第三章半纤维素

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1、第三章半纤维素目录：3.1、半纤维素概述3.2、半纤维素聚糖类型及结构3.3、半纤维素的分离纯化3.4、半纤维素的物理和化学性质3.5、半纤维素及其衍生物的应用3.1.半纤维素的组成与分布3.1.1半纤维素的概述Schulze于1891年提出，表示植物中能够用碱液抽提出来的聚糖。Aspinall于1962年提出，“半纤维素是来源于植物的聚糖类，它们分别含有一至几种糖基，如D-木糖基、D-甘露糖与D-葡萄糖或D-半乳糖基的主链，其它糖基可成为支链,连接在主链上。”Timell于1964年指出，“半纤维素是低分子量的聚

2、糖类，它和纤维素正常的产生在植物组织之中，用碱液可提取出来”“非纤维素的碳水化合物”这个名词，学术上合理，但由于半纤维素应用已久，仍习惯沿用。半纤维素与纤维素之间的化学结构差别①不同的糖单元组成；②短得多的分子链；③分子中的支链；④其主链可由一种糖单元构成为均一聚糖；也可由二或更多种糖单元构成的非均聚糖；⑤有些糖单元常是或有时以支链连接到主链上。半纤维素不像纤维素那样，仅有葡萄糖基相互以β-1，4联接方式形成直链结构的均一聚糖的单一型式。而半纤维素既可成均一聚糖也可成非均聚糖，它还可以由不同的单糖基以不同联接方式连

3、接成结构互不相同的多种结构的各种聚糖，故半纤维素实际是这样一群共聚物的总称。组成半纤维素的主要糖单元（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）脱氧己糖基：L-鼠李糖(Rham

4、nose)、L-岩藻糖(Fucose)注意：还有一些聚糖类，如果胶质、淀粉、植物胶、种子与树皮中的胶水类物质。它们也是由几种糖基组成的混合聚糖，由于它们的含量少，一般把它们归为少量组分中，不划归为半纤维素。3.2半纤维素的组成组成半纤维素主要糖单元的结构式针叶材、阔叶材与草类原料中半纤维素的种类和数量不同。3.2.1半纤维素的组成禾本科植物的半纤维素主要是阿拉伯糖-4-O-甲基葡萄糖醛酸木糖。3.2.2半纤维素的分布半纤维素在纤维细胞壁中的分布情况，对制浆过程木质素的脱除和纸张性质有一定影响。3.2研究半纤维素化学

5、结构的方法在鉴定半纤维化学结构之前，首先需制得均一性好，变化少和得率高的试样。试样还需证实为纯试样。可测定试样的比旋光度、糖基比及其它特性系数都恒定来确认。研究内容包括：半纤维素聚糖由哪些单糖构成？各单糖游离羟基的数目和位置？单糖的环型结构？单糖间的连接方式？结构中支链的种类？支链的分布？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盐氧化法Smith降解法其他研究方法研究半纤维素化学结构的主要方法：①糖基的分析目的：为了弄清楚半纤维素的种类和纯度，以及进一步作为决定化学结构的基础。方法：酸水解试样

6、，然后用色谱法对所得的单糖进行分离和定量。（1）酸性水解一般分两级进行：第一级用浓硫酸室温水解；第二级用稀酸高温水解。常用的酸为硫酸和盐酸。近年来推出用三氟乙酸（TFA），可更适用于各种原料，且水解后可蒸发除去TFA。（2）单糖的定性和定量分离的方法可用纸色谱法、薄层色谱法、气相色谱法和液相色谱法等。气相色谱法原理：用硫酸把造纸原料或纸浆中的纤维素和半纤维素水解成单糖，以碳酸铅中和后采用硼氢化钠还原，使之成为糖醇，糖醇与乙酸酐酯化成衍生物，然后进行气相色谱分析，内标法定量。硼氢化钠还原：使一种单糖出现一个峰，适合定

7、量分析。衍生化：将单糖转化为受热后具有挥发性和热稳定性的衍生物。内标物：肌醇标准品GB/T12033-2008造纸原料和纸浆中糖类组分的气相色谱的测定气相色谱法②甲基化分析目的：用于鉴定主链糖基和支链糖基或糖醛酸基的联接位置。方法：（1）首先将聚糖全部甲基化（2）进行甲醇解或酸水解，得到中性糖经水解后用气相色谱分析其糖组分结构（3）对酸性糖要先还原、水解后用气相色谱分析（4）哪个位置上没有甲氧基，就表示该位置为联接的位置中性部分1,4联接白桦聚木糖完全甲基化，然后在不使任何形式醛式糖醛酸裂开的条件下甲醇解，所得配糖

8、化物被定量分离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上无甲氧基，是与木糖基联接的位置；木糖基的C1、C2和C4上无甲氧基，C1和C4是主链木糖基联接的位置，C2与葡萄糖醛酸的C1形成1,2联接。目的：主要用于鉴定主链糖基与支链糖基或糖醛酸基的联接位置。方法：（1）聚糖用甲酸或低浓度的硫酸，先部分水解