Kas yra Celiuliozė? Faktai ir funkcijos

Medvilnės pluoštai yra gryniausia natūrali celiuliozės forma, kurią sudaro daugiau nei 90% polimero.

Victoria Bee fotografija / Getty Images

Celiuliozė [(C₆H₁₀O₅)_n] yra organinis junginys ir gausiausias biopolimeras žemėje. Tai yra kompleksiniai angliavandeniai arba polisacharidas, susidedantis iš šimtų iki tūkstančių gliukozė molekulės, susijungusios ir sudaro grandinę. Nors gyvūnai celiuliozės negamina, ją gamina augalai, dumbliai ir kai kurios bakterijos bei kiti mikroorganizmai. Celiuliozė yra pagrindinė struktūrinė molekulė ląstelių sienelės augalų ir dumblių.

Istorija

Prancūzų chemikas Anselme Payen 1838 m. atrado ir išskyrė celiuliozę. Payenas taip pat nustatė cheminę formulę. 1870 metais Hyatt Manufacturing Company iš celiuliozės pagamino pirmąjį termoplastinį polimerą – celiulioidą. Iš ten 1890-aisiais celiuliozė buvo naudojama viskozei gaminti celofanas 1912 m. Hermannas Staudingeris nustatė cheminę celiuliozės struktūrą 1920 m. 1992 m. Kobayashi ir Shoda susintetino celiuliozę nenaudodami jokių biologinių fermentų.

Cheminė struktūra ir savybės

Celiuliozė susidaro susiejant gliukozės subvienetus. NEUROTikeris, Benas Millsas / viešasis domenas

Celiuliozė susidaro per β(1→4)-glikozidinius ryšius tarp D-gliukozės vienetų. Priešingai, krakmolas ir glikogenas susidaro α(1→4)-glikozidiniais ryšiais tarp gliukozės molekulių. Celiuliozės jungtys paverčia ją tiesios grandinės polimeru. Gliukozės molekulių hidroksilo grupės sudaro vandenilio ryšius su deguonies atomais, laikydami grandines vietoje ir suteikdamos pluoštams didelį atsparumą tempimui. Augalų ląstelių sienelėse kelios grandinės susijungia ir sudaro mikrofibriles.

Gryna celiuliozė yra bekvapė, beskonė, hidrofilinė, netirpi vandenyje ir biologiškai skaidoma. Jo lydymosi temperatūra yra 467 laipsniai Celsijaus ir gali būti skaidoma į gliukozę apdorojant rūgštimi aukštoje temperatūroje.

Celiuliozės funkcijos

Celiuliozė palaiko augalų ląstelių sienelę. ttsz / Getty Images

Celiuliozė yra augalų ir dumblių struktūrinis baltymas. Celiuliozės pluoštai yra įtraukti į polisacharido matricą, kad palaikytų augalų ląstelių sieneles. Augalų stiebus ir medieną palaiko celiuliozės pluoštai, paskirstyti lignino matricoje, kur celiuliozė veikia kaip armatūros strypai, o ligninas – kaip betonas. Gryniausia natūrali celiuliozės forma yra medvilnė, kurią sudaro daugiau nei 90 % celiuliozės. Priešingai, medieną sudaro 40-50% celiuliozės.

Kai kurios bakterijų rūšys išskiria celiuliozę bioplėvelėms gaminti. Bioplėvelės suteikia mikroorganizmams tvirtinimo paviršių ir leidžia jiems susiskirstyti į kolonijas.

Nors gyvūnai negali gaminti celiuliozės, ji yra svarbi jų išlikimui. Kai kurie vabzdžiai celiuliozę naudoja kaip statybinę medžiagą ir maistą. Atrajotojai celiuliozei virškinti naudoja simbiotinius mikroorganizmus. Žmonės negali virškinti celiuliozės, tačiau ji yra pagrindinis netirpių maistinių skaidulų šaltinis, kuris turi įtakos maistinių medžiagų įsisavinimui ir padeda tuštintis.

Svarbios išvestinės priemonės

Yra daug svarbių celiuliozės darinių. Daugelis šių polimerų yra biologiškai skaidūs ir yra atsinaujinantys ištekliai. Iš celiuliozės pagaminti junginiai paprastai būna netoksiški ir nesukelia alergijos. Celiuliozės dariniai apima:

• Celiuliozė
• Celofanas
• Rajonas
• Celiuliozės acetatas
• Celiuliozės triacetatas
• Nitroceliuliozė
• Metilceliuliozė
• Celiuliozės sulfatas
• Nusiramink
• Etilo hidroksietilceliuliozė
• Hidroksipropilmetilceliuliozė
• Karboksimetilceliuliozė (celiuliozės derva)

Komercinis naudojimas

Pagrindinis komercinis celiuliozės panaudojimas yra popieriaus gamyba, kai kraft procesas naudojamas celiuliozei atskirti nuo lignino. Celiuliozės pluoštai yra naudojami tekstilės pramonėje. Medvilnė, linas ir kiti natūralūs pluoštai gali būti naudojami tiesiogiai arba apdoroti viskozei gaminti. Mikrokristalinė celiuliozė ir celiuliozės milteliai naudojami kaip vaistų užpildai ir kaip maisto tirštikliai, emulsikliai ir stabilizatoriai. Mokslininkai naudoja celiuliozę skysčių filtravimui ir plonasluoksnei chromatografijai. Celiuliozė naudojama kaip statybinė medžiaga ir elektros izoliatorius. Jis naudojamas kasdienėse buitinėse medžiagose, tokiose kaip kavos filtrai, kempinės, klijai, akių lašai, vidurius laisvinantys vaistai ir plėvelės. Nors augalinė celiuliozė visada buvo svarbus kuras, celiuliozė iš gyvulinių atliekų taip pat gali būti perdirbama butanoliui gaminti. biokuro .

Šaltiniai

• Dhingra, D; Mykolas, M; Radžputas, H; Patil, R. T. (2011). „Dietinės skaidulos maisto produktuose: apžvalga“. Maisto mokslo ir technologijų žurnalas . 49 (3): 255–266. doi: 10.1007/s13197-011-0365-5
• Klemmas, Dieteris; Heublein, Brigitte; Finkas, Hansas-Peteris; Bohn, Andreas (2005). „Celiuliozė: žavus biopolimeras ir tvari žaliava“. Angew. Chem. Tarpt. Red . 44 (22): 3358–93. doi: 10.1002/bet.200460587
• Mettleris, Matthew S.; Mushrif, Samir H.; Paulsenas, Aleksas D.; Javadekaras, Ashay D.; Vlachos, Dionisios G.; Dauenhauer, Paul J. (2012). „Biokuro gamybos pirolizės chemijos atskleidimas: celiuliozės pavertimas furanais ir mažais deguonies junginiais“. Energijos aplinka. Sci. 5: 5414–5424. doi: 10.1039/C1EE02743C
• Nishiyama, Yoshiharu; Langanas, Paulius; Chanzy, Henri (2002). „Sinchrotroninės rentgeno spinduliuotės ir neutroninių skaidulų difrakcijos celiuliozės Iβ kristalų struktūra ir vandenilio jungčių sistema“. J. Am. Chem. Soc . 124 (31): 9074–82. doi: 10.1021/ja0257319
• Stenius, Per (2000). Miško produktų chemija . Popieriaus gamybos mokslas ir technologija. t. 3. Suomija: Fapet OY. ISBN 978-952-5216-03-5.