薯类食品科学与技术创新团队创建了纤维素纳米晶制备关键技术

农产品加工副产物的高值化利用一直是农业可持续发展的热点，而再生和可持续生物质材料（纤维素等）的研究对解决化石燃料的短缺问题意义重大。纤维素纳米晶（cellulose nanocrystals，CNCs）是一种从植物纤维素中提取的棒状纳米材料，具有生物降解性和生物相容性、高比表面积、高结晶度等优异性能，可广泛应用于航空航天、汽车制造、奢侈品、医疗器材以及食品工业等领域。目前CNCs的制备方法（强酸水解法）虽然具有得率高、工艺简单等优点，但是存在腐蚀设备、环境污染等问题。因此，寻求绿色安全的制备方法至关重要。

本研究首次以紫甘薯加工过程中产生的皮渣为原料，研发了超声波辅助马来酸水解法制备CNCs关键技术，CNCs得率达8.17%，马来酸回收率达80%以上（目前常用强酸水解法强酸回收率为0）。采用原子力显微镜、傅里叶变换红外光谱、核磁共振、X-射线衍射等对所得CNCs的外观形貌、表面官能团、结晶度、热稳定性等指标进行分析，发现CNCs呈棒状结构，直径、长度范围分别为10-30 nm、60-220 nm，与市售采用硫酸水解法制备的CNCs无显著性差异；CNCs仍保留纤维素I型结构，同时新增C=O基团，结晶度由纤维素的29.2%提高至58.3%；最大热降解温度由纤维素的323.71℃提高至346.86℃；CNCs水分散液的Zeta电位值达-57.7 mV，说明其具有良好的胶体稳定性。研究结果表明，超声波辅助马来酸水解法制备CNCs关键技术具有绿色、低成本等优点，可广泛应用于薯渣、藤蔓、玉米秸秆、稻壳等农产品加工副产物CNCs的生产。

该研究成果发表在食品领域国际顶级期刊《Food Chemistry》(JCR一区，IF=9.231)上。薯类食品科学与技术创新团队2022级博士生朱顺顺为论文第一作者，木泰华研究员和孙红男研究员为共同通讯作者。该研究得到了国家甘薯产业技术体系（CARS-10）、中国农业科学院科技创新工程（CAAS-ASTIP-202X-IFST）等项目的资助。

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2022.134496