半纖維素
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半纖維素(hemicellulose)：是由幾種不同類型的單糖構(gòu)成的異質(zhì)多聚體，這些糖是五碳糖和六碳糖，包括木糖、阿伯糖、甘露糖和半乳糖等。半纖維素木聚糖在木質(zhì)組織中占總量的50%，它結(jié)合在纖維素微纖維的表面，并且相互連接，這些纖維構(gòu)成了堅(jiān)硬的細(xì)胞相互連接的網(wǎng)絡(luò)。
目錄 |
簡(jiǎn)介
植物細(xì)胞壁構(gòu)成纖維素小纖維間的間質(zhì)凝膠的多糖群中除去果膠質(zhì)以外的物質(zhì)，是構(gòu)成初生壁的主要成分。包括葡萄糖、木糖、甘露糖、阿拉伯糖和半乳糖等，單糖聚合體間分別以共價(jià)鍵、氫鍵、醚鍵和酯鍵連接，他們與伸展蛋白、其他結(jié)構(gòu)蛋白、壁酶、纖維素和果膠等構(gòu)成具有一定硬度和彈性的細(xì)胞壁，因而呈現(xiàn)穩(wěn)定的化學(xué)結(jié)構(gòu)。原來是從總纖維素中
以17.5％NaOH以至24％KOH提取出來的多糖成分的總稱，而沒有相應(yīng)的特定的化學(xué)結(jié)構(gòu)。堿提取液用醋酸中和沉淀的部分是半纖維素A，上清液用乙醇沉淀的部分是半纖維素B。作為重要的多糖除木聚糖、葡聚糖、阿拉伯木聚糖、葡萄甘露聚糖、阿拉伯半乳聚糖等中性多糖外。
親水性
半纖維素具有親水性能，這將造成細(xì)胞壁的潤(rùn)脹，可賦予纖維彈性。在紙頁(yè)成型過程中有利于纖維構(gòu)造和纖維間的結(jié)合力。因此，半纖維素的加入影響了表面纖維的吸附 ，對(duì)紙張強(qiáng)度有影響。紙漿中保留或加入半纖維素有利于打漿，這是因?yàn)榘肜w維素比纖維素更容易水化潤(rùn)脹，半纖維素吸附到纖維素上，增加了纖維的潤(rùn)脹和彈性，使纖維精磨而不是被切斷，因此能夠降低打漿能耗，得到理想的紙漿強(qiáng)度。
組成
總述
半纖維素(hemicellulose)：指在植物細(xì)胞壁中與纖維素共生、可溶于堿溶液，遇酸后遠(yuǎn)較纖維素易于水解的那部分植物多糖。一種植物往往含有幾種由兩或三種糖基構(gòu)成的半纖維素，其化學(xué)結(jié)構(gòu)各不相同。樹莖、樹枝、樹根和樹皮的半纖維素含量和組成也不同。因此，半纖維素是一類物質(zhì)的名稱。
構(gòu)成半纖維素的糖基主要有D-木糖、D-甘露糖、D-葡萄糖、D-半乳糖、L-阿拉伯糖、4-氧甲基-D-葡萄糖醛酸及少量L-鼠李糖、L-巖藻糖等。半纖維素主要分為三類，即聚木糖類、聚葡萄甘露糖類和聚半乳糖葡萄甘露糖類?！ ?/p>
聚木糖類
是以1,4-β-D-吡喃型木糖構(gòu)成主鏈，以4-氧甲基－吡喃型葡萄糖醛酸為支鏈的多糖,其結(jié)構(gòu)如下：
式中Xβ為β-D-吡喃型木糖基；(H3CO)4GA為4-氧甲基-吡喃型葡萄糖醛酸基；闊葉材的A和B都是氧羥基。
闊葉材與禾本科草類的半纖維素主要是這類多糖，在禾本科半纖維素的多糖中,往往還含有L-呋喃型阿拉伯糖基作為支鏈連接在聚木糖主鏈上。支鏈多少因植物不同而異。
聚葡萄甘露糖類
是由 D-吡喃型葡萄糖基和吡喃型甘露糖基以1,4-β型連接成主鏈。另一類聚半乳糖葡萄甘露糖類則還有 D-吡喃型半乳糖基用支鏈的形式以1,6-α型連接到此主鏈上的若干D-吡喃型甘露糖基和D-吡喃型葡萄糖基上，它們的結(jié)構(gòu)如下：
式中Gβ為β-D-吡喃型葡萄糖基；Mβ為β-D-吡喃型甘露糖基；闊葉材的A和B都是羥基；針葉材的A為α-D-吡喃型半乳糖基，B為氧乙酰基。
針葉材的半纖維素以聚半乳糖葡萄甘露糖類為主。主鏈上的葡萄糖基與甘露糖基的分子比也因木材種類不同而在1:1到1:2之間變動(dòng)。大多數(shù)木材半纖維素的平均聚合度只有200?！ ?/p>
復(fù)合體
半纖維素與纖維素間無化學(xué)鍵合，相互間有氫鍵和范德瓦耳斯力存在。
半纖維素與木素之間可能以苯甲基醚的形式連接起來，形成木素－碳水化合物的復(fù)合體，例如：
來源
半纖維素廣泛存在于植物中，針葉材含15％～20％,闊葉材和禾本科草類含15％～35％,但其分布因植物種屬、成熟程度、早晚材、細(xì)胞類型及其形態(tài)學(xué)部位的不同而有很大差異。例如針葉材的主要半纖維素是聚半乳糖葡萄甘露糖類，而闊葉材和禾本科草類的卻是聚木糖類；針、闊葉材的射線細(xì)胞比管胞細(xì)胞和纖維細(xì)胞含較多的聚木糖類；在針葉材細(xì)胞次生壁的中層，聚木糖類含量最低，在次生壁外和內(nèi)層卻較高，而聚半乳糖葡萄甘露糖類的分布則恰恰相反。
任何植物原料的化學(xué)制漿工業(yè)處理中，在脫木素的同時(shí)半纖維素也會(huì)發(fā)生酸性水解或堿性水解、剝皮反應(yīng)和氧化反應(yīng)等，雖然蒸煮溶出的半纖維素又可再沉積吸附于紙漿上，但仍將損失一定數(shù)量，而殘留的半纖維素對(duì)紙漿的性質(zhì)影響很大，它可增進(jìn)紙漿的抗拉強(qiáng)度、彈性模數(shù)和透明度等，但對(duì)撕裂強(qiáng)度無影響。在制纖維素衍生物用漿時(shí)則須盡量除去半纖維素?！ ?/p>
應(yīng)用
半纖維素的工業(yè)利用正在開發(fā)，制漿廢液可制酵母，酵母又可抽提出10％的核糖核酸，再衍生為肌苷單磷酸酯和鳥苷單磷酸酯，可用作調(diào)味劑、抗癌劑或抗病毒劑等。林產(chǎn)化學(xué)品法是先用有機(jī)酸使纖維原料預(yù)水解，水解殘?jiān)钥芍茲{，質(zhì)量可與未預(yù)水解的漿相媲美，而從水解液可分離出戊糖和己糖組分，所得木糖經(jīng)處理后制成木糖醇，可作增甜劑、增塑劑、表面活性劑；木糖酸可作膠粘劑；聚木糖硫酸酯可作抗凝血?jiǎng)?/a>。
半纖維素糖類發(fā)酵酒精是利用生物技術(shù)，由可再生的植物纖維原料制取酒精，一直是國(guó)際關(guān)注的研究熱點(diǎn). 本項(xiàng)目以玉米棒芯為原料，經(jīng)稀酸水解將半纖維轉(zhuǎn)化為戊糖，進(jìn)一步發(fā)酵為酒精。其總體水平為中國(guó)首創(chuàng)，國(guó)際先進(jìn)。此項(xiàng)技術(shù)的中試成功將對(duì)中國(guó)酒精工業(yè)的發(fā)展起到積極的推動(dòng)作用，對(duì)于解決人類將面臨的能源危機(jī)、糧食緊缺及環(huán)境污染等問題均具有重大的意義。
對(duì)卷煙影響
半纖維素是木漿的主要成分之一，與均由1，4-β糖苷鍵連接的葡萄糖組成的纖維素不同，半纖維素由各種碳水化合物以及戊糖和已糖組成。此外，單糖之間的連接方式也有很大的不同。
本研究的目的是探討各種木漿中的半纖維素含量的差異，以及這些差異對(duì)木漿和卷煙紙熱性質(zhì)的影響。為了測(cè)定木漿中的半纖維素含量，將半纖維素用18％的NaOH溶液提取，然后調(diào)pH至7.0使之沉淀。分離后，通過在100～200℃范圍內(nèi)進(jìn)行熱提取試驗(yàn)并在300～700℃的范圍內(nèi)進(jìn)行裂解實(shí)驗(yàn)，對(duì)從各種木漿得到的半纖維素的熱性質(zhì)進(jìn)行了分析研究。
為了分析碳水化合物組成，將半纖維素用三氟乙酸水解。用離子交換層析進(jìn)行糖分析，用脈沖電流法檢測(cè)。
這些試驗(yàn)結(jié)果表明：不同的木漿之間有顯著差異。就半纖維素來講，木漿可以分為三類：長(zhǎng)纖維素木漿、短纖維素木漿和一年生植物木漿。木漿中半纖維素的含量和成分都有差別，這些差別決定了木漿的熱性質(zhì)以及卷煙紙的熱性質(zhì)。
提取方法
從植物纖維中提取半纖維素的方法，其步驟是：將植物纖維、堿、水混合后放入帶有攪拌裝置和加熱系統(tǒng)的反應(yīng)釜中，將反應(yīng)釜溫度升至35℃～85℃，同時(shí)在300rpm～2000rpm的轉(zhuǎn)速條件下，攪拌10s～10min，以常規(guī)方法過濾或離心，得到的濾液或上清液即為半纖維素的提取液；向半纖維素的提取液中加入其2～3倍體積量的80％～95％的乙醇，使可溶性半纖維素沉淀，常規(guī)過濾，收集產(chǎn)物并干燥，得半纖維素。本發(fā)明的方法反應(yīng)物的濃度比水提取法要求的反應(yīng)物濃度高，提取中不要求使用大量的水，明顯降低了提取成本。
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