DOI: 10.1016/j.carbpol.2023.120885

烟草基纤维素纳米纤维（TCNF）是一种新型纳米纤维素，近年来在制备重构烟叶（RTS）时被用于替代不受欢迎的木浆纤维。然而，鉴于对控制烟草制品中有毒化学物质含量的严格要求，开发一种绿色、高效、不含有毒化学物质的方法从烟草茎生物源中分离出TCNF，已成为全球关注的问题。在这项研究中，作者提出了一种创造性的环保方法，可以从烟梗浆中高效、安全地分离出TCNF，该方法包括综合生物预处理，然后是简单的机械去原纤化过程。阿魏酸酯酶通过破坏纤维壁内木质素和多糖碳水化合物之间的醚键和酯键来预处理烟梗浆，这有效地促进了纤维素酶的水解和烟梗浆纤维的溶胀，接下来进行机械剪切处理以分离TCNF。结果表明，与对照组相比，通过阿魏酸酯酶/纤维素酶/机械过程获得的TCNF具有均匀、分散的纳米纤维形态、较高的结晶度和更强的机械性能。在生产RTS样品时，添加0.5%的TCNF可以替代18wt%～25wt%的木浆，同时保持其合理的强度。

图1.TCNF改进重构烟叶的制备工艺流程图，在此过程中，阿魏酸酯酶/纤维素酶综合生物系统实现了从烟草茎生物源中高效无毒分离纤维素纳米纤维

图2.a）用于从烟草茎中分离出TCNF的纤维素酶/阿魏酸酯酶综合生物系统的示意图，b）阿魏酸酯的酶水解机制，以及c）纤维素的酶水解机制

图3.（a）未处理的烟梗浆（TC），（b）水性处理的烟梗浆（TC0），（c）20U/mL纤维素酶U0处理的烟梗浆（TC_Cel1），（d）40U/mL纤维素酶U0处理的烟梗浆（TC_Cel2），（e）纤维素酶U0和阿魏酸酯酶处理的烟梗浆（TC_Cel/F），以及（f）TEMPO介导氧化处理的烟梗浆（TC_T）的光学显微镜、SEM图像和长度分布。

图4.（a）未处理的烟梗浆（TC），（b）水性处理的烟梗浆（TC₀），（c）20U/mL纤维素酶U0处理的烟梗浆（TC_Cel1），（d）40U/mL纤维素酶U0处理的烟梗浆（TC_Cel2），（e）纤维素酶U0和阿魏酸酯酶处理的烟梗浆（TC_Cel/F），以及（f）TEMPO介导氧化处理的烟梗浆（TC_T）的组分含量

图5.（a）TC₀、（b）TC_Cel1、（c）TC_Cel2和（d）TC_Cel/F的去卷积FTIR光谱，（e）TC₀、TC_Cel1、TC_Cel2和TC_Cel/F中三种氢键和两种不同游离OH的FT-IR光谱，（f）相对含量，（g）氢键能和（h）距离，以及（i）未处理和预处理烟梗浆在200℃至290℃的DTG曲线和详细的DTG视图

图6.a）TCNF₀、b）TCNF_Cel2、c）TCNF_Cel/F和d）TCNFT的FE-SEM图像、TEM图像和相应的直径分布

图7.（a）不同TCNF样品的直径、（b）ζ电位、（c）XRD衍射图、（d）FT-IR光谱和（e）TGA热谱图，以及（f）DTG曲线

图8.（a）通过湿法成型工艺制备RTS的示意图；（b）TCNF在RTS制备过程中的作用；（c）不同剂量TCNFCel/F下RTS样品的体积、（d）透气性、（e）拉伸指数和（f）耐破指数；（g）具有不同类型TCNF的RTS样品的透气性、（h）拉伸指数和（i）耐破指数