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纖維素是一種由葡萄糖組成的大分子多糖，其分子式為（C6H10O5)n。它是由多個葡萄糖分子以β-1,4糖苷鍵連接組成的，這種連接方式是纖維素分子結(jié)構(gòu)的特點。纖維素不溶于水及一般有機溶劑，因此它在自然界中具有廣泛的分布和應(yīng)用。 纖維素是一種白色、無味、無臭的固體，通常呈纖維狀或粒狀。它的密度約為1.27-1.61 g/cm，熔點在260-270℃。由于纖維素的分子結(jié)構(gòu)比較穩(wěn)定，因此它在自然界中具有耐久性和可降解性。纖維素在植物、細菌和真菌等生物體內(nèi)具有重要的生理功能，同時也是生物體內(nèi)外生物活性物質(zhì)的重要成分。 纖維素的應(yīng)用非常廣泛，它可以作為紙張、紡織品、塑料和生物醫(yī)學(xué)材料等的重要原料。纖維素在紙張制造中用作原料，可以生產(chǎn)出高質(zhì)量的紙張，如新聞紙、印刷紙等。在紡織品領(lǐng)域，纖維素可以用于生產(chǎn)棉織物、絲綢織物和毛織物等。纖維素還可以作為生物醫(yī)學(xué)材料，用于制造醫(yī)療用品，如手術(shù)縫合線、醫(yī)用膜等。 總之，纖維素是一種重要的天然高分子化合物，具有廣泛的應(yīng)用前景和開發(fā)潛力。纖維素
葡萄糖組成的大分子多糖
纖維素（Cellulose）是由葡萄糖組成的大分子多糖，從結(jié)構(gòu)上看它是由多個葡萄糖分子以β-1,4糖苷鍵連接組成的，其分子式為（C6H10O5)n。其不溶于水及一般有機溶劑。纖維素是一種白色、無味、無臭的固體，通常呈纖維狀或粒狀。纖維素的密度約為1.27-1.61 g/cm，熔點在260-270℃。纖維素是地球上最古老而又最豐富的生物質(zhì)資源之一，人類對纖維素材料的認識和利用已擁有超過2000年的歷史。纖維素是植物細胞壁的主要成分，是自然界中分布最廣、含量最多的一種多糖，占植物界碳含量的50%以上。
基本信息
中文名
纖維素
英文名
Cellulose
別名
微晶纖維素
拼音
xiān wéi sù
CAS編號
9004-34-6
性質(zhì)
化學(xué)式
C6H10O5
摩爾質(zhì)量
342.30 g/mol
外觀
白色粉狀纖維
氣味
無味
密度
1.27-1.61 g/cm
熔點
260-270 ℃
溶解性
不溶于水、乙醇、乙醚和稀無機酸。微溶于氫氧化鈉溶液
pH
上清液的 pH 值在 5.0 和 7.5 之間（10% 懸浮在水中）
蒸氣壓
0 毫米汞柱（大約）
相關(guān)歷史
法國化學(xué)家A.帕揚（A.Payen）是最早研究纖維素的科學(xué)家之一。他在1837~1842年研究植物細胞壁成分時發(fā)現(xiàn)，纖維素是一種由葡萄糖組成的物質(zhì)。1838年，帕揚將它命名為cellulose，由法語cellule（來源于拉丁文cellula）變化而成。這一名詞為使用拉丁字母文字的國家所沿用，中文名為纖維素。
H.施陶丁格（Hermann Staudinger）在1920年確定了纖維素的聚合物結(jié)構(gòu)。1991年，纖維素被列為第七大營養(yǎng)素，與蛋白質(zhì)、碳水化合物、脂肪、維生素、礦物質(zhì)和水并列。該化合物于1992年由小林敦（Atsushi Kobayashi）和正田信一郎（Shin-ichiro Shoda）首次化學(xué)合成（不使用任何生物衍生酶）。
化學(xué)結(jié)構(gòu)
纖維素是一種多糖，由葡萄糖組成，化學(xué)式為(C6H10O5)n。纖維素中的羥基（-OH）含有三個醇羥基，其中C6的羥基為伯羥基，C2和C3位上的羥基為仲羥基，這三個羥基可發(fā)生一系列的化學(xué)反應(yīng)（如酯化、醚化反應(yīng)等）。纖維素是由β-1,4糖苷鍵連接的以脫水-D葡萄糖為單元構(gòu)成的天然高分子，兩個相鄰的糖單元結(jié)構(gòu)互成180°交錯。天然纖維素的聚合度一般為1000~20000，相對分子量為20000~2500000。纖維素鏈?zhǔn)嵌ㄏ虻模哂胁粚ΨQ的末端結(jié)構(gòu)：一端為具有還原性的半縮醛結(jié)構(gòu)，另一端為非還原性的羥基結(jié)構(gòu)。因此，可通過在纖維素的羥基上進行化學(xué)反應(yīng)以制備具有各種功能的纖維素衍生物。
纖維素是一種線性高分子，由許多D-吡喃型葡萄糖基（脫水葡萄糖）以β-1,4-糖苷鍵結(jié)合而成，且每個葡萄糖基都可與相鄰的三個葡萄糖基結(jié)合，形成直鏈纖維素分子。同時每個葡萄糖基都有一個羥基位于分子鏈的側(cè)邊，這些羥基可以形成大量的氫鍵，而這些氫鍵限制了分子鏈的運動，纖維素分子鏈中的葡萄糖基之間也存在較強的相互作用，另外六元環(huán)結(jié)構(gòu)導(dǎo)致內(nèi)旋轉(zhuǎn)困難，分子有極性、分子鏈間相互作用強使得纖維素具有較高的剛性和穩(wěn)定性。
纖維素具有高度結(jié)晶的結(jié)構(gòu)，其晶型包括I型、II型、III型和IV型。其中I型是天然纖維素的晶型，其他晶型則需要通過特定的處理方法才能得到，纖維素的結(jié)晶結(jié)構(gòu)使其具有較高的強度和耐久性。由于纖維素分子鏈的長度是不均勻的，存在不同的聚合度。因此，纖維素具有多分散性，其性質(zhì)也因聚合度的不同而有所差異。
理化性質(zhì)
物理性質(zhì)
纖維素是一種白色、無味、無臭的固體，通常呈纖維狀或粒狀。纖維素的密度約為1.27-1.61 g/cm。纖維素是一種不溶于水、稀酸、稀堿和一般有機溶劑的有機高分子化合物。然而，纖維素在一定條件下可以與某些有機溶劑（如銅氨溶液、尿素甲醛溶液等）發(fā)生反應(yīng)，生成可溶性的纖維素衍生物。此外，纖維素還具有較高的熱穩(wěn)定性和耐化學(xué)腐蝕性。
纖維素及其衍生物具有吸濕性，其吸濕性與環(huán)境濕度有關(guān)。在某些條件下，纖維素衍生物的吸濕能力與纖維素相近。當(dāng)纖維素?zé)o定形區(qū)的水分子排列有一定方向時，密度較高，此時的吸濕能力較強。纖維素具有較高的抗張強度和彈性模量，但伸長率較低。經(jīng)過絲光處理后的纖維素，其結(jié)晶度、強度和柔軟性都會有所提高。纖維素的熔點和分解溫度較高，一般在270℃～300℃之間。纖維素的熱穩(wěn)定性與其晶體結(jié)構(gòu)有關(guān)，纖維素Ⅱ型晶具有更高的熱穩(wěn)定性。
化學(xué)性質(zhì)
纖維素中的羥基（-OH）含有三個醇羥基，其中C6的羥基為伯羥基，C2和C3位上的羥基為仲羥基，這三個羥基可發(fā)生一系列的化學(xué)反應(yīng)（如酯化反應(yīng)、醚化反應(yīng)等）。
酯化反應(yīng)
纖維素酯化反應(yīng)是指纖維素分子與酯化劑反應(yīng)，在纖維素分子中引入酯基，從而改變其性質(zhì)。常見的纖維素酯化劑包括羧酸、酸酐、酰氯、醇等。在纖維素分子中，三個羥基在葡萄糖基中所處的位置不同，受鄰近取代基的影響和空間阻礙作用也各不相同。因此，在酯化反應(yīng)中，各個羥基的反應(yīng)活性也不同。一般來說，C6羥基的反應(yīng)活性最高，C3羥基次之，C2羥基的反應(yīng)活性最低。
纖維素硝酸酯化反應(yīng)
化學(xué)反應(yīng)式
醚化反應(yīng)
纖維素醚化反應(yīng)是指纖維素分子與醚化劑反應(yīng)，在纖維素分子中引入醚基，從而改變其性質(zhì)。常見的纖維素醚化劑包括堿金屬鹽、有機磺酸、環(huán)氧化物等。與酯化反應(yīng)類似，各個羥基的反應(yīng)活性也不同，C6羥基的反應(yīng)活性最高，C3羥基次之，C2羥基的反應(yīng)活性最低。
典型纖維素醚的制備
水解反應(yīng)
纖維素水解反應(yīng)是將纖維素分解成小分子糖類的過程。在自然界中，有許多微生物和真菌能夠分泌纖維素酶，將纖維素分解成較小的糖類物質(zhì)。而在工業(yè)上，通常采用酸催化或者堿催化的方式來實現(xiàn)纖維素水解反應(yīng)。在纖維素水解過程中，酸催化法可以將纖維素與濃硫酸等酸性物質(zhì)反應(yīng)，使其產(chǎn)生裂解，生成纖維素糖，隨后進行中和和蒸發(fā)處理，得到纖維素糖液。
纖維素水解的產(chǎn)物稱為水解纖維素，它不是一種有固定組成的化合物，而是一種依水解程度不同而不同的混合物，纖維素完全水解即為葡萄糖。水解纖維素的化學(xué)結(jié)構(gòu)與原纖維素相同，但它的聚合度小于原纖維素，因此，水解纖維素的機械強度大大低于原纖維素。
氧化反應(yīng)
纖維素的氧化反應(yīng)可以通過使用氧化劑，如氯氣、過氧化氫、高錳酸鉀等，來引入新的官能團，如羧基、醛基和酮基等，從而改變纖維素的結(jié)構(gòu)特征，賦予其更多新的性能。氧化纖維素是一種不溶于水的纖維素衍生物。它可以通過氧化劑和各種金屬催化劑的作用由纖維素生產(chǎn)。
分類
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，纖維素占40～50％，還有10～30％的半纖維素和20～30％的木質(zhì)素。此外，麻、麥稈、稻草、甘蔗渣等，都是纖維素的常見來源。
天然纖維素
纖維素是植物細胞壁的主要成分之一，在植物中，纖維素主要是通過葉綠素與水和二氧化碳進行光合作用合成的。天然纖維素的植物來源非常廣泛，包括棉花、麻、麥稈、稻草、甘蔗渣等。根據(jù)植物來源，天然纖維素可分為棉纖維、木材纖維、草類纖維和韌皮纖維等。
棉纖維
棉纖維是純度最高的天然纖維素，它是在棉籽表皮上生長發(fā)育而成的纖維，其纖維素含量接近100%，是植物纖維中重要的纖維素來源。
木材纖維
在自然界中，木材是天然纖維素最主要的來源。木質(zhì)纖維素除含有纖維素之外，還含有木質(zhì)素和半纖維素。木材是以纖維素為基質(zhì)、木質(zhì)素為填充劑所組成的三維體型結(jié)構(gòu)的復(fù)合體系。木材中的纖維素與半纖維素和木質(zhì)素共存，半纖維素以氫鍵與纖維素分子連接，并纏繞纖維素，與木質(zhì)素通過阿魏酸和對香豆酸相連。不同木材及植物不同部位的纖維素、木質(zhì)素和半纖維素含量和化學(xué)組成均有差異。
草類纖維
草本科植物，例如禾本科和竹科等，其莖部富含大量纖維素。例如小麥秸稈、玉米秸稈和竹莖等。與木材相比，草類所含纖維素的纖維長度較短，非纖維細胞比率較高。同時，草類纖維中半纖維素的含量相對較高，木質(zhì)素的含量相對較低。
韌皮纖維
典型的韌皮纖維包括亞麻、劍麻、桑皮、大麻、黃麻、紅麻以及棉秸皮等。其中，各種麻類纖維的纖維素含量較高，因此是優(yōu)質(zhì)的紡織工業(yè)原料。而其他韌皮纖維則可用于造紙工業(yè)。麻類纖維具有出色的韌性，其斷裂伸長率可與玻璃纖維相媲美。
細菌纖維素
相對于植物纖維素，人們把由微生物合成的纖維素統(tǒng)稱為細菌纖維素，因為其具有高純度、高結(jié)晶度和高分子量的特性。在自然界中，植物纖維素通常與其他物質(zhì)共存，如木質(zhì)素和半纖維素，因此提取高純度的植物纖維素存在一定困難，且會產(chǎn)生大量廢水，對環(huán)境造成污染，同時也增加了生產(chǎn)成本。而細菌纖維素的長徑比比植物纖維素更高，更有利于制備微小的纖維產(chǎn)品。
許多微生物都可以合成纖維素，其中常見的能夠合成細菌纖維素的微生物包括醋酸菌屬、土壤桿菌屬、根瘤菌屬、假單胞菌屬、產(chǎn)堿菌屬、氣桿菌屬、固氮菌屬、無色杄菌屬和八疊球菌屬等。細菌纖維素和植物纖維素在結(jié)構(gòu)和化學(xué)組成上非常相似，但細菌纖維素具有更好的物理化學(xué)性能和力學(xué)性能，其楊氏模量高達1.5×10Pa。
合成纖維素
除了植物細胞壁，微生物也能合成天然纖維素。科學(xué)研究的發(fā)展和進步使得人工合成纖維素取得了重大進展，主要的合成方法是生物法和化學(xué)合成法。化學(xué)法是通過化學(xué)反應(yīng)將纖維素從植物細胞壁中提取出來，然后進行純化和加工處理。生物法則是利用微生物或酶類將植物細胞壁中的纖維素分解成單糖，再進行純化和加工處理。
人工合成纖維素主要有兩種合成路線：酶催化和葡萄糖衍生物的開環(huán)聚合。人工合成纖維素的基本原理是利用纖維素的結(jié)構(gòu)特點和化學(xué)性質(zhì)，通過化學(xué)或生物的方法，將纖維素從植物細胞壁中提取出來，并進行純化和加工處理，最終得到高純度的纖維素。然而，由于技術(shù)的限制，人工合成纖維素的聚合度較低，通常只有幾十，分子量較低，尚不能達到自然界中高結(jié)晶度、高聚合度的纖維素織態(tài)結(jié)構(gòu)，更無法滿足現(xiàn)代工業(yè)的需要。
多聚和纖維素
多聚合纖維素可以通過酸法、堿法、加氧劑以及生物法制備。其中酸法是將天然纖維素放入含硫酸、鹽酸或氯酸的溶液中，經(jīng)過反應(yīng)和脫色等處理，得到纖維素；堿法是將天然纖維素放入氫氧化鈉、氫氧化鉀等堿性溶液中，在高溫高壓的條件下水解纖維素所得的紙漿，經(jīng)過脫水處理后制得纖維素；加氧劑制備是將天然纖維素放入氧氣氣氛中，在催化劑的促進下進行氧化處理，得到纖維素；生物法制備則是采用微生物或酵母菌等生物發(fā)酵過程，利用微生物將天然纖維素分解成單糖，再經(jīng)過純化、脫色等后可得到纖維素。其可以用于紡織品、紙張制造、塑料制品以及制作生物醫(yī)學(xué)材料，如制作藥物載體、手術(shù)縫合線等。
木制纖維素
木質(zhì)纖維素是一種由木材，尤其是軟木、松木、云杉等樹種制成的天然纖維。木質(zhì)纖維素的制備首先需要將原木去皮，以減少生產(chǎn)過程中的污染物，然后將去皮后的原木進行磨碎，磨成直徑約為2-5毫米的小塊，并將小塊木料放入蒸煮鍋中，加入蒸汽進行蒸煮。蒸煮的目的是將木材中的木素和半纖維素分離出來，形成可轉(zhuǎn)化的纖維素，再將蒸煮后的木塊加入堿液中進行處理，分離纖維素。堿液處理的目的是將木材中的木素、半纖維素以及一些細胞壁材料分離。最后將纖維素放入高壓反應(yīng)釜中，在一定的溫度和壓力下進行反應(yīng)。它是一種生物質(zhì)材料，具有多孔性、高比表面積和良好的化學(xué)穩(wěn)定性等性質(zhì)。它具有優(yōu)良的吸附性能，可以用于吸附和去除水中的有害物質(zhì)。此外，木質(zhì)纖維素還具有很好的生物可降解性，可以在自然環(huán)境中被微生物分解。
木質(zhì)纖維素可以用于制作紡織品，如生物降解的塑料和人造纖維，也可以與其他材料混合使用，例如棉花、亞麻、絲綢等，使得纖維素紗線的性能更加優(yōu)良。由于木質(zhì)纖維素是一種生物質(zhì)資源，可以用于生產(chǎn)生物質(zhì)燃料、木炭和液體燃料。木質(zhì)纖維素也可以用于生產(chǎn)生物降解的包裝材料。
纖維素醚
纖維素醚的合成需要將纖維素纖維在堿性溶液中加熱，然后使用醚化劑進行處理。在生產(chǎn)過程中，使用氯化甲烷作醚化劑生產(chǎn)MC，而生產(chǎn)HPMC除了使用氯化甲烷外，還使用環(huán)氧丙烯來獲取羥丙基取代基團。纖維素醚是白色或淡黃色的固體，通常為顆粒狀或粉狀。纖維素醚可以用作增稠劑、懸浮劑和乳化劑等，在建筑、醫(yī)藥、個人保健、石油、粘蚊劑、造紙和紡織印染等行業(yè)有著廣泛應(yīng)用。
甲基纖維素
甲基纖維素可以通過堿化后的纖維素與氯代甲烷反應(yīng)制得。具體的反應(yīng)過程為將堿化的纖維素與氯代甲烷反應(yīng)，生成甲基纖維素和氯化鈉等副產(chǎn)物。甲基纖維素沒有顯著的毒性和刺激性，具有優(yōu)良的生物相容性和生物降解性。
甲基纖維素可以用于建筑業(yè)、醫(yī)藥行業(yè)、紡織業(yè)等領(lǐng)域。作為增稠劑、懸浮劑和乳化劑，甲基纖維素被廣泛應(yīng)用于建筑業(yè)中，如混凝土、砂漿和涂料的生產(chǎn)。其也可以用作藥物載體，幫助藥物更好地滲透到組織中，提高藥物的療效。
羥乙基纖維素
羧乙基纖維素是一種非離子型可溶性纖維素醚類。合成羧乙基纖維素首先需要將堿性纖維素和環(huán)氧乙烷或氯乙醇進行醚化反應(yīng)，生成羧乙基纖維素。它是一種白色或淡黃色，無味、無毒的纖維狀或粉狀固體。羧乙基纖維素的主要用途包括在石油開采中作為稠化劑、分散劑和穩(wěn)定劑；在醫(yī)療食品行業(yè)中作為藥片的載體和藥物緩慢釋放的包衣材料等。
制備方法
用化學(xué)法將植物纖維原料與化學(xué)試劑（如硫酸、氫氧化鈉等）在高溫或高壓下反應(yīng)，去除木質(zhì)素等雜質(zhì)，得到纖維素漿。再經(jīng)過漂白、過濾等工序，最終得到純度較高的纖維素；或者通過生物法利用纖維素酶等生物酶將植物纖維原料分解為小分子纖維素，再經(jīng)過分離、提純等工序，得到纖維素；也可以通過物理手段將植物纖維原料分離成纖維素和木質(zhì)素，如浮選、研磨、篩選等。
纖維素主要來源于植物的莖、葉子和果實。麻纖維可以從麻類植物的莖中提取，棉花纖維可以從棉鈴中提取。這些植物纖維經(jīng)過浸泡、軟化、梳理、干燥等過程進行提取和加工。最常用的天然纖維是棉花，其次是劍麻等長葉纖維和黃麻、亞麻、大麻以及苧麻等韌皮纖維。這些葉纖維和韌皮纖維是一種重要的非常規(guī)纖維來源。天然纖維的提取方法包括化學(xué)、物理和生物過程。例如，可以使用水脫膠或化學(xué)使用氫氧化鈉（NaOH）從絲蘭植物葉片中提取纖維。
合成纖維主要由提煉成單體的不可再生煤炭和石油制成，這些單體在一個稱為聚合的過程中結(jié)合在一起。最常見的合成纖維包括聚酯纖維、尼龍纖維、丙烯酸纖維和氨綸。合成纖維的合成包括幾個步驟，如聚合、紡絲、拉伸和熱定型，最后，纖維經(jīng)過加工處理，如染色、紡紗、織造等，成為各種織物。
應(yīng)用領(lǐng)域
全世界用于紡織造紙的纖維素，每年達800萬噸。此外，用分離純化的纖維素做原料，可以制造人造絲，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，用于塑料、炸藥、電工及科研器材等方面。
醫(yī)學(xué)材料
纖維素作為醫(yī)學(xué)材料的應(yīng)用主要體現(xiàn)在兩個方面：生物可降解材料和藥物載體。
由于纖維素具有較好的生物相容性和可降解性，因此纖維素可以被應(yīng)用于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。例如，纖維素可以與其它生物材料結(jié)合，制造出具有特定形狀和性能的手術(shù)縫合線，以滿足手術(shù)的需要。此外，纖維素也可以用于制造藥物釋放系統(tǒng)，能夠控制藥物在體內(nèi)的釋放速度和釋放量，從而達到更好的治療效果。
另一方面，纖維素也可以作為藥物載體，由于其能夠?qū)⑺幬锓肿影诶w維素顆粒中，形成纖維素-藥物復(fù)合物，從而增加藥物的穩(wěn)定性和生物利用度。例如，將抗癌藥物分子包裹在纖維素顆粒中，可以增加藥物在腫瘤部位的積累，減少藥物的毒副作用。同時纖維素還可以用于制造納米藥物載體，能夠?qū)⑺幬锓肿泳_地輸送到病變部位，從而提高藥物的療效。
紡織材料
纖維素在紡織領(lǐng)域是常用的紡織原材料之一，其可以用于生產(chǎn)各種類型的纖維素纖維，如棉纖維、亞麻纖維、大麻纖維等。這些纖維素纖維具有良好的吸濕性、透氣性、保暖性和抗靜電性，因此被廣泛應(yīng)用于紡織品和服裝的生產(chǎn)制造。纖維素還可以用于生產(chǎn)各種紡織助劑和整理劑，如柔軟劑、抗皺劑、防水劑等，以提高紡織品的品質(zhì)和性能。
建筑材料
在建筑領(lǐng)域，纖維素可以用于生產(chǎn)各種類型的建筑材料，如纖維板、纖維水泥等。纖維素纖維具有很好的防火、防水、隔音等性能，因此纖維素建筑材料可以廣泛應(yīng)用于建筑領(lǐng)域的各個方面。
造紙材料
紙張的主要成分為纖維素，而除紙張、紙漿之外，纖維素衍生材料還在造紙工業(yè)中扮演著重要的角色，多種纖維素醚、細菌纖維素等都被廣泛應(yīng)用于造紙行業(yè)作為各種造紙助劑（如紙張增強劑、表面施膠劑、乳化穩(wěn)定劑、涂料保水劑及特殊紙質(zhì)材料等）。
食品工業(yè)
纖維素可以被用來制備各種可降解的纖維素基薄膜，這些薄膜有望作為包裝材料應(yīng)用于食品工業(yè)。例如，納米纖維素可以用來提高纖維素薄膜的力學(xué)性能，而使用不同比例的纖維素晶須可以制備出再生纖維素薄膜。隨著纖維素晶須的加入，纖維素納米復(fù)合膜的拉伸強度可以得到顯著提高。此外，纖維素具有無毒性和生物可降解性，因此作為食品包裝時具有安全、可降解的特性。另外，采用纖維素水凝膠作為基材可以制備出疏水性纖維素復(fù)合膜。通過疏水-親水界面相互作用，纖維素水凝膠的孔隙可以促進短毛狀12-羥基十八酸（HOA）晶體在其表面生長，從而獲得高疏水性。通過溶劑蒸發(fā)法可以控制結(jié)晶，使HOA沿親水性纖維素孔壁生長，最終制備出疏水性纖維素復(fù)合膜。這種纖維素復(fù)合膜具有很高的疏水性和生物降解性，未來可以作為新型的可生物降解包裝材料用于食品工業(yè)。
工程領(lǐng)域
纖維素材料在工程領(lǐng)域也有良好的應(yīng)用前景。通過對天然木材進行改性，可以除去其中的木質(zhì)素和半纖維素，制備出高強度的纖維素材料，作為結(jié)構(gòu)材料用于工程領(lǐng)域。例如，采用兩步法對天然木材進行轉(zhuǎn)化處理，首先用氫氧化鈉和亞硫酸鈉溶液除去天然木材中的部分木質(zhì)素和半纖維素，然后利用熱壓法使細胞壁完全塌陷，使纖維素納米纖維完全致密化，制得超強木材。這種超強木材的強度、韌性和抗沖擊性能比原來提高了10倍，超過了輕質(zhì)鈦合金，而質(zhì)量僅為鋼材的1/6。由于纖維素納米纖維具有更大的尺寸穩(wěn)定性，使其有望成為一種低成本、高性能、質(zhì)輕的鋼材替代品。
生理作用
作為膳食纖維使用
人類膳食中的纖維素主要含于蔬菜和粗加工的谷類中，雖然不能被消化吸收，但有促進腸道蠕動，利于糞便排出等功能。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。纖維素可以作為膳食纖維添加劑應(yīng)用于食品工業(yè)。纖維素基膳食纖維在主食方面的應(yīng)用主要表現(xiàn)為在米飯、面條和饅頭中的添加。添加纖維素纖維到米飯中，可以增加米飯的蓬松清香口感；在面條中添加，則可改善面條的韌性。在焙烤食品中，纖維素纖維的應(yīng)用最為廣泛，主要產(chǎn)品包括高膳食纖維面包、蛋糕、餅干和桃酥等。膳食纖維的加入可以改善產(chǎn)品的持水力，吸附大量水分，有利于產(chǎn)品的凝固和保鮮，同時降低了生產(chǎn)成本，例如使用纖維素纖維來穩(wěn)定米糠粉。
對人體的生理作用
纖維素的功能主要包括促進腸道健康、降低膽固醇和血脂、控制血糖上升、增加飽腹感和控制體重等。在日常膳食中，適當(dāng)增加含纖維素豐富的食物攝入，有助于維護人體健康。
- 促進腸道蠕動，幫助排便：纖維素在腸道中能夠吸收水分，增加糞便量，促進腸道蠕動，從而幫助排便，預(yù)防便秘的發(fā)生。
- 減少致癌物質(zhì)在腸道內(nèi)的停留時間：纖維素能夠縮短致癌物質(zhì)在腸道內(nèi)的停留時間，減少其被人體吸收的機會，從而預(yù)防腸癌等疾病。
- 降低血脂及膽固醇：纖維素能夠與膽固醇和膽汁酸結(jié)合，降低血液中膽固醇及血脂的含量，從而降低心腦血管疾病的發(fā)生風(fēng)險。
- 控制血糖上升：纖維素是一種低血糖指數(shù)的食物成分，能夠延緩血糖的上升速度，有助于控制糖尿病患者的血糖水平。
- 增加飽腹感，有助于控制體重：纖維素能夠增加飽腹感，減少進食量，有助于控制體重，預(yù)防肥胖及相關(guān)疾病的發(fā)生。
食物來源
纖維素的食物來源主要是植物性食物，如水果、蔬菜、全谷類、豆類、堅果等。以下是一些常見食物中的纖維素含量：
常見食物中的纖維素含量
食物名稱 | 纖維素含量（%） |
魔芋 | 80 |
黑芝麻 | 19.1 |
燕麥 | 13.2 |
菠菜 | 2.2 |
蘋果 | 4.4 |
豆類（黃豆、紅豆、黑豆等） | 10~20 |
全谷類（糙米、全麥面包等） | 3~10 |
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