Vad är cellulosa? Fakta och funktioner

Cellulosa [(C₆H₁₀O₅)_n] är en organisk förening och den rikligaste biopolymeren på jorden. Det är en komplex kolhydrat eller polysackarid som består av hundratals till tusentals glukosmolekyler, sammankopplade för att bilda en kedja. Även om djur inte producerar cellulosa tillverkas den av växter, alger och vissa bakterier och andra mikroorganismer. Cellulosa är den huvudsakliga strukturella molekylen i väggarna i växter och alger.

Historia

Den franska kemisten Anselme Payen upptäckte och isolerade cellulosa 1838. Payen bestämde också den kemiska formeln. 1870 framställdes den första termoplastpolymeren, celluloid, av Hyatt Manufacturing Company med användning av cellulosa. Därifrån användes cellulosa för att producera rayon på 1890-talet och cellofan 1912. Hermann Staudinger bestämde den kemiska strukturen för cellulosa 1920. 1992 syntetiserade Kobayashi och Shoda cellulosa utan att använda några biologiska enzymer.

Kemisk struktur och egenskaper

Cellulosa bildas genom att länka glukosunderenheter. NEUROtiker, Ben Mills / Public Domain

Cellulosa bildas via ß (1 → 4) -glykosidiska bindningar mellan D-glukosenheter. Däremot bildas stärkelse och glykogen med a (1 → 4) -glykosidiska bindningar mellan glukosmolekyler. Kopplingarna i cellulosa gör det till en rak kedjepolymer. Hydroxylgrupperna på glukosmolekylerna bildar vätebindningar med syreatomer, håller kedjorna på plats och ger fibrerna hög draghållfasthet. I växtcellväggar binds flera kedjor för att bilda mikrofibriller.

Ren cellulosa är luktfri, smakfri, hydrofil, olöslig i vatten och biologiskt nedbrytbar. Den har en smältpunkt på 467 grader Celsius och kan brytas ned till glukos genom syrabehandling vid hög temperatur.

Cellulosafunktioner

Cellulosa stöder väggens cellvägg. ttsz / Getty Images

Cellulosa är ett strukturellt protein i växter och alger. Cellulosafibrer är anslutna i en polysackaridmatris för att stödja växtcellsväggar. Växtstammar och trä stöds av cellulosafibrer distribuerade i en ligninmatris, där cellulosan fungerar som förstärkningsstänger och ligninet fungerar som betong. Den renaste naturliga formen av cellulosa är bomull som består av över 90% cellulosa. Däremot består trä av 40-50% cellulosa.

Vissa typer av bakterier utsöndrar cellulosa för att producera biofilmer. Biofilmerna ger en fästyta för mikroorganismerna och tillåter dem att organisera sig i kolonier.

Även om djur inte kan producera cellulosa är det viktigt för deras överlevnad. Vissa insekter använder cellulosa som byggnadsmaterial och som mat. Idisslare använder symbiotiska mikroorganismer för att smälta cellulosa. Människor kan inte smälta cellulosa, men det är den huvudsakliga källan till olöslig kostfiber, som påverkar näringsupptag och hjälper avföring.

Viktiga derivat

Många viktiga cellulosaderivat finns. Många av dessa polymerer är biologiskt nedbrytbara och är förnybara resurser. Cellulosa-härledda föreningar tenderar att vara icke-toxiska och icke-allergiframkallande. Cellulosaderivat inkluderar:

• Celluloid
• Cellofan
• rayon
• Cellulosaacetat
• Cellulosatriacetat
• nitrocellulosa
• metylcellulosa
• Cellulosasulfat
• Ethulose
• Etylhydroxietylcellulosa
• Hydroxypropylmetylcellulosa
• Karboximetylcellulosa (cellulosagummi)

Kommersiell användning

Den huvudsakliga kommersiella användningen för cellulosa är papperstillverkning, där kraftprocessen används för att separera cellulosa från lignin. Cellulosafibrer används inom textilindustrin. Bomull, linne och andra naturliga fibrer kan användas direkt eller bearbetas för att göra rayon. Mikrokristallin cellulosa och pulveriserad cellulosa används som läkemedelsfyllmedel och som matförtjockningsmedel, emulgatorer och stabilisatorer. Forskare använder cellulosa i vätskefiltrering och tunnskiktskromatografi. Cellulosa används som byggnadsmaterial och elektrisk isolator. Det används i vardags hushållsmaterial, som kaffefilter, svampar, lim, ögondroppar, laxermedel och filmer. Medan cellulosa från växter alltid har varit ett viktigt bränsle, kan cellulosa från djuravfall också bearbetas för att göra butanol till biobränsle.

källor

• Dhingra, D; Michael, M; Rajput, H; Patil, R. T. (2011). "Kostfiber i livsmedel: En översyn." 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). "Cellulosa: fascinerande biopolymer och hållbart råmaterial." 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). "Att avslöja pyrolyskemi för produktion av biobränslen: Omvandling av cellulosa till furaner och små syrgasmedel." Energimiljö. Sci. 5: 5414-5424. doi: 10,1039 / C1EE02743C
• Nishiyama, Yoshiharu; Langan, Paul; Chanzy, Henri (2002). "Crystal Structure and Hydrogen-Bonding System in Cellulose Iß from Synchrotron X-ray and Neutron Fiber Diffraktion." J. Am. Chem. Soc. 124 (31): 9074-82. doi: 10,1021 / ja0257319
• Stenius, Per (2000). Skogsproduktskemi. Pappersframställning Science and Technology. Vol. 3. Finland: Fapet OY. ISBN 978-952-5216-03-5.