Co to jest celuloza? Fakty i funkcje

Celuloza [(C₆H.₁₀O₅)_n] jest związek organiczny i najbardziej obfite biopolimer na ziemi. To jest węglowodany złożone lub polisacharyd składający się z setek do tysięcy glukoza cząsteczki połączone ze sobą, tworząc łańcuch. Podczas gdy zwierzęta nie produkują celulozy, jest ona wytwarzana przez rośliny, glony, niektóre bakterie i inne mikroorganizmy. Celuloza jest główną cząsteczką strukturalną w ściany komórkowe roślin i glonów.

Francuski chemik Anselme Payen odkrył i wyizolował celulozę w 1838 r. Payen określił również wzór chemiczny. W 1870 roku pierwszy polimer termoplastyczny, celuloid, został wyprodukowany przez Hyatt Manufacturing Company przy użyciu celulozy. Stamtąd celuloza została wykorzystana do produkcji sztucznego jedwabiu w latach 90. XIX wieku celofan w 1912 r. Hermann Staudinger określił strukturę chemiczną celulozy w 1920 r. W 1992 r. Kobayashi i Shoda zsyntetyzowali celulozę bez użycia enzymów biologicznych.

Celuloza tworzy się poprzez wiązania β (1 → 4) -glikozydowe między jednostkami D-glukozy. W przeciwieństwie do tego, skrobia i glikogen tworzą wiązania α (1 → 4) -glikozydowe między cząsteczkami glukozy. Połączenia z celulozy sprawiają, że jest to polimer o prostym łańcuchu. Grupy hydroksylowe w cząsteczkach glukozy tworzą wiązania wodorowe z atomami tlenu, utrzymując łańcuchy na miejscu i nadając włóknom wysoką wytrzymałość na rozciąganie. W ścianach komórkowych roślin wiele łańcuchów łączy się, tworząc mikrofibryle.

Czysta celuloza jest bezwonna, bez smaku, hydrofilowa, nierozpuszczalna w wodzie i biodegradowalna. Ma temperaturę topnienia 467 stopni Celsjusza i można go rozłożyć na glukozę przez obróbkę kwasem w wysokiej temperaturze.

Celuloza to białko strukturalne w roślinach i algach. Włókna celulozowe są wplątane w matrycę polisacharydową w celu podtrzymania ścian komórkowych roślin. Pędy roślin i drewno wsparte są włóknami celulozowymi rozmieszczonymi w matrycy ligninowej, gdzie celuloza działa jak pręty wzmacniające, a lignina działa jak beton. Najczystszą naturalną formą celulozy jest bawełna, która składa się w ponad 90% z celulozy. Z kolei drewno składa się z 40-50% celulozy.

Niektóre rodzaje bakterii wydzielają celulozę do produkcji biofilmu. Warstwy biologiczne stanowią powierzchnię przyłączenia dla mikroorganizmów i pozwalają im organizować się w kolonie.

Podczas gdy zwierzęta nie są w stanie wyprodukować celulozy, ważne jest ich przetrwanie. Niektóre owady używają celulozy jako materiału budowlanego i żywności. Przeżuwacze wykorzystują symbiotyczne mikroorganizmy do trawienia celulozy. Ludzie nie mogą trawić celulozy, ale jest to główne źródło nierozpuszczalnego błonnika pokarmowego, który wpływa na wchłanianie składników odżywczych i wspomaga defekację.

Istnieje wiele ważnych pochodnych celulozy. Wiele z tych polimerów ulega biodegradacji i stanowi zasoby odnawialne. Związki pochodzące z celulozy są zwykle nietoksyczne i nie wywołują alergii. Pochodne celulozy obejmują:

• Celuloid
• Celofan
• Sztuczny jedwab
• Octan celulozy
• Trioctan celulozy
• Nitroceluloza
• Metyloceluloza
• Siarczan celulozy
• Etuloza
• Etylohydroksyetyloceluloza
• Hydroksypropylometyloceluloza
• Karboksymetyloceluloza (guma celulozowa)

Głównym komercyjnym zastosowaniem celulozy jest produkcja papieru, gdzie proces siarczanowy stosuje się do oddzielenia celulozy od ligniny. Włókna celulozowe są stosowane w przemyśle tekstylnym. Bawełna, len i inne naturalne włókna mogą być stosowane bezpośrednio lub przetwarzane w celu wytworzenia sztucznego jedwabiu. Celuloza mikrokrystaliczna i sproszkowana celuloza są stosowane jako wypełniacze leków oraz jako zagęszczacze żywności, emulgatory i stabilizatory. Naukowcy używają celulozy do filtracji cieczy i chromatografii cienkowarstwowej. Celuloza jest stosowana jako materiał budowlany i izolator elektryczny. Jest stosowany w codziennych materiałach gospodarstwa domowego, takich jak filtry do kawy, gąbki, kleje, krople do oczu, środki przeczyszczające i filmy. Podczas gdy celuloza z roślin zawsze była ważnym paliwem, celuloza z odpadów zwierzęcych może być również przetwarzana w celu wytworzenia butanolu biopaliwo.

• Dhingra, D; Michael, M.; Rajput, H; Patil, R. T. (2011). „Błonnik pokarmowy w żywności: przegląd”. Journal of Food Science and Technology. 49 (3): 255–266. doi:10.1007 / s13197-011-0365-5
• Klemm, Dieter; Heublein, Brigitte; Fink, Hans-Peter; Bohn, Andreas (2005). „Celuloza: fascynujący biopolimer i zrównoważony surowiec”. Angew. Chem. Int. Ed. 44 (22): 3358–93. doi:10.1002 / anie.200460587
• Mettler, Matthew S.; Mushrif, Samir H ​​.; Paulsen, Alex D.; Javadekar, Ashay D..; Vlachos, Dionisios G.; Dauenhauer, Paul J. (2012). „Ujawnienie chemii pirolizy w produkcji biopaliw: konwersja celulozy do furanów i małych związków tlenowych”. Energy Environ. Sci. 5: 5414–5424. doi:10.1039 / C1EE02743C
• Nishiyama, Yoshiharu; Langan, Paul; Chanzy, Henri (2002). „Struktura krystaliczna i układ wiązania wodoru w celulozie Iβ z rentgenowskiego synchrotronu i dyfrakcji włókien neutronowych”. JOT. Jestem. Chem. Soc. 124 (31): 9074–82. doi:10.1021 / ja0257319
• Stenius, Per (2000). Chemia produktów leśnych. Nauka i technologia papiernicza. Vol. 3. Finlandia: Fapet OY. ISBN 978-952-5216-03-5.