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纤维素

 

纤维素(cellulose)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。纤维素是世界上最丰富的天然有机物,占植物界碳含量的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、稻草、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50000~2500000,相当于300~15000个葡萄糖基。分子式可写作(C6H10O5)n。是维管束植物、地衣植物以及一部分藻类细胞壁的主要成分。醋酸菌(Acetobaeter)的荚膜,以及尾索类动物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(α-cellulose)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%NaOH不能提取的部分。β-纤维素(β-cellulose)、γ-纤维素(γ-cellulose)是相应于半纤维素的纤维素。虽然,α-纤维素通常大部分是结晶性纤维素,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线衍射和负染色法(negative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Schwitzer试剂或浓硫酸。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(primer)转移糖苷合成纤维素的酶(cellulose synthase(UDPformingEC2.4.1.12)。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(GDP forming) 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瞭。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,能溶于铜氨Cu(NH3)4(OH)2溶液和铜乙二胺 [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,与较浓的苛性碱溶液作用生成碱纤维素,与强氧化剂作用生成氧化纤维素。
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