化学纤维的分类(收集5篇)

化学纤维的分类篇1

关键词：红景天；肝星状细胞；肝纤维化

红景天（Rhodiolarosea），是景天科多年生草木或灌木植物，早在一千多年前我们的祖先就开始用红景天的根茎或者全株治疗各种疾病。由于红景天具有很强的生命力和特殊的适应性，因此其对生长环境的要求很低，红景天可以在生长环境恶劣（如缺氧、低温干燥、狂风、受紫外线照射、昼夜温差大）的地方茁壮成长。目前世界上已确认的红景天有超过二百个品种，我国就有73种红景天属植物，主要分布在、新疆、甘肃、吉林、青海和四川等省区[1]，目前我国用于研究的红景天品种主要有大花红景天、高山红景天、长鞭红景天、狭叶红景天、圣地红景天、小花红景天等。其中有20多种红景天的化学成分被研究，分离得到100余种化合物，红景天苷及酪醇是该属植物的代表性化合物，其中黄酮及其苷类化合物最多，近40种，其次是苯丙素及其苷类化合物，此外本属植物还含萜类、甾醇、有机酸等类型化合物[2]，其中研究较为广泛的主要有红景天甙及红景天苷。大量实验研究资料表明，红景天具有抗缺氧、抗疲劳、抗衰老、抗抑郁、抗炎、抗病毒、抗癌、抗肿瘤、抗辐射、抗肝纤维化、增强机体免疫力、调节神经系统、保护心血管系统及双向调节等功效[3]。根据红景天的生长环境、种类及其采摘时间的不同，从其植株中提取的成分及各成分含量也有所差异。

肝纤维化作为肝硬化的前期阶段，是各种慢性肝病及肝损害向肝硬化发展的必经阶段，是一个各因素相互作用、相互制约的过程。目前研究认为肝纤维化是肝星状细胞（hepaticsatellitecell，HSC）被激活增殖并分泌细胞外基质（extmeellularmatrix，ECM），ECM的过多沉积是肝纤维化形成的关键[4]。肝星状细胞是细胞外基质的主要来源，位于Disse间隙内，正常情况下肝星状细胞处于静止状态。当肝脏受到炎症或机械刺激等损伤时，肝星状细胞被激活，其表型由静止型转变为激活型。肝星状细胞的持续激活是肝纤维化发生发展过程中的关键环节。激活的肝星状细胞一方面通过增生和分泌细胞外基质参与肝纤维化的形成和肝内结构的重建，另一方面通过细胞收缩使肝窦内压升高，这两类变化最终奠定了肝纤维化、门静脉高压症发病的病理学基础。肝星状细胞的激活过程十分复杂，包括两个主要阶段：启动阶段及持续阶段。持续阶段则是这些刺激因素维持肝星状细胞的活化表型，结果引起肝纤维化的形成。启动阶段主要是依赖于旁分泌刺激因素。而持续阶段则与旁分泌、自分泌刺激因素均有关。

由于早期肝纤维化是可以逆转的，因此近年来肝纤维化的治疗研究是国内外的热点课题。尤其是分子生物学、分子病理学、分子药理学等边缘学科的快速发展使人们对肝纤维化发生机制的认识不断深化。我国自20世纪70年代中期开始，陆续进行了中医药防治肝硬化及抗肝纤维化的研究，但研究方法大都采用传统的中药方剂，不能说明其确切的作用机制，同时基础研究相对滞后也就成为阻碍中医药抗肝纤维化应用的难点之一。中药红景天是藏药的一种，研究证实红景天中的红景天甙与红景天苷能够减轻或抑制HSC的激活，从而达到抑制肝细胞纤维化的作用。下面就红景天抗肝纤维化作用及机制做一简要的阐述。

1作用及机制

1.1红景天甙能显著抑制乙醛刺激的大鼠HSC内TGFβl自分泌，而TGFβl是刺激HSC分泌ECM作用最强的细胞因子，它在肝纤维化的发生发展中起关键作用，从而降低乙醛对大鼠肝纤维化的诱导作用。

1.2红景天甙降低CCL4诱导的肝纤维化大鼠血清TGF-β水平，减少肝脏胶原沉积，下调肝脏Smad4mRNA表达，上调Smad7mRNA表达，从而减弱了由TGF-β介导的肝纤维化信号有关[5]。

1.3红景天能够抑制CCL4诱导的肝纤维化大鼠细胞内β-NAG、BDGP、MAO、ALD的活性，而该四种酶与肝纤维化呈正相关，从而降低了肝纤维化的可能性[6]。

1.4红景天苷能够降低CCL4诱导的肝纤维化大鼠血清ALT、AST水平，而且能够降低肝纤维化大鼠血清中异常增高的NO和MDA含量，从而说明红景天苷对肝纤维化有一定的治疗效果[7]。

1.5红景天苷可依赖性的抑制HSC增殖，并不同程度的抑制Ⅰ型胶原、透明质酸和层粘连蛋白分泌，抑制依赖程度呈明显正相关，表明其在细胞水平有抗纤维化效应[8]。

1.6高山红景天可以促进CCL4诱导的肝纤维化大鼠胶原纤维的降解，从而抑制HSC的增殖，进而降低ECM的分泌，通过该机制达到防治肝纤维化的作用[9]。

1.7复方红景天具有通过抑制CCL4诱导的肝纤维化大鼠细胞内TIMP-1的表达，保护纤维化肝组织内包括HSC在内的细胞周围正常的基底膜样细胞间质，对于抑制JHSC的活化与肝纤维化的发展具有重要意义[10]。

2结论

综上所述，大量的实验证实红景天无论是在分子水平还是细胞水平其抗肝纤维化都有一定的效果，但目前对于红景天的研究还仅仅是局限在红景天苷及红景天甙两种成分的研究。红景天因其独特的药理作用现已引起人们的广泛关注，特别是随着现代科学技术的发展，红景天的药理作用将再次被发掘。期待红景天其他成分的研究及红景天与其他中草药联合抗肝纤维化作用的研究，以期治疗肝纤维化的良药面世，造福更多的肝纤维化患者，降低全世界的肝脏疾病死亡率。

参考文献：

[1]中科院植物志编委会.中国植物志[M].北京：科学出版社，1984：161.

[2]董礼.柴胡红景天化学成分的研究[J].西北植物学报，2007，27（12）：2564-2567.

[3]熊云珍.红景天药理作用研究进展[J].湖北中医杂志，2013，35（8）：78-82.

[4]FriedmanSL.Closinginonthesignalsofhepaticfibrosis[J].Gastroenterol，1997，112：1406-1409.

[5]卢凤美，刘东璞，王明富，等.红景天对大鼠肝纤维化肝脏组织Smad4、Smad7表达的影响[J].中国老年学杂志，2013，33：1314-1316.

[6]吴晓玲，曾维政，蒋明德，等.红景天对大鼠血清和组织匀浆中肝纤维化相关酶活性的影响[J].华西药学杂志，2002，17（6）：416-418.

[7]张奕，刘永刚.红景天苷抗肝纤维化的实验研究[J].中国药房，2006，17（11）：813-815.

[8]王晓东，刘永忠，刘永刚.红景天苷体外抗肝纤维化的实验研究[J].时珍国医国药，2004，15（3）：138-139.

化学纤维的分类篇2

近年来，人民饮食结构发生了重大改变。纤维性食物减少，脂肪性食物增加，高脂肪、高蛋白性食物成为人们食品消费中的主体，这就出现了糖尿病、心脑血管病、肥胖症等营养过剩和营养失调的疾病。膳食纤维作为第七大营养素具有突出的保健功能。

膳食纤维概述

膳食纤维的定义。膳食纤维的定义有两种，一是从生理学角度将膳食纤维定义为哺乳动物消化系统内未被消化的植物细胞的残存物，包括纤维素、半纤维素、果胶、树胶、抗性淀粉和木质素等；二是从化学角度将膳食纤维定义为植物的非淀粉多糖和木质素，人体不能消化吸收，但具有一种或多种健康益处的成分。

根据水溶性不同，将膳食纤维分为可溶性膳食纤维（SDF）与非可溶性膳食纤维（IDF）。可溶性膳食纤维的主要功能是可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，主要源自于水果、蔬菜、大豆和燕麦等，包括果胶等亲水胶体物质和部分半纤维素。非可溶性膳食纤维主要功能是膨胀，可以调节肠道功能，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。

膳食纤维的食物来源。膳食纤维是植物性成分，主要来源于植物性食物，如粮谷类的麸皮和糠含有大量的纤维素、半纤维素和木质素；柑橘、苹果、石榴、猕猴桃等水果和洋白菜、甜菜、豌豆、蚕豆等蔬菜含有较多的果胶。谷类食物，尤其是全谷类，是膳食纤维的主要来源。

膳食纤维的主要特性。（1）吸水作用。（2）粘滞作用。（3）结合有机化合物作用。（4）阳离子交换作用。（5）细菌发酵作用。

膳食纤维对人体营养素吸收的影响

膳食纤维是一种重要的非营养素，其本身不能直接被机体所吸收利用，但对胃肠道功能及多种营养素的吸收都有一定的影响，与人体健康密切相关。

膳食纤维与能量。作为一种不被消化的碳水化合物，膳食纤维在食物的含量可影响所摄入食物的能量密度，含较高膳食纤维的食物相应具有较低的能量密度，从而使摄入等体积食物时的能量减少。

膳食纤维与蛋白质。膳食纤维对于蛋白质代谢及氮平衡的影响不大。摄入高纤维可能会改变蛋白质食物的消化、吸收及利用模式。

膳食纤维与碳水化合物。膳食纤维对碳水化合物的影响主要体现在对血糖的影响。研究表明，水溶性膳食纤维可延缓碳水化合物的吸收及代谢，从而降低餐后血糖和血清胰岛素升高。

膳食纤维与脂类。研究表明，膳食纤维具有降血脂及胆固醇的作用，可预防冠心病、肥胖和胆石症的发生。

膳食纤维与维生素。研究表明：膳食纤维可减少胡萝卜素的生物利用度；可能会降低维生素B6的吸收；纤维的发酵性可能会对维生素B12吸收有影响；不同的纤维对维生素E吸收的影响也有所不同；膳食纤维通过抑制胆汁分泌，会降低脂溶性维生素的吸收，但不会降低非脂溶性维生素吸收。

膳食纤维在疾病预防中的作用

膳食纤维与心血管疾病。研究发现，膳食纤维，特别是可溶性膳食纤维具有降低血脂、胆固醇的作用。

膳食纤维与糖尿病。研究表明，膳食纤维有助于延缓和降低餐后血糖，升高血清胰岛素水平，维持餐后血糖的平衡和稳定，避免血糖水平的剧烈波动。

膳食纤维与肥胖。研究发现，适宜的膳食纤维具有控制体重和减肥的作用。

科学合理的膳食纤维摄入

膳食纤维对人体的健康有着密不可分的关系，但也不是多多益善。摄入过多的膳食纤维，可能导致发生低血糖反应，降低蛋白质的消化吸收率，影响钙、铁、锌等元素的吸收，导致脂溶性维生素的摄入不足。特别是对于生长发育阶段的青少年儿童，过多的膳食纤维，很可能把人体必需的一些营养物质带出体外，造成营养不良。所以，吃高纤维食物要适可而止，儿童尤其不能多吃。成人每日摄入25～35克膳食纤维为宜。

化学纤维的分类篇3

关键词：肌纤维类型；生理代谢；生长性能；肉品质

中图分类号：TS251.52文献标志码：A文章编号：1001-8123（2013）08-0025-06

对肉用动物的改良，就是通过基因选择和营养干预，降低胴体脂肪，提高肉品比率，从而提高肉品产量和胴体瘦肉比例，这是贯穿于肉用动物驯养过程的主要内容。这种实践活动一方面确实可以提高肉用动物生产效率，而另一方面却极有可能对肉品质产生不可预知的影响。肉品科学家们普遍认为，肌纤维类型组成是肉质差异的一个重要来源。

骨骼肌含有75%水分、19%蛋白质、0.5%～8.0%脂类以及1%糖原，并具有若干种组织和细胞，其中肌纤维组织和肌细胞结构是肌肉最主要的组成部分。肌纤维与其他结缔组织、肌内脂肪细胞、血管及神经细胞等共同组成了肌肉的主体结构。其中的肌纤维属于异源群体，不同个体纤维在结构、收缩、代谢、生理方面的特性都存在差异。肌纤维类型在不同物种、品种、肌肉部位等方面均表现出功能多样性。这使得骨骼肌在应对遗传、营养、环境等因素影响时，具有极其卓越的适应性。而正是这种多样性，也很可能会对肉用动物的生理代谢、生长性能、肉质产生影响[1]。

近年来的相关研究发现，肌纤维与肉品质形成存在联系。已有相关研究针对不同品种、月龄、性别的间夏南牛、中国西门塔尔牛等牛前、中和后躯部位肉的肌纤维直径、肌纤维密度、单根肌纤维横截面积、pH值和剪切力等方面进行了比较分析，结果发现牛种、月龄、性别、分割部位、成熟条件与时间等因素均对牛肉嫩度有显著影响，此外，有大量研究发现不同品种、不同部位牛肉肌纤维特性也存在差异[2-4]。

1肌纤维类型与特征

肌纤维是组成肌肉的基本单位，占据了肌肉空间的75%～90%。单根肌纤维横截面呈圆形、椭圆形或多角形，内部包括肌原纤维束、线粒体、细胞核、肌小管等结构，覆盖于肌膜之下。许多根肌纤维组成肌纤维束，作为肌肉的骨架结构。由于肉用动物的胎儿期，肌细胞由成肌细胞融合而成，因此呈现出多核细胞结构，常见肉用动物（如猪、牛、羊、家禽等）的肌纤维直径范围在10～100μm。根据收缩特性和代谢特性，可以将肌纤维分成不同种类[5]。

1.1基于收缩速率的肌纤维分型

肌纤维分型最早由Brooke等[6]提出，可以根据肌纤维收缩特征将其分为慢速收缩肌和快速收缩肌。判断肌纤维收缩速度的方法是对肌纤维进行组织化学染色，分析其肌原纤维蛋白三磷酸腺苷（ATP）酶（myofibrillarproteinadenosinetriphosphatase，mATPase）活力。Brooke等[6]根据肌动球蛋白在酸性孵化和碱性孵化中mATPase活力差异，将肌纤维分成了I型、IIA型和IIB型3种主要收缩类型，其中I型为慢肌，IIB型为快肌，IIA型介于两者之间。这一纤维分型方法的分子生物学基础是肌球蛋白重链（myosinheavychain，MyHC）的异构体组成，即分别对应于I型、IIA型、IIB型MyHC异构体，各异构体均由单一的基因编码。MyHC是骨骼肌中表达最丰富的蛋白，占肌肉蛋白的35%左右，可通过电泳分析其异构体组成。其mATPase活力是决定其横桥周期的最根本因素，因此也就决定了收缩的速度[7]。

传统的纤维分型方式仅包含3种主要类型。然而，后来在关于大鼠、小鼠、天竺鼠和兔子的骨骼肌纤维的相关研究中，鉴定出4种MyHC异构体即I型、IIA型、IIX型和IIB型，因此肌纤维类型被调整为4种，其收缩速率I型

1.2基于代谢特点的肌纤维分型

肉用动物骨骼肌中有2种主要能量代谢途径来获取ATP，即氧化途径和糖酵解途径。氧化途径，即指肌细胞在高氧供给条件下，糖原、葡萄糖、氨基酸、酮酸、脂质可在线粒体中被氧化，获取ATP。糖酵解途径即指肌纤维间隙的储备糖原，在低氧或无氧条件下快速转换为乳酸，以获取能量。而根据这2种代谢方式的相对重要程度，可以将肌纤维分为氧化型、氧化-糖酵解混合型、糖酵解型3种代谢类型[15-16]。对琥珀酸脱氢酶（succinatedehydrogenase，SDH）、苹果酸脱氢酶（malatedehydrogenase，MDH）等线粒体酶进行组织化学染色，根据SDH等活力可以鉴定其代谢类型[17]。一般而言，代谢类型与收缩类型密切相关，I型纤维通常被认为就是氧化型代谢，IIB和IIX型纤维被认为就是糖酵解型代谢，IIA型纤维则是氧化-糖酵解混合型代谢。然而，这种关联并未绝对化，Larzul等[18]发现猪背最长肌中12%的IIB型纤维SDH活力表现出了氧化代谢特征，而剩余88%的IIB型纤维才表现出糖酵解代谢特征。一般情况下，肌纤维类型是指其收缩类型，即基于mATPase组织化学染色或MyHC电泳确定的纤维类型。

1.3不同类型肌纤维特征

每一种肌纤维类型生理生化特征，具体包括收缩速度、代谢、化学、形态学等方面，4种肌纤维主要特征如表1所示[5]。一般而言，I型纤维，即氧化型纤维，其mATPase活力较低，能维持长期的氧化代谢，常常与能耗较低、时间较长的基本运动有关，其血管化程度较高，纤维直径较小，同时具有较好的抗疲劳性[5]。与之相反的，IIB型纤维，即糖酵解型纤维，mATPase活力较高，可以通过磷酸肌酸和糖原酵解途径在短时间内提供大量能量，并能进行短暂高强度的收缩运动，其血管化程度较低，纤维直径大，抗疲劳性比I型纤维弱，剧烈运动后，因为积累了大量乳酸，需经过一个恢复期才能令肌细胞恢复正常运作状态[5]。IIX型纤维特征与IIB型很接近，只是IIX型收缩速度略低，氧化代谢程度略高。IIA型纤维，即糖酵解-氧化混合型纤维，在收缩和代谢方面介于I型和IIX型之间的中等水平。此外，不同肌纤维还在肌红蛋白含量、甘油三酯水平、糖摄入量、Ca2+敏感性、胰岛素敏感性、己糖激酶活力、糖原流通、糖转运蛋白等方面均表现出不同特点[19-20]。

2肌纤维类型与代谢调控的关系

2.1Ca2+调控途径

肌细胞对代谢的调控过程中，Ca2+调控途径是一个非常重要的途径，一方面Ca2+通过与肌钙蛋白C的结合，充当了引发肌肉收缩的2级信使；另一方面通过与一系列酶系的相互作用，如钙调磷酸酶等，调控很多生化反应通路[21-23]。作为一种万能细胞间信号子，Ca2+可以通过广泛的时空变化，调控细胞活动。I型慢收缩纤维中，Ca2+呈现出小幅度、持久性强的变化规律；而在IIB型快收缩纤维，Ca2+呈现出大幅度、迅速的短期峰值式变化规律。不同类型肌纤维中，Ca2+变化规律差异与其代谢控制的需要具有密切关联。例如，慢纤维中，Ca2+小幅度的反复跃迁，与其钙调磷酸酶激活的需求相适应，因此才能进一步引起相应的纤维收缩、Ca2+吸收、能量代谢基因激活等反应，以形成其独特的收缩特征[24]。这种差异，还会影响到肌肉宰后成熟过程。相关研究证实，Ca2+还是肌肉宰后细胞凋亡过程引发和调控过程中重要的信号子[25]。因此，不同肌纤维类型的Ca2+调控途径机制差异，既有可能导致肉品质形成的差异。

2.2能量调控

肌细胞能量调控过程中，高能磷酸化合物一磷酸腺苷（adenosinemonophosphate，AMP）、二磷酸腺苷（adenosinediphosphate，ADP）、三磷酸腺苷（adenosinetriphosphatase，ATP）不但是细胞中直接提供能量的“整理货币”，而且还是监控细胞能量状态的“油表”，对于控制肌细胞能量代谢而言意义重大，这一调控过程中AMP蛋白激酶（adenosinemonophosphate-activatedproteinkinase，AMPK）起到了重要作用[26]。不同类型肌纤维的能量调控状态存在差异。首先，一般而言，肌肉收缩期间，快纤维游离中ADP和AMP水平增加幅度明显高于慢纤维，因此，快纤维能量代谢调控中，游离ADP和AMP水平是更重要的信号。其次，组成AMPK的3个亚基α（α1、α2）、β（β1、β2）、γ（γ1、γ2、γ3）在不同类型纤维中的表达也存在差异，尤其是γ3亚基在快纤维中的表达量明显高于慢纤维，而快纤维中α2β2γ3的三聚体形式在慢纤维中几乎未被发现[27]。

2.3线粒体

快纤维和慢纤维中，线粒体的分布方式存在较大差异，慢纤维线粒体以肌膜下线粒体为主，呈径向分布规律；而快肌中线粒体很少以这种方式分布，肌肉中两类线粒体分布方式如图1所示[28]。

除了分布差异为，慢肌和快肌还在线粒体呼吸作用上表现出差异。具体包括：1）快肌线粒体呼吸对ATP抑制作用比慢肌更敏感；2）快肌中的呼吸作用受ADP的刺激作用更敏感，而慢肌则更容易受到AMP和肌酸的刺激；3）快肌的磷酸肌酸供能体系中，线粒体肌酸激酶几乎不起作用，而慢肌中则是线粒体肌酸激酶（creatinekinase-BB，CK-BB）与细胞质肌型肌酸激酶（CK-MM）相互作用，通过连续不断的“磷酸肌酸-肌酸”循环，在线粒体和能量消耗位点之间传递ADP和ATP[28-29]。

A.肌原纤维间线粒体B.肌膜下线粒体

图1肌纤维中线粒体分布方式[28]

Fig.1Distributionmodeofmitochondriainmusclefiber（A.intermyofibrillar；B.subsarcolemmal）[28]

3肌纤维类型与生长性能的关系

肉用动物的生长性能直接决定其肉品产量，其中肌肉产量、瘦肉比率等生长性能均是重要的产量因素。然而，对于肌纤维的生长而言，肌纤维总数（totalnumberoffibers，TNF）、肌纤维横截面积（crosssectionalarea，CSA）、肌纤维长度则对肌肉产量而言意义重大。其中肌纤维总数和肌纤维横截面积一直以来都是肉品科学家们重点研究对象，尤其是这些纤维特征与肌肉生长之间的联系。

肌纤维数量的确定主要发生在肉用动物生长的胎儿期（对于母体动物而言，即妊娠期），其过程如下：1）首先是初级肌纤维的生成；2）然后在每根初级纤维周围会有次级纤维延伸，次级纤维数量因物种而异，小鼠、兔子等小型动物每根初级纤维周围一般会延伸出5～9根次级纤维，猪等大型动物则会延伸出20根以上的次级纤维；3）部分大型动物，如牛、绵羊等会于出生后在次级纤维周围还会有一个迅速的三级纤维生长过程[5]。

W为糖酵解型；R为氧化型。

图2猪肌纤维横截面积变化[5]

Fig.2Variationofmusclefiberinpigs[5]

对于大多数肉用动物而言，随着次级纤维的生成，肌纤维数量基本固定，猪肌纤维总数在妊娠90d时确定下来，为妊娠期的80%，而牛则在妊娠180d，为妊娠期的66%[30-31]。肉用动物出生后肌纤维总数变化很小。而与之对应的是，肌纤维横截面积在妊娠期基本不变，动物出生后，则会随着动物的生长发育迅速增长。如图2所示，对于猪而言，从妊娠114d出生，到出生后51d（即以怀孕后计165d）这段时期内横截面积会迅速增加。而正是从这个时间开始，不同代谢类型的肌纤维在形状上开始发生分化，糖酵解型肌纤维的横截面积开始超过氧化型肌纤维，而这个差异随着肌肉组织的生长而越来越大[5]，结果见图2。

家畜在从野生到家养的驯化过程中，生长速率、瘦肉含量等生长性能均得到了提高，这些都是人为育种选择的改良结果。而这一选择改良，同时也转变了肉用动物的肌纤维类型特征，这种转变极有可能就是生长性能提高的根本原因。驯化过程中，肉用动物的肌纤维横截面积变大了，这可能与瘦肉产量的提高直接相关，而与之对应的是纤维代谢类型也正向着高糖酵解型、低氧化型的模式转变[32]。例如，驯化品种长白猪与原始品种梅山猪相比，肌纤维组成中IIB型快肌比例更高，代谢类型也以糖酵解型居多，与之对应的是这一品种猪的肌纤维总数更高，总体平均横截面积更大，其产肉能力更强，肌肉生长速度更快，胴体的瘦肉比例更高。研究发现，猪的肌肉化程度与其IIB型MyHC的表达量之间呈现出正相关[33]。此外，还有研究发现，I型纤维比例则胴体脂肪含量也呈现出正相关性[34]。似乎糖酵解代谢类型对应于更多的肌肉，而氧化代谢类型则对应于更多的脂肪。

然而，这种相互关系，仅在比较驯化品种和原始品种之间差异时，表现得非常密切，但在比较常见商用品种时则出现了较多矛盾。例如，在关于法国和丹麦长白猪在70～90年代的遗传趋势研究中，虽然发现猪的生长速率和瘦肉比率在不断提高，但是作为快肌糖酵解代谢类型代表的乳酸脱氢酶（lacticdehydrogenase，LDH）活力却下降了[35-36]。而且还有研究发现，糖酵解代谢与氧化代谢均与胴体瘦肉比例呈现出正相关性[37]；而在另外的研究中，肌肉生长速率、眼肌面积等生长性能未能与肌纤维类型之间表现出任何相关性[38]。在品种驯化对比中，这种肌纤维类型与生长性能的密切关联，并不能适用于所有的情形，而这种关联的内在机制还有待于进一步研究。

4肌纤维类型与肉品质形成的关系

对于任何一种肉用动物而言，其同一胴体的不同部位肌纤维类型组成差异极大，而同时其肉质也存在着相应的巨大差异。因此，有学者提出了肌纤维类型特征与肉质具有内在联系的假说[7]。如果能够找到一种对应于优良肉用品质的最佳纤维类型组成，对于提高肉品品质而言具有十分重要的意义。然而，目前来看，要达到这一目的仍然困难重重。但是现在已经可以确定肌肉纤维的代谢特性极有可能会影响肉质。

对于糖酵解和氧化2种代谢类型的肌纤维，其生理特征不同：糖酵解纤维拥有功能更广、效率更高的肌质网，mATPase活力更高，糖原储备更充足；而氧化型纤维拥有数量更多的线粒体，其磷脂和肌红蛋白更多，这样会影响到不同类型肌纤维的生理功能，如Ca2+吸收与释放、mATPase激活、腺嘌呤核苷酸（生物素）的产生、糖酵解途径的活化、乳酸的积累。这些过程对于宰后pH值下降潜力而言意义重大[39]。然而，宰后pH值下降潜力的差异可能就是肉用品质差异的根本原因。

4.1糖酵解型肌纤维

相关研究发现，糖酵解纤维比例的提升，会提高猪肉宰后pH值下降速率和幅度及肉亮度（L*），并且由于蛋白质变性程度的增加，会降低持水力；然而，对于不同部位猪肉的研究发现，混合型代谢为主的腰大肌，在pH值下降程度方面比氧化型的半棘肌和糖酵解型的背最长肌还要高[40]。另一方面，有研究报道称，提高混合型纤维比例，也会降低肉的持水力，并能使其感官特性中嫩度、性、风味评分下降[41]。

宰后成熟会受到肌纤维类型组成的影响。有报道称，糖酵解肌纤维中钙蛋白酶/钙蛋白酶抑素比率超过氧化纤维，因此其成熟速率也更高[42]。因此，对于成熟较慢的肉用动物，提高其糖酵解纤维的比例，极有可能改善其成熟过程，提高肉品嫩度。

4.2氧化型肌纤维

其他研究发现，提高氧化型肌纤维比例，可以降低pH值的下降速率和幅度，并能提高持水力[43]。而且，氧化型纤维的增加还可以改善感官评价中牛肉的嫩度和性评分，以及羊肉的性和风味评分[44-45]。氧化型纤维能够改善肉品风味，可能与其磷脂含量更高有关。因为，磷脂是肉类风味体系中重要的前体物质。但是，过多的磷脂也会增加肉品中多不饱和脂肪酸氧化的风险，造成严重的酸败风味。此外，过高比例的氧化型纤维容易导致肉色黑、肉质硬、表面发干（dark，firmanddrymuscle，DFD）异常肉的形成。

然而，肌纤维对于肉品质的影响往往要和很多其他因素交互作用，例如肌间脂肪组织、结缔组织等。由于肉品质形成的调控网络复杂性，不能以一种单一影响因素的模型加以分析研究，因此有必要建立一种包含多种内在和外在因子的综合分析系统，研究肌纤维类型特征对肉品质的调控机理。

5结语

肌纤维的收缩和代谢特性具有两大类趋势，即偏向于氧化代谢的慢速收缩型纤维，和偏向于糖酵解代谢的快速收缩纤维。根据其特性，可以将其分为不同的肌纤维类型。而这些不同类型的肌纤维在其生理代谢过程中，具有不同的调控机制和途径。而这往往又会进一步影响到肌肉的生长性能和肉用品质。然而，基于单一肌纤维因素的研究结果，并不能适用于所有情形，其内在关联机制尚不明了。因此，为了完善肉品质形成理论，就有必要建立一种多因素的综合分析系统，以探究肌纤维对肉质形成的调控途径。

参考文献：

[1]KEMPCM，SENSKYPL，BARDSLEYRG，etal.Tenderness-anenzymaticview[J].MeatScience，2010，84（2）：248-256.

[2]牛蕾，张志胜，李海鹏，等.中国西门塔尔牛不同部位肉品质评定[J].中国畜牧兽医，2011，38（3）：217-220.

[3]任秋斌，孙宝忠，郑世学，等.夏南牛肌肉组织学特性研究[J].肉类工业，2011（2）：31-33.

[4]任秋斌，张松山，孙宝忠.中国西门塔尔牛前肢肌肉组织学和理化特性的研究[J].中国畜牧兽医，2011，38（1）：244-247.

[5]LEFAUCHEURL.Asecondlookintofibretyping-relationtomeatquality[J].MeatScience，2010，84（2）：257-270.

[6]BROOKEMH，KAISERKK.Three“myosinadenosinetriphosphatase”systems：thenatureoftheirpHlabilityandsulfhydryldependence[J].JournalofHistochemistry&Cytochemistry，1970，18（9）：670-672.

[7]LEESH，JOOST，RYUYC.Skeletalmusclefibertypeandmyofibrillarproteinsinrelationtomeatquality[J].MeatScience，2010，86（1）：166-170.

[8]SCHIAFFINOS，GORZAL，SARTORES，etal.Threemyosinheavychainisoformsintype2skeletalmusclefibres[J].JournalofMuscleResearchandCellMotility，1989，10（3）：197-205.

[9]SCHIAFFINOS，REGGIANIC.Moleculardiversityofmyofibrillarproteins：generegulationandfunctionalsignificance[J].PhysiologicalReviews，1996，76（2）：371-423.

[10]TONIOLOL，MACCATROZZOL，PATRUNOM，etal.Fibertypesincaninemuscles：myosinisoformexpressionandfunctionalcharacterization[J].AmericanJournalofPhysiology-CellPhysiology，2007，292（5）：1915-1926.

[11]MACCATROZZOL，CALIAROF，TONIOLOL，etal.Thesarcomericmyosinheavychaingenefamilyinthedog：analysisofisoformdiversityandcomparisonwithothermammalianspecies[J].Genomics，2007，89（2）：224-236.

[12]GRAZIOTTIGH，PALENCIAP，DELHONG，etal.Neuromuscularpartitioning，architecturaldesign，andmyosinfibertypesoftheM.vastuslateralisofthellama（Lamaglama）[J].JournalofMorphology，2004，262（2）：667-681.

[13]LEFAUCHEURL，MILAND，ECOLANP，etal.MyosinheavychaincompositionofdifferentskeletalmusclesinLargeWhiteandMeishanpigs[J].JournalofAnimalScience，2004，82（7）：1931-1941.

[14]PICARDB，CASSAR-MALEKI.EvidenceforexpressionofIIbmyosinheavychainisoforminsomeskeletalmusclesofBlonded’Aquitainebulls[J].MeatScience，2009，82（1）：30-36.

[15]ASHMORECR，DOERRL.Comparativeaspectsofmusclefibertypesindifferentspecies[J].ExperimentalNeurology，1971，31（3）：408-418.

[16]PETERJB，BARNARDRJ，EDGERTONVR，etal.Metabolicprofilesofthreefibertypesofskeletalmuscleinguineapigsandrabbits[J].Biochemistry，1972，11（4）：2627-2633.

[17]LINDA，KERNELLD.MyofibrillarATPasehistochemistryofratskeletalmuscles：atwo-dimensionalquantitativeapproach[J].JournalofHistochemistry&Cytochemistry，1991，39（5）：589-597.

[18]LARZULC，ROYPL，GOGU?J，etal.SelectionforreducedmuscleglycolyticpotentialinLargeWhitepigs.Ⅱ.Correlatedresponsesinmeatqualityandmusclecompositionaltraits[J].GeneticsSelectionEvolution，1999，31（1）：61-76.

[19]KERNM，WELLSJA，STEPHENSJM，etal.Insulinresponsivenessinskeletalmuscleisdeterminedbyglucosetransporter（Glut4）proteinlevel[J].BiochemicalJournal，1990，270（2）：397-400.

[20]HENRIKSENEJ，BOUREYRE，RODNICKKJ.Glucosetransporterproteincontentandglucosetransportcapacityinratskeletalmuscles[J].AmericanJournalofPhysiology-EndocrinologyandMetabolism，1990，259（4）：E593-E598.

[21]JORGENSENSB，JENSENTE，RICHTEREA.RoleofAMPKinskeletalmusclegeneadaptationinrelationexercise[J].AppliedPhysiologyNutritionandMetabolism，2007，32（5）：904-911.

[22]KOULMANNN，BIGARDA.Interactionbetweensignallingpathwaysinvolvedinskeletalmuscleresponsestoenduranceexercise[J].PflügersArchiv-EuropeanJournalofPhysiology，2006，452（2）：125-139.

[23]REZNICKRM，SHULMANGI.TheroleofAMP-activatedproteinkinaseinmitochondrialbiogenesis[J].JournalofPhysiology，2006，574（1）：33-39.

[24]NAYAFJ，MERCERB，SHELTONJ，etal.Stimulationofslowskeletalmusclefibergeneexpressionbycalcineurininvivo[J].JournalofBiologicalChemistry，2000，275（7）：4545-4548.

[25]XIEZhouyi，ZHANGYingmei，LIAiling，etal.Cd-inducedapoptosiswasmediatedbythereleaseofCa2+fromintracellularCastorage[J].ToxicologyLetters，2010，192（2）：115-118.

[26]HARDIEDG，SAKAMOTOK.AMPK：akeysensoroffuelandenergystatusinskeletalmuscle[J].Physiology，2006，21（1）：48-60.

[27]BARNESBR，MARKLUNDS，STEILERTL，etal.The50-AMP-activatedproteinkinasegamma3isoformhasakeyroleincarbohydrateandlipidmetabolisminglycolyticskeletalmuscle[J].JournalofBiologicalChemistry，2004，279（37）：38441-38447.

[28]GUEGUENN，LEFAUCHEURL，FILLAULTM，etal.Musclefibercontractiletypeinfluencestheregulationofmitochondrialfunction[J].MolecularandCellularBiochemistry，2005，276（1/2）：15-20.

[29]GUEGUENN，LEFAUCHEURL，FILLAULTM，etal.Controlofskeletalmusclemitochondriarespirationbyadeninenucleotides：differentialeffectofADPandATPaccordingtomusclecontractiletypeinpigs[J].ComparativeBiochemistryandPhysiologyPartB：BiochemistryandMolecularBiology，2005，140（2）：287-297.

[30]WIGMOREPM，STICKLANDNC.Muscledevelopmentinlargeandsmallpigfetuses[J].JournalofAnatomy，1983，137（2）：235-245.

[31]PICARDB，LEFAUCHEURL，BERRIC，etal.Musclefibreontogenesisinfarmanimalspecies[J].ReproductionNutritionDevelopment，2002，42（5）：415-431.

[32]RUUSUNENM，PUOLANNEE.Histochemicalpropertiesoffibretypesinmusclesofwildanddomesticpigsandtheeffectofgrowthrateonmusclefibreproperties[J].MeatScience，2004，67（3）：533-539.

[33]WIMMERSK，NGUNT，JENNENDGJ，etal.Relationshipbetweenmyosinheavychainisoformexpressionandmusclinginseveraldiversepigbreeds[J].JournalofAnimalScience，2008，86（4）：795-803.

[34]LEFAUCHEURL，ECOLANP，PLANTARDL，etal.Newinsightsintomusclefibertypesinthepig[J].JournalofHistochemistryandCytochemistry，2002，50（5）：719-730.

[35]TRIBOUTT，CARITEZJC，COGU?J，etal.Estimation，parutilisationdesemencecongelée，duprogrèsgénétiqueréaliséenFranceentre1977et1998danslaraceporcineLargeWhite：résultatspourquelquescaractèresdeproductionetdequalitédestissusgrasetmaigres[J].JournéesdelaRecherchePorcineenFrance，2004，36（1）：275-282.

[36]OKSBJERGN，PETERSENJS，SORENSENIL，etal.Long-termchangesinperformanceandmeatqualityofDanishLandracepigs：astudyonacurrentcomparedwithanunimprovedgenotype[J].AnimalScience，2000，71（1）：81-92.

[37]HENCKELP，OKSBJERGN，ERLANDSENE，etal.Histo-andbiochemicalcharacteristicsofthelongissimusdorsimuscleinpigsandtheirrelationshipstoperformanceandmeatquality[J].MeatScience，1997，47（3/4）：311-321.

[38]RYUYC，CHOIYM，KOY，etal.Relationshipbetweenserumendocrinefactors，histochemicalcharacteristicsoflongissimusdorsimuscleandmeatqualityinpigs[J].JournalofMuscleFoods，2007，18（1）：95-108.

[39]BOWKERBC，GRANTA，SWARTZDR，etal.MyosinheavychainisoformsinfluencemyofibrillarATPaseactivityundersimulatedpostmortempH，calcium，andtemperatureconditions[J].MeatScience，2004.67（1）：139-147.

[40]CHOEJH，CHOIYM，LEESH，etal.Therelationbetweenglycogen，lactatecontentandmusclefibertypecomposition，andtheirinfluenceonpostmortemglycolicrateandporkquality[J].MeatScience，2008，80（2）：355-362.

[41]MALTINCA，WARKUPCC，MATTHEWSKR，etal.Pigmusclefibrecharacteristicsasasourceofvariationineatingquality[J].MeatScience，1997，47（3）：237-248.

[42]ZAMORAF，DEBITONE，LEPETITJ，etal.PredictingvariabilityofageingandtoughnessinbeefM.Longissimuslumborumetthoracis[J].MeatScience，1996，43（3/4）：321-333.

[43]CHOIYM，RYUYC，KIMBC.Effectofmyosinheavychainisoformsonmusclefibercharacteristicsandmeatqualityinporcinelongissimusmuscle[J].JournalofMuscleFoods，2006，17（4）：413-427.

化学纤维的分类篇4

关键词：芦荟纤维；直接染料；棉纤维；染色性能

中图分类号：TS193.1文献标志码：A

StudyonStructureofAloeFiberandDyeingPropertiesofDirectDyestotheFiber

Abstract：ThemorphologicalstructureandcompositionofaloefiberwereanalyzedthroughSEMandIR.Dyeingpropertiesanddynamicsofdirectdyestoaloefiberwereresearched，comparedwithcotton.Theresultsshowedthatthestructureofaloefiberwassimilartothatofcottonfiber；aloefibercontainedactiveingredients，suchasaloepolysaccharidemoleculesandanthraquinonecompounds；thedyeingpercentagecouldreachmorethan90%andtheinitialdyeingratewasaround70%，whichwerebetterthanthatofcotton；dyeadsorptiondynamicsconformedtolevel2dynamicmodelandthekineticparameterswereobtainedfromthemodel.

Keywords：aloefiber；directdye；cottonfiber；dyeingproperties

芦荟为百合科多年生常绿草本植物，其鲜叶中含有蒽醌类、糖类、氨基酸、维生素等多种活性成分，具有提高人体免疫力、抗衰老、治疗风湿性及类风湿性关节炎的功效，同时具有良好的护肤作用。近年来，湖州珠力科技公司以棉浆粕为原料，在纤维素纤维纺丝时加入芦荟原液，制成了芦荟粘胶纤维。新乡白鹭化纤集团公司也成功开发出了芦荟营养粘胶纤维。芦荟纤维是继牛奶蛋白纤维、珍珠纤维及海藻纤维之后开发的又一新型护肤纤维。目前，采用芦荟提取物对织物进行后整理的研究相对较多，但对于芦荟纤维结构及染色性能的研究还不多见。本文研究了芦荟纤维的结构及染色性能，旨在为实际生产提供理论依据。

1试验部分

1.1主要材料与仪器

材料：芦荟散纤维1.8dtex（湖州珠力纳米材料科技开发有限公司）。

染料：C.I.直接耐晒红81，C.I.直接混纺蓝70，其结构式分别如图1、图2所示。

仪器：FA1004N型电子天平（上海民桥精密科学有限公司），RG-Z2400振荡式染样机（上海一派印染技术有限公司），NEXUS-670傅立叶变换红外光谱仪（美国NICOLET公司），QUNTA-2000VANTAGE环境扫描电子显微镜（美国FEI电子公司），722S紫外可见分光光度计（上海精密科学仪器有限公司），SHZ-D（Ⅲ）循环水式真空泵（巩义市子华仪器有限责任公司）。

1.2纤维结构表征

1.2.1扫描电镜（SEM）测试

通过QUNTA-2000VANTAGE型电子显微镜对待测样品进行观察，并拍摄照片供分析。1.2.2红外光谱测试

将样品碾成粉末，以KBr压片法制样，在NEXUS-670型傅立叶红外光谱仪上读取图谱。

1.3染色实验

染色工艺：染料用量2%（取0.4g/L的染液10mL），纤维用量0.2g，无水硫酸钠10g/L，浴比100∶1；染色时间分别为：2、4、8、12、18、25、35、45、60、90、120、180min。

移取标准染液10mL，加入10mL蒸馏水作为染浴，加入0.2g无水硫酸钠，放入恒温振荡染色机中，C.I.直接耐晒红81在45、60℃恒温条件下染色一定时间；C.I.直接混纺蓝70在60、80℃恒温条件下染色一定时间，染色结束后定容，测残夜的吸光度，计算上染百分率，绘制上染速率曲线，根据动力学模型，求出染色速率常数及半染时间。

1.4吸光度测定

由郎伯比耳定律，在一定浓度范围内，染液的浓度C与用分光光度计法测定的A值成正比。其数学表达式为：

A=KbC（式1）

式中，A为吸光度；K为吸光系数；b为有色溶液的液层厚度；C为有色溶液的浓度。在一定波长和一定液层厚度的条件下，吸光度与稀溶液的浓度成正比。

1.5上染百分率测定

采用残液法测定上染百分率：

上染百分率=（1-Ai/A0）×100%（式2）式中：Ai为染后残液的吸光度；A0染前染液的吸光度。

图3中，芦荟纤维与棉纤维均呈扁平带状，但棉纤维具有天然卷曲，而芦荟纤维表面仅有沟槽，无卷曲。这是因为芦荟纤维具体制备工艺流程为：芦荟剥皮取胶，后打匀浆液提取芦荟萃取液，与溶解的纤维素浆液混合，然后经过滤、脱泡、湿法纺丝、后处理等制成。即芦荟纤维是以粘胶为基体纺丝而成的，故而其纵向形态类似粘胶纤维。

2.2红外光谱分析

棉纤维及芦荟纤维的基本组成物质为纤维素，是由葡萄糖分子脱水缩合而成的线性大分子，具有多糖类物质的特征吸收峰，两种纤维的红外光谱见图4。

由表1可知，由二级动力学模型拟合得到的R2值较高，且更接近于1，这说明直接染料对两种纤维的吸附符合二级动力学模型。芦荟纤维最终拟合得出的R2值均大于0.99，且更接近1，说明芦荟纤维较棉纤维更符合二级动力学模型。

根据两种纤维得出的二级动力学模型拟合直线斜率可得染色速率常数k2。C.I.直接耐晒红81和C.I.直接混纺蓝70染料在芦荟纤维和棉纤维上的染色速率常数均随着染色温度的升高而增加，这是因为随着温度的升高，纤维膨化度增加，纤维空隙尺寸增大；染料聚集度降低，染料动能增加，以上因素均会增强染料在纤维内的扩散能力。

3结果与讨论

（1）芦荟纤维呈扁平带状，表面有沟槽结构。红外光谱分析表明，在芦荟纤维中含有芦荟主要成分的特征吸收峰：1261cm-1左右的吸收峰为乙酰基峰，895cm-1处为甘露糖吸收峰，786cm-1为蒽醌类物质芳环上CH面外弯曲振动，由此可判断芦荟纤维具备了芦荟的护肤保健等功效。

（2）直接染料对芦荟纤维的染色性能优于棉纤维，可能是由于直接染料上染纤维属于物理吸附，通过氢键和范德华力固着于纤维上，而芦荟纤维中含有蒽醌化合物及乙酰化多糖，含有较多可提供电子的氧原子，能够形成更多氢键的缘故。

（3）随着染色温度的升高，C.I.直接耐晒红81及C.I.直接混纺蓝70上染芦荟纤维的染色速率常数均增大，半染时间逐渐减小；与上染棉纤维相比，两种直接染料对芦荟纤维的半染时间t1/2较短，初染率较高。吸附动力学研究表明，直接染料对两种纤维的吸附符合二级动力学模型。参考文献

[1]韩娅红，何艳芬，孟家光.新型护肤保健纤维――芦荟纤维[J].合成纤维，2011，40（5）：26-27.

[2]XiaQS，YinJJ，FuPP，etal.Photo-irradiationofaloeverabyUVA-Formationoffreeradicals，singletoxygen，superoxideandinductionoflipidperoxidation[J].ToxicologyLetters，2007，168（2）：165-175.

[3]赵华，黄云喜，钟英编著.芦荟活性成分研究及其应用[M].第2版.北京：中国轻工业出版社，2009：93.

[4]CriniG，BadotPM.Applicationofchitosan，anaturalaminopolysaccharide，fordyeremovalfromaqueoussolutionsbyadsorptionprocessesusingbatchstudies：Areviewofrecentliterature[J].ScienceDirect，2009（33）：399-447.

化学纤维的分类篇5

关键词：木质素；碳纤维；制备；性能特征

1959年，日本人近藤昭男[1]首先发明了用聚丙烯腈（PAN）纤维制造碳纤维，其后经过几十年的不断发展，又相继出现了以沥青、粘胶纤维为基体的碳纤维产品。如今，碳纤维已发展成为独立完整的新型工业体系，被喻为是当今世界上材料综合性能的顶峰。碳纤维主要是由碳元素组成的一种特种纤维，分子结构界于石墨与金刚石之间，含碳体积分数随种类不同而有所差异，一般在0.9以上。碳纤维的显著优点是密度小、纤度好和抗拉强度高，同时具有一般碳材料的特性，如耐高温、耐摩擦、耐腐蚀、耐老化、导电、导热、膨胀系数小等[2]。由于碳纤维这些优异的综合性能，使其成为航空航天、国防军事工业不可缺少的工程材料，同时在体育用品、汽车制造、医疗器械和土木建筑等民用领域也有着广泛应用。然而，随着石油资源的日趋枯竭，开发一种可再生、易降解的新型生物材质碳纤维已成为一种必然的趋势。

在地球上，除苔藓和菌类之外，一切的植物都含有木质素。木质素的结构复杂，不能用简单的言语表达，只能说是一类具有芳香族特性，并以苯丙烷单体为骨架，非结晶性的，具有三维网状结构的无定型高聚物[3]。由于木质素的分子链中具有大量苯环结构，含碳量高达50%以上，因此被认为是碳素材料的合适原料。早在20世纪70年代初，日本化药株式会社首先以木质素为原料进行了碳纤维的工业化生产，但因其成本和性能都无法与当时的腈纶基碳纤维相竞争，故从1973年起已全面停产[4]。不过，受石油危机的影响以及科技的进步，最近几年木质素基碳纤维的研制工作又开始兴起，无论是制备方法还是产品性能均有所突破，为此研究木质素基碳纤维不仅可以拓宽碳纤维原料的来源，而且可以减少石油产品对地球生态带来的负面影响，具有优良的社会和经济效益。

1木质素基碳纤维的制备

1.1木质素的分离和提取及其纺丝

目前，分离木质素的方法大体有两种[5]：一种是将植物中木质素以外的成分溶解去除，木质素作为不溶性成分被过滤分离出来；另一类是正好相反，木质素作为可溶性成分，将植物中的纤维素等其他成分溶解进而分离木质素。不同的分离提取方法，最终木质素的分子量和结构也不完全一样，这将影响到纺丝后的木质素纤维和最终碳纤维的性能。

最初提取木质素是将木材片用亚硫酸盐和氢氧化钠在130℃～140℃下进行蒸煮、分解[4]。其中木质素与亚硫酸盐作用以木质素磺酸盐溶出，将含有木质素的蒸解液酸化使得木质素沉淀，经离心分离及过滤而回收，干燥后得到木质素粉末。目前，除极少数情况外，木质素基本不回收，蒸解液直接作为原料参与木质素纤维的熔融纺丝。不过，用这种方法最后得到的碳纤维强度不高，其原因在于提取木质素时引入了较多的钠、钙等无机物杂质，后处理中又无法去除，使得碳纤维的结构存在缺陷。

为了提高最终产品——碳纤维的品质，减少结构缺陷，近年来研发出多种木质素分离提取的新技术，其中主要有：高压蒸汽法（蒸汽爆破法）、有机溶剂制浆法、化学改性法、聚合物共混法等。

1.1.1高压蒸汽法（蒸汽爆破法）

周藤健一等人[6]用高压水蒸气代替亚硫酸盐溶剂处理木材，然后使用有机溶剂或碱溶液提取其中木质素，再经减压加氢裂化，最后在氮气氛中熔融纺丝，从而制得木质素纤维（木质素基碳纤维前驱体）。由于在制造原丝过程中克服了引入较多杂质的缺点，因此最终碳纤维的抗张强度由原来的1.25kgf/mm2提高到30kgf/mm2～80kgf/mm2。在此基础上，Sudo等[7]利用蒸汽爆破法制备了白桦木质素，并采用氢化处理对木质素进行热熔化改性制得可用于传统熔融纺丝法的优质原液。

1.1.2有机溶剂制浆法

目前使用的木质素提取法多使用无机碱溶液进行制浆，但是也有使用有机溶剂进行制浆的。有机溶剂制浆法是用醋酸、苯酚、甲醇、乙醇等有机溶剂来进行蒸煮、分解，目前研究还停留在实验室阶段。Uraki等人[8]采用醋酸进行制浆，得到有机溶剂型纺丝原液。不过在纺丝过程中，发现纺丝液的总体机械性能相对较低，这可能是由于木质素的分散性和制浆过程中木质素部分羟基被乙酰化所引起的。此外，Kubo等[9]同样采用醋酸作为制浆溶剂得到的软木木质素作为原材料，在去除高分子馏分和不稳定物质后，在350℃～370℃的温度下直接纺丝，纺得原丝后不经过预氧化直接炭化制得碳纤维。虽然碳纤维性能有所下降，但仍能达到“整理级”水平，且由于没有预氧化处理而降低了碳纤维的生产成本。

1.1.3化学改性法

加热不熔的木质素经化学改性可变成可熔融纺丝的木质素，其中最关键的步骤就是加氢和重质化。加氢可消除木质素中存在的遇热不稳定官能团或键，转换成分子可旋转的立体结构；重质化通过减压热处理去除可挥发的低分子量物质，使残留的木质素相对分子量提高，增加可纺性。另外，苯酚分解也是木质素的化学改性方法之一。马晓军等人[10]研究发现，在苯酚液化木材体系中，木质素最容易液化，其次是半纤维素，而纤维素最难被液化。而Sudo等[11]采用苯酚对木质素进行改性，再用相同的纺丝、热处理和炭化方式制得碳纤维。通过与氢化处理碳纤维相对比发现，在其他性能相当的情况下，酚化碳纤维的产量由原来的15.7%～17.4%提高到43.7%，表明苯酚改性法要优于加氢处理法。

1.1.4聚合物共混法

聚合物共混法主要是在含木质素的纺丝液中加入其他聚合物，然后进行混合纺丝的方法。木质素与聚合物的混合物，其可纺性以及制成碳纤维的力学性能受到聚合物种类和混合比例的影响。Kadla等人[12]研究了在木质素溶液中按比例加入聚乙烯进行混合纺丝，结果发现混合纺丝液的可纺性有所提高，但当聚乙烯含量超过5%时，木质素与聚乙烯混合物的稳定性变差。另外，将所得前驱体进行热处理和炭化，制得的碳纤维产量可提高至45%。同时，不是所有的聚合物都能与木质素相混合，以阔叶树木质素为例，聚丙烯（PP）与木质素不相容，得到负的混合效果；而聚对苯二甲酸乙二酯（PET）与木质素相容，可制得高力学性能碳纤维。

1.2木质素纤维的预氧化及炭化

早期研究认为，木质素纤维和纤维素一样，在分子结构中结合有氧原子，炭化前不必进行特殊处理，加热至1000℃时，纤维基本上由碳原子组成，碳化时间为0.5h～8h就可得到实用产品。但是近年来一系列研究发现，炭化前需要在200℃条件下对木质素纤维进行预氧化，然后在高于1000℃温度下进行炭化。如Uraki等[13]采用热塑性的软木醋酯木质素为原料，先在220℃下预氧化，得到热稳定原丝；然后将原丝置于1000℃的氮气蒸汽中炭化成碳纤维。

2木质素基碳纤维的性能特征

2.1木质素基碳纤维的结构

不同木质素基碳纤维的制备方法会得到不同结构形态的碳纤维，而结构对于碳纤维的各项性能有着巨大的影响。一般用来检测碳纤维结构的手段是扫描电子显微镜（SEM）和X射线衍射法（XRD）。Uraki等人[8]通过SEM观察所制木质素基碳纤维微观形态发现，纤维表面不存在微孔结构，但是截面没有如沥青基碳纤维那样的放射状条纹，而是呈现平行状结构，表明在纤维轴向上还不具有六角形网状结构的结晶碳。而这一性能特征也被周藤健一等人[6]用X射线衍射法所证实，他们通过研究发现，随着炭化温度的上升，两种碳纤维的碳芳香环平面重叠微晶厚度增加，晶格面间距减小，但是仅在沥青基碳纤维上发现碳结晶成长，而木质素基碳纤维上结晶成长困难。

2.2力学性能

影响碳纤维力学性能的主要因素是碳结晶成长的程度和是否沿纤维轴取向。高弹性模量碳纤维是由沿纤维轴取向的单个较大碳结晶构成，高强度碳纤维的结晶没有高弹性模量碳纤维那样的成长程度，但却是沿纤维轴取向的。由于木质素基碳纤维碳结晶成长困难，取向度低，所以导致其力学性能不佳。木质素基碳纤维的拉伸强度比三大基质碳纤维的拉伸强度要小得多，一般为350MPa～550MPa[14]，实验室制得最大强度也只有890MPa[7]，仅为东丽T-300型碳纤维强力的四分之一。影响木质素基碳纤维力学性能的原因有很多，主要是原丝生产过程中杂质的引入以及炭化过程中纤维内部微孔的产生，这些结构上的缺陷直接导致纤维强度的降低。

2.3纤维直径

碳纤维的直径与力学性能有密切的联系，一般纤维直径越小，力学性能越佳。这是因为通过纺丝生成的原丝，其体积会在预氧化和炭化过程中收缩，如果原丝的直径过大，在预氧化过程中容易出现表面氧化而内部未被完全氧化的现象，经过炭化工艺会出现皮芯结构，从而影响最终产品的力学性能。在木质素基碳纤维研制的初期，纤维直径一般控制在25μm～55μm左右[12]，而随着科技的进步，更细直径的木质素基碳纤维被越来越多地研制出来，实验室中利用静电纺丝法甚至研制出了400nm～1μm的超细直径木质素基碳纤维[15]。

3结语

木质素基碳纤维的生产成本仅为腈纶基碳纤维的几分之一，加上石油资源的日趋匮乏，其开发及应用前景无疑是非常广阔的。不过，受材料自身性能的制约，要成为名副其实的高性价比材料还要进行更多的研究。首先，要优化木质素的提取工艺，减少前驱体中杂质的引入；其次，在预氧化及炭化过程中，也要加强对温度的控制，提高纤维内部分子的取向度，限制氢、氧等元素组成气体的产生和排放，减少纤维的结构缺陷；最后，可以进一步研发木质素与其他高聚物复合而成的木质素基复合碳纤维，同时增强碳纤维表面活化处理工艺的研究，提高木质素基碳纤维的附加值。相信不久的将来，木质素基碳纤维作为一种新型、廉价的高性能材料会被广泛地应用到人类生活的各个方面。

参考文献：

[1]丁淑娟，姜立军，沙中瑛，等.碳纤维用聚丙烯腈原丝制备技术的研究进展[J].高科技纤维与应用，2003，28（6）：15-18.

[2]黎小平，张小平，王红伟.碳纤维的发展及其应用现状[J].高科技纤维与应用，2005，30（5）：24-30.

[3]谭东.木质素的提取及应用[J].广西化工，1994，23（4）：6-13.

[4]刘生.木质素基碳纤维的研制情况[J].碳素，1992，（4）：44-47.

[5]蒋挺大.木质素[M].北京：化学工业出版社，2001.

[6]周藤健一，等.公开特许公报[P].昭62-110，922.

[7]SudoA，ShimizuK.Anewcarbonfiberfromlignin[J].JournalofAppliedPolymerScience，1992，44（1）：127-134.

[8]UrakiY，KuboS，NigoN，etal.Preparationofcarbonfibersfromorganosolvligninobtainedbyaqueousaceticacidpulping[J].Holzforschung，1995，49（4）：343-350.

[9]KuboS，UrakiY，SanoY.Preparationofcarbonfibersfromsoftwoodligninbyatmosphericaceticacidpulping[J].Carbon，1998，36（7-8）：1119-1124.

[10]马晓军，赵广杰.木材苯酚液化物碳纤维原丝的力学性能[J].北京林业大学学报，2008，30（2）：133-137.

[11]SudoK，ShimizuK，NakashimaN，etal.Anewmodificationmethodofexplodedligninforthepreparationofacarbonfiberprecursor[J].JournalofAppliedPolymerScience，1993，48（8）：1485-1491.

[12]KadlaJF，KuboS，VendittiRA，etal.Lignin-basedcarbonfiberforcompositefiberapplications[J].Carbon，2002，40（15）：2913-2920.

[13]UrakiY，NakataniA，KuboS，etal.Preparationofactivatedcarbonfiberswithlargespecificsurfaceareafromsoftwoodaceticacidlignin[J].JournalofWoodScience，2001，47（6）：465-469.

[14]Suhas，P.J.M.Carrott，M.M.L.RibeiroCarrott.Lignin–fromnaturaladsorbenttoactivatedcarbon：Areview[J].BioresourceTechnology，2007，98（12）：2301-2312.