植物资源化学 1-2
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植物纤维形态对纸张性能的影响
1. 纤维长度、宽度、长宽度均一性及长宽比
2.细胞壁的厚度与壁腔比值 3.非纤维细胞含量
1.6 植物纤维原料的化学组成
1.6.1植物纤维的化学组成
1.6.1.1细胞壁结构物质
构成木材细胞壁和胞间层的物质，占木材的90%以 上，热带木材略低，纤维素和半纤维素占木材的 65%-75%。 1.纤维素（cellulose）
• 禾本科草类纤维超微构造结构模型
• 第三种模型：草类纤维独有，特点是细胞壁中S3也是细
胞壁中层的主要组成部分，其厚度和S2相当。 S2和S3微 纤维方向相反的，内层为S4。芦苇、荻、甘蔗渣、芒秆
等由第二、三两种模型的纤维组成。
• 第四种模型：禾本科纤维独有，特点是细胞壁中层呈更 多层结构，可达8-9层以上。微纤维走向不同，木素含 量不同，交错排列有S形和Z形缠绕方式，竹子、龙须草
(三)秸秆和韧皮类纤维原料的化学成分
1.7植物纤维的超微结构
• 1.7.1植物纤维的细胞壁构造 • 1.7.1.1植物纤维细胞壁的超微结构
P43
• 微纤丝 • 原纤丝 • 纤维素大分子链
各层的精细构造 通过电子显微镜研究，可进一步了解纤维细胞壁的层状结构是由 不同走向的微纤丝构成。
微纤丝——纤维素分子的聚集体 是细胞壁中用电镜能鉴别出的最小天然结构单位， 在电镜下呈细丝状
克-贝纤维素(Cross Bevan cellulose):氯气处理润湿 的无抽提试样，使其中的木质素转化为氯化木素， 然后用亚硫酸及3%亚硫酸钠溶液洗涤，以溶出木 质素，重复多次，直至加入亚硫酸钠溶液后仅显 淡红色（被子植物）或微棕色（裸子植物）为止。 白色预留物称为克-贝纤维素。 硝酸-乙醇纤维素:
• 第一种：胞腔较大，模型和针叶木纤维结构形态相似，但 S1 层较厚， S2 微纤维角度较大，由 ML、P、S1、S2、S3 组 成。微纤维排列状态： ML— 网状， S1— 近横向交叉螺旋 形， S2— 缠绕角为 30 ° -40 °， S3— 近于横向交叉螺旋形 。
• 第二种模型和某些树皮纤维结构相似，细胞腔极小，细胞 壁厚，S2层是细胞壁的绝对主要部分，S2层微纤维的缠绕 角与约30° -40 °。稻草、麦草纤维是由第一、二模型的 纤维构成的。
二、植物纤维的少量组分
温带木材灰分含量为 0.3~1% ，多数热带木材灰 分含量超过1%，有些5%以上。
灰分分为两类：一类溶于水，占全部灰分的
10~25%，主要为 K和 Na的碳酸盐类（约占整个溶
解部分的60~70%）；另一类不溶于水，主要为Ca
和Mg的碳酸盐和磷酸盐。
1.6.2 常用植物纤维原料的化学成分（自学） (一)木材的化学成分 (二)竹材的化学成分
微纤丝外围是半纤维素，微纤丝相互之间镶嵌着木质 素和半纤维素，须脱去木质素才能在电镜下看到微纤丝。
CML 复合胞间层
Compound middle lamella
木材纤维细胞壁各层组织示意图）
1.7.1.2木材纤维细胞壁结构
纤维素在整个次生壁中近于均匀分布，胞间层没
有微纤维，但初生壁有松散和凌乱的微纤维。
(二)木质素分布 分布规律： 分布不均匀； 采集部位愈高，木质素含量愈低；
胞间层的木质素浓度最高；
细胞内部浓度减小，次生壁内层又 增高； 如花旗松的胞间层木质素浓度为 60%-90%，细胞腔附近约10%-20%。
思考题
• • • • 细胞壁的层状构造 植物纤维细胞壁的超微结构 微纤丝（定义） 化学组成在细胞壁中的分布 (填空判断) • 克-贝纤维素？硝酸-乙醇纤维素？纤 维素、 -纤维素、 -纤维素、工业半 纤维素？
硝酸：乙醇 = 20：80
木粉经浓硝酸乙醇混合液（1：4 v/v）处理3次， 每次1h，氧化除去木质素，半纤维素水解，得到 白色预留物称硝酸-乙醇纤维素
-纤维素、-纤维素、-纤维素、工业半纤维素 综纤维素或化学浆——17.5%NaOH——沉淀-纤维素
溶液——醋酸中和——沉淀-纤维素——溶液-纤维 素
-纤维素：纤维素和抗碱半纤维素
-纤维素：（高度降解纤维素）和半纤维素
-纤维素：高度降解半纤维素
工业半纤维素： -纤维素和-纤维素
综纤维素
纤维素与半纤维素之和
制备方法： 亚氯酸钠法、氯化法、二氧化氯法、过醋酸法 亚氯酸钠法：亚氯酸钠氧化除去木质素 氯化法：氯气处理木材，乙醇胺的乙醇溶液除去
木质素密度最大的区域是复合胞间层的角隅，
其次是胞间层。但是，由于所占的体积比例较小
，所含木质素的总量不多，70%-80%的木质素仍 然存在于次生壁中 。
1.7.1.3禾本科纤维细胞壁结构
禾本科草类植物与木材生物结构有诸多相似之处，但纤 维微细结构仍有差异。概括成四种结构模型：
• 禾本科造纸 纤维的四种 结构模型图 • I、II.稻草、 麦草； II、 III.芦苇、蔗 渣、荻； II 、IV.龙须草 、竹子
主要由第二、四两种模型的纤维组成。
1.7.2细胞壁的形成
• • • • • (一)纤维素的沉积 1.微纤丝沉积 2.微纤丝缠绕取向 (二)木质素沉积 (三)半纤维素沉积
1.7.3化学组成在细胞壁中的分布
• (一)纤维素、半纤维素的分布
细胞胞间层中不含纤维素,而是由木质素、半纤维素 和少量果胶物质组成; 初生壁中纤维素浓度低于次生壁,具有较高的木质素 、半纤维素浓度,形成的微纤丝结构疏松; 次生壁中纤维素浓度最高,微纤丝规律性排列,木质素 和半纤维素浓度较低,在S2层尤为明显。
是β-D- 吡喃葡萄糖通过 1-4 苷键彼此连接的 线性高分子化合物。具有特性的x射线图。初生细 胞壁含 1-10%纤维素，次生壁含 50%纤维素，棉花 最高。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
表1针叶木和阔叶木中主要成分的含量 （%）
主要成分 纤维素 半纤维素 木质素 针叶木 42±2 27±2 28±3 阔叶木 45±2 30±5 20±4
• 提取物包括许多有机物,如树脂酸、萜类、多酚类、蜡、 脂肪、脂肪酸、精油、生物 • 碱、蛋白质、单糖、黏液、果胶、树胶、树脂、淀粉、 糖苷、甾醇、皂角苷等。
2.灰分（包括不溶性无机盐）
灰分不属于提取物范畴，属于木材的少量组分， 但对木材的物理和化学加工厂有影响。
成分：少量无机物，其含量和组成与材种、树龄 、立地条件、采运和运输方法等有关。 组成元素：主要 Ca、K、Mg。多数木材 Ca 占 50% 以上；其次为Mn、Na、P和Si等。 热带木材含有高比例的Si，甚至超过Ca的含量。
2.半纤维素
两种或两种以上单糖组成的不均一聚糖，分子 量较低，聚合度小，大多带有支链。
3.木质素 • 苯丙基丙烷单元通过醚键和碳-碳键联接而 成、具有三维结构的芳香族高分子化合物。
• 木质素 • 二氧化氯法：二氧化氯（ClO2） +NaHCO3氧化除去木质素
1.6.1.2非细胞壁结构物质
定义：不构成细胞壁、胞间层的低分子化 合物，可被极性和非极性有机溶剂、水蒸 汽或水提取，称为提取物、抽提物或浸出 物； 近800种化合物存在于木材中； 除一些树种外，一般约占绝干木材的 2-5% • 1.。 提取物
1. 纤维长度、宽度、长宽度均一性及长宽比
2.细胞壁的厚度与壁腔比值 3.非纤维细胞含量
1.6 植物纤维原料的化学组成
1.6.1植物纤维的化学组成
1.6.1.1细胞壁结构物质
构成木材细胞壁和胞间层的物质，占木材的90%以 上，热带木材略低，纤维素和半纤维素占木材的 65%-75%。 1.纤维素（cellulose）
• 禾本科草类纤维超微构造结构模型
• 第三种模型：草类纤维独有，特点是细胞壁中S3也是细
胞壁中层的主要组成部分，其厚度和S2相当。 S2和S3微 纤维方向相反的，内层为S4。芦苇、荻、甘蔗渣、芒秆
等由第二、三两种模型的纤维组成。
• 第四种模型：禾本科纤维独有，特点是细胞壁中层呈更 多层结构，可达8-9层以上。微纤维走向不同，木素含 量不同，交错排列有S形和Z形缠绕方式，竹子、龙须草
(三)秸秆和韧皮类纤维原料的化学成分
1.7植物纤维的超微结构
• 1.7.1植物纤维的细胞壁构造 • 1.7.1.1植物纤维细胞壁的超微结构
P43
• 微纤丝 • 原纤丝 • 纤维素大分子链
各层的精细构造 通过电子显微镜研究，可进一步了解纤维细胞壁的层状结构是由 不同走向的微纤丝构成。
微纤丝——纤维素分子的聚集体 是细胞壁中用电镜能鉴别出的最小天然结构单位， 在电镜下呈细丝状
克-贝纤维素(Cross Bevan cellulose):氯气处理润湿 的无抽提试样，使其中的木质素转化为氯化木素， 然后用亚硫酸及3%亚硫酸钠溶液洗涤，以溶出木 质素，重复多次，直至加入亚硫酸钠溶液后仅显 淡红色（被子植物）或微棕色（裸子植物）为止。 白色预留物称为克-贝纤维素。 硝酸-乙醇纤维素:
• 第一种：胞腔较大，模型和针叶木纤维结构形态相似，但 S1 层较厚， S2 微纤维角度较大，由 ML、P、S1、S2、S3 组 成。微纤维排列状态： ML— 网状， S1— 近横向交叉螺旋 形， S2— 缠绕角为 30 ° -40 °， S3— 近于横向交叉螺旋形 。
• 第二种模型和某些树皮纤维结构相似，细胞腔极小，细胞 壁厚，S2层是细胞壁的绝对主要部分，S2层微纤维的缠绕 角与约30° -40 °。稻草、麦草纤维是由第一、二模型的 纤维构成的。
二、植物纤维的少量组分
温带木材灰分含量为 0.3~1% ，多数热带木材灰 分含量超过1%，有些5%以上。
灰分分为两类：一类溶于水，占全部灰分的
10~25%，主要为 K和 Na的碳酸盐类（约占整个溶
解部分的60~70%）；另一类不溶于水，主要为Ca
和Mg的碳酸盐和磷酸盐。
1.6.2 常用植物纤维原料的化学成分（自学） (一)木材的化学成分 (二)竹材的化学成分
微纤丝外围是半纤维素，微纤丝相互之间镶嵌着木质 素和半纤维素，须脱去木质素才能在电镜下看到微纤丝。
CML 复合胞间层
Compound middle lamella
木材纤维细胞壁各层组织示意图）
1.7.1.2木材纤维细胞壁结构
纤维素在整个次生壁中近于均匀分布，胞间层没
有微纤维，但初生壁有松散和凌乱的微纤维。
(二)木质素分布 分布规律： 分布不均匀； 采集部位愈高，木质素含量愈低；
胞间层的木质素浓度最高；
细胞内部浓度减小，次生壁内层又 增高； 如花旗松的胞间层木质素浓度为 60%-90%，细胞腔附近约10%-20%。
思考题
• • • • 细胞壁的层状构造 植物纤维细胞壁的超微结构 微纤丝（定义） 化学组成在细胞壁中的分布 (填空判断) • 克-贝纤维素？硝酸-乙醇纤维素？纤 维素、 -纤维素、 -纤维素、工业半 纤维素？
硝酸：乙醇 = 20：80
木粉经浓硝酸乙醇混合液（1：4 v/v）处理3次， 每次1h，氧化除去木质素，半纤维素水解，得到 白色预留物称硝酸-乙醇纤维素
-纤维素、-纤维素、-纤维素、工业半纤维素 综纤维素或化学浆——17.5%NaOH——沉淀-纤维素
溶液——醋酸中和——沉淀-纤维素——溶液-纤维 素
-纤维素：纤维素和抗碱半纤维素
-纤维素：（高度降解纤维素）和半纤维素
-纤维素：高度降解半纤维素
工业半纤维素： -纤维素和-纤维素
综纤维素
纤维素与半纤维素之和
制备方法： 亚氯酸钠法、氯化法、二氧化氯法、过醋酸法 亚氯酸钠法：亚氯酸钠氧化除去木质素 氯化法：氯气处理木材，乙醇胺的乙醇溶液除去
木质素密度最大的区域是复合胞间层的角隅，
其次是胞间层。但是，由于所占的体积比例较小
，所含木质素的总量不多，70%-80%的木质素仍 然存在于次生壁中 。
1.7.1.3禾本科纤维细胞壁结构
禾本科草类植物与木材生物结构有诸多相似之处，但纤 维微细结构仍有差异。概括成四种结构模型：
• 禾本科造纸 纤维的四种 结构模型图 • I、II.稻草、 麦草； II、 III.芦苇、蔗 渣、荻； II 、IV.龙须草 、竹子
主要由第二、四两种模型的纤维组成。
1.7.2细胞壁的形成
• • • • • (一)纤维素的沉积 1.微纤丝沉积 2.微纤丝缠绕取向 (二)木质素沉积 (三)半纤维素沉积
1.7.3化学组成在细胞壁中的分布
• (一)纤维素、半纤维素的分布
细胞胞间层中不含纤维素,而是由木质素、半纤维素 和少量果胶物质组成; 初生壁中纤维素浓度低于次生壁,具有较高的木质素 、半纤维素浓度,形成的微纤丝结构疏松; 次生壁中纤维素浓度最高,微纤丝规律性排列,木质素 和半纤维素浓度较低,在S2层尤为明显。
是β-D- 吡喃葡萄糖通过 1-4 苷键彼此连接的 线性高分子化合物。具有特性的x射线图。初生细 胞壁含 1-10%纤维素，次生壁含 50%纤维素，棉花 最高。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
表1针叶木和阔叶木中主要成分的含量 （%）
主要成分 纤维素 半纤维素 木质素 针叶木 42±2 27±2 28±3 阔叶木 45±2 30±5 20±4
• 提取物包括许多有机物,如树脂酸、萜类、多酚类、蜡、 脂肪、脂肪酸、精油、生物 • 碱、蛋白质、单糖、黏液、果胶、树胶、树脂、淀粉、 糖苷、甾醇、皂角苷等。
2.灰分（包括不溶性无机盐）
灰分不属于提取物范畴，属于木材的少量组分， 但对木材的物理和化学加工厂有影响。
成分：少量无机物，其含量和组成与材种、树龄 、立地条件、采运和运输方法等有关。 组成元素：主要 Ca、K、Mg。多数木材 Ca 占 50% 以上；其次为Mn、Na、P和Si等。 热带木材含有高比例的Si，甚至超过Ca的含量。
2.半纤维素
两种或两种以上单糖组成的不均一聚糖，分子 量较低，聚合度小，大多带有支链。
3.木质素 • 苯丙基丙烷单元通过醚键和碳-碳键联接而 成、具有三维结构的芳香族高分子化合物。
• 木质素 • 二氧化氯法：二氧化氯（ClO2） +NaHCO3氧化除去木质素
1.6.1.2非细胞壁结构物质
定义：不构成细胞壁、胞间层的低分子化 合物，可被极性和非极性有机溶剂、水蒸 汽或水提取，称为提取物、抽提物或浸出 物； 近800种化合物存在于木材中； 除一些树种外，一般约占绝干木材的 2-5% • 1.。 提取物