葛根残渣功能化纳米纤维的可持续开发及其乳化性能强化研究

本研究针对植物基废弃物资源化利用难题，创新性地通过化学协同均质化处理从葛根残渣(Pr)中提取纳米纤维素纤维(PNFs)，系统解析其结构特性与乳化机制。结果表明：2 wt% H2 SO4 协同均质工艺制备的PNF0.5-2-120 系列具有最优乳化性能（液滴尺寸1.16-2.17 μm，ζ-电位-38.46 mV），为功能性食品开发提供绿色材料解决方案。

　　

在全球每年产生近10亿吨植物基废弃物的背景下，葛根(Pueraria lobata)加工残渣(Pr)的处置问题尤为突出。这种"药食同源"植物在中国种植面积超过1330万平方米，其残渣富含40%-50%纤维素却多被焚烧填埋。传统纳米纤维素(CNF)制备工艺面临化学污染高（如10 wt% NaOH）、耗时长（>28小时）、成本高等瓶颈，而葛根残渣纳米纤维(PNFs)的乳化性能研究更是空白。

长沙理工大学的研究团队创新性地采用化学-机械协同工艺，通过调控NaOH/H₂
SO₄
浓度与均质化参数，成功将Pr转化为功能化PNFs。关键技术包括：1) 化学分步处理（NaClO₂
漂白、酸碱水解）去除木质素和半纤维素；2) 高压均质实现纳米级纤维解离；3) 多尺度表征（XRD、FTIR、SEM）结合乳化体系评价。

研究结果

1. 微观结构：SEM显示均质化使纤维直径从微米级降至<100 nm，2 wt% H₂
   SO₄
   处理的PNF_2-2-120
   呈现最优分散性（图1）。
2. 晶体特性：XRD证实所有PNFs保持纤维素I型结构，结晶度71.24°-76.85°，酸处理显著提高结晶完整性。
3. 理化性能：PNF_2-2-120
   展现最佳水合能力（3.85 g/g）和表面电势（-38.46 mV），其乳化液滴尺寸（1.16 μm）较对照组降低47%。

结论与意义
该研究首次建立葛根残渣到高性能PNFs的绿色转化路径，阐明均质化对纳米纤维乳化性能的决定性作用。2 wt% H₂
SO₄
协同工艺的PNFs兼具小粒径、高负电性和剪切增稠特性，为开发植物基乳液食品（如低脂酱料、营养递送系统）提供新材料。成果发表于《Food Chemistry》，为"双碳"目标下的农业废弃物高值化利用提供范式。