Kaj je celuloza? Dejstva in funkcije

Bombažna vlakna so najčistejša naravna oblika celuloze, sestavljena iz več kot 90 % polimera.

Victoria Bee Photography / Getty Images

Celuloza [(C₆H₁₀O₅)_n] je organska spojina in najbolj obilen biopolimer na Zemlji. Je kompleksni ogljikovi hidrati ali polisaharid, sestavljen iz več sto do tisoč glukoza molekule, povezane v verigo. Čeprav živali ne proizvajajo celuloze, jo proizvajajo rastline, alge ter nekatere bakterije in drugi mikroorganizmi. Celuloza je glavna strukturna molekula v celične stene rastlin in alg.

Zgodovina

Francoski kemik Anselme Payen je leta 1838 odkril in izoliral celulozo. Payen je določil tudi kemijsko formulo. Leta 1870 je podjetje Hyatt Manufacturing Company iz celuloze izdelalo prvi termoplastični polimer, celuloid. Od tam je bila celuloza uporabljena za proizvodnjo rajona v 1890-ih in celofan leta 1912. Hermann Staudinger je leta 1920 določil kemijsko strukturo celuloze. Leta 1992 sta Kobayashi in Shoda sintetizirala celulozo brez uporabe bioloških encimov.

Kemijska zgradba in lastnosti

Celuloza nastane s povezovanjem podenot glukoze. NEUROtiker, Ben Mills / javna last

Celuloza nastane preko β(1→4)-glikozidnih vezi med enotami D-glukoze. Nasprotno pa se škrob in glikogen tvorita z α(1→4)-glikozidnimi vezmi med molekulami glukoze. Povezave v celulozi jo naredijo ravnoverižni polimer. Hidroksilne skupine na molekulah glukoze tvorijo vodikove vezi z atomi kisika, kar drži verige na mestu in daje vlaknom visoko natezno trdnost. V celičnih stenah rastlin se več verig poveže skupaj in tvori mikrofibrile.

Čista celuloza je brez vonja, okusa, hidrofilna, netopna v vodi in biorazgradljiva. Ima tališče 467 stopinj Celzija in se lahko razgradi v glukozo s kislinsko obdelavo pri visoki temperaturi.

Funkcije celuloze

Celuloza podpira celično steno rastlin. ttsz / Getty Images

Celuloza je strukturna beljakovina v rastlinah in algah. Celulozna vlakna so vpletena v polisaharidni matriks za podporo celičnim stenam rastlin. Rastlinska stebla in les podpirajo celulozna vlakna, razporejena v ligninski matriki, kjer celuloza deluje kot armaturne palice, lignin pa kot beton. Najčistejša naravna oblika celuloze je bombaž, ki je sestavljen iz več kot 90 % celuloze. Nasprotno je les sestavljen iz 40-50 % celuloze.

Nekatere vrste bakterij izločajo celulozo za proizvodnjo biofilmov. Biofilmi zagotavljajo pritrdilno površino za mikroorganizme in jim omogočajo, da se organizirajo v kolonije.

Čeprav živali ne morejo proizvesti celuloze, je ta pomembna za njihovo preživetje. Nekatere žuželke uporabljajo celulozo kot gradbeni material in hrano. Prežvekovalci za prebavo celuloze uporabljajo simbiotske mikroorganizme. Ljudje ne moremo prebaviti celuloze, je pa glavni vir netopnih prehranskih vlaknin, ki vplivajo na absorpcijo hranil in pomagajo pri iztrebljanju.

Pomembni izvedeni finančni instrumenti

Obstaja veliko pomembnih derivatov celuloze. Mnogi od teh polimerov so biorazgradljivi in ​​so obnovljivi viri. Spojine, pridobljene iz celuloze, so običajno nestrupene in nealergene. Derivati ​​celuloze vključujejo:

• Celuloid
• Celofan
• okrožje
• Celulozni acetat
• Celulozni triacetat
• Nitroceluloza
• Metilceluloza
• Celulozni sulfat
• Pomiri se
• Etil hidroksietil celuloza
• Hidroksipropil metil celuloza
• Karboksimetil celuloza (celulozni gumi)

Komercialne uporabe

Glavna komercialna uporaba celuloze je proizvodnja papirja, kjer se kraft postopek uporablja za ločevanje celuloze od lignina. Celulozna vlakna uporabljajo v tekstilni industriji. Bombaž, lan in druga naravna vlakna se lahko uporabijo neposredno ali predelajo za izdelavo rajona. Mikrokristalna celuloza in celuloza v prahu se uporabljata kot polnila za zdravila ter kot gostila, emulgatorji in stabilizatorji hrane. Znanstveniki uporabljajo celulozo pri filtraciji tekočin in tankoplastni kromatografiji. Celuloza se uporablja kot gradbeni material in električni izolator. Uporablja se v vsakdanjih gospodinjskih materialih, kot so kavni filtri, gobice, lepila, kapljice za oko, odvajala in filmi. Medtem ko je bila celuloza iz rastlin že od nekdaj pomembno gorivo, je mogoče celulozo iz živalskih odpadkov predelati tudi v butanol biogorivo .

Viri

• Dhingra, D; Mihael, M; Rajput, H; Patil, R. T. (2011). 'Prehranske vlaknine v hrani: pregled.' 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: fascinanten biopolimer in trajnostna surovina.' Angew. Chem. Int. Ed . 44 (22): 3358–93. doi: 10.1002/poljubno.200460587
• Mettler, Matthew S.; Mushrif, Samir H.; Paulsen, Alex D.; Javadekar, Ashay D.; Vlachos, Dionisios G.; Dauenhauer, Paul J. (2012). 'Razkrivanje kemije pirolize za proizvodnjo biogoriv: pretvorba celuloze v furane in majhne kisikove spojine.' Energijsko okolje. Sci. 5: 5414–5424. doi: 10.1039/C1EE02743C
• Nishiyama, Yoshiharu; Langan, Paul; Chanzy, Henri (2002). 'Kristalna struktura in sistem vodikove vezi v celulozi Iβ iz sinhrotronske rentgenske difrakcije in difrakcije nevtronskih vlaken.' J. Am. Chem. Soc . 124 (31): 9074–82. doi: 10.1021/ja0257319
• Stenius, Per (2000). Kemija gozdnih proizvodov . Znanost in tehnologija izdelave papirja. vol. 3. Finska: Fapet OY. ISBN 978-952-5216-03-5.