玉米秸秆纤维素纳米纤维-玉米醇溶蛋白共价偶联物构建Pickering乳液体系及槲皮素控释机制研究

本研究创新性地通过EDC/NHS（N-(3-二甲氨基丙基)-N′-乙基碳二亚胺盐酸盐/N-羟基琥珀酰亚胺）共价偶联技术，将农业废弃物玉米秸秆衍生的纤维素纳米纤维（CNF）与玉米醇溶蛋白（Zein）结合，构建了具有梯度接枝度的复合物（CNF/Zein 0.5-2），首次证实该技术在醇溶液体系中的有效性。该共价偶联物展现出"界面吸附-网络包裹"双重稳定机制，显著提升Pickering乳液（PEs）稳定性，并实现疏水性活性物质槲皮素的控释（体外消化生物可及性达43.65%），为功能性食品递送系统开发提供新策略。

　　

亮点

本研究首次在醇溶液体系中成功应用EDC/NHS（N-(3-二甲氨基丙基)-N′-乙基碳二亚胺盐酸盐/N-羟基琥珀酰亚胺）交联技术，将玉米秸秆纤维素纳米纤维（CNF）与玉米醇溶蛋白（Zein）共价偶联，构建出具有梯度接枝度的新型复合物（CNF/Zein 0.5-2）。多维表征技术（包括傅里叶变换红外光谱、X射线衍射、X射线光电子能谱、透射电镜和凝胶渗透色谱）证实了共价键的成功形成。

共价偶联物合成路径与化学结构

为实现颗粒重构的系统设计，Zein与CNF的充分交联至关重要。本研究从玉米秸秆中提取纤维素后，首先通过TEMPO（2,2,6,6-四甲基哌啶-1-氧自由基）氧化将羟基转化为羧基（表1显示氧化后CNF的羧基含量显著增加）。随后在EDC/NHS催化下，Zein的氨基与CNF的羧基发生缩合反应，形成稳定的酰胺键。这种共价修饰不仅赋予材料两亲性，还显著改善了其热稳定性（热重分析显示分解温度提升约30℃）和界面活性。

结论

通过EDC/NHS交联法制备的CNF/Zein共价偶联物展现出三大优势：

1. 1.

   结构稳定性：相较于非共价复合物（CNF-Zein），共价偶联物形成网络状微观结构，结晶度降低15%-20%；

2. 2.

   功能优越性：最高接枝度的CNF/Zein 2乳液在4周储存后仍保持90%以上稳定性；

3. 3.

   递送效能：体外消化实验证实其可实现槲皮素控释（胃部释放<20%，肠道释放>80%），生物可及性较游离槲皮素提高3.2倍。该研究为农业废弃物高值化利用和功能性食品开发提供了创新性解决方案。