Kas ir celuloze? Fakti un funkcijas

Celuloze [(C₆H₁₀O₅)_n] ir organiskais savienojums un visbagātīgākais biopolimērs uz Zemes. Tas ir komplekss ogļhidrāts vai polisaharīdu, kas sastāv no simtiem līdz tūkstošiem glikoze molekulas, kas savienotas kopā, veidojot ķēdi. Kamēr dzīvnieki neražo celulozi, to ražo augi, aļģes un dažas baktērijas un citi mikroorganismi. Celuloze ir galvenā struktūras molekula šūnu sienas augu un aļģu.

Franču ķīmiķis Anselme Payen 1838. gadā atklāja un izolēja celulozi. Payēns arī noteica ķīmisko formulu. 1870. gadā Hyatt Manufacturing Company ražoja pirmo termoplastisko polimēru, celuloīdu, izmantojot celulozi. No turienes celuloze tika izmantota viskozes ražošanai 1890. gados un celofāns 1912. gadā. Hermans Staudingers 1920. gadā noteica celulozes ķīmisko struktūru. 1992. gadā Kobajaši un Šoda sintezēja celulozi, neizmantojot bioloģiskos fermentus.

Celuloze veidojas caur β (1 → 4) -glikozīdām saitēm starp D-glikozes vienībām. Turpretī ciete un glikogēns veido α (1 → 4) -glikozīdiskās saites starp glikozes molekulām. Celulozes saites padara to par taisnas ķēdes polimēru. Hidroksilgrupas uz glikozes molekulām veido ūdeņraža saites ar skābekļa atomiem, noturot ķēdes vietā un piešķirot šķiedrām augstu stiepes izturību. Augu šūnu sienās vairākas ķēdes saista kopā, veidojot mikrofibrilas.

Tīra celuloze ir bez smaržas, bez garšas, hidrofila, nešķīst ūdenī un bioloģiski noārdās. Tā kušanas temperatūra ir 467 grādi pēc Celsija, un to apstrādājot ar skābi augstā temperatūrā var sadalīties glikozē.

Celuloze ir strukturāls proteīns augos un aļģēs. Celulozes šķiedras tiek iegremdētas polisaharīdu matricā, lai atbalstītu augu šūnu sienas. Augu stublājus un koksni atbalsta celulozes šķiedras, kas sadalītas lignīna matricā, kur celuloze darbojas kā armatūras stieņi, un lignīns darbojas kā betons. Tīrākā dabiskā celulozes forma ir kokvilna, kas sastāv no vairāk nekā 90% celulozes. Turpretī koksne sastāv no 40-50% celulozes.

Daži baktēriju veidi izdala celulozi, lai iegūtu bioplēves. Bioplēves nodrošina piestiprināšanas virsmu mikroorganismiem un ļauj tiem sadalīties kolonijās.

Kaut arī dzīvnieki nevar ražot celulozi, tas ir svarīgi viņu izdzīvošanai. Daži kukaiņi izmanto celulozi kā celtniecības materiālu un pārtiku. Atgremotāji izmanto simbiotiskus mikroorganismus, lai sagremotu celulozi. Cilvēki nevar sagremot celulozi, bet tas ir galvenais nešķīstošās šķiedrvielu avots, kas ietekmē barības vielu uzsūkšanos un veicina defekāciju.

Pastāv daudzi svarīgi celulozes atvasinājumi. Daudzi no šiem polimēriem ir bioloģiski noārdāmi un ir atjaunojami resursi. No celulozes iegūti savienojumi parasti nav toksiski un nav alerģiski. Celulozes atvasinājumi ietver:

• Celuloīds
• Celofāns
• Rajons
• Celulozes acetāts
• Celulozes triacetāts
• Nitroceluloze
• Metilceluloze
• Celulozes sulfāts
• Etiloze
• Etilhidroksietilceluloze
• Hidroksipropilmetilceluloze
• Karboksimetilceluloze (celulozes gumija)

Galvenā komerciālā celulozes izmantošana ir papīra ražošana, kur celulozes atdalīšanai no lignīna izmanto kraftprocesu. Celulozes šķiedras tiek izmantoti tekstilrūpniecībā. Kokvilnas, lina un citas dabiskās šķiedras var tieši izmantot vai pārstrādāt viskozes pagatavošanai. Mikrokristāliskā celuloze un pulverveida celuloze tiek izmantota kā zāļu pildviela un kā pārtikas sabiezinātāji, emulgatori un stabilizatori. Zinātnieki izmanto celulozi šķidruma filtrācijā un plānslāņa hromatogrāfijā. Celulozi izmanto kā celtniecības materiālu un elektrisko izolatoru. To lieto ikdienas sadzīves materiālos, piemēram, kafijas filtros, sūkļos, līmēs, acu pilienos, caurejas līdzekļos un plēvēs. Kamēr augu celuloze vienmēr ir bijusi svarīga degviela, celulozi no dzīvnieku atkritumiem var arī pārstrādāt, lai iegūtu butanolu biodegviela.

• Dhingra, D; Maikls, M; Rajput, H; Patils, R. T. (2011). "Diētiskās šķiedras pārtikas produktos: pārskats." Pārtikas zinātnes un tehnoloģijas žurnāls. 49 (3): 255–266. doi:10.1007 / s13197-011-0365-5
• Klemms, Dīters; Heubleins, Brigitte; Finks, Hanss-Pīters; Bohn, Andreas (2005). "Celuloze: aizraujošs biopolimērs un ilgtspējīgas izejvielas." Eņģelis. Chem. Int. Ed. 44 (22): 3358–93. doi:10.1002 / anie.200460587
• Metlers, Metjū S.; Mushrif, Samir H ​​.; Paulsens, Alekss D.; Javadekars, Ašijs D.; Vlachos, Dionisios G.; Dauenhauers, Pols Dž. (2012). "Pirolīzes ķīmijas atklāšana biodegvielu ražošanā: Celulozes pārvēršana furānos un mazos skābekļa savienojumos." Enerģētiskā vide. Sci. 5: 5414–5424. doi:10.1039 / C1EE02743C
• Nishiyama, Yoshiharu; Langans, Pols; Chanzy, Henri (2002). "Kristāla struktūra un ūdeņraža piesaistīšanas sistēma celulozes Iβ kodolā no sinhrotrona rentgenstaru un neitronu šķiedru difrakcijas." Dž. Esmu Chem. Soc. 124 (31): 9074–82. doi:10.1021 / ja0257319
• Steniuss, Per (2000). Meža produktu ķīmija. Papīra ražošanas zinātne un tehnoloģija. Vol. 3. Somija: Fapet OY. ISBN 978-952-5216-03-5.