了得網工業技術_造紙植物資源化學

內容簡介

本書闡述了制漿造紙工業領域涉及的幾種植物天然高分子化合物的來源、結構、組成、性質和應用等。全書共7章，包括造紙植物資源概論、纖維素化學、半纖維素化學、木素化學、抽出物化學、澱粉化學和植物膠化學等。
本書可供輕化工程、紡織工程、林產化工、生物質資源化學和高分子材料等相關行業、專業的工程技術人員、教師和學生等參考，也可作為輕化工程等專業的教學用書。

前言
第1章造紙植物資源概論
1.1 造紙植物資源的主要化學構成概述
1.1.1 纖維素
1.1.2 半纖維素
1.1.3 木素
1.1.4 抽出物
1.1.5 澱粉
1.1.6 植物膠
1.2 植物纖維原料的分類與利用
1.2.1 植物的分類
1.2.2 植物纖維原料的分類
1.2.3 植物纖維原料的利用原則
1.3 植物纖維原料的化學組成前言
第1章造紙植物資源概論
1.1 造紙植物資源的主要化學構成概述
1.1.1 纖維素
1.1.2 半纖維素
1.1.3 木素
1.1.4 抽出物
1.1.5 澱粉
1.1.6 植物膠
1.2 植物纖維原料的分類與利用
1.2.1 植物的分類
1.2.2 植物纖維原料的分類
1.2.3 植物纖維原料的利用原則
1.3 植物纖維原料的化學組成
1.3.1 化學組成概述
1.3.2 樹木的化學組成
1.3.3 非木材的化學組成
1.4 植物纖維原料的生物結構
1.4.1 植物細胞
1.4.2 木材纖維原料的生物結構
1.4.3 非木材纖維原料的生物結構
1.4.4 主要化學成分在細胞壁中的分布
1.5 植物纖維原料的纖維形態
1.5.1 纖維形態參數
1.5.2 針葉木細胞
1.5.3 闊葉木細胞
1.5.4 禾本科類細胞
1.5.5 棉、麻類纖維細胞
參考文獻
第2章纖維素化學
2.1 纖維素的化學結構
2.1.1 纖維素的化學結構式
2.1.2 纖維素的分子構像
2.2 纖維素的物理結構
2.2.1 纖晶胞的結晶變體
2.2.2 纖維素結晶變體的相互轉化
2.2.3 纖維素的結晶結構理論
2.2.4 纖維素的結晶度及其測定方法
2.3 纖維素的化學性質
2.3.1 纖維素的反應性能
2.3.2 纖維素的水解降解反應
2.3.3 纖維素的氧化反應
2.3.4 纖維素的酯化反應
2.3.5 纖維素的醚化反應
2.3.6 纖維素的接枝與交聯反應
2.4 纖維素的物理與物理化學性質
2.4.1 纖維素的多分散性
2.4.2 纖維素的吸著
2.4.3 纖維素的潤脹與溶解
2.4.4 纖維素的電化學性質
2.4.5 纖維素的光、熱和機械降解
2.4.6 纖維素的離子輻射降解
2.5 功能纖維素材料
2.5.1 吸附分離纖維素材料
2.5.2 膜分離纖維素材料與再生纖維素膜
2.5.3 高吸水性纖維素材料
2.5.4 微晶纖維素材料
2.5.5 液晶纖維素材料
2.5.6 醫用纖維素材料
2.5.7 纖維素水凝膠、氣凝膠和海綿
2.5.8 纖維素納米纖維
2.5.9 纖維素復合材料
2.6 纖維素燃料乙醇轉化技術
2.6.1 纖維素生產燃料乙醇工藝原理
2.6.2 纖維素的預處理
2.6.3 纖維素的水解糖化
2.6.4 纖維素的發酵
2.6.5 發酵燃料乙醇的關鍵技術
2.6.6 燃料乙醇生產現狀及前景展望
參考文獻
第3章半纖維素化學
3.1 概述
3.1.1 半纖維素的含義
3.1.2 半纖維素的分布
3.1.3 半纖維素的命名
3.2 半纖維素的化學結構
3.2.1 半纖維素的分離
3.2.2 半纖維素結構的研究方法
3.2.3 半纖維素的化學結構式
3.2.4 半纖維素與其伴生物的化學連接
3.3 半纖維素的化學性質
3.3.1 半纖維素的酸性水解反應
3.3.2 半纖維素的堿性降解反應
3.3.3 半纖維素的化學改性
3.3.4 半纖維素的酶降解
3.3.5 聚木糖類半纖維素在化學制漿中的變化
3.4 半纖維素的物理性質
3.4.1 半纖維素的溶解度
3.4.2 半纖維素的多分散性
3.4.3 半纖維素的分支度
3.4.4 半纖維素對紙漿及紙張性質的影響
3.5 半纖維素及其降解產物的利用
3.5.1 在食品工業中的應用
3.5.2 在生物和醫藥上的應用
3.5.3 降解產物制備低分子產品
3.5.4 在其他工業上的應用
參考文獻
第4章木素化學
4.1 概述
4.1.1 木素的含義
4.1.2 木素的存在
4.1.3 木素的分布
4.1.4 木素的分類
4.1.5 木素的生物合成途徑
4.2 木素的分離方法
4.2.1 木素分離和提純的常用方法
4.2.2 原料木素的分離方法
4.2.3 紙漿中殘餘木素的分離方法
4.2.4 制漿廢液中溶出木素的分離方法
4.2.5 木素碳水化合物復合體(LCC)的分離方法
4.3 木素的定量法
4.3.1 木質纖維材料中木素定量
4.3.2 溶液中木素的測定
4.4 木素的化學結構
4.4.1 縮合型和非縮合型木素
4.4.2 木素間主要連接方式的類型
4.4.3 木素的主要連接方式
4.4.4 木素與碳水化合物的連接方式
4.4.5 木素官能團分析
4.4.6 化學分解法研究木素的化學結構
4.4.7 分光法研究木素的基本結構
4.4.8 木素結構的模型圖
4.5 木素的物理性質
4.5.1 一般物理性質
4.5.2 木素的相對分子質量及木素分子的存在狀態
4.5.3 木素的溶解性
4.5.4 木素的熱性質
4.6 木素的化學性質
4.6.1 木素的化學反應性能
4.6.2 木素的親核反應
4.6.3 木素的親電取代反應
4.6.4 木素的氧化反應
4.6.5 木素的呈色反應
參考文獻
第5章抽出物化學
5.1 概述
5.2 抽出物的存在狀態
5.2.1 針葉木抽出物
5.2.2 闊葉木抽出物
5.2.3 禾本科原料抽出物
5.2.4 紙漿中的抽出物
5.3 抽出物的化學組成
5.3.1 脂肪族化合物(脂肪和蠟)
5.3.2 萜烯及萜烯類化合物
5.3.3 酚類化合物及其衍生物
5.3.4 不皂化物
5.3.5 其他組分
5.3.6 原料種類及部位對抽出物成分的影響
5.4 抽出物在制漿過程中的變化
5.4.1 木材儲存過程中抽出物變化
5.4.2 蒸煮過程中抽出物的變化
5.4.3 機械磨漿過程中抽出物的變化
5.4.4 紙漿洗滌篩選過程中抽出物的變化
5.4.5 紙漿漂白過程中抽出物的變化
5.4.6 樹脂的沉積及其控制
5.5 松香及松節油
5.5.1 松香
5.5.2 松節油
參考文獻
第6章澱粉化學
6.1 澱粉的分類與生產
6.1.1 禾谷類澱粉
6.1.2 藷類澱粉
6.1.3 豆類澱粉
6.1.4 其他類澱粉
6.2 澱粉的化學結構
6.2.1 澱粉的基本
6.2.2 糖基之間的連接鍵
6.2.3 直鏈澱粉與支鏈澱粉
6.3 澱粉的物理結構
6.3.1 直鏈澱粉與支鏈澱粉的分子結構
6.3.2 澱粉顆粒的晶體結構
6.3.3 澱粉顆粒的環層結構
6.3.4 澱粉顆粒的形態和大小
6.4 澱粉的物理性質
6.4.1 澱粉的一般物理性質
6.4.2 澱粉的糊化
6.4.3 澱粉的老化(或稱凝沉、回生)
6.4.4 糊化澱粉的性質
6.5 澱粉的化學性質
6.5.1 水解
6.5.2 氧化反應
6.5.3 酯化反應
6.5.4 醚化反應
6.5.5 接枝反應
6.6 變性澱粉的制備與應用
6.6.1 酸變性澱粉
6.6.2 酶轉化澱粉
6.6.3 氧化澱粉
6.6.4 酯化澱粉
6.6.5 醚化澱粉
6.6.6 接枝澱粉
6.6.7 交聯澱粉
參考文獻
第7章植物膠化學
7.1 樹膠
7.1.1 阿拉伯膠
7.1.2 黃芪膠
7.1.3 刺梧桐膠
7.1.4 桃膠
7.1.5 蓋提膠
7.1.6 其他樹膠
7.2 豆科植物籽胚乳膠
7.2.1 瓜爾膠
7.2.2 刺槐豆膠
7.2.3 田菁膠
7.2.4 葫蘆巴膠
7.2.5 其他植物籽胚乳膠
7.3 植物籽表皮黏液膠
7.3.1 亞麻籽膠
7.3.2 沙蒿膠
7.3.3 車前籽膠
7.3.4 其他植物籽表皮黏液膠
7.4 植物提取膠
7.4.1 魔芋膠
7.4.2 羅望子膠
7.4.3 其他植物提取膠
7.5 海藻多糖類植物膠
7.5.1 瓊膠
7.5.2 卡拉膠
7.5.3 褐藻膠
7.5.4 其他海藻類植物膠
參考文獻
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第1 章造紙植物資源概論
1.1 造紙植物資源的主要化學構成概述
植物資源是最主要的造紙資源，世界上絕大部分造紙原料來源於植物。造紙植物資源包括植物纖維資源和植物非纖維資源。概括起來，構成造紙植物資源的主要化學組分是纖維素、半纖維素、木素、抽出物、澱粉和植物膠等。
1.1.1 纖維素
纖維素是植物纖維原料的主要化學成分，也是紙漿和紙張最主要、最基本的化學成分。因此，原料中纖維素含量的高低是評價原料制漿造紙價值的基本依據。
纖維素是由許多D-葡萄糖基通過1 ，4-β-苷鍵連接而成的線狀高分子化合物。
植物通過光合作用，每年產生億萬噸的纖維素，因此，植物纖維素迄今仍然是工業纖維素的唯一來源。當然，這並不意味著隻有植物界纔有纖維素。例如，細菌纖維素已有較多的研究，動物纖維素已在某些海洋生物的外膜中被發現，據說宇宙空間中也有纖維素存在。但無論如何，在未來很長的一段時間內，植物纖維素仍最具研究和利用價值。
纖維素因其分離、制備方法的不同而被賦予多個名稱和含義。
（1）綜纖維素。
綜纖維素是指植物纖維原料除去抽出物和木素後所留下的部分，亦即纖維素和半纖維素的總稱。其制備方法有氯化法、亞氯酸鈉法、二氧化氯法、過乙酸法等。
木素和糖類（碳水化合物）之間存在一定的化學連接，因此，所得到的綜纖維素中通常含有少量的木素，並且在制備過程中往往會有少量碳水化合物被溶出。
（2）克-貝纖維素。
由英國學者Cross 和Bevan 於1880 年提出的分離纖維素的方法所制得的纖維素稱為克-貝纖維素（或稱為C-B 纖維素）。該法用氯氣處理潤濕的無抽提物試樣，使其中的木素轉化為氯化木素，然後用亞硫酸及約2 % 亞硫酸鈉溶液洗滌以溶出木素。
與上述綜纖維素制備方法相比，該方法在制備過程中可以溶出更多的半纖維素，故同一原料的克-貝纖維素量低於其綜纖維素量。
（3）硝酸-乙醇纖維素。第1 章造紙植物資源概論
1.1 造紙植物資源的主要化學構成概述
植物資源是最主要的造紙資源，世界上絕大部分造紙原料來源於植物。造紙植物資源包括植物纖維資源和植物非纖維資源。概括起來，構成造紙植物資源的主要化學組分是纖維素、半纖維素、木素、抽出物、澱粉和植物膠等。
1.1.1 纖維素
纖維素是植物纖維原料的主要化學成分，也是紙漿和紙張最主要、最基本的化學成分。因此，原料中纖維素含量的高低是評價原料制漿造紙價值的基本依據。
纖維素是由許多D-葡萄糖基通過1 ，4-β-苷鍵連接而成的線狀高分子化合物。
植物通過光合作用，每年產生億萬噸的纖維素，因此，植物纖維素迄今仍然是工業纖維素的唯一來源。當然，這並不意味著隻有植物界纔有纖維素。例如，細菌纖維素已有較多的研究，動物纖維素已在某些海洋生物的外膜中被發現，據說宇宙空間中也有纖維素存在。但無論如何，在未來很長的一段時間內，植物纖維素仍最具研究和利用價值。
纖維素因其分離、制備方法的不同而被賦予多個名稱和含義。
（1）綜纖維素。
綜纖維素是指植物纖維原料除去抽出物和木素後所留下的部分，亦即纖維素和半纖維素的總稱。其制備方法有氯化法、亞氯酸鈉法、二氧化氯法、過乙酸法等。
木素和糖類（碳水化合物）之間存在一定的化學連接，因此，所得到的綜纖維素中通常含有少量的木素，並且在制備過程中往往會有少量碳水化合物被溶出。
（2）克-貝纖維素。
由英國學者Cross 和Bevan 於1880 年提出的分離纖維素的方法所制得的纖維素稱為克-貝纖維素（或稱為C-B 纖維素）。該法用氯氣處理潤濕的無抽提物試樣，使其中的木素轉化為氯化木素，然後用亞硫酸及約2 % 亞硫酸鈉溶液洗滌以溶出木素。
與上述綜纖維素制備方法相比，該方法在制備過程中可以溶出更多的半纖維素，故同一原料的克-貝纖維素量低於其綜纖維素量。
（3）硝酸-乙醇纖維素。
法國學者Kurschner 和Hoffer 提出，用20 % 硝酸和80 % 乙醇的混合液，在加熱至沸騰的條件下處理無抽提物的植物纖維原料樣品，使其中的木素變為硝化木素，並溶於乙醇之中，所得殘渣即為硝酸-乙醇纖維素。該方法測定纖維素含量時，原料中大部分半纖維素水解，並有部分纖維素被降解，故同一原料的硝酸-乙醇纖維素量低於克-貝纖維素量，性質也有所差異。
（4） α-纖維素、β-纖維素、γ-纖維素和工業半纖維素。
用17.5 % NaOH （或24 % KOH）溶液在20 ℃ 下處理綜纖維素或漂白化學漿45min ，將其中的非纖維素的碳水化合物大部分溶出，留下的纖維素及抗堿的非纖維素碳水化合物，分別稱為綜纖維素的α-纖維素或化學漿的α-纖維素。用漂白化學木漿時，在上述處理中所得到的溶解液，用乙酸中和沉澱出來的部分，稱為β-纖維素，不沉澱部分稱為γ-纖維素。
在漂白化學漿中， α-纖維素包括纖維素及抗堿的半纖維素， β-纖維素為高度降解的纖維素及半纖維素， γ-纖維素全為半纖維素。β-纖維素及γ-纖維素包含植物纖維原料制成漂白漿後留在漿中的天然半纖維素，也有一部分是纖維素在制漿過程的降解產物。習慣上，將β-纖維素和γ-纖維素之和稱為工業半纖維素，以區別於天然半纖維素。
化學漿的α-纖維素含量，對纖維素衍生物等生產過程及產品質量有很大影響。
1.1.2 半纖維素
通常，將植物中由多種糖基、糖醛酸基所組成的帶有支鏈的復合聚糖統稱為半纖維素。半纖維素並非是一個十分準確的概念，但由於這一稱謂由來已久，至今仍在沿用。植物中常見的糖基有木糖基、葡萄糖基、甘露糖基、半乳糖基、阿拉伯糖基、鼠李糖基等，此外，還含有糖醛酸基和乙酰基。有的半纖維素僅由一種單糖組成（如聚木糖、聚半乳糖或聚甘露糖），有的半纖維素由一種以上的單糖或糖醛酸組成。前者為同聚糖，後者為異聚糖。
草類植物半纖維素通常屬於聚木糖類，即是一類以聚木糖為主鏈的帶有支鏈的多聚糖，其中隻有少數植物所包含的聚木糖（如西班牙草）是完全由失水構成的均一聚糖，其他大多數的聚木糖都含有由一個或幾個糖基組成的短支鏈。
闊葉木半纖維素的主要成分是聚4-O-甲基-α-D-吡喃式葡萄糖醛酸木糖，也有少量聚葡萄糖甘露糖。
針葉木中半纖維素主要由聚半乳糖葡萄糖甘露糖組成，也含有聚木糖類和水溶性聚阿拉伯糖半乳糖。針葉木半纖維素中聚木糖類主要是聚阿拉伯糖-4-O-甲基葡萄糖醛酸木糖。
植物組織中半纖維素的含量很高，僅次於纖維素。不同植物種類中所含半纖維素的量也各有不同，一般一年生草本植物半纖維素含量為25 % ～ 40 % ，木材為20 % ～ 35 % 。
對於一般造紙用漿來說，保留一定量的半纖維素，有利於打漿動力消耗，提高紙頁的結合強度，故在符合紙張質量的條件下應盡量多保留半纖維素，以提高制漿得率，降低生產成本。在生產溶解漿時，半纖維素應盡量除去，以免對後續生產工藝過程及產品質量帶來不良影響。
1.1.3 木素
木素是一種具有各向異性的三維空間結構的無定形芳香族天然高分子聚合物，其基本是苯基。木素廣泛地存在於較高等的維管束植物門（羊齒植物、裸子植物、被子植物）中。特別在木本植物中，木素是木質部細胞壁的主要成分之一，在木材中木素作為一種填充和黏結物質，在木材細胞壁中能以物理或化學的方式使纖維素纖維之間黏結和加固，增加木材的機械強度和抵抗微生物侵蝕的能力，使木化植物直立挺撥和不易腐朽。也就是說，木素的生理功能主要體現在以下幾個方面： ① 維持纖維之間的黏結作用； ② 維持植物剛性，使之保持直立； ③ 為植物體內輸水通道包覆一層疏水外殼，保證水分從根部順利送達花、葉等植物末梢； ④ 抵抗病蟲侵害。
研究表明，植物中的木素都具有苯基的基本骨架，但其芳香核部分有所不同，根據數量的差別，大致有三種類型：愈創木基型木素、紫丁香基型木素和對羥基苯基型木素。通常針葉木主要含愈創木基型木素，闊葉木含有愈創木基型木素和紫丁香基型木素，禾本科除愈創木基型木素和紫丁香基型木素之外還含有對羥基苯基型木素。
不同種類植物纖維原料中木素含量不同，一般針葉木中木素含量最高，為25 % ～ 35 % ；闊葉木次之，木素含量為20 % ～ 25 % ；木素含量較少的是禾本科植物，一般含木素15 % ～ 25 % 。有些原料如棉花纖維中，基本不含木素。植物原料中木素的含量隨不同植物品種而有很大變化，即使是同一品種，在不同部位木素含量也有很大差異。
木素是生產化學漿時需要除去的成分，蒸煮、漂白的目的就是為了盡可能多地除去木素。生產高得率漿時應盡可能保留木素，以充分利用纖維資源，降低生產成本。
1.1.4 抽出物
抽出物是植物纖維中的少量成分，主要是指能夠被水、稀酸、稀堿或中性有機溶劑抽提出的一類有機物。這些物質主要包括： ① 果膠，屬聚半乳糖醛酸；② 芳香族化合物，主要是單寧（水解單寧和縮合單寧）、芪、立格南和黃酮類物質； ③ 萜烯類化合物，主要是來源於異戊間二烯的各種萜烯； ④ 酸，高級脂肪酸以相應的酯和甘油三酸酯（脂肪和油）或高級醇（蠟）的形式存在； ⑤ 醇，主要以酯基化合物的形式存在，屬於甾族化合物的芳香甾醇，主要以苷的形式存在。
抽出物對制漿造紙過程會產生不良影響。在制漿過程中，抽出物的含量高（特別是心材）會阻礙藥液的浸透。在堿法制漿過程中，抽出物中的樹脂酸、脂肪酸能與堿反應生成皂化物塔爾油（或妥爾油）。在酸法制漿過程中，由於這些抽出物隻是被加熱、軟化成油狀物，漂浮在漿水體繫中，易黏附到漿池壁、管道內壁、流漿箱、毛毯、銅網、烘缸、紙張等地方，給生產過程及紙張質量帶來不良影響，故一般稱為“樹脂障礙” 。心材及割過松香的木材生產時所產生的樹脂障礙尤為嚴重。
1.1.5 澱粉
澱粉，僅次於纖維素，是世界上第二大碳水化合物來源。作為一種天然的高分子多糖，它通過光合作用積累能量，並在新陳代謝中產生、釋放能量，因此，它是植物儲存營養的一種形式。澱粉由D-葡萄糖所組成，廣泛分布於植物的種子、根、莖等部位。一般來說，大體上可分為谷物澱粉和藷類澱粉，代表性的有玉米澱粉、小麥澱粉、木藷澱粉和馬鈴藷澱粉等。
天然澱粉由直鏈澱粉和支鏈澱粉組成，大多數澱粉含直鏈澱粉10 % ～ 12 % ，含支鏈澱粉80 % ～ 90 % 。玉米澱粉含27 % 直鏈澱粉；馬鈴藷澱粉含20 % 直鏈澱粉（兩者的其餘部分均為支鏈澱粉）；糯米澱粉幾乎全部是支鏈澱粉；有些豆類的澱粉則全是直鏈澱粉。直鏈澱粉又稱可溶性澱粉，溶於熱水後成膠體溶液，容易被人體消化。支鏈澱粉是一種具有支鏈結構的多糖，它不溶於熱水中。
玉米澱粉的主要供應國為美國、中國、巴西等。2005 年全球玉米澱粉產量為5400 萬t 。其中變性澱粉及澱粉糖的大量投產及擴產是主要原因。2005 年我國玉米澱粉產量為900 萬t ，居世界第二位，但人均消費澱粉隻有7.2 公斤，僅僅是美國人均消費澱粉的8 % ，歐盟的32 % 。2006 年我國年產玉米澱粉量約1050 萬t ，增幅仍在16 % 以上。從區域分布情況看，我國生產玉米澱粉的省份主要為吉林、山東、河北、河南，其產量占全國總產量的70 % 以上，生產地域較為集中。
小麥加工澱粉，是綜合利用小麥的一個重要內容。我國是世界上種植小麥面積最大的國家，也是小麥產量最大的國家。小麥種植面積最高達到3000 萬hm2 ，占世界小麥總種植面積的13.3 % ，小麥產量達到1.1 億～ 1.2 億t ，占世界總產量的19 % 。我國的小麥主要產區在河南、山東與河北，這三個省區占了全國產量的一半以上。而這三個省的人口不足全國的20 % 。在糧食未完全過關前，作為主要口糧的小麥，仍然主要限於直接食品，極少用於制造澱粉或其他用途。近年來，作為主糧的小麥，在主產區已經出現過剩，就全國來說，也已經是產大於銷。因此，小麥澱粉的生產與深加工，將成為我國下一輪澱粉發展的熱潮。
木藷澱粉主要產於廣西。木藷又稱樹藷、樹番藷、木番藷，屬大戟科，木藷為學名。木藷是熱帶作物，原產於南美亞馬遜河流域。我國年1820 年）從南洋引種木藷。廣西地處亞熱帶，荒坡荒山面積大，土地資源豐富，對發展木藷十分有利，種植面積約占全國的一半，木藷產業成為廣西的支柱產業之一。木藷澱粉經濟價值較高，用途很廣，是食品、飼料、造紙、紡織、醫藥、化工等工業的重要原料。
馬鈴藷澱粉也是比較優良的澱粉品種。馬鈴藷俗稱土豆、洋山芋，因其外形酷似馬鈴而得名。馬鈴藷原產於南美的智利和秘魯的安第斯山區， 19 世紀初傳遍歐洲。目前馬鈴藷的栽培範圍已遍布全世界，尤以氣候寒冷、晝夜溫差大的地區所產馬鈴藷的品質為佳。馬鈴藷是最適宜生產澱粉的植物之一，品質也可以做得很好。馬鈴藷澱粉的糊化溫度為58 ～ 65 ℃ ，峰值黏度可達2000BU ，支鏈澱粉含量約80 % 。與其他品種的澱粉相比，馬鈴藷澱粉的優良品質和獨特性能主要體現在高黏度、高聚合度（約3000）、高含磷量、高白度及較低的蛋白質和脂肪殘留量等。目前，國內外對馬鈴藷澱粉的研究已取得長足進步，馬鈴藷變性澱粉的開發也已經進入到大範圍、高層次的階段，同時各種領域的需求也促使其更快、更深入地發展。
1.1.6 植物膠
目前已知的植物膠多是以甘露糖、葡萄糖、半乳糖、阿拉伯糖、鼠李糖、木糖等單糖和其相應的糖醛酸按一定比例構成的多糖。不同來源的植物膠由於構成多糖的單糖種類、各種單糖之間的比例、連接方式、聚合度、取代基等的不同，在物理化學性質上既有共性又有不同之處。植物膠在造紙工業中主要被用作增強劑、絮凝劑、助留助濾劑等，是一種環保型的天然造紙助劑。大多數情況下，僅加入0.1 % ～ 0.35 % 植物膠就可以達到有效的增干強效果。
植物膠種類繁多，資源豐富，有較高的開發利用價值，但目前除了田菁膠和瓜耳膠在卷煙紙和濾嘴棒紙中運用較多以外，其他膠類在造紙工業中的應用都非常有限，究其原因主要有兩點：一是由於國內植物膠生產工藝還不成熟，產品性能不穩定，進口植物膠價格又偏高；二是由於植物膠自身分子特點，直接使用效果不是很理想，需要進行改性處理。因此要使植物膠在造紙中大量使用，應在以下兩方面加強研究：一是天然植物膠的大量生產，從植物的栽培、種植到植物膠的提取、分離，也就是使植物膠的原料資源豐富；另一方面就是根據需要對植物膠進行改性，通過物理化學的改性，使其在性能方面達到適合紙張增強的需要。
田菁膠和瓜耳膠，二者都是半乳聚甘露糖。田菁膠分子主鏈是一1 ，4 苷鍵連接的甘露糖，並含有一1 ，6 苷鍵連接的半乳糖側鏈，且甘露糖與半乳糖的比例為2 ∶ 1 ，相對分子質量在23 萬左右。天然田菁膠在溶脹性、水合性、黏性方面達不到造紙工業應用的要求，因此，在應用前需對其進行化學改性。田菁膠的改性方法有磷酸酯化、羧甲基化、羥乙基化和氧化法，分別制得田菁膠磷酸酯、羧甲基田菁膠、羥乙基田菁膠、氧化田菁膠，其中，田菁膠磷酸酯和羥乙基田菁膠的應用較為成功。羥乙基田菁膠是在堿性乙醇介質中用環氧乙烷與田菁膠反應而制得，田菁膠及其衍生物作為增強劑用於卷煙紙和紙袋紙生產。它的主要作用如下：一是提高紙張的勻度；二是能提高紙張的裂斷長等強度指標；三是提高細小纖維的留著率。
瓜耳膠是從豆科植物瓜耳豆中提取的一種高純化天然多糖。瓜耳豆原產於印度和巴基斯坦，我國自20 世紀70 年代初開始較大規模地引進瓜耳豆。瓜耳膠就其分子結構來說是一種非離子多糖，以聚甘露糖為分子主鏈， D-吡喃甘之間以1 ，4 苷鍵連接。而D-吡喃半乳糖則以a-1 ，6 苷鍵連接在聚甘露糖主鏈上。
瓜耳膠中甘露糖與半的物質的量比為2 ∶ 1 ，相對分子質量為20 萬～ 30萬，其空間結構為一種卷曲的球形結構。對瓜耳膠的改性主要有以下兩個方面：一是在分子鏈上引入陽離子基團，從而獲得一定的正電性，帶正電的改性瓜耳膠可以與帶負電的纖維、填料粒子相互作用從而提高原有的助留、助濾和增強效果。另一改性方法是設法增加瓜耳膠分子鏈的長度，增大其相對分子質量，從而增強其架橋連接能力。國外有1／3 的瓜耳膠用於造紙工業。使用最多的是經過改性的陽離子瓜耳膠和兩性瓜耳膠，作為濕部添加劑其可增加紙張的強度和不透明度等。其中，陽離子瓜耳膠在黑液存在下仍能有效地發揮作用，能適應造紙廢水零排放的要求。我國瓜耳膠在卷煙紙和濾嘴棒紙的生產中應用比較成熟，用它代替CMC 與澱粉一起使用有很好的效果。
1.2 植物纖維原料的分類與利用
1.2.1 植物的分類
自然界植物分類單位為：界、門、綱、目、科、屬、種。人們按植物形態、結構及生化特征進行分類學上的歸納，首先區分出植物的種，接著將相近的種歸

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