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薯類食品科學(xué)與技術(shù)創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)創(chuàng)建了纖維素納米晶制備關(guān)鍵技術(shù)

2023-04-19 09:07:16 來源：中國農(nóng)科院 閱讀量：6151

　　 農(nóng)產(chǎn)品加工副產(chǎn)物的高值化利用一直是農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的熱點(diǎn)，而再生和可持續(xù)生物質(zhì)材料(纖維素等)的研究對(duì)解決化石燃料的短缺問題意義重大。纖維素納米晶(cellulose nanocrystals，CNCs)是一種從植物纖維素中提取的棒狀納米材料，具有生物降解性和生物相容性、高比表面積、高結(jié)晶度等優(yōu)異性能，可廣泛應(yīng)用于航空航天、汽車制造、奢侈品、醫(yī)療器材以及食品工業(yè)等領(lǐng)域。目前CNCs的制備方法(強(qiáng)酸水解法)雖然具有得率高、工藝簡單等優(yōu)點(diǎn)，但是存在腐蝕設(shè)備、環(huán)境污染等問題。因此，尋求綠色安全的制備方法至關(guān)重要。
 
　　本研究首次以紫甘薯加工過程中產(chǎn)生的皮渣為原料，研發(fā)了超聲波輔助馬來酸水解法制備CNCs關(guān)鍵技術(shù)，CNCs得率達(dá)8.17%，馬來酸回收率達(dá)80%以上(目前常用強(qiáng)酸水解法強(qiáng)酸回收率為0)。采用原子力顯微鏡、傅里葉變換紅外光譜、核磁共振、X-射線衍射等對(duì)所得CNCs的外觀形貌、表面官能團(tuán)、結(jié)晶度、熱穩(wěn)定性等指標(biāo)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)CNCs呈棒狀結(jié)構(gòu)，直徑、長度范圍分別為10-30 nm、60-220 nm，與市售采用硫酸水解法制備的CNCs無顯著性差異；CNCs仍保留纖維素I型結(jié)構(gòu)，同時(shí)新增C=O基團(tuán)，結(jié)晶度由纖維素的29.2%提高至58.3%；最大熱降解溫度由纖維素的323.71℃提高至346.86℃；CNCs水分散液的Zeta電位值達(dá)-57.7 mV，說明其具有良好的膠體穩(wěn)定性。研究結(jié)果表明，超聲波輔助馬來酸水解法制備CNCs關(guān)鍵技術(shù)具有綠色、低成本等優(yōu)點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于薯渣、藤蔓、玉米秸稈、稻殼等農(nóng)產(chǎn)品加工副產(chǎn)物CNCs的生產(chǎn)。
 
　　該研究成果發(fā)表在食品領(lǐng)域國際頂級(jí)期刊《Food Chemistry》(JCR一區(qū)，IF=9.231)上。薯類食品科學(xué)與技術(shù)創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)2022級(jí)博士生朱順順為論文第一作者，木泰華研究員和孫紅男研究員為共同通訊作者。該研究得到了國家甘薯產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系(CARS-10)、中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院科技創(chuàng)新工程(CAAS-ASTIP-202X-IFST)等項(xiàng)目的資助?！?a target="_blank">閱讀原文】

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