甜樱桃茎秆纳米晶纤维素的可控制备及其在昆虫油/水Pickering乳液中的稳定机制研究

推荐：本研究针对农业废弃物甜樱桃茎秆(SCSs)的高值化利用问题，通过超声辅助酸水解(UAAH)技术成功制备出具有优异亲水性的纳米晶纤维素(CNCs)，其ζ-电位达-34.18 mV，结晶度69%。该CNCs能显著提升昆虫油/水Pickering乳液(PEs)的28天储存稳定性，为生物基乳化剂开发提供了新思路。

　　

随着全球生物经济转型的加速，如何将农业废弃物转化为高附加值材料成为关键科学问题。甜樱桃(Prunus avium L.)年产量超400万吨，其加工产生的茎秆(SCSs)富含纤维素却长期被废弃。与此同时，传统Pickering乳液(PEs)稳定剂面临环境友好性不足的挑战，而昆虫油作为新兴可持续油相的应用潜力尚未充分挖掘。

德国基尔大学工程学院材料科学研究所生物启发材料与生物传感器技术部的研究人员创新性地将SCSs转化为纳米晶纤维素(CNCs)，并首次评估其在昆虫油/水PEs中的稳定效果。通过超声辅助酸水解(UAAH)工艺，成功制备出长327.1 nm、ζ-电位-34.18 mV的棒状CNCs，其69%的结晶度和增强的热稳定性使其成为理想的生物基乳化剂。相关成果发表在《Food Chemistry》上。

研究采用三步法：碱处理和漂洗去除木质素/半纤维素；UAAH法制备CNCs；通过FTIR、XRD、TGA、NMR等多维度表征后，评估不同浓度CNCs对PEs稳定性的影响。关键发现包括：SCSs经处理后α-纤维素含量从63.24%提升至91.34%；CNCs的接触角(44.3-44.9°)显著低于原料(73.3°)；6% CNC浓度可使PEs保持28天稳定性，粘度提升3倍。

在"化学组成、得率与颜色特性"部分，研究证实漂洗步骤能有效去除木质素(残留量0.97%)，使CNCs白度指数达83.15。通过"形态学特征"分析发现，TEM显示CNCs呈适度拉长的棒状，长径比1.48-1.73，而SEM观察到微米级聚集体，揭示冻干工艺对形貌的影响。"物理化学与热结构特性"章节显示，CNCs在200°C以下具有增强的热稳定性，但高温区快速降解与其纳米级有序结构相关。

NMR分析为"结构验证"提供关键证据：¹H NMR中5.40 ppm处的特征峰证实β-1,4-糖苷键保留，¹³C NMR中103.3 ppm(C-1)和60.7 ppm(C-6)信号证实纤维素骨架完整性。在"Pickering乳液表征"中，6% SCS-CNCs稳定的PEs表现出优于商业CNCs的长期稳定性，FLM图像显示其能形成更致密的界面保护层。

该研究开创性地构建了"农业废弃物-纳米材料-绿色乳液"的全链条增值路径。SCS-CNCs不仅解决了果品加工副产物处置难题，其优异的乳化性能更为食品、医药领域提供了新型生物基稳定剂选择。特别值得注意的是，研究首次将昆虫油与植物源CNCs结合，为可持续发展提供了双重解决方案：既减少化石资源依赖，又拓展昆虫资源的工业应用场景。工艺中采用的UAAH法相比传统酸水解节能30-40%，具有规模化应用潜力。未来通过优化硫含量控制策略，有望进一步提升CNCs的界面稳定性能。