纖維素

維基百科,自由的百科全書
前往: 導覽搜尋
纖維素[1]
識別
CAS號 9004-34-6
ChemSpider NA
EC編號 232-674-9
性質
化學式 (C6H10O5)n
外觀 白色粉末
密度 1.5 g/cm3
熔點 分解
溶解性
危險性
歐盟編號 not listed
NFPA 704
NFPA 704.svg
1
1
0
 
相關物質
相關化學品 澱粉
若非註明,所有數據均出自一般條件(25 ℃,100 kPa)下。
纖維素的結構式:葡萄糖通過β-1,4-糖苷鍵連接而成
纖維素分子塡充模型圖

纖維素是自然界中分布最廣、含量最多的一種多醣,是組成植物細胞壁的主要成分。棉花、亞麻、芋麻和黃麻部含有大量優質的纖維素。木頭中纖維素含量約為50%,棉花的纖維素含量更高,達90%。木材中的纖維素則常與半纖維素木質素共同存在。

纖維素是一種複雜的多醣,有8000至10000個葡萄糖殘基通過β-1,4-糖苷鍵連接而成。天然纖維素為無味的白色絲狀物。纖維素不溶於水、稀酸、稀鹼和有機溶劑,但在加熱的條件下會被酸水解,主要的生物學功能是構成植物的支持組織。

纖維素的詳細說明[編輯]

纖維素(cellulose)是由葡萄糖組成的大分子多醣。不溶於水及一般有機溶劑。是植物細胞壁的主要成分之一。纖維素是世界上最豐富的天然有機物,占植物界含量的50%以上。棉花的纖維素含量接近100%,為天然的最純纖維素來源。一般木材中,纖維素佔40~50%,還有10~30%的半纖維素和20~30%的木質素。此外,麥稈甘蔗渣等,都是纖維素的豐富來源。纖維素是重要的造紙原料。此外,以纖維素為原料的產品也廣泛用於塑料炸藥電工及科研器材等方面。食物中的纖維素(即膳食纖維)對人體健康也有著重要的作用。

纖維素的性質[編輯]

植物的細胞壁

纖維素是D-葡萄糖以β-1,4-糖苷鍵組成的大分子多醣,分子量約50000~2500000,相當於300~15000個葡萄糖基。分子式可寫作(C6H10O5n。是維管束植物、地植物以及一部分藻類細胞壁的主要成分。醋酸菌的莢膜,以及尾索類動物的被囊中也發現有纖維素的存在,棉的種子毛是高純度(98%)的纖維素。所謂α-纖維素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%氫氧化鈉(NaOH)不能提取的部分。β-纖維素、γ-纖維素是相應於半纖維素的纖維素。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,還含有各種多醣類。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,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。纖維素能溶於Schwitzer試劑濃硫酸。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葡萄糖引子轉移糖苷合成纖維素的纖維素合酶 (UDP forming),EC2.4.1.12)。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(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,微纖維的一部分由於纖維素酶的作用而被分解,成為可溶性。

纖維素不溶於水和乙醇、乙醚等有機溶劑,能溶於銅氨溶液(Cu(NH3)4(OH)2)和銅乙二胺溶液((NH2CH2CH2NH2)Cu(OH)2)等。水可使纖維素發生有限溶脹,某些酸、鹼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,超過這溫度會由於脫水而逐漸焦化。纖維素與較濃的無機酸起水解作用生成葡萄糖等,與較濃的苛性鹼溶液作用生成鹼纖維素,與強氧化劑作用生成氧化纖維素。

纖維素的來源[編輯]

纖維素的實驗室製法是先用水、有機溶劑處理植物原料,再用亞氯酸鹽二氧化氯過乙酸去除其中所含的木質素,得到纖維素和半纖維素,然後採用各種方法除去半纖維素,製得純纖維素。工業製法是用亞硫酸鹽溶液或溶液蒸煮植物原料,除去木質素,然後經過漂白進一步除去殘留木質素,所得漂白漿可用於造紙。

纖維素的作用[編輯]

全世界用於紡織造紙的纖維素,每年達800萬噸。此外,用分離純化的纖維素做原料,可以製造人造絲賽璐玢以及硝酸纖維素醋酸纖維素酯類衍生物甲基纖維素乙基纖維素羧甲基纖維素醚類衍生物,用於塑料炸藥電工及科研器材等方面。纖維素有良好的聲學性能,用於製造樂器,如鋼琴,提琴。人類膳食中的纖維素主要含於蔬菜和粗加工的穀類中,雖然不能被消化吸收,但有促進腸道蠕動,利於糞便排出等功能。草食動物則依賴其消化道中的共生微生物將纖維素分解,從而得以吸收利用。

膳食纖維[編輯]

食物纖維素包括粗纖維半粗纖維木質素。食物纖維素是一種不被消化吸收的物質,過去認為是「廢物」,現在認為它在保障人類健康,延長生命方面有著重要作用。因此,稱它為第七種營養素

  1. 有助於腸內大腸桿菌合成多種維生素
  2. 纖維素比重小,體積大,在胃腸中佔據空間較大,使人有飽食感,有利於減肥。
  3. 纖維素體積大,進食後可刺激胃腸道,使消化液分泌增多和胃腸道蠕動增強,可防治糖尿病便秘
  4. 高纖維飲食可通過胃排空延緩、腸轉運時間改變、可溶性纖維在腸內形成凝膠等作用而使的吸收減慢。亦可通過減少腸激素如抑胃肽胰升糖素分泌,減少對胰島B細胞的刺激,減少胰島素釋放與增高周圍胰島素受體敏感性,使葡萄糖代謝加強。
  5. 近年研究證明高纖維飲食使Ⅰ型糖尿病患者單核細胞上胰島素受體結合增加,從而節省胰島素的需要量。由此可見,糖尿病患者進食高纖維素飲食,不僅可改善高血糖,減少胰島素和口服降糖藥物的應用劑量,並且有利於減肥,還可防治便秘、痔瘡疾病

纖維素的主要生理作用是吸附大量水分,增加糞便量,促進腸蠕動,加快糞便的排泄,使致癌物質在腸道內的停留時間縮短,對腸道的不良刺激減少,從而可以預防腸癌發生。

纖維素的攝入與鑒別[編輯]

蔬菜中含有豐富的纖維素。不含纖維素食物有:等;含大量纖維素的食物有:粗糧子、蔬菜豆類等。因此建議糖尿病患者適當多食用豆類和新鮮蔬菜等富含纖維素的食物。目前中國的植物纖維食品,多是用米糠麩皮麥糟甜菜屑、南瓜玉米皮及海藻類植物等製成的,對降低血糖、血脂有一定作用。

纖維素燃燒無味,生成黑煙,用此法可鑒別人造絲和真絲(蛋白質,燃燒有燒焦羽毛氣味)。

各種食物的纖維素含量[編輯]

蔬菜

纖維素雖然不能由人體吸收,但具有良好的清理腸道的作用,因此成為營養學家推薦的六大營養素之一,是適合腸易激綜合征患者食用的健康食品。

無論穀類、薯類還是豆類,一般來說,加工得越精細,纖維素含量越少。常見食品的纖維素含量如下:

  • 麥麩:31% 
  • 穀物:4-10%,從多到少排列為小麥粒、大麥、玉米、蕎麥麵、薏米面、高粱米、黑米。
  • 麥片:8-9%
  • 燕麥片:5-6%
  • 馬鈴薯、白薯等薯類的纖維素含量大約為3%。
  • 豆類:6-15%從多到少排列為黃豆、青豆、蠶豆、芸豆、豌豆、黑豆、紅小豆、綠豆。
  • 蔬菜類:筍類的含量最高,筍乾的纖維素含量達到30-40%,辣椒超過40%。其餘含纖維素較多的有:蕨菜、菜花、菠菜、南瓜、白菜、油菜。
  • 菌類(干):纖維素含量最高,其中松蘑的纖維素含量接近50%,30%以上的按照從多到少的排列為:髮菜、香菇、銀耳、木耳。此外,紫菜的纖維素含量也較高,達到20%。
  • 堅果:3-14%。10%以上的有:黑芝麻、松子、杏仁;10%以下的有白芝麻、核桃、榛子、胡桃、葵瓜子、西瓜子、花生仁
  • 水果:含量最多的是紅果乾,纖維素含量接近50%,其次有桑椹乾、櫻桃、酸棗、黑棗、大棗、小棗、石榴、蘋果、鴨梨。
  • 各種肉類、蛋類、奶製品、各種油、海鮮、酒精飲料、軟飲料都不含纖維素;各種嬰幼兒食品的纖維素含量都極低。

應用[編輯]

棉花纖維代表最純淨的自然形成的纖維素,含有90%以上的多糖

用於工業用途的纖維素主要是來自木漿棉花[2]硫酸鹽製漿法工藝用於從木質素中分離纖維素,木質素是植物物質的另一個重要組成部分。

紙製品[編輯]

,紙板和卡紙的主要成分是纖維素。

纖維[編輯]

纖維素是和纖維植物製成紡織品的主要成分。它可以變成人造絲(Rayon),一種重要的纖維已被用於20世紀初以來的紡織品。

參考[編輯]

  1. ^ Nishiyama, Yoshiharu; Langan, Paul; Chanzy, Henri. Crystal Structure and Hydrogen-Bonding System in Cellulose Iβ from Synchrotron X-ray and Neutron Fiber Diffraction. J. Am. Chem. Soc. 2002, 124 (31): 9074–82. doi:10.1021/ja0257319. PMID 12149011. 
  2. ^ Klemm, Dieter; Heublein, Brigitte; Fink, Hans-Peter; Bohn, Andreas. Cellulose: Fascinating Biopolymer and Sustainable Raw Material. ChemInform. 6 September 2005, 36 (36). doi:10.1002/chin.200536238.