阅读说明：本技术 一种纤维素纳米纤稳定的胶状乳液的制备方法 (Preparation method of colloidal emulsion with stable cellulose nanofibers ) 是由 徐献兵 李想 宋亮 秦磊 杜明 于翠平 王震宇 董亮 吴超 白长军 于 2019-09-29 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种纤维素纳米纤稳定的胶状乳液的制备方法,包括步骤：以香菇柄粉末为原料,提取纤维素；将所述纤维素溶于水,利用高压均质制备纤维素纳米纤溶液；按照重量比1:(1～3)的比例在CNFs中加入植物油,10～90MPa均质2～20次,得到胶状乳液。本发明首次应用真菌子实体纤维素纳米纤制备稳定的胶状中内相乳液,并在50％内相比的条件下获得了胶状乳液。本发明制备方法所用原料均为食品级材料,资源丰富,具备绿色环保,可再生,低成本的优点,同时具有良好的生物降解性和生物相容性,胶状中内相乳液制备条件温和,操作简单,可以在25℃贮存30天不发生相分离,在食品、医药及化妆品等领域具有巨大的应用价值。(The invention discloses a preparation method of colloidal emulsion with stable cellulose nano-fiber, which comprises the following steps: taking mushroom stem powder as a raw material, and extracting cellulose; dissolving the cellulose in water, and preparing a cellulose nanofiber solution by utilizing high-pressure homogenization; adding vegetable oil into CNFs according to the weight ratio of 1 (1) - (3), and homogenizing for 2-20 times under 10-90 MPa to obtain the colloidal emulsion. The invention uses the fungal fruiting body cellulose nano-fiber for the first time to prepare the stable colloidal medium-internal phase emulsion, and the colloidal emulsion is obtained under the condition of 50% internal phase ratio. The raw materials used in the preparation method are food-grade materials, are rich in resources, have the advantages of environmental protection, reproducibility and low cost, and simultaneously have good biodegradability and biocompatibility, the preparation conditions of the colloidal medium-internal phase emulsion are mild, the operation is simple, the colloidal medium-internal phase emulsion can be stored for 30 days at 25 ℃ without phase separation, and the preparation method has great application value in the fields of food, medicine, cosmetics and the like.)

一种纤维素纳米纤稳定的胶状乳液的制备方法

技术领域

本发明属于乳液制备技术领域，具体涉及一种纤维素纳米纤稳定的胶状中内相乳液的制备方法。

背景技术

胶状乳液因其同时具有凝胶和乳液两方面的特性而吸引了众多研究者的兴趣，在食品、药品、化妆品和3D打印等领域广泛应用。胶状乳液中的胶状网络结构可以改善乳液的稳定性和抗氧化活性，从而抑制乳液中的不饱和脂肪酸氧化，这一特性使得胶状乳液在药物输送体系中发挥重要作用。当前研究证实，乳清蛋白、大豆蛋白、猪血浆蛋白及玉米醇溶蛋白等粒子均可以在胶状乳液中稳定油-水界面，形成均匀的胶状乳液。然而，这些粒子绝大多数为经过了化学修饰的蛋白质粒子，受温度及pH的影响较大。迄今为止，关于天然高分子稳定的胶状乳液的研究依然十分有限。

与蛋白质相比，应用纤维素生产胶状乳液的研究少之又少。纤维素是地球上最丰富的天然资源之一，也是陆生植物的主要组成部分。大量的研究文献证实，纤维素可以通过多种方式提取和改性后，作为乳化剂应用于食品产业中。其中，应用的最为广泛的为纳米级的纤维素，如纤维素纳米纤(cellulose nanofibrils,CNFs)等。CNFs因其高长径比，高强度，以及可以在乳液中形成网络的特性，在天然纳米级粒子中占有重要地位。在现有的文献报道中，具有稳定油水界面的功能的天然CNFs多取材于木材或植物，如山竹皮，棉花，Pinusradiate木材等，这些CNFs可以在乳液中稳定10％～35％的内相，形成流动性较大的乳液。然而这些取材于植物和木材的纤维素，富含大量硬质的木质素，在一定程度上影响了CNFs稳定油水界面的能力。

香菇为香蕈类真菌的子实体，是世界第二大食用菌，也是我国的特产之一，在民间素有“山珍”之称。香菇具有分解木质素的功能，其主要食用部分是其菌伞部位，而香菇柄因其较高的纤维素含量及不佳的适口性往往在加工过程中被丢弃，成为了工业废弃物，造成了极大的资源浪费。就我们的知识所及，在中内相水平实现胶状乳液的制备尚未见报道。

发明内容

本发明的目的是，采用香菇柄CNFs为分散相，通过高压均质法制备胶状中内相乳液。本发明首次利用真菌子实体纳米纤维素稳定胶状乳液，并在50％内相比的条件下获得了食品级胶状乳液。本发明制备方法所用原料均为食品级材料，资源丰富，具备绿色环保，可再生，低成本的优点，同时具有良好的生物降解性和生物相容性，胶状乳液制备条件温和，操作简单，兼具乳液和凝胶双重特性，在室温(25℃)条件下课稳定贮存30天而不发生相分离，在食品、医药及化妆品等领域具有巨大的应用价值。

为了达到上述目的，本发明提供一种纤维素纳米纤稳定的胶状乳液的制备方法，包括步骤：

S1、提取香菇纤维素(native cellulose,NC)：取干香菇柄粉末，加入其5～200倍重量的300mg/mL氢氧化钠溶液，煮沸后保持1～10h，20～180目筛过滤后所得沉淀为粗纤维素；取所述粗纤维素加入其5～50倍重量的9.97mol/L的过氧化氢溶液，30～70℃条件下以1000rpm搅拌1h，转入25℃条件下在继续以1000rpm搅拌1～24h，所得混合物过20～180目筛，所得沉淀A用去离子水洗至pH7.0～7.9，离心取沉淀B，即为香菇纤维素；所述香菇纤维素呈纤维状；

S2、制备香菇柄纤维素纳米纤(CNFs)：取步骤S1所述香菇纤维素溶于水，配置成所述纤维素浓度为10～25mg/mL的溶液，在10～90MPa高压均质2～20次，得纤维素钠米纤溶液；

S3、制备胶状乳液：取步骤S2所述的浓度为10～25mg/mL的纤维素纳米纤溶液，在所述纤维素纳米纤溶液中加入植物油，在10～90MPa下高压均质2～20次，得到纤维素纳米纤(CNFs)稳定的胶状乳液；其中所述纤维素纳米纤溶液和所述植物油的重量比为1:(1～3)。

优选方式下，步骤S1所述干香菇柄粉末的制备方法为：取水分含量小于13g/100g干香菇柄，破碎成20～180目粉末；所述离心为1000～10000rpm离心5～60min；所述干香菇柄符合食品安全国家标准食用菌及其制品GB7096-2014。

优选方式下，步骤S3所述植物油为大豆油、色拉油、玉米油、葵花籽油或调和油等食用油，及以食用油为基质通过萃取得到的赋香植物油。

优选方式下，所述纤维素纳米纤稳定的胶状乳液的制备方法，包括步骤：

S1、提取香菇纤维素(NC)：将干香菇柄粉碎后经20目筛过滤，得到香菇柄粉末10g，取所述香菇柄粉末加入2000g的300mg/mL氢氧化钠溶液，煮沸4h，所得混合物用120目筛过滤后得到粗纤维素，再将得到的粗纤维素10g加入200g的9.97mol/L的过氧化氢溶液，在70℃条件下在搅拌器中以1000rpm搅拌1h，转入25℃条件下在继续以1000rpm搅拌12h，所得混合物用120目筛过滤后取沉淀A，用去离子水洗至pH7.9，5000rpm离心30min取沉淀B，即得到香菇纤维素(NC)；

S2、制备香菇柄纤维素纳米纤(CNFs)：取步骤S1所述香菇纤维素溶于水，配置成香菇纤维素浓度为25mg/mL的溶液，然后在80MPa下高压均质10次得CNFs溶液；

S3、制备胶状乳液：取步骤S2所述CNFs溶液50g，在所述CNFs溶液中加入50g的大豆油，搅拌使大豆油均匀分散，在80MPa下高压均质10次，得到CNFs稳定的胶状乳液。

本发明的有益效果主要体现在以下四个方面：

第一，本发明首次应用真菌子实体CNFs稳定胶状乳液，香菇柄纤维素资源丰富，取材于香菇加工副产物，具备绿色环保，可再生，低成本的优点，同时具有良好的生物降解性和生物相容性。

第二，本发明中胶状乳液制备条件温和，操作简单，兼具乳液和凝胶双重特性，在室温(25℃)条件下稳定贮存30天而不发生相分离，在食品、医药及化妆品等领域具有巨大的应用价值。

第三，本发明利用真菌纳米纤维素在内相质量比为50％的中内相水平实现了胶状乳液的制备。

第四，本发明所述方法提取的香菇柄CNFs呈树枝状，能够在乳液中形成凝胶状网络，促进了胶状乳液的形成，进一步增加了所述乳液的稳定性。

附图说明

图1是本发明实施例1所得的胶状乳液外观图。

图2是本发明实施例2所得的胶状乳液外观图。

图3是本发明实施例3所得的胶状乳液外观图。

图4是本发明实施例4所得的胶状乳液外观图。

图5是本发明对比例1所得的胶状乳液外观图。

图6是本发明对比例2所得的胶状乳液外观图。

图7是本发明对比例3所得的胶状乳液外观图。

图8是本发明实施例1所得的胶状乳液在激光共聚焦显微镜下的微观形态图。

图9是本发明实施例2所得的胶状乳液在激光共聚焦显微镜下的微观形态图。

图10是本发明实施例3所得的胶状乳液在激光共聚焦显微镜下的微观形态图。

图11是本发明实施例4所得的胶状乳液在激光共聚焦显微镜下的微观形态图。

图12是本发明对比例1所得的胶状乳液在激光共聚焦显微镜下的微观形态图。

图13是本发明对比例2所得的胶状乳液在激光共聚焦显微镜下的微观形态图。

图14是本发明实施例1所得的胶状乳液在扫描电镜下的微观形态图。

图15是本发明实施例2所得的胶状乳液在扫描电镜下的微观形态图。

图16是本发明实施例3所得的胶状乳液在扫描电镜下的微观形态图。

图17是本发明实施例4所得的胶状乳液在扫描电镜下的微观形态图。

图18是本发明对比例1所得的胶状乳液在扫描电镜下的微观形态图。

图19是本发明对比例2所得的胶状乳液在扫描电镜下的微观形态图。

图20是本发明实施例1～4及对比例1～2所得胶状乳液在30天贮存过程中的硫代巴比妥酸值，图中小写字母a-e表示显著性差异(p＜0.05)。

图21是本发明实施例1～4及对比例1～2所得胶状乳液的乳化指数。

具体实施方式

下面通过具体实施实例对本发明做进一步说明，但本发明的实施方式不限于此。

本发明提供香菇柄CNFs稳定的胶状乳液制备方法，包括步骤：

S1、提取NC：将香菇柄粉粹成香菇柄粉末；取所述香菇柄粉末加入其5～200倍重量的300mg/mL氢氧化钠溶液，煮沸后保持1～10h，20～180目筛过滤后得粗纤维素；取所述粗纤维素加入其5～50倍体积的9.97mol/L的过氧化氢溶液，30～70℃条件下在搅拌器中以1000rpm搅拌1h，转入25℃条件下在继续以1000rpm搅拌1～24h，所得混合物过20～180目筛后用去离子水洗至pH7.0～7.9得到NC；所述NC呈纤维状.

S2、制备香菇柄CNFs：取步骤S1所述香菇纤维素在10～90MPa高压均质2～20次，得到CNFs；取所述CNFs溶于水，配置成10～25mg/mL的CNFs溶液。

S3、制备胶状乳液：取步骤S2所述的浓度为10～25mg/mL的CNFs溶液，以质量比为1:(1～3)的比例在纤维素溶液中加入植物油，搅拌使植物油均匀分散，在10～90MPa下高压均质2～20次，得到CNFs稳定的胶状乳液。

优选方式下，所述步骤S3植物油为大豆油、色拉油、玉米油、葵花籽油或调和油等食用油，及以食用油为基质通过萃取得到的赋香植物油。

实施例1：

S1、提取香菇纤维素(NC)：将水分含量小于13g/100g(食品安全国家标准食用菌及其制品GB7096-2014)的干香菇柄粉碎后经180目筛过滤，得到香菇柄粉末50g，加入250g的300mg/mL氢氧化钠溶液，煮沸1h，所得混合物用20目筛过滤后得到粗纤维素，再将得到的粗纤维素40g加入200g的9.97mol/L的过氧化氢溶液漂白，所述漂白过程为30℃条件下在搅拌器中以1000rpm搅拌1h，转入25℃条件下继续以1000rpm搅拌1h，所得混合物用20目筛过滤后取沉淀A，将所述沉淀A用去离子水洗至pH7.9，1000rpm离心60min取沉淀B，即得到香菇纤维素(NC)；

S2、制备香菇柄纤维素纳米纤(CNFs)：取步骤S1所述香菇纤维素溶于水，配置成香菇纤维素浓度为10mg/mL的溶液，然后在10MPa下高压均质2次得纤维素纳米纤(CNFs)溶液；

S3、制备胶状乳液：取步骤S2所述CNFs溶液50g，在所述CNFs溶液中加入100g玉米油，搅拌使玉米油均匀分散，在10MPa下高压均质2次，得到CNFs稳定的胶状乳液。本实施例制备的胶状乳液均匀稳定，在室温(25℃)下放置30天未出现肉眼可见的相分离。

实施例2：

S1、提取香菇纤维素(NC)：将水分含量小于13g/100g(食品安全国家标准食用菌及其制品GB7096-2014)的干香菇柄粉碎后经100目筛过滤，得到香菇柄粉末50g，加入5000g的300mg/mL氢氧化钠溶液，煮沸10h，所得混合物用180目筛过滤后得到粗纤维素，再将得到的粗纤维素40g加入200g的9.97mol/L的过氧化氢溶液，60℃条件下在搅拌器中以1000rpm搅拌1h，转入25℃条件下在继续以1000rpm搅拌24h，所得混合物用180目筛过滤后取沉淀A，将所述沉淀A用去离子水洗至pH7.9，5000rpm离心30min取沉淀B，即得到香菇纤维素(NC)；

S2、制备香菇柄纤维素纳米纤(CNFs)：取步骤S1所述香菇纤维素溶于水，配置成香菇纤维素浓度为15mg/mL的溶液，然后在90MPa下高压均质20次得纤维素纳米纤(CNFs)溶液；

S3、制备胶状乳液：取步骤S2所述CNFs溶液50g，在所述CNFs溶液中加入150g的大豆油，搅拌使大豆油均匀分散，在90MPa下高压均质20次，得到CNFs稳定的胶状乳液。本实施例制备的胶状乳液均匀稳定，在室温(25℃)下放置30天未出现肉眼可见的相分离。

实施例3：

S1、提取香菇纤维素(NC)：将水分含量小于13g/100g(食品安全国家标准食用菌及其制品GB7096-2014)的干香菇柄粉碎后经100目筛过滤，得到香菇柄粉末10g，取所述香菇柄粉末加入2000g的300mg/mL氢氧化钠溶液，煮沸4h，所得混合物用120目筛过滤后得到粗纤维素，再将得到的粗纤维素10g加入200g的9.97mol/L的过氧化氢溶液，在70℃条件下在搅拌器中以1000rpm搅拌1h，转入25℃条件下继续以1000rpm搅拌12h，所得混合物用120目筛过滤后取沉淀A，将所述沉淀A用去离子水洗至pH7.9，10000rpm离心5min取沉淀B，即得到香菇纤维素(NC)；

S2、制备香菇柄纤维素纳米纤(CNFs)：取步骤S1所述香菇纤维素溶于水，配置成香菇纤维素浓度为20mg/mL的溶液，然后在80MPa下高压均质10次得CNFs溶液；

S3、制备胶状乳液：取步骤S2所述CNFs溶液50g，在所述CNFs溶液中加入50g的大豆油，搅拌使大豆油均匀分散，在80MPa下高压均质10次，得到CNFs稳定的胶状乳液。本实施例制备的胶状乳液均匀稳定，在室温(25℃)下放置30天未出现肉眼可见的相分离。

实施例4：

S1、提取香菇纤维素(NC)：将水分含量小于13g/100g(食品安全国家标准食用菌及其制品GB7096-2014)的干香菇柄粉碎后经20目筛过滤，得到香菇柄粉末10g，取所述香菇柄粉末加入2000g的300mg/mL氢氧化钠溶液，煮沸4h，所得混合物用120目筛过滤后得到粗纤维素，再将得到的粗纤维素10g加入200g的9.97mol/L的过氧化氢溶液漂，在70℃条件下在搅拌器中以1000rpm搅拌1h，转入25℃条件下在继续以1000rpm搅拌12h，所得混合物用120目筛过滤后取沉淀A，将所述沉淀A用去离子水洗至pH7.9，5000rpm离心30min取沉淀B，即得到香菇纤维素(NC)；

S2、制备香菇柄纤维素纳米纤(CNFs)：取步骤S1所述香菇纤维素溶于水，配置成香菇纤维素浓度为25mg/mL的溶液，然后在80MPa下高压均质10次得CNFs溶液；

S3、制备胶状乳液：取步骤S2所述CNFs溶液50g，在所述CNFs溶液中加入50g的大豆油，搅拌使大豆油均匀分散，在80MPa下高压均质10次，得到CNFs稳定的胶状乳液。本实施例制备的胶状乳液均匀稳定，在室温(25℃)下放置30天未出现肉眼可见的相分离。

对比例1

S1、提取香菇纤维素(NC)：将水分含量小于13g/100g(食品安全国家标准食用菌及其制品GB7096-2014)的干香菇柄粉碎后经200目筛过滤，得到香菇柄粉末10g，取所述香菇柄粉末加入3000g的300mg/mL氢氧化钠溶液，煮沸12h，所得混合物用200目筛过滤后得到粗纤维素，再将得到的粗纤维素10g加入1000g的9.97mol/L的过氧化氢溶液漂白，所述漂白过程在100℃条件下在搅拌器中以1000rpm搅拌1h，转入25℃条件下在继续以1000rpm搅拌48h，所得混合物用200目筛过滤后取沉淀A，将所述沉淀A用去离子水洗至pH7.9，5000rpm离心30min取沉淀B，即得到香菇纤维素(NC)；

S2、制备香菇柄纤维素纳米纤(CNFs)：取步骤S1所述香菇纤维素溶于水，配置成香菇纤维素浓度为5mg/mL的溶液，然后在100MPa下高压均质30次得CNFs溶液；

S3、制备胶状乳液：步骤S2所述CNFs溶液50g，在所述CNFs溶液中加入200g大豆油，搅拌使大豆油均匀分散，在100MPa下高压均质30次，得到胶状乳液。本对比例不能制备成稳定乳液，高压均质后即发生肉眼可见的相分离。

对比例2

S1、提取香菇纤维素(NC)：将水分含量小于13g/100g(食品安全国家标准食用菌及其制品GB7096-2014)的干香菇柄粉碎后经200目筛过滤，得到香菇柄粉末10g，取所述香菇柄粉末加入3000g的300mg/mL氢氧化钠溶液，煮沸30h，所得混合物用200目筛过滤后得到粗纤维素，再将得到的粗纤维素10g加入10g的9.97mol/L的过氧化氢溶液漂白，所述漂白过程在4℃条件下在搅拌器中以1000rpm搅拌1h，转入25℃条件下在继续以1000rpm搅拌30min，所得混合物用200目筛过滤后取沉淀A，将所述沉淀A用去离子水洗至pH7.0，5000rpm离心30min取沉淀B，即得到香菇纤维素(NC)；

S2、制备香菇柄纤维素纳米纤(CNFs)：取步骤S1所述香菇纤维素溶于水，配置成香菇纤维素浓度为30mg/mL的溶液，然后在5MPa下高压均质1次得CNFs溶液；

S3、制备胶状乳液：步骤S2所述CNFs溶液200g，在所述CNFs溶液中加入50g的大豆油，搅拌使大豆油均匀分散，在5MPa下高压均质1次，得到胶状乳液。本对比例制备的乳液流动性强，不能成为胶状乳液，在室温(25℃)下放置2天后出现肉眼可见的相分离。

对比例3

取市售植物纤维素纳米晶(湖州菱湖新望化学有限公司，20161006)溶于水，配置成10mg/mL的纤维素纳米晶溶液，取浓度为10mg/mL的纤维素纳米晶溶液100g，向其中加入100g的大豆油，搅拌使大豆油均匀分散，在20MPa下高压均质1次，得到乳液。所述方法制备的乳液流动性强，不能成为胶状乳液，在室温(25℃)下放置4h后出现肉眼可见的相分离。

各例中制备的乳液的外观图如图1～7所示，实施例1～4所制备的乳液具有显著的胶状乳特性，乳液呈现均匀稳定的状态，流动性较低，倒置时不会流下。而对比例1～3中的乳液均呈现流动的状态，对比例1的乳液不稳定，下层有水析出，而对比例3中的乳液顶部的油滴清晰可见；而在对比例2中，乳液流动性较高，沿瓶壁缓缓流下，不能形成胶状乳液。

图8～13为实施例1～4及对比例1～2所制备的乳液的激光共聚焦扫描图象。结果表明，各例制备的乳液均呈现水包油型乳液的形态，CNFs分散在连续相中，并包被在油滴的表面，从而达到稳定乳液的作用。实施例1～4的胶状乳液中的油滴均具有均匀的圆形轮廓，而油滴在对比例1和2中变为非球形，并且呈现即将聚结的状态。在对比例1中，油滴高度分散且直径较大，此时油滴聚集成大颗粒，从而使乳液的稳定性降低。而在对比例2中，冗余的CNFs在连续相中绞结缠绕，这些不均匀分散的CNFs使得油滴聚结并呈现多边形，导致乳液的稳定性降低。乳液的微观形态表明实施例1～4制备的乳液具有水包油型乳液的形貌特征，CNFs均匀分布在油滴表面，从而形成稳定的胶状乳液。而对比例1～2中制备的乳液呈现不稳定性的形态。

图14～19为实施例1～4及对比例1～2所制备的乳液扫描电镜图，结果进一步证实了激光共聚焦所呈现的乳液微观结构。由图可知，CNFs在乳液中相互连接，形成了多孔桥连的网络，使油滴嵌入其中，达到稳定乳液的作用。这种CNFs桥连网络在在对比例1中较少，因而对比例1中的油滴呈现聚集的状态，预示着乳液的不稳定性。实施例1～4中的CNFs网络均匀的分布在连续相和油滴表面，此时乳液具有较高的稳定性。而在对比例2中，可以观察到连续相中存在大量过量的CNFs，这种过量的CNFs扭结缠绕，形成一团致密的小团聚体，进一步证实了激光共聚焦扫描图象的结果。此外，与实施例1～4及对比例1中观察到的光滑的油滴表面不同的是，过量的CNFs团聚体使得对比例2中的油滴的表面变得粗糙，这些聚集体可以形成不规则的空间位阻，导致乳液的稳定性下降。

图20为应用硫代巴比妥酸法测定实施例1～4及对比例1～2所制备的乳液中的脂质氧化程度。在20天的贮存过程中，大豆油的硫代巴比妥酸值(TBARS)在1.26±0.17mmol/kg油与2.84±0.14mmol/kg油之间，远远高于实施例1～4及对比例1～2的乳液在同等时间贮藏后的TBARS。这一结果可能是因为包被在油滴表面的CNFs抑制了脂质的氧化，从而降低了乳液中的TBARS。值得注意的是，对比例2的TBARS明显高于CNFs浓度更低的实施例4，该结果可能与对比例2乳液的不稳定性有关。与在水层上方具有乳化层的对比例1相比，对比例2表面上暴露的油滴可能加剧大豆油的脂质氧化(参见图6)。

图21为通过离心的方式测定实施例1～4及对比例1～2所制备的乳液乳化指数；其中乳化指数通过下述公式进行计算，图中小写字母a～e表示显著性差异(p＜0.05)。

由图可知，各例间乳化指数分布在49.94±2.04％到99.80±1.05％之间。其中，对比例1的乳化指数最低，为49.94±2.04％。实施例1～4中所制备的胶状乳液在离心后均呈现均匀乳化层在顶部，析出的水层在底部的状态。然而，对比例2中的乳液虽具有较高的乳化指数，但是在其顶部可以观察到明显的油滴析出，预示着对比例2所制备的乳液的不稳定性。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。