微晶纖維素研究進(jìn)展*

龐軍浩，常 江，王 宇，涂晉源，吳浩冉，劉子惠

（哈爾濱商業(yè)大學(xué)，黑龍江 哈爾濱 150028）

綜 述

微晶纖維素研究進(jìn)展*

龐軍浩，常 江*，王 宇，涂晉源，吳浩冉，劉子惠

（哈爾濱商業(yè)大學(xué)，黑龍江 哈爾濱 150028）

本文簡(jiǎn)單介紹了微晶纖維素及目前國(guó)內(nèi)外對(duì)微晶纖維素的研究進(jìn)展，并對(duì)其發(fā)展方向進(jìn)行了推測(cè)。旨在通過本文，對(duì)前人的研究結(jié)果進(jìn)行總結(jié)，并進(jìn)行更詳細(xì)的介紹，闡明微晶纖維素產(chǎn)品的性質(zhì)、特點(diǎn)、應(yīng)用領(lǐng)域等。

微晶纖維素；發(fā)展趨勢(shì)；應(yīng)用

1 微晶纖維素

微晶纖維素是將天然植物纖維素進(jìn)行水解后得到的聚合度達(dá)到極限（15～175）的纖維素。微晶纖維素?fù)碛屑s幾十厘米的粒徑，呈白色無味的細(xì)?。?0～80μm）多孔顆粒、短棒狀或膠體狀。前者用于吸附劑和粘合劑，后者多作為液體中的分散劑[1]。其可作為安全可靠的食品添加劑。其原料大多選擇纖維素含量多余木質(zhì)素、灰分的植物纖維。其現(xiàn)在已經(jīng)廣泛應(yīng)用于食品、化工、醫(yī)藥等多個(gè)領(lǐng)域，其原材料纖維素的來源廣泛，市場(chǎng)前景廣闊并具有其科研價(jià)值，其在國(guó)內(nèi)外都得到了急速發(fā)展[2]。其中聚合度達(dá)到納米級(jí)別的微晶纖維素也已經(jīng)有了相當(dāng)程度的研究。應(yīng)用于不同領(lǐng)域的微晶纖維素，對(duì)于其性質(zhì)的要求也各不相同。

2 微晶纖維素的研究進(jìn)展

2.1 國(guó)內(nèi)微晶纖維素的研究情況

國(guó)內(nèi)對(duì)微晶纖維素的研究多主要是其制備及在各個(gè)領(lǐng)域（如食品等）的應(yīng)用及發(fā)展，對(duì)其水解方法的研究（其制備過程中的水解過程又可以通過無機(jī)酸水解、堿水解、無機(jī)鹽水解以及纖維素酶水解等多種水解方案，針對(duì)不同植物的纖維素所選擇的水解劑種類、用量各不相同），對(duì)納米級(jí)別的微晶纖維素進(jìn)行研究以及對(duì)各種制備方法的優(yōu)化。

劉歡[3]等研究了以胡蘿卜渣為原料，利用酸堿水解并用次氯酸鈉漂白的方法制備微晶纖維素，研究發(fā)現(xiàn)影響胡蘿卜渣微晶纖維素產(chǎn)量的主要因素依次為酸濃度、酸解溫度、酸解時(shí)間。其優(yōu)化制備工藝為酸濃度6%，酸解時(shí)間60min。

郭美麗[4]等優(yōu)化了以蘋果渣為原料，利用堿煮、硝酸——乙醇法提取纖維素，用NaClO3和HCl進(jìn)行水解再醇洗的方法制備微晶纖維素，并通過響應(yīng)面試驗(yàn)，且控制酸和NaClO3的用量來進(jìn)行試驗(yàn)優(yōu)化。其最佳制備工藝為：水解溫度100℃，水解時(shí)間為50min，最佳料液比為 1∶25（g·mL-1）HCl濃度 6%，NaClO3添加量2.5mL/100mL，此條件下微晶纖維素得率可達(dá)到69.5%。

張?jiān)芠5]等以麥草秸稈為原料，用高溫乙醇法提取粗纖維素（乙醇水溶液體積濃度55%，液比1∶8，最高保溫溫度195℃，保溫時(shí)間60min同時(shí)添加乙酸催化劑，用于除去粗纖維中的半纖維素成分），酸堿水解的方法制備微晶纖維素。最終得到結(jié)論：麥草秸稈在催化劑乙酸用量為2%左右時(shí)，纖維素中的α-纖維素含量最高，含量為83.77%，粗纖維所在的水解液濃度為8%～10%，液比1∶15，溫度70℃，時(shí)間為90min的條件下達(dá)到極限聚合度。

袁毅[6]等研究了以提取皂苷后的穿龍薯蕷殘?jiān)鼮樵希捎梅蛛x純化方法得到纖維素，經(jīng)過HCl水解制得微晶纖維素。研究發(fā)現(xiàn)，制的樣品中微晶含量為91.7%、平衡聚合度為164、結(jié)晶度為77.1%、平均顆粒大小為23.21nm。

黃明星[7]以沙柳木粉為研究對(duì)象，首先對(duì)沙柳木粉的化學(xué)組成進(jìn)行了化學(xué)分析，然后對(duì)沙柳木粉進(jìn)行酸催化乙醇法預(yù)處理，之后利用NaClO3-堿性H2O2兩段處理工藝處理得到的沙柳粗纖維素，得到沙柳細(xì)纖維素，最后用酸水解法處理沙柳細(xì)纖維素，制備沙柳微晶纖維素。從白度、聚合度、結(jié)晶度、粒度等幾個(gè)方面分析微晶纖維素的理化性質(zhì)，用掃描電鏡觀察制得的微晶纖維素的表面結(jié)構(gòu)，用紅外光譜分析微晶纖維素的分子結(jié)構(gòu)。

還有許多研究成果由于篇幅原因不在此贅述了。

2.2 國(guó)外微晶纖維素的研究情況

在國(guó)外也有許多研究人員對(duì)微晶纖維素的制備方面有一定的研究，大多也是對(duì)微晶纖維素的制備方法，水解方法、性質(zhì)等進(jìn)行研究并不斷優(yōu)化。

Maha M.Ibrahim等研究了以稻草和香蕉植物廢為原料，分別用酸-堿法制漿和堿-酸法制漿進(jìn)行處理，然后用次氯酸鹽漂白，制得纖維素，之后用纖維素酶（里氏木霉ATCC 26921）分解制備微晶纖維素，最后對(duì)微晶纖維素的成分及表面形態(tài)進(jìn)行了分析。研究表明，酶處理的pH值為4.7～5，酶處理時(shí)間為2h，溫度為50℃，酶用量為2%。

FangJia[8]等研究了利用高壓蒸煮法從玉米芯中提取微晶纖維素，研究表明，利用高壓蒸煮的方法從玉米芯中提取微晶纖維素時(shí)，NaOH的最佳濃度為50%。羧甲基纖維素（CMC）制備微晶纖維素的醚化反應(yīng)過程中，用乙醇和水為介質(zhì)，使用氫氧化鈉和氯乙酸（MCA）。結(jié)果表明，最佳反應(yīng)條件是，微晶纖維素的溫度是30℃時(shí)，處理50min和醚在65℃時(shí)處理時(shí)間為3h，85%的乙醇作為溶劑，纖維素、氫氧化鈉、氯乙酸（MCA）的摩爾比為1∶1∶1。

Chukwuemeka P Azubuike[9]等研究了用玉米芯制備的微晶纖維素的理化、光譜及熱力學(xué)性質(zhì)。研究表明，從玉米芯中提取的微晶纖維素有I型纖維素的特點(diǎn)。其理化性質(zhì)表明了所有的纖維素具有相似的流動(dòng)和壓縮性能。X射線衍射表明，從玉米芯提取的微晶纖維素與標(biāo)準(zhǔn)微晶纖維素樣品有類似的結(jié)晶度指數(shù)（CI）值。紅外光譜結(jié)果表明，從玉米芯提取的微晶纖維素與標(biāo)準(zhǔn)微晶纖維素樣品有類似分子結(jié)構(gòu)。

Rudi Dungani[10]等研究了以油棕櫚葉為原料，通過燒堿-蒽醌進(jìn)行纖維素的分離，全無氯漂白，利用NaOH除去木質(zhì)素，再用H2O2和過氧乙酸氧化。最后通過酸水解法制備納米纖維素。利用透射電鏡，X-射線衍射儀，傅立葉變換紅外光譜儀進(jìn)行分析檢測(cè)，結(jié)果表明表明從油棕櫚葉分離的納米纖維可作為生物基納米復(fù)合材料的增強(qiáng)劑。

R E.Fortunati oD.Puglia oM.Monti[11]等研究了從新西蘭麻葉中提取納米纖維素，主要步驟有：化學(xué)處理除去新西蘭麻葉中的木質(zhì)素，之后用H2SO4水解，制得納米纖維素在水中的懸浮液。研究表明，制備的納米纖維素對(duì)于可生物降解的納米復(fù)合材料的生產(chǎn)具有重要意義。

3 微晶纖維素的發(fā)展趨勢(shì)

微晶纖維素在各個(gè)領(lǐng)域都有相當(dāng)?shù)膽?yīng)用，如在醫(yī)藥工業(yè)中，用于制造膏狀和懸浮類醫(yī)藥制劑，在片劑藥品中起到黏合藥物成分、分散藥物成分及增強(qiáng)藥片的硬度的作用。微晶纖維素也可用作藥品的緩釋劑。在制革工業(yè)中，微晶纖維素常用作助劑添加在合成革中，在濕法合成革生產(chǎn)過程中添加微晶纖維素微孔劑，大大的提高了合成皮革的各項(xiàng)性能。在日用化工方面，微晶纖維素可作為粘合劑、助燃性、助濾劑、清潔劑等。并且可用于化妝品、皮膚護(hù)理用品的生產(chǎn)，在制備洗手液，皮膚保濕水乳等方面都有廣泛應(yīng)用。

現(xiàn)如今，微晶纖維素的制備方法基本上都是通過對(duì)粗纖維素進(jìn)行水解（酸解、堿解、酶解等）并完成漂白干燥粉碎等步驟。為追求其制備過程綠色環(huán)保、無毒無害，在接下來的發(fā)展過程中將對(duì)其產(chǎn)生大量能耗及毒害物質(zhì)的水解步驟進(jìn)行優(yōu)化，并通過改變不同水解劑的比率來優(yōu)化微晶纖維素的性質(zhì)，使其能夠更好的適應(yīng)于各個(gè)領(lǐng)域。

［1］左勤勇,高玉杰.耐高溫隔熱紙的黏合劑［J］.天津造紙，2015,（1）:23-27.

［2］ 王運(yùn)剛.植物纖維制備微晶纖維素的研究［D］.山東：齊魯工業(yè)大學(xué)，2015，（4）：49.

［3］ 劉歡,王新偉,魏靜,等.胡蘿卜渣微晶纖維素的制備［J］.食品與發(fā)酵工業(yè)，2011,37（4）:135-138.

［4］ 郭美麗,羅倉(cāng)學(xué).響應(yīng)面試驗(yàn)優(yōu)化蘋果渣微晶纖維素制備工藝［J］.食品科學(xué),2011，32（4）:54-58.

［5］ 張?jiān)?張美云,李金寶,等.麥草秸稈微晶纖維素的制備工藝［J］.造紙化學(xué)品，2011，30（4）:35-37.

［6］ 袁毅.穿龍薯蕷微晶纖維素的制備及其理化性質(zhì)研究［J］.生物質(zhì)化學(xué)工程，2007，（7）：24-25.

［7］ 黃明星.沙柳制備微晶纖維素的工藝研究［D］.鄭州大學(xué)，2014：9-10.

［8］ Fang Jia,Hong-jie Liu,Guo-gang Zhang.Preparation of Carboxymethyl Cellulose from Corncob［J］.Procedia Environmental S ciences.2016,31：98-102.

［9］ Chukwuemeka P Azubuike，Augustine O Okhamafe.Physicochemical,spectroscopic and thermal properties of microcrystalline cellulose derived fromcorn cobs［J］.International Journal ofRecyclingof Organic Waste in Agriculture，2012,（1）：9.

［10］ Rudi Dungani，Abdulwahab F.Owolab.Preparation and Fundamental Characterization of Cellulose Nanocrystal from Oil Palm Fronds Biomass［J］.PolymEnviron，2016,（10）:1:9.

［11］ Robin Zuluaga.Jean-Luc.Putaux.Cellulose microfibrils from banana farmingresidues:isolation and characterization［J］.Cellulose，2016,（10）:1:9.

Research progress of micocrystalline cellulose*

PANG Jun-hao，CHANG Jiang，WANG Yu，TU Jin-yuan，WU Hao-ran，LIU Zi-hui
（Harbin University of Commerce,Harbin 150028,China）

This paper briefly introduces the microcrystalline cellulose,and the research prigress of microcrystalline celluloses at home and abroad,and predicts its development direction.Through this paper,the results of preevious studies are summarized and introduced in more detail,the properties,characteristics and applicantion of microcrystalline cellulose products.

microcrystalline cellulose;development trends;application

TS66

A

10.16247/j.cnki.23-1171/tq.20170929

2017-04-17

哈爾濱商業(yè)大學(xué)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃國(guó)家級(jí)項(xiàng)目（No.201610240013）

龐軍浩（1996-），黑龍江齊齊哈爾人，哈爾濱商業(yè)大學(xué)印刷工程在讀本科生。

常 江（1982-），山西平遙人，哈爾濱商業(yè)大學(xué)教師，研究方向：生物質(zhì)包裝印刷材料。