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纖維素(cellulose)是一類有機化合物,其化學通式為(C6H10O5)n,是由幾百至幾千個β(1→4)連接的D-葡萄糖單元的線性鏈(糖苷鍵)組成的多糖。纖維素是綠色植物的、許多形式的藻類和卵菌的原代細胞壁的重要結構組分;一些種類的細菌分泌它以形成生物膜。纖維素是地球上最豐富的有機聚合物,是自然界中分布最廣、含量最多的一種多糖,是組成植物細胞壁的主要成分[1]。棉花、亞麻、苧麻和黃麻部含有大量優質的纖維素。棉花纖維中的纖維素含量是90%,木頭中纖維素含量是40%-50%,乾燥的麻中纖維素含量是57%。

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。

詳細說明

纖維素是由葡萄糖組成的大分子多糖。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,占植物界碳含量的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,纖維素占40~50%,還有10~30%的半纖維素和20~30%的木質素。此外,麻、麥稈、稻甘蔗渣等,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)對人體的健康也有着重要的作用。

性質

纖維素是D-葡萄糖以β-1,4-糖苷鍵組成的大分子多糖,分子量約50,000~2,500,000,相當於300~15,000個葡萄糖基。分子式可寫作(C6H10O5)n,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,以及尾索動物亞門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。其中,α-纖維素通常是由結晶性纖維素所構成,而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(X光)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。纖維素能溶於施魏策爾試劑(Schweizer's reagent,將氫氧化銅溶解於濃氨水中而製得)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葡萄糖引子轉移糖苷合成纖維素的酶(cellulose synthase,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(cellulose synthase,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了。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,能溶於施魏策爾試劑 Cu(NH3)4(OH)2 和銅乙二胺 (NH2CH2CH2NH2)Cu(OH)2 溶液等。水可使纖維素髮生有限溶脹,某些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。

來源

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鹼溶液蒸煮植物原料,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。

作用

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等酯類衍生物和甲基纖維素、乙基纖維素、羧甲基纖維素等醚類衍生物,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[2]。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。

鑑別

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

視頻

纖維素 相關視頻

纖維素與健康的關係
食用纖維素,數量有講究

參考文獻

  1. 纖維素是糖類嗎,大眾養生網,2019-01-30
  2. 纖維素的生物學作用,騰訊網,2018-12-28