半纤维素的改性与应用
膳食纤维的生理功能及改性方法研究进展
第1期总第301期2021年1月农业科技与装备Agricultural Science&Techno】ogy and EquipinentNo.l Total No.3()lJan.2021膳食纤维的生理功能及改性方法研究进展张瀚文，余秋文，张一凡，王星燕，徐彩红*(沈阳师范大学粮食学院，沈阳110034)摘要：膳食纤维对于保持人体健康、预防多种慢性疾病具有T〔要作用，在药品、食品、保健品等领域广泛应用介绍膳食纤维的定义及分类，综述膳食纤维的生理功能及其改性方法研究进展，以期为膳食纤维的进•步研究与应用提供参考。
关键词：膳食纤维；生理功能；改性方法；研究进展中图分类号:TS201.2文献标识码：A文章编号:1674-1161(2021)01-0064-03膳食纤维具有多种有益人体的功能.对肥胖、糖尿病、高血压、冠心病、心血管疾病及结肠癌等多种慢性疾病具有预防作用，在药品、食品、保健品等领域有广阔的应用前景。
近年来，谷类、豆类、果蔬等来源的膳食纤维越来越受到国内外学者的重视，在膳食纤维提取、测定、生理功能及改性等方面的研究取得了很大进步，但对其改性方法、生理功能的体内作用机制及其在食品工业中的应用技术等基础研究仍需进一步探索。
1膳食纤维的定义及分类膳食纤维DF(Dietary fiber)是指不能被人体消化酶所消化，且不能被人体小肠吸收的非淀粉多糖根据其在水中溶解性的差别，可分为水溶性膳食纤维(SDF)和水不溶性膳食纤维(IDF)O一般认为,SDF较IDF有更好的抗氧化等活性，对人体健康影响更大。
1)1■、来源广泛，在果蔬、谷物中广泛存在，不同植物中的DF含暈和性质均存在差异。
在体内环境条件下，膳食纤维虽然基木不为人体提供能量,但却对人体消化起到重要作用o张厚德等人提HI“膳食纤维平衡”的概念，即在I)F总量、种类达到平衡的条件下，有助于维持人体生理平衡状态。
2膳食纤维的生理功能2.1降脂减肥DF结构中含有很多亲水基团，遇水后体积膨大，收稿日期：2020-10-10基金项目：沈■阳师范大学大学生科研基金项目(L(A) 2018012)；沈阳师范大学大学生创新创业训练项目(2020264)作者简介：张瀚文(2000—),男，从事食源多酚活性方面的研究工作r通信作者：徐彩红(1979-),女，博士，从事食品化学和营养素方面的研究工作。
改性纤维素类絮凝剂的制备和应用研究进展
岳弈君［7］以N-乙烯基甲酰胺、丙烯腈和羧甲 基纤维素为原料合成了羧甲基纤维素接枝聚脒，此 目标高分子聚合物拥有五元环状骨架，可用来作为 新型絮凝剂替代现有的聚丙烯酰胺；羧甲基纤维素
基金项目：甘肃省科技厅2017年创新基地和人才计划(第二至第六批)项目(17CX2JA016)；甘肃省科技厅2018年甘肃省科技计划(技术创 新引导计划第六批)项目(18CX6JA024)
•7-
INDUSTRIAL WATER & WASTEWATER
工业用水与废水
Vol.52 No. 3 Jun., 2021
度去除率为 85.0%。 1.4改性稻壳、秸秆纤维素絮凝剂
目前，稻壳、秸秆一般被用作造纸、燃料、活 性炭、饲料、建筑的原料，利用率非常低。淀粉、 壳聚糖等在天然高分子絮凝剂领域研究的较多，而 稻壳、秸秆类絮凝产品较少。
稻壳、秸秆是农作物废弃物，以农作物废弃物 为原料合成絮凝剂，将其变废为宝，以废治废，是 未来可持续发展的需要。 1.5改性树材纤维素絮凝剂
树材纤维素是自然界最丰富的纤维素材料资源 之一。树材纤维素本身含有负电基团，含有大量的 邻苯二酚基和自由酚羟基，与重金属离子容易发生 螯合作用，在污水处理过程中可有效处理重金属离 子。改性树材纤维素絮凝剂的制备一般采用纤维板 材和树皮作为反应原料。
纤维素改性处理的研究进展_王天佑
。其中以表面吸附， 液氨改性应用最
刚开始对天然纤维素的物理改性是微粉化和薄 膜化， 后来为了应用于吸附材料， 球化改性及各种球 化改性的方法也慢慢被提出。郝红英等 利用植物 的秸秆，通过高压蒸汽闪爆技术、 稀碱蒸煮等方法制 出有一定 α 纤维素含量的秸秆基纤维素， 对产物进 2+ 行碱化、 醚化和胺基亲核取代， 得到了可以吸附 Cu 和 Cd 等重金属离子的乙二胺螯合植物秸秆纤维 素， 通过研究得出， 可以用蒸汽闪爆来钝化天然植物 秸秆纤维素。Lidija 等 在纤维表面通过吸附 CMC 来引进羧基， 从而制备出了一种新的吸附材料， 试验 结果表明， 相对分子质量高的 CMC 首先被吸附， 并 ， 50% 且棉纤维总电荷量会大幅度地提高 可以提高 左右， 从而使产品的吸附性能大大提高 。 液氨整理后纤维的天然转曲基本消除， 截面变 圆， 内腔变小， 表面平滑且光泽感强， 结晶结构略疏 散。液氨加工 克 服 了 其 他 抗 皱 整 理 加 工 的 诸 多 缺 点， 使纤维的性能得到全面提升， 并具有明显的“形 ， 状记忆性” 是多年来纤维改性的一大突破 。Dor［18 ］ nyi 等 研究表明黄麻纤维经过液氨处理以后结晶 度有所下降。纤维素的晶型由纤维素 Ⅰ 转变为纤维 素Ⅲ。通过液氨处理黄麻纤维的表观结构有了很大 的改善， 纤维表面光滑圆润、 粗细均匀， 并且改善了 提高了织物表面平整度等。 纱线粗细的均匀性，
［11 ］ ［9 ］
首先， 在天然纤维素原料中， 表面经常被半纤维 素和木质素包裹着。 因此必须要先使纤维素能够纯 净地提取出来， 把这三种组分分离开来 。 其次， 虽 然在天然纤维素的分子链 上 存 在 着 大 量 的 活 性 羟 在一定条件下可以发生氧化、 酯化、 醚化、 接枝共 基， 聚等反应， 但是由于自身的羟基之间会形成大量的 且具有较为复杂的结晶性原纤结构， 其中结晶 氢键， 区封闭了大部分的活性羟基， 也就导致了纤维素改 性反应中呈现不均一性， 产物性能的不确定性。 为 一般在改性反应前进行各 了避免这种情况的发生， 种预处理， 可以降低纤维素的聚合度、 结晶度， 让纤 从而提高纤维素的反应 维素的 可 及 度 有 所 增 加， 。 活性 1． 1 物理方法 现在试验中常见的物理预处理方法主要包括闪 爆处理、 干法、 机械粉碎、 超声波及微波处理、 蒸汽爆 炸、 氨爆炸、 溶剂交换等。 物理预处理的主要目的是 让纤维素外观结构形态变化， 例如聚集纤维的解体、 膨胀等。就目前而言， 较新且用得较多的物理方法 ［4 ］ 有闪爆处理、 超声波处理等。 张袁松等 采用闪爆碱煮联合对天然竹纤维进行脱胶处理， 在闪爆压力 NaOH 质量浓度为 保压时间为 15 min， 为 0． 8 MPa， 4 g / L， 碱煮 90 min 的条件下， 得到纤维素的占有率为 77． 16% ， 其中纤维中的半纤维素含量和木质素含量 分别下降了 41． 61% 和 31． 94% ， 而纤维素的含量却 ［5 ］ 从 40． 51% 提高到 63． 59% 。殷祥刚等 对大麻纤维 进行闪爆处理， 得出闪爆处理后的麻纤维不仅其密 其中的纤维素含量从 度和 聚 合 度 会 有 所 下 降， 52. 94% 增加 到 84． 37% 。 闪 爆 处 理 具 有 处 理 时 间 短、 无毒、 无污染、 能耗低、 效率高等优点， 受到了纺 织、 轻工、 化工等行业的关注。 唐爱民等
半纤维素的改性与应用
半纤维素的羟基可与烷基化试剂反应生产半纤 结构的复杂性限制了它们在工业中的应用
R——OH+(CH3CO)2 R——OCOCH3+CH3COOH
维将素在醚制。药、污水处理、造纸助剂、热塑性材料、 在食品工业中，半纤维素可作为食品黏合剂、增稠剂、稳定剂、水凝胶、食用纤维、薄膜形成剂及乳化剂。
通过半纤维素羟基的醚化反应来增加半纤维素的水溶性、阳电性、疏水性、表面活性等特性，将在制药、污水处理、造纸助剂、热塑 性材料、食品添加剂方面具有很大的应用潜力。
半纤维素的醚化： 半纤维素可以作为一种新型的预防和治疗变性关节疾病的药物，或作为胆固醇抑制剂、镇静剂、药片分解剂和艾滋病毒抑制剂等用于 的水溶性、阳电性、疏水性、表面活性等特性， 医药卫生行业。
半纤维素的应用
在涂料上的应用
天然半纤维素胶乳具有良好的制造装饰涂料的性 质，可以用来生产商用装饰涂料。
在其他工业上的应用
改性后的半纤维素可作为表面活性剂，应用在洗 涤和肥皂等化学工业生产中。
节疾病的药物，或作为胆固醇抑制剂、镇静剂、药 具有良好的热稳定性和低取代度。
天然半纤维素胶乳具有良好的制造装饰涂料的性质，可以用来生产商用装饰涂料。
片分解剂和艾滋病毒抑制剂等用于医药卫生行业。 半纤维素可以作为一种新型的预防和治疗变性关节疾病的药物，或作为胆固醇抑制剂、镇静剂、药片分解剂和艾滋病毒抑制剂等用于
半纤维素可以作为一种新型的预防和治疗变性关节疾病的药物，或作为胆固醇抑制剂、镇静剂、药片分解剂和艾滋病毒抑制剂等用于 医药卫生行业。
半通过纤半维纤素维改素羟性基方的法醚化反应来增加半纤维素 在食品工业中，半纤维素可作为食品黏合剂、增稠剂、稳定剂、水凝胶、食用纤维、薄膜形成剂及乳化剂。
半纤维素的提炼及改性应用
半纤维素的提炼及改性应用
概述
半纤维素是一种天然聚合物，广泛存在于植物细胞壁中。
它的
提炼和改性可以为各种应用领域提供新的材料和方法。
本文将探讨
半纤维素的提炼过程以及改性后的应用。
提炼方法
半纤维素的提炼过程一般包括以下步骤：
1. 原料准备：选择富含半纤维素的植物作为原料，如木材、秸
秆等。
2. 预处理：将原料进行切割、研磨等处理，以增加提取效率。
3. 提取：采用化学酶解或物理处理等方法将半纤维素从原料中
提取出来。
4. 分离和纯化：通过过滤、离心等工艺将提取得到的半纤维素
进行分离和纯化，得到纯净的半纤维素产物。
改性应用
经过提炼后的半纤维素可以通过各种改性方法进行进一步处理，以满足不同的应用需求。
以下是一些半纤维素改性的应用领域：
生物医学领域
半纤维素在生物医学领域的应用广泛。
例如，通过改性后的半纤维素可以制备生物可降解的医用材料，用于修复组织和器官。
纤维素醚的制备
通过对半纤维素进行醚化反应，可以合成纤维素醚。
纤维素醚具有良好的溶解性和可加工性，可用于制备纤维素基复合材料、涂料和胶粘剂等。
食品工业
半纤维素可以作为食品工业中的添加剂，用于增加食品的纤维含量，改善食品的质地和口感。
环境保护
将半纤维素改性后应用于环境保护领域，例如制备可降解的吸附材料，用于处理水污染和废弃物处理等。
结论
半纤维素的提炼和改性应用是一个具有广泛发展前景的领域。
通过不断提升提炼技术和改性方法的研究，我们可以为各个应用领域提供更多可持续、高效、环保的材料和解决方案。
纤维素的改性及应用研究进展
纤维素的改性及应用研究进展
姜珊;孙自强;邢琪;郭荣辉
【期刊名称】《纺织科学与工程学报》
【年(卷),期】2024(41)1
【摘要】纤维素是一种来源多样、分布广泛的天然聚合物,作为可再生、可生物降解的原材料在工业和日常生活中广泛应用,为成功应对资源短缺和环境污染问题而提出一种有效的解决方案。
介绍了纤维素的类型与结构,以及通过各种途径对纤维素功能结构改性的最新进展,如氧化、酯化、醚化和接枝等。
总结了近年来改性纤维素材料在食品、包装、环保、医疗、纺织等领域的应用成果。
【总页数】11页(P75-85)
【作者】姜珊;孙自强;邢琪;郭荣辉
【作者单位】四川大学轻工科学与工程学院;四川环龙技术织物有限公司
【正文语种】中文
【中图分类】TQ352.79
【相关文献】
1.纤维素酶和半纤维素酶对纤维改性的研究进展
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3.甘蔗渣纤维素的提取及纳米化改性应用研究进展
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第六章 酶法改性(含漆酶)
Buzyme 2535 应用于餐巾纸
Kraft Usage (%) Tensile Strength
45 40 35 30 25 20 10
5 0
Pre-trial
Trial
275 270 265
SWK Usage
260
Tensile
255 250 245
Buzyme 2535 作用前后比较
适当酶处理使浆的絮凝性提高，有一定 的助留助滤作用。
➢
对照和酶处理纤维表面的SEM
对照
酶处理
辐射松压力盘磨机械（ PRMP）的酶法改性
项目
酶处理后 对照浆
浆的游离度
648-654
635
CSF/mL
长纤维含量/% 58.4-58.5
57.2
短纤维含量/% 17.1-17.3
18.5
花旗松RMP的酶法改性
酶促打浆
概念： 利用 半纤维素酶或纤维素酶对打浆前的纸 浆进行预处理，导致纤维表面某种程度的活 化和松弛，促进纤维的吸水润涨和细纤维 化程度，使打浆性能得到改善，起到降低打 浆能耗的作用。
酶促进打浆的原理
酶软化纤维细胞壁 增加渗透性,利于纤维润胀 降低纤维内聚力,纤维变得更为柔软 破坏初生壁 (0.05微米厚) 有利于S1（次生壁外层）的剥离
加酶前
加酶后(2 个小时)
生物酶应用打浆实例
纤维结构: 生产纸种: 应用目的: 处理方法:
未漂阔叶材 文化纸 减少印刷过程中导管分子的脱落 使用生物酶对未漂浆进行处理
阔叶木导管分子
相对面积
1.10 1.00
1.00 0.90 0.80 0.70 0.60 0.50 0.40
空白
膳食纤维的改性及应用
膳食纤维的改性及应用膳食纤维（Dietary fiber）是指生物体不能消化的多种碳水化合物，包括果胶、半纤维素、纤维素、木质素、果实酚等。
这些混合物中含有许多不同的物质，如维生素、无机盐和多种其他生物活性化合物，可维持人体健康。
改性是将膳食纤维原料通过各种处理方法，如酸碱处理、酶解、物理方法等，改变其结构或性质的过程。
改性可改变膳食纤维的性质，使其在食品和制药领域应用更广泛。
1. 汽水处理：汽水处理可降低纤维素的结晶性，使其在水中更易溶解，并增强其水合性和多糖尺寸分布。
改性的纤维素可用于制备凝胶、糖果、果冻等食品。
2. 酸碱处理：酸处理可脱除纤维素中的酯基和酰化脂肪，在分子链中形成氢键，提高纤维素的水溶性和胀率，此外，酸处理还可降低纤维素分子量；碱处理能够使纤维素水解，破坏部分二糖苷键和肟基，形成酸基和醛基，提高纤维素的水溶性，降低粘度。
3. 酶解：在中性或弱酸性条件下，使用纤维素水解酶将纤维素与分子中的糖类酰基相连，形成可溶性膳食纤维（SDFs），这种可溶性的纤维素能够增加糖尿病患者和肥胖症患者胰岛素的敏感性。
4. 物理方法：高压水处理可使纤维素链解旋，缩短分子链，增加分枝链的数量，增加纤维素分子链的亲水性以及溶解性，进而提高纤维素的生物可利用性。
物理处理方法对于保持膳食纤维的功能以及对人体的健康获得更高的生物利用率是很重要的。
综上所述，膳食纤维在食品和制药领域有广泛的应用前景。
但是，仍有进一步研究和探索，以把膳食纤维的性质发挥到最大限度，更好地满足人们对健康饮食的需求。
同时，人们在饮食中适度补充膳食纤维有助于预防和缓解许多疾病如心血管疾病和消化系统疾病。
论文中英文摘要
论文中英文摘要作者姓名：任俊莉论文题目：蔗渣和麦草半纤维素分离、改性及其应用作者简介：任俊莉，女，1978年4月出生，2004年9月师从于华南理工大学孙润仓教授，于2008年6月获博士学位。
中文摘要随着石油等化石资源储量的逐渐减少，以农业废弃物等可再生资源为原料生产化工新材料，用来补充和替代以石油为原料的化工产品，正成为一种新的发展趋势。
很多国家特别是发达国家已将此列为经济和社会发展的重大战略。
对我国这样一个化石资源短缺、人口众多、经济持续快速发展的大国，推动农林废弃物的高效转化利用，具有更突出的迫切性，这将是我国新世纪的工业结构调整与升级的重点战略。
本论文以高附加值利用的农业废弃物蔗渣和麦草秸秆可再生资源为出发点，系统地研究了蔗渣和麦草秸秆半纤维素的分离以及结构鉴定，在此基础上研究了分离得到的半纤维素的醚化反应和酯化反应如：季铵化反应、羧基化反应、均相乙酰化反应以及月桂酰化反应等；并对得到的半纤维素衍生物作为湿部助剂在造纸中的应用做了初步探讨，得到的结论如下：1. 提出了以蔗渣半纤维素为原料，3-氯-2-羟丙基三甲基氯化氨(CHMAC)为反应试剂、乙醇/水为反应介质，在碱的作用下合成出水溶性好、取代度低的阳离子型半纤维素聚合物的方法。
系统地研究了碱的加入方法及用量、反应温度、反应时间、反应试剂用量对阳离子型半纤维素取代度的影响。
结果发现通过改变反应条件可以制备出一系列白色粉末状的取代度为0.003―0.19的阳离子型半纤维素聚合物。
采用傅立叶红外光谱(FT-IR)和13C核磁共振(13C-NMR)表征了改性半纤维素的结构，发现半纤维素在异相体系中的季铵化反应主要发生在半纤维素木聚糖单元C3位的羟基上。
凝胶渗透色谱(GPC)和热分析结果表明改性后的半纤维素有一定程度的降解，并且热稳定性有所降低。
(Carbohydrate Polymers, 2007, 67:347-357. New Technologies in Non-wood Fiber Pulping and Papermaking, 2006:20-24. 华南理工大学学报(自然科学版), 2007, 35:86-90.)2. 提出了一种在碱性水溶液中制备水溶性好、取代度高的阳离子型半纤维素聚合物的方法。
木质素的分类
木质素的分类一、引言木质素是一种存在于植物细胞壁中的复杂有机化合物，它是由苯丙烯类化合物聚合而成的聚合物。
木质素在植物体内具有结构支撑和防御功能，并且对植物的生长和发育起到重要作用。
由于其独特的结构和性质，木质素在许多领域中都有广泛的应用，如造纸、能源、医药等。
本文将对木质素进行分类，并详细介绍各类木质素的结构特点和应用领域。
二、分类根据其来源和结构特点，木质素可以分为以下几类：1. 纤维素纤维素是最常见的一类木质素，在植物细胞壁中占据主要成分。
它是由β-葡萄糖单元通过β-1,4-糖苷键连接而成的线性聚合物。
纤维素具有高度结晶性和机械强度，对植物提供了良好的支撑作用。
此外，纤维素还具有吸水性和保湿性，因此在纺织、造纸等领域有广泛的应用。
2. 半纤维素半纤维素是一类结构复杂的木质素，它由多种不同的糖类组成，如木糖、阿拉伯糖和半乳糖等。
半纤维素在植物细胞壁中起到增加弹性和稳定性的作用。
与纤维素相比，半纤维素的结晶性较低，因此更容易被酶解和降解。
由于其可再生性和生物降解性，半纤维素在能源、环境保护等领域具有潜在的应用价值。
3. 林木树脂林木树脂是一类由植物分泌的含有木质素成分的胶体物质。
它主要由萜烯类化合物和芳香族化合物组成，具有黏性和可塑性。
林木树脂在植物体内起到防御外界侵袭和修复受伤组织的作用。
此外，林木树脂还可以提取出来制备天然香料、涂料等产品。
4. 脂肪木质素脂肪木质素是一类由脂肪酸和木质素结合而成的化合物。
它在植物细胞壁中起到润滑和保护作用。
脂肪木质素具有较高的溶解度和可塑性，可以用于制备润滑剂、防水剂等产品。
5. 异构木质素异构木质素是一类由苯丙烯单体聚合而成的非常复杂的混合物。
它们通常存在于植物细胞壁中，并且在不同植物种类之间具有差异。
异构木质素对植物的生长和发育起到重要作用，并且具有抗菌、抗氧化等生理活性。
研究人员已经从异构木质素中提取出多种生物活性化合物，并发展出许多药物和保健品。
三、应用领域由于其独特的结构和性质，木质素在许多领域中都有广泛的应用。
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主讲人：
半纤维素的改性
半纤维素的改性原因
半纤维素的改性方法
半纤维素改性的原因
结构的复杂性限制了它们半纤维素具有独特的化学结构，不同类型的
聚糖具有不同的化学行为，这些也将限制它 们的利用
Thicbaud发现吡啶中进行酯化反应效率是高效的 半纤维素改性方法
在涂料上的应用
天然半纤维素胶乳具有良好的制造装饰涂料的性 质，可以用来生产商用装饰涂料。
在其他工业上的应用
改性后的半纤维素可作为表面活性剂，应用在洗 涤和肥皂等化学工业生产中。
还具有价格便宜、容易获得等优点，具有良好的热
稳定性和低取代度。
半纤维素改性方法 通过半纤维素羟基的醚化反应来增加半纤维素
半纤维素的醚化： 的水溶性、阳电性、疏水性、表面活性等特性， 半纤维素的羟基可与烷基化试剂反应生产半纤 将在制药、污水处理、造纸助剂、热塑性材料、 维素醚。 食品添加剂方面具有很大的应用潜力。
半纤维素的酯化： 孙润仓教授首次提出将 N-溴丁二酰亚胺（NBS）
用作半纤维素酯化反应的催化剂 常见的是半纤维素的乙酰化反应
NBS不仅是一种快速高效的乙酰化催化剂，可在 R——OH+(CH3CO)2 R——OCOCH3+CH3COOH
R——半纤维素 几乎中性的温和反应条件下催化反应，而且NBS
半纤维素的应用
在生物和医药上的应用
半纤维素可以作为一种新型的预防和治疗变性关 节疾病的药物，或作为胆固醇抑制剂、镇静剂、药片 分解剂和艾滋病毒抑制剂等用于医药卫生行业。
在食品上的应用
在食品工业中，半纤维素可作为食品黏合剂、增 稠剂、稳定剂、水凝胶、食用纤维、薄膜形成剂及乳 化剂。
半纤维素的应用