Mi az a cellulóz? Tények és funkciók

Cellulóz [(C₆H₁₀O₅)_n] egy szerves összetevő és a legszélesebb biopolimer a földön. Ez egy komplex szénhidrát vagy poliszacharid, amely több száz-ezer aminosavból áll szőlőcukor molekulák, amelyek láncot képeznek egymással. Míg az állatok nem termelnek cellulózt, növények, algák, valamint egyes baktériumok és más mikroorganizmusok készítik. A cellulóz a fő szerkezeti molekula a sejtfalak növények és algák.

Anselme Payen francia kémikus 1838-ban fedezte fel és izolálta a cellulózt. Payen meghatározta a kémiai képletet is. 1870-ben az első hőre lágyuló polimert, a celluloidot a Hyatt Manufacturing Company gyártotta cellulóz felhasználásával. Innentől a cellulózt használták műselyem előállításához az 1890-es években és celofán 1912-ben. Hermann Staudinger 1920-ban meghatározta a cellulóz kémiai szerkezetét. 1992-ben Kobayashi és Shoda biológiai enzimek nélkül szintetizálta a cellulózt.

A cellulóz β (1 → 4) -glikozid-kötések révén alakul ki a D-glükóz egységek között. Ezzel szemben a keményítő és a glikogén α (1 → 4) -glikozidos kötések útján formálódik a glükózmolekulák között. A cellulóz kötései egyenes láncú polimerré teszik. A glükózmolekulák hidroxilcsoportjai hidrogénkötéseket képeznek az oxigénatomokkal, tartva a láncokat a helyükön, és nagy szakítószilárdságot biztosítva a szálak számára. A növényi sejtfalakban több lánc kötődik egymáshoz, hogy mikrofibrillákat képezzen.

A tiszta cellulóz szagtalan, íztelen, hidrofil, vízben nem oldódik és biológiailag lebontható. Olvadáspontja 467 Celsius fok, és magas hőmérsékleten végzett savas kezeléssel bomlik glükózsá.

A cellulóz szerkezeti fehérje növényekben és algákban. A cellulózszálakat egy poliszacharid mátrixba merítik, hogy támogassák a növényi sejtfalakat. A növényi szárokat és a faanyagot a lignin mátrixban elosztott cellulózszálak támasztják alá, ahol a cellulóz mint megerősítő rudak és a lignin mint a beton viselkedik. A cellulóz legtisztább természetes formája a pamut, amely több mint 90% cellulózt tartalmaz. Ezzel szemben a fa 40-50% cellulózt tartalmaz.

Egyes baktériumtípusok cellulózt választanak ki, hogy biofilmeket állítsanak elő. A biofilmek kapcsolódási felületet biztosítanak a mikroorganizmusok számára, és lehetővé teszik, hogy kolóniákká szerveződjenek.

Noha az állatok nem tudnak cellulózt előállítani, ez fontos a túléléshez. Egyes rovarok cellulózt használnak építőanyagként és ételként. A kérődzők szimbiotikus mikroorganizmusokat használnak a cellulóz emésztésére. Az emberek nem tudják emésztni a cellulózt, de az oldhatatlan élelmi rost fő forrása, amely befolyásolja a tápanyagok felszívódását és elősegíti a székletürítést.

Számos fontos cellulózszármazék létezik. Ezen polimerek közül sok biológiailag lebontható és megújuló források. A cellulózból származó vegyületek általában nem toxikusak és nem allergének. A cellulózszármazékok közé tartoznak:

• Celluloid
• Celofán
• Műselyem
• Cellulóz-acetát
• Cellulóz-triacetát
• nitrocellulóz
• Methylcellulose
• Cellulóz-szulfát
• Ethulose
• Etil-hidroxi-etil-cellulóz
• Hidroxi-propil-metil-cellulóz
• Karboximetil-cellulóz (cellulóz-gumi)

A cellulóz fő kereskedelmi felhasználása a papírgyártás, ahol a kraft eljárást alkalmazzák a cellulóz és a lignin elválasztására. Cellulózrostok használják a textiliparban. A pamut, len és más természetes szálak közvetlenül felhasználhatók vagy feldolgozhatók műselyem előállítására. A mikrokristályos cellulózt és a porított cellulózt gyógyszer töltőanyagként, élelmiszer-sűrítőként, emulgeálószerként és stabilizálószerként használják. A tudósok cellulózt használnak folyadék szűrés és vékonyréteg-kromatográfia során. A cellulózt építőanyagként és elektromos szigetelőként használják. Mindennapi háztartási anyagokban használják, mint például kávészűrők, szivacsok, ragasztók, szemcseppek, hashajtók és filmek. Noha a növényekből származó cellulóz mindig fontos üzemanyag volt, az állati hulladékokból származó cellulóz butanol előállításához is feldolgozható bioüzemanyag.

• Dhingra, D; Michael, M; Rajput, H; Patil, R. T. (2011). "Élelmi rost az élelmiszerekben: áttekintés." Élelmiszertudományi és Technológiai Folyóirat. 49 (3): 255–266. doi:10,1007 / s13197-011-0365-5
• Klemm, Dieter; Heublein, Brigitte; Fink, Hans-Peter; Bohn, Andreas (2005). "Cellulóz: Lenyűgöző biopolimer és fenntartható nyersanyag." 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 Paul (2012). "A pirolízis kémiájának feltárása a bioüzemanyagok előállításakor: a cellulóz átalakítása furánokká és kis oxigén-oxidákká." Energiakörnyezet. Sci. 5: 5414–5424. doi:10,1039 / C1EE02743C
• Nishiyama, Yoshiharu; Langan, Paul; Chanzy, Henri (2002). "Kristályszerkezet és hidrogénkötő rendszer a I cellulóz szinkrotron röntgen és neutron rostdiffrakciójából." J. Am. Chem. Soc. 124 (31): 9074–82. doi:10.1021 / ja0257319
• Stenius, Per (2000). Erdőtermékek kémia. Papírgyártás tudomány és technológia. Vol. 3. Finnország: Fapet OY. ISBN 978-952-5216-03-5.