Čo je to celulóza? Fakty a funkcie

Celulóza [(C₆H₁₀O₅)_n] je organická zlúčenina a najhojnejšie biopolymér na Zemi. Je to komplexný uhľohydrát alebo polysacharid pozostávajúci zo stoviek až tisícov glukóza molekuly spojené dohromady, aby vytvorili reťazec. Zatiaľ čo zvieratá neprodukujú celulózu, sú tvorené rastlinami, riasami a niektorými baktériami a inými mikroorganizmami. Celulóza je hlavnou štrukturálnou molekulou v USA bunkové steny rastlín a rias.

Francúzska chemik Anselme Payen objavil a izoloval celulózu v roku 1838. Payen tiež určil chemický vzorec. V roku 1870 bol prvý termoplastický polymér, celuloid, vyrobený spoločnosťou Hyatt Manufacturing Company s použitím celulózy. Odvtedy sa celulóza používala na výrobu umelého hodvábu v 90. a 90. rokoch 20. storočia celofán v roku 1912. Hermann Staudinger určil chemickú štruktúru celulózy v roku 1920. V roku 1992 syntetizovali celulózu Kobayashi a Shoda bez použitia akýchkoľvek biologických enzýmov.

Celulóza sa tvorí prostredníctvom p (1 → 4) -glykozidických väzieb medzi jednotkami D-glukózy. Naproti tomu škrob a glykogén tvoria a (1 → 4) -glykozidické väzby medzi molekulami glukózy. Vďaka väzbám v celulóze je polymér s priamym reťazcom. Hydroxylové skupiny na glukózových molekulách vytvárajú vodíkové väzby s atómami kyslíka, udržiavajú reťazce na mieste a dodávajú vláknam vysokú pevnosť v ťahu. V bunkových stenách rastlín sa viažu viac reťazcov a vytvárajú mikrofibrily.

Čistá celulóza je bez zápachu, bez chuti, hydrofilná, nerozpustná vo vode a biologicky odbúrateľná. Má teplotu topenia 467 stupňov Celzia a môže sa degradovať na glukózu pôsobením kyseliny pri vysokej teplote.

Celulóza je štruktúrny proteín v rastlinách a riasach. Celulózové vlákna sú zakomponované do polysacharidovej matrice na podporu bunkových stien rastlín. Stonky rastlín a drevo sú podporované celulózovými vláknami distribuovanými v lignínovej matrici, kde celulóza pôsobí ako výstužné tyče a lignín pôsobí ako betón. Najčistejšou prírodnou formou celulózy je bavlna, ktorá pozostáva z viac ako 90% celulózy. Naproti tomu drevo pozostáva zo 40 až 50% celulózy.

Niektoré typy baktérií vylučujú celulózu za vzniku biofilmov. Biofilmy poskytujú pripájaciu plochu pre mikroorganizmy a umožňujú im usporiadať sa do kolónií.

Aj keď zvieratá nedokážu produkovať celulózu, je dôležité ich prežitie. Niektorý hmyz používa celulózu ako stavebný materiál a jedlo. Prežúvavce používajú na trávenie celulózy symbiotické mikroorganizmy. Ľudia nedokážu stráviť celulózu, ale je to hlavný zdroj nerozpustnej vlákniny, ktorá ovplyvňuje vstrebávanie živín a pomáha defekácii.

Existuje veľa dôležitých derivátov celulózy. Mnohé z týchto polymérov sú biologicky odbúrateľné a sú obnoviteľnými zdrojmi. Zlúčeniny odvodené od celulózy majú tendenciu byť netoxické a nealergénne. Medzi deriváty celulózy patria:

• celuloid
• celofán
• umelý hodváb
• Acetát celulózy
• Triacetát celulózy
• nitrocelulóza
• metylcelulóza
• Síran celulózy
• Ethulose
• Etylhydroxyetylcelulóza
• Hydroxypropylmetylcelulóza
• Karboxymetylcelulóza (celulózová guma)

Hlavným komerčným využitím celulózy je výroba papiera, pri ktorej sa sulfátový proces používa na oddelenie celulózy od lignínu. Celulózové vlákna sa používajú v textilnom priemysle. Bavlna, ľan a ostatné prírodné vlákna sa môžu použiť priamo alebo spracovať na výrobu umelého hodvábu. Mikrokryštalická celulóza a prášková celulóza sa používajú ako plnivá liekov a ako zahusťovadlá potravín, emulgátory a stabilizátory. Vedci používajú celulózu v kvapalnej filtrácii a chromatografii na tenkej vrstve. Celulóza sa používa ako stavebný materiál a elektrický izolátor. Používa sa v bežných domácich materiáloch, ako sú kávové filtre, špongie, lepidlá, očné kvapky, preháňadlá a filmy. Zatiaľ čo celulóza z rastlín bola vždy dôležitým palivom, celulóza zo živočíšneho odpadu sa môže tiež spracovávať na butanol biopalív.

• Dhingra, D; Michael, M; Rajput, H; Patil, R. T. (2011). „Dietická vláknina v potravinách: prehľad.“ 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). „Celulóza: Fascinujúci biopolymér a udržateľná surovina.“ 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 J. (2012). „Odhaľujúca chémia pyrolýzy pri výrobe biopalív: premena celulózy na furány a malé oxygenáty.“ Energy Environ. Sci. 5: 5414–5424. doi:10,1039 / C1EE02743C
• Nishiyama, Yoshiharu; Langan, Paul; Chanzy, Henri (2002). "Kryštálová štruktúra a systém viazania vodíka v celulóze Ip z rôntgenovej difrakcie Synchrotron a difrakcie neutrónových vlákien." J. Am. Chem. soc. 124 (31): 9074–82. doi:10,1021 / ja0257319
• Stenius, Per (2000). Chémia lesných produktov. Veda a technika v oblasti výroby papiera. Vol. 3. Fínsko: Fapet OY. ISBN 978-952-5216-03-5.