纤维素及其在实际生活中的应用综述

纤维素及其在实际生活中的应用综述

摘要：（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。纤维素是自然界中分布最广、含量最多的一种多糖，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，用分离纯化的纤维素做原料，可以制造人造丝，赛璐玢以及硝酸酯、醋酸酯等酯类衍生物和甲基纤维素、乙基纤维素、羧甲基纤维素钠等醚类衍生物，用于石油钻井、食品、陶瓷釉料、日化、合成洗涤、石墨制品、铅笔制造、电池、涂料、建筑建材、装饰、蚊香、烟草、造纸、橡胶、农业、胶粘剂、塑料、炸药、电工及科研器材等方面。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。

关键词：纤维素 工业应用 日常生产 建筑及化工 动植物吸收

Cellulose and its application in real life review

Abstract：Cellulose (cellulose) is composed of glucose molecules from the polysaccharide. Insoluble in water and common organic solvents. Is the main component of plant cell walls. Cellulose is the most widely distributed in nature, a most abundant polysaccharide, representing 50% of the carbon content of the vegetable kingdom over. Cotton cellulose content close to 100%, for the most natural source of pure cellulose. General wood, cellulose accounted for 40 to 50%, and 10 to 30% of the hemicellulose and 20 to 30% of the lignin；Moreover, the separation and purification of cellulose as raw material, can produce rayon,

cellophane, and nitrate, acetate and methyl ester derivatives such as cellulose, ethyl cellulose, sodium carboxymethyl cellulose ethers derivatives,used in oil drilling,food,ceramic glazes,chemical, synthetic detergent, graphiteproducts, pencil manufacturing, batteries, paints, building materials, decoration,incense, tobacco, paper, rubber,agriculture, adhesives, plastics, explosives, electrical and scientific equipment and so on.The human diet mainly containscellulose in vegetables and cereals in the rough, although can not be digested and absorbed, but the promotion of intestinal peristalsis, feces and other beneficialfunctions. Herbivores is dependent n its symbiotic microorganisms in the digestive tract break down cellulose, so that it can absorb.

Key ords：Daily roduction of cellulose construction and industrial applications, chemicalplants and animals absorb.

前言：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。

正文：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。纤维素是自然界中分布最广、含量最多的一种多糖，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。

纤维素相关性质：

1．溶解性

常温下，纤维素既不溶于水，又不溶于一般的有机溶剂，如酒精、乙醚、丙酮、苯等。它也不溶于稀碱溶液中。因此，在常温下，它是比较稳定的，这是因为纤维素分子之间存在氢键。

2．纤维素水解

在一定条件下，纤维素与水发生反应。反应时氧桥断裂，同时水分子加入，纤维素由长链分子变成短链分子，直至氧桥全部断裂，变成葡萄糖。

3．纤维素氧化

纤维素与氧化剂发生化学反应，生成一系列与原来纤维素结构不同的物质，这样的反应过程，成为纤维素氧化。（引自郭莉珠档案保护技术）

纤维素大分子的基环是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个葡萄糖基脱水葡萄糖，其分子式为：（C6H10O5）n， 其化学组成含碳44.44%、氢6.17%、氧49.39%。由于来源的不同，纤维素分子中葡萄糖残基的数目，即聚合度（DP）在很宽的范围。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。

4．柔顺性

纤维素柔顺性很差，是刚性的，因为（1）它分子有极性，分子链之间相互作用力很强；（2）纤维素中的六元吡喃环结构致使内旋转困难；（3）其分子内和分子间都能形成氢键特别是分子内氢键致使糖苷键不能旋转从而使其刚性大大增加。

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，除去木素，然后经过漂白进一步除去残留木素，所得漂白浆可用于造纸。

纤维素是地球上最古老、最丰富的天然高分子，是取之不尽用之不竭的，人类最宝贵的天然可再生资源。纤维素化学与工业始于160多年前，是高分子化学诞生及发展时期的主要研究对象，纤维素及其衍生物的研究成果为高分子物理及化学学科的创立、发展和丰富作出了重大贡献。

生理作用

纤维素的主要生理作用是吸附大量水分，增加粪便量，促进肠蠕动，加快粪便的排泄，使致癌物质在肠道内的停留时间缩短，对肠道的不良刺激减少，从而可以预防肠癌发生。

膳食纤维

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。食物纤维素包括粗纤维、半粗纤维和木质素。食物纤维素是一种不被消化吸收的物质，过去认为是“废物”，现在认为它在保障人类健康，延长生命方面有着重要作用。因此，称它为第七种营养素。

膳食纤维素，一般采用从天然食物（魔芋、燕麦、荞麦、苹果、仙人掌、胡萝卜等）中提取的多种类型的高纯度膳食纤维。

膳食纤维素的主要功能为：

1、治疗糖尿病

膳食纤维可提高胰岛素受体的敏感性，提高胰岛素的利用律；膳食纤维能包裹食物的糖分，使其逐渐被吸收，有平衡餐后血糖的作用，从而达到调节糖尿病患者的血糖水平，治疗糖尿病的作用。

2、预防和治疗冠心病

血清胆固醇含量的升高会导致冠心病。胆固醇和胆酸的排出与膳食纤维有着极为密切的关系。膳食纤维可与胆酸结合，而使胆酸迅速排出体外，同时膳食纤维与胆酸结合的结果，会促使胆固醇向胆酸转化，从而降低了胆固醇水平。

3、降压作用

膳食纤维能够吸附离子，与肠道中的钠离子、钾离子进行交换，从而降低血液中的钠钾比值，从而起到降血压的作用。

4、抗癌作用

自七十年代以来，膳食纤维在抗癌方面的研究报道日益增多，尤其是膳食纤维与消化道癌的关系。早期在印度的调查显示，生活在印度北部人们膳食纤维的食用量大大高于南部，而结肠癌的发病率也大大低于南部。根据这个调查结果，科学家做了更加深入的研究，发现膳食纤维防治结肠癌有以下几点原因：结肠中一些腐生菌能产生致癌物质，而肠道中一些有益微生物能利用膳食纤维产生短链脂肪酸，这类短链脂肪酸能抑制腐生菌的生长；

胆汁中的胆酸和鹅胆酸可被细菌代谢为细胞的致癌剂和致突变剂，膳食纤维能束缚胆酸等物质并将其排出体外，防止这些致癌物质的产生；膳食纤维能促进肠道蠕动，增加粪便体积，缩短排空时间，从而减少食物中致癌物与结肠接触的机会；肠道中的有益菌能够利用膳食纤维产生丁酸，丁酸能抑制肿瘤细胞的生长增殖，诱导肿瘤细胞向正常细胞转化，并控制致癌基因的表达。

5、减肥治疗肥胖症

膳食纤维取代了食物中一部分营养成份的数量，而使食物总摄取量减少。膳食纤维促增加唾液和消化液的分泌，对胃起到了填充作用，同时吸水膨胀，能产生饱腹感而抑制进食欲望。膳食纤维与部分脂肪酸结合，这种结合使得当脂肪酸通过消化道时，不能被吸收，因此减少了对脂肪的吸收率。

6、治疗便秘

膳食纤维具有很强的持水性，其吸水率高达10倍。它吸水后使肠内容物体积增大，大便变松变软，通过肠道时会更顺畅更省力。与此同时，膳食纤维作为肠内异物能刺激肠道的收缩和蠕动，加快大便排泄，起到治便秘的功效。

7、清除外源有害物质

膳食纤维对阳离子有较强的结合和交换能力，能吸附结合有机化合物，可以作为某些环境污染物质最后的屏障，防止它们最终侵害人体，起到解毒作用。目前已发现膳食纤维对钙、汞、铅、高浓度铜、锌，特别是有机阳离子具有清除能力。可使它们的浓度由中毒水平达到安全水平。此外，不溶性膳食纤维可缩短粪便在肠道的停留时间，稀释有害物质

在肠道中的浓度，减少有害物如黄曲霉毒素、亚硝胺、酚、多环芳烃等在肠道的滞留时间，从而减少人体对它们的吸收。水溶性膳食纤维被人体消化吸收，进入大肠内为双歧杆菌所利用，促进双歧杆菌增殖。双歧杆菌能分解致癌物亚硝胺，并能提高巨噬细胞的吞噬能力，增加人体免疫功能和对肿瘤的抵抗力。

蔬菜中含有丰富的纤维素。不含纤维素食物有：鸡、鸭、鱼、肉、蛋等；含大量纤维素的食物有：粗粮、麸子、蔬菜、豆类等，其中棉花含量最高，达到98%。因此建议糖尿病患者适当多食用豆类和新鲜蔬菜等富含纤维素的食物。目前国内的植物纤维食品，多是用米糠、麸皮、麦糟、甜菜屑、南瓜、玉米皮及海藻类植物等制成的，对降低血糖、血脂有一定作用。

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）。

纤维素虽然不能被人体吸收，但具有良好的清理肠道的作用，是适合IBS（肠易激综合征）患者食用的健康食品。

并非所有的碳水化合物都可以被消化并转化为葡萄糖。难以消化的碳水化合物被称为纤维。它是健康饮食不可或缺的一个组成部分，水果、蔬菜、小扁豆、蚕豆以及粗粮中的含量较高。食用高纤维的食物可以降低患肠癌、糖尿病和憩室疾病的可能性。而且也不易出现便秘现象。

通常人们认为纤维就是“粗草料”，但是事实并非如此，纤维可以吸收水分。因此它可以使食物残渣膨胀变松，更容易通过消化道。由于食物残渣在体内停留的时间缩短了，因此感染的风险被降低；而且，当一些食物特别是肉类变质时，会产生致癌物质并引起细

胞变异，食物残渣在体内停留时间的减短同样可以降低出现这种情况的可能性。经常食肉者的饮食中纤维的含量很低，这会将食物在肠道中停留的时间增加到24－72小时，在这段时间内，有一些食物可能出现变质。因此如果你喜欢吃肉，那么你必须确保饮食中同时含有大量纤维。

纤维有很多种类，其中一些是蛋白质而不是碳水化合物。有些种类的纤维，如燕麦中含有的那一类被称为“可溶性纤维”，它们与糖类分子结合在一起可以减缓碳水化合物的吸收速度。这样它们就可以帮助保持血糖浓度的稳定。有一些纤维的吸水性比其他种类的纤维要强很多。小麦纤维在水中可以膨胀到原来体积的10倍，而日本魔芋中的葡甘露聚糖纤维在水中可以膨胀到原来体积的100倍。由于纤维可以使食物膨胀，减缓糖类中能量的释放速度，因此高吸水性纤维可以帮助控制食欲，有助于保持适当的体重。

纤维理想的摄入量是每天不少于35克。如果食物选择得恰当，很容易就可以达到这个标准而不需要进行额外的补充。萨里大学的营养学家约翰·迪克森（JOhn Dickerson）曾强调指出，在营养本不丰富的饮食中加入麦茨会对健康造成危害。其原因是麦鼓中含有大量的肌醇六磷酸，这是一种抗营养物质，它会降低身体对包括锌在内的各种矿物质的吸收。总之，最好还是从大量不同的食物来源中获得纤维，这些食物来源包括燕麦、小扁豆、蚕豆、植物种子、水果以及生食或轻微烹制的蔬菜。蔬菜中大部分的纤维在烹制过程中都被破坏了，因此蔬菜最好还是生食。

工业中的应用

适用于干粉砂浆建材，内外墙耐水腻子粉（膏），粘结剂，填缝剂，界面剂，水性涂料，自流平剂等新型建材。

多聚合纤维素

大连医科大学第一临床学院与中国科学院大连化学物理研究所，历经多年合作完成的“多聚合纤维素预防组织粘连的基础与临床应用研究”研制成功一种可用来预防创作与手术后组织粘连的高科技新材料--多聚合纤维素，并在基础实验和临床应用研究中证明它具有良好的粘连效果。

如何使外科手术既能达到治疗疾病又不造成严重粘连并发症，是当今外科亟待解决的问题。自1993~1999年，由骨科姜长明教授主持的课题组研制一种新型可吸收的防粘连材料-多聚合纤维素（Poly-CMC），分别在骨科、普外、神经外科等多学科进行了广泛的基础与临床前瞻性的研究。在基础研究中，他们与大连化物所合作，以多聚合纤维素为原料，聚葡糖为交联剂，成功地完成了多聚合纤维素的合成及药物筛选工作。动物实验研究分别进行了多聚合纤维在防止肌腱、神经、硬膜、关节及腹腔术后粘连的研究，证明预防粘连效果明显。临床应用研究观察了多聚合纤维防止肌健粘连的疗效。多聚合纤维素具有良好的生物相容性，是一种理想的防粘连材料。它可杜绝或减少由于粘连引起起的术后并发症，降低手术死亡率和病残率。

木质素纤维：木质素纤维是天然木材经过化学处理得到的有机纤维，外观为棉絮状，呈白色或灰白色。通过筛选、分裂、高温处理、漂白、化学处理、中和、筛分成不同长度和粗细度的纤维以适应不同应用材料的需要．由于处理温度高达250℃以上，在通常条件下是化学上非常稳定的物质，不为一般的溶剂、酸、碱腐蚀，具有无毒、无味、无污染、无放射性的优良品质，不影响环境，对人体无害，属绿色环保产品，这是其它矿物质素纤维所不具备的。纤维微观结构是带状弯曲的，凹凸不平的，多孔的，交叉处是扁平的，有良好的韧性、分散性和化学稳定性，吸水能力强，有非常优秀的增稠抗裂性能。

工业上主要用途：泛用于沥青道路、混凝土、砂浆、石膏制品、木浆海棉等领域，对防止涂层开裂、提高保水性、提高生产的稳定性和施工的合宜性、增加强度、增强对表面的附着力等有良好的效果。其技术作用主要是：触变、防护、吸收、载体和填充剂。多用作F1方程式赛车道；高温多雨地区路面、停车场；高速公路与城市快速路、干线道路的抗滑表层； 桥面铺装。特别是钢桥面铺装；高寒地区、防止温缩裂缝；城市道路的公交车专用道；重交通路段、重载以及超载车多的路段；城市道路的交叉口、公共汽车站、货场、港口码头。

结论：查阅、参考相关各方面文献资料，整理出纤维素在日常以及工业等方面的多种用途。

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纤维素及其在实际生活中的应用综述

文献综述

化学系

094班

30号

张景越