纖維素
此條目介紹的是一類生物多醣。關於概念上的營養成份，請見「膳食纖維」。纖維素（cellulose）是一類有機化合物，其化學通式為(C
6H
10O
5)
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）組成的多醣[2][3]。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[4]。纖維素是地球上最豐富的有機聚合物，是自然界中分佈最廣、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、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%[5][6][7][8]。
| 纖維素[1] | |
|---|---|
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| |
| 識別 | |
| CAS號 | 9004-34-6 
|
| ChemSpider | NA |
| EC編號 | 232-674-9 |
| 性質 | |
| 化學式 | (C 6H 10O 5) n |
| 外觀 | 白色粉末 |
| 密度 | 1.5 g/cm3 |
| 熔點 | 分解 |
| 溶解性（水） | 無 |
| 危險性 | |
| 歐盟編號 | not listed |
| NFPA 704 |
 1
1
0
|
| 相關物質 | |
| 相關化學品 | 澱粉 |
| 若非註明，所有數據均出自標準狀態（25 ℃，100 kPa）下。 | |
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
纖維素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，纖維素佔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。
纖維素的性質
纖維素是D-葡萄糖以β-1,4-醣苷鍵組成的大分子多醣，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-纖維素這一名稱係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(X光)繞射和負染色法，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，與較濃的苛性鈉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
纖維素的實驗室製法是先用水、有機溶劑處理植物原料，再用氯、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。
纖維素的作用
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。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。
纖維素的鑑別
纖維素燃燒無味，生成黑煙，用此法可鑑別人造絲和真絲（蛋白質，燃燒有燒焦羽毛氣味）。
應用
用於工業用途的纖維素主要是來自木漿和棉花[9]。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
纖維
纖維素是棉、麻和纖維植物製成紡織品的主要成分；其可以變成嫘縈（Rayon，即人造絲），一種20世紀初就開始使用於紡織品的重要纖維。
參考
- ^ 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. PMID 12149011. doi:10.1021/ja0257319.
- ^ Crawford, R. L. Lignin biodegradation and transformation. New York: John Wiley and Sons. 1981. ISBN 0-471-05743-6.
- ^ Updegraff DM. Semimicro determination of cellulose in biological materials. Analytical Biochemistry. 1969, 32 (3): 420–424. PMID 5361396. doi:10.1016/S0003-2697(69)80009-6.
- ^ Romeo, Tony. Bacterial biofilms. Berlin: Springer. 2008: 258–263. ISBN 978-3-540-75418-3.
- ^ Cellulose. (2008). In Encyclopædia Britannica. Retrieved January 11, 2008, from Encyclopædia Britannica Online.
- ^ Chemical Composition of Wood （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）. ipst.gatech.edu.
- ^ Piotrowski, Stephan and Carus, Michael (May 2011) Multi-criteria evaluation of lignocellulosic niche crops for use in biorefinery processes （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）. nova-Institut GmbH, Hürth, Germany.
- ^ Journal of Bioresources and Bioproducts. (2023). Hongwei Ma, Zhiyong Cheng, Xiaobai Li, Bin Li, Yujie Fu, Jianchun Jiang, Advances and challenges of cellulose functional materials in sensors,
- ^ 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.
參見
- 羥丙基纖維素(Hydroxypropyl cellulose (HPC))
- 羧基乙烯基-羧膦酸鹽磷酸化酶(Carboxyvinyl-carboxyphosphonate phosphorylmutase)