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纤维素

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1 拼音

xiān wéi sù

2 英文参考

cellulose[WS/T 476—2015 营养名词术语]

3 概述

纤维素(cellulose)是指葡萄糖分子通过β-1,4-糖苷键连接而形成的葡聚糖[1]。属不可溶性膳食纤维[1]

膳食纤维(dietary fiber)是植物性食物中含有的,不能被人体小肠消化吸收的,对人体有健康意义的碳水化合物[1]。包括纤维素、半纤维素果胶菊粉等,还包括木质素等其他一些成分[1]

纤维素是由葡萄糖组成的大分多糖。不溶于水及一般有机溶剂。是植物细胞壁的主要成分。纤维素是自然界分布最广、含量最多的一种多糖。无论一年生或多年生植物,尤其是各种木材都含布大量的纤维素。自然界中,植物体内约有50%的碳存在于纤维素的形式。棉花亚麻、芋麻和黄麻部含有大量优质的纤维素。棉花中的纤维素含量最高,达90%以上。木材中的纤维素则常与半纤维素和木质素共同存在。

4 纤维素的来源

纤维素是维管束植物地衣植物以及一部分藻类细胞壁的主要成分。醋酸菌(Acetobaeter)的荚膜,以及尾索类动物的被囊中也发现有纤维素的存在,棉的种子毛是高纯度(98%的纤维素。纤维素是世界上最丰富的天然有机物,占植物界碳含量的50%以上。棉花的纤维素含量接近100%,为天然的最纯纤维素来源。一般木材中,纤维素占40~50%,还有10~30%的半纤维素和20~30%的木质素。此外,麻、麦秆、稻甘蔗渣等,都是纤维素的丰富来源。纤维素是重要的造纸原料。此外,以纤维素为原料的产品也广泛用于塑料、炸药、电工及科研器材等方面。食物中的纤维素(即膳食纤维)对人体的健康也有着重要的作用

5 结构和性质

纤维素是一种复杂的多糖,有8000至10000个葡萄糖残基通过β-1,4-糖苷键连接而成。天然纤维素为无臭、无味的白色丝状物。纤维素在水中有高度的不溶性,同时也不溶于稀酸、稀碱和有机溶剂,主要的生物学功能是构成植物的支持组织

纤维素的结构式

纤维素分子模型

D-葡萄糖以β-1,4糖苷键连接而成的链状高分子。具有(C6H10O5n的组成。所谓α-纤维素(α-cellulose)这一名称系指从原来细胞壁的完全纤维素标准样品用17.5%NaOH不能提取的部分。β-纤维素(β-cellulose)、γ-纤维素(γ-cellulose)是相应于半纤维素的纤维素,虽然,α-纤维素通常大部分是结晶性纤维素,β-纤维素,γ-纤维素在化学上除含有纤维素以外,还含有各种多糖类。细胞壁的纤维素形成微纤维。宽度为10—30毫微米,长度有的达数微米。应用X线衍射和负染色法(negative染色法),根据电子显微镜观察,链状分子平行排列的结晶性部分组成宽为3—4毫微米的基本微纤维。推测这些基本微纤维集合起来就构成了微纤维。纤维素能溶于Schwitzer试剂或浓硫酸。虽然不易用酸水解,但是稀酸或纤维素酶可使纤维素生成D-葡萄糖、纤维二糖寡糖。在醋酸菌中有从UDP葡萄糖引子(primer)转移糖苷合成纤维素的酶(cellulose synthase(UDPformingEC2.4.1.12)。在高等植物中已得到具有同样活性的颗粒性酶的标准样品。此酶通常是利用GDP葡萄糖(cellulose synthase(GDP forming) EC2.4.1.29),在由UDP葡萄糖转移的情况下,发生β-1,3键的混合。微纤维的形成场所和控制纤维素排列的机制还不太明瞭。另一方面就纤维素的分解而言,估计在初生细胞壁伸展生长时,微纤维的一部分由于纤维素酶的作用而被分解,成为可溶性。

纤维素是由许多葡萄糖分子通过β-糖苷键连接而成的多糖。天然纤维素常同木质素、半纤维素、树脂等伴生在一起。棉纤维是较纯的纤维素(含97~99%)。纤维素不溶于水,但溶于浓盐酸和浓硫酸,是地球上最丰富的多糖化合物,广泛存在于植物如树干、竹秆、草秆、甘蔗渣中。纤维素为植物细胞壁的主要成分,对植物体有支持和保护作用。纤维素不能为一般动物所直接消化利用,但能为若干微生物所消化分解,对人类无营养价值,但有刺激肠道蠕动的生理作用,故是膳食中不应缺少的成分。

纤维素大分子的基环是D-葡萄糖以β-1,4糖苷键组成的大分子多糖,分子量约50000~2500000,相当于300~15000个葡萄糖基脱水葡萄糖,其分子式为:(C6H10O5)n, 其化学组成含碳44.44%、氢6.17%、氧49.39%。由于来源的不同,纤维素分子中葡萄糖残基的数目,即聚合度(DP)在很宽的范围。分子式可写作(C6H10O5)n。是维管束植物、地衣植物以及一部分藻类细胞壁的主要成分。醋酸菌(Acetobaeter)的荚膜,以及尾索类动物的被囊中也发现有纤维素的存在,棉的种子毛是高纯度(98%的纤维素。所谓α-纤维 素(α-cellulose)这一名称系指从原来细胞壁的完全纤维素标准样品用17.5%NaOH不能提取的部分。β-纤维素(β-cellulose)、γ-纤维素(γ-cellulose)是相应于半纤维素的纤维素。虽然,α-纤维素通常大部分是结晶性纤维素,β-纤维素,γ-纤维素在化学上除含有纤维素以外,还含有各种多糖类。细胞壁的纤维素形成微纤维。宽度为10—30毫微米,长度有的达数微米。应用X线衍射和负染色法(negative染色法),根据电子显微镜观察,链状分子平行排列的结晶性部分组成宽为3—4毫微米的基本微纤维。推测这些基本微纤维集合起来就构成了微纤维。纤维素能溶于Schwitzer试剂或浓硫酸。虽然不易用酸水解,但是稀酸或纤维素酶可使纤维素生成D-葡萄糖、纤维二糖和寡糖。在醋酸菌中有从UDP葡萄糖引子(primer)转移糖苷合成纤维素的酶(cellulose synthase(UDPformingEC2.4.1.12)。在高等植物中已得到具有同样活性的颗粒性酶的标准样品。此酶通常是利用GDP葡萄糖(cellulose synthase(GDP forming) EC2.4.1.29),在由UDP葡萄糖转移的情况下,发生β-1,3键的混合。微纤维的形成场所和控制纤维素排列的机制还不太明瞭。另一方面就纤维素的分解而言,估计在初生细胞壁伸展生长时,微纤维的一部分由于纤维素酶的作用而被分解,成为可溶性。

植物细胞壁

纤维素不溶于水和乙醇乙醚等有机溶剂,能溶于铜氨溶液(Cu(NH3)4(OH)2)和铜乙二胺溶液((NH2CH2CH2NH2)Cu(OH)2)等。水可使纤维素发生有限溶胀,某些酸、碱和盐的水溶液可渗入纤维结晶区,产生无限溶胀,使纤维素溶解。纤维素加热到约150℃时不发生显著变化,超过这温度会由于脱水而逐渐焦化。纤维素与较浓的无机酸起水解作用生成葡萄糖等,与较浓的苛性碱溶液作用生成碱纤维素,与强氧化剂作用生成氧化纤维素

6 膳食纤维

人类膳食中的纤维素主要含于蔬菜和粗加工的谷类中,虽然不能被消化吸收,但有促进肠道蠕动,利于粪便排出等功能。草食动物则依赖其消化道中的共生微生物将纤维素分解,从而得以吸收利用。食物纤维素包括粗纤维、半粗纤维和木质素。食物纤维素是一种不被消化吸收的物质,过去认为是“废物”,现在认为它在保障人类健康,延长生命方面有着重要作用。因此,称它为第七种营养素

①有助于肠内大肠杆菌合成多种维生素

②纤维素比重小,体积大,在胃肠中占据空间较大,使人有饱食感,有利于减肥

③纤维素体积大,进食后可刺激胃肠道,使消化液分泌增多和胃肠道蠕动增强,可防治糖尿病便秘

④高纤维饮食可通过胃排空延缓、肠转运时间改变、可溶性纤维在肠内形成凝胶等作用而使糖的吸收减慢。亦可通过减少肠激素如抑胃肽或胰升糖素分泌,减少对胰岛B细胞的刺激,减少胰岛素释放与增高周围胰岛素受体敏感性,使葡萄糖代谢加强。

⑤近年研究证明高纤维饮食使Ⅰ型糖尿病患者单核细胞上胰岛素受体结合增加,从而节省胰岛素的需要量。由此可见,糖尿病患者进食高纤维素饮食,不仅可改善高血糖,减少胰岛素和口服降糖药物的应用剂量,并且有利于减肥,还可防治便秘、痔疮等疾病。

纤维素的主要生理作用是吸附大量水分,增加粪便量,促进肠蠕动,加快粪便的排泄,使致癌物质在肠道内的停留时间缩短,对肠道的不良刺激减少,从而可以预防肠癌发生。

各种膳食纤维

膳食纤维被营养学界称为“第七营养素”,1998年美国FDA建议,补充适量的膳食纤维可有效预防肥胖、糖尿病、冠心病直肠癌结肠癌等,膳食纤维通过吸收胃肠内的水份,迅速膨胀,使人体产生饱腹感,并且减少肠道吸收糖类脂类物质,润滑肠道,促进排便抑制肥胖。

7 纤维素的分类

根据纤维素的水溶性可将纤维素分为两类:

水溶性:也就是可溶性,含有树脂,果胶,如水果、蔬菜、燕麦或豆类植物的种荚中,可去除残渣胆固醇

非水溶性:也就是不可溶,含有纤维素、半纤维素、木质素,如果皮、蔬菜及动物的甲骨质中,其中果蔬类含的纤维种类最齐全、最丰富,它们可增加水分容积,软化物质,刺激肠壁,帮助排泄并促进良性菌的发展。

燕麦

果蔬

8 纤维素的用途

纤维素是地球上最古老、最丰富的天然高分子,是取之不尽用之不竭的,人类最宝贵的天然可再生资源。纤维素化学与工业始于160多年前,是高分子化学诞生及发展时期的主要研究对象,纤维素及其衍生物的研究成果为高分子物理及化学学科的创立、发展和丰富作出了重大贡献。全世界用于纺织造纸的纤维素,每年达800万吨。此外,用分离纯化的纤维素做原料,可以制造人造丝,赛璐玢以及硝酸酯、醋酸酯等酯类衍生物;也可制成甲基纤维素乙基纤维素、羧甲基纤维素、聚阴离子纤维素等醚类衍生物,用于石油钻井、食品、陶瓷釉料、日化、合成洗涤、石墨制品、铅笔制造、电子、涂料、建筑建材、装饰、蚊香、烟草、造纸、橡胶、农业、胶粘剂、塑料、炸药、电工及科研器材等方面。

纤维素是造约业和棉纺业的主要原料。经过加工处理可制造人造丝和人造棉。如碱可使棉花纤维素部分溶解而形成碱纤维素,再经二硫化碳处理得水溶性的黄纤维素——人造丝原料。纤维素与醋酸结合成的乙酸纤维素照相胶卷、人造丝及多种塑料的原料。纤维素经浓硝酸处理后要形成硝化纤维素,是制造炸药的原料。世界上每天有6亿多吨木屑、秸秆、旧报纸等废物未被利用,若将其中的纤维素加以利用,必为人类创造大量财富。科学家正在研究利用纤维素酶水解纤维素生产酒精以代替石油。农业上利用绿色木霉等微生物(内含纤维素酶)处理秸秆,可使纤维素部分水解,用作牲畜饲料。

9 参考资料

  1. ^ [1] 中华人民共和国国家卫生和计划生育委员会.WS/T 476—2015 营养名词术语[Z].2015-12-29.

纤维素药品说明书

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开放分类:生物学营养学碳水化合物多糖膳食纤维
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  • 评论总管
    2017/7/25 23:55:01 | #0
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本页最后修订于 2016年3月22日 星期二 10:59:06 (GMT+08:00)
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