第一章
第二节植物纤维主要化学成分
主要成分（细胞壁物质）纤维素
碳水化合物
有机物半纤维素
木质素芳香族化合物
少量成分（非细胞壁物质）提取物萜类、脂肪族、
酚类化合物
灰分无机盐等无机物
2.1.1 主要化学成分概述
2.1 植物纤维的主要化学成分
植物纤维原料的化学组成百分比
2.1.1.1 细胞壁物质
纤维素：由 -D-葡萄糖单元通过1→4苷键连接而成的线型高分子化合物。
纤维素是自然界贮量最丰富的可再生资源。
半纤维素：细胞壁中非纤维素高聚糖（习惯上不包括果胶和淀粉）的总称。
由两个或两个以上的糖基组成，通常有分枝结构，可用热水或冷碱提取。
木质素：由苯丙烷单元通过醚键和碳碳键连接而成的，具有三度空间结构的复杂的高聚物。
木质素和半纤维素在一起，填充在细胞壁的微纤丝之间，同时也存在于胞间层。
2.1.1.2 非细胞壁物质
植物纤维原料中的非细胞壁物质通常指存在于细胞腔和细胞间隙的、不参与细胞壁结构的物质，大部分可溶于中性有机溶剂或水，又称提取物。
提取物：用水、水蒸汽或中性有机溶剂可提取的物质。
在植物原料中含量少（一般2~5%），但种类繁多（约700余种）。
提取物可分为三大类：
萜类化合物：树脂、萜类等。
脂肪族化合物：蜡、脂肪、单糖和低聚糖、淀粉、果胶、树胶、蛋白质、生物碱等。
酚类化合物：茋(芪) 、木酚素、黄酮类化合物、单宁等。
2.1.2 植物纤维化学成分分析主要名词
2.1.2.1 综纤维素
综纤维素：经脱脂的植物纤维原料除去木质素后保留下来的全部高聚糖，即纤维素和半纤维素的总和。
2.1.2.2 α-、β-和 γ -纤维素
综纤维素(化学浆)
不溶部分
α-纤维素
溶解部分
不溶部分
溶解部分
17.5%NaOH 或24%KOH
HAc 中和
β-纤维素
γ-纤维素
根据起始物的不同，分为
综纤维素的a-、β-、γ-纤维素和化学浆的a-、β-、γ-纤维素
注意：a-、β-、γ-纤维素的主要成分，及其与纤维素的区别
2.1.2.3 Klason 木质素与总木质素
不溶残渣
溶解部分
72%H 2SO 4 20℃, 2 hr
Klason 木质素 或硫酸木质素、酸不溶木质素
脱脂木粉
3%H 2SO 4 回流, 4 hr
酸溶木质素
总木质素 = Klason 木质素 + 酸溶木质素
Total lignin = Klason lignin + Acid soluble lignin
为什么测定木质素需要保留少量碳水化合物？
相当于植物纤维原料中全部五碳糖的总和。
在一定程度上可反映原料中半纤维素的含量，对草类纤维原料，接近半纤维素的含量。
测定原理：
戊 糖
12%HCl
木 粉
糠 醛
12%HCl
2.1.2.4 戊聚糖
2.1.2.5 提取物
用极性和非极性有机溶剂、水蒸汽或水可提取的物质。
提取物种类很多，性质差别也很大。
不可能用单一溶剂提取所有提取物。
一般需说明是用何种溶剂提取的提取物。
如：苯-醇提取物，乙醚提取物，冷水提取物，热水提取物，1%NaOH提取物等。
Wood Meal
Extraction
Solvent
Extraneous Compounds
Soluble in Neutral Solvents Insoluble Holocellulose
H2SO4 ClO2
Lignin
17.5% NaOH
Insoluble
Cellulose
Hemicellulose
(soluble)
2N H2SO4
2N H2SO4
D- Glucose
Hexoses
D-Glucose
D-Mannose
D- Galactose
Pentoses
D-Xylose
L-Arabinose
Uronic Acids
& Methoxy Uronic
Acids
Acetyl Groups
木材主要化学成分的分析程序及方法
102030405060
%Douglas Fir Redwood Yellow Pine Balsam Fir
Cellulose
Hemicellulose Lignin
Extractive/Ash
Red English
102030405060%Maple
Oak
Iroko
Balsa
Cellulose
Hemicellulose Lignin
Extractive/Ash
2.2 木材细胞壁中化学成分的分布
纤维素为构成植物细胞壁的骨架物质
半纤维素为填充物质
木质素为结壳物质
2.2.1 主要化学成分在细胞壁中的分布
纤维素分子原纤丝
3.5 nm 微纤丝
12 nm
(10~30)
细胞壁各层
半纤维素分布在微纤丝之间
木质素分布在细胞壁微纤丝之间及细胞之间
胞间层主要为木质素，木质素浓度高
次生壁木质素浓度低，但绝对量大
纤维素、半纤维素和木质素主要集中在次生壁
2.2.2 植物细胞的木质化过程
植物细胞的生长过程也是初生壁的形成过程，木质素是细胞壁形成到某种程度后出现的。
木质化顺序：
细胞角隅初生壁
径向、切向复合胞间层
细胞角隅及复合胞间层
次生壁
Transverse section of a spruce reacheid photographed in UV light (240 nm). The densitometer tracing has been taken across the tracheid wall along the dotted line. S, secondary wall; ML, compound middle lamella; CC, cell corner (Fergus et al., 1969)
细胞角隅
主要为木质素
胞间层（M ）
复合胞间层 （ML ） 0.2~1.0 m m
主要为木质素，无微纤丝
细胞壁
初生壁（P ）
0.2~0.3 m m 微纤丝松散、漫无规则 次生壁（S ）
外层（S 1）
0.2~0.3 m m
内外以50~70°Z 和S 型缠绕
中层（S 2）
1.0~5.0 m m 10°（早材）到20~30°（晚材）
内层（S 3）
~ 0.1 m m
50~90 °Z 和S 型交替缠绕
2.3 植物纤维原料化学组成的特点
2.3.1 针、阔叶材及草类原料化学组成的比较2.3.1.1 针、阔叶材化学组成在含量上的差别
木质素含量针叶材 > 阔叶材
纤维素含量针叶材 阔叶材
戊聚糖含量针叶材 < 阔叶材
2.3.1.2 草类原料化学组成的特点
木质素含量低（除竹子外）
尤以稻草为低（仅14%左右）
灰分含量高
尤以稻麦草为高（稻草15~16%，麦草5~6%），其中SiO 2占一半以上
冷、热水抽出物及1%NaOH抽出物比木材高
戊聚糖含量比针叶材高，而与阔叶材接近
纤维素含量大多接近木材原料
2.3.2 非正常木的化学组成
2.3.2.1 腐朽木化学组成的特点
真菌引起的木材腐朽有两类：
褐腐：主要分解纤维素和半纤维素，木质素则少受影响腐后呈褐色，纤维素与半纤维素含量均下降，1%NaOH抽出
物增加。
白腐：同时破坏碳水化合物与木质素
腐后呈白色，木质素、纤维素与半纤维素含量均下降，1% NaOH抽出物增加。
2.3.2.2 应力木化学组成的特点
应压木
木质素含量高于正常木，纤维素含量低于正常木应拉木
木质素含量低于正常木，纤维素含量高于正常木
作业：
1、比较下列各组名词：
综纤维素和半纤维素
纤维素和 -纤维素
Klason木质素与总木质素
2、试描述植物纤维主要化学成分在细胞壁各层中的含量及分布状况。