Що таке целюлоза? Факти та функції

Целюлоза [(C ₆ H ₁₀ O ₅ ) _n ] є органічною сполукою та найпоширенішим біополімером на Землі. Це складний вуглевод або полісахарид, що складається із сотень до тисяч молекул глюкози , з’єднаних між собою, утворюючи ланцюг. Хоча тварини не виробляють целюлозу, її виробляють рослини, водорості, деякі бактерії та інші мікроорганізми. Целюлоза є основною структурною молекулою клітинних стінок рослин і водоростей.

історія

Французький хімік Ансельм Пайєн відкрив і виділив целюлозу в 1838 році. Пайєн також визначив хімічну формулу. У 1870 році компанія Hyatt Manufacturing Company виготовила перший термопластичний полімер, целулоїд, з використанням целюлози. Звідти целюлозу використовували для виробництва віскози в 1890-х роках і целофану в 1912 році. Герман Штаудінгер визначив хімічну структуру целюлози в 1920 році. У 1992 році Кобаясі і Шода синтезували целюлозу без використання будь-яких біологічних ферментів.

Хімічна будова та властивості

Целюлоза утворюється шляхом з’єднання субодиниць глюкози. NEUROtiker, Бен Міллс / Громадське надбання

Целюлоза утворюється через β(1→4)-глікозидні зв’язки між одиницями D-глюкози. Навпаки, крохмаль і глікоген утворюються за допомогою α(1→4)-глікозидних зв’язків між молекулами глюкози. Зв’язки в целюлозі роблять її прямоланцюговим полімером. Гідроксильні групи в молекулах глюкози утворюють водневі зв’язки з атомами кисню, утримуючи ланцюги на місці та надаючи волокнам високу міцність на розрив. У клітинних стінках рослин кілька ланцюгів з’єднуються разом, утворюючи мікрофібрили.

Чиста целюлоза не має запаху, смаку, гідрофільна, нерозчинна у воді та біологічно розкладається. Він має температуру плавлення 467 градусів за Цельсієм і може бути розкладений на глюкозу шляхом обробки кислотою при високій температурі.

Функції целюлози

Целюлоза підтримує клітинну стінку рослин. ttsz / Getty Images

Целюлоза є структурним білком рослин і водоростей. Целюлозні волокна заплутані в полісахаридній матриці для підтримки клітинних стінок рослин. Стебла рослин і деревина підтримуються целюлозними волокнами, розподіленими в матриці лігніну, де целюлоза діє як арматурні стержні, а лігнін діє як бетон. Найчистішою природною формою целюлози є бавовна, яка на 90% складається з целюлози. Навпаки, деревина на 40-50% складається з целюлози.

Деякі види бактерій виділяють целюлозу для виробництва біоплівок. Біоплівки забезпечують поверхню для прикріплення мікроорганізмів і дозволяють їм організовуватися в колонії.

Хоча тварини не можуть виробляти целюлозу, це важливо для їхнього виживання. Деякі комахи використовують целюлозу як будівельний матеріал і їжу. Жуйні використовують симбіотичні мікроорганізми для перетравлення целюлози. Людина не може перетравлювати целюлозу, але це основне джерело нерозчинних харчових волокон, які впливають на засвоєння поживних речовин і сприяють дефекації.

Важливі похідні

Існує багато важливих похідних целюлози. Багато з цих полімерів піддаються біологічному розкладанню та є поновлюваними ресурсами. Сполуки, отримані з целюлози, як правило, нетоксичні та не викликають алергії. До похідних целюлози відносяться:

• Целулоїд
• Целофан
• Район
• Ацетат целюлози
• Триацетат целюлози
• Нітроцелюлоза
• Метилцелюлоза
• Сульфат целюлози
• Етулоза
• Етилгідроксіетилцелюлоза
• Гідроксипропілметилцелюлоза
• Карбоксиметилцелюлоза (целюлозна камедь)

Комерційне використання

Основним комерційним використанням целюлози є виробництво паперу, де крафт-процес використовується для відділення целюлози від лігніну. Волокна целюлози використовують у текстильній промисловості. Бавовна, льон та інші натуральні волокна можна використовувати безпосередньо або переробляти для виготовлення віскози. Мікрокристалічна целюлоза і порошкоподібна целюлоза використовуються як наповнювачі лікарських засобів, а також харчові загусники, емульгатори і стабілізатори. Вчені використовують целюлозу в рідинній фільтрації та тонкошаровій хроматографії. Целюлоза використовується як будівельний матеріал і електроізолятор. Він використовується в повсякденних побутових матеріалах, таких як фільтри для кави, губки, клеї, очні краплі, проносні засоби та плівки. У той час як целюлоза з рослин завжди була важливим паливом, целюлоза з відходів тваринного походження також може бути перероблена для отримання бутанольного біопалива .

Джерела

• Дінгра, Д; Майкл, М; Раджпут, H; Патіл, РТ (2011). «Харчові волокна в харчових продуктах: огляд». Журнал харчової науки та технології . 49 (3): 255–266. doi: 10.1007/s13197-011-0365-5
• Клемм, Дітер; Гайблейн, Брігіт; Фінк, Ганс-Петер; Бон, Андреас (2005). «Целюлоза: захоплюючий біополімер і стійка сировина». Angew. Chem. Міжн. ред . 44 (22): 3358–93. doi: 10.1002/anie.200460587
• Меттлер, Метью С.; Мушріф, Самір Х.; Полсен, Алекс Д.; Джавадекар, Ашай Д.; Влахос, Діонісіос Г.; Дауенхауер, Пол Дж. (2012). «Розкриття хімії піролізу для виробництва біопалива: перетворення целюлози на фурани та малі оксигенати». Енергетичне середовище. Sci. 5: 5414–5424. doi: 10.1039/C1EE02743C
• Нісіяма, Йосіхару; Ланган, Пол; Шанзі, Анрі (2002). “Кристалічна структура та система водневих зв’язків у целюлозі Iβ за результатами синхротронного рентгенівського випромінювання та дифракції нейтронного волокна”. J. Am. Chem. Соц . 124 (31): 9074–82. doi: 10.1021/ja0257319
• Стеніус, Пер (2000). Хімія лісових продуктів . Наука та технологія виробництва паперу. том. 3. Фінляндія: Фапет О.Ю. ISBN 978-952-5216-03-5.

Що таке целюлоза? Факти та функції

Целюлоза [(C ₆ H ₁₀ O ₅ ) _n ] є органічною сполукою та найпоширенішим біополімером на Землі. Це складний вуглевод або полісахарид, що складається із сотень до тисяч молекул глюкози , з’єднаних між собою, утворюючи ланцюг. Хоча тварини не виробляють целюлозу, її виробляють рослини, водорості, деякі бактерії та інші мікроорганізми. Целюлоза є основною структурною молекулою клітинних стінок рослин і водоростей.

історія

Французький хімік Ансельм Пайєн відкрив і виділив целюлозу в 1838 році. Пайєн також визначив хімічну формулу. У 1870 році компанія Hyatt Manufacturing Company виготовила перший термопластичний полімер, целулоїд, з використанням целюлози. Звідти целюлозу використовували для виробництва віскози в 1890-х роках і целофану в 1912 році. Герман Штаудінгер визначив хімічну структуру целюлози в 1920 році. У 1992 році Кобаясі і Шода синтезували целюлозу без використання будь-яких біологічних ферментів.

Хімічна будова та властивості

Целюлоза утворюється шляхом з’єднання субодиниць глюкози. NEUROtiker, Бен Міллс / Громадське надбання

Целюлоза утворюється через β(1→4)-глікозидні зв’язки між одиницями D-глюкози. Навпаки, крохмаль і глікоген утворюються за допомогою α(1→4)-глікозидних зв’язків між молекулами глюкози. Зв’язки в целюлозі роблять її прямоланцюговим полімером. Гідроксильні групи в молекулах глюкози утворюють водневі зв’язки з атомами кисню, утримуючи ланцюги на місці та надаючи волокнам високу міцність на розрив. У клітинних стінках рослин кілька ланцюгів з’єднуються разом, утворюючи мікрофібрили.

Чиста целюлоза не має запаху, смаку, гідрофільна, нерозчинна у воді та біологічно розкладається. Він має температуру плавлення 467 градусів за Цельсієм і може бути розкладений на глюкозу шляхом обробки кислотою при високій температурі.

Функції целюлози

Целюлоза підтримує клітинну стінку рослин. ttsz / Getty Images

Целюлоза є структурним білком рослин і водоростей. Целюлозні волокна заплутані в полісахаридній матриці для підтримки клітинних стінок рослин. Стебла рослин і деревина підтримуються целюлозними волокнами, розподіленими в матриці лігніну, де целюлоза діє як арматурні стержні, а лігнін діє як бетон. Найчистішою природною формою целюлози є бавовна, яка на 90% складається з целюлози. Навпаки, деревина на 40-50% складається з целюлози.

Деякі види бактерій виділяють целюлозу для виробництва біоплівок. Біоплівки забезпечують поверхню для прикріплення мікроорганізмів і дозволяють їм організовуватися в колонії.

Хоча тварини не можуть виробляти целюлозу, це важливо для їхнього виживання. Деякі комахи використовують целюлозу як будівельний матеріал і їжу. Жуйні використовують симбіотичні мікроорганізми для перетравлення целюлози. Людина не може перетравлювати целюлозу, але це основне джерело нерозчинних харчових волокон, які впливають на засвоєння поживних речовин і сприяють дефекації.

Важливі похідні

Існує багато важливих похідних целюлози. Багато з цих полімерів піддаються біологічному розкладанню та є поновлюваними ресурсами. Сполуки, отримані з целюлози, як правило, нетоксичні та не викликають алергії. До похідних целюлози відносяться:

• Целулоїд
• Целофан
• Район
• Ацетат целюлози
• Триацетат целюлози
• Нітроцелюлоза
• Метилцелюлоза
• Сульфат целюлози
• Етулоза
• Етилгідроксіетилцелюлоза
• Гідроксипропілметилцелюлоза
• Карбоксиметилцелюлоза (целюлозна камедь)

Комерційне використання

Основним комерційним використанням целюлози є виробництво паперу, де крафт-процес використовується для відділення целюлози від лігніну. Волокна целюлози використовують у текстильній промисловості. Бавовна, льон та інші натуральні волокна можна використовувати безпосередньо або переробляти для виготовлення віскози. Мікрокристалічна целюлоза і порошкоподібна целюлоза використовуються як наповнювачі лікарських засобів, а також харчові загусники, емульгатори і стабілізатори. Вчені використовують целюлозу в рідинній фільтрації та тонкошаровій хроматографії. Целюлоза використовується як будівельний матеріал і електроізолятор. Він використовується в повсякденних побутових матеріалах, таких як фільтри для кави, губки, клеї, очні краплі, проносні засоби та плівки. У той час як целюлоза з рослин завжди була важливим паливом, целюлоза з відходів тваринного походження також може бути перероблена для отримання бутанольного біопалива .

Джерела

• Дінгра, Д; Майкл, М; Раджпут, H; Патіл, РТ (2011). «Харчові волокна в харчових продуктах: огляд». Журнал харчової науки та технології . 49 (3): 255–266. doi: 10.1007/s13197-011-0365-5
• Клемм, Дітер; Гайблейн, Брігіт; Фінк, Ганс-Петер; Бон, Андреас (2005). «Целюлоза: захоплюючий біополімер і стійка сировина». Angew. Chem. Міжн. ред . 44 (22): 3358–93. doi: 10.1002/anie.200460587
• Меттлер, Метью С.; Мушріф, Самір Х.; Полсен, Алекс Д.; Джавадекар, Ашай Д.; Влахос, Діонісіос Г.; Дауенхауер, Пол Дж. (2012). «Розкриття хімії піролізу для виробництва біопалива: перетворення целюлози на фурани та малі оксигенати». Енергетичне середовище. Sci. 5: 5414–5424. doi: 10.1039/C1EE02743C
• Нісіяма, Йосіхару; Ланган, Пол; Шанзі, Анрі (2002). “Кристалічна структура та система водневих зв’язків у целюлозі Iβ за результатами синхротронного рентгенівського випромінювання та дифракції нейтронного волокна”. J. Am. Chem. Соц . 124 (31): 9074–82. doi: 10.1021/ja0257319
• Стеніус, Пер (2000). Хімія лісових продуктів . Наука та технологія виробництва паперу. том. 3. Фінляндія: Фапет О.Ю. ISBN 978-952-5216-03-5.