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纖維素(cellulose)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。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%;一般木材中,纖維素佔40~50%。食物中的纖維素(即膳食纖維)對人體的健康有重要的作用。纖維素也是重要的造紙原料。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。

1 纖維素 -簡介

纖維素纖維素的結構示意圖

纖維素的分子式(C6H10O5)n,由D-葡萄糖以β-1,4糖苷鍵組成的大分子多糖,分子量50000~2500000,相當於300~15000個葡萄糖基。不溶於水及一般有機溶劑。是植物細胞壁的主要成分。

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、稻草、甘蔗渣等,都是纖維素的豐富來源。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,賽璐玢以及硝酸酯、醋酸酯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。

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。

2 纖維素 -性質

纖維素纖維素——分子式

纖維素是維管束植物、地衣植物以及一部分藻類細胞壁的主要成分。醋酸菌(Acetobaeter)的莢膜,以及尾索類動物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(α-cellulose)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%NaOH不能提取的部分。β-纖維素(β-cellulose)、γ-纖維素(γ-cellulose)是相應於半纖維素的纖維素,α-纖維素通常大部分是結晶性纖維素,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線衍射和負染色法(negative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Schwitzer試劑或濃硫酸。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(primer)轉移糖苷合成纖維素的酶(cellulosesynthase(UDPformingEC2.4.1.12)。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(cellulosesynthase(GDPforming)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。

纖維素不溶於水和乙醇、乙醚等有機溶劑,能溶於銅氨Cu(NH34(OH)2溶液和銅乙二胺[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。

3 纖維素 -製法

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素,得到纖維素和半纖維素,然後除去半纖維素,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,除去木素,然後經過漂白進一步除去殘留木素,所得漂白漿可用於造紙。

4 纖維素 -作用

膳食作用
纖維素膳食纖維素

膳食纖維素,一般採用從天然食物(魔芋、燕麥、蕎麥、蘋果、仙人掌、胡蘿蔔等)中提取的多種類型的高純度膳食纖維。膳食纖維素的主要功能為:

1、治療糖尿病
膳食纖維可提高胰島素受體的敏感性,提高胰島素的利用率;膳食纖維能包裹食物的糖分,使其逐漸被吸收,有平衡餐后血糖的作用,從而達到調節糖尿病患者的血糖水平,治療糖尿病的作用。

2、預防和治療冠心病
血清膽固醇含量的升高會導致冠心病。膽固醇和膽酸的排出與膳食纖維有著極為密切的關係。膳食纖維可與膽酸結合,而使膽酸迅速排出體外,同時膳食纖維與膽酸結合的結果,會促使膽固醇向膽酸轉化,從而降低了膽固醇水平。

3、降壓
膳食纖維能夠吸附離子,與腸道中的鈉離子、鉀離子進行交換,從而降低血液中的鈉鉀比值,從而起到降血壓的作用。

4、抗癌
早期在印度的調查顯示,生活在印度北部人們膳食纖維的食用量大大高於南部,而結腸癌的發病率也大大低於南部。根據這個調查結果,科學家做了更加深入的研究,發現膳食纖維防治結腸癌有以下幾點原因:結腸中一些腐生菌能產生致癌物質,而腸道中一些有益微生物能利用膳食纖維產生短鏈脂肪酸,這類短鏈脂肪酸能抑制腐生菌的生長;膽汁中的膽酸和鵝膽酸可被細菌代謝為細胞的致癌劑和致突變劑,膳食纖維能束縛膽酸等物質並將其排出體外,防止這些致癌物質的產生;膳食纖維能促進腸道蠕動,增加糞便體積,縮短排空時間,從而減少食物中致癌物與結腸接觸的機會;腸道中的有益菌能夠利用膳食纖維產生丁酸,丁酸能抑制腫瘤細胞的生長增殖,誘導腫瘤細胞向正常細胞轉化,並控制致癌基因的表達。

5、治療肥胖症
膳食纖維取代了食物中一部分營養成份的數量,而使食物總攝取量減少。膳食纖維促增加唾液和消化液的分泌,對胃起到了填充作用,同時吸水膨脹,能產生飽腹感而抑制進食慾望。膳食纖維與部分脂肪酸結合,這種結合使得當脂肪酸通過消化道時,不能被吸收,因此減少了對脂肪的吸收率。

6、治療便秘
膳食纖維具有很強的持水性,其吸水率高達10倍。它吸水后使腸內容物體積增大,大便變松變軟,通過腸道時會更順暢更省力。與此同時,膳食纖維作為腸內異物能刺激腸道的收縮和蠕動,加快大便排泄,起到治便秘的功效。

7、清除外源有害物質
膳食纖維對陽離子有較強的結合和交換能力,能吸附結合有機化合物,可以作為某些環境污染物質最後的屏障,防止它們最終侵害人體,起到解毒作用。目前已發現膳食纖維對鈣、汞、鉛、高濃度銅、鋅,特別是有機陽離子具有清除能力。可使它們的濃度由中毒水平達到安全水平。此外,不溶性膳食纖維可縮短糞便在腸道的停留時間,稀釋有害物質在腸道中的濃度,減少有害物如黃曲霉毒素、亞硝胺、酚、多環芳烴等在腸道的滯留時間,從而減少人體對它們的吸收。水溶性膳食纖維被人體消化吸收,進入大腸內為雙歧桿菌所利用,促進雙歧桿菌增殖。雙歧桿菌能分解致癌物亞硝胺,並能提高巨噬細胞的吞噬能力,增加人體免疫功能和對腫瘤的抵抗力。

鑒別作用

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

5 纖維素 -含量

纖維素纖維素

不含纖維素食物有:雞、鴨、魚、肉、蛋等;含大量纖維素的食物有:粗糧、麩子、蔬菜、豆類等,其中棉花含量最高,達到98%。常見食品的纖維素含量如下:

麥麩:31%

穀物:4-10%,從多到少排列為小麥粒、大麥、玉米、蕎麥麵、薏米面、高粱米、黑米。

麥片:8-9%;

燕麥片:5-6%

馬鈴薯、白薯等薯類:為3%。

豆類:6-15%,從多到少排列為黃豆、青豆、蠶豆、芸豆、豌豆、黑豆、紅小豆、綠豆,無論穀類、薯類還是豆類,一般來說,加工得越精細,纖維素含量越少。

蔬菜類:筍類的含量最高,筍乾的纖維素含量達到30-40%,辣椒超過40%。其餘含纖維素較多的有:蕨菜、菜花、菠菜、南瓜、白菜、油菜

菌類(干):纖維素含量最高,其中松蘑的纖維素含量接近50%,30%以上的按照從多到少的排列為:髮菜、香菇、銀耳、木耳。此外,紫菜的纖維素含量也較高,達到20%

堅果:3-14%。10%以上的有:黑芝麻、松子、杏仁;10%以下的有白芝麻、核桃、榛子、胡桃、葵瓜子、西瓜子、花生仁

水果:含量最多的是紅果乾,纖維素含量接近50%,其次有桑椹干、櫻桃、酸棗、黑棗、大棗、小棗、石榴、蘋果、鴨梨。

各種肉類、蛋類、奶製品、各種油、海鮮、酒精飲料、軟飲料都不含纖維素;各種嬰幼兒食品的纖維素含量都極低。  

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