天津科技大学生物质基纤维材料全国重点实验室在纤维素纳米晶体研究领域取得重要进展

近日，天津科技大学生物基纤维材料全国重点实验室在食品级纳米纤维素可逆干燥再分散技术领域取得关键进展，研究采取竞争性策略解决了纤维素纳米晶体（CNCs）不可逆聚集导致的行业难题，相关成果“Achieving reversible dispersion and facile modification of dried cellulose nanocrystals using polyethylene glycol dimethyl ether as a superior capping agent”发表于国际食品领域顶级期刊《Food Hydrocolloids》。

CNCs作为源自天然植物的绿色纳米材料，具有高比表面积、良好的生物相容性和可降解性，在食品领域应用前景广阔。然而，在喷雾干燥等常用热干燥工艺中，CNCs 易因分子间氢键作用发生不可逆聚集，破坏其纳米功能。因此目前多采用高含水量悬浮液形式储运，导致物流与仓储成本显著增加，限制了其规模化应用。

图1. 干燥CNCs的PD增强再分散机制示意图

针对食品工业规模化应用的核心痛点，研究团队创新性地提出以聚乙二醇二甲醚（PD）作为封端剂，构建了CNCs 的高效干燥-再分散体系。仅需在CNCs 中添加10wt%的PD，即可在干燥过程中通过 PD 分子链上的醚氧单元与CNCs 表面羟基形成氢键，竞争性占据氢键结合位点，有效抑制CNCs 间强氢键网络的形成。该分散剂与CNCs的氢键结合力弱于水与CNCs间的氢键作用，通过简单水洗即可快速去除，无残留风险。与传统方法相比，该策略显著提升了干燥后 CNCs 的再分散性能，在水中可快速复分散并恢复原生纳米结构，再分散液的理化性质与原始 CNCs 完全一致。这些结果证明了PD作为封端剂在防止CNCs 聚集方面的卓越功效，从而能够方便地以干燥固体形式储存和应用 CNCs。

图2. PD干预的CNCs干燥再分散机制

本研究的核心突破在于解决了纳米纤维素干燥后不可逆聚集这一行业关键难题，所开发的PD介导干燥-再分散策略具备操作简便、成本可控、环境友好等优势，尤其适用于食品工业的规模化生产需求。

全文链接：https://authors.elsevier.com/a/1mIN7,65-xnV5B或https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0268005X25013323

编辑：田珺  张晓飞