当前位置:首页>农业>IF=8.5!法国国立高等农业与食品学院:不同粒径纳米纤维素对小麦淀粉糊化及流变特性的影响

IF=8.5!法国国立高等农业与食品学院:不同粒径纳米纤维素对小麦淀粉糊化及流变特性的影响

  • 2026-10-20 16:35:02
IF=8.5!法国国立高等农业与食品学院:不同粒径纳米纤维素对小麦淀粉糊化及流变特性的影响

图文来源:作者团队

不同粒径纳米纤维素对小麦淀粉糊化及流变特性的影响

法国国立高等农业与食品学院:J.Criquet(第一作者)、P.Díaz-Calderón(通讯作者)等在《International Journal of Biological Macromolecules》期刊(IF:8.5)上发表了题为“Influence of nanocellulose with different particle size on pasting and rheological properties of wheat starch”的论文。

01
研究概述

该研究旨在探究不同粒径纳米纤维素对小麦淀粉糊化后短期储存(时长小于4小时)过程中糊化特性与流变特性的影响。研究将质量分数最高达10%的纳米纤维素晶体(CNC)与细菌纤维素(BC)分别添加至小麦淀粉悬浮液中。研究采用快速黏度分析仪测定样品糊化特性,并开展振幅扫描、频率扫描、时间扫描以及剪切回复测试,完成流变学表征;借助原子力显微镜(AFM)与动态光散射技术检测纳米纤维素的粒径与表面电荷;同时利用光学显微镜、偏光显微镜以及原子力显微镜,分析淀粉-纳米纤维素复合凝胶的微观形貌。

结果表明,纳米纤维素的添加会显著改变小麦淀粉的糊化特性,且该作用主要由纳米纤维素的粒径决定(纳米纤维素晶体粒径约100纳米,细菌纤维素粒径约3900纳米)。纳米纤维素可使体系储能模量明显提升,且提升幅度与纳米纤维素添加浓度呈正相关。但损耗因子结果显示,两类复合体系的内部结构存在显著差异,这一现象大概率源于纳米纤维素粒径的不同。

淀粉与纳米纤维素晶体复配体系的损耗因子快速下降,说明该体系可形成高强度凝胶;而淀粉与细菌纤维素复配体系的损耗因子特征,则对应弱凝胶结构。微观形貌分析显示,两种复合体系的结构差异显著:细菌纤维素易包裹糊化淀粉颗粒并形成颗粒聚团,纳米纤维素晶体则更易与淀粉结合形成共团聚体。剪切回复试验结果证实,高强度凝胶的结构回复能力较弱,弱凝胶的结构回复能力更强。

综上,纳米纤维素的粒径会使小麦淀粉在短期回生过程中发生明显的结构变化,而这一变化主要由淀粉在纳米纤维素体系中的空间排布方式所驱动。

02
研究背景

近年来,纳米纤维素凭借在各类技术领域的巨大应用潜力,以及在可持续性、生物降解性与可再生性方面的突出优势,受到学界越来越多的关注。纳米纤维素也被称作纤维素纳米材料,一般定义为主要由纤维素构成、至少有一维处于纳米尺度,或是内部/表面具备纳米级结构且结构主体为纤维素的材料。常见的纳米纤维素主要分为三类:纳米纤维素晶体(CNC)、纳米纤维素纤丝(CNF)以及细菌纤维素(BC),三者依据粒径、形貌、表面化学性质和原料来源划分。此外,制备工艺也会直接影响纳米纤维素的理化性质与微观结构。

目前,纳米纤维素已在生物工程、生物医学、食品、日化、医药、水处理、电子器件等诸多领域得到应用,常被用作结构增强组分,也可用于新型材料的研发。现有文献已针对纳米纤维素在柔性储能与电子器件、纳米纤维素功能特性、细菌纤维素在食品工业中的应用、纳米纤维素在先进材料中的应用等方向展开综述研究。绿色复合材料是当下热门的研究方向,相关研究多聚焦于生物塑料与新型生物基材料的开发。淀粉因储量大、成本低、可生物降解、绿色可持续等优势,成为制备绿色复合材料的理想原料。热塑性淀粉(TPS)是淀粉改性的常见产物,一般将淀粉与水、多元醇(如甘油)等低挥发性助剂混合,采用溶剂浇铸法或熔融共混法制备得到。

探明纳米纤维素对淀粉加工及储存过程中结构演变的作用机理,能够为新型绿色淀粉基复合材料的定向设计、以及淀粉特定功能结构的调控提供理论支撑。因此,首先需要明确纳米纤维素(尤其是不同粒径的纳米纤维素)对淀粉糊化特性与流变特性的影响。开展淀粉-纳米纤维素复合体系的流变学表征、探究二者之间的相互作用,是提升淀粉基产品品质、开发新型淀粉制品的关键前提。淀粉颗粒糊化后,直链淀粉会从颗粒中析出;在回生初期(短期回生阶段),原本因糊化被破坏的直链淀粉双螺旋结构会重新形成。

在后续的长期回生阶段,受环境条件影响,支链淀粉分子链也会逐步重建螺旋结构。目前,纳米纤维素如何干预淀粉短期回生与长期回生过程尚不明确,而纳米纤维素的粒径、淀粉与纳米纤维素在体系中的分布状态,都会影响二者的相互作用,进而干预淀粉回生。该问题尚未得到充分阐释,但会直接决定淀粉-纳米纤维素复合材料的使用性能。生物工程、生物医学、食品、医药等领域定制化复合材料的研发,均需要开展此类基础研究。

基于上述背景,该研究选取两种不同粒径的纳米纤维素(细菌纤维素、纳米纤维素晶体),结合光学显微镜、偏光显微镜与原子力显微镜,探究其对小麦淀粉加工及短期储存过程中结构变化、糊化特性、流变特性的影响;同时表征两类纳米纤维素的微观形貌、粒径、ζ电位,以及低浓度(质量体积分数小于1%)纳米纤维素悬浮液的流变行为。该研究还针对小粒径纳米纤维素更易促使淀粉与纳米纤维素形成共团聚体这一假设开展验证,分析粒径差异带来的性能区别。

03
研究方法与结论

纳米纤维素(纳米纤维素晶体、细菌纤维素)的粒径,对小麦淀粉短期回生阶段的糊化特性与流变特性存在显著影响。相较于纯小麦淀粉,添加纳米纤维素晶体与细菌纤维素后,小麦淀粉的各项糊化参数均发生明显改变。细菌纤维素改性淀粉样品的最终黏度与回生黏度更高;而纳米纤维素晶体改性淀粉样品的黏度相对增幅更大,最终可形成高强度淀粉凝胶,且该类凝胶的剪切结构回复能力较弱。与之相反,大粒径的细菌纤维素会促使淀粉形成弱凝胶,这类凝胶在受剪切破坏后,结构回复能力更强。淀粉-纳米纤维素复合体系的微观形貌显示,纳米纤维素的粒径会决定淀粉与纳米纤维素在整体体系中的排布方式:纳米纤维素晶体易与淀粉结合形成共团聚体,同时构建出致密的缠结网络,使体系具备较强的抗剪切能力;细菌纤维素则会促使淀粉形成独立颗粒聚团,淀粉与细菌纤维素之间的相互作用较弱,因此体系剪切后的结构回复效果更明显。

该研究成果可为淀粉、纳米纤维素这类可持续生物基绿色复合材料的定向设计提供理论依据,所制备的复合材料可广泛应用于生物工程、生物医学及其他工业领域。

04
图文赏析

原文链接:

https://doi.org/10.1016/j.foodres.2026.119460

(如需原文文章,可以扫描下方二维码添加科研小助领取)

翻译:刘琦琦

编辑:科研小助

审核:席书敏

专家指导:张康逸

供稿团队:小麦绿色精深加工与功能性食品创制创新团队

免责声明:本平台推送文章,仅供学术交流,本平台不主张原文的版权,如有侵权,请联系删除。文献解读如有疏漏之处,我们深表歉意,请作者团队及时联系我们,我们会在第一时间进行修改或撤稿重发,感谢您的谅解!

最新文章

随机文章