纤维素提取的方法30页PPT

3、学习内容与相关课程的关系
本课程牵涉有机化学、分析化学（包 括仪器分析）、物理化学、高分子化学、 高分子物理、生物合成等相关基础课程。 有关生物结构方面的内容，在《植物纤维 形态与结构》课程中专门讲述；
有关木质素、纤维素和半纤维素在蒸 煮和漂白化学反应过程中的影响因素，在 《制浆原理与工程》课程中专门讲述。
垂直方向切开的面称为横切面。
弦切面(Tangetial Section)：沿着与射
线垂直方向切开的面称为弦切面。
径切面(Radial Section)：沿着射线切
开的面称为径切面
树脂道：针叶材的特征
有些针叶材在横切面的晚材部分，凭肉 眼就可看见一些针头状的小白点，这就
是轴向树脂道或称纵行树脂道。
种子植物
木本—针叶树类
裸子植物：
木本—阔叶树类
种子植物
双子叶植物：草类、麻类、豆类
被子植物
单子叶植物—多数为草本，如禾本科类、禾本亚科、
竹亚科
1.1.1 植物纤维原料的分类
1.1.1.1 、木材纤维原料：
针叶材（又称软木，Softwood） 如云杉、红松、落叶松、马尾松、
思茅松等； 阔叶木（又称硬木，Hardwood）
应。 由于纤维素大分子每个糖基上有三个–OH（C2，C3，
C6），可发生各种酯化、醚化反应，在很大程度上可 改变纤维素的性质，生产出许多有价值的纤维素衍生 物。
纤维素衍生物的制备
纤维素酯化和醚化反应是制备纤维素衍 生物的重要反应。
由于纤维素大分子每个糖基上有三个– OH（C2，C3，C6），可发生各种酯化、 醚化反应，在很大程度上可改变纤维素 的性质，生产出许多有价值的纤维素衍 生物。
第一章

专利
纤维素相关的专利数量也很多，涉及纤维素的制备、改性、应用等方面。
相关行业报告与统计数据
行业报告
一些权威机构和行业协会发布了一系列 关于纤维素及其相关领域的行业报告和 统计数据，涉及市场规模、发展趋势、 竞争格局等方面。
VS
统计数据
一些政府部门和权威机构发布了一系列关 于纤维素及其相关领域的统计数据，涉及 产量、消费量、进出口等方面。
纤维素可以作为食品添加剂，增加食品的口感、 营养价值和饱腹感。
保健食品
某些特殊纤维素的提取物，如菊粉、葡聚糖等， 具有改善肠道健康、降低血糖等保健功能。
替代脂肪
某些高纤维食品可以作为脂肪的替代品，有助于 控制热量摄入和预防肥胖。
纤维素在医药工业中的应用
药物载体
纤维素可以作为药物载体，用于药物缓释和靶向给药系统。
• 纤维素具有高度的吸水性，可以吸收大量的水分并形成凝胶状物质，这 使得它在食品加工和药物制造中具有一定的应用价值。
• 纤维素具有很好的透气性和透湿性，可以作为纺织品和纸张的原料，也 可以用于制造过滤材料和防水材料等。
02
纤维素来源与分布
天然纤维素来源
植物细胞壁
纤维素是植物细胞壁的主要成 分，占植物体干重的比例高达
纤维素在纸张制造中的应用
增强纸张强度
纤维素能够提高纸张的抗 张强度，使纸张更加耐折 、耐磨，延长使用寿命。
提高纸张吸墨性
纤维素具有亲水性，能够 提高纸张的吸墨性能，使 印刷更加清晰、流畅。
降低生产成本
纤维素来源于天然植物， 相比合成材料，可以降低 纸张制造的成本。
纤维素在食品工业中的应用
食品添加剂
纤维素纳米纤维是一种新型纳米 材料，具有优异的力学性能、高 比表面积和良好的生物相容性， 广泛用于复合材料、生物医学、 环境治理等领域。

药物制剂加工
药用高分子材料可作为粘合剂、填充 剂、润滑剂等辅料，用于制备各种药 物制剂。
药用高分子材料的发展趋势
新材料与新技术的研发
生物相容性与生物降解性
随着科技的发展，不断有新的药用高分子 材料和制备技术被研发出来，以满足不断 变化的临床需求。
提高药用高分子材料的生物相容性和生物 降解性，使其在体内能够更好地发挥作用 。
分类
根据其来源和性质，药用高分子材料 可分为天然高分子和合成高分子两大 类。
药用高分子材料的应用领域
药物载体
药用高分子材料可作为药物载体，用 于制备缓释、控释、靶向等药物制剂。
药物保护与稳定
药用高分子材料可以保护药物免受环 境因素（如光照、氧气、湿度等）的 影响，提高药物的稳定性。
药物释放控制
药用高分子材料可以控制药物的释放 速度和释放方式，实现药物的定时、 定量释放。
纤维素在胶囊剂中的应用
纤维素是胶囊剂的主要材料之一，具有 良好的成膜性和稳定性，能够有效地保 护药物不受外界环境的影响，同时具有
良好的生物相容性和可降解性。
纤维素胶囊可以分为明胶胶囊和植物胶 纤维素胶囊在药物制剂中主要用于口服、
囊两种类型，其中植物胶囊以天然纤维 外用和植入等给药方式，能够提高药物
个性化与精准医疗
环保与可持续发展
随着个性化医疗和精准医疗的发展，药用 高分子材料在制剂设计中的应用将更加精 细和个性化。
在药用高分子材料的生产和使用过程中， 需要关注环保和可持续发展，采用绿色工 艺和可降解材料，降低对环境的影响。
02
纤维素简介
纤维素的来源与制备
来源
纤维素主要来源于天然植物，如棉花、木材、麻类等。此外，某些微生物也可以产生纤维素。

0.9g
Na2HPO4·7H2O
1.2g
MgSO4·7H20
0.5g
KCl
0.5g
水解酪素
0.5g
酵母膏
0.5g
蒸馏水
Hale Waihona Puke 1000mL精选ppt课件2021
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鉴别纤维素分解菌的培养基配方
CMC-Na KH2PO4
琼脂 土豆汁 酵母膏 蒸馏水
5-10g 0.25g 15g 100mL 0.5g 1000mL
一般应将纸埋于深约10cm的腐殖土壤中。
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2、选择培养
称取土样20g，在无菌条件下加入装有 30mL培养基的摇瓶中。30℃震荡培养1-2天， 至培养基变浑浊。进行梯度稀释和涂布平板。
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纤维素分解菌的选择培养基配方
纤维素粉
5.0g
NaNO3
1.0g
KH2PO4
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二、实验设计
土壤取样
选择培养
梯度稀释
挑选产生透明 圈的菌落
将样品涂布到鉴别纤维素分解 菌的培养基上
分离分解纤维素微生物实验流程示意图
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讨论
本实验的流程与课题2中的实验流程 有哪些异同？
答：课题2是将土样制成的菌悬液直接涂布 在以尿素为唯一氮源的选择性培养基上，直接分 离得到菌落。
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思考
为什么要在富含纤维素的环境中寻找纤维素 分解菌？
答：由于生物与环境的相互依存关系，在 富含纤维素的环境中，纤维素分解菌的含量 相对提高，因此从这种土样中获得目的微生 物的几率要高于普通环境。

γ-纤维素（聚合度10-140 ）：. 不能沉淀的部分。
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⒊纤维素的物理性质
纤维素是白色、无臭、无味的物质
不溶于水、稀酸、稀碱和一般的有机溶剂
能溶解在浓硫酸和浓氯化锌溶液中，同时发 生一定程度的分子链断裂，使聚合度降低
能很好地溶解在铜氨溶液和复合有机溶液体 系中
对金属离子具有交换吸附能力（木质素和半 纤维素的作用）
无定形部分—致密度较小、大分子结合程度 较弱、有较大的空隙、分子链分布不完全平行。
.
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争论：
无定形部分是由结晶部分伸出来的分子 链所组成，结晶部分和无定形部分之间由 分子链贯穿，而二者之间没有严格的界面。
纤维素的缨状微胞. 结构模型
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有人则认为结晶部分是由折叠链构成。缨状 微胞结构是普通粘胶纤维的结构形式。
能得到了较大改善，从而实现了粘胶纤维
的工业化生产。 .
3
再生纤维素纤维的生产方法有以下几种：
⑴粘胶法：粘胶纤维。
⑵溶剂法：铜氨纤维；莱赛尔（Lyocell） 纤维等。
⑶纤维素氨基甲酸酯法（CC法）：纤维 素氨基甲酸酯纤维。
⑷闪爆法：新纤维素纤维。
⑸熔融增塑纺丝法：新纤维素纤维。
目前，纤维素纤维的主要生产方法以粘胶
修正的缨状微. 胞结构模型
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缨状原纤结构理论
缨状微胞结构理论认为结晶区较短，而 缨状原纤结构理论认为结晶区较长，晶区是 长链分子的小片断构成的，长链分布依次地 通过结晶的原纤和它们中间的非晶区。天然 纤维素纤维、波里诺西克纤维和高湿模量纤 维都具有缨状原纤结构。
纤维素的缨状微胞结构模型 .
纤维素的缨状原纤结构模型 15
• 但仍具有不可忽视的地位—吸湿性好、透气性 强、染色性好、穿着舒适、易于纺织加工、可 生物降解。

含量及测定
富含纤维素的食品纤维素虽然不能被人体吸收，但具有良好的清理肠道的作用，是适合IBS（肠易激综合征） 患者食用的健康食品。常见食品的纤维素含量如下：
麦麸：31% 谷物：4-10%，从多到少排列为小麦粒、大麦、玉米、荞麦面、薏米面、高粱米、黑米。 麦片：8-9%；燕麦片：5-6% 马铃薯、白薯等薯类的纤维素含量大约为3%。 豆类：6-15%，从多到少排列为黄豆、青豆、蚕豆、芸豆、豌豆、黑豆、红小豆、绿豆。 无论谷类、薯类还是豆类，一般来说，加工得越精细，纤维素含量越少。 蔬菜类：笋类的含量最高，笋干的纤维素含量达到30-40%，辣椒超过40%。其余含纤维素较多的有：蕨菜、 菜花、菠菜、南瓜、白菜、油菜。 菌类（干）：纤维素含量最高，其中松蘑的纤维素含量接近50%，30%以上的按照从多到少的排列为：香菇、 银耳、木耳。此外，紫菜的纤维素含量也较高，达到20%。
蔬菜中含有丰富的纤维素。不含纤维素食物有：鸡、鸭、鱼、肉、蛋等；含大量纤维素的食物有：粗粮、麸 子、蔬菜、豆类等，其中棉花含量最高，达到98%。因此建议糖尿病患者适当多食用豆类和新鲜蔬菜等富含纤维 素的食物。目前国内的植物纤维食品，多是用米糠、麸皮、麦糟、甜菜屑、南瓜、玉米皮及海藻类植物等制成的， 对降低血糖、血脂有一定作用。
纤维素图片(3张)纤维素与氧化剂发生化学反应，生成一系列与原来纤维素结构不同的物质，这样的反应过 程，称为纤维素氧化。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，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，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，棉花是高纯度（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射线衍射和负染色法（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。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，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确。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。

与纤维素有关的几个概念
1、综纤维素：指植物纤维原料中的全部碳水化合物，即纤维素与 半纤维素之和。故又称全纤维素（Holocellulose） 制样步骤：取样 原料粉碎 40目-60目之间的试样 有机溶剂抽提 无酯试料 除木素 各种方法制纤维素
综纤维素制备四法: ⑴、氯化法：(1937年Ritter（里特）提出)

2、纤维素大分子的葡萄糖基间的连接都
是β -苷键连接
将纤维素试样甲基化，然后水解为各个基本结 构单元，在水解分离出的单元中，甲基化的位置 是纤维素分子内游离羟基的位置，在此条件下得 到2,3,6-三氧甲基D葡萄糖。 所以，纤维素葡萄糖基环中游离羟基是处于2, 3, 6位，因此，1,4,5位是由化学键连接的。进一步 通过酸水解试验得知相邻单元之间的联结为1-4 连接。
无抽提物试料
氯气 木素被氧化 乙醇胺的乙醇溶液 抽提
氯化木素
+
（白色） 综纤维素
⑵、亚氯酸纳法（1942年Jayme(杰姆)提出）
无抽提物试料
NaClO2 HAc 6% pH=4.5
综纤维素 （白色）
⑶、二氧化氯法：（1921年Schmitlt(施密特)提出）
无抽提物试料
ClO2 （饱和溶液） NaHCO3
一、纤维素的化学结构 纤维素是β-D葡萄糖基通过1,4－苷键连接而成的 线型高分子化合物。
纤维素大分子化学结构特点： 1、纤维素大分子的基本结构单元是D-吡喃式葡 萄糖基（C6H10O5)
CHO H C OH
HO C H
H C OH H C OH CH2OH
D-葡萄糖直链式结构
D-葡萄糖在水溶液中存在开链式和氧环式的动态 平衡
CHO CH2OH H C OH CH2OH

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? 王玢等人对海洋细菌产生的纤维素酶粗酶液进行 盐析，透析并分别过葡聚糖凝 胶 层 析 柱 SephdedxG 89 ,SephdedxG50 和 SephdedxG75, 结果显示 SephdedxG75 分 离效果最好。 贺刚等运用葡聚糖凝胶层析柱 SephdedxG75 法对草鱼肠道一菌株产纤维素酶粗酶液进行分离 纯化，结果显示，分离纯化后酶的比活力提高了 2.92 倍，回收率为 5.38%
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纤维素酶用作饲料添加剂 , 能明显提高饲料消化率 和利用率, 促进动物生长。在奶牛的养殖上 , 纤维素 酶能增强奶牛食欲 , 增加其对粗饲料的采食量 , 提高 饲料的消化率和利用率 , 提高产奶量 , 同时, 还能降 低奶牛消化道的发病率。
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天然纤维如棉、麻等纺织品具有较强的吸湿、 透气性，备受消毒者青睐。但棉、麻及其混纺布料 上存在细毛，与皮肤接触时会产生刺痒感，因此近 几年来，利用纤维素酶进行生物整理越来越受到纺 织界的重视。利用纤维素酶进行酶处理，能使麻、 棉表面剥离和纵向复合细胞间层侵蚀，使纤维梢丝 束化或脱落，能极大地降低对皮肤的刺痒，提高棉 麻织物的服用性能及产品档次。
制药1102
罗志强 孟豪轩 陈孟南
2/10/2020
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1
纤维素酶的概念及其性质
2
纤维素酶的来源
3
纤维素酶的分离提纯技术
4
纤维素酶的应用
5
纤维素酶的问题与展望
2
概念
纤维素是地球上最丰富的可再生性碳源物质 ，其降解是自然界碳素循环的中心环节，有效利 用纤维素可有效解决能源危机，可以用于生产大 量化工原料，如乙醇，丁醇等，采用纤维素酶进 行水解是保证无污染地将这些纤维素物质转化成 简单糖的关键。 纤维素酶的组分复杂，主要有内切葡聚糖酶，外 切葡聚糖酶， β -葡萄糖苷酶 3种。给纤维素酶的分 离纯化带来了一定的困难。

什么是纳米纤维素？
棉 丝纤蛋白 木浆
高温强酸 物理搅动
纤维素的杆状的纳米晶体 100纳米 ，宽度低于10纳米
二、纳米纤维素的制备
优点
植物纤维素是自然界蕴藏最丰富的可再生资 源。天然纤维素来源丰富，价格低廉，密度 低于无机纤维,具有较高的模量和拉伸强度， 另外，其具有生物降解性和可再生性。纤维 素降解到纳米级后,不但具有纤维素的基本结 构与性能,还具有纳米颗粒的特性,如巨大的比 表面积、超强的吸附能力和高的反应活性,此 外可以提高其在复合材料基体中的分散性和 相容性.
纳米纤维素纤维的制备
OUTLINE
纳米技术和纳米纤维素 纳米纤维素纤维的制备方法 一些想法
一、纳米技术和纳米纤维素பைடு நூலகம்
纳米技术是对材料,设备和系统的创造和应用, 这些材料设备及系统是由纳米级物质来支配 的,也就是说是在原子,分子,超分子结构和以 纳米为长度单位的水平上形成的.
纳米技术研究的是那些能被合理设计出来的 物质和体系,这些物质体系由于他们的尺寸很 小而能显示出新的,独一无二的并显著改善的 物理,化学和生物性能,现象和工艺.
工艺路线
纤维原料 粉碎过筛 碱煮除杂 氧化降解 纳米纤维素微晶 超声分散 漂洗 中和
NCC的制备方法（三）
NCC-Ⅰ的制备：在3.2 kHz 的超声波振动下， 将棉短绒在恒温25℃下浸渍于55%硫酸中2.5 h， 然后稀释硫酸中止反应，去离子水洗涤至pH=7， 水洗过滤后得5%的NCC-Ⅰ胶体。
Some thoughts
改进制备方法，高效制备、分离纳米微晶纤 维素
酶法(绿色木霉，Trichoderma Vride G)与 化学法结合？
纳米微晶纤维素表面选择性化学改性 纳米微晶纤维素在高分子复合材料中的应用