楊文靜，吳 澎*，艾仕云,2*

（1.山東農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，山東泰安 271018；2.山東農(nóng)業(yè)大學(xué)化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院，山東泰安 271018）

我國(guó)作為農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)大國(guó)，納米纖維素的材料來(lái)源非常廣泛。甘蔗渣、大豆秸稈、玉米秸稈、木屑等農(nóng)產(chǎn)品廢棄物都含有較多的纖維素，甘蔗渣纖維素含量約為52%，木屑纖維素含量約為43%。纖維素通過機(jī)械處理或化學(xué)處理等各種方式制備出納米纖維素。用科學(xué)手段對(duì)農(nóng)產(chǎn)品廢棄物進(jìn)行深加工再利用具有迫切的現(xiàn)實(shí)需求，盡管我國(guó)在納米纖維素的研究制備方面還相對(duì)落后，但是近年來(lái)國(guó)家針對(duì)該研究?jī)?nèi)容逐步推進(jìn)。當(dāng)前階段，在國(guó)家相關(guān)政策的鼓勵(lì)下，納米纖維素綠色高效的工業(yè)化制備和商業(yè)化應(yīng)用已經(jīng)成為熱點(diǎn)。目前，全球納米纖維素研究技術(shù)的成熟極大地推動(dòng)了納米纖維素由實(shí)驗(yàn)室小規(guī)模生產(chǎn)研究落實(shí)到大規(guī)模工業(yè)化成熟應(yīng)用，但由于該技術(shù)研究?jī)?nèi)容的復(fù)雜性，僅在美國(guó)、加拿大、日本等少數(shù)發(fā)達(dá)國(guó)家能夠?qū)崿F(xiàn)大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。

納米纖維素是指源自于細(xì)菌或植物的一種直徑在納米級(jí)的纖維素，在原料提取之后經(jīng)過對(duì)其進(jìn)行軟化、活化、酶切等一系列手段之后制備成的納米級(jí)纖維素，并且該類纖維素具有一維尺寸[1]，具有比表面積大、反應(yīng)活性高、理化特性優(yōu)異、可生物降解以及可再生等特點(diǎn)。納米纖維素不僅能夠增強(qiáng)聚合物復(fù)合材料的機(jī)械性能，同時(shí)也能夠保持材料的優(yōu)異結(jié)構(gòu)及其生物可降解性，在造紙、生物醫(yī)藥、包裝材料等諸多領(lǐng)域都展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景[2]。

本文首先總結(jié)歸納了當(dāng)前不同研究機(jī)構(gòu)對(duì)于納米纖維素的研究?jī)?nèi)容，包括納米纖維素的分類，制備過程以及在不同領(lǐng)域的應(yīng)用研究，包括在生物醫(yī)藥、食品加工、造紙行業(yè)對(duì)納米纖維素的應(yīng)用現(xiàn)狀，同時(shí)分析在以上不同領(lǐng)域應(yīng)用過程中存在的諸多問題，在總結(jié)歸納的基礎(chǔ)上對(duì)納米纖維素的未來(lái)應(yīng)用發(fā)展空間和未來(lái)技術(shù)發(fā)展方向進(jìn)行了展望，以期為納米纖維素生產(chǎn)制備理論研究的實(shí)際應(yīng)用提供技術(shù)支持和參考。

1 納米纖維素的分類及制備

納米纖維素根據(jù)其結(jié)構(gòu)和形態(tài)主要分為三類：納米纖維素纖維（nanocellulose fiber，CNF）、納米纖維素晶體（nanocellulose crystal，CNC）和細(xì)菌纖維素（bacterial cellulose，BC）[3]。

1.1 納米纖維素的分類

1.1.1 CNF

CNF 是指直徑范圍在5～50 nm、長(zhǎng)度為數(shù)微米的納米纖維素纖維[4]，一般由機(jī)械法制備得到，該制備過程對(duì)CNF 的晶體結(jié)構(gòu)和化學(xué)性能的影響較小，其無(wú)定形區(qū)都得到較好的保留。CNF 可以作為復(fù)合增強(qiáng)材料和膜材料，在造紙、食品包裝材料以及電子制造等其他行業(yè)的應(yīng)用非常廣泛。

1.1.2 CNC

CNC 是指直徑范圍在5～50 nm，長(zhǎng)度范圍在100～500 nm 的棒狀或針狀納米纖維素晶體[5]，一般由酸解法制備得到，其無(wú)定形區(qū)基本被水解，具有較高的結(jié)晶度，能夠制備納米復(fù)合材料，作為增強(qiáng)相為高附加值復(fù)合材料的發(fā)展提供了新的方向。

1.1.3 BC

BC 是指由細(xì)菌合成的納米纖維素[6]，它的直徑范圍在25～100 nm，長(zhǎng)度為數(shù)微米，彼此相互交織形成致密的納米纖維網(wǎng)絡(luò)。BC 可以通過靜態(tài)和動(dòng)態(tài)兩種培養(yǎng)模式直接由細(xì)菌階段按照納米纖維的形式進(jìn)行分泌，進(jìn)而轉(zhuǎn)移到水性培養(yǎng)基中進(jìn)行后續(xù)的培養(yǎng)過程。相較于植物纖維素，BC 是由細(xì)菌等微生物直接產(chǎn)生的細(xì)胞外多糖結(jié)構(gòu)，其內(nèi)部沒有雜質(zhì)（果膠、木質(zhì)素、半纖維素等），同時(shí)更沒有雜質(zhì)與纖維素之間相對(duì)復(fù)雜的組合關(guān)系，是一種新型的高純的纖維素[7-8]。

1.2 納米纖維素的制備

1.2.1 CNF 的制備

在早期的采集制備過程中，通過利用高壓均質(zhì)機(jī)進(jìn)行反復(fù)均質(zhì)化處理得到最終需要的CNF 材料[9-10]。周素坤等[9]使用機(jī)械分散和高壓均質(zhì)兩種不同的制備方法，在不同的原材料中制備得到了直徑和最大長(zhǎng)度均在100nm以下的微纖化纖維素。Leitner 等[11]同樣采用了高壓均質(zhì)機(jī)，使用純化之后的甜菜纖維原料，在對(duì)其進(jìn)行均質(zhì)化處理之后破壞了甜菜纖維中原有的細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)，最終制備得到了微纖化纖維素，在經(jīng)過干燥后利用該微纖化纖維素，制備得到了高強(qiáng)度纖維片。此外，一些研究機(jī)構(gòu)還采用了其他機(jī)械處理方法制備納米纖維素，比如超聲波方法、冷凍粉碎法等，少數(shù)研究人員還采用了微射流法和膠體研磨方法[9]。不同提取方法的優(yōu)缺點(diǎn)具體見表1。

表1 CNF 制備方法對(duì)比Table 1 Comparison of preparation methods of CNF

1.2.2 CNC 的制備

納米纖維素晶體的制備通常選用酸水解或者酶解法，制備過程使用的酸一般為硫酸或鹽酸，部分情況也可以使用其他無(wú)機(jī)酸或有機(jī)酸（比如甲酸），也可將無(wú)機(jī)酸和有機(jī)酸按照一定的配比原則進(jìn)行配比[22]。唐麗榮等[10]在硫酸濃度56%、反應(yīng)溫度40 ℃、水解時(shí)間90 min 的條件下水解微晶纖維素，制得直徑為2～24 nm、長(zhǎng)度為50～450 nm 的納米微晶纖維素。Guan 等[23]利用水解棉短絨和濃度為64%的硫酸制取出了僅有納米級(jí)別的微晶纖維素，但是由于物質(zhì)生產(chǎn)過程中原材料的來(lái)源和生產(chǎn)過程使用的酸的數(shù)量、濃度、停留時(shí)間都略有差異，因此得到的最終的納米纖維素在其晶粒尺寸方面存在很大的差異。曹媛[24]通過超聲波輔助酶法生產(chǎn)納米纖維素，生產(chǎn)過程采用了以松木化學(xué)漿作基質(zhì)，以短時(shí)間內(nèi)生成物的同一性為目標(biāo)，從9 個(gè)不同種類的纖維素酶中，選擇了里氏木霉SCB18 的纖維素酶，通過超聲波處理酵解后的纖維素，一定程度上使纖維粒子擴(kuò)散，從而增加了CNC的得率。

綜上可知，納米纖維素晶體可以通過酸法或超聲波輔助酶解法制得，但酸法制備會(huì)造成環(huán)境污染，并且無(wú)機(jī)強(qiáng)酸制備的過程產(chǎn)物容易降解，使產(chǎn)量下降，需要提前終止反應(yīng)，超聲波輔助酶法制備優(yōu)于酸法，因此未來(lái)可考慮降低對(duì)無(wú)機(jī)強(qiáng)酸的消耗，并建議通過采用兩種或兩種以上的工藝生產(chǎn)納米纖維素結(jié)晶。

1.2.3 BC 的制備

細(xì)菌纖維素是采用靜態(tài)和動(dòng)態(tài)培養(yǎng)兩種方式相結(jié)合，通過對(duì)微生物進(jìn)行自然發(fā)酵得到所需的產(chǎn)品，其中木醋球菌Ax 是報(bào)道時(shí)間最早同時(shí)應(yīng)用場(chǎng)景最多、研究最透徹的生產(chǎn)纖維素菌種。Ax 是當(dāng)前研究中所知的合成纖維素功能最高并且能夠利用多種底物的菌種[25]，并且采用A 線合成的纖維素成分非常純凈，不包含半纖維素、木質(zhì)素和果膠等雜質(zhì)[26]，純度高。蘇玉玉[27]通過玉米水解液發(fā)酵合成纖維素，研究中發(fā)現(xiàn)了玉米淀粉水解液可以作為細(xì)菌纖維素的發(fā)酵原材料，并進(jìn)一步對(duì)發(fā)酵過程中的溫度、pH、裝液量、接種量、還原糖濃度等控制因素進(jìn)行了工藝生產(chǎn)技術(shù)研究，研究結(jié)果顯示，當(dāng)前階段生產(chǎn)細(xì)菌纖維素時(shí)所面臨的投入成本高、生產(chǎn)產(chǎn)量低的問題都可以得到明顯的改善。研究人員緊接著以玉米淀粉為原料基礎(chǔ)，對(duì)采用工業(yè)化制備方法得到的微生物纖維素進(jìn)行了進(jìn)一步的研究探索，一方面可以促進(jìn)玉米淀粉和微生物纖維素產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的發(fā)展，另一方面也大大提高了工業(yè)化生產(chǎn)細(xì)菌纖維素的質(zhì)量。陳一源等[28]以黃酒糟酶解液為主要原料，用葡糖醋桿菌BC19-2 發(fā)酵生產(chǎn)了細(xì)菌纖維素產(chǎn)品。結(jié)果顯示，酒糟酶解3 h、初始pH 6.0、接種量6%時(shí)，在30 ℃恒溫發(fā)酵7 d，細(xì)菌纖維素的總產(chǎn)量即為70 g/100 mL（濕質(zhì)量），干質(zhì)量約為3.8 g/100 mL。黃酒酒糟的生產(chǎn)成本低，且擁有充足的資源優(yōu)勢(shì)，酵解后發(fā)酵制備納米細(xì)菌纖維素產(chǎn)量大、效果良好，有著良好的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用前景。

不同形態(tài)的納米纖維素制備技術(shù)不同,但納米纖維素的形狀對(duì)其理化特性和應(yīng)用特點(diǎn)產(chǎn)生了很大影響，近年來(lái)，針對(duì)納米纖維素形狀的問題研究已成為重點(diǎn)研究方向，而針對(duì)不同形態(tài)納米纖維素采用的不同的設(shè)計(jì)技術(shù)也對(duì)納米纖維素的研究與后續(xù)的生產(chǎn)應(yīng)用有著重大價(jià)值。

2 納米纖維素的性能

2.1 持水性

纖維素的持水性是指其吸收并保留水的性質(zhì)。納米纖維素由于在持水性和離子滲透性方面具有優(yōu)良的性能，近年來(lái)在很多維生素產(chǎn)品和化妝品生產(chǎn)加工過程中作為美白和平衡的物質(zhì)。

纖維粒徑大小和纖維結(jié)構(gòu)是限制纖維素持水性的兩個(gè)主要方面，并且纖維粒徑越小，纖維素的持水力就越強(qiáng)[25]。李小紅等[29]從甘蔗渣的纖維素中分離得到了所需的納米纖維素和微晶纖維素，并且對(duì)兩者的持水性能進(jìn)行了測(cè)定，經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)納米纖維素和微晶纖維素對(duì)同1 g 干物質(zhì)的持水力差，分別為8.52 g 和5.18 g。與植物納米纖維素相似，細(xì)菌纖維素也具有納米級(jí)的3D 空間結(jié)構(gòu)[30]，因?yàn)锽C 的主要組成物為高密度的孔道，從而具有良好的透水性能和更高的持水性。

2.2 結(jié)晶性

結(jié)晶性是研究納米纖維素的重要指標(biāo)之一，一般以結(jié)晶度的大小表示納米纖維素的結(jié)晶性。結(jié)晶度是指聚合物中結(jié)晶區(qū)域所占的比例，可以通過X 射線衍射等方法分析計(jì)算[25]。在應(yīng)用中，納米纖維素的質(zhì)量可通過結(jié)晶度的大小來(lái)反映，進(jìn)而決定納米纖維素的用途。王封丹等[31]采用人纖漿為主要原料，利用NaOH 等化學(xué)助劑生產(chǎn)納米纖維素，使天然纖維素水解后再生，改變纖維素物質(zhì)的結(jié)構(gòu)。經(jīng)過測(cè)定，所得納米纖維素和人纖漿的結(jié)晶度分別是59.62%和66.44%，據(jù)計(jì)算應(yīng)該是在反應(yīng)過程中，因?yàn)槿死w漿在NaOH 溶劑中快速水解并迅速再生，對(duì)纖維素的分子鏈進(jìn)行了重整，使得在制備過程中纖維素的結(jié)晶度急劇減少。唐麗榮等[32]利用堿水解法制備出顆粒尺寸為20～40 nm、結(jié)晶度為79.71%、晶粒平均尺寸為3～6 nm 的準(zhǔn)球形納米纖維素。綜上所述，結(jié)晶度的大小受各種條件和因素的影響，進(jìn)而對(duì)納米纖維素的結(jié)晶性產(chǎn)生影響。

2.3 生物相容性

納米纖維素可以用于酶、蛋白的固定化、藥物載體、人造血管、皮膚修復(fù)和骨骼愈合、再生等[33]，因?yàn)樗哂辛己玫纳锵嗳菪?，在毒理學(xué)試驗(yàn)中證明其對(duì)人體細(xì)胞沒有毒性，這促進(jìn)了其在生物醫(yī)學(xué)方面的應(yīng)用。An?lovar等[34]在試驗(yàn)小鼠體內(nèi)植入納米纖維素，并在試驗(yàn)的十二周內(nèi)觀察其相容性，結(jié)果表明，小鼠體內(nèi)細(xì)胞已經(jīng)與納米纖維素融合為一體，并且試驗(yàn)體沒有表現(xiàn)出任何排異反應(yīng)或慢性炎癥，表明納米纖維素有良好的生物相容性。納米纖維素的生物相容性在生物醫(yī)學(xué)方面已成為研究熱點(diǎn)。

3 納米纖維素的應(yīng)用

3.1 在食品行業(yè)中的應(yīng)用

作為水解產(chǎn)物的天然纖維素，納米纖維素可以被廣泛應(yīng)用于食品產(chǎn)業(yè)的各個(gè)方面，因?yàn)樗瑫r(shí)具有純天然、無(wú)毒安全、沒有異味、流變性良好、持水性高等纖維素及納米顆粒的雙重理化性質(zhì)。

3.1.1 功能性食品

納米纖維素可以被添加到烘焙食品中制作功能性食品或者減肥食品，因?yàn)樗哂胁灰妆蝗梭w消化吸收、能夠促進(jìn)腸道蠕動(dòng)、調(diào)節(jié)腸道菌群生態(tài)平衡等功效[25]。李小紅等[29]把甘蔗渣作為主要材料，提取出了納米纖維素和微晶纖維素，并分別制成了膳食纖維面包，經(jīng)過對(duì)兩種膳食纖維面包與空白對(duì)照組面包的質(zhì)量、感官評(píng)價(jià)、質(zhì)構(gòu)三個(gè)方面的研究和比較，確認(rèn)了目前纖維素的最優(yōu)添加率僅為8%，而納米纖維素面包的質(zhì)量又高于微晶纖維素面包，同時(shí)微晶纖維素面包品質(zhì)也高于空白對(duì)照組。由此可見，微晶纖維素與納米纖維素的膳食纖維相比，后者具有更優(yōu)的吸濕性和流變性，將納米纖維素應(yīng)用于食品中既能實(shí)現(xiàn)納米材料的大尺度功能，也可發(fā)揮其生物學(xué)特點(diǎn)，在食品研發(fā)中添加適量的納米纖維素的膳食纖維更流行。Liu 等[35]用漂白軟木漿為主要原料制備CNF，并通過體外試驗(yàn)研究其添加量對(duì)溶液黏度、淀粉水解速度以及葡萄糖對(duì)刺激細(xì)胞吸收能力的影響。結(jié)果表明，其濃度高于0.5%將大大增加體系黏度、阻止葡萄糖溶解，進(jìn)而推遲淀粉水解，并降低葡萄糖的產(chǎn)生。法國(guó)西布列塔尼大學(xué)研究人員Gómez 等[21]指出，納米纖維素可以降低巧克力、漢堡、肉餡等食物的能量密度。這樣，安全、健康的BC 被作為脂肪類和高能量，可以添加在冰淇淋、沙拉醬、奶制品、面包等的制品中，就構(gòu)成了納米纖維素產(chǎn)品[20]。

納米纖維素可以作為減肥食品或功能性食品的原料，具有降低能量密度、改善腸道菌群的功效，能夠滿足現(xiàn)代人的需求，因而在減肥食品或功能性食品中的應(yīng)用值得深入研究和推廣。功能性食品的開發(fā)為消費(fèi)者提供了更多的選擇，具有巨大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

3.1.2 食品包裝

食品包裝作為食品行業(yè)中不可或缺的重要組成部分，既要注意防止被包裝食物受到外界污染、保證包裝食品鮮活，同時(shí)也應(yīng)兼顧食品中包裝物質(zhì)的可降解性、安全和無(wú)污染等。納米纖維素是無(wú)污染、可生物降解的天然大分子聚合物，也由于它的高抗菌性能以及優(yōu)異的熱力學(xué)穩(wěn)定性，獲得了許多科學(xué)研究工作者的贊譽(yù)[25]。王亞靜[36]將綠豆皮納米纖維素添加到濃縮乳清蛋白中，制成了綠豆皮納米纖維素-濃縮乳清蛋白的可食膜。研究顯示，在9.20%標(biāo)準(zhǔn)比例的濃縮乳清蛋白，綠豆皮納米纖維素和甘油的添加比例依次為1.93%和5.93%時(shí)，綠豆皮納米纖維素與濃縮乳清蛋白結(jié)合比例較為一致，且兩者相容性都較好，并且膜的熱動(dòng)力學(xué)特點(diǎn)、透光性、對(duì)空氣和水汽的滲透系數(shù)等都較好。這種可食膜也被廣泛用作食品包裝材料，延長(zhǎng)了貨架時(shí)間，使所包裝的食品能夠長(zhǎng)期保鮮。劉瀟等[37]以花生殼纖維素為主要原料，采用酸解法提取花生殼納米纖維素后，分析其分子結(jié)構(gòu)類型、結(jié)晶特性，及其對(duì)淀粉結(jié)構(gòu)和膜特性的調(diào)節(jié)作用等方面進(jìn)行了研究。結(jié)果顯示，花生殼納米纖維素呈細(xì)棒狀結(jié)構(gòu)，長(zhǎng)度為150 nm 左右，直徑為10～15 nm；X-射線衍射技術(shù)則證實(shí)了其雖然仍存在于纖維素中的晶型，但結(jié)晶性卻有所提高；通過添加花生殼納米纖維素，能夠顯著改善氧化酯化木薯淀粉薄膜的拉伸速度和熱穩(wěn)定性，并提高了水溶溫度，從而減少了對(duì)水蒸氣的滲透系數(shù)。這種淀粉薄膜也被廣泛用作抗菌食品包裝薄膜，對(duì)農(nóng)產(chǎn)品的保鮮保質(zhì)有重要作用[38]。Tzoumaki 等[39]通過濕法工藝，成功生產(chǎn)出淀粉、納米纖維素、殼聚糖復(fù)合膜，在實(shí)驗(yàn)中顯示，納米纖維素濃度的增加能提高其斷裂強(qiáng)度、提高殼聚糖的濃度，從而延長(zhǎng)了食品保鮮時(shí)間。納米材料在食品包裝領(lǐng)域的應(yīng)用，主要表現(xiàn)在納米抗菌、保鮮功能、熱阻隔性三個(gè)領(lǐng)域，而納米材料、納米技術(shù)的開發(fā)也將有力促進(jìn)各類產(chǎn)品的創(chuàng)新性開發(fā)。

3.1.3 冷凍食品加工

在冷凍食品中加入適量的納米纖維素可以使其擁有更好的潤(rùn)滑性，也能夠讓食品保持良好的穩(wěn)定性，形成細(xì)小而均勻的冰晶，從而使冷凍食品維持細(xì)膩的口感[25]。李曉敏等[40]通過在冰淇淋中添加納米纖維素晶體的應(yīng)用研究，以膨脹率、抗融性和感官評(píng)價(jià)為主要指標(biāo)，分析了添加納米纖維素這一穩(wěn)定劑對(duì)冰淇淋品質(zhì)的影響，結(jié)果顯示納米纖維素能使冰淇淋的抗融性明顯提升、品質(zhì)得到明顯改善、口感更加細(xì)膩，納米纖維素最佳添加量約為0.3%～0.4%。陳龍[41]將納米微晶纖維素作為脂肪替代品在冰淇淋中的應(yīng)用研究表明，納米微晶纖維素能在水中分散，并形成具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的凝膠分子，可作為脂肪替代品應(yīng)用于無(wú)脂或低脂的冰淇淋中。可見，納米纖維素用于冷凍食品也逐漸成為目前的研究熱點(diǎn)。

3.2 在生物醫(yī)藥領(lǐng)域中的應(yīng)用

近年來(lái)，更多的納米纖維素不同程度地嘗試運(yùn)用在醫(yī)療方面，也正是由于它優(yōu)異的生物相容性能力和一定的生物特性，而在載藥凝膠、感染性創(chuàng)面敷料、人造器官等方面廣泛應(yīng)用。因納米纖維素單晶體的較強(qiáng)吸附力，其在食品醫(yī)藥領(lǐng)域常與食品成分或藥物成分進(jìn)行組裝，防止產(chǎn)品的有效成分發(fā)生分散而失去相應(yīng)效應(yīng)。司軍輝等[42]曾將納米纖維素作為載藥體系，應(yīng)用于包覆藥品氨節(jié)西林鈉，該過程以復(fù)合聚乙烯醇和納米纖維素兩種材料制備藥物載體，并研究該藥物載體的形態(tài)，發(fā)現(xiàn)納米纖維素含量與釋藥速率成正比。田彥等[43]曾通過將纖維素納米晶與聚乙二醇的酯化反應(yīng)濃縮產(chǎn)生新型的納米凝膠，與姜黃素和水結(jié)合，使用后作為藥品，使姜黃素緩慢釋放，從而有充足的時(shí)間進(jìn)行腸道吸收和身體循環(huán)，并增加了療效的持續(xù)時(shí)間。Ayse 等[44]利用模擬納米纖維素-羥基磷灰石結(jié)構(gòu)和生物超濾膜的作用機(jī)制進(jìn)行了臨床試驗(yàn)，結(jié)果證明，在生物體中該超濾膜不僅具有抗病毒的消炎療效，而且還能促使骨骼細(xì)胞組織正常再生?？梢姡{米纖維素在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域發(fā)揮著必不可少的作用。未來(lái)的技術(shù)研發(fā)中更需強(qiáng)化納米纖維素在生物醫(yī)藥方面的應(yīng)用，如對(duì)中藥的靶向遞送，以發(fā)揮其使用功能。

3.3 在造紙行業(yè)中的應(yīng)用

納米纖維素因?yàn)榫哂锌山到庑约耙欢ǖ纳锝到庑阅?，所以可以和其他物質(zhì)復(fù)合生產(chǎn)用作保鮮的食品包裝材料、薄膜材料和紙業(yè)。在紙漿中添加納米纖維素，依賴納米纖維素較大的比表面積以及富有羥基的特性，可以加強(qiáng)漿料之間的緊密聯(lián)系，提高二者之間的結(jié)合力。紙漿的本質(zhì)也是纖維素，納米纖維素作為助劑，能夠更好地與紙漿相融，不影響紙張?jiān)械耐暾缘耐瑫r(shí)，降低紙張的粗糙度，使其表面更加光滑[45]。歐華杰等[46]采用有機(jī)溶劑制備微納米纖維素，將其加入漂白針葉的木漿中，生產(chǎn)出了組織結(jié)構(gòu)更加牢固的微納米纖維素復(fù)合造紙頁(yè)，大大改善了紙頁(yè)的耐破度、抗張強(qiáng)度、抗折性等，并能減少漿料的比例和打漿的耗損。

王俊芬等[47]以實(shí)驗(yàn)室中自制的納米纖維素作為主要助劑，并與高分子量陽(yáng)離子聚丙烯酰胺（cationic polyacrylamide，CPAM）復(fù)配形成二元體系，以進(jìn)一步研究其助留、助濾和增效的作用。研究發(fā)現(xiàn)，自制的納米纖維素在單獨(dú)使用后改善了紙張質(zhì)量，由自制納米纖維素與CPAM所組成的CPAM/納米纖維素二元系統(tǒng)，也造成了較為顯著的助留/助濾的增加效果，當(dāng)納米纖維素、CPAM的加入量比依次達(dá)到0.2%、0.15%，打漿度由44°SR 降到了28°SR，填充留著率由44%增加至69%，紙張的干燥抗張強(qiáng)度、撕裂強(qiáng)度、耐折度也分別增加至64%、47%和107%。李靜[48]把納米纖維素添加到紙頁(yè)的漿內(nèi)，并測(cè)定了加入前后紙頁(yè)時(shí)的抗張指數(shù)、撕裂指數(shù)、白度、透氣性、施膠度等物理性能參數(shù)，以對(duì)比應(yīng)用前后紙頁(yè)的性能差異，并對(duì)比兩種方式下紙頁(yè)性能改變的顯著程度。研究發(fā)現(xiàn)，漿內(nèi)添加時(shí)，納米纖維素能使紙張抗張指數(shù)提高51%，但是疏水產(chǎn)物并沒有提高紙頁(yè)的抗張指數(shù)；改性納米纖維素的添加會(huì)使紙頁(yè)的白度降低；加入不同量的納米纖維素，會(huì)降低紙頁(yè)的透氣度；紙頁(yè)的撕裂指數(shù)由于納米纖維素的加入而增加，并且少量添加會(huì)更利于撕裂指數(shù)的增加；疏水改性納米纖維素會(huì)增加紙頁(yè)的施膠度，且改性比越大，改性納米纖維素對(duì)紙頁(yè)施膠度增強(qiáng)越大，1∶4 改性納米纖維素加入量為10%時(shí)紙頁(yè)的施膠度提高了5.6 倍。

納米纖維素由于其獨(dú)特的性質(zhì)使其在造紙行業(yè)方面有較大的研究及發(fā)展?jié)摿?，改性后的納米纖維素能提高紙張的強(qiáng)度和耐久性，但也需要一定的改進(jìn)，生產(chǎn)成本較高，應(yīng)盡量降低其生產(chǎn)成本。

4 展望

納米纖維素作為具有納米級(jí)尺寸效應(yīng)的纖維素產(chǎn)品，具有很多的共同特點(diǎn)，如機(jī)械性能優(yōu)異、低熱穩(wěn)定性良好、化學(xué)反應(yīng)活性高和高剪切稀變的流變學(xué)穩(wěn)定性等，歷來(lái)是科學(xué)家們所重視和探討的重點(diǎn)。

目前，關(guān)于納米纖維素的應(yīng)用仍存在以下問題：一是由于納米纖維素的生產(chǎn)工藝需要巨大的能源消耗，所以盡管可以采用預(yù)處理方法減少所需要的能源消耗，但采用預(yù)處理方法卻可以使膳食纖維素產(chǎn)生過量降解，同時(shí)預(yù)處理方法在工業(yè)化生產(chǎn)中也會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生不可避免的影響[49]。所以，納米纖維素未來(lái)發(fā)展的主要方向應(yīng)著重于趨向綠色環(huán)保以及高效制備。二是盡管目前對(duì)納米纖維素的研發(fā)技術(shù)已經(jīng)逐步趨向完善，但是因?yàn)樯a(chǎn)成本較高和沒有綠色的有效生產(chǎn)系統(tǒng)，導(dǎo)致了納米纖維素的多種應(yīng)用工藝還沒有獲得普遍推廣。三是立足我國(guó)農(nóng)產(chǎn)品加工副產(chǎn)物亟待解決的問題，需要大力拓展納米纖維素的材料來(lái)源?；谀壳把芯楷F(xiàn)狀，接下來(lái)應(yīng)把提高工業(yè)化生產(chǎn)規(guī)模和效率作為重點(diǎn)，著重于其新的應(yīng)用途徑，因此可以預(yù)見，納米纖維素未來(lái)必將在全球范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)新突破。