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纖維素

  纖維素:纖維素(cellulose)是由葡萄糖組成的大分子多糖。不溶于水及一般有機溶劑。是植物細胞壁的主要成分。纖維素是自然界中分布廣、含量多的一種多糖,占植物界碳含量的50%以上。棉花的纖維素含量接近100%,為天然的純纖維素來源。一般木材中,纖維素占40~50%,還有10~30%的半纖維素和20~30%的木質素。
  纖維素是植物細胞壁的主要結構成分,通常與半纖維素、果膠和木質素結合在一起,其結合方式和程度對植物源食品的質地影響很大。而植物在成熟和后熟時質地的變化則有果膠物質發生變化引起的。人體消化道內不存在纖維素酶,纖維素是一種重要的膳食纖維。
  性質
  1.溶解性
  常溫下,纖維素既不溶于水,又不溶于一般的有機溶劑,如酒精、乙醚、丙酮、苯等。它也不溶于稀堿溶液中。因此,在常溫下,它是比較穩定的,這是因為纖維素分子之間存在氫鍵。纖維素不溶于水和乙醇、乙醚等有機溶劑,能溶于銅氨Cu(NH3)4(OH)2溶液和銅乙二胺[NH2CH2CH2NH2]Cu(OH)2溶液等。
  2.纖維素水解
  在一定條件下,纖維素與水發生反應。反應時氧橋斷裂,同時水分子加入,纖維素由長鏈分子變成短鏈分子,直至氧橋全部斷裂,變成葡萄糖。
  3.纖維素氧化
  纖維素與氧化劑發生化學反應,生成一系列與原來纖維素結構不同的物質,這樣的反應過程,稱為纖維素氧化。(引自郭莉珠檔案保護技術)纖維素大分子的基環是D-葡萄糖以β-1,4糖苷鍵組成的大分子多糖,其化學組成含碳44.44%、氫6.17%、氧49.39%。由于來源的不同,纖維素分子中葡萄糖殘基的數目,即聚合度(DP)在很寬的范圍。是維管束植物、地衣植物以及一部分藻類細胞壁的主要成分。醋酸菌(Acetobaeter)的莢膜,以及尾索類動物的被囊中也發現有纖維素的存在,棉花是高純度(98%)的纖維素。所謂α-纖維素(α-cellulose)這一名稱系指從原來細胞壁的完全纖維素標準樣品用17.5%NaOH不能提取的部分。β-纖維素(β-cellulose)、γ-纖維素(γ-cellulose)是相應于半纖維素的纖維素。雖然,α-纖維素通常大部分是結晶性纖維素,β-纖維素,γ-纖維素在化學上除含有纖維素以外,還含有各種多糖類。細胞壁的纖維素形成微纖維。寬度為10—30毫微米,長度有的達數微米。應用X線衍射和負染色法(negative染色法),根據電子顯微鏡觀察,鏈狀分子平行排列的結晶性部分組成寬為3—4毫微米的基本微纖維。推測這些基本微纖維集合起來就構成了微纖維。纖維素能溶于Schwitzer試劑或濃硫酸。雖然不易用酸水解,但是稀酸或纖維素酶可使纖維素生成D-葡萄糖、纖維二糖和寡糖。在醋酸菌中有從UDP葡萄糖引子(primer)轉移糖苷合成纖維素的酶(cellulose synthase(UDPformingEC2.4.1.12)。在高等植物中已得到具有同樣活性的顆粒性酶的標準樣品。此酶通常是利用GDP葡萄糖(cellulose synthase(GDP forming) EC2.4.1.29),在由UDP葡萄糖轉移的情況下,發生β-1,3鍵的混合。微纖維的形成場所和控制纖維素排列的機制還不太明瞭。另一方面就纖維素的分解而言,估計在初生細胞壁伸展生長時,微纖維的一部分由于纖維素酶的作用而被分解,成為可溶性。
  水可使纖維素發生有限溶脹,某些酸、堿和鹽的水溶液可滲入纖維結晶區,產生無限溶脹,使纖維素溶解。纖維素加熱到約150℃時不發生顯著變化 ,超過這溫度會由于脫水而逐漸焦化。纖維素與較濃的無機酸起水解作用生成葡萄糖等,與較濃的苛性堿溶液作用生成堿纖維素,與強氧化劑作用生成氧化纖維素。
  4.柔順性
  纖維素柔順性很差,是剛性的,因為:
 ?。?)纖維素分子有極性,分子鏈之間相互作用力很強;(2)纖維素中的六元吡喃環結構致使內旋轉困難;(3)纖維素分子內和分子間都能形成氫鍵特別是分子內氫鍵致使糖苷鍵不能旋轉從而使其剛性大大增加。
  制法
  生產方法一:纖維素是世界上蘊藏量豐富的天然高分子化合物,生產原料來源于木材、棉花、棉短絨、麥草、稻草、蘆葦、麻、桑皮、楮皮和甘蔗渣等。我國由于森林資源不足,纖維素的原料有70%來源于非木材資源。我國針葉材、闊葉材的纖維素平均含量約43-45%;草類莖稈的纖維素平均含量在40%左右。纖維素的工業制法是用亞硫酸鹽溶液或堿溶液蒸煮植物原料,主要是除去木素,分別稱為亞硫酸鹽法和堿法。得到的物料稱為亞硫酸鹽漿和堿法漿。然后經過漂白進一步除去殘留木素,所得漂白漿可用于造紙。再進一步除去半纖維素,就可用作纖維素衍生物的原料。
  生產方法二:用纖維植物原料與無機酸搗成漿狀,制成α-纖維素,再經處理使纖維素作部分解聚,然后再除去非結晶部分并提純而得。
  生產方法三:將選好的工業木漿板疏解,然后送入已加1%~10%的鹽酸(用量為5%~10%)的反應釜進行升溫水解,溫度為90~100℃,水解時間0.5~2h,反應結束后經冷卻送人中和槽,用液堿調至中性,過濾后濾餅在80~100℃下干燥,經粉碎得產品。
  生產方法四:由木漿或棉花漿制成的纖維素。經漂白處理和機械分散后精制而成。
  作用
  纖維素是地球上古老、豐富的天然高分子,是取之不盡用之不竭的,人類寶貴的天然可再生資源。纖維素化學與工業始于一百六十多年前,是高分子化學誕生及發展時期的主要研究對象,纖維素及其衍生物的研究成果為高分子物理及化學學科的創立、發展和豐富作出了重大貢獻。





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更新時間:21/01/31 13:52:01   【打印此頁】   【關閉【返回上一頁】

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