或以α-1、6-糖苷键(支链)结合而成的聚合物，是植物固定太阳能的主要物质和可再生性资源，是自然界碳循环过程的一个中间环节，其性质稳定、价格低廉，是重要的工业原料。已有的淀粉研究确认，淀粉的天然形态是微米级的球状、多角状颗粒；高分辨率的电子显微镜发现了谷物淀粉颗粒的酶解样品具有明暗相交替的层状结构和blocklets；在偏振光显微镜下，谷物淀粉的颗粒显示出内部为各向异性结构；X-射线分析揭示了谷物淀粉颗粒中的多晶性和半结晶性结构。上述的研究不但确定了淀粉颗粒的天然形态、聚集态和组成，也预示出天然淀粉颗粒应该具有更基本的结构单元。 本论文阐述了利用扫描电子显微镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)、电喷雾质谱(ESI-MS)等现代分析手段，对淀粉颗粒的纳米级结构单元进行较为系统地分析，完成了以下未见文献报道的研究内容： 以天然淀粉和变性淀粉为研究对象，使用显微镜成像技术，发现了淀粉颗粒在糊化前形态的变化特性；解释了淀粉糊化前的黏度曲线的特征，使得对淀粉颗粒糊化过程中的科学描述更为准确；这一研究内容使得淀粉颗粒在糊化前是“刚体”的传统观念得以修正。 利用具有在纳米空间尺度成像能力的物质拓扑形态分析仪器：原子力显微镜(AFM)，将对于淀粉结构的研究深入到纳米层次。通过糊化或酶解天然谷物如：玉米、水稻、谷子(粟)、高粱、小麦的淀粉颗粒，采用与微波相结合的分子操纵与修饰技术，使得淀粉中的纳米结构单元得以分离，以稳定的、直观的形式展现出来，得到了天然淀粉在纳米层次存在独立结构单元的直接证据；得到了天然淀粉中独立的链、环和粒子等各种形态的纳米结构单元图像；由此确认了淀粉的纳米结构单元比天然谷物淀粉具有更加复杂多样的形态特征，并且在自然环境中可稳定存在。同时本研究内容也扩展到了薯类(马铃薯、甘薯、魔芋)淀粉，得到了同样的结果，这一研究内容使得淀粉颗粒中存在更基本的结构单元的推测得到证实。 在获得淀粉纳米结构单元的直观证据后，选择电喷雾质谱作为一种对淀粉纳米单元进行分子结构解析的方法，测定了纳米结构单元的分子量范围、多糖组成。本研究将各种淀粉纳米结构单元经过分离，得到在电喷雾质谱仪有效测定范围内的样品，使对淀粉纳米结构单元的分子量范围、多糖组成的测定得以实现，由此建立了以下谷物淀粉的分析方法：谷物原淀粉----提纯、分离----淀粉纳米结构单元----一定分子量范围的质谱解析。 通过对以上内容的研究，本论文得到以下结论： 1.淀粉颗粒在糊化前其形态是随温度变化的，属于软物质； 2.确定了谷物淀粉的纳米结构单元是一种可以独立存在、可分离的结构单元，并用图象证实了这种结构单元的复杂多样性； 3.利用电喷雾质谱对谷物淀粉的纳米结构单元进行结构解析是可行的。 对以上问题的研究，在一定程度上充实了淀粉科学的基础理论内容和实验方法，可以指导淀粉加工，促进谷物产品利用，引发新的产业，开发新的产品，提高淀粉资源的社会、经济效益。