第三章半纖維素

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1、第三章半纖維素目錄：3.1、半纖維素概述3.2、半纖維素聚糖類型及結(jié)構(gòu)3.3、半纖維素的分離純化3.4、半纖維素的物理和化學(xué)性質(zhì)3.5、半纖維素及其衍生物的應(yīng)用3.1.半纖維素的組成與分布3.1.1半纖維素的概述Schulze于1891年提出，表示植物中能夠用堿液抽提出來的聚糖。Aspinall于1962年提出，“半纖維素是來源于植物的聚糖類，它們分別含有一至幾種糖基，如D-木糖基、D-甘露糖與D-葡萄糖或D-半乳糖基的主鏈，其它糖基可成為支鏈,連接在主鏈上?！盩imell于1964年指出，“半纖維素是低分子量的聚

2、糖類，它和纖維素正常的產(chǎn)生在植物組織之中，用堿液可提取出來”“非纖維素的碳水化合物”這個(gè)名詞，學(xué)術(shù)上合理，但由于半纖維素應(yīng)用已久，仍習(xí)慣沿用。半纖維素與纖維素之間的化學(xué)結(jié)構(gòu)差別①不同的糖單元組成；②短得多的分子鏈；③分子中的支鏈；④其主鏈可由一種糖單元構(gòu)成為均一聚糖；也可由二或更多種糖單元構(gòu)成的非均聚糖；⑤有些糖單元常是或有時(shí)以支鏈連接到主鏈上。半纖維素不像纖維素那樣，僅有葡萄糖基相互以β-1，4聯(lián)接方式形成直鏈結(jié)構(gòu)的均一聚糖的單一型式。而半纖維素既可成均一聚糖也可成非均聚糖，它還可以由不同的單糖基以不同聯(lián)接方式連

3、接成結(jié)構(gòu)互不相同的多種結(jié)構(gòu)的各種聚糖，故半纖維素實(shí)際是這樣一群共聚物的總稱。組成半纖維素的主要糖單元（1）己糖基：D-葡萄糖(Glucose)、D-甘露糖(Mannose)、D-半乳糖(Galactose)（2）戊糖基：D-木糖(Xylose)、L-阿拉伯糖(Arabinose)（3）己糖醛酸基：D-葡萄糖醛酸（Glucuronicacid）、4-O-甲基-D-葡萄糖醛酸（4-O-Methyl-D-Glucuronicacid）D-半乳糖醛酸（Galacturonicacid）（4）脫氧己糖基：L-鼠李糖(Rham

4、nose)、L-巖藻糖(Fucose)注意：還有一些聚糖類，如果膠質(zhì)、淀粉、植物膠、種子與樹皮中的膠水類物質(zhì)。它們也是由幾種糖基組成的混合聚糖，由于它們的含量少，一般把它們歸為少量組分中，不劃歸為半纖維素。3.2半纖維素的組成組成半纖維素主要糖單元的結(jié)構(gòu)式針葉材、闊葉材與草類原料中半纖維素的種類和數(shù)量不同。3.2.1半纖維素的組成禾本科植物的半纖維素主要是阿拉伯糖-4-O-甲基葡萄糖醛酸木糖。3.2.2半纖維素的分布半纖維素在纖維細(xì)胞壁中的分布情況，對(duì)制漿過程木質(zhì)素的脫除和紙張性質(zhì)有一定影響。3.2研究半纖維素化學(xué)

5、結(jié)構(gòu)的方法在鑒定半纖維化學(xué)結(jié)構(gòu)之前，首先需制得均一性好，變化少和得率高的試樣。試樣還需證實(shí)為純?cè)嚇?。可測(cè)定試樣的比旋光度、糖基比及其它特性系數(shù)都恒定來確認(rèn)。研究?jī)?nèi)容包括：半纖維素聚糖由哪些單糖構(gòu)成？各單糖游離羥基的數(shù)目和位置？單糖的環(huán)型結(jié)構(gòu)？單糖間的連接方式？結(jié)構(gòu)中支鏈的種類？支鏈的分布？聚糖分子量及分子量分布等。糖基的分析甲基化分析部分水解法高碘酸鹽氧化法Smith降解法其他研究方法研究半纖維素化學(xué)結(jié)構(gòu)的主要方法：①糖基的分析目的：為了弄清楚半纖維素的種類和純度，以及進(jìn)一步作為決定化學(xué)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)。方法：酸水解試樣

6、，然后用色譜法對(duì)所得的單糖進(jìn)行分離和定量。（1）酸性水解一般分兩級(jí)進(jìn)行：第一級(jí)用濃硫酸室溫水解；第二級(jí)用稀酸高溫水解。常用的酸為硫酸和鹽酸。近年來推出用三氟乙酸（TFA），可更適用于各種原料，且水解后可蒸發(fā)除去TFA。（2）單糖的定性和定量分離的方法可用紙色譜法、薄層色譜法、氣相色譜法和液相色譜法等。氣相色譜法原理：用硫酸把造紙?jiān)匣蚣垵{中的纖維素和半纖維素水解成單糖，以碳酸鉛中和后采用硼氫化鈉還原，使之成為糖醇，糖醇與乙酸酐酯化成衍生物，然后進(jìn)行氣相色譜分析，內(nèi)標(biāo)法定量。硼氫化鈉還原：使一種單糖出現(xiàn)一個(gè)峰，適合定

7、量分析。衍生化：將單糖轉(zhuǎn)化為受熱后具有揮發(fā)性和熱穩(wěn)定性的衍生物。內(nèi)標(biāo)物：肌醇標(biāo)準(zhǔn)品GB/T12033-2008造紙?jiān)虾图垵{中糖類組分的氣相色譜的測(cè)定氣相色譜法②甲基化分析目的：用于鑒定主鏈糖基和支鏈糖基或糖醛酸基的聯(lián)接位置。方法：（1）首先將聚糖全部甲基化（2）進(jìn)行甲醇解或酸水解，得到中性糖經(jīng)水解后用氣相色譜分析其糖組分結(jié)構(gòu)（3）對(duì)酸性糖要先還原、水解后用氣相色譜分析（4）哪個(gè)位置上沒有甲氧基，就表示該位置為聯(lián)接的位置中性部分1,4聯(lián)接白樺聚木糖完全甲基化，然后在不使任何形式醛式糖醛酸裂開的條件下甲醇解，所得配糖

8、化物被定量分離成中性部分和酸性部分。酸性部分2，3，4-三-甲氧基-D葡萄糖3-甲氧基-D-木糖葡糖糖醛酸的C1上無甲氧基，是與木糖基聯(lián)接的位置；木糖基的C1、C2和C4上無甲氧基，C1和C4是主鏈木糖基聯(lián)接的位置，C2與葡萄糖醛酸的C1形成1,2聯(lián)接。目的：主要用于鑒定主鏈糖基與支鏈糖基或糖醛酸基的聯(lián)接位置。方法：（1）聚糖用甲酸或低濃度的硫酸，先部分水解