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纤维素

纤维素

纤维素(cellulose)是一类有机化合物,其化学通式为(C6H10O5)n,是由几百至几千个β(1→4)连接的D-葡萄糖单元的线性链(糖苷键)组成的多糖。纤维素是绿色植物的、许多形式的藻类和卵菌的原代细胞壁的重要结构组分;一些种类的细菌分泌它以形成生物膜。纤维素是地球上最丰富的有机聚合物,是自然界中分布最广、含量最多的一种多糖,是组成植物细胞壁的主要成分。棉花、亚麻、苎麻和黄麻部含有大量优质的纤维素。棉花纤维中的纤维素含量是90%,木头中纤维素含量是40%-50%,干燥的麻中纤维素含量是57%。

天然纤维素为无味的白色丝状物。纤维素不溶于水、稀酸、稀碱和有机溶剂,但在加热的条件下会被酸水解,主要的生物学功能是构成植物的支持组织。

纤维素的详细说明

纤维素是由葡萄糖组成的大分子多糖。不溶于水及一般有机溶剂。是植物细胞壁的主要成分之一。纤维素是世界上最丰富的天然有机物,占植物界含量的50%以上。棉花的纤维素含量接近100%,为天然的最纯纤维素来源。一般木材中,纤维素占40~50%,还有10~30%的半纤维素和20~30%的木质素。此外,麻、麦秆、稻甘蔗渣等,都是纤维素的丰富来源。纤维素是重要的造纸原料。此外,以纤维素为原料的产品也广泛用于塑料、炸药、电工及科研器材等方面。食物中的纤维素(即膳食纤维)对人体的健康也有着重要的作用。

纤维素的性质

纤维素是D-葡萄糖以β-1,4-糖苷键组成的大分子多糖,分子量约50,000~2,500,000,相当于300~15,000个葡萄糖基。分子式可写作(C6H10O5)n,是维管束植物、地植物以及一部分藻类细胞壁的主要成分。醋酸菌的荚膜,以及尾索动物亚门的被囊中也发现有纤维素的存在,棉的种子毛是高纯度(98%)的纤维素。所谓α-纤维素这一名称系指从原来细胞壁的完全纤维素标准样品用17.5%氢氧化钠(NaOH)不能提取的部分。β-纤维素、γ-纤维素是相应于半纤维素的纤维素。其中,α-纤维素通常是由结晶性纤维素所构成,而β-纤维素,γ-纤维素在化学上除含有纤维素以外,还含有各种多糖类。细胞壁的纤维素形成微纤维。宽度为10~30毫微米,长度有的达数微米。应用X线(X光)衍射和负染色法,根据电子显微镜观察,链状分子平行排列的结晶性部分组成宽为3~4毫微米的基本微纤维。推测这些基本微纤维集合起来就构成了微纤维。纤维素能溶于施魏策尔试剂(Schweizer's reagent,将氢氧化铜溶解于浓氨水中而制得)或浓硫酸。虽然不易用酸水解,但是稀酸或纤维素酶可使纤维素生成D-葡萄糖、纤维二糖和寡糖。在醋酸菌中有从UDP葡萄糖引子转移糖苷合成纤维素的酶(cellulose synthase,EC2.4.1.12)。在高等植物中已得到具有同样活性的颗粒性酶的标准样品。此酶通常是利用GDP葡萄糖(cellulose synthase,EC2.4.1.29),在由UDP葡萄糖转移的情况下,发生β-1,3-键的混合。微纤维的形成场所和控制纤维素排列的机制还不太明了。另一方面就纤维素的分解而言,估计在初生细胞壁伸展生长时,微纤维的一部分由于纤维素酶的作用而被分解,成为可溶性。

纤维素不溶于水和乙醇、乙醚等有机溶剂,能溶于施魏策尔试剂 Cu(NH3)4(OH)2 和铜乙二胺 (NH2CH2CH2NH2)Cu(OH)2 溶液等。水可使纤维素发生有限溶胀,某些酸、碱和盐的水溶液可渗入纤维结晶区,产生无限溶胀,使纤维素溶解。纤维素加热到约150℃时不发生显著变化,超过这温度会由于脱水而逐渐焦化。纤维素与较浓的无机酸起水解作用生成葡萄糖等,与较浓的苛性钠溶液作用生成碱纤维素,与强氧化剂作用生成氧化纤维素。

纤维素的来源

纤维素的实验室制法是先用水、有机溶剂处理植物原料,再用氯、亚氯酸盐、二氧化氯、过乙酸去除其中所含的木质素,得到纤维素和半纤维素,然后采用各种方法除去半纤维素,制得纯纤维素。工业制法是用亚硫酸盐溶液或碱溶液蒸煮植物原料,除去木质素,然后经过漂白进一步除去残留木质素,所得漂白浆可用于造纸。

纤维素的作用

全世界用于纺织造纸的纤维素,每年达800万吨。此外,用分离纯化的纤维素做原料,可以制造人造丝,赛璐玢以及硝酸纤维素、醋酸纤维素等酯类衍生物和甲基纤维素、乙基纤维素、羧甲基纤维素等醚类衍生物,用于塑料、炸药、电工及科研器材等方面。纤维素有良好的声学性能,用于制造乐器,如钢琴,提琴。人类膳食中的纤维素主要含于蔬菜和粗加工的谷类中,虽然不能被消化吸收,但有促进肠道蠕动,利于粪便排出等功能。草食动物则依赖其消化道中的共生微生物将纤维素分解,从而得以吸收利用。

纤维素的鉴别

纤维素燃烧无味,生成黑烟,用此法可鉴别人造丝和真丝(蛋白质,燃烧有烧焦羽毛气味)。

应用

棉花纤维代表最纯净的自然形成的纤维素,含有90%以上的多糖。

参见:木浆

用于工业用途的纤维素主要是来自木浆和棉花。硫酸盐制浆法工艺用于从木质素中分离纤维素,木质素是植物物质的另一个重要组成部分。

纸制品

纸、纸板和卡纸的主要成分是纤维素。

纤维

纤维素是棉、麻和纤维植物制成纺织品的主要成分;其可以变成嫘萦(Rayon,即人造丝),一种20世纪初就开始使用于纺织品的重要纤维。

纤维素.txt · 最后更改: 2021/09/12 17:10 由 admin