半纤维素(hemicellulose):是由几种不同类型的单糖构成的异质多聚体,这些糖是五碳糖和六碳糖,包括木糖、阿拉伯糖和半乳糖等。半纤维素木聚糖在木质组织中占总量的50%,它结合在纤维素微纤维的表面,并且相互连接,这些纤维构成了坚硬的细胞相互连接的网络。
来源
半纤维素广泛存在于植物中,针叶材含15%~20%,阔叶材和禾本科草类含15%~35%,但其分布因植物种属、成熟程度、早晚材、细胞类型及其形态学部位的不同而有很大差异。例如针叶材的主要半纤维素是聚半乳糖葡萄甘露糖类,而阔叶材和禾本科草类的却是聚木糖类;针、阔叶材的射线细胞比管胞细胞和纤维细胞含较多的聚木糖类;在针叶材细胞次生壁的中层,聚木糖类含量最低,在次生壁外和内层却较高,而聚半乳糖葡萄甘露糖类的分布则恰恰相反。
任何植物原料的化学制浆工业处理中,在脱木素的同时半纤维素也会发生酸性水解或碱性水解、剥皮反应和氧化反应等,虽然蒸煮溶出的半纤维素又可再沉积吸附于纸浆上,但仍将损失一定数量,而残留的半纤维素对纸浆的性质影响很大,它可增进纸浆的抗拉强度、弹性模数和透明度等,但对撕裂强度无影响。在制纤维素衍生物用浆时则须尽量除去半纤维素。
折叠编辑本段应用
半纤维素的工业利用正在开发,制浆废液可制酵母,酵母又可抽提出10%的核糖核酸,再衍生为肌苷单磷酸酯和鸟苷单磷酸酯,可用作调味剂、抗癌剂或抗病毒剂等。林产化学品法是先用有机酸使纤维原料预水解,水解残渣仍可制浆,质量可与未预水解的浆相媲美,而从水解液可分离出戊糖和己糖组分,所得木糖经处理后制成木糖醇,可作增甜剂、增塑剂、表面活性剂;木糖酸可作胶粘剂;聚木糖硫酸酯可作抗凝血剂。
半纤维素糖类发酵酒精是利用生物技术,由可再生的植物纤维原料制取酒精,一直是国际关注的研究热点. 本项目以玉米棒芯为原料,经稀酸水解将半纤维转化为戊糖,进一步发酵为酒精。其总体水平为中国首创,国际先进。此项技术的中试成功将对中guojiu精工业的发展起到积极的推动作用,对于解决人类将面临的能源危机、粮食紧缺及环境污染等问题均具有重大的意义。
折叠编辑本段对卷烟纸影响
半纤维素是木浆的主要成分之一,与均由1,4-β糖苷键连接的葡萄糖组成的纤维素不同,半纤维素由各种碳水化合物以及戊糖和已糖组成。此外,单糖之间的连接方式也有很大的不同。
本研究的目的是探讨各种木浆中的半纤维素含量的差异,以及这些差异对木浆和卷烟纸热性质的影响。为了测定木浆中的半纤维素含量,将半纤维素用18%的NaOH溶液提取,然后调pH至7.0使之沉淀。分离后,通过在100~200℃范围内进行热提取试验并在300~700℃的范围内进行裂解实验,对从各种木浆得到的半纤维素的热性质进行了分析研究。
为了分析碳水化合物组成,将半纤维素用三氟乙酸水解。用离子交换层析进行糖分析,用脉冲电流法检测。
这些试验结果表明:不同的木浆之间有显著差异。就半纤维素来讲,木浆可以分为三类:长纤维素木浆、短纤维素木浆和一年生植物木浆。木浆中半纤维素的含量和成分都有差别,这些差别决定了木浆的热性质以及卷烟纸的热性质。
折叠编辑本段提取方法
从植物纤维中提取半纤维素的方法,其步骤是:将植物纤维、碱、水混合后放入带有搅拌装置和加热系统的反应釜中,将反应釜温度升至35℃~85℃,同时在300rpm~2000rpm的转速条件下,搅拌10s~10min,以常规方法过滤或离心,得到的滤液或上清液即为半纤维素的提取液;向半纤维素的提取液中加入其2~3倍体积量的80%~95%的乙醇,使可溶性半纤维素沉淀,常规过滤,收集产物并干燥,得半纤维素。本发明的方法反应物的浓度比水提取法要求的反应物浓度高,提取中不要求使用大量的水,明显降低了提取成本。