《Bioresource Technology》：High-pressure homogenised rice bran nanofibers as stabilisers in pickering emulsions: Interfacial behaviour, emulsification efficiency and oxidative stability
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本研究针对天然、食品级的皮克林乳液（PEs）稳定剂开发需求，以农业副产物米糠为原料，通过化学预处理与高压均质（HPH）联用技术，成功制备了米糠纳米纤维（RBNFs）。研究发现，经5次150 bar HPH处理所得的RBNFs具有最优的界面性能与乳化效率，能在油水界面形成稳定网络，显著提升乳液抗聚结与氧化稳定性，并在4°C储存条件下具有长达110天的预估保质期。该工作不仅为米糠高值化利用提供了新路径，其低能耗的清洁生产方式也符合联合国可持续发展目标（SDG 7）。
在许多食品、化妆品和制药产品中，乳液都扮演着关键角色。传统的乳液依靠小分子表面活性剂来稳定油滴和水，但它们有时不够稳定，尤其在面对温度变化和长期储存时。寻找更稳定、更天然，最好还能变废为宝的稳定剂，成了科学家们的一大挑战。米糠，这个在碾米过程中产生的大量副产物，富含纤维素等成分，似乎是个不错的选择。但天然的米糠纤维素纤维润湿性差，在界面上不够“活跃”，难以直接担此重任。那么，能否通过现代加工技术“激活”它，让它从“潜力股”变成皮克林乳液稳定剂的“实力派”呢？这正是发表在《Bioresource Technology》上的这项研究所要回答的问题。
研究人员采用了几个关键技术来开展这项研究：首先是米糠纳米纤维的制备，通过对脱脂米糠进行化学处理（碱处理、漂白、酸水解）并结合不同次数的高压均质，获得了四种不同处理程度的纳米纤维。其次，利用这些纳米纤维制备了水包油型皮克林乳液。对纳米纤维和乳液的表征则综合运用了多种分析技术：使用扫描电子显微镜和原子力显微镜观察纳米纤维的微观形貌；通过傅里叶变换红外光谱、X射线衍射和差示扫描量热法分析其化学结构与热性质；采用悬滴张力仪测量并计算其在气-水及油-水界面的动态界面张力及扩散、吸附、重排动力学常数；对乳液则系统测定了其粒径分布、ζ电位、流变特性、乳析指数，并通过共聚焦激光扫描显微镜直观观察了液滴形态与纳米纤维的分布；最后，通过硫代巴比妥酸反应物测定法评估了乳液在不同储存温度下的氧化稳定性，并进行了动力学建模以预测保质期。
3.1. 形态与纤维化
通过扫描电子显微镜和原子力显微镜观察发现，随着高压均质次数的增加，米糠纳米纤维的纤维化程度提高，细胞碎片减少，纤维更清晰可见。经过5次处理的样品宽度最小，降至约32.80纳米，表面粗糙度也相应增加，表明高压均质有效促进了纤维的解离和尺寸减小。
3.2. ζ电位
ζ电位测量表明，增加高压均质次数显著提高了纳米纤维悬浮液的负电性（从-26.24 mV增至-31.53 mV），这表明颗粒间静电斥力增强，有助于形成更均匀、更稳定的分散体系。
3.3. 傅里叶变换红外光谱
光谱分析显示，经过高压均质处理后，代表纤维素的典型峰强度增强，而代表半纤维素和木质的特征峰减弱或消失，证实了化学与高压均质联合处理有效去除了非纤维素成分，纯化并暴露了更多的纤维素结构。
3.4. X射线衍射
X射线衍射分析表明，高压均质处理提高了米糠纳米纤维的结晶度，从原料的16.30%提升至经5次处理后的60.75%。结晶度的增加可能与纤维尺寸减小、表面增大后纤维素晶体更好的排列与堆积有关。
3.5. 差示扫描量热法
热分析结果显示，经处理的纳米纤维在约320°C处出现明显的纤维素降解吸热峰，且其熔融焓随高压均质次数增加而升高，这与结晶度增加的结果相互印证，表明高压均质处理增强了纤维素的结构完整性。
3.6. 界面性质
动态界面张力测量表明，高压均质处理显著降低了纳米纤维在气-水及油-水界面的界面张力。动力学分析进一步揭示，随着处理次数增加，纳米纤维在界面的扩散和重排速率常数增大，特别是在油-水界面，其重排速率常数最高，这表明处理后的纳米纤维能更快速地在界面形成稳定的吸附层。
3.7. 高压均质循环次数对乳液稳定性的影响
乳液分析显示，经过5次高压均质处理的乳液具有最小的平均液滴尺寸和最窄的粒径分布，并且在35天储存期内未观察到乳析现象。其ζ电位绝对值最高，表现出最佳的静电稳定性。流变学测试表明，该乳液具有最高的表观粘度和最强的类固体弹性行为，证实了其内部形成了坚固的网络结构。
3.8. 流变学特性
所有乳液均表现出剪切稀化行为。经5次高压均质处理的乳液具有最高的稠度系数和最强的弹性模量，且在整个30天测试期内未出现粘弹性模量交叉点，说明其形成了最稳定、最坚固的凝胶网络结构，能有效抑制液滴的移动和聚并。
3.9. 微观结构
共聚焦激光扫描显微镜图像直观显示，在经5次处理的乳液中，纳米纤维有效地吸附在油滴界面并相互连接，形成了一个连续的网状结构，将油滴包裹并固定其中。而在处理次数较少的乳液中，大量纳米纤维仍游离于连续相中，未能有效覆盖界面。
3.10. 储存温度对乳液稳定性的影响
将最佳工艺制备的乳液置于4°C、30°C和60°C下储存。结果表明，4°C储存的乳液物理稳定性最佳，粘度下降最慢，粘弹性保持最好；而60°C储存的乳液则很快出现乳析，ζ电位大幅下降，粘度显著降低，说明高温加速了乳液结构的破坏。
3.11. 氧化稳定性动力学与Q10值研究
通过测定不同温度下储存乳液中硫代巴比妥酸反应物的生成量，评估其氧化稳定性。动力学模型预测，在4°C、30°C和60°C下，乳液的预估保质期分别为110天、64天和36天。Q10值分析表明，氧化反应速率随温度升高而加快，尤其在高温区间更为敏感，这说明低温储存对于延长富含不饱和脂肪酸的米糠油乳液的保质期至关重要。
结论与讨论
本研究成功证明，通过化学预处理结合高压均质技术，可以有效地将米糠副产物转化为高性能的食品级皮克林乳液稳定剂——米糠纳米纤维。高压均质处理不仅细化了纤维尺寸，提高了结晶度和表面电荷，更重要的是显著改善了其在油-水界面的吸附与重排动力学。经5次150 bar高压均质处理得到的纳米纤维，能制备出液滴细小均匀、具有坚固三维网络结构的稳定乳液。该乳液在4°C下可保持长期稳定，并具有优越的抗氧化能力。这项工作的重要意义在于：首先，它为农业副产物米糠的高值化利用开辟了一条新途径，符合循环经济和可持续材料发展的理念。其次，所开发的米糠纳米纤维作为一种天然、可食用的颗粒稳定剂，为食品、化妆品等行业提供了替代合成表面活性剂的新选择。最后，该工艺本身能耗相对较低，且制备的稳定乳液可能减少产品对反复均质和冷藏的依赖，这与联合国可持续发展目标中关于清洁能源和能效提升的方向相契合，展示了生物基材料在促进工业能源效率方面的潜力。
