陳 歡， 鐘洪浩， 王魯峰,2,*

(1.華中農(nóng)業(yè)大學(xué) 食品科技學(xué)院， 湖北 武漢 430070；2.環(huán)境食品學(xué)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 湖北 武漢 430070)

纖維素是廣泛存在于自然界的天然高分子化合物，可從多種植物中獲得，由結(jié)晶區(qū)和無定形區(qū)組成，具有生物兼容性、可降解性、可持續(xù)性等特點(diǎn)[1]。物理、化學(xué)處理可破壞纖維素?zé)o定形區(qū)，形成直徑小于100 nm的納米纖維素[2]。研究發(fā)現(xiàn)納米纖維素具有極其優(yōu)異的特性，如高比表面積、可再生性、高比強(qiáng)度和剛度、對(duì)環(huán)境友好等[3]，已被廣泛應(yīng)用于復(fù)合材料、生物醫(yī)療、食品原料領(lǐng)域[4]。

目前，納米纖維素的制備主要通過機(jī)械破碎的方式[5]。但該方法耗能較大。通過化學(xué)方法或酶法對(duì)纖維素進(jìn)行預(yù)處理后再進(jìn)行機(jī)械破碎能有效降低生產(chǎn)能耗[6]。 2，2，6，6-四甲基哌啶-1-氧自由基(TEMPO)氧化在溫和的水浴環(huán)境中進(jìn)行，反應(yīng)完成后，對(duì)纖維素進(jìn)行簡(jiǎn)單的機(jī)械處理就可獲得納米纖維素，極大減少了單純機(jī)械處理需要的能源[7]。Pinto等[8]通過TEMPO氧化與超聲處理后成功得到了甘蔗渣納米纖維素。但目前關(guān)于TEMPO氧化對(duì)纖維素功能性質(zhì)影響的研究還不夠全面，且尚未見到TEMPO氧化技術(shù)在柑橘納米纖維素制備方面的應(yīng)用。本研究考慮將TEMPO氧化技術(shù)與高壓均質(zhì)技術(shù)聯(lián)用制備柑橘納米纖維素，以期達(dá)到降低能耗的目的。

柑橘作為全球最受歡迎的水果之一，大量的皮渣被當(dāng)作廢棄物丟棄，全世界每年大概會(huì)產(chǎn)生1.1～1.2億t柑橘?gòu)U料，造成了嚴(yán)重的環(huán)境污染[9]。而柑橘皮渣中含有大量的膳食纖維，具有優(yōu)異的功能特性(如持水性)，不僅能增加食品的黏度，還能用作乳化劑改善食品品質(zhì)[10]。柑橘膳食纖維中含有豐富的纖維素，可作為納米纖維素資源開發(fā)利用。Hideno 等[11]以橘皮為原料，通過酶聯(lián)合研磨處理制備了寬度為10～50 nm的納米纖維素。本研究以柑橘皮渣為原料，通過TEMPO氧化和高壓均質(zhì)制備柑橘納米纖維素?？疾炝瞬煌趸瘎┵|(zhì)量摩爾濃度下柑橘纖維的形貌特征和理化性質(zhì)，以期為柑橘?gòu)U棄物的回收再利用提供新的思路，為納米纖維素的制備提供一定的理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

柑橘皮渣粉末，西安全奧生物科技有限公司；大豆油，益海嘉里金龍魚糧油食品股份有限公司； TEMPO，上海源葉生物科技有限公司；NaBr、NaClO、HCl、NaOH等，分析純，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；膽固醇試劑盒，南京建成科技有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

Allegra X- 30R型離心機(jī)，美國(guó)貝克曼庫爾特有限公司；AH- 2010型高壓細(xì)胞勻漿機(jī)，加拿大安拓思納米技術(shù)有限公司；Zetasizer Nano ZS型納米粒度電位儀，英國(guó)馬爾文儀器有限公司；Multimode 8型原子力顯微鏡(AFM)、D8 Advance型X射線衍射儀，德國(guó)布魯克公司；SU8010型掃描電鏡(SEM)，日本日立公司；Nicolet IS50型傅里葉變換紅外光譜儀，美國(guó)賽默飛世爾科技有限公司；Thermo plus EVO2型熱重分析儀，日本理學(xué)株式會(huì)社。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1柑橘可溶性膳食纖維的去除

參考涂曉麗等[12]的方法去除柑橘皮渣中的可溶性膳食纖維。將柑橘皮渣粉末與0.1 mol/L 鹽酸水溶液以料液比(g/mL)1∶10混合，于90 ℃下水解90 min，反應(yīng)結(jié)束后離心(5 000 r/min、10 min)并棄去上清液。下層沉淀用去離子水反復(fù)沖洗3次以去除溶出的可溶性膳食纖維。用0.1 mol/L NaOH溶液將pH值調(diào)至中性，離心去除上層清液后凍干粉碎，過80目篩即得柑橘水不溶性膳食纖維樣品，室溫下儲(chǔ)存?zhèn)溆谩?/p>

1.3.2柑橘納米纖維素的制備及產(chǎn)率計(jì)算

準(zhǔn)確稱取1 g柑橘水不溶性膳食纖維樣品、0.016 g TEMPO和0.16 g NaBr于100 mL去離子水中并充分?jǐn)嚢?。加入一定體積的有效氯質(zhì)量分?jǐn)?shù)為12%的NaClO溶液，使其質(zhì)量摩爾濃度為5、25、50 mmol/g。反應(yīng)過程中不斷滴加0.5 mol/L NaOH，以維持體系pH值在10.0±0.2。30 ℃反應(yīng)4 h后，加入10 mL無水乙醇終止反應(yīng)，用0.5 mol/L HCl調(diào)節(jié)pH值至中性。離心(8 000 r/min、10 min)取下層沉淀并依次用乙醇(體積分?jǐn)?shù)95%)和去離子水反復(fù)沖洗3次以去除體系中多余的鹽。隨后，將沉淀分散在100 mL去離子水中，在高壓均質(zhì)機(jī)中以50 MPa的壓力均質(zhì)10次，離心(10 000 r/min、10 min)后取上層懸浮液凍干，即得柑橘納米纖維素。將未經(jīng)氧化均質(zhì)處理的樣品命名為T0，經(jīng)TEMPO氧化均質(zhì)后得到的3種納米纖維素樣品分別命名為T1(5 mmol/g)、T2(25 mmol/g)、T3(50 mmol/g)。納米纖維素產(chǎn)率按式(1)計(jì)算。

(1)

式(1)中，m1為氧化前柑橘水不溶性膳食纖維質(zhì)量，g；m2為制得的柑橘納米纖維素的質(zhì)量，g。

1.3.3柑橘納米纖維素粒徑測(cè)定

將1 mg T0、T1、T2、T3樣品分別分散至10 mL去離子水中，超聲處理15 min后用納米粒度電位儀測(cè)定粒徑。

1.3.4柑橘納米纖維素原子力顯微鏡觀察

將T0、T1、T2、T3樣品懸浮液用去離子水稀釋至0.01 mg/mL，經(jīng)超聲分散處理后滴加至云母片上并風(fēng)干。風(fēng)干后的樣品置于AFM下，以輕敲模式觀察樣品的微觀形態(tài)。

1.3.5柑橘納米纖維素掃描電鏡觀察

將T0、T1、T2、T3樣品粘在導(dǎo)電樣品臺(tái)上，經(jīng)噴金處理后，置于SEM載物臺(tái)上，放大5 000倍以觀察纖維的表面形態(tài)。

1.3.6柑橘納米纖維素紅外光譜分析

分別將T0、T1、T2、T3樣品與KBr以質(zhì)量比1∶100的比例混合，研磨至細(xì)微顆粒后壓成透光薄片，置于傅里葉變換紅外光譜儀中，以4 cm-1的分辨率，在400～4 000 cm-1檢測(cè)。

1.3.7柑橘納米纖維素X射線衍射分析

通過X射線衍射儀測(cè)定T0、T1、T2、T3樣品的結(jié)晶度。設(shè)定工作電壓為30 kV，工作電流為20 mA，衍射角掃描范圍為5°～40°，掃描速度為2°/min。根據(jù)Segal公式對(duì)樣品的結(jié)晶度指數(shù)進(jìn)行計(jì)算。

1.3.8柑橘納米纖維素?zé)嶂胤治?/p>

分別稱取10 mg左右的T0、T1、T2、T3樣品，利用熱重分析儀在氮?dú)猸h(huán)境下記錄樣品熱穩(wěn)定性。設(shè)置升溫速率為10 ℃/min，溫度掃描范圍為30～600 ℃。

1.3.9柑橘納米纖維素理化特性測(cè)定

1.3.9.1 持水力測(cè)定

將0.2 g T0、T1、T2、T3樣品與20 mL去離子水在室溫下水合2 h后，8 000 r/min離心10 min，棄去上清液并用濾紙將殘留水分吸干。柑橘納米纖維素的持水力(WHC)(g/g)按式(2)計(jì)算。

(2)

式(2)中，W1為吸水前的樣品質(zhì)量，g；W2為吸水后樣品的質(zhì)量，g。

1.3.9.2 持油力測(cè)定

將0.2 g T0、T1、T2、T3樣品與20 mL大豆油在室溫下充分混合2 h后，8 000 r/min離心10 min，棄去上層油液，并用濾紙吸干殘留油液。持油力(OHC)(g/g)按式(3)計(jì)算。

(3)

式(3)中，M1為吸油前的樣品質(zhì)量，g；M2為吸油后樣品的質(zhì)量，g。

1.3.9.3 膽固醇吸附力測(cè)定

膽固醇吸附力(CAC)的測(cè)量參照劉曉賀等[13]的方法進(jìn)行。將蛋黃(10 mL)與蒸餾水(90 mL)充分混合均勻并攪打成乳液。取0.1 g T0、T1、T2、T3樣品與8 mL攪打好的乳液充分混合并置于37 ℃搖床中振搖2 h，于8 000 r/min離心10 min，收集上清液。按照膽固醇試劑盒說明書進(jìn)行膽固醇含量的測(cè)定，按式(4)計(jì)算柑橘納米纖維素膽固醇吸附能力(mg/g)。

(4)

式(4)中，m1為吸附前膽固醇的質(zhì)量，mg；m2為吸附后膽固醇的質(zhì)量，mg；m為納米纖維素樣品的質(zhì)量，g。

1.3.9.4 葡萄糖吸附力測(cè)定

葡萄糖吸附力(GAC)參照Gan等[14]的方法進(jìn)行。將0.1 g T0、T1、T2、T3樣品與8 mL葡萄糖溶液(0.5 mg/mL)于37 ℃下充分混合2 h，8 000 r/min離心10 min。利用分光光度計(jì)在520 nm處測(cè)量上清液中的葡萄糖含量，按式(5)計(jì)算葡萄糖吸附能力(mg/g)。

(5)

式(5)中，m1為吸附前葡萄糖的質(zhì)量，mg；m2為吸附后葡萄糖的質(zhì)量，mg；m為納米纖維素樣品的質(zhì)量，g。

1.4 數(shù)據(jù)處理

所有實(shí)驗(yàn)均設(shè)置3次平行，利用SPSS 13.0和Graph pad prism 8.0進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和繪圖。所有數(shù)據(jù)均表示為平均值±標(biāo)準(zhǔn)差。

2 結(jié)果與分析

2.1 柑橘納米纖維素粒徑分析與原子力顯微鏡觀察結(jié)果分析

圖1和表1顯示了T0、T1、T2、T3樣品的AFM顯微圖像和尺寸信息。由圖1可以看出，所有的樣品均相互纏繞成網(wǎng)狀并呈現(xiàn)出典型的絲狀。這種聚集表現(xiàn)出纖維素鏈之間的分子間氫鍵和強(qiáng)親水相互作用[15]。而隨著氧化劑質(zhì)量摩爾濃度的升高，制備的納米纖維素體現(xiàn)出略微分離的狀態(tài)，這可能是因?yàn)檠趸瘎┘铀倭死w維素的溶脹，進(jìn)一步促進(jìn)了其在均質(zhì)作用下的斷裂[8]。由表1可知，隨著氧化劑質(zhì)量摩爾濃度的提高，纖維素的長(zhǎng)度由大于2 μm減少為(150.57±24.99) nm，直徑由大于2 μm下降至(2.74±0.29) nm，平均粒徑由大于10 μm減小為(540.70±31.29) nm，但納米纖維素的產(chǎn)率隨著氧化劑質(zhì)量摩爾濃度的上升而下降，并在質(zhì)量摩爾濃度為50 mmol/g時(shí)降至(35.14±3.25)%。納米纖維素的平均粒徑大于直徑，是因?yàn)樵谄骄降臏y(cè)量過程中，納米纖維素的聚集導(dǎo)致了平均粒徑的增加。納米纖維素直徑和長(zhǎng)度的減少是由于在氧化過程中，纖維素分子中的羥基會(huì)被氧化為羧基，羧基所帶的負(fù)電荷之間的斥力會(huì)促進(jìn)纖維素的分離。并且氧化劑質(zhì)量摩爾濃度的增加提高了體系中的電荷密度，大量負(fù)電荷的引入一方面使納米纖維素的分離更加容易；另一方面，納米纖維素產(chǎn)生的強(qiáng)靜電排斥也促進(jìn)了高壓均質(zhì)過程中的除顫，進(jìn)一步導(dǎo)致了更短的納米纖維素的產(chǎn)生[2]。

圖1 柑橘水不溶性膳食纖維及柑橘納米纖維素的AFM觀察結(jié)果

表1 柑橘納米纖維素的粒徑變化

2.2 柑橘納米纖維素掃描電鏡觀察結(jié)果分析

柑橘水不溶性膳食纖維經(jīng)氧化均質(zhì)處理后，纖維的微觀結(jié)構(gòu)和表觀形態(tài)都會(huì)發(fā)生極大的變化。圖2為柑橘水不溶性膳食纖維氧化均質(zhì)處理前后樣品的微觀圖像。由圖2可以看出，未經(jīng)處理的柑橘水不溶性膳食纖維表面較為光滑，大量的纖維聚集在一起。這可能是由于未經(jīng)氧化的纖維體系中含有的半纖維素和木質(zhì)素具有黏合作用[16]。而經(jīng)不同質(zhì)量摩爾濃度的氧化劑處理后，纖維變?yōu)榧?xì)長(zhǎng)的條狀結(jié)構(gòu)；且氧化劑質(zhì)量摩爾濃度越高，纖維表面越粗糙。這是由于在次氯酸鈉的作用下，柑橘水不溶膳食纖維中的半纖維素和木質(zhì)素被氧化降解，變?yōu)樗苄晕镔|(zhì)溶出，柑橘中的纖維素纖維被充分釋放出來，表現(xiàn)出更為粗糙的表觀結(jié)構(gòu)[17]。同時(shí)可以發(fā)現(xiàn)，T1的SEM照片中仍有小部分的纖維粘在一起，說明5 mmol/g氧化劑并不能完全打破柑橘水不溶膳食纖維的細(xì)胞結(jié)構(gòu)，體系內(nèi)仍存在木質(zhì)素、半纖維素黏合劑，使纖維分子在纖維素酯等橋鍵的作用力下聚集在一起[18]。

圖2 柑橘水不溶性膳食纖維及柑橘納米纖維素的SEM圖

2.3 柑橘納米纖維素紅外光譜分析

圖3 柑橘水不溶性膳食纖維及柑橘納米纖維素的紅外光譜

2.4 柑橘納米纖維素X射線衍射圖譜分析

圖4為樣品的X射線衍射(XRD)圖譜。由圖4可知，經(jīng)氧化均質(zhì)處理后，樣品T1、T2和T3在2θ為15.5°和22.5°時(shí)，都有明顯的衍射峰出現(xiàn)，分別代表了纖維素Ⅰ型結(jié)構(gòu)的(101)和(002)晶面[21]，說明了柑橘纖維素的晶型結(jié)構(gòu)并不會(huì)受到TEMPO氧化反應(yīng)的影響。而T0樣品中出現(xiàn)的雜亂的衍射峰，可能是樣品中存在的無定形區(qū)物質(zhì)，如木質(zhì)素、半纖維素等引起的。

圖4 柑橘水不溶性膳食纖維及柑橘納米纖維素的XRD結(jié)果

通過Segal公式計(jì)算得樣品T0、T1、T2、T3的結(jié)晶度指數(shù)分別為10.74%、49.58%、66.70%、54.15%。T1、T2和T3的結(jié)晶度指數(shù)明顯高于T0，這是由于TEMPO氧化處理后，柑橘水不溶性纖維無定形區(qū)的半纖維素和木質(zhì)素被水解溶出，進(jìn)而提高了結(jié)晶度[15]。T1的結(jié)晶度為49.58%，T2的結(jié)晶度為66.70%，結(jié)晶度略有提高，這是氧化劑質(zhì)量摩爾濃度的上升使樣品中的半纖維素和木質(zhì)素被去除的結(jié)果，這與Pinto等[8]的結(jié)果相似。同時(shí)，與T2相比，T3的結(jié)晶度指數(shù)出現(xiàn)了明顯的下降，這是由于TEMPO氧化過程中，纖維素結(jié)晶區(qū)被破壞。在氧化過程中，氧化劑一方面將纖維素分子中的羥基轉(zhuǎn)變?yōu)轸然?；另一方面，隨著氧化劑質(zhì)量摩爾濃度的提高，纖維素的結(jié)晶區(qū)在反應(yīng)過程中也充分溶脹，進(jìn)而在均質(zhì)過程中巨大剪切力的作用下，分子中的羧基斷裂，結(jié)晶區(qū)被破壞[20]。XRD結(jié)果說明：TEMPO氧化可有效提高柑橘水不溶性纖維樣品的結(jié)晶度，隨著氧化劑質(zhì)量摩爾濃度的提高，柑橘納米纖維素的結(jié)晶區(qū)也會(huì)被溶脹破壞。該結(jié)果與SEM的結(jié)果一致。在氧化劑質(zhì)量摩爾濃度較低時(shí)，無定形區(qū)未被完全去除，這些無定形纖維素包裹纖維素形成聚集體，表現(xiàn)為光滑的表觀結(jié)構(gòu)；而當(dāng)氧化劑質(zhì)量摩爾濃度升高，纖維素樣品結(jié)晶區(qū)被部分破壞，在反應(yīng)過程中這部分結(jié)晶區(qū)的體積被水分子占據(jù)，真空去除后，剩余的纖維素表面脫水并裸露出來，表現(xiàn)為更為粗糙的表觀結(jié)構(gòu)[22]。

2.5 柑橘納米纖維素?zé)嶂胤治?/h3>

熱重(TG)分析是研究材料熱降解的有效方式。通過熱重分析，可更全面地了解柑橘納米纖維素的應(yīng)用范圍。T0、T1、T2、T3樣品的TG曲線與微分熱重(DTG)曲線如圖5。由圖5可知，樣品的失重發(fā)生在50～600 ℃，主要分為50～150 ℃、150～350 ℃、400～600 ℃這3個(gè)階段。第一階段的失重主要是樣品中水分蒸發(fā)和低分子質(zhì)量化合物的分解引起的[23]。在150～350 ℃時(shí)，所有樣品均有一個(gè)較大幅度的質(zhì)量損失，這主要是柑橘纖維如纖維素自身的熱降解導(dǎo)致的[10]。T0、T1、T2、T3的初始降解溫度分別約為190、249、228、220 ℃，該結(jié)果說明TEMPO氧化和均質(zhì)處理可有效提高柑橘纖維的熱穩(wěn)定性。柑橘水不溶性膳食纖維經(jīng)氧化均質(zhì)處理后，纖維中的半纖維素和木質(zhì)素等無定形成分被水解去除，纖維的結(jié)晶度指數(shù)上升，耐熱性也進(jìn)一步提升。T1的熱降解溫度高于T2、T3，這是由于隨著氧化劑濃度的提高，T2、T3表面產(chǎn)生了更多的羧基，羧基基團(tuán)的存在影響了納米纖維素的導(dǎo)熱性，從而降低了柑橘納米纖維素的熱穩(wěn)定性。T2的熱降解溫度大于T3，一方面是羧基的影響；另一方面，這也是均質(zhì)過程中纖維素結(jié)晶區(qū)被部分破壞的結(jié)果。400～600 ℃的質(zhì)量損失主要是纖維素分子鏈降解造成的[24]。T0、T1、T2、T3的殘留質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為30.25%、7.33%、16.00%、17.42%。 T1的殘留質(zhì)量分?jǐn)?shù)顯著小于T2、T3，可能是因?yàn)門EMPO氧化后纖維表面大量存在的羧基基團(tuán)影響了纖維的導(dǎo)熱性，導(dǎo)致了其殘留量的上升，這與周昌兵等[25]對(duì)于劍麻纖維素納米纖維的研究結(jié)果相似。同時(shí)，通過DTG曲線可以看出，T1的熱降解速率最大(14.06%)，T2為10.31%，T3為9.05%，而T0為8.90%，這是因?yàn)門0樣品中存在大量木質(zhì)素，木質(zhì)素會(huì)導(dǎo)致分解速度變慢，使得T0的熱降解更困難[2]。而隨著氧化劑質(zhì)量摩爾濃度的進(jìn)一步提高，T2、T3樣品中的半纖維素和木質(zhì)素被全部去除，與T1相比結(jié)晶度上升，聚合度增加，熱降解變得困難，降低了熱降解速率。這與XRD結(jié)果一致，表明TEMPO氧化均質(zhì)處理可提高柑橘水不溶性膳食纖維的熱穩(wěn)定性。

圖5 柑橘水不溶性膳食纖維及柑橘納米纖維素的TG和DTG分析

2.6 柑橘納米纖維素理化特性分析

2.6.1持水力與持油力分析

高持水力的納米纖維分散到食品體系中，可提高食品體系黏度，防止食物收縮[14]。不同氧化處理的柑橘納米纖維素樣品的持水力和持油力如圖6。由圖6(a)可以看出，與未經(jīng)氧化均質(zhì)處理的柑橘水不溶性膳食纖維持水力[(6.59±0.13) g/g]相比，處理后的柑橘納米纖維素的持水力顯著上升，并隨著氧化劑質(zhì)量摩爾濃度的升高而提高，在NaClO質(zhì)量摩爾濃度為50 mmol/g 時(shí)達(dá)到(42.13±0.61) g/g。這可能是氧化均質(zhì)過程使纖維結(jié)構(gòu)變得松散，表面變得粗糙，柑橘納米纖維素結(jié)晶區(qū)被破壞，親水基團(tuán)暴露導(dǎo)致的。同時(shí)，T1的持水力顯著低于T2與T3，還可能是因?yàn)門1中含有的半纖維素和木質(zhì)素等雜質(zhì)，這與SEM、紅外光譜分析結(jié)果吻合。

具有高持油力的纖維可穩(wěn)定高脂肪食品和乳液，促進(jìn)2種不混溶溶液的溶解或分散[6]。由圖6(b)可知，T0的持油力為(4.50±0.10) g/g。隨著氧化劑質(zhì)量摩爾濃度的提高，在剪切力的作用下，納米纖維素結(jié)構(gòu)被破壞，長(zhǎng)度進(jìn)一步減小，納米纖維素呈現(xiàn)出更為粗糙的表觀結(jié)構(gòu)，T3樣品表現(xiàn)出最高的持油力[(46.84±1.78) g/g]，遠(yuǎn)大于通過蒸汽閃爆技術(shù)制備的小麥納米纖維素的持油力[26]。這些結(jié)果表明，柑橘納米纖維素成分、比表面積和表觀粗糙度等結(jié)構(gòu)會(huì)顯著影響其持水力和持油力。

不同小寫字母表示組間差異顯著(P<0.01)。

2.6.2膽固醇吸附力分析

纖維的膽固醇吸附能力可有效降低人體血漿中的膽固醇含量，減少心血管疾病的發(fā)生[27]。不同氧化處理后的柑橘納米纖維素的CAC見圖7。由圖7可知，T0的吸附力為(13.80±0.70) mg/g，T1、T2、T3的吸附力分別為(23.36±0.20)、(25.36±0.17)、(35.65±0.22) mg/g?？梢钥闯觯S著氧化劑質(zhì)量摩爾濃度的升高，納米纖維素的膽固醇吸附力也逐漸上升，并在氧化劑質(zhì)量摩爾濃度為50 mmol/g時(shí)達(dá)到最大。這說明了柑橘納米纖維素的膽固醇吸附力與纖維的粒徑、長(zhǎng)度以及表面粗糙度有關(guān)，直徑越小，比表面積越大，表面結(jié)構(gòu)越粗糙，膽固醇的吸附位點(diǎn)越多，越能捕獲體系中的膽固醇，膽固醇吸附力也就越強(qiáng)。

不同小寫字母表示組間差異顯著(P<0.01)。

2.6.3葡萄糖吸附力分析

葡萄糖吸附力是纖維素一個(gè)非常重要的功能性質(zhì)，纖維素與腸液中的葡萄糖結(jié)合可降低攝食后人體的血糖水平[14]。不同氧化處理的柑橘納米纖維素的葡萄糖吸附力如圖8。所有的樣品均能有效地吸附體系中的葡萄糖，T0的吸附力為(3.35±0.05) mg/g，T3表現(xiàn)出最強(qiáng)的吸附能力[(16.27±0.04) mg/g]，約為T0的4倍。結(jié)果表明：經(jīng)氧化均質(zhì)處理后的柑橘納米纖維素對(duì)于葡萄糖具有極強(qiáng)的吸附力，具有潛在的降血糖作用。盡管如此，柑橘納米纖維素的葡萄糖吸附力還是低于文獻(xiàn)報(bào)道的柑橘膳食纖維的吸附能力，如Gan等[14]發(fā)現(xiàn)微波- 超聲處理后的柑橘可溶性膳食纖維的葡萄糖吸附力為(24.42±0.06) mg/g。

不同小寫字母表示組間差異顯著(P<0.01)。

3 結(jié) 論

本研究以柑橘皮渣為原料，通過TEMPO氧化- 高壓均質(zhì)聯(lián)合處理制備柑橘納米纖維素。隨著NaClO質(zhì)量摩爾濃度的增加，柑橘納米纖維素的結(jié)構(gòu)、表觀形態(tài)以及理化性質(zhì)都有不同程度的變化。粒徑測(cè)定與AFM結(jié)果表明：NaClO質(zhì)量摩爾濃度的升高，使柑橘納米纖維素的平均粒徑、直徑和長(zhǎng)度都顯著降低，這是由于氧化劑質(zhì)量摩爾濃度升高后，纖維素被充分溶脹，增強(qiáng)了均質(zhì)過程中的除顫效果。SEM的結(jié)果顯示：在高質(zhì)量摩爾濃度的氧化劑體系中，納米纖維素表面表現(xiàn)得更粗糙，這是纖維中半纖維素和木質(zhì)素的去除導(dǎo)致的，該結(jié)論在紅外光譜分析的結(jié)果中也得到了證實(shí)。同時(shí)，XRD結(jié)果表明：獲得的柑橘納米纖維素為纖維素Ⅰ晶體結(jié)構(gòu)，NaClO質(zhì)量摩爾濃度的增加并不會(huì)改變其晶型結(jié)構(gòu)，但在高質(zhì)量摩爾濃度下(50 mmol/g)，柑橘納米纖維素的結(jié)晶度和熱穩(wěn)定性都有輕微降低，這是纖維素的結(jié)晶區(qū)氧化時(shí)被充分溶脹，在剪切力的作用下，結(jié)晶區(qū)被部分破壞導(dǎo)致的。柑橘納米纖維素的理化性質(zhì)分析結(jié)果表明：NaClO質(zhì)量摩爾濃度的增加可有效提高制得的納米纖維素的持水力、持油力、膽固醇吸附力和葡萄糖吸附力，在NaClO質(zhì)量摩爾濃度為50 mmol/L時(shí)，與未處理的柑橘水不溶性膳食纖維相比，納米纖維素持水力、持油力、膽固醇吸附力、葡萄糖吸附力分別提高了約7、10、4、3倍。本研究證實(shí)了TEMPO氧化均質(zhì)聯(lián)用法制備柑橘納米纖維素的可行性，可為柑橘納米纖維素的分離提供一種高效低能耗的方法。且該方法制備的柑橘納米纖維素具有優(yōu)異的功能性質(zhì)，在食品行業(yè)具有較大的應(yīng)用潛力，希望有利于實(shí)現(xiàn)柑橘副產(chǎn)物的高值化利用。