纤维素水解范文1
中图分类号：G633．8
文献标识码：B
doi：10.3969／j．issn．1008－0546．2013．01．038
一、问题的提出
纤维素水解实验是高中化学课本第二册中安排的一个演示实验。此实验对于学生了解多糖水解具有一定的代表意义。由于课本对实验的叙述过于简单，影响实验成功的因素又很多，所以如果按照课本上的叙述进行操作很难把握实验成功。为了提高实验成功率、节约实验时间，需要寻找这些影响因素的最佳组合状态。正交试验法，是使用正交表来安排实验（一种特制的表格），并利用正交表的特点对试验结果进行计算、分析，从而找到较优试验方案的一种方法。因此，可以采用正交试验法来寻找纤维素水解的最佳实验条件。
二、正交试验方案的分析与设计
1.纤维素水解原理
纤维素在浓硫酸催化和加热条件下发生水解反应，最终产物是葡萄糖。
nH2O+（C6H10O5）n■nC6H12O6
醛能在碱性环境下与新制的银氨溶液反应生成银，葡萄糖属于多羟基的醛。因此通过产物是否能发生银镜反应可以检验纤维素是否水解生成了葡萄糖，再通过观察试管上镀银的质量来判断多少纤维素发生了水解反应。
2.影响因素及水平分析
通过查阅资料以及自己的理解，发现影响此实验的因素有14种：纤维素用量、纤维素种类、纤维素水解方式、加酸方式、硫酸溶液的浓度、水解液加热的方式、水解液加热的时间、pH值、水解液是否过滤、硝酸银溶液的浓度、5%的氢氧化钠溶液（因为氨水是弱碱，氢氧根离子浓度小，与硝酸银溶液反应速度相对较慢，如果加一滴氢氧化钠溶液可能会加快反应速度）、氨水的浓度、水解液的用量、水浴温度。
（1）不同的纤维素用量最终产生银的量不同。为了减少实验的复杂性，本次实验的纤维素取用量固定为0.2g。
（2）水解液的加热方式有酒精灯加热和水浴加热。用酒精灯加热的温度不易控制，过高容易碳化。因此加热方式固定为水浴加热70℃。同时，固定水解液加热时间为5分钟。
（3）水解液是否过滤会影响实验效果，用过滤的水解液做银镜实验效果优。本实验固定为水解液过滤。
这样选取的影响实验的因素就被简化为10种。本着第一次实验多选因素、少选水平的原则，这些因素都选用二水平。
因素水平表如下：
3.评价指标的确定
本实验以析出银镜的质量为指标。由于正交试验设计是一种定量的研究方法，因此需要通过对银镜的质量进行评分，将定性指标转化为定量指标。从银镜的光亮程度、颜色、均匀程度以及镜面的质量给予各实验的主观分数。
三、实验及结果
1.实验步骤（最佳实验为例）
（1）纤维素水解液的配制：称取0.2g滤纸，将滤纸剪碎放在小烧杯中，向小烧杯中加入19滴浓硫酸，搅拌，使纤维素初步水解成无色粘稠液体，然后加10滴水，边滴边搅拌，这时H2SO4浓度为76%，将烧杯放在70℃的水浴中加热5分钟，水解液变成亮棕色，取出，冷却，滴加2滴酚酞试液。用10%的NaOH溶液调整溶液的pH值，当溶液变成淡粉色时，用pH试纸或pH计测量，其值为8.过滤水解液，得到澄清滤液备用。
（2）银氨溶液的配制：取2% AgNO3溶液2mL于一支洁净的试管中，向试管中先加一滴5%的NaOH溶液，再滴加1∶10的氨水，边滴边轻轻震荡试管至沉淀刚好消失，回滴一滴AgNO3溶液，如果出现浑浊，再滴一滴或半滴氨水，使溶液再变回澄清。
（3）银镜的生成：取刚刚制好的银氨溶液2mL于一支洁净的小试管中，滴15滴纤维素水解液，轻轻振荡试管使混合液均匀。把试管放在90℃的水浴中加热，2分钟后取出，观察银镜。
2.实验方案及其结果分析
本实验选用了10因素2水平，选用L12正交表来安排实验，正交表略。
按正交表依次完成所有的实验。
3.实验结果分析
通过实验，各因素对实验指标影响的主次关系为：I>D>J>B>F>C>G=H>A>E，最佳实验条件为I2D2J2B1F2C1G2H2A2E1 即：滤纸、烧杯玻棒、先酸后水、76%硫酸、调水解液pH值为8.2% AgNO3、加一滴5%的NaOH溶液、1∶10的氨水、水解液用量15滴、水浴温度为90℃。显然，水解液用量、硫酸溶液的浓度、水浴温度是影响实验效果的三个关键因素。
需要说明的是，脱脂棉和滤纸做实验都成功，从分析结果看，滤纸的效果要优于脱脂棉，但脱脂棉比滤纸溶于酸的速度快，所以用脱脂棉会缩短实验时间。
四、寻找关键因素的最佳水平组合
1.三因素三水平正交试验设计
选用L9（34）正交表安排实验，在实验安排表的右方列出银镜的质量评分，在表下方列出对测得数据的计算结果，即可得实验结果分析计算表（见右上）。
2.实验方案设计及结果分析
从实验结果计算表可知，影响本实验的因素主次关系为：A> B> C，即：硫酸浓度>水解液用量>水浴温度。本实验的最佳实验条件为：A2B1C2，即：76%的硫酸溶液、8滴水解液、80℃水浴温度。由于最佳实验条件不包括在1-9号实验中，所以需要补做一次验证性实验。结果得到了银白色、光亮、镜面细密均匀的银镜，同时证明了以上结论是正确的。
五、结论
本实验操作简单，银镜生成效果好，重复性好，成功率100%，实验全过程7-8分钟，故可行性强。
此实验方案也可以让学生进行分组实验。
但应该注意一下几点：第一，纤维素要剪碎，以加快溶解。第二，加入浓硫酸时，先滴几滴浓硫酸于烧杯中没有纤维素地方，然后搅拌浓硫酸和纤维素的混合物，等烧杯冷却后，再重复操作。第三，水浴温度时间不宜太短，太短了，镀银效果不好，一般不要低于1分钟。第四，氨水浓度不宜太高，若太高，回滴一滴硝酸银不易使溶液再变浑浊；另外，由于银氨溶液中含有过量的氨水，影响实验效果。
参考文献
纤维素水解范文2
关键词：木质纤维素；纤维素酶；纤维素酶解
DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2017.10.185
1 引言
木质纤维素原料来源十分广泛，是储量丰富的可再生资源[1]。据统计，全球每年生产该类物质约200×109吨，其中有90%以上是木质纤维素类物质，而它们当中有8～20×109仍具有潜在的可利用性[2]。包括农业废弃物（秸秆、蔗渣等）如何处理，对环境压力以及可再生能源的利用具有现实意义。因此，在生物燃料、生物基化学品、分子材料、食品等领域这些廉价及丰富的木质纤维素，都具有广泛的应用空间。
纤维素的结构单位时D-葡萄糖，其分子式为：（C6H10O5）n，式中n为葡萄糖基数目，称为聚合度。经长期研究，已证实天然纤维素中D-葡萄糖基以吡喃环的形式存在，并且相互以β-1，4糖苷键构成分子链，因为这对吡喃式D-葡萄糖具有最低的能态，这也是其二聚物（纤维二糖）及共衍生物的真正形式。由于葡萄糖上带有多个羟基，因此纤维素分子间容易形成氢键，进而使得链与链之间氢键紧密连接易于聚集成结晶性的原纤结构。如图1所见，大量氢键网状结构中存在着相对规则的结晶区，其阻碍了纤维素分子的进一步利用，故纤维素水解前需进行预处理，破坏它的氢键及结晶区，以便更好地水解纤维素，从而增加它的酶可及面积。
2 纤维素酶作用机理
纤维素酶是指能够水解纤维素β-1，4-糖苷键，进而生成葡萄糖的一类酶的总称，它是由几种酶共同协同作用，而不是单一的酶，其中主要包括外切葡聚糖酶（CBH，C1）、内切葡聚糖酶（EG，Cx）和β-葡萄糖苷酶（CB，纤维二糖酶）。长期的研究表明，结晶纤维素的彻底降解至少需要这3组纤维素酶的协同作用，如图2所示，Cx能容易地降解接近类型的纤维素或衍生物，Cx只有和C1组分结合时才可以利用晶形式的纤维素。C1酶首先作用于结晶纤维素表面，使其形成结晶构的纤维素键断开，长链分子末端游离，从而其转化成可被Cx酶作用的形式，Cx酶水解非结晶或纤维素、可溶性纤维素转化为纤维二糖，最后由β-葡萄糖苷酶将纤维二糖、三水解为葡萄糖。
3 单一纤维素组分作用机理
（1）内切葡聚糖酶（EG或Cx）。Cx酶作用于纤维素的β-1，4葡萄糖苷键，随机切割，产生大量纤维素的还原性末端。测定Cx酶活力方法较多，通用的方法是利用羧甲基纤维素钠（CMC）作为底物测其酶活，由于它是一种高聚合度的可溶性纤维素衍生物，还原性所占比例较少，纤维素酶易于作用β-1，4葡萄糖苷键。
（2）外切葡聚糖酶（CBH，C1）。C1酶是指切割有Cx酶所产生的纤维素分子还原性末端，能够是纤维素长链释放出葡萄糖及小分子的寡糖。
有研究表明，已知外切葡聚糖酶具有2个独立的活性结构域：其一是指具有催化纤维素功能的结构域CD，其二是指具有结合纤维素功能的结合于CBD，二者由高度糖基化链相连接。查阅大量文献指出，C1对纤维素结晶区破坏作用极大，能够产生纤维二糖。其原因是首先是利用CBD把C1吸附在纤维素结晶区表面，其次再由单根葡聚糖链（纤维素）快速准确地进入CD中带底物结合和催化部位的“隧道”，纤维二糖被准确地从葡聚糖链上切割下来并被释放出来的同时，C1分子沿着葡聚糖链向前滑动2个葡萄糖单位[3]。
（3）β-葡萄糖苷酶（CB，纤维二糖）。CB酶又称β-D-葡萄糖苷葡萄糖水解酶，它能够作用于结合在末端非还原性的β-D-葡萄糖苷键，水解生成部分β-D-葡萄糖以及相应的配基。在水相系统中，CB酶能水解纤维二糖及一些聚合度小于6的纤维糊精为葡萄糖，随着聚合度的增加，水解效果显著下降。
4 总结
木质纤维素广泛的来源，如农业废弃物、餐厨垃圾以及部分工业残余物等，可通过预处理和水解发酵转化为能源物质。在此基础上，需要在理论研究做出深入解释，以便更好的应用于实践。
参考文献：
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[2]Lin Y & Tanaka S.Ethanol fermentation from biomass resources：current state and prospects.Applied Microbiology & Biotechnology 2006（69）：627-642.
纤维素水解范文3
关键词：纤维素酶；Tween 80；pH；表面活性剂；缓冲体系
中图分类号：Q935 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2013）18-4486-03
纤维素是地球上数量最大的可再生资源，也是地球上分布最广、含量最丰富的碳水化合物[1]。纤维素是经β-1，4葡萄糖苷键连接而成的直链高分子，具有很强的结晶性，糖苷键能通过酶的催化作用发生水解。可以通过纤维素酶系来分解纤维素，使之转变为可被利用的D-葡萄糖，再进一步发酵为酒精，对开发新能源具有重要的意义[2]。
纤维素酶酶解反应过程主要受到温度和pH[3，4]等多方面因素的影响，同时表面活性剂可以使高分子聚合物变成复杂的亲水性化合物，使纤维素与纤维素酶有效结合，从而提高纤维素酶的酶解效率[5-7]。试验将表面活性剂、缓冲液和pH对纤维素酶酶活的影响进行了研究，以期得到纤维素酶适宜的酶解条件，更高效地转化和利用纤维素。
1 材料与方法
1.1 材料及仪器
卡那霉素、异丙基-β-D-硫代吡喃半乳糖苷（IPTG）、羧甲基纤维素钠（CMC）、Tween 80、3，5-二硝基水杨酸（DNS）、苯酚、CuSO4·5H2O、CaCl2·6H2O、ZnSO4·7H2O、葡萄糖均为分析纯；R2工程细菌由重庆理工大学药学与生物实验室提供[8]。
TGL-16M高速台式冷冻离心机（长沙湘仪离心机仪器有限公司）；UV-2450紫外可见光光度计（优尼科仪器有限公司）；C型玻璃仪器气流烘干器（长城科工贸有限公司）；FE20实验室pH计（梅特勒-托利多仪器有限公司）；BS110S 电子天平（北京赛多利斯仪器系统有限公司）；DZF-6051真空干燥箱（上海越众仪器设备有限公司）。
1.2 方法
1.2.1 R2工程细菌纤维素酶的分离纯化 将R2工程细菌在LB培养液中培养48 h后经IPTG诱导，将诱导后的培养液于5 ℃、5 000 r/min离心30 min，收集沉淀，往沉淀中加入10 mL磷酸氢二钠-柠檬酸缓冲液（pH 4.8），超声波破碎（功率300 W，间歇5 s，99次）。取一小滴菌液于载玻片上，草酸铵结晶紫染液染色，显微镜下观察破碎情况，直至无完整细胞。将完全破碎后的菌液装入离心管，5 ℃， 3 000 r/min离心15 min，上清液于-20 ℃保存[9，10]。
1.2.2 纤维素酶的鉴定和酶活的测定 CMC培养基鉴定纤维素酶[11]。DNS法测定纤维素酶活[12]。一个酶活力单位（U）定义为45 ℃、pH 4.8的条件下，每分钟催化CMC水解生成1 μg葡萄糖所需的酶量。
1.2.3 纤维素酶酶活最适缓冲液及pH的确定[12] 用醋酸-醋酸钠缓冲液和磷酸氢二钠-柠檬酸缓冲液配制1%的CMC溶液。在各试管中加入1.5 mL对应的1%的CMC溶液，再加入0.5 mL“1.2.1”中提取的酶液，用2 mL 1%的CMC溶液作对照；40 ℃水浴40 min后立即加入3 mL DNS试剂，沸水浴7 min后加入5 mL去离子水，冷却后测定吸光度。
1.2.4 纤维素酶最适温度的测定 取“1.2.1”中提取的酶液0.5 mL，加入CMC底物1.5 mL，在不同温度（15、30、35、40、45、50、55、60、70 ℃）反应30 min，加入3 mL DNS试剂，沸水浴7 min后加入10 mL去离子水，冷却后测吸光值。
1.2.5 纤维素酶酶活最适Tween 80浓度的确定[13] 取“1.2.1”中提取的酶液0.5 mL，加入CMC底物1.5 mL，再加入0.1 mL不同浓度的Tween 80溶液，45 ℃反应30 min后加入3 mL DNS试剂，沸水浴7 min后加入10 mL去离子水，冷却后测定吸光值。
2 结果与分析
2.1 标准曲线的绘制
根据羧甲基纤维素酶活力测定方法测定溶液中还原糖（葡萄糖）的含量，并以吸光值为纵坐标、葡萄糖含量为横坐标绘制标准曲线（图1）。标准曲线决定系数r2=0.994 8，可以用于纤维素酶活力的测定。
2.2 不同缓冲液及pH对纤维素酶酶活的影响
从图2可以看出，随着pH的升高纤维素酶酶活呈先上升后下降的趋势，合适的pH在4.0～5.5之间，最适pH为4.8，过酸、过碱的环境会影响酶和底物的稳定性，导致纤维素酶活性的降低。醋酸-醋酸钠缓冲液为较适缓冲液。
2.3 温度对纤维素酶酶活的影响
从图3可以看出，R2工程细菌纤维素酶的活性先随着温度的升高逐渐增加，当达到35 ℃时纤维素酶的活力达最大，而后随着温度的升高酶活力下降。故酶活最适温度选择35 ℃。
2.4 不同浓度Tween 80对纤维素酶酶活的影响
从图4可以看出，R2工程细菌纤维素酶酶活在Tween 80浓度为1.6%时达到最大，是对照（无Tween 80和缓冲液体系）的1.47倍。在较低浓度时，随着Tween 80浓度的增加纤维素酶酶活增强。Tween 80可以减弱发酵液的表面张力，纤维素被疏水基团包围，使纤维素高分子聚合物变成复杂的亲水性化合物，从而加强纤维素与纤维素酶的有效结合，提高纤维素酶的酶解效率。当酶活达到最大值后，随着Tween 80浓度的增加，可能使纤维素高分子聚合物被更多的表面活性物质包被，从而减少了纤维素与纤维素酶的接触机会，酶活逐渐降低。
3 小结
试验以DNS法测定了R2工程细菌纤维素酶活力，研究了不同温度、不同浓度表面活性剂Tween 80、不同缓冲液及pH对纤维素酶酶活的影响，结果表明，在35 ℃ Tween80浓度为1.6%、醋酸-醋酸钠缓冲液pH 4.8的条件下纤维素酶酶活最高， 是对照的1.47倍。
表面活性剂能够使大分子聚合物的复杂空间立体结构发生变化，如纤维素是被疏水基团包围，难溶于水，较高的表面活性使纤维素高分子聚合物变成复杂的亲水性化合物，因此，纤维素酶可以方便地吸附底物，从而表现出酶活的增加。但是随着表面活性剂Tween 80浓度的不断增加，会使表面活性剂与纤维素酶之间的电荷积累而相互排斥，也可能因为表面活性剂与纤维素相互吸附降低了酶与底物的吸附从而使酶活下降。
在当今环境污染严重、能源紧缺的情况下，将纤维素酶反应体系扩大应用于工业化生产，把纤维素转化生成葡萄糖或酒精，能够提供重要的工业原料和能源物质，这对开辟新原料、新能源物质具有重要的理论和实践意义。
参考文献：
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纤维素水解范文4
1材料与方法
1.1材料、试剂与仪器2009年初烤烟叶样品17个(川渝中烟工业公司提供)。冰醋酸、柠檬酸、柠檬酸三钠(AR,重庆川东化工有限公司化学试剂厂);葡萄糖、氯化钙、氢氧化钠(AR,重庆北碚化学试剂厂);纤维素酶(BR,活力>15000DU,国药集团化学试剂有限公司);聚乙氧基月桂醚、对羟基苯甲酸酰肼(AR,荷兰Skalar公司)。SkalarSan++流动分析仪(荷兰Skalar公司);AX504分析天平(感量:0.0001g,瑞士MettlerToledo公司);恒温摇床(中国科学院武汉科学仪器厂);循环水真空泵(巩义市英峪予华仪器厂);G3玻璃砂心漏斗(长春市玻璃仪器厂)。
1.2样品处理和分析准确称取0.25g40目烟粉,置于100mL锥形瓶中,加入25mL5%醋酸溶液,摇床振荡萃取30min,萃取出样品本身含有的水溶性糖[8],用G3漏斗过滤,滤渣用蒸馏水冲洗3次,每次50mL;将滤渣转移到100mL锥形瓶中,加入60mL含有0.25g纤维素酶的柠檬酸/柠檬酸三钠缓冲溶液(pH4.7)[7,11],然后放入37℃恒温摇床水解24h;水解结束后将样品冷却至室温,过滤,用蒸馏水将滤液定容至100mL,利用流动分析仪测定样品液中的葡萄糖,测得葡萄糖含量乘以转换系数0.9(由纤维素水解方程式计算得到)即得纤维素含量。
2结果与讨论
2.1酶解条件的选择
2.1.1缓冲溶液用量对纤维素水解的影响准确称取0.25g烟粉样品5份,按照1.2的方法除水溶性糖,然后分别加入固定纤维素酶量(0.25g纤维素酶)的缓冲溶液40,50,60,70,80mL,在固定温度(37℃)条件下水解24h,纤维素含量的测定结果如图1所示。由图1可知,随着缓冲液体积的增大,纤维素测定量也逐渐升高,当缓冲溶液用量为60mL时,达到最高值,说明此时纤维素水解完全;当缓冲溶液用量大于60mL后,纤维素测定量逐渐降低,这可能是由于缓冲溶液用量过大,导致了酶浓度降低,酶不能与底物充分接触,从而使酶解效果变差。因此,选择缓冲液用量为60mL。
2.1.2酶用量对纤维素水解的影响在缓冲液用量为60mL、其他条件不变的情况下,分别考察酶用量为0.05,0.10,0.15,0.20和0.25g时的酶解效果,结果如图2所示。由图2可知,当酶用量为0.20g时,纤维素测定量最高,考虑到生物酶较容易部分失活,为保证纤维素水解完全,所以确定酶用量为0.25g。
2.1.3温度对纤维素水解的影响在缓冲液用量为60mL和酶用量为0.25g的情况下,分别考察纤维素在30,35,40,45和50℃下的水解效果,结果如图3所示。由图3可知,当温度<35℃时,纤维素水解不完全,测定量较低;当温度>40℃时,纤维素测定量降低,这可能是因为温度过高导致酶失活,使纤维素水解不完全;较适宜的水解温度为35~40℃,实验选择37℃。
2.1.4时间对纤维素水解的影响在缓冲液用量为60mL、酶用量为0.25g和水解温度为37℃的情况下,分别水解20,22,24,26和28h,结果(图4)表明,24h后,纤维素水解完全,所以确定水解时间为24h。
2.2工作曲线与检测限准确称取2.2009g葡萄糖,用蒸馏水溶解并定容至100mL,摇匀,得标准储备液。移取1,2,3,4,5mL标准储备液,分别用蒸馏水稀释并定容至100mL,摇匀,即得葡萄糖系列标准溶液,浓度分别为0.2,0.4,0.6,0.8和1.0mg/mL,相当于纤维素0.18,0.36,0.54,0.72,0.90mg/mL。用流动分析仪测定标准溶液中的葡萄糖含量,并对电信号响应值Y(峰高,DU),与其浓度X(纤维素含量,mg/mL)进行线性回归分析,得其工作曲线回归方程为:Y=15893.3X+2117.5,r=0.9998。可以看出,纤维素在0.18~0.90mg/mL浓度范围内,工作曲线线性良好,适合于定量分析。通过测定空白试样,测得纤维素的检测限[12]为0.11mg/mL。
2.3精密度和回收率采用本方法对烟草样品的纤维素分别测定6次,测定量分别为125.8,120.7,126.9,127.3,126.2和125.1mg/g,相对标准偏差(RSD)为2.40%,说明本方法的重复性较好。在脱糖烟草样品中加入葡萄糖,测定其回收率,结果如表1所示。纤维素的回收率为96.7%~103.8%,说明本方法的准确性较高。
2.4与经典方法[3]比较分别用本方法和经典方法测定16个烟草样品的纤维素含量,结果如表2所示。通过对两组数据进行配对样品t检验,发现二者无显着性差异,说明该方法适合于烟草中纤维素含量的检测。
纤维素水解范文5
关键词：粮粒皮层 纤维素 半纤维素 矿物成 维生素
在粮食中皮层含量一般占6～20%，皮层的主要成分是纤维素、半纤维素、木质素及蛋白质、脂肪、可溶性糖、维生素、矿物质。其中纤维素、半纤维素的含量占皮层重量的一半以上。矿物质主要集中在皮层，维生素也丰富地含在胚中。在粮粒生长和储藏中皮层起保护胚乳的作用，机械性能较强。在加工成品粮时，精度不同，皮层混入的量不同，营养成分的比例也不同。
首先分析纤维素，粮食籽粒中纤维素含量大约2～10%，主要集中在粮粒皮层。小麦籽粒中纤维素含量为2.3～3.7%，皮层中纤维素含量53%。玉米2.3～2.4%，燕麦为12.6%。就整粒而言，皮壳中含量最多，胚含量较少，胚乳几乎不含。纤维素的一般分子式和淀粉相等，为（C5H1005）n,但n的数值比淀粉大得多，是所有多糖中最大的一种，近一万个葡萄糖残基。纤维素水解后，产生大量的葡萄糖。纤维素分子间以氢键互相结合成微晶束，微晶束间又是非常多的氢键结合，十分牢固。不但机械性能很强，化学性质也很稳定。它不溶于水及各种有机溶剂，也不溶于稀酸和稀碱，即使在热水中长时间煮沸也不溶解，所以不能被人体消化吸收，纤维素虽不溶解于水，但亲水性很强，容易吸水膨胀，利用这一特性加工中能有效去除皮层。纤维素可用高浓度强酸水解，用稀酸水解则需在加压下长时间加热，水解的最终产物为β—D—葡萄糖，因此那些含纤维素很多的粮食加工付产品都可以通过工业水解或反刍动物的肠道变成葡萄糖，直接作为饲料或其他发酵工业的原粮。反刍动物的肠道中有大量能消化纤维素的微生物寄生菌，它能分泌纤维素酶，而纤维素的分解产物葡萄糖则被寄主加以利用，这也是含纤维素多的粮食加工副产品作为饲料的理论基础。
人体消化系统不能分泌纤维素酶类，故不能消化纤维素。因此在粮食加工中务必去掉粮粒外部纤维素很多的皮层，去掉越多，则精度越高。但是从现代营养学的观点来看，人类膳食中都必须含有这种不能消化的纤维素，膳食纤维又称为“第七类”营养素。因为它具有促进肠道蠕动解除便秘，加速毒素排除，防止结肠病变的作用。根据流行病的调查结果，在膳食含有大量纤维素的人群中出现结肠炎和结肠癌的机会要少得多，尤其是中老年人及室内办公人员，活动少肠胃蠕动功能低，故建议食用含些皮层的粗制粮。
纤维素经过适当地处理可制得改性纤维素，如羧甲基纤维素，在食品工业中广泛用作增稠剂；微晶纤维素，在疗效食品中用作无热量填充剂。
半纤维素也是一种多聚糖，常与纤维素在一起，但化学成分很复杂，往往不是一种单糖聚合而成。其水解产物中既有戊糖，又有己糖，还有糖醛酸。所以半纤维素与纤维素在分子组成上不同，它是杂聚多糖，而纤维素是同聚多糖。半纤维素的组成成分随植物种类而异，一般以木聚糖以及木聚糖的葡萄糖醛酸居多。半纤维素与稀酸共热则几乎全部水解，水解的木糖可以制成结晶木糖或木糖浆及糖醛，木糖经过氧化反应生成木糖醇。木糖醇味觉好，甜度大，可作食糖的代用品，也具有一定的医疗作用。在某些方面还能改进食品的质量和有利于食品的保存。半纤维素对家畜来说，消化率可以达到90%，但只有很少一部分被人体消化，因此最好直接用作饲料及工业水解。
木质素，不是碳水化合物，但它在细胞壁中常与纤维素及半纤维素混在一起，是细胞壁特别是木质化细胞壁的主要成分之一。木质素是填充在纤维素的微晶束之间的空隙中，也有一部分木质素与纤维素成结合状态。木质素的细胞都是死细胞，不再起代谢作用，是植物中最稳定的物质，故木质素主要是加强组织的机械强度，增强对腐生菌的抵抗力。
粮食籽粒的皮层含有大量矿质元素，如P,K,Mg,Ca,Fe,Si,Na等及微量矿质元素如Zn,Mn,Ni,As等。这些矿质元素有的是细胞壁或原生质的组成成分。如稻壳中的Si,蛋白质的S，白和磷脂中的P,叶绿素中的Mg,果胶中的Ca及植酸盐中的Ca和Mg等。有的是生物有机体生理活动机能的调节者，如k对于光合作用，Ca对养分运输，Fe对叶绿素的形成都具有调节作用。有的还是酶的组成成分，如Fe是抗坏血酸氧化酶和多酚氧化酶的组成成分，这些元素就成为酶的活化催化剂。总之，矿质元素是一切动植物生长所不可缺少的物质基础之一，尤其以钙和铁用以评定食物中的矿质元素的营养价值。一般情况下，粮粒加工精度越高，皮层除去越彻底矿质元素含量越低，故粗制粮中矿质元素含量丰富些。
还有重要的一类营养素——维生素，它分为水溶性维生素和脂溶性维生素两类。维生素是维持人和动物正常生理功能所必须的一类天然有机化合物。一般不能在体内合成，肠道微生物可合成一些，但远不能满足机体需要，通常由食物来供给，粮食籽粒中的种种维生素大部分分布在胚和皮层中的糊粉层中，胚乳含量很少。加工后大多数维生素转入副产品中，所以加工精度越高，保留下来的维生素越少，专门米白面的人常常容易患脚气病，这就是人们共知的维生素缺乏病。故适当食用粗制粮能最大限度满足人体对矿物质及维生素的需求。
蛋白质和脂肪及可溶性糖也是粮粒皮层的构成成分，但由于它们的来源比较丰富，一般情况都能满足。
综上所述，粮粒皮层营养物质丰富，它既含有不易被人体消化吸收但极具生理功能的纤维素、半纤维素及木质素，还含有其他部位相对缺乏的矿物质和维生素，对人体具有重要的生理功能，故人类膳食细中有粗是必要的也是科学的。
参考文献
[1]王旭峰,何计国,陶纯洁,单秀峰.小麦麸皮的功能及其加工利用现状[J].粮食与食品工业,2006(1):19～22.
纤维素水解范文6
关键词膳食纤维;研究现状;发展趋势
膳食纤维被称为继水、蛋白质、脂肪、碳水化合物、矿物质、维生素之外的“第七大营养素”[1]。营养调查资料表明，膳食纤维能有效减少和预防冠心病、糖尿病、高血压、肥胖症、心肌梗塞、结肠炎、便秘等疾病的发生[2-3]。随着社会的进步，人们对食品的消费观念也发生了变化，对食品的要求不仅仅停留在感官和口感上，而是越来越讲究其功能性。因此，人们对于膳食纤维的关注程度日益增加。我国是农业产品生产和消费大国，但农副产品经济价值不高，这主要是因为不能够有效提高农副产品的附加值。对于膳食纤维的研究开发，可以大幅度提高农副产品的经济价值，对提高我国人民的健康水平和农业经济效益具有十分深远的意义。
1膳食纤维概述
膳食纤维是一种复杂混合物的总称。随着人们对膳食纤维认识的不断提高，对其定义也不断地变化。联合国粮农组织共同确立的膳食纤维的定义是“能用公认的定量方法测定的，人体消化器官固有的消化酶不能水解的食用动植物的构成成分”，即指不被人体消化吸收的多糖类、碳水化合物和木质素，它包括以下几个部分:纤维状碳水化合物——纤维素;基料碳水化合物——果胶类化合物和半纤维素等;填充类化合物——木质素。美国化学家协会给膳食纤维的最新定义是:膳食纤维是植物的可食部分或类似的碳水化合物，在人类的小肠中难以消化吸收，但在大肠中会全部发酵分解。
目前，对膳食纤维比较全面的定义如下:膳食纤维是指能抗人体小肠消化吸收，而在人体大肠能部分或全部发酵的可食用的植物性成分、碳水化合物及其相类似物质的总和，包括多糖、寡糖、木质素以及相关的植物物质。以上定义明确规定了膳食纤维的主要成分:膳食纤维是一种可以食用的植物性成分，而非动物性成分，主要包括纤维素、半纤维素、果胶及亲水胶体物质如树胶和海藻多糖等组分，另外，还包括植物细胞壁中所含有的木质素，不被人体消化酶所分解的物质如抗性淀粉、抗性糊精、抗性低聚糖、改性纤维素、黏质、寡糖，以及少量相关成分如蜡质、角质和软木脂等。
一般来说，膳食纤维可按溶解性分为水溶性膳食纤维(SDF)和水不溶性膳食纤维(IDF)两大类，水溶性膳食纤维主要有植物细胞内的储存物质和分泌物，另外还包括部分微生物多糖和合成多糖，其组成主要有一些胶类物质，如果胶、阿拉伯胶、角叉胶、瓜儿豆胶、卡拉胶、黄原胶、琼脂等以及半乳甘露聚糖、葡聚糖、海藻酸盐、CMC和真菌多糖等;按膳食纤维的来源分，可分为植物来源膳食纤维、动物性来源膳食纤维、海藻多糖类膳食纤维、微生物多糖、合成半合成类膳食纤维等，来源不同的膳食纤维其化学本质差异很大，但基本组成成分则较为相似，相互之间的区别主要表现在各组成成分的相对含量、分子的糖苷链、聚合度以及支链。
水溶性膳食纤维的主要功能是减少血液中的胆固醇水平，调节血糖水平，从而降低心脏病的危险，改善糖尿病，其来源主要是水果、蔬菜、大豆和燕麦，它包括果胶等亲水胶体物质和部分半纤维素。水不溶性膳食纤维主要成分是纤维素、半纤维素、木质素、原果胶、壳聚糖和植物蜡等。水不溶性膳食纤维主要功能是膨胀，可以调节肠的功能，防止便秘，保持大肠健康，它包括纤维素、木质素和部分半纤维素。
2膳食纤维国内研究现状
2.1膳食纤维的提取方法
制约膳食纤维资源开发的关键是制取方法。应该研究膳食纤维的提取方法和改性方法，使制取的膳食纤维中含有的可溶性膳食纤维增加，这样就可将极其广泛的可食用植物资源，进一步开发成为对人体有积极作用的膳食纤维。膳食纤维的提取方法与原料的成分及性质密切相关，大致可分为4类，即化学分析法、化学试剂—酶结合分离法、膜分离法和发酵法[4]。
2.1.1化学分析法。指将粗产品或原料干燥、磨碎后采用化学试剂提取而制备各种膳食纤维的方法，主要有直接水提法、酸法、碱法和絮凝剂法等。
2.1.2化学试剂—酶结合分离法。在采用化学处理的同时也应用各种酶去降解膳食纤维的杂质成分。
2.1.3膜分离法。利用天然或人工制备的具有选择透过性膜，以外界能量或化学位差为推动力对双组分或多组分的溶质和溶剂进行分离、分级、提纯和浓缩的方法。
2.1.4发酵法。采用微生物发酵制取膳食纤维是一种比较新颖的途径。发酵法的原理是:选用适当的菌种，原料采用发酵的技术提取膳食纤维，然后水洗至中性，干燥得到膳食纤维。如用保加利亚乳杆菌和嗜热链球菌处理果皮原料生产膳食纤维。
2.2膳食纤维的测定
膳食纤维的不同测定方法因其测定原理不同结果差异较大。自20世纪60年代初以来，分析化学家们建立起大量的检测方法，这些方法的主要目的是模拟消化过程用酶除去食物中可消化部分，获得不被消化的部分。这些测定方法可以概括为4类，即洗涤剂法、酶—重量法、酶—化学法和其他补充方法。
2.2.1洗涤剂法。也称非酶重量法，由于所用溶剂和提取条件的不同，洗涤剂法中又有多种具体方法，包括粗纤维(CF)法、酸性洗涤剂纤维(ADF)法和中性洗涤剂纤维(NDF)法。CF方法检测到木质素和纤维素;ADF法检测到木质素、纤维素和酸不溶性半纤维素;NDF方法检测到木质素、纤维素和中性洗涤剂不溶性半纤维素[5-6]。
2.2.2酶—重量法。其中的Prosky法是最具代表性的，是AOAC、AACC等权威机构接受的标准检测方法，也是目前公认的总膳食纤维、可溶性膳食纤维、不可溶膳食纤维含量的测定方法。
2.2.3酶—化学法。首先对食物样品进行酶消解和分离，分离出的DF用酸水解，使纤维分解为葡萄糖、糖醛酸等单糖，这些物质再用不同的化学方法检测。
3膳食纤维的发展趋势
虽然目前对于膳食纤维的研究和认识已经相当的普遍，但是针对于膳食纤维的研究和发展还存在一些不足。为此，膳食纤维研究的发展趋势主要有以下几点:
3.1提高人们对膳食纤维的认识
由于人们对膳食纤维的认识不足，对其功能不能充分的理解，目前仍有很多人认为吃粗粮、蔬菜是贫穷的标志，而且我国膳食纤维的人均摄入量降低只被作为人们生活水平提高的证据，却没有被作为人们营养失衡的征兆引起政府和相关部门的重视[8-9]。因此，加强膳食纤维知识的宣传是重中之重。
3.2膳食纤维资源的进一步开发
一方面，对现有资源的进一步利用;另一方面，对未发掘的资源进行调查与开发。
3.3加强对膳食纤维生理功能、作用机理的深层次研究
对于膳食纤维的生理功能出现一些报道，但是膳食纤维的一些生理功能机理，如抗氧化作用和清除自由基的活性作用是否能进入血液循环对人体生理过程产生影响、膳食纤维的解毒机理及膳食纤维其他一些理化特性与人体的生理关系等，都需要进一步深入研究。
3.4膳食纤维用途的进一步拓展
由于膳食纤维的各种独特理化性质、生理功能使得其使用范围非常广泛，但为了更加有效的使用膳食纤维，使其资源充分利用，有待于今后对其用途作进一步探索。
3.5膳食纤维工业化生产的研究开发需要进一步提高
如何将膳食纤维这一宝贵资源充分利用起来，不仅要求其应用范围的拓宽，更要求将膳食纤维产品以工业化规模开发出来，使之有经济上的可行性，提高膳食纤维开发利用的经济价值[10]。但目前膳食纤维的开发更多的只是停留在理论研究上，专门生产膳食纤维的企业很少，而且生产企业的产品较单一，市场上大多数产品是作为药品使用，没有普及到食品中为大众所享用，这说明理论研究与生产实践严重脱节，因此这也是今后的研究方向之一。
4结语
随着人们生活水平的不断提高，食物日趋精细，饮食中缺乏膳食纤维的情况也日趋严重，膳食纤维的研究与应用必然会成为开发研究的热门课题之一，同时也具有重要的现实意义和广阔的市场前景。因此，有理由相信，膳食纤维将成为21世纪最具开发潜力的营养素之一。
5参考文献
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