纤维素微纤丝发明领域
本发明涉及用于从草本植物材料生产纤维素微纤丝的方法，从所述方法获得的纤
维素微纤丝和其用途及包含所述纤维素微纤丝的组合物。
发明背景
本发明涉及来自植物材料的纤维素微纤丝的生产。在过去的20年，对在低于完整
的细胞壁规模提取和利用纤维素存在增加的兴趣。植物细胞壁内的天然纤维素以微纤丝的
形式存在，其通常具有在2-20纳米范围的横向尺寸和从几十纳米到若干微米的纵向尺寸，
例如100-4000nm的长度。纤维素微纤丝完全由β-1,4-连接的葡聚糖链构成，其形成结晶的
区域及被称为无定型区域的较无序的延伸段。
纤维素微晶非常强但也非常短；对于许多用途例如在高性能复合物中是太短的。
为了充分利用纤维素的高强度，用尽可能大的纵横比和用不受损的无定型区域释放微纤丝
变得重要。由于β-1,4-连接的葡聚糖残基在紧密粘附到纤维素且应被移除的半纤维素聚合
物和应被保持完整的无定型区域二者中，是酶或微生物可接近的，这不是无价值的。
已知许多用于从多种来源的天然纤维素释放微纤丝和用于从多种来源的天然纤
维素生产微纤化纤维素的技术。通常，木浆被用作微纤化纤维素的来源。然而，通常从木浆
获得微纤化纤维素的方法可包括苛刻的化学处理方案和/或高能机械处理，并且可具有可
量测性(scalability)问题。
纤维素微纤丝可以发现于自然界中除了严重木质化的“木质”组织之外的多种来
源。例如，US5964983公开了用于从含有纤维素、果胶、半纤维素、蛋白质和矿物质材料的初
级壁植物浆料(pulp)制备微纤化纤维素的方法，该方法包括多步化学处理，涉及在60℃至
100℃对浆料的酸或碱水解，高机械剪切处理，随后高压匀浆。此外，如果需要脱色的产品，
包括另外的漂白步骤。
从草本材料释放纤维素微纤丝的现有技术，以WO2006056737中描述的技术为代
表。方法包括通过微生物的联合对初级植物细胞壁的更易于消化的部分进行控制发酵。
该技术还具有一些主要缺陷：其是慢的；由于微生物群体的动态性质，再现性低；
呈漂白剂形式的显著量的碱被用于使材料灭菌并移除已通过发酵使得更可溶但不被消化
的基质多糖；并且过量的能量被用于机械缩小和材料的最终微纤化。
存在对提供用于从植物材料生产纤维素微纤丝的方法的需要，其是：已知方法的
替代物；环境友好的；包括较少的方法步骤因此更易于执行；其中单独的漂白步骤不是强制
的；能量密集度较低(less energy intensive)；其中无定型区域被更少地破坏，且，当需要
时，纤维素微纤丝表面更有效地剥离强附着的生物聚合物。
现有技术中，在US2012/0316330中更清楚地提出，植物生物质的酶介导的消化产
生例如可转化成生物燃料的可发酵糖的上清液和在多种材料、薄膜、复合材料等中有用的
固体纤维素残留物二者。
然而，如在US2012/0316330中公开的，化学处理的浆料的内切葡聚糖酶处理还导
致纤维素微纤丝的无定型区域的消化，如由随着纤维素微纤丝的释放聚合程度的快速下降
表明的。具有部分降解的无定型区域的纤维素微纤丝比未被破坏的纤丝弱。具有完全降解
的无定型区域的微纤丝完全地由结晶的区域构成，虽然这些非常强，它们也是更短的，因此
在高性能材料中具有更少的应用。纤维素微纤丝无定型区域被纤维素酶所属的家族的多糖
水解酶消化，非穷举的列表包括CAZy家族：GH5、GH6、GH7、GH8、GH9、GH12、GH44、GH48。
惊人的是，将释放纤维素微纤丝同时保持其完整，特别是无定型区域完整的方法，
还必须包括来自这些家族的一个或更多个酶。
发明概述
根据本发明的第一方面，提供了用于从草本植物材料制备纤维素微纤丝的方法，
方法包括：
使草本植物的生物质与包含至少一种内切葡聚糖酶；和一种或更多种来自内切聚
半乳糖醛酸酶、阿拉伯呋喃糖苷酶、果胶裂解酶、果胶酸裂解酶(pectate lyase)、果胶甲基
酯酶、内切阿拉伯聚糖酶、内切半乳聚糖酶、半乳糖苷酶、鼠李糖半乳糖醛酸聚糖水解酶、鼠
李糖半乳糖醛酸聚糖裂解酶或木聚糖酶的多糖水解酶的酶组合物接触以形成酶处理的生
物质；和
机械加工酶处理的生物质以产生纤维素微纤丝。
根据本发明的第二方面，提供了用于从草本植物材料制备纤维素微纤丝的方法，
方法包括：
使草本植物材料与包含以下的酶组合物接触：
i)至少一种内切葡聚糖酶、
ii)至少一种溶果胶酶和
iii)至少一种选自由以下组成的组的酶：内切阿拉伯聚糖酶(endo-
arabinanase)、阿拉伯呋喃糖苷酶、内切半乳聚糖酶、半乳糖苷酶、鼠李糖半乳糖醛酸聚糖
水解酶、鼠李糖半乳糖醛酸聚糖裂解酶、鼠李糖半乳糖醛酸聚糖乙酰酯酶和木聚糖酶。
第一和第二方面的方法提供了纤维素微纤化的材料，其中保留了无定型纤维素的
区域和相关的机械性质，使得材料适合用于在高性能复合材料中使用。纤维素微纤化的材
料还以保留一种或更多种基质多糖为特征。
因此，根据本发明的第三方面，提供了包含纤维素微纤丝和一种或更多种选自以
下的基质多糖的微纤化的纤维素材料：同聚半乳糖醛酸、(1→4)-β-D-(半乳)甘露聚糖、(1
→4)-β-D-(半乳)(葡萄糖)甘露聚糖、(1→4)-β-D-(葡萄糖)甘露聚糖、(1-4)-β-D-半乳聚
糖、木葡聚糖、(1-4)-β-D-木聚糖和(1-4)-β-D-阿拉伯糖基木聚糖。
另外的方面涉及微纤化的纤维素材料作为增强剂的用途，例如在树脂复合材料
中、混凝土中、或在水泥组合物(cementitious composition)中。
还另一方面涉及包含微纤化的纤维素材料的组合物。
附图简述
图1示出了已用根据实施例1的酶试验2的酶混合物处理的胡萝卜材料的SEM图像；
图2示出了已用根据实施例1的酶试验5的酶混合物处理的胡萝卜材料的SEM图像；
图3示出了已用根据实施例1的酶试验9的酶混合物处理的胡萝卜材料的SEM图像；
图4示出了已用根据实施例2的酶混合物处理的马铃薯材料的SEM图像；和
图5示出了已用根据实施例3的酶混合物处理的甜菜材料的SEM图像。
发明详述
除非另外说明，本文对纤维素微纤丝和微纤化的纤维素材料的提及应解释为诸如
产生于本文描述的方法的任何含有纤维素的材料，并且其在形式上是纤维状的，并且具有
在2-900纳米范围的横向尺寸和从几十纳米到高达几十微米的纵向尺寸，例如100-4000nm，
或100nm到高达100μm的长度。然而，此类提及不应被解释为排除任何其他材料，而是所述材
料含有或包含如描述的纤维素。
除非另外说明，本文对葡萄糖之外的单糖的可提取含量的提及，指可通过纤维素
微纤丝或起始植物材料的乙醇不溶部分在至少100℃与2M三氟乙酸接触持续4小时时水解
提取的所陈述的单糖的量。
除非另外说明，本文对葡萄糖的可提取含量的提及，指可通过纤维素微纤丝或起
始植物材料的乙醇不溶部分在120℃与72％(w/v)硫酸接触持续4小时时水解提取的葡萄糖
的量。
除非另外说明，wt％值指酸水解后从颗粒材料的已知的干燥的质量分离的指定化
合物的可提取量。
除非另外说明，绝对％值指酸水解后从颗粒材料分离的特定化合物的可提取量作
为酸水解后从起始植物材料分离的特定化合物的可提取量的百分比。
除非另外说明，本文对起始植物材料的提及指在本发明的方法中使用的草本植物
材料。对起始植物材料的提及还指已被匀浆成浆料但在任何化学处理之前的植物材料。
除非另外说明，本文对基质多糖的提及还指那些蛋白多糖，显著的是伸展蛋白，其
是除了该术语通常指的果胶和半纤维素多糖之外的草本细胞壁基质的组分。
除非另外说明，本文对溶果胶酶或溶果胶酶组合物的提及应意味着裂解果胶的所
谓光滑区域的聚半乳糖醛酸骨架的酶或酶的组合，包含以下酶的至少一种：聚半乳糖醛酸
酶、果胶裂解酶(pectin lyase)或果胶酸裂解酶(pectate lyase)，任选地与以下的一种或
更多种辅助酶组合：果胶甲基酯酶和果胶乙酰基酯酶。辅助酶是自身不裂解聚半乳糖醛酸
骨架但促进裂解聚半乳糖醛酸骨架的那些酶进行裂解的酶。
除非另外说明，术语内切葡聚糖酶指β-1,4-内切葡聚糖酶和β-1,3；1,4-内切葡聚
糖酶，其进一步如下表征：能够降解是可溶的或能够使得可溶的葡聚糖，诸如木葡聚糖、混
合的连接的葡聚糖或合成的衍生物羧甲基纤维素和乙氧基纤维素，但对微纤丝纤维素具有
最小活性。给定的酶是否具有说明的性质可由本领域技术人员通过独立于本发明的测定来
评价。将要表征的酶与刚提到的可溶的β-葡聚糖衍生物中的一个和单独地与微纤丝纤维素
接触。比活性表示为每毫克的酶蛋白(或mg的相关的酶组合物)每分钟形成的还原性末端的
微摩尔。如果比率对于可溶的底物多于2:1，那么酶是本定义的内切葡聚糖酶。如果比率少
于1:1，那么酶被称为纤维素酶。在特定的实施方案中，优选的内切葡聚糖酶被定义为对于
可溶的底物多于5:1比率。被定义为对于可溶的底物多于10:1比率的内切葡聚糖酶是优选
的。被定义为对于可溶的底物多于20:1比率的内切葡聚糖酶是甚至更优选的。
除非另外说明，本文对多糖水解酶的提及是指催化在植物细胞壁中发现的一种或
更多种基质多糖的水解的那些酶。
除非另外说明，本文对包裹的程度、或对聚糖包裹的程度、或酶可接近的微纤丝的
量的提及被计算为，当在4ml的50mM NaOAc缓冲液pH＝5中悬浮100mg的纤维素材料加60mg
用于包裹的聚糖且通过在室温翻转旋转(end-over-end rotation)持续15分钟混合时，每
mg的纤维素的沉淀的包裹聚糖的毫克。
在室温以10,000x g离心15分钟后，上清液中未附着到纤维素材料的聚糖被定量，
且根据以下被用于计算包裹的程度：[(60mg总的可溶聚糖减X mg上清液中回收的)/测定中
提供的100mg纤维素]x 100。
除非另外说明，术语“约”用于通过提供给定值可以稍微高于或低于端点来向数值
范围端点提供灵活性，以允许测试方法或装置的变化。该术语的灵活性的程度可以通过特
定的变量指示，且基于经验和本文的相关描述来确定灵活性的程度将在本领域技术人员的
知识内。
用于制备纤维素微纤丝的方法
本发明的方法包括使草本植物材料与包含如以上描述的内切葡聚糖酶和至少一
种多糖水解酶的酶组合物，或包含如以上描述的至少一种内切葡聚糖酶、至少一种溶果胶
酶和至少一种多糖水解酶的酶组合物接触。
草本植物材料
本发明中使用的植物材料是草本植物材料。“草本”是定义明确的植物学术语，指
一年生、两年生或多年生的维管植物。这些被进一步如下表征：每一生长季节后它们的地上
茎死亡。对二年生和多年生物种来说，随后的季节的再生长从地下的器官，例如茎或根储存
器官、块茎发生。这与木本物种不同，木本物种的茎每个季节继续生长，因此形成年轮。与本
发明相关的草本植物的特别性质是它们组织中的初生壁的丰度。特别在薄壁组织中发现这
些。技术人员将认识到，来自草本维管植物的器官没有完全地由薄壁组织或完全地由初生
壁组成的，因为具有其次生壁的维管元件也不变地是除了最简单的器官之外所有器官的组
分。然而，还将理解，由富含多糖的初生壁组成的植物材料，也发生在不是维管植物的两组
植物中：苔藓和轮藻(charophycean)绿藻。为了本发明的目的，“草本”还将包含来自这些组
的植物的生物质。用于本发明的方法中的植物材料因此包括蔬菜，例如块根类蔬菜和水果。
块根类蔬菜的实例包括胡萝卜、甜菜(sugar beet)(本文也称为“甜菜(beet)”)或萝卜、欧洲
防风(parsnip)和瑞典芜菁(swede)。水果的实例包括苹果、梨和葡萄。植物材料可以来自马
铃薯。植物材料可以源自一类蔬菜，例如基本所有的植物材料可以包含来自一种特定的块
根类蔬菜，例如，胡萝卜、甜菜、萝卜、欧洲防风和瑞典芜菁中的一种的材料。基本所有的意指
蔬菜材料的至少90％干重。如本文所指的，除非另外指出，所有的重量是干重。类似地，基本
所有的植物材料可包含来自一种特定的水果，例如，苹果、梨或葡萄的一种的材料。植物材
料可以源自蔬菜和水果类型的混合物，例如胡萝卜、甜菜或萝卜、欧洲防风、瑞典芜菁、苹果、
梨和葡萄中的多于一种。优选地，植物材料包含甜菜和胡萝卜中的一种或混合物。在一个实
施方案中，本发明的方法中使用的植物材料不是木材。优选地，当水果或蔬菜具有形成大于
水果或蔬菜的重量的3％的外皮时，已将水果或蔬菜的外皮移除，例如，通过剥皮。
优选地，植物材料具有基于植物材料的总体积按体积计高于30％、更优选地按体
积计高于35％或按体积计高于50％、和最优选地高于70％的薄壁细胞含量。薄壁细胞含量
通过图像分析确定，即切割一段植物，在显微镜下查看截面且测量薄壁组织的面积。理想
地，通过植物或植物器官的不同部分取截面，然后这些面积可转化成组织体积的预测值。
优选地，植物材料含有少于20wt％木质素，更优选地，其含有从1wt％至10wt％木
质素，最优选地，其含有从1wt％至5wt％木质素。可通过标准方法诸如Klason方法测量木质
素含量。该方法使用强酸处理以分解和溶解除了木质素之外的所有植物材料。木质素被定
义为不能被72％硫酸分解的材料的重量。
在一个实施方案中，草本植物材料包含少于约30wt％木质纤维素。在一个实施方
案中，草本植物材料包含少于约20wt％木质纤维素。在一个实施方案中，草本植物材料包含
少于约15wt％木质纤维素。在一个实施方案中，草本植物材料包含少于约10wt％木质纤维
素，例如少于约9wt％木质纤维素，少于约8wt％木质纤维素，少于约7wt％木质纤维素，少于
约6wt％木质纤维素，少于约5wt％木质纤维素，少于约4wt％木质纤维素，少于约3wt％木质
纤维素，少于约2wt％木质纤维素，少于约1wt％木质纤维素。在一个实施方案中，草本植物
材料基本不包含木质纤维素。
在本发明的一个实施方案中，草本起始材料是种子植物，即属于被子植物门
(Magnoliaphyta)。在另外的实施方案中，植物是单子叶植物，更具体地禾本目(Poales)的
成员，通常是谷类。植物材料可以是来自农业生产的废品或侧流。在又另一个优选的实施方
案中，草本植物是真子叶植物(eucotyledones)的成员，更具体地作物植物，或来自农业生
产的废品或侧流。生产甜菜或马铃薯淀粉之后剩余的浆是可用于本发明的吸引人的农业侧
流。块根作物通常是相关的原材料。非穷尽的列表包含胡萝卜、瑞典芜菁、萝卜、欧洲防风和小
萝卜(radish)。来自果脯、果酱、果汁生产的果渣是另一种有价值的废品，通过本发明公开的
方法可从其回收纤维素。
植物材料可以是原始植物材料或已经热处理和/或机械处理的原始植物材料，其
优选地是洗涤的，但优选地，实质上未另外处理的。优选地，其将不被任何可作用将其分解
的化学试剂处理。优选地，其将不经历酸或碱水解处理。优选地，植物材料已经机械处理，例
如切碎/撕碎，所以其呈具有例如少于10mm，优选地少于500μm，更优选地少于250μm，最优选
地少于200μm的平均主要尺寸的颗粒形式。植物材料可以呈浆料的形式，例如，取自工业废
品流的浆料。可以通过洗涤原始植物材料，将其撕碎或切碎，将其在例如90至100℃水中煮
沸直到柔软，并且任选地将其匀浆以减少包含在其中的不溶的颗粒的尺寸，从原始植物材
料制备浆料。可选地，可以通过洗涤原始植物材料，将其撕碎或切碎，将其在高压锅中的水
中煮沸直到柔软，并且任选地将其匀浆以减少包含在其中的不溶的颗粒的尺寸，从原始植
物材料制备浆料。将认识到，该实施方案中的煮沸温度可以超过100℃。
本发明的方法进行的速度部分地取决于反应物的浓度。优选地，步骤(i)的混合物
中的植物材料的浓度被保持在可以容易控制过程的水平。在一个实施方案中，步骤(i)的混
合物包含基于存在的水和植物材料的组合的量，从1wt％至10wt％浓度的植物材料。优选
地，该浓度是从1wt％至7wt％，更优选地从2wt％至5wt％。
酶组合物
在一个实例中，本发明的方法使用包含至少一种内切葡聚糖酶和一种或更多种选
自内切聚半乳糖醛酸酶、阿拉伯呋喃糖苷酶、果胶裂解酶、果胶酸裂解酶(pectate lyase)、
果胶甲基酯酶、内切阿拉伯聚糖酶、内切半乳聚糖酶、半乳糖苷酶、鼠李糖半乳糖醛酸聚糖
水解酶、鼠李糖半乳糖醛酸聚糖裂解酶或木聚糖酶的酶组合物以形成酶处理的生物质。
本发明的方法中使用的一种或更多种多糖水解酶可以与至少一种内切葡聚糖酶
同时地或伴随地添加。当在本发明的方法中使用多于一种多糖水解酶时，每种多糖水解酶
可以与至少一种内切葡聚糖酶和每种或各种多糖水解酶同时地或伴随地添加。酶处理用于
分解草本植物细胞壁材料以释放包含纤维素的结晶的和无定型区域的纤维素微纤丝。
在一个实施方案中，酶组合物包含至少一种内切葡聚糖酶、内切聚半乳糖醛酸酶、
阿拉伯呋喃糖苷酶、果胶裂解酶(pectin lyase)、果胶甲基酯酶、果胶酸裂解酶(pectate
lyase)和鼠李糖半乳糖醛酸聚糖水解酶。
在一个实施方案中，酶组合物包含至少一种内切葡聚糖酶、内切聚半乳糖醛酸酶、
阿拉伯呋喃糖苷酶、果胶裂解酶(pectin lyase)、果胶甲基酯酶、果胶酸裂解酶(pectate
lyase)和鼠李糖半乳糖醛酸聚糖水解酶、内切阿拉伯聚糖酶、内切半乳聚糖酶、和半乳糖苷
酶。
在一个实施方案中，酶组合物包含至少一种内切葡聚糖酶、内切聚半乳糖醛酸酶、
阿拉伯呋喃糖苷酶、果胶裂解酶(pectin lyase)、果胶甲基酯酶、果胶酸裂解酶(pectate
lyase)、鼠李糖半乳糖醛酸聚糖水解酶、内切阿拉伯聚糖酶、内切半乳聚糖酶、半乳糖苷酶
和木聚糖酶。
在一个实例中，本发明的方法使用包含至少一种内切葡聚糖酶、至少一种溶果胶
酶和至少一种选自由以下组成的组的酶的酶组合物：内切阿拉伯聚糖酶、阿拉伯呋喃糖苷
酶、内切半乳聚糖酶、半乳糖苷酶、鼠李糖半乳糖醛酸聚糖水解酶、鼠李糖半乳糖醛酸聚糖
裂解酶、鼠李糖半乳糖醛酸聚糖乙酰基酯酶和木聚糖酶。
在一个实施方案中，溶果胶酶包含聚半乳糖醛酸酶、果胶裂解酶(pectin lyase)
和果胶酸裂解酶(pectate lyase)中的一种或更多种。在一个实施方案中，溶果胶酶包含一
种或更多种辅助酶。在一个实施方案中，一种或更多种辅助酶包含果胶甲基酯酶和/或果胶
乙酰基酯酶。
在一个实施方案中，酶组合物还包含α-淀粉酶。
用基本没有任何纤维素酶的酶组合物处理草本植物材料以产生完整的纤维素微
纤丝可以是有利的。因此，在一个实施方案中，酶组合物基本没有任何纤维素酶。
在一个实施方案中，酶组合物基本没有纤维二糖水解酶和β-葡糖苷酶中的一种或
两种。在一个实施方案中，酶组合物包含纤维二糖水解酶和β-葡糖苷酶中的一种或两种。
在一个实施方案中，内切葡聚糖酶包含β-1,4-内切葡聚糖酶和/或β-1,3:1,4-内
切葡聚糖酶。
酶可以单独地以足以将未经化学处理的草本植物材料转化为纤维素微纤丝的任
何量存在。
在一个实施方案中，至少一种内切葡聚糖酶以至少10mg/kg草本植物材料干物质，
例如至少15mg/kg、至少20mg/kg、至少25mg/kg，例如至少30mg/kg草本植物材料干物质的量
存在。
在一个实施方案中，果胶裂解酶(pectin lyase)以至少5mg/kg草本植物材料干物
质，例如至少10mg/kg、至少15mg/kg，例如至少20mg/kg草本植物材料干物质的量存在。
在一个实施方案中，果胶酯酶以至少40mg/kg草本植物材料干物质，例如至少
50mg/kg草本植物材料干物质，至少约60mg/kg草本植物材料干物质的量存在。
在一个实施方案中，内切聚半乳糖醛酸酶以至少15mg/kg草本植物材料干物质，例
如至少20mg/kg、至少25mg/kg、至少30mg/kg草本植物材料干物质的量存在。
在一个实施方案中，内切木聚糖酶以至少10mg/kg草本植物材料干物质，至少约
15mg/kg、至少20mg/kg草本植物材料干物质的量存在。
在一个实施方案中，将草本植物材料与一种或更多种来自以下的酶组合物接触：
从Novozymes可得的L、Ultra Clear、Smash XXL和
R。L是一种可以在本发明中单独或与例如Ultra
Clear联合使用的酶组合物。另一种示例性酶组合物包含L、
Ultra Clear和R。
在一个实施方案中，草本植物材料在水的存在下与酶组合物接触。在一个实施方
案中，草本植物材料在缓冲溶液的存在下与酶组合物接触，所述缓冲溶液任选地缓冲到pH
7或更少，例如pH 6、pH 5或pH 4。将理解，最适酸度将由使用的酶组合物确定。缓冲液可以
是柠檬酸盐缓冲液。
在一个实施方案中，使草本植物材料与酶组合物在50℃或更低，例如40℃或更低
的温度，例如在37℃或更低的温度，例如在36℃或更低的温度，例如在35℃的温度接触。草
本植物材料可以与酶组合物接触持续至少10小时，例如至少15小时，例如至少20小时，例如
至少24小时，例如高达36小时的时间段。草本植物材料可以与酶组合物在如以上描述的温
度和时间的任何组合接触。
在一个实施方案中，方法还包括在与草本植物材料接触后移除酶组合物。在与草
本植物材料接触后移除酶组合物可包括热失活酶处理的生物质和洗涤通过过滤器。
热失活步骤可包括加热经酶处理的含有酶组合物的生物质到100℃。热失活步骤
可包括加热经酶处理的含有酶组合物的生物质到100℃持续达20分钟。
可选地，在与草本植物材料接触后移除酶组合物可包括使酶处理的生物质与氧化
剂接触来使酶反应失活和过滤通过过滤器。氧化剂可以是次氯酸盐溶液。使用氧化剂来终
止酶反应有利地改善了纤维素微纤丝的脱色。
机械加工
本发明的方法包括机械加工从酶处理得到的酶处理的生物质的第二步骤。在一个
实施方案中，为了增加纤化的水平，可以使用高压均质器。
在一个实施方案中，从酶处理得到的酶处理的生物质可以被机械处理而无生物质
的过滤。从酶处理得到的酶处理的生物质可以包含5wt％的干固体含量。在一个实施方案
中，机械加工酶处理的生物质包括使如以上描述得到的酶处理的生物质以至少7.5m/s的梢
速(tip speed)均化。
在一个实施方案中，在机械处理前将移除酶组合物后得到的酶处理的生物质重悬
在水中，使干固体含量达到2wt％。在一个实施方案中，机械加工酶处理的生物质包括使如
以上描述得到的酶处理的生物质以至少7.5m/s的梢速均化。
实现令人满意的微纤化水平需要的高切均化的量是此前酶处理移除基质多糖的
效果的直接量度。
纤维素微纤丝
本发明的第一方面提供了植物来源的纤维素微纤丝，其可以通过本文描述的基质
多糖或单糖的任何组合的存在来表征。可以通过如本文描述的COMPP分析确定基质多糖含
量，同时可以通过如本文描述的三氟乙酸或硫酸水解确定单糖含量。在一个实例中，本发明
的纤维素微纤丝包含少于30wt％的可提取葡萄糖；起始植物材料中可提取木糖的量的至少
5％的量的可提取木糖；和起始植物材料中可提取甘露糖的量的至少5％的量的可提取甘露
糖。
本发明的方法中，植物材料被分解成包含植物细胞壁材料的纤维素微纤丝。植物
细胞壁材料包括纤维素、半纤维素(诸如木葡聚糖、木聚糖甘露聚糖和葡甘露聚糖)、果胶和
蛋白诸如糖蛋白。微纤丝可包括植物细胞壁聚合组分的松散联合，其可以是，例如，从纤维
素、半纤维素、果胶和蛋白形成的凝胶的片。认为在本发明的方法中，植物细胞壁分解通过
果胶和半纤维素的部分降解以及果胶和半纤维素单糖的随后提取发生。然而，认为本发明
的方法不降解无定型纤维素材料，所以一些细胞壁特征/结构被保留。
在一个实施方案中，优选地，所有植物材料被转化为纤维素微纤丝。优选地，纤维
素微纤丝含有大于70wt％，优选地大于75wt％，优选地大于80wt％，优选地大于85wt％，优
选地大于90wt％的微纤丝材料，如通过重复洗涤后在150℃洗涤干燥后通过10μm过滤器的
材料的量测量的。
在一个实施方案中，纤维素微纤丝包含少于约95wt％，例如少于约90wt％、少于约
85wt％、少于约80wt％、少于约75wt％、少于约70wt％、少于约60wt％、少于约55wt％、少于
约50wt％、少于约45wt％、少于约40wt％的量的纤维素。
在一个实施方案中，纤维素微纤丝包含大于约40wt％，例如大于约45wt％，大于约
50wt％，大于约55wt％，例如大于60wt％，例如大于65wt％，例如大于70wt％，例如大于
75wt％，例如大于80wt％，例如大于85wt％，例如大于90wt％，例如高达约95wt％的量的纤
维素。
优选地，纤维素微纤丝含有至少2wt％，例如至少3wt％，至少4wt％，至少5wt％，至
少10wt％，至少15wt％，至少20wt％的量的除了纤维素之外的基质多糖。
优选地，纤维素微纤丝含有少于20wt％，例如少于15wt％，少于10wt％，少于
5wt％，少于4wt％，少于3wt％，少于2wt％的量的除了纤维素之外的基质多糖。
优选地，纤维素微纤丝含有少于2wt％的量的半纤维素和少于10wt％的量的果胶。
可以使用下面的标准方法测量纤维素含量和源自基质多糖的单糖的含量：将材料的样品转
化为乙醇不溶的残留物，然后在120℃使用2M三氟乙酸使其一部分经历酸水解持续1小时。
这产生水解产物和不可水解的纤维素/多糖残留物。干燥和在蒸馏水中重悬水解产物。然
后，使用HPLC分析该溶液的单糖含量。
纤维素微纤丝可以含有起始植物材料中的可提取木糖的量的至少2％，例如至少
5％的量的可提取木糖。可选地，纤维素微纤丝含有起始植物材料中的可提取木糖的量的至
少10％，例如起始植物材料中的可提取木糖的量的至少20％、至少30％、至少40％的可提取
木糖。
可选地，纤维素微纤丝含有相对于起始植物材料中的可提取木糖的量至少2％、例
如至少5％的可提取木糖。可选地，纤维素微纤丝含有相对于起始植物材料中的可提取木糖
的量的至少10％的可提取木糖，例如相对于起始植物材料中的可提取木糖的量的至少
20％、至少30％、至少40％的可提取木糖。
可选地，纤维素微纤丝含有起始植物材料中的可提取木糖的量的至少6％的量的
可提取木糖。可选地，纤维素微纤丝含有起始植物材料中的可提取木糖的量的至少7％，例
如起始植物材料中的可提取木糖的量的至少8％、至少9％、至少10％的可提取木糖。可选
地，纤维素微纤丝含有起始植物材料中的可提取木糖的量的少于10％的量的可提取木糖。
可选地，纤维素微纤丝含有起始植物材料中的可提取木糖的量的少于9％，例如少于8％、少
于7％、少于6％的起始植物材料中的可提取木糖的量的可提取木糖。
可选地，纤维素微纤丝含有相对于起始植物材料中的可提取木糖的量的少于70％
的可提取木糖。可选地，纤维素微纤丝含有相对于起始植物材料中的可提取木糖的量的少
于60％的可提取木糖，例如相对于起始植物材料中的可提取木糖的量的少于55％的可提取
木糖。
可选地，纤维素微纤丝含有少于20wt％、少于15wt％、少于10wt％的可提取木糖，
例如少于9wt％的可提取木糖、少于8wt％的可提取木糖、少于7wt％、少于6wt％、少于
5wt％、少于4wt％、少于3wt％、少于2wt％、少于1wt％的可提取木糖。
在可选的实施方案中，纤维素微纤丝源自甜菜并且含有至少约1.5wt％，例如至少
约1.6wt％、至少约1.7wt％、至少约1.8wt％、至少约1.9wt％，例如至少2wt％，例如至少
5wt％，例如至少10wt％的可提取木糖。
在可选的实施方案中，纤维素微纤丝源自甜菜并且当起始甜菜植物材料中可提取
木糖的量是约20wt％时，含有至少约1.5wt％，例如至少约1.6wt％、至少约1.7wt％、至少约
1.8wt％、至少约1.9wt％，例如约2wt％的可提取木糖。
在可选的实施方案中，纤维素微纤丝源自胡萝卜并且含有至少约0.8wt％，例如至
少约0.9wt％，例如约1.0wt％的可提取木糖。
在可选的实施方案中，纤维素微纤丝源自胡萝卜并且当起始胡萝卜植物材料中可提
取木糖的量是约2.0wt％时，含有至少约0.8wt％，例如至少约0.9wt％，例如约1.0wt％的可
提取木糖。
纤维素微纤丝可以含有起始植物材料中的可提取甘露糖的量的至少2％，例如至
少5％的量的可提取甘露糖。可选地，纤维素微纤丝含有起始植物材料中的可提取甘露糖的
量的至少10％，例如起始植物材料中的可提取甘露糖的量的至少20％、至少30％、至少40％
的可提取甘露糖。
可选地，纤维素微纤丝含有相对于起始植物材料中的可提取甘露糖的量至少2％，
例如至少5％的可提取甘露糖。可选地，纤维素微纤丝含有相对于起始植物材料中的可提取
甘露糖的量的至少10％的可提取甘露糖，例如相对于起始植物材料中的可提取甘露糖的量
的至少20％、至少30％、至少40％的可提取甘露糖。
可选地，纤维素微纤丝含有起始植物材料中的可提取甘露糖的量的至少6％的量
的可提取甘露糖。可选地，纤维素微纤丝含有起始植物材料中的可提取甘露糖的量的至少
7％，例如起始植物材料中的可提取甘露糖的量的至少8％、至少9％、至少10％的可提取甘
露糖。
可选地，纤维素微纤丝含有起始植物材料中的可提取甘露糖的量的少于10％的量
的可提取甘露糖。可选地，纤维素微纤丝含有起始植物材料中的可提取甘露糖的量的少于
9％，例如起始植物材料中的可提取甘露糖的量的少于8％、少于7％、少于6％的可提取甘露
糖。
可选地，纤维素微纤丝含有相对于起始植物材料中的可提取甘露糖的量的少于
70％的可提取甘露糖。可选地，纤维素微纤丝含有相对于起始植物材料中的可提取甘露糖
的量的少于60％的可提取甘露糖，例如相对于起始植物材料中的可提取甘露糖的量的少于
55％的可提取甘露糖。
可选地，纤维素微纤丝含有少于20wt％、少于15wt％、少于10wt％的可提取甘露
糖，例如少于9wt％的可提取甘露糖、少于8wt％的可提取甘露糖、少于7wt％、少于6wt％、少
于5wt％、少于4wt％、少于3wt％、少于2wt％、少于1wt％的可提取甘露糖。
在可选的实施方案中，纤维素微纤丝源自甜菜并且含有至少约1.5wt％，例如至少
约1.6wt％、至少约1.7wt％、至少约1.8wt％、至少约1.9wt％，例如至少2wt％，例如至少
5wt％，例如至少10wt％的可提取甘露糖。
在可选的实施方案中，纤维素微纤丝源自甜菜并且当起始甜菜植物材料中可提取
甘露糖的量是约20wt％时，含有至少约1.5wt％，例如至少约1.6wt％、至少约1.7wt％、至少
约1.8wt％、至少约1.9wt％，例如约2wt％的可提取甘露糖。
在可选的实施方案中，纤维素微纤丝源自胡萝卜并且含有至少约0.8wt％，例如至
少约0.9wt％，例如约1.0wt％的可提取甘露糖。
在可选的实施方案中，纤维素微纤丝源自胡萝卜并且当起始胡萝卜植物材料中可提
取甘露糖的量是约2.0wt％时，含有至少约0.8wt％，例如至少约0.9wt％，例如约1.0wt％的
可提取甘露糖。
纤维素微纤丝可以含有起始植物材料中的可提取鼠李糖的量的至少2％，例如至
少5％的量的可提取鼠李糖。可选地，纤维素微纤丝含有起始植物材料中的可提取鼠李糖的
量的至少10％，例如起始植物材料中的可提取鼠李糖的量的至少20％、至少30％、至少40％
的可提取鼠李糖。
可选地，纤维素微纤丝含有相对于起始植物材料中的可提取鼠李糖的量的至少
2％，例如至少5％的可提取鼠李糖。可选地，纤维素微纤丝含有相对于起始植物材料中的可
提取鼠李糖的量的至少10％的可提取鼠李糖，例如相对于起始植物材料中的可提取鼠李糖
的量的至少20％、至少30％、至少40％的可提取鼠李糖。
可选地，纤维素微纤丝含有起始植物材料中的可提取鼠李糖的量的至少6％的量
的可提取鼠李糖。可选地，纤维素微纤丝含有起始植物材料中的可提取鼠李糖的量的至少
7％，例如起始植物材料中的可提取鼠李糖的量的至少8％、至少9％、至少10％的可提取鼠
李糖。
可选地，纤维素微纤丝含有起始植物材料中的可提取鼠李糖的量的少于10％的量
的可提取鼠李糖。可选地，纤维素微纤丝含有起始植物材料中的可提取鼠李糖的量的少于
9％，例如起始植物材料中的可提取鼠李糖的量的少于8％、少于7％、少于6％的可提取鼠李
糖。
可选地，纤维素微纤丝含有相对于起始植物材料中的可提取鼠李糖的量的少于
70％的可提取鼠李糖。可选地，纤维素微纤丝含有相对于起始植物材料中的可提取鼠李糖
的量的少于60％的可提取鼠李糖，例如相对于起始植物材料中的可提取鼠李糖的量的少于
55％的可提取鼠李糖。
可选地，纤维素微纤丝含有少于20wt％、少于15wt％、少于10wt％的可提取鼠李
糖，例如少于9wt％的可提取鼠李糖、少于8wt％的可提取鼠李糖、少于7wt％、少于6wt％、少
于5wt％、少于4wt％、少于3wt％、少于2wt％、少于1wt％的可提取鼠李糖。
在可选的实施方案中，纤维素微纤丝源自甜菜并且含有至少约1.5wt％，例如至少
约1.6wt％、至少约1.7wt％、至少约1.8wt％、至少约1.9wt％，例如至少2wt％，例如至少
5wt％，例如至少10wt％的可提取鼠李糖。
在可选的实施方案中，纤维素微纤丝源自甜菜并且当起始甜菜植物材料中可提取
鼠李糖的量是约20wt％时，含有至少约1.5wt％，例如至少约1.6wt％、至少约1.7wt％、至少
约1.8wt％、至少约1.9wt％，例如约2wt％的可提取鼠李糖。
在可选的实施方案中，纤维素微纤丝源自胡萝卜并且含有至少约0.8wt％，例如至
少约0.9wt％，例如约1.0wt％的可提取鼠李糖。
在可选的实施方案中，纤维素微纤丝源自胡萝卜并且当起始胡萝卜植物材料中可提
取鼠李糖的量是约2.0wt％时，含有至少约0.8wt％，例如至少约0.9wt％，例如约1.0wt％的
可提取鼠李糖。
纤维素微纤丝可以含有起始植物材料中的可提取半乳糖的量的至少2％，例如至
少5％的量的可提取半乳糖。可选地，纤维素微纤丝含有起始植物材料中的可提取半乳糖的
量的至少10％，例如起始植物材料中的可提取半乳糖的量的至少20％、至少30％、至少40％
的可提取半乳糖。
可选地，纤维素微纤丝含有相对于起始植物材料中的可提取半乳糖的量的至少
2％，例如至少5％的可提取半乳糖。可选地，纤维素微纤丝含有相对于起始植物材料中的可
提取半乳糖的量的至少10％的可提取半乳糖，例如相对于起始植物材料中的可提取半乳糖
的量的至少20％、至少30％、至少40％的可提取半乳糖。
可选地，纤维素微纤丝含有起始植物材料中的可提取半乳糖的量的至少6％的量
的可提取半乳糖。可选地，纤维素微纤丝含有起始植物材料中的可提取半乳糖的量的至少
7％，例如起始植物材料中的可提取半乳糖的量的至少8％，至少9％，至少10％的可提取半
乳糖。
可选地，纤维素微纤丝含有起始植物材料中的可提取半乳糖的量的少于10％的量
的可提取半乳糖。可选地，纤维素微纤丝含有起始植物材料中的可提取半乳糖的量的少于
9％，例如起始植物材料中的可提取半乳糖的量的少于8％、少于7％、少于6％的可提取半乳
糖。
可选地，纤维素微纤丝含有相对于起始植物材料中的可提取半乳糖的量的少于
70％的可提取半乳糖。可选地，纤维素微纤丝含有相对于起始植物材料中的可提取半乳糖
的量的少于60％的可提取半乳糖，例如相对于起始植物材料中的可提取半乳糖的量的少于
55％的可提取半乳糖。
可选地，纤维素微纤丝含有少于20wt％、少于15wt％、少于10wt％的可提取半乳
糖，例如少于9wt％的可提取半乳糖、少于8wt％的可提取半乳糖、少于7wt％、少于6wt％、少
于5wt％、少于4wt％、少于3wt％、少于2wt％、少于1wt％的可提取半乳糖。
在可选的实施方案中，纤维素微纤丝源自甜菜并且含有至少约1.5wt％，例如至少
约1.6wt％、至少约1.7wt％、至少约1.8wt％、至少约1.9wt％，例如至少2wt％，例如至少
5wt％，例如至少10wt％的可提取半乳糖。
在可选的实施方案中，纤维素微纤丝源自甜菜并且当起始甜菜植物材料中可提取
半乳糖的量是约20wt％时，含有至少约1.5wt％，例如至少约1.6wt％、至少约1.7wt％、至少
约1.8wt％、至少约1.9wt％，例如约2wt％的可提取半乳糖。
在可选的实施方案中，纤维素微纤丝源自胡萝卜并且含有至少约0.8wt％，例如至
少约0.9wt％，例如约1.0wt％的可提取半乳糖。
在可选的实施方案中，纤维素微纤丝源自胡萝卜并且当起始胡萝卜植物材料中可提
取半乳糖的量是约2.0wt％时，含有至少约0.8wt％，例如至少约0.9wt％，例如约1.0wt％的
可提取半乳糖。
纤维素微纤丝可以含有少于30wt％的可提取葡萄糖。可选地，纤维素微纤丝可以
含有少于25wt％的可提取葡萄糖，例如少于20wt％、少于19wt％、少于18wt％、少于17wt％、
少于16wt％、少于15wt％的可提取葡萄糖。
在可选的实施方案中，纤维素微纤丝源自甜菜并且当起始甜菜植物材料中可提取
葡萄糖的量是约7wt％时，含有少于约25wt％，例如少于约20wt％、少于约15wt％，例如约
13wt％的可提取葡萄糖。
在可选的实施方案中，纤维素微纤丝源自胡萝卜并且当起始胡萝卜植物材料中可提
取葡萄糖的量是约11wt％时，含有少于约25wt％，例如少于约20wt％，例如约19wt％的可提
取葡萄糖。
在一个实施方案中，纤维素微纤丝含有少于约1wt％，例如少于约0.5wt％，例如少
于约0.2wt％的甘露糖，例如基本无甘露糖。在一个实施方案中，纤维素颗粒材料含有少于
约1wt％，例如少于约0.5wt％，例如少于约0.2wt％的鼠李糖，例如基本无鼠李糖。
在一个实施方案中，纤维素微纤丝包含少于30wt％的可提取葡萄糖；和起始植物
材料中的可提取木糖的量的至少5％的量的可提取木糖。
在一个实施方案中，纤维素微纤丝包含少于30wt％的可提取葡萄糖；和起始植物
材料中的可提取甘露糖的量的至少5％的量的可提取甘露糖。
在一个实施方案中，纤维素微纤丝包含少于30wt％的可提取葡萄糖；和起始植物
材料中的可提取鼠李糖的量的至少5％的量的可提取鼠李糖。
在一个实施方案中，纤维素微纤丝包含少于30wt％的可提取葡萄糖；和起始植物
材料中的可提取半乳糖的量的至少5％的量的可提取半乳糖。
在一个实施方案中，纤维素微纤丝包含少于30wt％的可提取葡萄糖；起始植物材
料中的可提取鼠李糖的量的至少5％的量的可提取鼠李糖；起始植物材料中的可提取甘露
糖的量的至少5％的量的可提取甘露糖；和起始植物材料中的可提取半乳糖的量的至少5％
的量的可提取半乳糖。
在一个实施方案中，纤维素微纤丝可包含一种或更多种来自以下的多糖：同聚半
乳糖醛酸、(1→4)-β-D-(半乳)甘露聚糖、(1→4)-β-D-(半乳)(葡萄糖)甘露聚糖、(1→4)-
β-D-(葡萄糖)甘露聚糖、(1-4)-β-D-半乳聚糖、木葡聚糖、(1-4)-β-D-木聚糖和(1-4)-β-D-
阿拉伯糖基木聚糖。在一个实施方案中，纤维素微纤丝可包含完全甲基酯化的同聚半乳糖
醛酸、部分甲基酯化的同聚半乳糖醛酸或完全去酯化的同聚半乳糖醛酸。在一个实施方案
中，纤维素微纤丝可包含一种或更多种糖蛋白。例如，在一个实施方案中，纤维素微纤丝可
包含伸展蛋白。使用CoMPP糖阵列方法，可以容易地进行此类组分的存在的确定，如在
I,Marcus SE,Haeger A,Verhertbruggen Y,Verhoef R,Schols H,Ulvskov P,
Mikkelsen JD,Knox JP,Willats W.(2007)High-throughput screening of monoclonal
antibodies against plant cell wall glycans by hierarchical clustering of
their carbohydrate microarray binding profilesGlycoconj J.25(1):37-48中描述
的。该方法使用糖表位特异的抗体的组来检测在定义的条件下可溶的基质多糖。因此，方法
理想地适合确定哪些基质多糖保持与微纤丝关联。顺序地使用以下的两个提取方案：用
CDTA的提取溶解生物质中经由钙复合体结合的多糖。水溶的糖蛋白也被提取。该步骤之后
是NaOH提取，其溶解被多个氢键和/或呈酯键形式的共价键结合的聚合物。在一个实施方案
中，可以根据本文描述的方法对TFA水解后获得的材料进行CoMPP分析。
纤维素微纤丝优选地包含非糖(即非碳水化合物)组分，其以少于10wt％，例如少
于5wt％的量存在。该组分可包含蛋白质，例如糖蛋白。
在一个实施方案中，纤维素微纤丝由暴露的微纤丝表面的程度表征，如由多少交
联的聚糖可被吸附到微纤丝测量的，所述暴露的微纤丝表面的程度另外称为包裹的程度。
本领域众所周知，仅拴住纤维素微纤丝的木葡聚糖的结构域是酶可接近的，而包裹微纤丝
的那些不是酶可接近的。包裹的程度是可接近的纤维素表面的量度，并且发现与同一材料
的CoMPP表征关联良好。所以根据本发明的加工在交联化学反应可接近的纤维素表面区域
或与半合成的复合材料的基质相互作用方面提供了优势。
纤维素微纤丝可具有至少2％，例如至少3％、至少4％、至少5％、至少10％、至少
15％、至少20％、至少25％、至少30％、至少40％、至少50％、至少60％、至少70％的包裹的程
度。
纤维素微纤丝可具有少于70％，例如少于60％、少于50％、少于40％、少于30％、少
于25％、少于20％、少于15％、少于10％、少于5％、少于4％、少于3％、少于2％的包裹的程
度。
在一个实施方案中，纤维素微纤丝可为由具有结晶的纤维素对无定型纤维素的特
定比率表征。结晶纤维素对无定型纤维素的比率可以通过X射线散射或固态NMR测量。在一
个实施方案中，结晶纤维素对无定型纤维素的比率可以是1:1。在一个实施方案中，结晶纤
维素对无定型纤维素的比率可以是至少2:1，例如至少3:1，例如至少4:1，例如至少5:1，例
如至少6:1，例如至少7:1，至少8:1，至少9:1，至少10:1。在一个实施方案中，结晶纤维素对
无定型纤维素的比率可以是至少15:1，例如至少20:1，至少30:1，至少40:1，至少50:1。
可选地，在一个实施方案中，无定型纤维素对结晶纤维素的比率可以是1:1。在一
个实施方案中，无定型纤维素对结晶纤维素的比率可以是至少2:1，例如至少3:1，例如至少
4:1，例如至少5:1，例如至少6:1，例如至少7:1，至少8:1，至少9:1，至少10:1。在一个实施方
案中，无定型纤维素对结晶纤维素的比率可以是至少15:1，例如至少20:1，至少30:1，至少
40:1，至少50:1。
在一个实施方案中，纤维素微纤丝或微纤化的纤维素材料可以呈薄片(sheet)形
式。可通过本领域已知的任何方法制备从本文描述的微纤化的纤维素材料形成的薄片。例
如，含有微纤化的纤维素材料的分散体，例如水性分散体，可被喷射到表面，允许干燥，从而
形成薄片。
可选地，薄片材料可通过以下形成：倾倒含有微纤化的纤维素材料的分散体，例如
水性分散体到表面，允许其干燥，从而形成薄片。取决于溶液中的微纤化的纤维素材料的固
体含量和施用材料的方法，薄片的厚度可以改变。材料被倾倒到容器(receptable)后，薄片
可具有例如10cm的厚度。可选地，分散体被喷射到表面后，薄片可具有少达5μm的厚度。将理
解，所有的薄片厚度是可能的，以上提到的厚度仅用于示例。
纤维素微纤丝的用途
已知纤维素和纤维素来源的材料诸如纤维素微纤丝在不同的工业中作为添加剂，
至少部分归因于其的机械强度。因此，本发明还涉及包含本文描述的纤维素微纤丝的基于
水的，即水性系统或组合物。本文提及的基于水的系统包括水性溶液和乳剂。实例是基于水
的环氧树脂、丙烯酸、聚氨酯涂料和水泥组合物。通常，本发明的纤维素微纤丝以少于
10wt％、少于5wt％，例如少于3wt％，优选地少于1wt％，更优选地0.05wt％至0.2wt％或
0.5wt％的量存在。本发明的纤维素微纤丝可以以至少0.05wt％、至少约0.2wt％、至少约
0.5wt％、至少约1wt％、至少约3wt％、至少约5wt％、至少约10wt％的量存在于这些组合物
中的任何一个。在一些实施方案中，纤维素微纤丝以少于约2wt％，例如少于约1.5wt％、少
于约1.2wt％、少于约1wt％、少于约0.5wt％、少于约0.4wt％、少于约0.3wt％、少于约
0.25wt％、少于约0.2wt％、少于约0.1wt％、少于约0.05wt％、少于约0.04wt％、少于约
0.03wt％、少于约0.02wt％、例如约0.01wt％的量被掺入组合物中。
复合材料
本发明还涉及组合物和复合材料诸如混凝土和其他的水泥材料。本文描述的纤维
素微纤丝特别可用作混凝土、其他水泥材料和树脂复合材料中的增强剂。
在一个方面，本发明提供了包含树脂和高达约90wt％的本文描述的植物来源的纤
维素微纤丝的复合材料。植物来源的纤维素微纤丝可以以高达约85wt％，例如高达约
80wt％、高达约75wt％、高达约70wt％、高达约65wt％的量存在。
树脂可以是热固性树脂或热塑性树脂。热固性树脂可以是基于聚酯的或基于环氧
化物的，但将理解，这些仅是示例，其他热固性树脂诸如聚氨酯也可被使用。在复合材料制
造中使用许多热塑性树脂：聚烯烃、聚酰胺、乙烯聚合物、聚缩醛、聚砜、聚碳酸酯、聚苯撑和
聚酰亚胺。在一个实施方案中，树脂可以是丙烯酸树脂。树脂可以是单一树脂，或树脂可以
是多于一种树脂的混合物，包括以上描述的树脂中的任何一种。复合材料可还包含一种或
更多种粘合剂，例如亲水性粘合剂和/或疏水性粘合剂。用于树脂复合材料的此类添加剂是
本领域已知的，此处不需要进一步讨论。
在一个方面，本发明提供包含本文描述的纤维素微纤丝的水泥组合物。颗粒材料
可以以少于10wt％、少于5wt％，例如少于约2wt％，例如少于约1wt％的量存在。水泥组合物
可包含任何已知的接合剂。例如，水泥组合物可包含水凝水泥诸如普通水泥(Portland
cement)，其可进一步至少部分被例如飞灰、矿渣水泥或硅粉替换，以形成普通水泥混合物。
水泥组合物可包含本领域已知的其他添加剂和填料，诸如蓄气剂、缓凝剂、促凝剂等等。
在一个方面，本发明提供包含本文描述的纤维素微纤丝的混凝土组合物。颗粒材
料可以以少于10wt％、少于5wt％，例如少于约2wt％，例如少于约1wt％的量存在。混凝土组
合物通常包含本文描述的纤维素微纤丝、水泥和惰性骨料材料诸如沙、或沙的混合物和较
大的颗粒诸如碎石。水泥可以是如之前描述的任何类型的水泥。建筑工业中通常使用的任
何类型的填料/骨料在本发明的情形下可被有效地使用。合适的填料/骨料的实例诸如硅
砂、碳酸钙、白云石、以及轻的骨料诸如珍珠岩、聚苯乙烯珠、中空/膨胀玻璃或陶瓷球体软
木(hollow/expanded glass or ceramic spheres cork)、橡胶等等和其混合物。水泥或灰
浆中填料/骨料的比例基于总干燥成分以重量计优选地在50％和约85％之间，更优选地在
60％和约80％之间，和最优选地在65％和约75％之间。将理解，为了产生将要凝固的最终混
凝土混合物，随后将添加水。
涂料
已知纤维素材料还用在涂料组合物中作为粘度调节剂，或用于结构强化以防止例
如破裂。
因此，在一个方面，本发明提供包含本文描述的纤维素微纤丝的涂料组合物。微纤
丝可以以少于10wt％、少于5wt％，例如少于约2wt％，例如少于约1wt％的量存在。涂料组合
物可以是颜料组合物。涂料组合物通常包含稀释剂或溶剂，通常是水，颜料(例如碳酸钙、云
母、二氧化硅、滑石)、填料(其功能可由颜料或单独的惰性材料提供)、和一种或更多种另外
的添加剂诸如助粘剂、调质剂、UV稳定剂、压延剂(flatteners)或杀生物剂(biocides)作为
非限制性实例。此类涂料添加剂通常以基于制剂的总重量以重量计从约0％到约18％、或以
重量计高达18％、和以重量计从约1％到约15％的量存在于组合物中。
纸
纤维素材料还形成纸和硬纸板的基础。通常将添加剂添加到纸和/或硬纸板以增
强物理或化学性质。特别是，当包装食物产品或化妆或香水产品时，为了阻断气体例如气
味、香味或氧化剂的渗透，或为了阻断微生物和病毒颗粒的渗透，需要减少纸或硬纸板的孔
隙度。因此，在一个方面，本发明提供了包含少于约40wt％的如本文描述的植物来源的纤维
素微纤丝的纸组合物。纸组合物可包含少于约25wt％，例如少于约20wt％、少于约5wt％的
植物来源的纤维素微纤丝化的材料。可选地，纸组合物可包含多于约5wt％，例如多于约
10wt％、多于约15wt％、多于约20wt％、多于约25wt％、多于约30wt％、高达约40wt％的植物
来源的纤维素微纤丝化的材料。纸组合物可包含已知可用于纸生产的纤维素浆料和本文描
述的纤维素颗粒材料联合。纸组合物还可包含一种或更多种添加剂诸如无机填料、光学增
白剂和颜料。
本发明被以下的实施例进一步描述但不限于此。
实施例
实施例1
将剥皮的胡萝卜切成近似2cm的片，并且煮沸持续1小时。然后将胡萝卜在榨汁器中
加工并在食物料理机中均质化。将加工的胡萝卜悬液加热至100℃持续10分钟，并且通过使
用Halogen moisturizer分析水分含量。使用100mM柠檬酸盐缓冲液pH 3.6将胡萝卜悬液稀
释到5％干物质含量到0.5L的最终体积。
如以下与表1相关描述的进行酶处理。然后在100℃水浴中将酶加热失活持续
15min。
然后将样品过滤，并且用等量的水洗涤，随后重悬以形成以固体计1％溶液(在卤
素加热湿度分析器(Metier HB43或Oxford Instrument FM503)上测量固体含量)。然后在
具有超细分解头的Silverson L5RT高剪切混合器上以5700rpm加工材料，持续5分钟的起始
阶段。然后将样品稀释到约1.5L，并且通过高压均质器(Manton Gualin Lab 100/3/350)。
使用扫描电子显微术(SEM)分析样品。使用配备有场发射枪和Cambridge
Instrument SEM 360的FEI Quanta 600SEM进行SEM。在-210℃速冻所有的样品，然后允许
升温到-140℃，此时它们被破裂以暴露内表面，其在-90℃升华持续20分钟。然后将样品冷
却到-140℃，用铂金属涂覆用于成像。
如表1和2陈述的，基于来自Novozymes的商用酶产品，研究了以不同酶组合物的不
同的试验。
表1：酶试验组合
试验1至7中的酶处理是在Mathis Lab-O-Mat中在40℃进行持续24小时。试验9至
10中的酶处理是在Mathis Lab-O-Mat中进行持续32小时。试验10中，仅在24小时后添加
52mg/kg的内切-1,4-β葡聚糖酶。然后在100℃水浴中将所有样品加热失活持续15min。
然后将样品过滤，并且用等量的水洗涤，随后重悬以形成以固体计1％溶液(在卤
素加热湿度分析器(Metier HB43或Oxford Instrument FM503)上测量固体含量)。然后使
该溶液在具有一系列剪切头的高剪切混合器(Silverson L5RT)中经历机械分解。用高剪切
头以7000rpm持续5分钟和用细乳剂筛在7000rpm 5分钟及用超细带槽头35分钟进行初始分
解。
实施例2
用于从马铃薯释放纤维素微纤丝的酶和机械程序
将马铃薯剥皮，并用刀切成2cm的片。将切片的土豆在水中煮沸持续1小时。然后将
马铃薯用浸入式搅拌器加工并在食物料理机中均质化。将均质化的马铃薯放入100℃水浴
持续10min。通过使用Halogen moisturizer测量悬液的干物质。使用100mM柠檬酸盐缓冲液
pH 4将马铃薯悬液稀释到5％干物质含量到0.6L的最终体积。用表3中的酶剂量处理马铃薯
悬液，所述酶剂量对应于15mL/kg干马铃薯的L、15mL/kg干马铃薯的
Ultra Clear和5mL/kg干马铃薯的240L。
在Mathis Lab-O-Mat中在40℃孵育混合物持续24小时。在100℃水浴中通过加热
持续15min使酶失活。
然后在Silverson L5RT高剪切混合器上加工酶处理的马铃薯。
表3用于从马铃薯释放纤维素微纤丝的选择的酶
实施例3
用于从甜菜释放纤维素微纤丝的酶和机械程序
将甜菜剥皮，并用刀切成约2cm的片。将切片的甜菜片煮沸持续1小时。为了增加表
面积并且允许更好的酶接近，通过使用浸入式搅拌器和食物料理机机械处理甜菜。将均质
化的甜菜悬液加热至100℃持续10分钟，并且通过使用Halogen moisturizer确定水分含
量。使用100mM柠檬酸盐缓冲液pH 4将甜菜悬液稀释到5％干物质含量到0.6L的最终体积。
用表4中的酶剂量处理甜菜悬液，所述酶剂量对应于10mL/kg干甜菜的L、
10mL/kg干甜菜的Ultra Clear、10mL/kg干甜菜的Pulpzym HC和10mL/kg干甜菜
的240L。
表4用于从甜菜释放纤维素微纤丝的酶
在Mathis Lab-O-Mat中在40℃孵育混合物持续24小时。通过将混合物加热到100
℃持续15min使酶失活。然后在Silverson L5RT高剪切混合器上加工酶处理的甜菜。
实施例4
产物分析-基质多糖
通过COMPP分析，确定实施例1的不同酶试验的酶处理后的基质多糖的存在，如
Glycoconj J.25(1):37-48中描述的。结果(相对荧光值)示出在表5(CDTA提取)和表6(NaOH
提取)中，相对于从以下获得的参考材料(i)用水洗涤的发酵的胡萝卜生物质；(ii)用漂白剂
洗涤的发酵的胡萝卜生物质(二者如在WO2006056737中描述的)；(iii)如在WO 2014/017911
(ST70橙)中描述的胡萝卜的氢氧化钠处理；和(iv)来自(iii)的材料还经历随后的漂白处理
(”ST70白”)并经历相同的分析。
实施例5
产物分析-单糖
根据下面的标准的两步方案进行测试程序，所述标准的两步方案是基于通过在
80％乙醇溶液中煮沸样品将多糖与单糖和寡糖分离。单糖和寡糖在乙醇溶液中是可溶的，
而多糖和纤维是不溶的。通过过滤或离心，可将不溶的组分与可溶的组分分离。然后可将两
部分(可溶的和不溶的)干燥并称重，以确定其浓度。
干燥的材料在酸水解后，然后可用于HPLC分析。
(i)乙醇可溶的和不溶的组分的分离
材料：
·干燥的样品
·80％乙醇
·压缩氮气
方法
对每种材料样品，用5ml的80％乙醇提取50mg三次，通过在95℃水浴在加帽的玻璃
管中煮沸样品各持续10min。每次提取后，将每个管以5000x g离心持续5分钟，将三次提取
的上清液合并用于糖分析。
在酸水解之前，烘箱干燥残留物和上清。使用三氟乙酸的酸水解降解果胶、半纤维
素和纤维素的高度无定型区域，而使用72％(w/v)硫酸的酸水解降解除了纤维素的高度结
晶区域之外的全部的多糖。
(ii)(a)基质多糖的分析-三氟乙酸水解
材料
·干燥的样品
·螺帽管
·2M三氟乙酸＝11.4g在50ml(或3ml 99.5％TFA和17ml dH2O)
·压缩氮气
·单糖标准品
○三种单糖(葡萄糖、果糖、木糖)的标准糖混合物。每种糖是在10mM储备溶液
(100X)中。通过移液250、500和750μl到螺帽小瓶中并且蒸发至干燥完成标准品的制备。以
与样品同样的方式进行水解。
方法
第1天
·称取来自步骤(i)的5mg的乙醇不溶的部分到螺帽管。
·将所有的样品和单糖标准品(250μl、500μl、750μl)干燥
第2天
·在通风橱中，通过添加0.5ml 2M TFA水解。用干燥的氮气冲洗小瓶，放置帽，且
混匀。在样品之间用乙醇湿巾擦拭氮气喷嘴以防止污染。
·在100℃加热小瓶持续4h，并且水解期间混合若干次。
·在离心蒸发器中或在带有烟雾提取的氮气气流下过夜完全蒸发。
第3天
·添加500μl的丙-2-醇，混合，并且蒸发。
·重复
·在200μl的dH2O中重悬样品和标准品。混匀。
·离心，并且转移上清液到新的管。
·经0.45μm PTFE过滤器过滤上清液，随后HPLC分析。
(ii)(b)基质多糖的分析-硫酸水解
材料
72％的硫酸(w/v)(AR)
氢氧化钡(150mM)
溴酚蓝(1％水溶液)
0.45μm过滤器
SPE反相(苯乙烯-二乙烯基苯)；例如Strata-X 30mg,1ml体积。
方法
·准确称取来自步骤(i)的4mg的乙醇不溶的部分放入2.0ml螺帽微量离心管。可
选地，使用来自基质糖消化的干燥的残留物。
·添加70μl的72％(w/v)的硫酸到螺帽小瓶。混合，直到固体消失/溶解。
·在30℃水浴孵育持续2小时。每15分钟混合样品。
·添加水以将硫酸浓度减少到4.6％(w/w)-添加1530μl水。
·混匀，并且在121℃加热器中加热持续4小时。每30分钟涡旋。
·冷却到室温。(在此时，可将样品储存在冰箱持续达2周。)
·取300μl到新的管中，添加1μl的1％的溴酚蓝。通过添加0.8ml 150mM氢氧化钡
部分地中和。通过添加碳酸钡粉末完成。指示剂变蓝。
·离心以清除沉淀的硫酸钡(10000x g，10min)。转移上清液至新的管。冻融以完
成沉淀，并且重复离心(总体积1050μl)。
·将样品(700μl小份)通过反相柱(例如strata X 30mg)且通过0.45μm过滤器过
滤，随后HPLC。
如本领域常规的，通过注入已知量的参考单糖例如葡萄糖或木糖可获得定量数
据。