Клетчатка и целлюлоза это одно и тоже: ЦЕЛЛЮЛОЗА, КЛЕТЧАТКА — это… Что такое ЦЕЛЛЮЛОЗА, КЛЕТЧАТКА?

Содержание

Клетчатка – пищевые волокна для здоровья

03 февраля 2020

●Bonduelle

●Полезные советы

Следите ли вы за тем, сколько клетчатки в день вы употребляете? Как правило, большинство из нас ограничивается подсчетом калорий и соотношением белков, жиров и углеводов. Однако питание можно назвать сбалансированным только в том случае, если в нем присутствует достаточное количество клетчатки.
Клетчатка – это нерастворимые растительные пищевые волокна, основной компонент продуктов растительного происхождения. Она не усваивается организмом и при этом выполняет множество полезных функций.

Как просто и наглядно понять, что такое клетчатка

Представьте себе, что вы делаете сок из овощей или фруктов. Положили их в соковыжималку, вжик – и напиток готов. Потом вы очищаете контейнер гаджета от жмыха. Все то, что вы выкинули, и есть клетчатка.

Какая бывает клетчатка?

Клетчатка бывает двух видов — растворимая и нерастворимая, и оба они нужны и не заменяют один другой. Хорошая новость – практически неразлучны и одновременно присутствуют в продуктах, содержащих клетчатку.

Больше всего растворимой клетчатки (пектин, гемицеллюлоза, смола, альгиназа, камедь) в яблоках, брокколи, цитрусовых, муке грубого помола, ягодах, гречке, овсяных хлопьях, орехах, бобовых. Нерастворимой (целлюлоза, лигнин) – в кожуре овощей и фруктов, бобовых, коричневом рисе, отрубях.

Что делает клетчатка?

– Нормализует микрофлору кишечника, что является профилактикой заболеваний ЖКТ. Клетчатка выступает пребиотиком, она увеличивает численность полезных микроорганизмов: лактобактерий и бифидобактерий. Микрофлора кишечника влияет на корректную работу абсолютно всех других органов, повышает иммунитет и снижает уровень стресса.
– Действует как абсорбент и выводит токсины: продукты, богатые клетчаткой, возглавляют список антиоксидантов
– Быстро насыщает и при этом уменьшает чувство голода, поэтому способствует сохранению стройности

– Сдерживает усвоение углеводов, особенно быстрых, то есть выступает инсулиновым помощником, регулируя подъем уровня глюкозы в крови
– Выводит холестерин и защищает сердечно-сосудистую систему, борется с атеросклерозом
– Снижает риск развития онкологии

Какая норма?

Согласно проведенным исследованиям наш рацион содержит недостаточное количество клетчатки, что ведет к росту сердечно-сосудистых и желудочно-кишечных заболеваний.
Наши предки ели много овощей: они были дешевле и доступнее мяса, пекли хлеб из цельнозерновой муки. Бурный рост производства внес коррективы в питание. Злаки стали очищать от оболочки, появилась мука высшего сорта. Затем свою лепту внесли химики в виде усилителей вкуса, «подсаживающих» нас на фастфуд. На их фоне естественный вкус цветной капусты или шпината выглядит не слишком выразительным.

Диетологи рекомендуют в качестве дневной нормы для взрослого человека (с 18 лет) употреблять 34 грамма клетчатки мужчинам и 28 граммов женщинам.

Призываем пересмотреть свои взгляды на питание, если сейчас оно далеко от идеального. Постарайтесь отказаться от искусственно вкусной еды или хотя бы снизить ее количество в пользу здоровых продуктов. Через короткое время вы почувствуете изменения на физическом и психологическом уровне. Та же цветная капуста или шпинат, приготовленные с яркими специями, раскроются вам совершенно с новой стороны.

4 совета, как просто и комфортно ввести клетчатку в рацион

Если в вашем рационе наблюдается недостаток клетчатки и вы решили исправить ситуацию, делайте это постепенно. Резкое увеличение может привести к метеоризму, поэтому добавляйте 1-2 грамма ежедневно.

– Ешьте овощи и фрукты с кожурой, в них содержится больше всего пищевых волокон. А вот соков избегайте: в них клетчатки не осталось. Так, в 100 граммах апельсина клетчатки 2,5 грамма, в 100 мл апельсинового сока – 0,2 грамма. Чувствуете разницу? Попробуйте пить смузи, они самый простой способ «добрать» необходимое дневное количество не только клетчатки, но также овощей (400 граммов) и фруктов (500 граммов).

– Замените привычные гарниры на овощные, разнообразьте меню салатами. По возможности добавляйте овощи и фрукты в каждый прием пищи и замените ими снеки и печенье в перекусах.
– Включите в список обязательных ежедневных продуктов бобовые. Расширьте кулинарную палитру блюд. Например, чечевица. Из нее можно приготовить оладьи на завтрак, суп на обед и карри на ужин.
– Не забывайте про орехи: они и клетчаткой обеспечат, и украсят вкус блюда. Фисташки, арахис и миндаль содержат больше всего клетчатки.

Пребиотики — ключ к хорошему пищеварению

В прошлых статьях мы с вами рассмотрели основные компоненты пищи (или макронутриенты) – белки, жиры и углеводы, которые составляют базу нашего питания. Сегодня я хочу рассказать вам о еще одном важном компоненте, который формально не является отдельным макронутриентом, но без которого наше питание не будет сбалансированным. Это – клетчатка и некоторые другие виды сложных углеводов. Все вместе их можно назвать пребиотики. Давайте всё рассмотрим по порядку.

Нерастворимая клетчатка

Нерастворимая клетчатка относится к сложным углеводам или полисахаридам. Другое её название – пищевые волокна. Основные её представители – это целлюлоза, гемицеллюлоза, пектин, лигнин и другие. Клетчатка – это главный компонент и опорный материал клеточных стенок растений. Соответственно, единственным источником клетчатки служат фрукты, овощи, зерновые, бобовые, зелень. В животной пище (мясе, рыбе, яйцах) клетчатка отсутствует.

Нерастворимая клетчатка (такая, как целлюлоза и лигнин) не растворяется в воде и в обычных условиях не гидролизуется кислотами. Соответственно, такая клетчатка не переваривается пищеварительными ферментами и не усваивается человеком. Что же в ней такого полезного, спросите вы? А вот что.

Она проходит по пищеварительному тракту практически в неизмененном виде и не всасывает воду, этим способствуя сохранению воды в кишечнике, ускоряет проход пищи по пищеводу и размягчает каловые массы, чем снискала себе славу отличного средства от запоров. Она способствует детоксикации организма, абсорбируя и выводя различные вредные соединения и даже некоторых паразитов. За счет того, что клетчатка понижает гликемический индекс углеводов, она способна предотвращать скачки сахара в крови. Поэтому, если вы едите что-то, содержащее простые сахара (например, макароны), то лучше всего сочетать их именно с овощами. То же касается и сладких продуктов: фрукты, сухофрукты и мёд всегда предпочтительнее любых промышленных сладостей или выпечки именно потому, что помимо витаминов и минералов они содержат и пищевые волокна. Нерастворимая клетчатка находится, в основном, в жёстких частях растений – например, в кожице, оболочке цельного зерна (в том числе, отрубях).

В 1970-80-е года клетчатку называли «балластным веществом», так как её роль для пользы организма в то время была малоизучена и сильно недооценена. Со временем учёные доказали, что, несмотря на то, что пищевые волокна сами по себе не содержат незаменимых пищевых веществ, их потребление является обязательным условием нормального функционирования желудочно-кишечного тракта и поддержания здоровья всего организма.

Установлено, что клетчатка уменьшает риск сердечно-сосудистых заболеваний, сахарного диабета и некоторых форм рака. В результате многочисленных исследований питания населения в различных странах мира выяснилось, что чем больше пищевых волокон находится в рационе человека, тем реже наблюдаются упомянутые выше заболевания.

Разнообразие — ключ к успеху // Спасибо за фото www.firestock.ru

Пищевые волокна обладают гипохолестеринемическим и гипогликемическим

эффектом. Ускоряя перистальтику кишечника, пищевые волокна способствуют выведению из организма холестерина, а также связывают и выводят из кишечника токсические элементы (тяжелые металлы) и органические чужеродные вещества, обладающие канцерогенным эффектом. Пища, богатая пищевыми волокнами, как правило, менее калорийна, содержит мало жира, много витаминов и минеральных веществ. Пищевые волокна увеличивают чувство насыщения, способствуют перистальтике кишечника, формируют и размягчают стул. Помимо этого, клетчатка играет ключевую роль в поддержании сильного иммунитета, о чем мы поговорим ниже подробнее.

Использование пищевых волокон в питании одобрено организациями здравоохранения многих стран, такими как Комиссия по надзору за продовольствием и лекарственными средствами (FDA), Американская ассоциация кардиологов (AHA), Европейская комиссия по функциональным пищевым продуктам (FUFOSE), Министерство здравоохранения Японии. В России вопросами применения пищевых волокон занимается Роспотребнадзор. Норма потребления пищевых волокон в России – 20-30 г (а многие врачи уже рекомендуют до 40 г). В США норма уже пересмотрена и повышена в 2 раза — до 50 г в сутки. К сожалению, среднестатистический россиянин употребляет всего 10-15 г клетчатки в день, что крайне мало. Хотя, надо признать, в этом мы мало отличаемся от других представителей развитых стран. Вот она – цена за цивилизацию: промышленно произведенные, переработанные до неузнаваемости, упакованные в пластик продукты и фаст фуд не несут в себе практически никакой пользы.

Растворимая клетчатка

Некоторые виды сложных углеводов при расщеплении образую нечто вроде геля, обволакивающего стенки кишечника. Это так называемая растворимая клетчатка.  К ней можно отнести пектин, гемицеллюлозу, камеди, слизи, галактоолигосахариды и фруктоолигосахариды, в том числе инулин. Растворимая клетчатка, наоборот, замедляет пищеварение, но при этом так же способствует снижению уровня холестерина. Водорастворимые пищевые волокна (пектин, гемицеллюлоза, камеди, слизи) содержатся в садовых и лесных ягодах, продуктах моря (морская капуста, водоросли), фруктах (яблоки, груши, персики, абрикосы, сливы, цитрусовые), семенах некоторых пряных растений (льняное семя, кориандр), в плодах и корнеплодах, в белом слое кожуры цитрусовых, в клеточном соке растений.

Лук, чеснок и корнеплоды — отличный источник клетчатки! // Спасибо за фото www.firestock.ru

Галактоолигосахариды, как и другие виды клетчатки, не перевариваются в кишечнике и за счет этого стимулируют его работу, оказывая положительный эффект на пищеварение, в то время как их нехватка в питании может привести к дисбактериозу, колиту и вздутию живота. Источники галактоолигосахаридов — это молочные продукты (особенно женское грудное молоко), топинамбур, соя, чеснок, лук, спаржа, помидоры, лук-порей, цикорий, артишок, одуванчик, бананы, ягоды, манго, яблоки, ржаные отруби и мёд. Избыток галактоолигосахаридов с едой получить довольно сложно. Норма их потребления – примерно 15 г в сутки.

Фруктоолигосахариды тоже проходят через тонкий кишечник нетронутыми, так как в нашем теле нет соответствующих ферментов для их расщепления. По своим функциям и положительным эффектам фруктоолигосахариды схожи с другими видами клетчатки. Особое влияние они оказывают на усвоение магния и кальция организмом, поэтому регулярное их употребление способствует минеральному балансу. Кроме того, они устраняют запоры и раздражение кишечника, нормализуют гормональный фон, защищают от рака. Богатым источником фруктоолигосахаридов являются такие продукты как спаржа, топинамбур, чеснок, корень цикория, лук (шалот, порей, красный), спелые бананы, злаки, мёд, сахарный тростник и водоросли. Инулин, один из видов фруктоолигосахаридов, встречается в большом количестве растений, а промышленно его добывают из цикория, топинамбура и агавы.

Фруктоолигосахариды пока относят к сравнительно новым, еще недостаточно изученным компонентам пищи. Так, например, некоторые исследования показывают, что эти вещества являются кормом не только для хороших бактерий в нашем кишечнике, но и для условно патогенных (например, таких как дрожжи и клебсиелла, которые способны вызывать кандидоз и кишечную проницаемость). При этом, другие исследования установили рост количества полезных для нас бифидобактерий на фоне гибели болезнетворных микроорганизмов и общее улучшение состояния ЖКТ. Ряд опытов на лабораторных крысах отмечает противораковый эффект от применения фруктоолигосахаридов. Тем не менее, суточную дозу фруктоолигосахаридов пока установить не удалось, и большинство ученых склоняется всё к тем же 5-10 граммам, но не более 15 г (если иное не предписано по медицинским показаниям).

Зачем нам пребиотики?

Как уже было упомянуто выше, клетчатка помогает поддерживать наш иммунитет на высоком уровне. Как же так происходит, что то, что мы не усваиваем, так сильно влияет на нас? Всё дело в том, что растворимая клетчатка является пищей для нашей микробиоты – множества бактерий, живущих в нашем теле. Как известно, около 80 % бактерий живут в нашем кишечнике, особенно в толстой его части. Микробиологи насчитали уже порядка 400 различных штаммов «хороших» бактерий, а всего в нашем теле более 50 триллионов микроорганизмов, что примерно в 1.3 раза больше, чем наших собственных клеток! Это сложно себе представить: получается, что мы – как-бы не совсем мы, а больше чем на половину — множество малюсеньких существ. Наши бактерии все вместе весят примерно 2 кг, а клетки их настолько меньше клеток нашего собственного тела, что они преспокойно помещаются в нашем кишечнике (а также немного на коже и слизистых).

Всё, что не переваривается в верхних отделах ЖКТ, доходит до толстого кишечника и кормит все эти миллиарды микроорганизмов, населяющих его (происходит т. н. анаэробное пищеварение). Таким образом бактерии получают энергию для жизни и размножения, для выработки определенных полезных нам веществ и витаминов (например, витамин В12 вырабатывается нашей микрофлорой), поддерживают целостность желудочно-кишечного тракта, предотвращают распространение вредоносных видов бактерий и вирусов, а кроме этого, тренируют нашу иммунную систему. Подобные «хорошие» бактерии, помогающие организму хозяина и находящиеся с ним в симбиозе, называются пробиотики, что буквально значит «за жизнь».

Основной пищей для кишечных бактерий является та самая клетчатка, которая в данном аспекте называется пребиотик. Термин этот сравнительно новый – был присвоен пищевым волокнам только в 1995 году. Исследования, проведенные с тех пор, показали, что пребиотические волокна способствуют:

  • сокращению численности патогенных бактерий в кишечнике
  • росту и развитию полезных штаммов микроорганизмов
  • улучшению синтеза витаминов группы В
  • повышению всасываемости минералов (особенно магния, фосфора и кальция)
  • улучшению регулярности и качества стула
  • повышению иммунитета
  • насыщению, контролю аппетита и, как следствие, снижению веса
  • защите от аллергий
  • нормализации давления
  • стабилизации уровня холестерина
  • защите кишечника от различных заболеваний, в том числе онкологических
  • улучшению внешнего вида кожи, избавлению от угрей

Чтобы получать все эти волшебные эффекты, от нас требуется регулярно (каждый день!) кормить свою микрофлору подходящей едой. Бактерии в нашем кишечнике живут колониями и могут населять только определенные территории, более того – в нашем кишечнике всё время идет война между разными колониями (штаммами) хороших и плохих бактерий за «место под солнцем», и побеждает чаще тот, у кого больше пищи. Видовой разброс бактерий в нашем теле может меняться в течение суток – в зависимости от еды, которую мы съели, от места, где мы находимся, от климата, от нашей активности и множества других факторов. То есть, это не фиксированный набор микроорганизмов, а скорее процесс постоянной смены, тренд. И в какую сторону будет меняться наша флора – хорошую или плохую, во многом зависит от нас. Главную роль здесь играет пища, которую мы едим.

Брюссельская капуста — чемпион по клетчатке среди капустных. // Спасибо за фото Keenan Loo с Unsplash.com

Ниже я приведу таблицу с основными продуктами питания и количеством клетчатки в ней. Нужно иметь в виду, что при длительной варке овощи и фрукты теряют до половины своей клетчатки, поэтому максимальное её количество содержится именно в свежих плодах, а если нужно термически обработать продукты, то выбираем тушение или быструю обжарку. Поскольку получить норму клетчатки только из овощей и фруктов довольно проблематично (нужно съедать как минимум 1,5 кг овощей и фруктов в день), лучше всего включать в свой рацион продукты, наиболее богатые клетчаткой (бобовые, зерновые, орехи), и чем шире спектр продуктов, которые вы едите, чем разнообразнее ваш рацион, тем лучше.

Содержание клетчатки в продуктах (г/100г продукта) (по книге «Химический состав пищевых продуктов», под ред. И. М. Скурихина и М. Н. Волгарева, — М,: ВО «Агропроимздат», 1987 и «Химический состав российских пищевых продуктов» под ред. И. М. Скурихина и В. А. Тутельяна, — М.: ДеЛи принт, 2002):

Из таблицы видно, что цельное зерно предпочтительнее обработанного, а корнеплоды и капустные – отличный источник клетчатки. При этом, не все из них требуется термически обрабатывать – белокочанная, краснокочанная капуста, брокколи, морковь, свёкла отлично подойдут для свежих салатов. Среди фруктов и ягод авокадо – непревзойденный лидер. Грибы – это просто кладезь клетчатки; надеюсь, все успели насушить грибочков на зиму? Орехи также богаты клетчаткой, но увлекаться ими не стоит – всё-таки, они в первую очередь жировой продукт. Вполне достаточно 10-15 орешков в день. Ну и мои любимые бобовые всегда придут на выручку, когда речь идет о клетчатке. Как их правильно готовить и что лучше выбирать, если до этого вы мало употребляли бобовые, можно почитать здесь.

Общая рекомендация по увеличению количества клетчатки в рационе: если вы до этого крайне мало потребляли клетчатки, то у вас в кишечнике может быть недостаточно бактерий нужного типа для ее успешной ферментации. Это может вызвать неприятные ощущения в животе, такие как вздутие и газообразование. Со временем правильные бактерии заселят кишечник, и процесс переваривания пойдет значительно лучше. А пока что, увеличивайте количество клетчатки до нормы понемногу и начинайте с термически обработанных овощей, так как их будет проще переварить.

И не забывайте про продукты с пробиотиками, которые помогут заселить кишечник хорошей микрофлорой: это ферментированные молочные продукты (йогурт, кефир, творог, сыр и т. д.), квашеные овощи (капуста, морковь, свёкла, кимчи, маринованный имбирь и др.), тофу и другие виды ферментированных соевых продуктов, чайный гриб (комбуча) и так далее. Как всегда, выбирайте максимально необработанные промышленно продукты от надежных поставщиков (например, молочные продукты от «счастливой» коровы, которая жила без излишних антибиотиков и гормонов). О том, как еще можно укрепить свой иммунитет, можно прочесть в этой статье. Из всех этих, на первый взгляд, маленьких и неважных кирпичиков выбора выстраивается стена нашего иммунитета, и какая она будет – крепкая и высокая или низкая и с пробоинами, зависит от нас с вами.

Понравилась статья? Буду благодарна, если поделитесь ей в соц. сетях со своими друзьями.
P.S.: Если Вам нужна индивидуальная консультация, подробнее — здесь.
Чтобы ничего не пропустить, присоединяйтесь к моим группам в Facebook и ВКонтакте, а также подписывайтесь на рассылку новостей блога (в правом столбце).

сырая и структурная клетчатка, показатель структуры корма и NDF, ADF, ADL —

Главная > Кормление коров > Три системы оценки структурности корма: сырая и структурная клетчатка, показатель структуры корма и NDF, ADF, ADL

5 ноября 2015 просмотры

Для оценки структурности корма в разных странах используют разные показатели. В Германии для этого используют прежде всего показатель сырой клетчатки (международное обозначение XF) и содержание в ней структурной клетчатки  (sXF), а также показатель структуры корма (SW). В англоговорящей среде используются фракции сырой клетчатки – нейтрально детергентная клетчатка (NDF), кислотно детергентная клетчатка (ADF) и кислотно детергентный лингнин (ADL).

Система оценки по сырой и структурной клетчатке

Сырая клетчатка – это группа химических веществ, из которых состоят растительные волокна. Пектин, большая часть целлюлозы и части гемицеллюлозы и лигнина объединены под понятием сырая клетчатка. Микробы рубца переваривают ее преимущественно в уксусную кислоту. Поэтому содержание сырой клетчатки влияет на синтез жира молока. Кроме того она возбуждает рефлекс слюноотделения и моторику рубца.

Структурная сырая клетчатка – это часть сырой клетчатки грубых кормов, которая действует позитивно на моторику рубца. Она определяет интенсивность жевания и пережевывания. При этом возбуждается секреция слюны, которая важна для установления оптимальной кислотности в рубце.

Определение структуры корма по структурной клетчатке разработано в 70х годах, но успешно используется в европейских странах до сих пор. В этой системе каждому виду корма присваивается свой коэффициент, например для сена – 1. Это означает, что вся содержащаяся в сене сырая клетчатка является структурной. Для силоса этот коэффициент равен – 0,7- 0,8, а для концентратов – 0.

Коэффициенты структуры корма

Вид корма

Коэффициент

Солома

1,2

Сено

1,0

Силос из цельных растений зерновых культур (GPS)

0,9 – 0,7

Травяной силос  > 50 % СВ

1,0

50 – 35 % СВ

0,9 – 0,8

35 – 25 % СВ

0,7 – 0,6

Кукурузный силос  > 30 % СВ

0,7 – 0,8

30 – 25 % СВ

0,6

Силос из промежуточных культур и влажный силос

0,2

Силосованная пивная дробина и свекольный жом

0,2

Показатель структурной клетчатки в рационах КРС должен быть минимум 9-12%, в то время как показатель сырой клетчатки – минимум 16-18%

Структурная эффективность сырой клетчатки в корме по HOFFMANN

Структурно эффективная сырая клетчатка = сырая клетчатка из анализа * f (коэффициент структурной клетчатки)
Вид корма f
Зеленая масса

>26% СК / < 24% СК

измельченный >24% СК / <24% СК

 

1,0 / 0,75

0,75 / 0,5

Силос и сенаж (кукуруза, трава, бобовые) 1,0
Измельченная солома (< 5 см) 1
Сено

измельченное

в гранулах

 

1,0

0,5

Гранулированный жом, пивная дробина, силосованные початки кукурузы 0, 25
Концентрированные корма 0

Отклонения f возможны при больших отличиях, например, для длинной соломы – 1,5

Система оценки по показателю структуры корма

Более точно определить, имеет ли рацион необходимую для нормальной работы рубца структуру, помогает показатель структуры корма (SW). Это неограниченная сравнительная величина, которая определяется на основании времени жевания и пережевывания, а также переносимости животным концентрированных кормов: чем выше переносимость концентратов, тем выше показатель структуры корма.

Для определения показателя структуры корма пользуются следующими формулами:

Травяной сенаж, сенаж из люцерны, сено (x 1,6):

SW = (0,0125 * сырая клетчатка (г / кг СВ) ) – 0,2

При измельчении > 20 мм без влияния

Кукурузный силос, силос из цельных растений злаковых культур (GPS):

SW = (0,0090 * сырая клетчатка (г / кг СВ) ) – 0,1;

При измельчении < 6 мм снижение, > 6 мм надбавка в 2 % за 1 мм длины частиц корма

Концентраты:

SW =   0,321 + (0,00098 * сырая клетчатка (г / кг СВ))

+ (0,00025 * стабильный крахмал (г / кг СВ) )

—  (0,00112 * (сахар (г / кг СВ)

+ a * (крахмал – стабильный крахмал (г / кг СВ) ) )

a = 0,9 – (1,3 * стабильность крахмала)

Величина показателя структуры корма для грубых кормов колеблется между 4,3 (солома) до 1,6 (хороший кукурузный силос). Сочные корма, богатые энергией, имеют более низкие показатели (например, картофель 0,7). Концентрированные корма имеют очень низкие показатели или вообще их не имеют.

Показатель структуры корма всего рациона по рекомендациям ДЛГ (2001) для высокопродуктивных коров должен составлять минимум 1,2.

Система оценки по NDF и ADF

Такие структурные углеводы, как лигнин, целлюлоза и гемицеллюлоза, находятся преимущественно в стенках растительных клеток. Они плохо перевариваются и обеспечивают необходимую структуру для того, чтобы рубец КРС мог работать.

Лигнин находится в стенках растительных клеток и богато представлен в деревянистых частях растений. Для животных лигнин является не перевариваемым веществом. Лигнин – это не углевод.

Целлюлоза – составляющая стенок растительных клеток. В то время как большинство млекопитающих  не имеют ферментов для расщепления целлюлозы, у жвачных микробы рубца способны использовать целлюлозу в качестве источника энергии.

Гемицеллюлоза – легко расщепляющиеся вещества стенок клеток. После целлюлозы они являются важнейшей составляющей стенок растительных клеток.

При проведении анализа корма по методу Ван Соеста проба корма варится в нейтральном растворе детергента. Эту обработку переносят только растительные вещества гемицеллюлоза, целлюлоза и лигнин. Поэтому они обобщены в показатель нейтрально детергентная клетчатка, NDF.

После обработки в сернистом (кислотном) растворе детергента остаются только целлюлоза и лигнин. Их называют кислотно детергентной клетчаткой (ADF).

Серная кислота вымывает целлюлозу из ADF. Остается только кислотно детергентный лигнин (лигнин, ADL).

Система оценки структуры корма по NDF и ADF очень распространена в западных странах тоже с 70-х годов. Сложность ее применения для нас состоит в том, чтобы найти лаборатории, которые проводят эти исследования.

Целевые значения для NDF и ADF в сухом веществе из TMR (полносмешанного рациона), г/кг СВ, DLG (2012)

NDF org (из основного корма) NDF org min ADF org min
Сухостойная 250 350 220
Новотельная 190 300 180
Высокопродуктивная 175 280 170

 

Требования к показателям NDF и ADF для рациона КРС:

Показатель Минимальное значение Максимальное значение
Нейтрально-детергентная клетчатка, % в сухом веществе рациона

28

40

Нейтрально-детергентная клетчатка из основного корма, % в сухом веществе основного корма

22

32

Кислотно-детергентная клетчатка, % в сухом веществе рациона

16

24

Неструктурные углеводы, % в сухом веществе

30

45

 Требования к структуре рациона для коров разной продуктивности и стадии лактации

И в заключение еще раз требования к структуре рациона для коров разной продуктивности и стадии лактации (на кг сухого вещества общего рациона, (DLGInformation 2/2001, актуализировано в 2007)

Фаза продуктивности

Подгот. кормление (2-й период сухостоя

Раздой (1-й период лактации

Снижение продуктивности (2-й и 3-й периоды лактации

Продуктивность стада, кг/гол.

 

10.000

8.000

10.000

8.000

Сахар, г/кг СВ  максимально

75

75

75

75

75

Доступные в рубце углеводы, г/кг СВминимальномаксимально

100

200

150

250

125

250

75

225

75

200

Стабильный в рубце крахмал, г/кг СВминимуммаксимум

15*

25

50

20

50

25

25

Показатель структуры корма на кг СВ

1,40

1,15

1,10

1,00

1,00

Структурные углеводы (целевые показатели для составления полносмешанного рациона
ADF общего рациона, %/кг СВ

мин. 22

мин. 18

мин. 23

NDF общего рациона, %/кг СВ

мин. 35

28-32

макс. 44

NDF основного корма, % кг СВ

мин. 25

мин. 18

мин. 30

NFC, %/кг сухого вещества

30-35

35-40

макс. 34

* в зависимости от продуктивности и типа рациона

Соотношение сухого вещества из грубого корма к сухому веществу из концентрированного корма должно составлять минимум 50:50 (экстремально 40:60)

Грубый корм: силос, сенаж, сено, солома.

Концентрированный корм: включая сочные корма (пивную дробину, жом, картофельные продукты, кормовую свеклу и т.д.).

————————————-

Вы нашли эту статью полезной для себя? Перешлите ссылку своим коллегам!

С нетерпением жду отзывы и комментарии. Большое Вам спасибо!

Получите бесплатный доступ к интернет-курсу «Нормы и рационы кормления сельскохозяйственных животных»

Клетчатка (пищевые волокна) – что это и зачем она нужна?

СОДЕРЖАНИЕ:

Определение клетчатки

Польза клетчатки

Список продуктов, богатых клетчаткой

Никто не будет отрицать, что здоровье человека напрямую зависит от сбалансированного и правильного питания. И оно включает не только потребление белков, жиров и витаминов, как главных макроэлементов, но так же и достаточного количества клетчатки.  Надо отметить, что этот компонент не вырабатывается организмом человека самостоятельно. Его мы можем получить исключительно употребляя определенные продукты, богатые клетчаткой.

Также продукты, содержащие клетчатку, могут стать фундаментом не только для похудения, но и для формирования антистрессового рациона. Они содержат витамины, микроэлементы и антиоксиданты, которые напрямую влияют на гормоны и психическое здоровье. Чтобы узнать больше, скачайте наш путеводитель «Как преодолеть стресс».

В каких продуктах нет клетчатки? Клетчатки нет в мясе, яйцах, нет ее в молочных продуктах. Клетчатка входит в состав продуктов исключительно растительного происхождения: это злаковые, бобовые, различные орехи,  фрукты и овощи. Давайте рассмотрим детально, что же такое клетчатка и почему нам надо ее есть?

Определение клетчатки

Клетчаткой или пищевыми волокнами принято называть оболочку или мякоть растений. В различных видах растений присутствуют различные виды клетчатки. Они имеют разную природу и по разному воздействуют на организм. Но все по своему  очень важны для пищеварительного и обменного процессов.

Клетчатка – это компоненты пищи, которые не перевариваются ферментами желудка. Но зато клетчатку прекрасно перерабатывают полезные бактерии и микроорганизмы в нашем кишечнике.  Существуют нерастворимые, полурастворимые и растворимые виды растительной клетчатки:

  • Целлюлоза – нерастворимый вид клетчатки. Находится в оболочках зерновых. Общепринятое название – отруби. Полезна тем, что усиливает перистальтику кишечника, предотвращая задержку отработанной пищи и всасывания вредных компонентов в стенки кишечника.
  • Гемицеллюлоза – полурастворимая клетчатка. Ее характерной особенностью является способность удерживать воду, впитывать вредные элементы. Ее абсорбирующая функция помогает нормализовать холестериновый обмен. Содержат такую клетчатку ячмень и овес.
  • Пектины – растворимый вид клетчатки, которой особенно много в мякоти фруктов и цитрусовых, в овощах – моркови, капусте, картофеле.  С помощью пектинов выводятся тяжелые металлы из организма. Пектины надолго задерживаются в желудке,  давая организму чувство насыщения.
  • Камедь – также растворимый вид клетчатки . Особенности ее в том, что она находится в продуктах, производимых из овса и сушеных бобов. Особенность камеди и пектинов в том, что они как бы обволакивают стенки желудка и кишечника, чем замедляют процесс всасывания глюкозы.

Польза клетчатки

Мы познакомились с разными видами пищевых волокон, которые в простонародье принято называть “клетчаткой”.  Это важный компонент, который влияет на эффективную работу желудочно-кишечного тракта человека.

Польза от действия клетчатки:

  1. Усиление перистальтики кишечника,
  2. Понижение уровня глюкозы,
  3. Вывод вредных компонентов за счет их абсорбции пищевыми волокнами,
  4. Помощь в переработке пищи,
  5. Питание полезной микрофлоры кишечника.

Все эти качества клетчатки  способствуют хорошему пищеварению, нормализации обменных процессов, понижению уровня сахара в крови, снижению веса, улучшению иммунитета, хорошему состоянию кожи и волос и даже улучшению психоэмоционального состояния человека.

И хотя ученые только с середины 70-х годов прошлого века начали более детально заниматься изучением полезных свойств пищевых волокон, их выводы и рекомендации уже поддержали организации здравоохранения ведущих стран мира.

Конечно, как и любой продукт, пищевые волокна могут приносить вред. Причиной может быть не только противопоказания для отдельных людей, но и просто чрезмерное потребление данных пищевых волокон

При анализе темы мы не нашли доказательств того, что клетчатка противопоказана при определенных заболеваниях. Но, все же, людям с заболеваниями ЖКТ нужно быть осторожными – чрезмерное употребление клетчатки может привести к вздутию живота, тяжести и запорам.

Чтобы не получить обратного эффекта следует вводить в рацион клетчатку постепенно, а также помнить о необходимости употребления большего количества воды.

Важно: дневная норма клетчатки 25-35 г. Максимум – 40 г.

Клетчатка показана практически всем. Ведь при здоровом питании мы всегда советуем употреблять больше сырых фруктов и овощей, орехов, злаков, бобовых . А это все  богатые клетчаткой продукты.

Безусловно, клетчатка показана тем, кто хочет похудеть. Из-за сильной перистальтики кишечник работает активнее, не давая возможности жирам накапливаться в организме. И обильное употребление фруктов и овощей, содержащих пектины, дает длительный эффект насыщения. Походы к холодильнику становятся реже, а талия – уже.

Как похудеть в талии?

Список продуктов, богатых клетчаткой

Давайте рассмотрим  продукты богатые клетчаткой с количественным ее содержанием .С помощью этих данных вам легче будет составить свой рацион:

Зерновые, крупы, орехи

Пищевые продукты Содержание пищевых волокон
Хлеб бородинский                              7,9 г/100 г
Каша овсяная                              1,9 г/100 г
Каша гречневая                              2,7 г/100 г
Пшеничные отруби                              43,0 г/100 г
Каша пшеничная                              1,7 г/100 г
Хлеб ржаной                              8,0 г/100 г
Орехи                              4,0 г/100 г
Каша перловая                              2,5 г/100 г
Хлеб зерновой                              6,1 г/100 г


Овощи, бобовые, фрукты

Пищевые продукты Содержание пищевых волокон
Белокочанная капуста                               2,0 г/100 г
Брюссельская  капуста                               4,2 г/100 г
Горох                               5,0 г/100 г
Морковь                                  2,4 г/100 г
Помидоры                                  1,4 г/100 г
Зелень (петрушка, укроп, кинза)                                  2,0 г/100 г
Буряк                                  3,0 г/100 г
Яблоки                                  1,8 г/100 г
Апельсины                                  2,2 г/100 г
Изюм                                  9,6 г/100 г
Курага                                  18,0 г/100 г


К этому списку добавим также :

  • Шпинат
  • Авокадо
  • Бананы
  • Все виды капусты
  • Чечевицу
  • Все виды салатов
  • Арахис
  • Фасоль
  • Миндаль

Теперь,  зная количество пищевых волокон в тех или иных продуктах, вы сможете легко составить себе правильный сбалансированный рацион. Это может быть несколько фруктов или овсяная каша с бананом на завтрак, порция овощей на обед или зеленый салат на ужин. Орехи и сухофрукты в виде перекуса. Хороши смузи из ягод, фруктов и овощей в любой период.

Разнообразьте свой рацион  и будьте здоровы! В мире столько красивой, полезной и вкусной пищи!

Читайте также:

Соотношение белков, жиров, углеводов и клетчатки в продуктах

Таблица продуктов с высоким содержанием клетчатки

Клетчатка — одно из лучших средств для похудения, поддержания нормальной работы кишечника. Поэтому каждый человек, заботящийся о своем здоровье, должен включить в ежедневный рацион продукты, содержащие клетчатку, чтобы вывести из организма шлаки, токсины, предотвратить заболевания сердечно-сосудистой системы.

Какие продукты питания содержат много клетчатки

Клетчатка делится на два вида:

  • растворимая,
  • нерастворимая.

Продукты, богатые на клетчатку первого вида, — яблоки, капуста, цитрусовые фрукты, брокколи, мука грубого помола, различные ягоды, семечки, овес. Такую клетчатку можно превратить в желеобразную массу, она более бережно относится к желудку.

  • Нерастворимая растительная клетчатка содержится в таких продуктах питания, как бобовые, зерновые культуры (преимущественно в их оболочке), в кожуре овощей и фруктов.
  • В каких продуктах содержится клетчатка

Взрослому человеку достаточно 20-30 грамм клетчатки, чтобы избежать проблем с пищеварением, микрофлорой кишечника, выведением токсинов и тяжелых металлов

Поэтому важно знать, в каких продуктах питания есть клетчатка

Много растительной клетчатки содержат:

  • стебли,
  • корни,
  • плоды,
  • клубни,
  • листья.

Список продуктов, содержащих много клетчатки, начинается с привычных нам овощей. Морковь, огурцы, помидоры, свекла, горох, фасоль, брокколи, редис — овощи, богатые клетчаткой.

К продуктам, содержащим клетчатку, относятся также фрукты, ягоды и орехи. Особенно груша, яблоко, виноград, персики, фисташки и инжир.

Но самое высокое содержание клетчатки имеют:

  • гречка,
  • овсяные хлопья,
  • другие виды цельного зерна.

Особенно полезен хлеб с отрубями.
Обращаем ваше внимание, что продукты, содержащие много клетчатки, необходимо употреблять свежими, нельзя их подвергаться тепловой обработке.

Избегайте следующих добавок в продуктах: инулин, полидекстроз, мальтодекстрин.
Многие люди употребляют молоко, рыбу, мясо, сыр, думая, что обогащают свой организм полезными волокнами, но отметим, что это продукты, не содержащие клетчатку.
Количество клетчатки в продуктах питания

  1. Cписок продуктов с большим содержанием клетчатки. Количество клетчатки в продуктах указано на 100 грамм:
  • Фасоль и горох — 15%;
  • Белый рис и пшеница — 8%;
  • Овес и ячмень — 8–10%;
  • Орехи, миндаль, оливки -10-15%;
  • Свежие овощи — 2–5%. Овощи с наибольшим количеством клетчатки: зеленый горошек, брюссельская капуста, брокколи, спаржа, морковь;
  • Ягоды — 3–7%. Малина и ежевика содержат клетчатку в наибольшем количестве;
  • Фрукты и цитрусовые — 5–10%. Больше всего клетчатки в следующих фруктах: бананы, персики, груши и яблоки.

Таблица продуктов, содержащих клетчатку

Фрукты
Яблоки с кожицей 1 среднее 5,0
Абрикос 3 средних 0,98
Абрикосы, сушёные 5 частей 2,89
Банан 1 средний 3,92
Черника 1 чашка 4,18
Мускусная дыня, кубики 1 чашка 1,28
Сушёные финики 2 средних 3,74
Грейпфрут 1/2 среднего 6,12
Апельсин 1 средний 3,4
Персик 1 средний 2,0
Персики, сушеные 3 части 3,18
Груша 1 средняя 5,08
Слива 1 средняя 1,0
Изюм 1,5 унции 1,6
Малина 1 чашка 8,34
Клубника 1 чашка 3,98
Овощи
Авокадо (фрукт) 1 средний 11,84
Свекла, приготовленная 1 чашка 2,85
Листья свеклы 1 чашка 4,2
Бок чой, приготовленный 1 чашка 2,76
Брокколи, приготовленный 1 чашка 4,5
Брюссельская капуста 1 чашка 2,84
Кочанная капуста, приготовленная 1 чашка 4,2
Морковь 1 средняя 2,0
Морковь, приготовленная 1 чашка 5,22
Цветная капуста, приготовленная 1 чашка 3,43
Шинкованная капуста 1 чашка 4,0
Сладкая кукуруза 1 чашка 4,66
Зеленая фасоль 1 чашка 3,95
Сельдерей 1 стебель 1,02
Листовая капуста, приготовленная 1 чашка 7,2
Свежий лук 1 чашка 2,88
Горох, приготовленный 1 чашка 8,84
Сладкий перец 1 чашка 2,62
Воздушная кукуруза 3 чашки 3,6
Картофель запечённый «в мундире» 1 средний 4,8
Шпинат, приготовленный 1 чашка 4,32
Тыква обыкновенная, приготовленная 1 чашка 2,52
Сладкий картофель, варёный 1 чашка 5,94
Мангольд, приготовленный 1 чашка 3,68
Помидор 1 средний 1,0
Тыква крупноплодная столовая, приготовленная 1 чашка 5,74
Цуккини, приготовленные 1 чашка 2,63
Зерновые, зёрна, макаронные изделия
Хлеб с отрубями 1 чашка 19,94
Цельно зерновой хлеб 1 ломтик 2,0
Овёс 1 чашка 12,0
Цельно зерновые макаронные изделия 1 чашка 6,34
Коричный рис 1 чашка 7,98
Бобовые, орехи, семечки
Миндаль 1 унция (28,35 гр) 4,22
Чёрные бобы, приготовленные 1 чашка 14,92
Орехи кешью 1 унция (28,35 гр) 1,0
Семена льна 3 ложки 6,97
Плоды (бобы) нута, приготовленные 1 чашка 5,8
Фасоль, приготовленная 1 чашка 13,33
Чечевица, приготовленная 1 чашка 15,64
Бобы лима, приготовленные 1 чашка 13,16
Арахис 1 унция (28,35 гр) 2,3
Фисташки 1 унция (28,35 гр) 3,1
Тыквенные семечки 1/4 стакана 4,12
Соевые бобы, приготовленные 1 чашка 7,62
Семечки 1/4 стакана 3,0
Грецкие орехи 1 унция (28,35 гр) 3,1

Продукты с высоким содержанием жиров

Пищевые продукты с повышенным содержанием жиров (в расчете на 100 г продукта)

Продукт Количество жиров, г
Масло (растительное, топленое, сливочное), маргарины, жиры кулинарные, шпик свиной более 80
Сметана 20%-ной (и выше) жирности, сыр, свинина, утки, гуси, колбасы полукопченые и вареные, пирожные, халва и шоколад от 20 до 40
Творог жирный, сливочное мороженое, сливки, баранина, говядина и куры 1-й категории, яйца, сардельки говяжьи, колбаса чайная, семга, осетр, сайра, сельдь жирная, икра от 10 до 19
Молоко, кефир жирный, творог полужирный, молочное мороженое, баранина, говядина и куры 2-й категории, горбуша, скумбрия, ставрида, сдоба, конфеты от 3 до 9
Творог и кефир обезжиренные, судак, треска, щука, хек, крупы, хлеб менее 2

Употребляя жиры, не следует забывать то факт, что избыток этих веществ мешает усвоению белков, магния и кальция. Чтобы обеспечить правильный жировой обмен, необходимо поставлять в организм витамины в достаточном количестве. Обильно потребляя продукты с высоким содержанием жиров, вы тормозите процесс секреции желудочного сока, задерживаете выведение пищи из желудка. Происходит перенагрузка функций других органов, которые участвуют в расщеплении и усвоении продуктов питания. Чрезмерное употребление жиров приводит к расстройству пищеварения. Для людей, страдающих хроническими заболеваниями поджелудочной железы, печени, ЖКТ и желчных путей, жиры представляют серьезную опасность.

Белок и клетчатка на ужин. Польза клетчатки для похудения

Программа основана на потреблении продуктов растительного происхождения. В них содержится клетчатка – пищевые волокна, полезные для организма. Растительные клетки устойчивы к воздействию ферментов ЖКТ. Если рассматривать химический состав клеток, то они представляют собой неоднородную группу веществ, в которую входят лигнин, полисахариды. К клетчатке относят:

  • пектины;
  • альгиназу;
  • целлюлозу;
  • гемицеллюлозу;
  • камедь;
  • хитин;
  • альгинаты;
  • фитин;
  • протопектины.

Немаловажно знать, что клетчатка для похудения бывает растворимой и нерастворимой. Особенности этих разновидностей такие:

  1. Растворимая – быстро насыщает и очищает организм от тяжелых металлов. Чтобы насытить организм полезными веществами, потребляйте горох, бобовые, семена льна, овсяную кашу, яблоки, цитрусовые, орешки, красные и оранжевые овощи, ячмень, коричневый рис, морепродукты.
  2. Нерастворимая – способствует опорожнению кишечника, выведению токсинов и шлаков, предупреждает развитие заболеваний толстой кишки. Содержится в овощах, семенах, орешках.

Диета, основанная на потреблении нерастворимого типа, способствует эффективному похудению. Еда при попадании в желудок не растворяется, разбухает и наполняет его, за счет чего возникает ощущение насыщения. Чтобы сохранить баланс питания, быстро сбрасывать лишние килограммы, чувствовать себя хорошо, рекомендуется потреблять как растворимую, так и нерастворимую клетчатку.

Учитывайте, что при нехватке волокон любого происхождения в организме появляются запоры, возникают проблемы с кожей лица, развиваются онкозаболевания, желчекаменная болезнь. Благодаря своевременному поступлению таких веществ в организм происходит следующее:

  • поддерживание нужной микрофлоры кишечника;
  • нормализация уровня холестерина, сахара в крови;
  • улучшение состояния сердечно-сосудистой системы;
  • исключение вероятности образования камней в желчном пузыре;
  • выведение шлаков и токсинов;
  • расщепление жировых клеток;
  • ускорение процесса опорожнения кишечника;
  • насыщение нужными полезными веществами.

Клетчатка способствует ускорению процесса жиросжигания, помогает быстро избавиться от высыпаний, раздражения на коже, наладить «поставку» крови, обогащенной полезными веществами, в проблемные области. Сырые овощи, фрукты, отруби и иные продукты, богатые целлюлозой, особенно нужно потреблять беременным женщинам: ежедневная доза – 28-29 г на каждые 1000 ккал. При таком подходе будущая мама избавится от запоров, нормализует уровень глюкозы в крови, после родов не будет развиваться ожирение.

Сколько нужно белка

«Очень важно, чтобы ваш рацион содержал достаточное количество этих незаменимых аминокислот, чтобы все органы могли полноценно работать, необходимые гормоны производились в нужных количествах и поддерживались другие жизненно важные функции», – говорит Медлин. «Мясо, морепродукты, птица, яйца, молочные продукты, соя, киноа и гречка – содержат полноценные белки, а это означает, что они обеспечивают организм всеми незаменимыми аминокислотами, – добавляет Медлин

«Другие, растительные источники белка, такие как бобовые и орехи, не являются полноценными, так как они не содержат всех незаменимых аминокислот. Их нужно комбинировать с зерновыми продуктами и другими источниками белка, чтобы обеспечить удовлетворение всех потребностей организма»

«Мясо, морепродукты, птица, яйца, молочные продукты, соя, киноа и гречка – содержат полноценные белки, а это означает, что они обеспечивают организм всеми незаменимыми аминокислотами, – добавляет Медлин. «Другие, растительные источники белка, такие как бобовые и орехи, не являются полноценными, так как они не содержат всех незаменимых аминокислот. Их нужно комбинировать с зерновыми продуктами и другими источниками белка, чтобы обеспечить удовлетворение всех потребностей организма».

Медлин рекомендует соблюдать диету, богатую следующими продуктами с высоким содержанием белка, чтобы получить максимум для вашего здоровья:

Яйца

Яйца являются отличным источником белка при хорошем соотношении цены и пользы. В одном большом яйце содержится в среднем 6 г белка вместе с другими необходимыми питательными веществами.

Рыба

Рыба – отличный источник постного белка, также обладает другими преимуществами для здоровья. Лосось содержит около 22 граммов белка в порции на 85 г, поэтому добавьте его в свой список покупок.

Киноа

Киноа (Quinoa) содержит более восьми граммов белка на чашку и может конкурировать с некоторыми видами мяса по своей белковой ценности. Богатая всеми незаменимыми аминокислотами, киноа универсальна и может быть добавлена ​​к любому блюду – от супов до салата.

Нут

Нут (нут бараний или турецкий горох) с его низким содержанием жира и высоким содержанием белка является отличным дополнением к вашему рациону. По количеству белка нут похож на яйца, которые содержат 6-7 г белка на одно яйцо, поэтому добавляйте его в салаты, рагу и карри.

Творог

Творог содержит 11 г белка в порции на 100 г, он универсален и может сочетаться с другими продуктами, например, с крекерами или морковные палочками.

Бобовые

Бобовые – богаты белком, но растительные источники белка, такие как фасоль и орехи, не являются полноценным белковым продуктом, так как не содержат всех незаменимых аминокислот. Они должны сочетаться с зерновыми и другими источниками белка для удовлетворения всех потребностей организма.

Соевые продукты

Соевые продукты, такие как соевый йогурт, тофу и соевые альтернативы мяса, являются отличным источником белка и помогают уменьшить количество жира в рационе, когда используются вместо мяса.

Молоко

Обезжиренное молоко является прекрасным источником белка для стимулирования роста мышц. Как альтернатива, стакан соевого молока обеспечивает примерно 7 граммами белка и содержит все незаменимые аминокислоты, что делает его полноценным белковым источником.

Ореховые пасты

Ореховые пасты или спреды обладают высоким содержанием белка, калия и клетчатки, что делает их вкусной и здоровой закуской. Сочетание орехов и зерен в ореховой пасте на тосте из зернового хлеба обеспечат вас полноценными белками.

Фрукты

Все фрукты содержат фруктозу FODMAP.

Но что интересно, не все фрукты считаются богатыми FODMAP. Это связано с тем, что некоторые фрукты содержат меньше фруктозы, чем другие.

Кроме того, некоторые фрукты содержат большое количество глюкозы, которая не является сахаром FODMAP

Это важно, потому что глюкоза помогает вашему организму усваивать фруктозу

Вот почему фрукты с высоким содержанием фруктозы и глюкозы, как правило, не вызывают симптомы со стороны желудочно-кишечного тракта. Это также связано с тем, что только фрукты с большим количеством фруктозы, чем глюкозы считаются с высоким содержанием FODMAP.

Тем не менее даже фрукты с малым количеством FODMAP могут вызывать симптомы со стороны желудочно-кишечного тракта, если их употреблять в больших количествах. Это связано с общим количеством поступающей в кишечник фруктозы.

В связи с этим чувствительным людям рекомендуется есть только одну порцию фруктов за один присест или примерно 80 грамм.

К фруктам с высоким содержанием FODMAP относятся: яблоки, абрикосы, черешня, вишня, инжир, манго, нектарины, персики, груши, сливы и арбуз ().

К фруктам с низким содержанием FODMAP относятся: незрелые бананы, черника, киви, лаймы, мандарины, апельсины, папайя, ананасы, ревень и клубника ().

Обратите внимание, что это не исчерпывающий список. Более полный список можно найти здесь

Продукты богатые клетчаткой на 100 г

Диета «Белок и клетчатка»

Клетчатка в продуктах: для здоровья, стройности и долголетия

Арбузная диета: правила и меню

  • Текст: Полина Сошка
  • Дата: 26 июля 2018

Внимательно читайте. Все рассчитано на 100 гр. продукта.

а можно похудеть если например неделю есть ТОЛЬКО продукты с высоким содержанием клетчатки?

похудеть можно, но только если продукты богатые клетчаткой сочетать с белковыми продуктами

капуста! ешьте все капусту! по-моему нет лучшего продукта по содержанию нерастворимой клетчатки

чтобы продукты богатые клетчаткой дали похудательный результат, надо пить ОЧЕНЬ много воды — до 4 л в день

Помимо того, чтоб интересоваться клетчатки в каких продуктах больше всего, запомнили бы лучше что при этом нельзя одновременно кушать жирное и мясное

Продукты богатые клетчаткой — это отруби и водоросли! других не знаю

ягодки и фруктики

не злоупотребляйте продуктами с высоким содержанием клетчатки!! от них живот раздувает!

Клетчатка в каких продуктах нерастворимая, а в каких растворимая?

Использование и перепечатка печатных материалов сайта woman.ru возможно только с активной ссылкой на ресурс. Использование фотоматериалов разрешено только с письменного согласия администрации сайта.

Размещение объектов интеллектуальной собственности (фото, видео, литературные произведения, товарные знаки и т.д.) на сайте woman.ru разрешено только лицам, имеющим все необходимые права для такого размещения.

Copyright (с) 2016-2019 ООО «Хёрст Шкулёв Паблишинг»

Сетевое издание «WOMAN.RU» (Женщина.РУ)

Свидетельство о регистрации СМИ ЭЛ №ФС77-65950, выдано Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор) 10 июня 2016 года. 16+

Учредитель: Общество с ограниченной ответственностью «Хёрст Шкулёв Паблишинг»

Продукты богатые клетчаткой

Каждый человек должен знать перечень продуктов, в которых содержится много растительной клетчатки. Поскольку это вещество природного происхождения, искать его следует в соответствующих источниках, которые условно можно разделить на несколько групп.

Животные и растительные масла


Масла растительного происхождения без сомнения обладают большей питательной ценностью, чем животные жиры (пищевые волокна в них отсутствуют полностью), принося организму огромный запас минералов и витаминов.

Но в ситуации с растительной клетчаткой все обстоит не так. Она содержится не только в разных жмыхах и муке, то есть там, что остается после отжима некоторых масел. Продукты богатые клетчаткой – это семечки подсолнечника, тыквы, льна, кунжутное семя.

При выборе хлеба необходимо обращать внимание на то, из каких сортов муки он изготовлен. Предпочтение нужно отдавать хлебу зерновому или из муки грубого помола

Следует употреблять в пищу хлебцы из злаков и круп.

Соки


К сожалению, только сырые, термически необработанные овощи, фрукты и ягоды содержат в себе пищевые волокна, поэтому в процессе приготовления соков клетчатка не сохраняется.

Орехи


В большом количестве пищевые волокна содержатся в орехах. Больше всего богаты ядра миндаля, лесных и грецких орехов. Присутствует клетчатка и в фисташках, арахисе, кешью.

Ну а для диабетиков важно знать, несмотря на то, что в них высокое содержание клетчатки

Крупы и каши


Содержится клетчатка в большинстве каш:

  1. перловой;
  2. гречневой;
  3. овсяной;
  4. пшеничной.

Только одно условие – крупа не должна проходить предварительную обработку, она должна быть цельной. Запасы клетчатки в организме может пополнить очищенный и неочищенный рис, но самыми полезными в этом плане считаются отруби.

Овощи


Важно! Овощи при термической обработке теряют большое количество клетчатки, поэтому предпочтение следует отдавать сырым продуктам. Вот эти овощи невероятно богаты пищевыми волокнами:

Вот эти овощи невероятно богаты пищевыми волокнами:

  1. Шпинат.
  2. Спаржа.
  3. Белокочанная капуста.
  4. Брокколи.
  5. Морковь.
  6. Огурцы.
  7. Редис.
  8. Свекла.
  9. Картофель.

Представители семейства бобовых тоже неплохие источники как растворимой, так и нерастворимой клетчатки.

Фрукты и ягоды


Немногим известно, какие ягоды и фрукты богаты пищевыми волокнами. Клетчатки много в сухофруктах, финиках, изюме, кураге. Если утренняя еда человека содержит этот полезный коктейль, заряд энергии и бодрости ему обеспечен на целый день.

Необходимо регулярно употреблять в пищу:

  1. Черную смородину.
  2. Малину.
  3. Клубнику.
  4. Персики.
  5. Абрикосы.
  6. Бананы.
  7. Груши.
  8. Виноград.
  9. Яблоки.

Эти фрукты избавят организм от дефицита клетчатки.

Молоко и продукты его производства


Молоко, все что из него производят и другая продукция животного происхождения (яйца, мясо) не содержат пищевые волокна.

Продукты богатые кальцием. Общие правила

Кальций — основной компонент организма и доказана важность этого микроэлемента. На всех этапах жизни протекает множество различных процессов процессов: сокращение и расслабление кровеносных сосудов и мышц, передача нервных сигналов, внутриклеточная и гормональная секреция

И любое изменение уровней кальция в сыворотке крови способно повлиять на одну или более из этих функций. Суточная потребность в кальции для взрослого человека составляет порядка 1200 мг в день и более (в и придо 1500 мг).

При потреблении его с пищей абсорбция составляет примерно 30%, а скорость всасывания меняется в широких диапазонах. Так приона увеличивается, а в процессе старения человека — прогрессивно снижается. Среднее потребление этого элемента с пищей составляет 1000 мг в день, но в кишечнике всасывается лишь 200 мг, а остальное выводится с калом. Всасывается элемент из верхних отделов тонкого кишечника, но для этого необходимо присутствие, лактозы,. Всасывание значительно уменьшается при наличии заболеваний желудочно-кишечного тракта (,,, гепатиты ).

При недостатке этого элемента наблюдаются неврологические симптомы: онеменение и парестезии , нарушение поведения, судороги , спазмы мышц, гидроцефалия , витамин D-дефицитный рахит (у детей раннего возраста), остеопороз (у лиц пожилого возраста).

Группы риска по дефициту микроэлемента:

  • Беременные и лактирующие женщины.
  • Женщины в  постменопаузе . У детей и молодых лиц костный обмен характеризуется быстрым ростом и формированием скелета. После 25 лет образование костной ткани завершается и метаболизм ее переходит в режим поддержания плотности и структуры. Начиная с 50 лет плотность кости уменьшается, что неминуемо ведет к остеопорозу и переломам.
  • Спортсмены, выполняющие интенсивные физические нагрузки.
  • Больные с аллергией на молочный белок, а также с непереносимостью лактозы (в виду резкого ограничения или исключения молочных продуктов в рационе).
  • Лица, недостаточно употребляющие кальций (подростки и пожилые люди).
  • Больные с псориазом и заболеваниями органов ЖКТ.
  • При наличии переломов и болезнях суставов;
  • Ношение брекетов.

С целью коррекции недостатка микроэлемента лицам группы риска назначается диета, обогащенная кальцием. Диета богатая кальцием показана также при заболеваниях сердечно-сосудистой системы. Известно, что,, а также недостаточность кровообращения являются кальций-зависимыми заболеваниями. Основные принципы питания просты — обеспечить достаточное суточное поступление микроэлемента и витаминов , способствующих его всасыванию в кишечнике и минимизировать факторы, препятствующие этому процессу.

Кальциевая диета включает:

  • Молоко, кисломолочные продукты.
  • Овощи, фрукты и орехи (перечисляются с наиболее высоким содержанием): петрушка, чеснок, укроп, хурма, курага, зелень сельдерея, листья одуванчика, листовой салат, зеленый лук, лук порей, кресс салат, кинза.
  • Белок животного и растительного происхождения (нежирное мясо, бобовые).
  • Витамин D обеспечивает полную абсорбцию кальция из тонкого кишечника. Его суточная доза должна составлять 800 МЕ. Витамин D3 синтезируется в коже под действием ультрафиолетового облучения, а с продуктами питания в желудочно-кишечном тракте всасывается витамин D2 .
  • Источники этого витамина: морской окунь, сельдь, тунец, скумбрия морепродукты, печень рыб (палтуса и трески), рыбий жир, сыр, сметана, какао, яйца.
  • Магний снижает потери кальция с мочой. Достаточное его количество содержится в горохе, овсяной крупе, грецких орехах, фасоли, горчице и гречневой крупе.
  • Цинк — улучшает абсорбцию кальция и ускоряет костную минерализацию. Потребность в нем повышается в несколько раз. Цинком богаты семечки подсолнечника, куриные сердца, арахис, креветки, кедровые орехи, соя, морская капуста, сыры. Считается, что триада кальций-магний-цинк и витамин D необходимы при остеопорозе .
  • Продукты, содержащие фолиевую кислоту (зеленые овощи, бобовые, брокколи, спаржа, авокадо, брюссельская капуста, семена подсолнечника, льна, миндаль, арахис и витамин В6 (кедровые орехи, фасоль, грецкие орехи, тунец, скумбрия, печень говяжья и куриная, сардины).
  • Калий — уменьшает выведение кальция из организма, поэтому целесообразно включать продукты богатые им: курага, фасоль, морская капуста, горох, чернослив, изюм, фундук, миндаль, чечевица, арахис.

Полезные свойства

Содержится клетчатка в растительной пище – фруктах, овощах, злаковых, листьях растений и т. д. Неоценимое значение она имеет для кишечника, с её помощью можно наладить стул, очистить организм, избавиться от запоров, но этим её польза не ограничивается. Также можно выделить следующие преимущества потребления этого полезного вещества:

Нормализация уровня холестерина в крови. Органические волокна способствуют укреплению и повышению эластичности стенок сосудов, что благоприятно сказывается на артериальном давлении и работе сердечно-сосудистой системы.

Контроль за уровнем сахара. Продукты с высоким содержанием клетчатки необходимы людям с сахарным диабетом, т. к. активные вещества замедляют скорость всасывания сахаров в кровь.

Борьба с лишним весом. При диете еда, содержащая клетчатку, должна стать основой рациона

Волокна помогают растворить и вывести жир, что крайне важно для похудения.

Регуляция микрофлоры кишечника. Потребляя продукты, которые содержат нерастворимые вещества, можно устранить проблемы в работе органов ЖКТ, а также предотвратить осложнения таких заболеваний, как геморрой, дивертикулит, рак прямой кишки.

Больше всего клетчатка необходима людям в возрасте от 15 до 55 лет. Затем потребность снижается на 10 единиц. Во время беременности количество продуктов с большим количеством органических волокон должно увеличиваться, по мере увеличения объема потребляемой пищи. Авитаминоз, анемия, интоксикация, избыточный вес – все это повод добавить в свое ежедневное меню больше растительной пищи.

Клетчатка для чего. Для чего нужна организму: польза

Клетчатка — по сути это, а если быть более точным, то просто пищевые волокна или балластные вещества. Это значит, что подобно воде и минеральным солям клетчатка не обеспечивает организм энергией, но при этом играет важную роль в его жизнедеятельности. Так чем же она полезна для организма?

Пищевая (растительная) клетчатка, которая содержится главным образом в растительных продуктах с низким или очень низким содержанием сахара, обычно объединяется с другими питательными веществами.

Кстати, в исследовании Pilar Buil-Cosiales, было выявлено что потребление содержащих клетчатку фруктов снижает риск смертности на 41% от сердечно-сосудистых заболеваний.

Так что мы надеемся, что противники фруктов (а такие есть и имя им легион) одумаются, прочитают статью о фруктозе и победят свой неистовый страх пред бананами , яблоками и грушами.

Виды и где содержится много

Пищевые волокна делятся на два основных типа: растворимые и нерастворимые. Растворимая клетчатка – это фруктовая и овощная мякоть, нерастворимая – кожура и шелуха. Оба типа полезны и необходимы нашему организму .

В большинстве растительных продуктов присутствуют эти две формы клетчатки одновременно. Мы расскажем подробнее о каждом из них, как их едят, а также в чем они содержатся:

Растворимые пищевые волокна

Они превращаются в кишечнике в вязкий гель, который замедляет продвижение пищевого содержимого, существенно тормозят ферментативную обработку углеводов. Что относится к списку овощей, богатых данным видом клетчатки:

  • Пектин . В большом количестве он содержится в яблоках, морковке, цитрусовых, капусте и, как не странно, в родной картохе . Пектин способствует снижению уровня холестерина и замедляет усвоение сахара, что делает его незаменимым для диабетиков.
  • Камедь . Содержится в овсянке и сушеных бобах (горох, фасоль, бобы, чечевица). Как и пектин, этот тип клетчатки оказывает влияние на усвояемость пищи.
  • Лигнин . В наибольшем количестве он встречается в злаковых (овес, рожь, ячмень). Еще один источник лигнина – лежалые овощи (имеются в виду не испорченные, а немного увядшие продукты).

Также растворимая клетчатка содержатся в некоторых фруктах: чернослив, изюм, авокадо, ягоды, бананы , кожуре айвы и персиков.

Согласно представлениям диетологии, при правильном питании в общем количестве клетчатки растворимой должно быть не менее 3/4 от общего кол-ва.

Нерастворимые пищевые волокна

Это т.н. грубый, крупный вид клетчатки, который наоборот ускоряет продвижение пищевого содержимого через желудочно-кишечный тракт, обладает послабляющим действием (используются для профилактики запоров), модулирует pH в толстой кишке, а также является пребиотиком ( восстанавливают микрофлору ).

В каких овощах и фруктах много такой клетчатки?

Для начала отметим, что нерастворимые пищевые волокна делятся на: целлюлозу и гемицеллюлозу . Где их есть много: отруби, необработанные зерновые (гречка, овсянка, перловка, булгур), бобовые, орехи, семена, стручковая фасоль, цветная капуста, брокколи, зелень, кожура фруктов и овощей.

Худеем грамотно

Растительные продукты с клетчаткой идеально подходят для избавления от лишнего веса.

Активно используются семена тыквы, богатые цинком, медью, фосфором, селеном, эфирными маслами, многими витаминами ( А, В, К, С, D).

Имеют много полезных и лечебных функций: нормализуют уровень сахара в крови, холестерина, это отличное противоглистное средство. Дают отличные результаты при лечении дисбактериоза, сахарного диабета, нарушении обмена веществ в организме.

  • Невозможно похудение и без фруктов, овощей, орехов. Комбинировать можно как угодно и использовать как завтрак, вечерний перекус, при возникающем чувстве голода.
  • Включение в каждодневный рацион расторопши обеспечит мощную поддержку иммунной системе, благодаря абсорбирующим и антиоксидантным свойствам регулирует выделение желчи, замедляет старение клеток, улучшает метаболизм и убирает алкогольную интоксикацию.

Следует отметить также сибирскую (аптечную) клетчатку, которая не включает в себя консервантов, искусственных компонентов, а состоит из лигнина, пектина, смолы семейства бобовых и отрубей злаков и растений. Выпускается в виде порошка, который хорошо соединять с кисломолочными продуктами или натуральными соками. Курс принятия индивидуален.

Семя льна

Очень полезна и популярна клетчатка из семени льна. Имеет массу полезных составляющих и свойств:

  • микро и макроэлементы, витамины А, В и РР;
  • аминокислоты;
  • борется с раковыми клетками, тем самым предупреждая    онкологические заболевания;
  • регулирует процессы в почках и мочеполовой системе;
  • очищает печень и весь организм от тяжелых металлов;
  • замечательно лечит кишечник и избавляет от запоров;
  • очень помогает при ожирении;
  • избавляет от состояния похмелья, выводя токсины, лишнюю жидкость.

Льняную клетчатку принимают как самостоятельное блюдо (не меньше 2 ч. л. в день за полчаса до еды), так и делают коктейли, очень хорошо добавлять в кефир.

Сделать такую клетчатку проще, чем вы думаете. Покупаю семя льна, желательно органическое. Перемалываю в кофемолке. Делаю немного, чтобы она была всегда свежей. Храню в холодильнике в стеклянной баночке. Может прогоркнуть, если хранить при комнатной температуре.

Что такое клетчатка, для чего нужна, чем полезна для здоровья

Клетчатка – полисахарид, который при полном распаде дает глюкозу. Создает основу клеточных тканей, можно сказать, то же что и целлюлоза. В организм человека поступают только через продукты питания растительного происхождения в группе углеводов, которые не перевариваются желудочным соком. Пищевые волокна условно можно разделить на два вида: «грубые» и «мягкие».

К первым, можно внести те продукты, в состав которых входит целлюлоза.  А к «мягким» принадлежат пектины, смола, целлюлозы. Другими словами «мягкая» — это растворимая клетчатка.

В современном языке, часто использовать термин «пищевые волокна»- самая грубая часть растения, которая практически не усваиваются организмом, при этом несет максимальную корысть пищевой системе. За счет того, что волокна имеют более грубую структуру, они задерживаются в желудке, таким образом, чувство голода пропадает и приходит ощущение мнимого насыщения. Как показывает практика, в таком случае человеку понадобиться меньшее количество пищи и тогда легче соблюдать диету, и это способствует кардинальному снижению массы тела, за счет его очистки.


Клетчатка для организма

Клетчатка безупречно справляется с проблемой запоров, которые опасны своей интоксикацией. Так же одним из плюсов есть способность клетчатки абсорбировать из организма от 8-50% канцерогенов, таким образом, выступает как профилактика рака кишечника.

Несмотря на то, что благодаря своему грубому построению, волокно проходят всю пищевую цепочку практически без изменений, но по дороге выполняет массу полезной работы. Это вещество имеет огромное значение для коррекции веса и правильного питания, контролирует уровень сахара в крови, и сокращает количество холестерина. Клетчатку условно можно сравнить с теми материалами подобными воде и минеральным солям, она не насыщает организм энергией, но помогает активной работе органов и его жизнедеятельности.

натуральных целлюлозных волокон — натуральные волокна

Целлюлозные волокна

Натуральные волокна бывают растительного, животного или минерального происхождения. Растительные волокна, как следует из названия, получают из растений. Основным химическим компонентом растений является целлюлоза, поэтому их также называют целлюлозными волокнами.

Волокна обычно связаны природным фенольным полимером, лигнином, который также часто присутствует в клеточной стенке волокна; таким образом, растительные волокна также часто называют лигноцеллюлозными волокнами, за исключением хлопка, который не содержит лигнин.

Целлюлоза — волокнистый материал растительного происхождения и основа всех натуральных и искусственных целлюлозных волокон. Натуральные целлюлозные волокна включают хлопок, лен, коноплю, джут и рами. Основным искусственным целлюлозным волокном является вискоза, волокно, получаемое путем регенерации растворенных форм целлюлозы.

Целлюлоза — это полимерный сахар (полисахарид), состоящий из повторяющихся звеньев 1,4-8-а-гидроглюкозы, связанных друг с другом 8-эфирными связями.

Длинные линейные цепи целлюлозы позволяют гидроксильным функциональным группам на каждой безводной глюкозной единице взаимодействовать с гидроксильными группами на соседних цепях посредством водородных связей и сил Ван-дер-Ваальса.Эти сильные межмолекулярные силы между цепями в сочетании с высокой линейностью молекулы целлюлозы объясняют кристаллическую природу целлюлозных волокон.

Семенные волокна

  1. Хлопок

    Хлопок — это наиболее часто используемое натуральное целлюлозное волокно. Волокна хлопка растут из семян в коробочке (семенной коробочке). Каждая коробочка содержит семь или восемь семян, и из каждого семени может вырасти до 20 000 волокон.

  2. Кокосовое волокно

    Кокосовое волокно — это волокнистая масса между внешней оболочкой и шелухой кокосовых орехов.Это жесткое волокно. Обычно из него делают очень прочные коврики, коврики и плитку для дома и улицы.

  3. Капок

    Волокно капока получают из семян Яванского или индийского дерева капок. Волокно мягкое, легкое и пустотелое. Он легко ломается, и его сложно прядить в пряжу. Используется как волокнистый наполнитель и как набивка для подушек. Раньше его использовали в качестве набивки для спасательных жилетов и матрасов на круизных лайнерах, потому что он очень плавучий.

  4. Молочай

    У молочая есть свойства, аналогичные свойствам капока.

Лубяные волокна

  1. Лен

    Лен — одно из старейших текстильных волокон, но его использование сократилось с момента изобретения силового прядения для хлопка. Льняная ткань — это лен, хотя слово лен сейчас часто используется для обозначения тканей для столов, постельных принадлежностей и ванн, изготовленных из других материалов.

  2. Рами

    Волокна Рами имеют длину от 4 до 6 дюймов. Волокна белее и мягче льна. Рами плохо удерживает красители, если не подвергается химической чистке.Ramie прочен на натуральное волокно, но ему не хватает упругости, эластичности и потенциала к удлинению. Устойчив к плесени, насекомым и усадке. Он используется для изготовления одежды, оконных украшений, веревок, бумаги, а также столового и постельного белья.

  3. Конопля

    Конопля похожа на лен. Волокна имеют длину от 3 до 15 футов. Производство конопли запрещено законом в США. Конопля оказывает незначительное воздействие на окружающую среду; не требует пестицидов. На том же участке земли он производит на 250% больше волокна, чем хлопок, и на 600% больше волокна, чем лен.Растения конопли можно использовать для извлечения цинка и ртути из почвы. Конопля используется для изготовления веревок, одежды и бумаги. Мошенники готовы платить завышенные цены за одежду из конопли, потому что она связана с растением марихуаны.

  4. Джут

    Джут — одно из самых дешевых текстильных волокон и одно из самых слабых целлюлозных волокон. Джут имеет плохую эластичность, удлинение, устойчивость к солнечному свету, плесени и стойкость цвета. Он используется для производства пакетов для сахара и кофе, ковровых покрытий, веревок и настенных покрытий.Мешковину делают из джута.

Листовые волокна

  1. Пинья

    Волокна пинья происходят из листьев ананаса. Из него делают легкие, прозрачные, жесткие ткани для одежды, сумок и столового белья. Также из него делают циновки.

  2. Abaca

    Абака принадлежит к семейству банановых деревьев. Волокна грубые и очень длинные (до 15 футов). Это прочное, долговечное и гибкое волокно, используемое для изготовления веревок, ковриков, скатертей, одежды и плетеной мебели.

Классификация растительных волокон

Растительные волокна классифицируются в соответствии с их источником в растениях следующим образом:

  1. Лубяные или стеблевые волокна, которые образуют волокнистые пучки во внутренней коре (флоэме или лубе) стеблей растений, часто называют мягкими волокнами для текстильных изделий
  2. Листовые волокна, которые проходят через листья однодольных растений, также называются твердыми волокнами.
  3. Волокна из семени, источник хлопка, который является важнейшим растительным волокном.Существует более 250 000 видов высших растений; однако только очень ограниченное количество видов использовалось в коммерческих целях (<0,1%).

Волокна лубяных и листовых волокон являются неотъемлемой частью структуры растения, обеспечивая прочность и поддержку. В лубяных волокнах волокна расположены рядом с внешней корой луба или флоэмы и служат для укрепления стеблей этих тростниковых растений.

Волокна расположены в прядях по длине стержня или между стыками.Чтобы отделить пряди, необходимо удалить связывающую их натуральную резинку. Эта операция называется вымачиванием (контролируемым гниением).

Для большинства применений, особенно для текстильных изделий, это длинное волокно композитного типа используется напрямую; однако, когда такие пряди волокон превращаются в целлюлозу химическим способом, прядь разбивается на гораздо более короткие и более тонкие волокна, окончательные волокна.

Длинные листовые волокна придают прочности листьям некоторых недревесных однодольных растений. Они проходят в продольном направлении на всю длину листа и утопают в тканях паренхиматозного характера.Волокна, расположенные ближе всего к поверхности листа, являются самыми прочными.

Волокна отделяются от пульпы путем соскабливания, потому что между волокном и пульпой мало связи; эта операция называется декортикацией. Пряди листовых волокон также имеют многоклеточную структуру.

Древние люди использовали веревки в рыболовстве, ловле и транспортировке, а также в тканях для одежды. Изготовление веревок и шнуров началось во времена палеолита, как видно на наскальных рисунках. Веревки, шнуры и ткани изготавливались из тростника и травы в Древнем Египте (400 г. до н.э.).Веревки, лодки, паруса и циновки были сделаны из волокон пальмовых листьев и стеблей папируса, а также поверхностей для письма, известных как папирус, из сердцевины.

Джут, лен, рами, осока, тростник и тростник издавна использовались для изготовления тканей и корзин. Джут выращивали в Индии в древние времена и использовали для прядения и ткачества. Считается, что первая настоящая бумага была сделана на юго-востоке Китая во втором веке нашей эры из старых тряпок (лубяных волокон) конопли и рами, а затем из лубяных волокон тутового дерева.

Мировые рынки растительных волокон в последние годы неуклонно сокращаются, в основном в результате замещения синтетическими материалами.

Джут традиционно является одним из основных лубяных волокон (тоннаж), продаваемых на мировом рынке; однако резкое сокращение экспорта джута Индией указывает на снижение рыночного спроса на это волокно, которое имеет жизненно важное значение для экономики Индии (Западная Бенгалия), Бангладеш и Пакистана.

Характеристики натурального целлюлозного волокна

Волокно Недвижимость

Рами — одна из старейших волокнистых культур, которая использовалась не менее шести тысяч лет.Он также известен как китайская трава.

  • Ramie требует химической обработки для удаления смолы с волокна.
  • Это тонкое впитывающее, быстросохнущее волокно, немного жесткое и обладает высоким естественным блеском.
  • Высота растения 2,5 м, прочность в восемь раз больше, чем у хлопка.

В зависимости от обработки, используемой для удаления волокон со стебля, конопля может быть кремово-белой, коричневой, серой, черной или зеленой.

  • Желтовато-коричневое волокно
  • Волокна конопли могут иметь длину от 3 до 15 футов по всей длине растения
  • Конопляное волокно характеризуется превосходной прочностью и долговечностью, устойчивостью к ультрафиолетовому излучению и плесени, удобством и хорошей впитываемостью.

Джут является одним из самых дешевых натуральных волокон и уступает только хлопку по объему производства и разнообразию использования. Волокна джута состоят в основном из целлюлозы и лигнина растительного сырья.

  • Джут — длинное, мягкое, блестящее растительное волокно, из которого можно прядать грубые прочные нити.
  • Таким образом, это лигноцеллюлозное волокно, которое частично представляет собой текстильное волокно, а частично — дерево.
  • Растение вырастает до 2,5 м в высоту, длина волокон около 2 м.
  • Обычно используется в геотекстиле.
  • Обладает хорошей устойчивостью к микроорганизмам и насекомым.
  • Обладает низкой прочностью во влажном состоянии, малым удлинением и недорогим в производстве.

Волокно, полученное механическим путем из сухой зрелой кокосовой шелухи после замачивания.

  • Это длинное, твердое и прочное волокно, но с меньшей мягкостью, меньшей водопоглощающей способностью и более коротким сроком службы, чем длинное моченное волокно.

Волокно капока — это шелковистое, похожее на хлопок вещество, которое окружает семена в стручках дерева сейба.

  • Он может выдерживать в воде вес, в 30 раз превышающий его собственный, и теряет лишь 10 процентов плавучести за 30-дневный период.
  • В восемь раз легче хлопка
  • Чрезвычайно используется в качестве теплоизолятора.
  • Он также легкий, не вызывает аллергии, нетоксичен, устойчив к гниению и не имеет запаха.
  • Поскольку он неэластичный и слишком хрупкий, его нельзя прядить.
  • Обладает выдающимися характеристиками легкости, водонепроницаемости, теплоизоляции и экологичности.

Целлюлозное волокно — обзор

13.3.1 Нановолокна целлюлозы

Целлюлозные волокна определяются как пучок микрофибрилл, в которых молекулы целлюлозы стабилизированы латерально за счет водородных связей между гидроксильными группами [29].Микрофибриллы состоят из кристаллической целлюлозы, соединенной аморфными участками, как показано на схеме на рисунке 13.3. Каждая микрофибрилла имеет диаметр от 2 до 10 нм и длину от 100 нм до нескольких микрометров, в зависимости от источника, из которого было извлечено волокно [30,31].

Рисунок 13.3. Схематическое изображение структуры целлюлозы: кристаллические области, соединенные с аморфными областями.

Адаптировано из [25].

В литературе термин «микрофибрилла», несмотря на приставку «микро», обычно используется для описания целлюлозных волокон диаметром 2–10 нм и длиной в несколько десятков микрометров.Такие термины, как нановолокно и нанофибрилла, также используются как синонимы микрофибриллы. Термин «микрофибриллированная целлюлоза» определяется как совокупность микрофибрилл целлюлозы, полученных в результате распада целлюлозных волокон. NCC или усы используются для определения кристаллической целлюлозы, которая имеет форму стержней диаметром от 2 до 20 нм и длиной от 100 до 600 нм [22,32].

Получение наноразмерных целлюлозных волокон и их применение в качестве армирующего материала для полимерных композитов в последние годы привлекло большое внимание из-за его свойств высокой прочности и подходящей жесткости в сочетании с низким весом и биоразлагаемостью, а также экологическими преимуществами, вытекающими из его свойств. используйте [22,31].

Выделение нановолокон целлюлозы из лигноцеллюлозных волокон может быть достигнуто с использованием различных процессов, таких как электроспиннинг [33–36], механический процесс [37], кислотный или ферментативный гидролиз [36,38–40], а также сочетание два или более из этих процессов [30].

В зависимости от метода, используемого для разрушения макроскопических волокон в нановолокнах, могут быть получены различные морфологии. Процесс кислотного гидролиза приводит к образованию агрегированной коллоидной суспензии с высокой кристалличностью и высокими пропорциями, называемой микрокристаллической целлюлозой (МКЦ).После кислотного гидролиза стадия обработки ультразвуком служит для разрушения агрегатов фибрилл с образованием NCC или нитевидных кристаллов. При использовании многократного механического сдвига получается микрофибриллированная целлюлоза, которая включает взаимосвязанные фибриллы и агрегированные фибриллы. Микрофибриллированная целлюлоза также может быть получена путем ферментативного гидролиза в сочетании с механическим сдвигом [36].

Для получения нитевидных кристаллов целлюлозы наиболее часто используемым методом является кислотный гидролиз сильными кислотами, такими как серная кислота (H 2 SO 4 ), соляная кислота (HCl) или их комбинация при различных концентрациях и времени реакции [25 , 41,42].

Первый этап получения наноцеллюлозы путем кислотного гидролиза представляет собой ряд процессов, известных как варка целлюлозы и отбеливание, которые включают изоляцию волокон от разрушения комплекса целлюлоза-лигнин-полиоз без разрушения фибрилл [22,23].

Один из наиболее распространенных процессов варки целлюлозы, это щелочная обработка, которая способствует частичному удалению аморфных компонентов, таких как гемицеллюлоза, лигнин, воски и масла, растворимые в щелочной среде, и, следовательно, уменьшает диаметр и степень агрегации волокна [43,44].Во время щелочной обработки группы ОН, присутствующие в целлюлозе, реагируют с гидроксидом натрия (NaOH) в соответствии со схемой, показанной на рисунке 13.4, и гидрофильные гидроксильные группы уменьшаются за счет повышения устойчивости волокна к влагопоглощению [43].

Рисунок 13.4. Схема реакции в процессе варки целлюлозных волокон с использованием щелочного раствора [43].

При щелочной обработке волокна набухают, и аморфные компоненты, растворимые в щелочном растворе, удаляются, оставляя фибриллы целлюлозы более рыхлыми, как это видно на диаграмме на Рисунке 13.5.

Рисунок 13.5. Схема типичной структуры целлюлозного волокна до и после щелочной обработки.

Адаптировано из [43].

Для производства целлюлозы в наномасштабе стадия варки необходима, потому что с удалением аморфных компонентов целлюлоза становится более открытой, что облегчает последующие обработки, а также кислотный гидролиз.

После процесса варки полученная пульпа обычно имеет желтоватый цвет, потому что не весь лигнин будет удален, и поэтому необходимо использовать отбеливающие средства [23].

Отбеливание — это химический процесс, применяемый к целлюлозным материалам для получения белизны. Эта обработка уменьшает или удаляет некоторые из аморфных компонентов, которые имеют хромофорные группы, которые придают волокнам желтоватый цвет [45]. При получении нановолокон целлюлозы отбеливающая обработка является важным этапом, поскольку основная цель состоит в том, чтобы атаковать и удалить лигнин, оставшийся после обработки целлюлозой [46].

Отбеливающую обработку можно проводить с помощью некоторых химических реагентов, таких как перекись водорода (H 2 O 2 ) [47,48], гипохлорит натрия (NaClO) [49], хлорит натрия (NaClO 2 ) [ 50], смесь азотной кислоты (HNO 3 ) и уксусной кислоты (CH 3 CO 2 H) [48] и другие.

В настоящее время из-за экологических проблем все чаще используются отбеливающие методы, не содержащие хлора, учитывая, что остаточные сточные воды после традиционных обработок содержат хлорорганические соединения с высокой токсичностью [51].

Обработка перекисью водорода привлекла внимание многих исследователей, поскольку она относительно проста и обеспечивает улучшение механических свойств волокна [44]. Во время обработки органические пероксиды имеют тенденцию разлагаться на свободные радикалы, которые вступают в реакцию с гидроксильными группами целлюлозы в соответствии со схемой на Рисунке 13.6.

Рисунок 13.6. Схема химической реакции с органическими пероксидами [44].

После обработок варкой и отбеливанием целлюлозные волокна получают с организованными участками (высококристаллическими) и неорганизованными участками (аморфными) [25,52].

Аморфные области целлюлозы имеют более низкую плотность по сравнению с кристаллическими областями, поэтому они более восприимчивы к действию кислоты во время процесса кислотного гидролиза, который разбивает структуру на отдельные кристаллиты, в то время как кристаллическая область остается нетронутой [25].

Условия гидролиза, такие как время реакции, соотношение кислота / пульпа и тип кислоты, напрямую влияют на поверхностную энергию нановолокон целлюлозы [53].

Используемая кислота влияет на свойства получаемых суспензий. При использовании соляной кислоты (HCl) в результате получается водный раствор с ограниченной дисперсией ЧПУ, которые имеют тенденцию к агрегации из-за водородных связей. С другой стороны, при использовании серной кислоты она реагирует с гидроксильными группами, образуя сложноэфирные сульфатные группы (Рисунок 13.7), которые имеют отрицательный заряд и вызывают электростатическое отталкивание между наночастицами, облегчая диспергирование. Однако в этом случае из-за наличия сульфатных групп термостабильность суспензий ниже, чем суспензий, полученных с соляной кислотой [54].

Рисунок 13.7. Цепь целлюлозы с присутствием сложноэфирно-сульфатных групп, добавленная при кислотном гидролизе серной кислотой [54].

В таблице 13.3 представлены некоторые из условий кислотного гидролиза, которые обычно используются многими авторами для получения нановолокон целлюлозы из различных натуральных волокон.

Таблица 13.3. Примеры параметров кислотного гидролиза, используемых для получения нановолокон целлюлозы

H 9024 2 4 /60% 5 60 2 SO 4 /64% 90s135
Кислота / концентрация (м / м) Волокно Волокно / кислота (г / мл) Время (мин.) Температура (° C ) Каталожные номера
H 2 SO 4 /60% Curaua 1/20 75 45 [52]
Листья Mengkuang 1/20 45 45 [55]
H 2 SO 4 /60% Хлопковый пух 38
60 45 [56]
H 2 SO 4 /64% Эвкалипт 1/9 25 45 2 SO 4 /64% Рисовая шелуха 1 / 8,75 30-180 25 [47]
H 2 SO 4 /64% Лен / МКЦ 1/20 50 [53]
H 2 SO 4 /64% Гороховая шелуха 1 / 8,33 0-1440 45 [58]
MCC 1 / 9,8 120 44 [59]
H 2 SO 4 /64% 1/30 30 e 40 40 [60]
H 2 SO 4 /64% Масляная пальма 1 / 8,75 60 [61]
H 2 SO 4 /65% Сизаль 1/20 40 50 [62]
H 2 SO 4 /65% Syngonanthus nitens ( capim dourado ) 1/20 60 50 2 SO 4 /65% Ramie 30 55 [39]
H 2 SO 4 /65% 40 50 [64]
H 2 SO 4 /65% кенаф 1/20 20-120 45 [65] H 2 SO 4 /6.5 M Цветной хлопок 1/20 75 45 [66]
HCl / 36,5% Curaua 1/20 75 45 52
HCl / 1 моль / л Хлопок 75 45 [67]
HCl / 1 N Пшеничная солома 1/10 300 300 300 [37]

МКЦ, микрокристаллическая целлюлоза.

Помимо условий кислотного гидролиза, морфология и размеры NCC также зависят от источника, из которого они были извлечены. Некоторые из основных методов, используемых при исследовании размера и / или морфологии этих нановолокон, — это динамическое рассеяние света (DLS), сканирующая электронная микроскопия с автоэмиссионной пушкой (FESEM), просвечивающая электронная микроскопия (TEM) и атомно-силовая микроскопия (AFM). ) [22,25,67,68,69].

В зависимости от техники, используемой для измерений, можно получить вариацию значений, как это наблюдалось в исследовании Мандала и Чакрабарти [68], в котором размеры нитевидных кристаллов целлюлозы из жмыха сахарного тростника были измерены с использованием трех различных методов АСМ: ТЕА и ДЛС (таблица 13.4).

Таблица 13.4. Размеры различных лигноцеллюлозных волокон

0 MET 0
Источник Обработка Длина (нм) Диаметр (нм) Метод Каталожные номера
Кислота гидролизное масло Кислота ТЭМ [70]
Сизаль Кислотный гидролиз 215 5 ТЭМ [71]
МЕТ МЕТАЛЛ. [72]
Соевая шелуха Механическая 20-120 MET [72]
Пшеничная солома Механическая [73]
Пальмовое масло Кислотный гидролиз & gt; 100 & lt; 10 MET [61]
Древесина Кислотный гидролиз 100-300 6 AFM [74]
Джутовый 9013 Кислотный гидролиз FESEM / AFM [75]
Жмых сахарного тростника Кислотный гидролиз 33-220 DLS [68]
Сахарный мешок для гидролиза AFM [68]
Жмых сахарного тростника Кислотный гидролиз 170 35 MET [68]
90id -100 DLS [76]

FESEM, растровая электронная микроскопия для автоэмиссионной пушки.

АСМ обычно обеспечивает более высокие значения диаметра из-за интерференции используемого зонда, который имеет размеры, близкие к диаметру анализируемых наночастиц. С другой стороны, у него нет ограничений по низкому контрасту и разрешению, как это представлено для электронной микроскопии [25]. Изображения, полученные с помощью ПЭМ, используются чаще всего из-за большей точности метода, который позволяет получать значения, наиболее близкие к фактическим.

DLS — один из самых популярных методов светорассеяния, поскольку он позволяет анализировать частицы размером менее 1 нм.При анализе нитевидных кристаллов целлюлозы DSL является дополнительным методом, поскольку он обеспечивает частотное распределение частиц по размерам и индекс полидисперсности образца [76].

Роза и сотрудники [77] получили CNC из кокосовых волокон с предварительной обработкой отбеливанием с последующим кислотным гидролизом с H 2 SO 4 64% при 45 ° C в течение 120, 150 и 180 мин. Полученные нанокристаллы имели диаметр около 5 нм и соотношение сторон от 35 до 41, в зависимости от условий использованной обработки.

Paakkö et al. [36] использовали комбинацию ферментативного гидролиза и механической обработки с гомогенизацией под высоким давлением, и NCC был получен из беленой древесной массы. Полученный водный гель охарактеризовали с помощью различных методов микроскопии, и было определено присутствие двух отдельных групп частиц с размерами от 10 до 20 нм и другой с размерами от 5 до 6 нм.

Chen et al. [69] индивидуализировали нановолокна целлюлозы из волокон древесины, бамбука и пшеничной соломы, используя химические процессы для удаления лигнина и гемицеллюлозы с последующим механическим процессом высокоинтенсивной обработки ультразвуком.Диаметры изолированных нановолокон после 30 мин обработки ультразвуком при 1000 Вт были получены из изображений FE-SEM. Поперечный размер нановолокон целлюлозы из древесины, бамбука и пшеничной соломы составлял 10-20 нм, 10-40 нм, 15-35 нм соответственно.

В таблице 13.4 представлены другие исследования, в которых были получены значения размеров усов, измеренные с помощью AFM, FE-SEM, TEM и / или DLS.

Примеры морфологии нановолокон, полученных из различных лигноцеллюлозных волокон и различных условий гидролиза, можно увидеть на Рисунке 13.8.

Рисунок 13.8. (а) МЕТ-изображения нановолокон хлопка, полученные с хлорноватистой кислотой [67]; (б) АСМ-изображения нановолокон рисовых сухарей, полученные с использованием серной кислоты [47]; (в) МЕТ-изображение ветвящихся нановолокон, полученных с использованием серной кислоты [81].

Морфология нитевидных кристаллов целлюлозы напрямую связана с аспектным отношением частиц, которые определяют ее классификацию как нитевидные кристаллы, то есть удлиненные частицы с высоким аспектным отношением (l / d).

Сходства и различия в композитных приложениях

Работа над композитами из целлюлозного волокна обычно строго делится на две отдельные области исследований в зависимости от происхождения волокна, то есть из древесины и из однолетних растений, представляющих две разные отрасли — лесное и сельское хозяйство. , соответственно.В данной статье проводится параллельная оценка древесных волокон и растительных волокон, чтобы выявить их сходство и различие в отношении их использования в качестве армирующих материалов в композитах, а также для обеспечения взаимной передачи знаний и технологий между двумя областями исследований. В статье дается введение в морфологию, химию и ультраструктуру волокон, моделирование механических свойств волокон, волоконные заготовки, доступные для изготовления композитов, типичные механические свойства композитов, моделирование механических свойств. с упором на композиты, имеющие случайную ориентацию волокон и значительную пористость, и, наконец, чувствительность композитов к влаге.Характеристики композитов из древесных и растительных волокон сравниваются с синтетическими стеклянными и углеродными волокнами, обычно используемыми для композитов, и обсуждаются преимущества и недостатки различных волокон.

1. Введение

Композиты на основе целлюлозных волокон древесины и растений представляют собой относительно новый и многообещающий класс композиционных материалов [1–4]. Они безвредны для окружающей среды и обладают хорошими техническими характеристиками. Для нескольких несущих нагрузок, где обычно используются композиты из стекловолокна или углеродного волокна, композиты из целлюлозного волокна могут быть достойной альтернативой.Это особенно актуально для приложений, в которых экологические преимущества (возобновляемость, способность к биологическому разложению) играют важную роль, а высокие механические свойства не являются основной мотивацией. За последнее десятилетие было собрано огромное количество научной литературы по целлюлозным волокнам для применения в композитах (например, см. Недавние обзоры [5–8]), хотя публикации, как правило, делятся на две отдельные области в зависимости от происхождения волокон. , то есть из древесины или однолетних растений.Причина этого разделения, возможно, заключается в том, что производители сырья ищут новые рынки для своих волокон (тяга к технологиям), а конечным потребителям (тяга рынка) еще предстоит использовать потенциал целлюлозных волокон, независимо от их происхождения. волокна. Производители сырья в данном случае, то есть лесное хозяйство для древесных волокон и сельское хозяйство для получения растительных волокон, разработали свои специальные технологии в цепочке создания стоимости для производства волокон в зависимости от традиционного использования волокон.Для производства древесных волокон были построены целлюлозные заводы, которые производят сырье для производства бумаги и картона. Что касается растительных волокон, текстильные технологии совершенствуются для производства пряжи и тканей. Ввиду того, что область исследований в области целлюлозных волокон смещается в сторону достижения технических требований конечных пользователей, а также довольно независимое существование сообществ исследователей древесных и растительных волокон, соответственно, эта статья была написана, чтобы пролить дополнительный свет на сходства и различия этих двух типов целлюлозных волокон (древесного и растительного происхождения) в отношении промышленного использования для производства композитов из целлюлозных волокон для структурного применения.Характеристики волокон также будут сравниваться с характеристиками основных современных конкурентов, то есть композитов, изготовленных из синтетических волокон, таких как стеклянные и углеродные волокна. Сходства и различия различных волокон для композитов будут обсуждаться в свете будущих возможностей в инженерных приложениях. Сближая дисциплины науки о древесине и растительном волокне, можно было бы надеяться на взаимную передачу знаний, поскольку эти две области исследований развивались довольно независимо и, таким образом, достигли разных уровней понимания в отношении различных аспектов, таких как методы описания. , обработка волокна, обработка преформ волокна и производство композитов.

Статья представляет собой введение в (i) морфологию, химию и ультраструктуру волокон, (ii) моделирование механических свойств волокон, (iii) заготовки волокон, доступные для производства композитов, (iv) типичные механические свойства композитов, (v) моделирование механических свойств композитов с особым акцентом на композитах, имеющих случайную ориентацию волокон и значительную пористость, и (vi) чувствительность композитов к влаге.Кроме того, приводятся примеры применения новых композитов, а затем рассматриваются будущие перспективы использования древесных и растительных волокон для производства композитов из целлюлозных нановолокон. Наконец, дается краткое описание различий и вытекающих из них преимуществ двух типов целлюлозных волокон, а именно древесных и растительных волокон, а также различия и вытекающие из этого преимущества целлюлозных волокон по сравнению с синтетическими волокнами.

2. Морфология, химия и ультраструктура волокон

Plantae — одно из пяти царств живых организмов, которое включает зеленые растения, то есть мхи, папоротники, голосеменные растения (например, мхи, папоротники, голосеменные).g., древесина хвойных пород) и покрытосеменных (например, лиственных и однолетних растений). Клетки зеленых растений окружены жесткой клеточной стенкой , , и это основная характеристика, отличающая их от клеток животных. В некоторых типах клеток клеточные стенки увеличены, чтобы иметь превосходные механические свойства, которые обеспечивают требуемые структурные характеристики растений. Размеры этих так называемых волокон различаются у разных растений, но их общая форма чаще всего имеет удлиненную длину в диапазоне 1–50 мм и диаметр в диапазоне 15–30 мкм м.С точки зрения композитного армирования волокна удобно сгруппировать по длине. (I) Короткие волокна (1–5 мм), обычно происходящие из пород древесины (например, ели, сосны, березы, эвкалипта) и обычно используемые для изготовления композитов с плоскими изотропными свойствами, то есть композитов с неспецифической (случайной) ориентацией волокон. (ii) Длинные волокна (5–50 мм), происходящие, как правило, из однолетних видов растений (например, лен, конопля, джут) и обычно используемые для изготовления композитов с анизотропными свойствами, то есть композитов с определенной ориентацией волокон.У живых зеленых растений, когда волокна полностью развиты, их внутриклеточные органеллы начинают дегенерировать, в результате чего волокна имеют пустую центральную полость, так называемый просвет. В древесных волокнах площадь просвета составляет от 20 до 70% площади поперечного сечения волокна [9]. Напротив, однолетние растительные волокна, такие как конопля и лен, имеют относительно меньшую площадь просвета в диапазоне 0–5% [3, 10].

Основным химическим компонентом клеточной стенки является целлюлоза, которая представляет собой неразветвленный полисахаридный полимер, состоящий из звеньев глюкозы.Для древесных волокон целлюлозная цепь имеет среднюю длину 5 мкм м, что соответствует степени полимеризации (т. Е. Единиц глюкозы) 10 000 [9]. Эта молекулярная линейность делает целлюлозу сильно анизотропной с теоретической жесткостью и прочностью около 130 и 15 ГПа, соответственно, в направлении цепи [11]. Цепи целлюлозы расположены параллельно, образуя пучки, которые обозначены микрофибриллами , . В некоторых областях микрофибрилл молекулы глюкозы целлюлозных цепей расположены в высокоупорядоченной кристаллической структуре.Двумя другими основными химическими составляющими клеточной стенки являются гемицеллюлоза и лигнин. Гемицеллюлоза — это гетерогенная группа полисахаридов, характеризующаяся тем, что они короткие и разветвленные. Лигнин — это сильно разветвленный полимер, состоящий из фенилпропановых звеньев, организованных в сложную трехмерную структуру. Помимо организации трех химических компонентов, структурная сложность клеточной стенки увеличивается за счет организации ряда слоев, различающихся углом между микрофибриллами целлюлозы и продольной осью волокна.Угол наклона микрофибрилл целлюлозы в различных слоях, помимо относительной толщины слоев, определяет общие механические характеристики волокон. Таким образом, в целом клеточная стенка древесины и растительных волокон по существу организована как композитный ламинат с рядом пластинок с по-разному ориентированными, жесткими и прочными микрофибриллами полукристаллической целлюлозы, встроенными в матрицу из гемицеллюлозы и лигнина.

В отличие от целлюлозных волокон синтетические волокна, которые традиционно используются для армирования композитов, таких как стеклянные и углеродные волокна, являются монолитными и имеют гораздо более простую ультраструктуру.Стекловолокно в основном состоит из молекул оксида кремния, организованных в аморфную конфигурацию. Углеродные волокна состоят из атомов углерода в графитовых слоях, которые организованы в пакетную турбостратную конфигурацию.

В таблице 1 приведены ключевые числа химического состава и ультраструктуры целлюлозных волокон. Содержание целлюлозы в необработанном волокне находится в диапазоне 40–50% мас. Для древесных волокон и в диапазоне 60–70% мас. / Мас. Для растительных волокон. Соответственно, содержание гемицеллюлозы и лигнина в древесных волокнах выше, и это особенно верно для лигнина, содержание которого в древесных волокнах составляет около 30 мас.% По сравнению с только примерно 5 мас.% В растительных волокнах.Химический состав древесных и растительных волокон явно отличается друг от друга. Кроме того, древесные волокна демонстрируют более низкую степень кристалличности целлюлозы, чем растительные волокна, с типичными значениями в диапазонах 55–70 и 90–95% соответственно. Угол микрофибрилл в древесных волокнах варьируется в диапазоне 3–50 ° в зависимости от типа и расположения волокон в древесине (например, поздняя и ранняя древесина) [12], тогда как угол микрофибрилл в растительных волокнах более постоянен в диапазон 6–10 ° [13].

  • 9013 902
  • 908 909 9013 908 9013 908 9020 908 909 909 909 9020 909 909

    9013 909 9013 909

  • 9013 909
  • 9013 909 9020
  • 90 920 9020 [29] 9020 текстиль (текстиль) Обработка эффект обработки по химическому составу волокон приведена в таблице 1.Как правило, как для древесных, так и для растительных волокон содержание целлюлозы увеличивается после обработки за счет удаления нецеллюлозных остатков волокон (например, пектинов и восков). Эффект технологической обработки наиболее отчетливо виден для сильно обработанных текстильных волокон конопли в исследовании Madsen et al. [14], где содержание целлюлозы достигло 91% мас. / Мас.

    Влияние условий выращивания и обработки на химический состав и ультраструктуру целлюлозных волокон обычно приводит к волокнам с более разнообразными свойствами, чем у синтетических волокон.Это часто считается одним из основных недостатков использования целлюлозных волокон для армирования композитов. Однако считается, что это беспокойство вызвано общей неопределенностью в отношении причин вариабельности свойств и отсутствием системы классификации качества целлюлозных волокон, например, аналогичной системе, существующей для классификации твердых волокон. древесина. Следует также отметить, что вариабельность механических свойств волокон может положительно влиять на чувствительность к надрезам и трещиностойкость композитов [15, 16].

    3. Моделирование механических свойств волокон

    Микромеханические модели могут быть полезны для понимания того, как химический состав и ультраструктура целлюлозных волокон влияют на их механические свойства. С геометрической точки зрения клеточная стенка в целлюлозных волокнах может быть аппроксимирована слоями концентрических цилиндрических оболочек. На рисунке 1 показана такая идеализированная геометрия волокна. Резюме того, как ультраструктурные особенности клеточной стенки влияют на механические свойства волокон, были составлены Neagu et al.[17], Салмен и Бургерт [18] и Салмен [19].


    В принципе, наиболее важными механическими свойствами волокон при использовании в композитах являются жесткость и прочность в осевом направлении, то есть в направлении длины волокна. Предполагается, что именно в этом направлении волокна несут нагрузку при использовании в композитах. В случае целлюлозных волокон ключевые ультраструктурные особенности, которые влияют на осевые механические свойства волокон, следующие: (i) Размер просвета . Только стенка ячейки несет нагрузку, то есть механические свойства волокна пропорциональны площади поперечного сечения стенки ячейки. Чем больше относительный размер просвета, тем ниже жесткость и прочность волокон. (Ii) Содержание целлюлозы. В исследовании Thygesen et al. [20] было обнаружено, что увеличение содержания целлюлозы в волокнах хорошо коррелирует с увеличением их жесткости и прочности. Кроме того, известно, что кристалличность целлюлозы и соотношение размеров кристаллитов влияют на жесткость клеточной стенки в направлении микрофибрилл (например,г., [21]). (iii) Угол микрофибриллы . С помощью классической теории ламината (вращение ортотропной пластины в плоскости) можно продемонстрировать, что эффективные упругие свойства волокон в осевом направлении зависят от локальной жесткости в направлении микрофибрилл, умноженной на cos 4 , где — угол микрофибриллы. Таким образом, жесткость (и прочность) волокна очень чувствительна к углу наклона микроволокон, даже если механические свойства в направлении микроволокон постоянны.Эта тенденция также отражается в более точных и подробных микромеханических моделях (например, в исследовании Hofstetter et al. [22]). Малый угол микрофибрилл растительных волокон делает их сильно анизотропными (что также относится к синтетическим углеродным волокнам, но не к стекловолокнам), и это приводит к относительно низким поперечным механическим свойствам.

    Из трех вышеупомянутых ультраструктурных особенностей наиболее важным фактором, который необходимо учитывать при моделировании механических свойств волокон, является, вероятно, угол микрофибрилл, поскольку просветы волокон могут либо сплющиваться (как для ранней древесины в волокнах, подвергнутых химической пульверизации). или заполнены смолой с низкой вязкостью во время производства композитов, а содержание целлюлозы является внутренним свойством, которое примерно постоянно для растительных волокон и постоянное, хотя и более низкое, для древесных волокон (см.Таблица 1). Зависимость жесткости волокна от угла микрофибриллы является хорошо известным эффектом (например, [23]) и может быть описана классической теорией ламината [24].

    4. Преформы из волокон

    Типы преформ из целлюлозных волокон, которые будут использоваться для производства композитов, в принципе идентичны преформам для синтетических волокон, хотя необходимо учитывать некоторые конкретные характеристики. Ниже приведены подробные сведения о преформах из дерева и растительных волокон.

    4.1. Преформы из древесного волокна

    Древесные волокна доступны по низкой цене в виде целлюлозных волокон (рис. 2 (а)). Они используются для изготовления бумажных листов или картона для упаковки. Одним из способов изготовления композитов на основе древесных волокон является использование таких волокнистых матов (рис. 2 (b)), которые можно пропитать, например, с использованием метода литья с переносом смолы (например, [46]). Вязкая термореактивная смола пропитывает закрытый мат из древесных волокон с помощью сосуда под давлением, прикрепленного к входному отверстию формы, а иногда также с помощью вакуумного всасывания на выходе.Этот метод производства подходит только для смол с низкой вязкостью, обычно термореактивных. Термопласты обычно имеют высокую вязкость в расплавленном состоянии, и формование с переносом смолы не подходит, поскольку время пропитки было бы слишком большим или требуемое высокое давление могло бы вызвать сильную деформацию волокнистого мата. Вместо этого можно рекомендовать смешанную технологию. Используя бумагоделательные машины, например, так называемые французские или финские листоформовщики в лабораторных масштабах, можно производить маты, состоящие из смешанных волокон древесной пульпы и термопластичных волокон (например.г., [46]). Термопластические волокна предпочтительно должны иметь такие же размеры, как и волокна пульпы, чтобы иметь примерно такие же гидродинамические свойства во время процесса формирования, что способствует эффективному смешиванию. Термопластические волокна могут быть спрядены до диаметра около 30 мкм м и нарезаны до длины примерно 3 мм (аналогично размерам волокон целлюлозы). Когда мат из смешанных волокон высохнет, его можно поместить в горячий пресс, и можно будет формовать композитные компоненты.Этот метод не ограничивается только плоскими пластинами для испытаний материалов, но также может изготавливаться сложные детали с двойной кривизной [47].

    Бумажная промышленность включает в себя огромную инфраструктуру для производства матов из древесного волокна. Предполагаемые объемы таких волокнистых преформ для применения в композитах чрезвычайно малы по сравнению с объемами производства обычной бумаги и картона. Тем не менее, есть возможность использовать накопленный опыт и использовать небольшие бумажные фабрики для производства композитных преформ.В лабораторном масштабе используются два основных метода имитации процесса производства бумаги. Наиболее распространены листы, полученные путем динамического формования листов и обычные листы. При динамическом формовании листа струя волокнистой суспензии направляется к вращающемуся проволочному барабану [48]. Волокна осаждаются на проволоке, а вода проходит через проволоку. В зависимости от разницы скоростей струи и проволоки волокна будут ориентироваться в продольном направлении (по окружности вращающегося барабана).Затем может быть получен анизотропный лист с характеристиками, аналогичными тем, которые производятся на бумажных фабриках, где волокна предпочтительно ориентированы в продольном направлении по сравнению с поперечным направлением. В листах для рук волокна смешаны с водой в большом контейнере. Вода резко выпускается на дно емкости, и волокна откладываются на плоской проволоке внизу. В этом случае волокна преимущественно беспорядочно ориентированы в плоскости. Таким образом, основное различие между листами, которые формируются с использованием динамического формирователя листов, и ручных листов заключается в том, что первые, как правило, анизотропны в плоскости, а вторые изотропны в плоскости.

    4.2. Преформы из растительного волокна

    Типы преформ из растительного волокна, доступных для композитов, показаны на рисунке 3. Ниже приводится описание их обработки и характеристики.


    После того, как волокна были извлечены из растений с помощью процесса вымачивания с последующим рядом механических процессов, волокна могут быть преобразованы в нетканые маты с помощью методов воздушной укладки и иглопробивки [49] . Ориентация волокон в нетканых матах номинально в плоскости случайна, но они могут показывать предпочтительную ориентацию волокон в машинном направлении [50].В качестве альтернативы, волокна могут быть преобразованы в непрерывную пряжу с использованием различных методов прядения, таких как кольцевое прядение, роторное прядение, оберточное прядение и воздушно-струйное прядение [51]. Кольцевое прядение — самый распространенный метод. Во время прядения непрерывный пучок почти параллельных волокон (так называемая лента) скручивается так, что волокна принимают спиралевидную конфигурацию. Влияние угла закручивания волокна на механические свойства композитов рассматривалось в нескольких исследованиях [52–54].Кроме того, площадь поперечного сечения пряжи (которая косвенно определяется ее линейной плотностью, выраженной в единицах г / 1000 м) и степень уплотнения пряжи являются другими важными характеристиками пряжи, которые, однако, получили ограниченное внимание в перспективе. композитной арматуры [14]. Можно предположить, что степень уплотнения пряжи коррелирует с проницаемостью пряжи для пропитки матрицы во время изготовления композитов. Необходимы дополнительные исследования для улучшения понимания взаимосвязи между различными структурными характеристиками пряжи из растительных волокон и механическими характеристиками пряжи в композитах.

    Преформы пряжи из растительных волокон могут использоваться непосредственно для производства композитов путем наматывания смешанных нитей вместе с термопластичной нитью с последующим прессованием [41], или пряжа может использоваться для изготовления преформ тканых и не гофрированных материалов. . Ткани изготавливаются с различными узорами плетения, такими как полотняное, саржевое и атласное переплетение, в которых пряжа по-разному переплетена в двух основных, ортогональных и плоских направлениях. Пряжа в двух направлениях может иметь разную линейную плотность, и их можно размещать на разном расстоянии друг от друга.Ткани предлагают возможность иметь плоскую конфигурацию пряжи в двух измерениях, разработанную для соответствия профилю нагрузки данного композитного приложения. Ткани из льняных, джутовых и хлопковых волокон широко доступны, но чаще всего они предназначены для текстильных приложений, а не для композитных материалов. Ткани без обжима состоят из нитей, которые не скрепляются друг с другом путем вплетения, а сшиваются вместе тонкими и гибкими нитями (обычно из термопластичного полиэстера).Это означает, что пряжа полностью растянута; то есть у них нет обжима, так как они не должны переходить друг под друга. Отдельные слои параллельных нитей, удерживаемые вместе поперечно направленными сшивающими нитями, обозначаются одноосными неотжимными тканями. Такие одноосные слои укладываются и сшиваются вместе для образования двухосных или многоосных не гофрированных тканей с определенной плоской ориентацией пряжи, например, ± 45 °, 0 ° / 90 ° и 0 ° / + 45 ° / -45 ° / 90 °. . В последнее время ряд европейских компаний приступили к производству не гофрированных тканей из льняных волокон.Таким образом, впервые в продаже появились ткани из растительных волокон, специально предназначенные для композитов.

    5. Механические свойства композитов

    Механические свойства композитов из древесных и растительных волокон подробно охарактеризованы и проанализированы. Однако были охарактеризованы в основном свойства при растяжении, а также свойства изгиба и в некоторой степени также свойства удара, поскольку их относительно легко измерить, и они обычно используются для тестирования различных материалов в процессе разработки материалов.Другие более сложные механические свойства, такие как усталость [55–58] и ползучесть [59], изучены в меньшей степени.

    В Таблице 2 представлены типичные значения характеристик растяжения (жесткости и прочности) композитов из древесного и растительного волокна, а также значения для композитов из стекловолокна и углеродного волокна. Замечательно высокая жесткость и прочность на 26 ГПа и 247 МПа соответственно для фенолформальдегидных композитов, пропитанных крафт-бумагой [34], до сих пор не были достигнуты для древесноволокнистых композитов.Эти материалы были разработаны во время Второй мировой войны для использования в обшивке крыльев самолетов. Помимо этих экстремальных результатов Кокса и Пеппера [34], можно заметить, что композиты из целлюлозных волокон (как древесных, так и растительных волокон) с номинальной произвольной ориентацией волокон в плоскости, изготовленные с использованием преформ из рыхлых волокон, бумаги и нетканые маты, обладают умеренными растягивающими свойствами с жесткостью в диапазоне 4–8 ГПа и прочностью в диапазоне 30–60 МПа. Что касается композитов из стекловолокна с аналогичной случайной ориентацией волокон в плоскости, демонстрирующих жесткость в диапазоне 5–7 ГПа и прочность в диапазоне 80–100 МПа, композиты из целлюлозного волокна в целом демонстрируют сравнимую жесткость и несколько меньшую прочность. .Хорошо известно, что можно использовать различные химические подходы для управления межфазным соединением с целью повышения прочности композитов из целлюлозных волокон. Ацетилирование — это один из видов обработки поверхности, который можно использовать для уменьшения полярности волокон, делая их более совместимыми с (обычно) неполярной матрицей [60]. Также связующие агенты, такие как малеиновый ангидрид, могут использоваться для образования ковалентных связей между волокнами и матрицей [61]. В исследовании Clemons [30] (Таблица 2) было показано, что прочность композитов древесное волокно / ПП увеличилась с 28 до 52 МПа при использовании малеинового ангидрида в качестве связующего агента, тогда как жесткость не показала никаких изменений.Аналогичное значительное увеличение прочности с 40 до 60 МПа было обнаружено при исследовании композитов джутовое волокно / полипропилен Андерсеном и Плакеттом [37].


    Химический состав Ультраструктура Каталожный номер
    Целлюлоза
    (мас.%)
    Гемицеллюлоза
    (мас.%)
    Лигнин
    (мас.%)
    Угол микрофибриллы
    (в градусах)
    9 Целлюлоза (в градусах) w / w)

    Древесное волокно
    Ель Сосна [26]
    Сосна (крафт-целлюлоза) [28]
    Бальза [26]
    Береза ​​ [26]
    Тополь 9 9 9 9
    Мягкая древесина 3–50 [12]
    Растительные волокна [25]
    Конопля [29]
    [20]
    Конопля (трепанная) [29]
    Лен (хлопчатобумажный) [29]
    [14]
    Пенька и лен 6–10 [13]


    Содержание волокна

    (% об. / Об.)
    Свойства при растяжении Каталожный номер
    Жесткость (GP820)

    Композиты из древесного волокна
    Древесная масса / полипропилен 1 ; RD [30]
    Опилки эвкалипта / UP 1 ; RD [31]
    Крафт + TMP / PP; RD [32]
    Сульфитная пульпа / ПП 1 ; RD [33]
    Крафт / ПФ — бумага; РД 72 а 26.2 247 [34]
    Крафт / ПФ — бумага; РД 72 b 11,7 156 [34]
    Композиты из растительных волокон
    Лен / крахмал — рыхлые волокна 1 ; RD [35]
    Джут / ПП — нетканый мат; RD [36]
    Джут / ПП — нетканый мат; RD [37]
    Лен / PLA — ткань без обжима; UD [38]
    Лен / эпоксидная смола — не гофрированная ткань; UD [39]
    Лен / эпоксидная пряжа 2 ; UD [40]
    Лен / ПЭТ — пряжа 2 ; UD [41]
    Композиты из стекловолокна
    Стекло / ПП — свободные волокна 1 ; RD [42]
    Стекло / ПП — мат из рубленых прядей; RD [44]
    Стекло / эпоксидная смола — ровинг; UD [45]
    Стекло / ПП — ровинг 2 ; UD [43]
    Композиты из углеродного волокна
    Углерод c / эпоксидная смола — ровинг UD Вычислено
    Углерод d / эпоксидная смола — ровинг; UD Расчетный

    Литье под давлением; 2 витая намотка.
    a Машинное направление; b поперечное направление; c высокомодульные волокна; d высокопрочные волокна.

    При использовании преформ с номинально однонаправленными волокнами, таких как пряжа и не гофрированные ткани, свойства при растяжении композитов заметно повышаются при жесткости в диапазоне 20–32 ГПа и прочности в диапазоне 130–340 МПа. (Таблица 2). Кроме того, по сравнению с композитами со случайной ориентацией волокон в плоскости, объемное содержание волокна в однонаправленных композитах в целом выше (до 50–55%) [62].Это связано с лучшей упаковочной способностью выровненных волокон по сравнению с произвольно ориентированными волокнами. Однако по сравнению с синтетическими волокнами сборки из целлюлозных волокон обычно имеют более низкую упаковочную способность [63], что означает, что максимальное объемное содержание волокна обычно ниже в композитах из целлюлозных волокон. Это часть объяснения более низкой жесткости однонаправленных композитов из целлюлозного волокна по сравнению со стекловолоконными композитами со значениями примерно 30 и 45 ГПа соответственно.Жесткость целлюлозных волокон в композитах оценивается в диапазоне 20–90 ГПа [41], что для целлюлозных волокон наилучшего качества сопоставимо со стеклянными волокнами с жесткостью в диапазоне 70–87 ГПа [45]. Что касается прочности, однонаправленные композиты из целлюлозного волокна показывают радикально более низкие значения — около 300 МПа по сравнению с около 1000 МПа для композитов из стекловолокна. Объяснение низкой прочности однонаправленных композитов из целлюлозного волокна в настоящее время не известно, однако ожидается, что дефекты волокна, которые вносятся в волокна во время их обработки, играют большую роль [64].

    Свойства при растяжении в таблице 2 хорошо иллюстрируют текущее состояние композитов из целлюлозного волокна, где жесткость приемлема и сопоставима с композитами из стекловолокна, но прочность требует улучшения. Из-за низкой плотности целлюлозных волокон особые механические свойства композитов из целлюлозного волокна особенно конкурентоспособны по сравнению с композитами из стекловолокна. Кроме того, если эти конкретные свойства нормализовать по стоимости, композиты из целлюлозного волокна также хорошо сравниваются с композитами из углеродного волокна.Другими словами, для приложений большого объема, где вес является проблемой, например, при упаковке и транспортировке, композиты из целлюлозного волокна, вероятно, будут основными конкурирующими материалами.

    6. Моделирование механических свойств композитов

    Для композитных материалов количественная связь между микроструктурой и механическими свойствами обычно называется микромеханикой, и это было предметом обширных исследований для высокоэффективных композитов. Микромеханические модели, разработанные для этих материалов, обычно применимы также для композитов из целлюлозных волокон с некоторыми модификациями, учитывающими особенности целлюлозных волокон.Безусловно, наибольшее внимание привлекла связь между микроструктурой и упругими свойствами. Жесткость является одним из важнейших параметров конструкции, и она также поддается моделированию, поскольку жесткость представляет собой среднее общее свойство, в отличие от прочности, которая обычно контролируется локально самыми большими дефектами в материалах.

    6.1. Композиты со случайной ориентацией волокон

    Композиты со случайным распределением ориентации волокон в плоскости, которое обычно имеет место для композитов из древесных волокон, можно рассматривать как набор однонаправленных слоев, где относительная толщина каждого слоя определяется по волокну. распределение ориентации.Это известно как аналогия ламината, где классическая механика ламината может использоваться для соотнесения упругих свойств гипотетического однонаправленного слоя с характеристиками композитной пластины. Аналогия с ламинатом схематически проиллюстрирована на рисунке 4. Предполагается, что распределение ориентации волокон является симметричным, что обычно имеет место для матов из древесного волокна, изготовленных с помощью традиционных методов влажного формования [65]. Это означает, что материалы глобально ортотропны, а глобальная матрица жесткости может быть описана пятью упругими константами, а именно продольным и поперечным модулями Юнга, большим и второстепенным коэффициентами Пуассона и модулем сдвига.Компоненты в глобальной матрице жесткости могут быть определены путем стандартизованного макроскопического тестирования, а распределение ориентации волокон может быть найдено путем анализа изображений сканированных участков волокнистого мата [66].


    Волокна целлюлозы из мягкой древесины имеют коэффициент формы около 100 [67]. С механической точки зрения эти волокна можно рассматривать как непрерывные, то есть имеющие бесконечную длину, поскольку неэффективные длины вблизи концов волокна относительно малы, как это может быть рассчитано с помощью теорий сдвига и запаздывания [68, 69].Вклад древесных волокон в жесткость однонаправленных слоев в аналогии ламината затем может быть описан простыми механическими моделями, такими как модель правила смесей для продольных упругих свойств и модель Халпина-Цая для поперечных упругих свойств и свойств сдвига ( например, [70]). Для внеосевых свойств более точной является модель концентрического цилиндра Хашина [71]. Последняя модель использовалась Neagu et al. [72] для обратного расчета жесткости древесных волокон на основе измеренной жесткости композитов и, таким образом, ранжирования различных химических обработок древесных волокон с точки зрения их эффективности армирования в композитах.Пример показан на рисунке 5, где показано влияние отбеливания и остаточного лигнина (характеризуемого числом Каппа) на определяющую жесткость волокна. Это служит иллюстрацией того, как микромеханический подход может быть использован для поиска оптимального уровня отбеливания независимо от содержания волокна и ориентации волокон в композитах. Эти последние два параметра могут быть трудно воспроизводимыми при производстве композитов.


    6.2. Композиты с незначительным содержанием пористости

    В композитах с целлюлозным волокном пористость обычно вносит заметный вклад в общий объем композита с содержанием пористости до 10% [62].Напротив, в композитах из стекла и углеродного волокна накоплен значительный объем знаний о снижении содержания пористости ниже 1% [73]. В целом в композитах из целлюлозного волокна пористостью, как правило, нельзя пренебрегать, и ее следует учитывать при оценке характеристик композитов.

    На рисунке 6 показаны примеры трех типов пористости, которые обычно можно найти в композитах из целлюлозного волокна: пористость просвета волокна, пористость на границе раздела и пористость пропитки. В исследовании Madsen et al.[62], содержание пористости коррелирует с содержанием волокна и матрицы, и представлена ​​модель численной корреляции между массовым и массовым содержанием компонентов композита. Входными параметрами являются (i) плотность волокон и матрицы, которая может быть измерена методами пикнометрии и плавучести, (ii) ряд эмпирических констант пористости, которые могут быть измерены по изображениям композитных микроструктур, и (iii) максимально достижимая объемная доля волокна, которую можно определить по характеристикам уплотнения волоконной сборки.Модель предсказывает объемные доли волокон, матрицы и пористости как функцию массовой доли волокна. Модель применима к композитам в целом, но особенно актуальна для композитов с относительно высокой пористостью, что обычно характерно для композитов из целлюлозного волокна.

    На рис. 7 (а) показаны экспериментальные данные и модельные прогнозы объемного состава ряда однонаправленных композитов из льняного волокна / термопластичной матрицы с переменными весовыми долями волокон.Объемные доли волокон и пористость увеличиваются в зависимости от массовой доли волокна до определенного значения, при котором после того, как объемная доля волокна становится постоянной, пористость начинает увеличиваться более резко. Массовая доля переходного волокна составляет 0,61. Таким образом, данные композиты должны производиться с массовой долей волокна 0,61, чтобы иметь наилучшее возможное сочетание высокой объемной доли волокна и низкой пористости, и, как будет показано далее, это приводит к композитам с максимально достижимой жесткостью при растяжении.

    Прогнозы объемного состава композитов могут быть интегрированы с микромеханическими моделями. Это было сделано в исследовании Madsen et al. [74], применяя правило модели смесей для жесткости композитов. Использовалась модифицированная версия модели, в которой был учтен эффект пористости, определяющий концентрацию напряжений в композитах. На рисунке 7 (b) показаны экспериментальные данные и модельные прогнозы жесткости однонаправленных композитов из льняного волокна / термопластичной матрицы.Жесткость монотонно увеличивается в зависимости от массовой доли волокна до определенного значения, после которого она начинает уменьшаться. Весовая доля переходного волокна составляет 0,61 (т.е. значение, определенное при моделировании объемного состава композитов), и здесь композиты показывают максимально достижимую жесткость около 35 ГПа. Он демонстрирует, что модели могут использоваться в качестве руководства для проектирования композитов с существенной пористостью, таких как композиты из целлюлозного волокна, для получения оптимального объемного состава, ведущего к оптимальным механическим характеристикам.

    7. Чувствительность композитов к влаге

    По сравнению с композитами с обычными волокнами, ахиллесова пята композитов из целлюлозных волокон заключается в их способности впитывать влагу, что приводит к набуханию, нестабильности размеров и потенциальному ухудшению механических свойств. Гидрофильность волокон обусловлена ​​обилием доступных гидроксильных групп в гемицеллюлозе, в аморфной целлюлозе и на поверхности кристаллитов целлюлозы. Для конструкционных материалов чувствительность к влаге обычно считается недостатком, и ее следует по возможности снизить.Для композитов из целлюлозных волокон это может быть сделано путем сшивания полимеров клеточной стенки в волокнах [76], использования жесткой и гидрофобной матрицы [77] и использования влагонепроницаемого покрытия [78].

    То, как набухание волокон влияет на стабильность размеров композитов, сложно из-за нерегулярной микроструктуры сборки волокон. Одним из способов изолировать гигрорасширение волокон и количественно оценить его вклад в гигрорасширение композитов является использование микромеханических моделей.Они аналогичны моделям, главным образом разработанным для теплового расширения и остаточных напряжений в композитах с керамической матрицей. Тепловое расширение и гигрорасширение регулируются одними и теми же физическими уравнениями, в которых термическая и гигральная деформации определяются температурой и влажностью, соответственно. Микромеханические модели гигрорасширения композитов включают также параметры упругих свойств волокон и составляющих матрицы. В исследовании Neagu et al. [48], измерения скручивания полос композитов из древесного волокна и матов из древесного волокна были использованы для определения коэффициента поперечного гигрорасширения древесных волокон, равного приблизительно 0.10 деформаций на относительную влажность. Это согласуется с немногочисленными литературными данными о гигрорасширении целлюлозных волокон [79].

    В исследовании Madsen et al. [80] при гигрорасширении однонаправленных композитов пеньковое волокно / термопластичная матрица, изменения размеров, как было обнаружено, хорошо коррелировали с объемной долей волокна. Выбранные результаты показаны на фиг. 8. При использовании эталонной влажности 65% относительной влажности было обнаружено, что поперечное гигрорасширение составило 0.9% и 3,3% при относительной влажности 85 и 100% соответственно для композитов с максимальной объемной долей волокна 0,43. Гигрорасширение в продольном направлении оказалось низким и слегка отрицательным, что предположительно связано с релаксацией остаточных напряжений растяжения в матрице, вызванной влагой. На рисунке видно, что экспериментальные точки данных хорошо моделируются линиями микромеханической модели.


    Стеклянные и углеродные волокна не впитывают влагу, хотя стеклянные волокна чувствительны к коррозии под воздействием окружающей среды в присутствии влаги и растягивающего напряжения [81].Чувствительность к влаге у древесных волокон выше, чем у растительных волокон, поскольку первые содержат большее относительное количество гемицеллюлозы, которая является наиболее гидрофильным полимером в клеточной стенке.

    8. Применение композитов

    В Европе композиты из целлюлозного волокна в основном используются в автомобильной промышленности. Применяемые волокнистые преформы представляют собой рыхлые волокна, используемые для технологий литья под давлением, и нетканые маты, используемые для методов компрессионного формования. Из-за номинальной случайной ориентации волокон в этих композитах они обладают только умеренными механическими свойствами (см. Таблицу 2), но это, тем не менее, делает их хорошо подходящими для использования в неструктурных компонентах, таких как дверные накладки, подкладки для багажников и полки для пакетов.Низкие цены на рыхлые волокна и нетканые маты из целлюлозных волокон по сравнению с их синтетическими аналогами создают сильную мотивацию для использования этих двух преформ в автомобильной промышленности. За пределами Европы использование неструктурных компонентов на основе целлюлозных волокон более распространено, и древесные волокна являются гораздо более предпочтительным типом волокон. В Северной Америке основными приложениями являются строительные компоненты, такие как настилы, оконные профили и полы.

    Недавно, в контексте исследовательских и опытно-конструкторских проектов, был проведен ряд демонстраций, демонстрирующих хороший потенциал композитов из целлюлозного волокна в новых областях применения (см. Рисунок 9).(i) Скульптура , представленная в Музее современного искусства Луизианы, Дания, специальная выставка «Зеленая архитектура для будущего», победитель премии JEC за инновации 2010 года, совместное предприятие 20 компаний, координируемое 3XN Architects, Дания. (ii) Колесный диск , проект 7-й рамочной программы ЕС , NATEX (2008–2012 гг.). (iii) Стул для детей, разработанный научно-исследовательским институтом Innventia AB совместно с целлюлозной промышленностью и архитекторами, представленный на Миланской мебельной ярмарке. 2009 г.(iv) Панели двойной кривизны , разработанные М. Ларсеном и К.Р. Nielsen, выставленный на «Klimaforum09 / Ideas at work» в связи с COP15, Копенгаген, 2009 г., и на выставке JEC 2010. (v) Малая лопасть ротора для использования в ветряной машине, проект 7-й рамочной программы ЕС , ВУДИ (2009–2012). (vi) Выставочные стенды в Шведском морском историческом музее в Стокгольме, Швеция, проект 7-й рамочной программы ЕС, WOODY (2009–2012).


    9.Перспективы на будущее: композиты с нановолокном

    В последние годы значительное внимание было направлено на композиты, изготовленные из нановолокон целлюлозы (например, [82]). Как уже было описано, клеточная стенка древесных и растительных волокон структурирована как композит с микрофибриллами целлюлозы, встроенными в матрицу из гемицеллюлозы и лигнина. Микрофибриллы целлюлозы имеют поперечные размеры в диапазоне 10–100 нм и осевые размеры в диапазоне микрометров, и поэтому они подходят в качестве армирования в композитах из нановолокон.Идея состоит в том, чтобы добиться значительных улучшений технических свойств с добавлением нановолокон по сравнению с волокнами микрометрового диапазона. Это можно объяснить высокой удельной поверхностью наноразмерных волокон, которая влияет на свойства окружающей матрицы. Успех композитов из нановолокон особенно очевиден, если учитывать лишь незначительное добавление волокон и при этом сохраняется дисперсность нановолокон.

    Композиты на основе углеродных нанотрубок в течение относительно долгого времени были очень многообещающими, но еще не нашли широкого применения [83].Разница между нановолокнами целлюлозы и углеродными нанотрубками заключается в способности нановолокон целлюлозы связываться друг с другом посредством водородных связей, в то время как поверхность углеродных нанотрубок химически инертна. Нановолокна целлюлозы могут образовывать очень прочную сетку и, кроме того, хорошо связываться с материалами полимерной матрицы с полярными группами. Однако это также приводит к трудностям обработки, поскольку нановолокна целлюлозы имеют тенденцию к агрегированию и после влажной обработки требуется много времени для высыхания. Таким образом, технологичность и производительность являются взаимодополняющими и взаимно противоположными поведениями.Функциональные гидроксильные группы волокон можно модифицировать для улучшения диспергирования и обрабатываемости, хотя обычно это сопровождается повышенными затратами. Основные проблемы для композитов из целлюлозных нановолокон, вероятно, состоят в том, чтобы научиться производить объемные композитные компоненты с сохранением тонкости и дисперсности нановолокон. Сырьем являются сами целлюлозные волокна из древесной массы или растительных волокон, что делает затраты на сырье незначительными по сравнению с затратами на производство.

    10. Общее сравнение волокон

    Как показано в разделах выше, древесные и растительные волокна в некоторых отношениях схожи, а в других — различаются. Таким образом, в зависимости от предполагаемого применения один конкретный тип волокна подходит больше, чем другой. Далее приводится общее сравнение, чтобы выделить некоторые преимущества древесины по сравнению с растительными волокнами и наоборот. Точно так же целлюлозные волокна сравнивают с их синтетическими аналогами, стеклянными и углеродными волокнами.

    Преимущества древесных волокон по сравнению с растительными волокнами заключаются в следующем.(i) Низкая стоимость, доступная на целлюлозных фабриках. (ii) Относительно короткие волокна означают лучшую технологичность. (iii) Развитая инфраструктура, доступная на целлюлозно-бумажных фабриках, для производства больших объемов по низкой цене. (iv) Преформы можно изготавливать из бумаги -технологии производства. (v) Могут быть достигнуты достаточно однородные партии целлюлозы. (vi) Не конкурирует с выращиванием продовольственных культур.

    Преимущества растительных волокон по сравнению с древесными волокнами заключаются в следующем. (I) Высокая продуктивность и выход продукции. (Ii) Высокое содержание целлюлозы, высокая степень кристалличности целлюлозы, низкий угол наклона микрофибрилл, небольшой просвет означают отличные механические свойства волокон. .(iii) Относительно длинные волокна означают возможность контролировать ориентацию волокон и их укладку. (iv) Текстильные технологии могут использоваться для производства пряжи, тканых материалов и не гофрированных тканей.

    Несмотря на различия, древесные и растительные волокна имеют больше общего, чем то, что их отличает друг от друга. Можно упомянуть некоторые преимущества целлюлозных волокон по сравнению со стеклянными и углеродными волокнами: (i) возобновляемый. (Ii) биоразлагаемый. (Iii) свет, то есть композиты обладают хорошими специфическими свойствами, которые важны для автомобилей и упаковки.(iv) Недорогое сырье.

    Основными недостатками целлюлозных волокон по сравнению со стеклянными и углеродными волокнами являются следующие: (i) Умеренные механические свойства. (Ii) Чувствительность к влаге, приводящая к нестабильности размеров и потенциальному ухудшению механических свойств. (Iii) Не полностью разработаны технологии изготовления композитов.

    Приведенные выше списки ни в коем случае не являются исчерпывающими, они служат только для демонстрации некоторых свойств древесины и растительных волокон в контексте применения композитов.В дальнейшем развитии композитов из целлюлозных волокон важную роль играют как достоинства, так и недостатки. Конкретные преимущества определяют, какие области применения актуальны. Например, сочетание низкой стоимости, возобновляемости и способности к биологическому разложению делает композиты из целлюлозного волокна подходящими материалами для применения в упаковке. Недостатки ограничивают возможности их применения. Исследования того, как устранить эти недостатки, могут расширить распространение целлюлозных волокон как экологически чистой альтернативы синтетическим волокнам.Если целлюлозные волокна можно обработать, чтобы лучше сохранить присущую им высокую жесткость и прочность, и их можно модифицировать, чтобы они стали менее гидрофильными, они также могут стать потенциальными армирующими волокнами в современных конструкционных наружных применениях, например, в лопастях ротора для ветряных турбин и в нагрузках. транспортировка компонентов в транспортных средствах.

    Целлюлоза — Chemistry LibreTexts

    Полисахариды — это углеводные полимеры, состоящие из десятков, сотен и нескольких тысяч моносахаридных единиц.Все обычные полисахариды содержат глюкозу в качестве моносахаридной единицы. Полисахариды синтезируются растениями, животными и людьми для хранения в пищу, структурной поддержки или метаболизма для получения энергии.

    Основным компонентом жестких клеточных стенок растений является целлюлоза. Целлюлоза представляет собой линейный полисахаридный полимер с множеством моносахаридных звеньев глюкозы. Ацетальная связь бета, что отличает ее от крахмала. Это своеобразное различие в ацетальных связях приводит к значительному различию в перевариваемости у людей.Люди не могут переваривать целлюлозу, потому что отсутствуют соответствующие ферменты для разрушения бета-ацетальных связей. Неперевариваемая целлюлоза — это волокно, которое способствует нормальной работе кишечного тракта.

    У таких животных, как коровы, лошади, овцы, козы и термиты, есть симбиотические бактерии в кишечном тракте. Эти симбиотические бактерии обладают необходимыми ферментами для переваривания целлюлозы в желудочно-кишечном тракте. В них есть ферменты, необходимые для расщепления или гидролиза целлюлозы; у животных, даже у термитов, нет нужных ферментов.Ни одно позвоночное животное не может напрямую переваривать целлюлозу.

    Несмотря на то, что мы не можем переваривать целлюлозу, мы находим ее множество применений, в том числе: дерево для строительства; бумажные изделия; хлопок, лен и вискоза для одежды; нитроцеллюлоза для взрывчатых веществ; ацетат целлюлозы для пленок. Структура целлюлозы состоит из длинных полимерных цепей звеньев глюкозы, соединенных бета-ацетальной связью. На графике слева показана очень небольшая часть целлюлозной цепи. Все мономерные звенья представляют собой бета-D-глюкозу, и все бета-ацетальные связи соединяют C # 1 одной глюкозы с C # 4 следующей глюкозы.

    Ацетальная функциональная группа

    Углерод № 1 называется аномерным углеродом и является центром ацетальной функциональной группы. Углерод, к которому присоединены два атома кислорода простого эфира, является ацеталем. Бета-положение определяется как эфирный кислород, находящийся на той же стороне кольца, что и C # 6. В конструкции кресла это приводит к горизонтальной или вертикальной проекции. Это то же определение, что и -ОН в полуацетале.

    Сравните структуры целлюлозы и крахмала

    Целлюлоза: бета-глюкоза является мономерной единицей в целлюлозе.В результате валентных углов в бета-ацетальной связи целлюлоза в основном представляет собой линейную цепь. Крахмал: альфа-глюкоза — мономерная единица крахмала. В результате валентных углов в альфа-ацетальной связи крахмал-амилоза фактически образует спираль, очень похожую на спиральную пружину.

    Клетчатка в диете

    Пищевые волокна — это компонент пищи, не расщепляемый пищеварительными ферментами и секретами желудочно-кишечного тракта. Это волокно включает гемицеллюлозу, пектины, камеди, слизь, целлюлозу (все углеводы) и лигнин, единственный неуглеводный компонент пищевых волокон.Диета с высоким содержанием клетчатки вызывает увеличение размера стула и может помочь предотвратить или вылечить запор. Зерновые волокна, особенно отруби, наиболее эффективны для увеличения размера стула, в то время как пектин оказывает незначительное влияние. Лигнин может вызывать запор.

    Клетчатка может защитить от развития рака толстой кишки, поскольку у групп населения, потребляющих пищу с высоким содержанием клетчатки, частота этого заболевания низкая. Медленное время прохождения (между приемом пищи и выведение), связанное с низким потреблением клетчатки, даст больше времени канцерогенам, присутствующим в толстой кишке, для инициирования рака.Но у людей, страдающих запором, заболеваемость раком толстой кишки не выше, чем у быстрых элиминаторов, поэтому роль клетчатки в раке толстой кишки остается неясной.

    Пищевые волокна могут ограничивать всасывание холестерина за счет связывания желчных кислот. Диета с высоким содержанием клетчатки снижает уровень холестерина в сыворотке и может предотвратить сердечно-сосудистые заболевания. Некоторые волокна, такие как пектин и овсяные хлопья, более эффективны, чем другие, например пшеница, в снижении уровня холестерина в сыворотке. Пищевые волокна содержатся только в растительных продуктах, таких как фрукты, овощи, орехи и злаки.Цельнозерновой хлеб содержит больше клетчатки, чем белый хлеб, а яблоки содержат больше клетчатки, чем яблочный сок, что показывает, что обработка пищевых продуктов обычно удаляет клетчатку.

    искусственного волокна | Britannica

    искусственное волокно , волокно, химический состав, структура и свойства которого значительно изменяются в процессе производства. Искусственные волокна прядут и ткут в огромное количество потребительских и промышленных товаров, включая одежду, такую ​​как рубашки, шарфы и чулочно-носочные изделия; предметы домашнего обихода, такие как обивка, ковры и шторы; и промышленные детали, такие как шинный корд, огнестойкие накладки и приводные ремни.Химические соединения, из которых производятся искусственные волокна, известны как полимеры, класс соединений, характеризующихся длинными цепочечными молекулами большого размера и молекулярной массы. Многие полимеры, из которых состоят искусственные волокна, аналогичны или аналогичны соединениям, из которых состоят пластмассы, каучуки, клеи и поверхностные покрытия. Действительно, полимеры, такие как регенерированная целлюлоза, поликапролактам и полиэтилентерефталат, которые стали привычными домашними материалами под торговыми наименованиями вискоза, нейлон и дакрон (торговая марка), соответственно, также превращаются в многочисленные изделия из нетканых материалов, от окон для целлофановых конвертов до оконных коробок. прозрачные пластиковые бутылки для безалкогольных напитков.Как волокна, эти материалы ценятся за их прочность, ударную вязкость, устойчивость к нагреванию и плесени, а также способность удерживать прессованную форму.

    Искусственные волокна следует отличать от натуральных волокон, таких как шелк, хлопок и шерсть. Натуральные волокна также состоят из полимеров (в данном случае из соединений, полученных биологическим путем, таких как целлюлоза и белок), но они появляются в процессе производства текстиля в относительно неизменном состоянии. Некоторые искусственные волокна также получают из природных полимеров.Например, вискоза и ацетат, два из первых когда-либо произведенных искусственных волокон, сделаны из тех же целлюлозных полимеров, из которых состоит хлопок, конопля, лен и структурные волокна древесины. Однако в случае вискозы и ацетата целлюлоза приобретается в радикально измененном состоянии (обычно в результате операций с древесной массой) и далее модифицируется, чтобы регенерировать в практические волокна на основе целлюлозы. Таким образом, вискоза и ацетат относятся к группе искусственных волокон, известных как регенерированные волокна.

    Другая группа искусственных волокон (и намного большая группа) — это синтетические волокна. Синтетические волокна изготавливаются из полимеров, которые не встречаются в природе, а вместо этого производятся полностью на химическом заводе или в лаборатории, почти всегда из побочных продуктов нефти или природного газа. Эти полимеры включают нейлон и полиэтилентерефталат, упомянутые выше, но они также включают многие другие соединения, такие как акрилы, полиуретаны и полипропилен. Синтетические волокна могут производиться серийно с практически любым набором требуемых свойств.Ежегодно производятся миллионы тонн.

    В этой статье рассматривается состав, структура и свойства искусственных волокон, как регенерированных, так и синтетических, а затем описываются способы их прядения, вытягивания и текстурирования в полезные волокна. Для полного понимания материала, из которого сделаны эти волокна, читателю рекомендуется начать со статьи «Промышленные полимеры, химия».

    Получите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту.Подпишитесь сейчас

    10 Пищевые волокна | Диета и здоровье: значение для снижения риска хронических заболеваний

    стр. 306

    ианизм о цинковом статусе беременных. Являюсь. J. Clin. Nutr. 34: 1049-1055.

    Kinmonth, A.L., R.M. Ангус, П.А. Дженкинс, М.А. Смит и Дж. Д. Баум. 1982. Цельные продукты и повышенное содержание пищевых волокон улучшают контроль уровня глюкозы в крови у детей с диабетом. Arch. Дис. Ребенок. 57: 187-194.

    Нокс, Э. 1977. Пища и болезни.Br. J. Prev. Soc. Med. 31: 71-80.

    Knuiman, J.T., and C.E. West. 1982. Концентрация холестерина в сыворотке и в различных липопротеинах сыворотки у макробиотических, вегетарианских и невегетарианских мужчин и мальчиков. Атеросклероз 43: 71-82.

    Кричевский Д. 1964. Экспериментальный атеросклероз у кроликов, получавших диету без холестерина. J. Atheroscler. Res. 4: 103-105.

    Кричевский Д. 1986а. Пищевые волокна и атеросклероз. Стр. 265-274 в г. Вахуни и Д. Кричевский, ред.Пищевые волокна: основные и клинические аспекты. Пленум Пресс, Нью-Йорк.

    Кричевский, Д. 1986б. Жир, калорийность и клетчатка. Стр. 495-515 в C. Ip, D.F. Бирт, А.Е. Роджерс и К. Меттлин, ред. Диетический жир и рак. Алан Р. Лисс, Нью-Йорк.

    Кричевский Д., Я.А. История. 1986. Влияние пищевых волокон на метаболизм холестерина у экспериментальных животных. Стр. 129-142 в Г.А. Спиллер, изд. Справочник по диетической клетчатке в питании человека. CRC Press, Бока-Ратон, Флорида,

    Кричевский, Д., С.А.Теппер. 1965. Факторы, влияющие на атеросклероз у кроликов, получавших диету без холестерина. Life Sci. 4: 1467-1471.

    Кричевский Д., Теппер С.А. Уильямс и Дж. История. 1977. Экспериментальный атеросклероз у кроликов, получавших диету без холестерина. Часть 7: Взаимодействие животного или растительного белка с клетчаткой. Атеросклероз 26: 397-403.

    Кричевский Д., Теппер С. Кларфельд. 1984. Влияние пектина и целлюлозы на образование и регресс желчных камней у хомяков.Experientia 40: 350-351.

    Кромхаут Д. и К. де Лезенн Куландер. 1984. Диета, распространенность и 10-летняя смертность от ишемической болезни сердца у 871 мужчины среднего возраста: исследование Zutphen. Являюсь. J. Epidemiol. 119: 733-741.

    Kromhout, D., E.B. Bosschieter и C. de Lezenne Coulander. 1982. Пищевые волокна и 10-летняя смертность от ишемической болезни сердца, рака и всех причин: исследование Zutphen. Ланцет 2: 518-522.

    Куне, С., Г.А. Куне и Л.Ф. Уотсон. 1987. Изучение диетических этиологических факторов методом случай-контроль: Мельбурнское исследование колоректального рака.Nutr. Рак 9: 21-42.

    Куши, LH., R.A. Лью, Ф.Дж. Стэр, К.Р. Эллисон, М. эль-Лози, Дж. Бурк, Л. Дейли, И. Грэм, Н. Хики и Р. Малкахи. 1985. Диета и 20-летняя смертность от ишемической болезни сердца: Ирландско-Бостонское исследование диеты-сердца. N. Engl. J. Med. 312: 811-818.

    Lanza, E., and R.R. Butrum. 1986. Критический обзор анализа пищевых волокон и данных. Варенье. Диета. Доц. 86: 732-743.

    Lanza, E., D.Y. Джонс, Г. Блок и Л. Кесслер. 1987. Потребление пищевых волокон в США.С. население. Являюсь. J. Clin. Nutr. 46: 790-797.

    Ла Веккья, К., А. Декарли, М. Фасоли и А. Джентиле. 1986. Питание и диета в этиологии рака эндометрия. Рак 57: 1248-1253.

    Линдал, О., Л. Линдвалл, А. Спангберг, А. Стенрам, П.А. Экерман. 1984. Веганский режим с уменьшенным количеством лекарств при лечении гипертонии. Br. J. Nutr. 52: 11-20.

    Лю К., Дж. Стамлер, Д. Мосс, Д. Гарсайд, В. Перски и И. Солтеро. 1979. Диетический холестерин, жир и клетчатка, а также смертность от рака толстой кишки.Ланцет 2: 782-785.

    Лю К., Дж. Стамлер, М. Тревисон и Д. Мосс. 1982. Диетические липиды, сахар, клетчатка и смертность от ишемической болезни сердца: двумерный анализ международных данных. Артериосклероз 2: 221-227.

    LSRO (Отдел исследований в области наук о жизни). 1987. Физиологические эффекты и последствия пищевых волокон для здоровья. Федерация американских обществ экспериментальной биологии, Bethesda, Md. 236 стр.

    Любин, Ф., Ю. Вакс, Б. Модан. 1986. Роль жира, животного белка и пищевых волокон в этиологии рака груди: исследование случай-контроль.J. Natl. Cancer Inst. 77: 605-612.

    Lyon, J.L., and A.W. Соренсон. 1978. Рак толстой кишки в группе низкого риска. Являюсь. J. Clin. Nutr. 31: S227-S230.

    Lyon, J.L., A.W. Махони, Д. Уэст, Дж. Гарднер, К. Смит, А. Соренсон и У. Станиш. 1987. Потребление энергии: его связь с риском рака толстой кишки. J. Natl. Cancer Inst. 78: 853-861.

    MacLennan, R., O.M. Дженсен, Дж. Мосбеч и Х. Вуори. 1978. Диета, время прохождения, вес стула и рак толстой кишки у двух скандинавских популяций.Являюсь. J. Clin. Nutr. 31: S239-S242.

    Macquart-Moulin, G., E. Riboli, J. Cornée, B. Charnay, P. Berthezène и N. Day. 1986. Исследование методом случай-контроль колоректального рака и диеты в Марселе. Int. J. Cancer 38: 183-191.

    Madar, Z. 1983. Влияние неочищенного риса и пищевых волокон сои на контроль метаболизма глюкозы и липидов у крыс с диабетом. Являюсь. J. Clin. Nutr. 38: 388-393.

    Malhotra, S.L. 1977 г. Диетические факторы в исследовании рака толстой кишки из ракового регистра, с особым упором на роль слюны, молока, кисломолочных продуктов и растительной клетчатки.Med. Гипотезы 3: 122-126.

    Manousos, O., N.E. Дэй, Д. Трихопулос, Ф. Геровассилис, А. Цоноу и А. Полихронопулу. 1983. Диета и колоректальный рак: исследование методом случай-контроль в Греции. Int. J. Рак 32: 1-5.

    Мартинес, И., Р. Торрес, З. Фриас, Дж. Р. Колон и Н. Фернандес. 1979. Факторы, связанные с аденокарциномой толстой кишки в Пуэрто-Рико. Стр. 45-52 в J.M. Birch, ed. Достижения в медицинской онкологии, исследованиях и образовании, Vol. 3: Эпидемиология. Pergamon Press, Нью-Йорк.

    Маккаллох, Д.К., Р.Д. Митчелл, Дж. Эмблер и РБ. Таттерсолл. 1985. Проспективное сравнение «обычных» и диет с высоким содержанием углеводов / высоким содержанием клетчатки / низким содержанием жиров у взрослых с установленным диабетом типа 1 (инсулинозависимый). Диабетология 28: 208-212.

    Макдугалл, Р.М., Л. Якимышин, К. Уокер, О.Г. Терстон. 1978. Влияние пшеничных отрубей на липопротеины сыворотки и липиды желчных путей. Жестяная банка. J. Surg. 21: 433-435.

    МакКаун-Эйссен, Г.Э. и Э. Брайт-Си. 1984. Диетические факторы при раке толстой кишки: международные отношения.Nutr. Рак 6: 160-170.

    Миллер, А.Б., Г.Р. Хау, М. Джайн, К.Дж.П. Крейб и Л. Харрисон. 1983. Продукты питания и группы продуктов питания как факторы риска в исследовании диеты и рака прямой кишки методом случай-контроль. Int. J. Cancer 32: 155-161.

    Модан, Б., Любин Ф., Барелл В., Р.А. Гринберг, М. Модан и С. Грэм. 1974. Роль крахмалов в этиологии рака желудка. Рак 34: 2087-2092.

    Модан, Б., В. Барелл, Ф. Любин, М. Модан, Р.А. Гринберг и С. Грэм. 1975 г.Низкое потребление клетчатки как этиологический фактор рака толстой кишки. J. Natl. Cancer Inst. 55: 15-18.

    Monnier, L., T.C. Фам, Л. Агирре, А. Орсетти и Дж. Мируз. 1978. Влияние неперевариваемых волокон на толерантность к глюкозе. Уход за диабетом 1: 83-88.

    Химико-физические и динамико-механические характеристики целлюлозного волокна Spartium junceum L., обработанного пластификаторами: предварительное исследование

    Изучение морфологических, структурных, термических и механических свойств до и после химической обработки имеет важное значение для оценка эффектов, вызванных химической обработкой пластификаторами.Из предварительных тактильных и визуальных наблюдений (рис. 1), проведенных при сравнении обработанного волокна с необработанным волокном, можно было заметить, что обработанное волокно кажется более мягким, чем сырое волокно.

    Рисунок 1

    Типичные образцы необработанного ( a ) и обработанного целлюлозного волокна с химическим мягчителем TTAB ( b ).

    За этой качественной оценкой последовала количественная оценка на макроскопическом, микроскопическом и молекулярном уровне воздействия мягчителей на волокно.

    Морфологическая характеристика

    Влияние химической обработки на морфологию волокна было исследовано с помощью оптических методов и SEM. На рис. 2 показаны репрезентативные оптические изображения необработанных и обработанных волокон. Можно заметить, что боковые выступы, характерные для чистого волокна, которые придают определенную степень шероховатости его поверхности, больше не присутствуют после обработки.

    Рисунок 2

    Типичные изображения оптической микроскопии (100 ×) необработанного волокна ( a ) и обработанного целлюлозного волокна с помощью химического пластификатора TTAB ( b ).

    Ультраструктурная морфология поверхности целлюлозного волокна была исследована с помощью SEM. Наблюдение за поверхностью сырого волокна показывает типичную структуру целлюлозы, организованную в агрегированные микрофибриллы субмикрометрового диаметра, которые образуют волокнистые структуры цилиндрического поперечного сечения, называемые пучками (рис. 3а). Сравнение изображений SEM, полученных на обработанном волокне (рис. 3b – d) и необработанном, не позволяет выделить специфическое влияние различных пластификаторов на структурную морфологию волокон.Следовательно, химические смягчители не разрушают типичную структуру волокна.

    Рис. 3. Микрофотографии

    SEM необработанного волокна ( a ) и волокон, обработанных химическими пластификаторами TTAB ( b ), LP ( c ) и LS ( d ).

    Однако обработка мягчителем вызывает значительное уменьшение диаметра пучков, как показано в таблице 1, в которой собраны результаты среднего диаметра сырых и обработанных волокон.Популяции диаметров волокон, относящиеся к необработанным и обработанным образцам волокна, все распределены нормально с доверительной вероятностью 0,01. Поэтому, чтобы установить, имеют ли четыре популяции значимо разный средний диаметр, был использован статистический тест однофакторного дисперсионного анализа. Он показывает, что волокна, обработанные пластификаторами, имеют средний диаметр, значительно отличающийся от диаметра необработанного волокна (с доверительной вероятностью 0,01). Кроме того, статистический тест показывает, что нет никакой разницы между средними диаметрами трех обработанных популяций образцов (при 0.01 уровень достоверности).

    Таблица 1 Диаметры пучков необработанного и обработанного целлюлозного волокна.

    Важным параметром в текстильном производстве является тонина волокна. По толщине одиночной нити волокна можно определить тонину волокна, , то есть , его линейную массовую плотность. Для необработанного волокна линейная массовая плотность составила 4,7 (± 0,4) текс. Эффектом всех обработок смягчителем было уменьшение линейной массовой плотности волокна до среднего значения 2.1 (± 0,6), что значительно увеличивает тонину волокна.

    PXRD анализ

    Целлюлоза, основной компонент волокна, представляет собой полукристаллический полимер, характеризующийся кристаллическими и аморфными областями, разделенными нечетко очерченными граничными линиями 19 . Кристаллические области, которые представляют собой параллельные полимерные цепи, удерживаемые вместе водородными связями и взаимодействиями Ван-дер-Ваальса, ответственны за высокую прочность на разрыв целлюлозных волокон 20 . Поскольку жесткость волокна и, следовательно, его обрабатываемость связаны с кристалличностью целлюлозы, уменьшение кристаллической части с последующим увеличением аморфной области подразумевает увеличение мягкости волокна.Уменьшение кристалличности волокна может быть достигнуто за счет использования смягчителя, поскольку, согласно Игараши и др., Смягчающий эффект смягчителя ткани может быть приписан потере некоторых водородных связей и ван-дер-ваальсовым взаимодействиям между упорядоченными полимерные цепи, вероятно, из-за «вставки» мягчителей мицелл 21,22 . Исходя из этого, измерение индекса кристалличности (CI) может представлять собой важный параметр для оценки обрабатываемости волокна (прочности и эластичности волокна).Более того, аморфные области обеспечивают доступный объем для воды, тем самым способствуя увеличению гигроскопичности волокна 15 .

    ДИ необработанного волокна и размягченных образцов определяли деконволюцией профилей PXRD с использованием функции Фойгта (результаты представлены в таблице 2). Диаграмма PXRD необработанного волокна вместе с отдельными пиками, извлеченными с помощью процедуры подбора Фойгта, представлена ​​на рис.4. Процесс деконволюции позволил идентифицировать четыре кристаллических пика целлюлозы (1?0 °, 16,8 °, 22,9 ° и 34,4 ° соответственно; красные кривые) 23 и для расчета CI из отношения между площадью четырех кристаллических пиков и общей площадью рисунка. Расчетное значение CI в 62% соответствует тем, которые уже наблюдались для целлюлозных волокон Spanish Broom 18,24,25 и для других коммерческих волокон 7 .

    Рисунок 4

    Профиль XRD необработанного волокна с его кривыми деконволюции (кристаллические пики: красные линии; аморфная область: синяя кривая; совокупная кривая аппроксимации: желтая линия).

    Эффект различных используемых пластификаторов и влияние экспериментальных параметров, таких как время, температура и концентрация добавки, были изучены с точки зрения вариации ХИ.

    Когда пластификатор TTAB использовался в концентрации 100 мг / л и модифицированное волокно обрабатывали в течение 60 минут при комнатной температуре, было зарегистрировано снижение кристалличности на 10% (таблица 2). Эффект изменения температуры впоследствии оценивали, обрабатывая волокно при 40 ° C с той же концентрацией мягчителя и в течение того же времени; в этом случае значение CI (51.6%), аналогичный тому, который наблюдался при комнатной температуре (50,1%), демонстрируя, что температура мало влияет на процесс размягчения на основе TTAB. Следовательно, с учетом промышленного масштабирования процесса, обработка на r.t. может быть предпочтительным. Затем исследовали влияние концентрации мягчителя, обрабатывая волокно в течение 60 мин при комнатной температуре. с разными концентрациями ТТАБ (200 мг / л, 50 мг / л и 10 мг / л). Интересно, что увеличение концентрации TTAB со 100 мг / л до 200 мг / л, по-видимому, отрицательно влияет на процесс, поскольку использование более высокой концентрации TTAB приводит к значительно меньшему снижению CI (4.5%) относительно концентрации 100 мг / л. Напротив, использование очень низкой концентрации TTAB (10 мг / л) определяет более высокое снижение кристалличности (14,4%) по сравнению с концентрацией 100 мг / л. Окончательно влияние времени контакта (60, 30 и 15 мин) оценивали как при комнатной температуре, так и при 40 ° C; в обоих случаях лучший результат был получен в кратчайшие сроки (15 мин). Таким образом, наибольшее снижение кристалличности образца (21,4%) по отношению к необработанному волокну может быть достигнуто при использовании концентрации пластификатора TTAB 10 мг / л при комнатной температуре и в течение 15 минут в качестве времени обработки.

    Когда умягчитель LP использовался при комнатной температуре. в течение 60 мин при концентрации 100 мг / л наблюдалось незначительное снижение кристалличности (0,5%). Затем была проведена обработка более высокой концентрацией пластификатора (200 мг / л) при той же температуре (к.т.) и в течение того же времени (60 мин). В этом случае было зарегистрировано более высокое снижение CI (11,3%) по сравнению с процессом более низкой концентрации, что доказывает, что, в отличие от TTAB, смягчающий эффект LP требует высокой концентрации пластификатора.Повышение температуры (60 ° C) при тех же условиях концентрации и времени контакта не влияет на степень кристалличности по отношению к комнатной температуре. Следовательно, как и в случае TTAB-процесса, повышение температуры не способствует процессу размягчения. Влияние времени контакта было установлено при наилучшей концентрации смягчителя, то есть 200 мг / л. В этом случае наилучший смягчающий эффект достигается при промежуточном времени обработки 30 мин, где значение CI составляет 48.Рассчитано 3%.

    При использовании LS в качестве пластификатора, в то время как умеренное снижение кристалличности (8%) было зарегистрировано при концентрации 100 мг / л и обработке волокна в течение 60 минут при комнатной температуре, увеличение концентрации способствует процессу смягчения, что приводит к значительному доверительному интервалу. снижение (19%) (таблица 2). Однако, когда температура повышается до 60 ° C, сохраняя ту же концентрацию 200 мг / л, было обнаружено незначительное уменьшение CI (2,1%), демонстрируя, что изменение температуры отрицательно влияет на процесс размягчения LS.Наконец, установив наилучшие условия концентрации и температуры (200 мг / л и относительная влажность), было проверено влияние времени обработки. Даже в случае мягчителя LS более высокая потеря кристалличности (20,9%) по сравнению с необработанным волокном была получена при промежуточном времени обработки (30 мин).

    PXRD-диаграмма волокна, обработанного смягчителем TTAB, LP и LS, в лучших условиях для каждого из них (TTABm, LPb и LSb) и по сравнению с профилем дифракции необработанного волокна, представлена ​​на рис.5. Наибольшая потеря кристалличности достигается, когда кондиционер для белья TTAB используется в очень низкой концентрации, с самым быстрым процессом и при комнатной температуре, что представляет собой большое преимущество с промышленной точки зрения.

    Рис. 5

    PXRD-диаграммы необработанного волокна, образца TTABm, образца LPb и образца LSb.

    Таблица 2 Индекс кристалличности волокна испанской метлы, обработанного различными пластификаторами и в различных экспериментальных условиях.

    Следует отметить, что для всех трех пластификаторов повышение температуры не способствует процессу умягчения, поскольку наилучшие результаты были получены при r.т. Более того, быстрое время лечения предпочтительнее 60-минутного лечения. Более сильное смягчающее действие за более короткое время можно приписать эффекту удаления поверхностно-активного вещества, вероятно, имеющемуся при более длительном времени обработки. С другой стороны, эффект от концентрации зависит от используемого смягчителя; действительно, лучшая рабочая концентрация для TTAB соответствует 10 мг / л, тогда как смягчающий эффект LP и LS требует более высоких концентраций (200 мг / л).

    В попытке понять различное влияние концентрации в зависимости от типа мягчителя, можно задействовать механизм образования мицелл.Однако, хотя протестированные концентрации LS выше его критической концентрации мицелл (CMC) в воде 26 , лучшие рабочие концентрации для TTAB и LP (10 мг / л и 200 мг / л соответственно) далеки от их CMC 27 , 28,29 . Тогда, конечно, как для TTAB, так и для LP механизм мицелл можно исключить.

    Кроме того, концентрация 10 мг / л для ТТАБ далека от условий концентрации, необходимых для индукции мицеллообразования или агрегации на поверхности целлюлозы, которые до сих пор наблюдались для нанокристаллической целлюлозы 27,30,31 и целлюлозы 32 .Следовательно, при этих концентрациях могут вступать в игру электростатические взаимодействия между TTAB и целлюлозой, а не гидрофобные, что подтверждается ионной природой поверхностно-активного вещества TTAB 27,28,30,32 . Однако имеющимися данными трудно объяснить наблюдаемое снижение CI с уменьшением концентрации TTAB. Кажется, что при низкой концентрации преобладают эффекты разупорядочения, тогда как при увеличении концентрации в игру вступают другие процессы, такие как образование упорядоченных сетей между целлюлозой и ионами поверхностно-активного вещества.Это интересное явление заслуживает дальнейшего изучения путем расширения диапазона концентраций до мицеллярного и рассмотрения корреляции между степенью кристалличности целлюлозы и механизмом взаимодействия между поверхностью целлюлозы и TTAB.

    Термический анализ

    Влияние трех различных пластификаторов на извлеченное волокно было исследовано дополнительно путем анализа термического поведения. На самом деле, хотя химические модификации волокна, легко обнаруживаемые с помощью ТГА, не кажутся вызванными использованием пластификаторов, изменения упаковки полимерных цепей, отражающиеся на кристалличности полимера, также могут определять другое термическое поведение целлюлозы 33 .В частности, термогравиметрический анализ (ТГА) был проведен на необработанном волокне и на образцах TTABm, LPb и LSb, которые демонстрируют наибольшую потерю кристалличности, таким образом, выбранных в качестве репрезентативных образцов для каждого использованного пластификатора. Кривые TGA и DTG показаны на рис. 6a, b, соответственно, а данные TGA представлены в таблице 3 и таблице S2. Термогравиметрический анализ показывает, что реакции разложения сырого волокна протекают в три основных этапа при максимальных температурах (T max ) 60, 365.4 и 483,9 ° С (рис. 6а, б, черные линии; табл. 3 и S2). Первый переход соответствует потере влаги; вторая стадия, сопровождающаяся наибольшей потерей веса (53,7%), связана с деполимеризацией целлюлозы, на которую влияет упаковка полимерных цепей с последующими реакциями разрыва цепи, дегидратации и декарбоксилирования; наконец, третий переход, который частично накладывается на второй, состоит в разложении обугленного остатка и в пиролизе лигнина 34,35,36 .Термограммы обработанных волокон аналогичны кривой ТГА сырого волокна (рис. 7), демонстрируя те же три перехода при аналогичных значениях температуры; Сходство кривых ТГ подтверждает, что используемые мягчители химически не модифицируют полимер. Действительно, как уже было замечено Hideno 37 , термическое поведение аморфной целлюлозы сравнимо с таковым кристаллической целлюлозы. Тем не менее, небольшие изменения в начальной температуре (T начало ) и в диапазоне температур перехода относительно второго и третьего переходов присутствуют (Таблица 3 и S2).Поскольку основной процесс разложения целлюлозы, зависящий от ее кристалличности, происходит на втором этапе, он будет единственным, который принимается во внимание. В частности, вторая термическая стадия размягченных образцов, несмотря на несколько более высокую Т и , происходит в диапазоне температур примерно на 10 ° C уже, чем у необработанного волокна. Тогда более высокая структурная однородность обработанных образцов, представляющая меньшее разделение между аморфными и кристаллическими областями, может быть ответственной за более быстрый второй термический процесс.Более того, на тепловых кривых обработанных волокон пик DTG относительно этого перехода кажется более интенсивным, что связано с потерей веса на 0,7–4,1% больше, чем у сырого волокна; кроме того, этот пик кажется более резким, чем пик, наблюдаемый для более кристаллического нетронутого волокна, как уже сообщалось Hideno 37 . Эти данные указывают на повышенную термическую восприимчивость размягченных образцов, вероятно, из-за уменьшения водородных связей и ван-дер-ваальсовых взаимодействий, что согласуется с результатами анализа PXRD.

    Рисунок 6

    Кривые TG ( a ) и кривые DTG ( b ) необработанного волокна и образцов TTABm, LPb и LSb.

    Таблица 3 Термогравиметрические данные относительно второго теплового перехода для необработанных образцов и образцов TTABm, LPb и LSb.

    Смачиваемость

    Изучение смачиваемости материалов имеет важное значение в этой области исследований, поскольку может дать информацию о влиянии химической обработки на гидрофильную / гидрофобную природу материала 38,39 .Следовательно, гидрофильность и гидрофобность тесно связаны со смачиваемостью, то есть тесным молекулярным контактом между жидкостью и твердой поверхностью. Этот поверхностный параметр оценивался путем измерения максимального натяжения на границе раздела вода / волокно / воздух, аналогично методам кольца де Нуи и пластины Вильгельми, но с использованием волокна в качестве зонда. Растягивающее натяжение коррелирует с поверхностным (или адгезионным) натяжением (σ) жидкости, находящейся в контакте с зондом, и может быть обобщено уравнением. (1) 40,41,42 .

    $$ T _ {\ max} = f \ sigma $$

    (1)

    где \ (T_ {max} \) — максимальное растягивающее натяжение, измеренное микровесами, \ (\ sigma \) — поверхностное натяжение чистой воды, а f — геометрический параметр, учитывающий геометрию зонда и форма интерфейса, которая определяется свойствами материала поверхности используемого зонда. Следовательно, \ (T_ {max} \) по существу является функцией поверхностной энергии волокна и краевого угла смачивания воды на различных волоконных датчиках, при прочих равных условиях, т.е.е. геометрия зонда и жидкости. Таким образом, более высокое натяжение при растяжении означает более высокую адгезию жидкой воды к поверхности зонда и, следовательно, более высокую смачиваемость (более высокую гидрофильность волокна).

    В таблице 4 собраны значения относительного натяжения при растяжении, измеренные с помощью датчиков, изготовленных из волокна, обработанного выбранными различными мягчителями, относительно значений, измеренных на необработанном волокне. Поскольку обнаружено, что измеренные значения не зависят от времени и температуры обработки, только значения, полученные для различных пластификаторов, показаны в виде среднего значения.

    Таблица 4 Смачиваемость волокон, обработанных различными пластификаторами, выраженная как относительное натяжение при растяжении и угол контакта с водой (WCA).

    Для всех обработанных волокон наблюдается значительное увеличение среднего натяжения при растяжении по сравнению с измеренным для необработанного волокна, что указывает на более высокое сродство воды к обработанным волокнам. Следовательно, размягченные волокна более гидрофильны, чем сырые.

    Смачиваемость волокна также оценивали путем измерения краевого угла смачивания водой (WCA).В таблице 4 показан средний угол смачивания для необработанного волокна и для волокон, обработанных в различных условиях размягчения. Значение, полученное для необработанного волокна, немного выше, чем для целлюлозы испанской метлы, полученной ранее путем измерения его на вытянутых волокнах 9 , а не на гранулах. Целлюлоза испанской метлы, как правило, показывает более высокую WCA, чем чистая целлюлоза (40 °) 43 , вероятно потому, что ее экстракция путем щелочного переваривания из овощей не полностью удаляет лигнин (от 2 до 5% лигнина составляет всегда обнаруживается после экстракции и последующей промывки).Однако данные, собранные в Таблице 4, ясно показывают, что WCA всех волокон, обработанных различными смягчающими агентами, меньше, чем измеренная для необработанного волокна, что указывает на то, что они имеют более гидрофильную поверхность, в соответствии с предыдущим экспериментом по растягиванию. адгезионное напряжение.

    Вязкоупругие свойства

    DMA-анализ волокна был предложен в качестве метода для получения информации о межволоконном трении, возникающем из взаимодействующих сил притяжения / адгезии между контактирующими поверхностями волокон и / или в результате механического вспучивания из-за шероховатости поверхности. 44 .{\ prime} \), где \ (\ delta \) — фазовый угол между напряжением и деформацией, возникающий из-за вязкоупругой природы материала. Когда пряжа подвергается циклической нагрузке, потеря энергии на трение обусловлена ​​вкладом межмолекулярного трения из-за полимерных цепей, составляющих отдельные волокна, и межволоконного трения, которое обычно является доминирующей силой 44 . Межволоконное трение зависит от условий циклической нагрузки (частота, нагрузка, калибровочная длина, длина скоб), от уровня кручения пряжи (т.е.е., количество витков / см), а также от характера волокон 45 . На него особенно влияют отделочные агенты, которые изменяют свойства поверхности волокна 46 . Следовательно, при одинаковых условиях эксперимента и одинаковом уровне скручивания любое различие в потерях энергии на трение между волокнистыми образцами в основном связано с разными свойствами поверхности волокон. Здесь мы использовали анализ DMA, чтобы проверить, влияет ли смягчающая обработка на силы трения между целлюлозными волокнами испанской метлы, приводящие к разным вязкоупругим свойствам.

    На рис. 7 показан \ (тангенс \ дельта \) как функция смещения для сырой пряжи и пряжи, обработанной различными пластификаторами. Поскольку мы не наблюдали какой-либо значительной разницы между образцами, обработанными одним и тем же пластификатором в разных условиях (таблица S1), для каждого пластификатора каждая точка на графике представляет собой среднее значение, рассчитанное для всех условий обработки с использованием этого пластификатора.

    Рис. 7

    Модули упругости E ’и вязкости E’ ’в зависимости от увеличения прилагаемой деформации (развертка смещения).

    Рисунок 7 ясно показывает, что смягчающие обработки увеличивают трение между волокнами по сравнению с контрольной пряжей, изготовленной из сырых волокон, которая имеет наименьшее значение \ (тангенс \ дельта \) по всему смещению. Образец пряжи, обработанный смягчителем TTAB, имеет наивысшее значение \ (тангенс \ дельта \), в то время как два других образца демонстрируют промежуточные потери энергии на трение. Этот результат в основном хорошо согласуется со следующей тенденцией к снижению гидрофильности (натяжение при растяжении и WCA) волокон, TTAB> LS ≥ LP> Raw (Таблица 4).

    В самом деле, потеря энергии из-за трения (\ (тангенс \ дельта \)) положительно коррелирует с растягивающим напряжением (рис. 8a; коэффициент Пирсона r = 0,97; R 2 = 0,95) и довольно хорошо отрицательно коррелирует с WCA (рис. 8б; коэффициент Пирсона r = — 0,80; R 2 = 0,64).

    Рис. 8

    Анализ корреляции между потерями энергии на трение между волокнами и гидрофильностью поверхности волокна.