Hva er cellulose? Fakta og funksjoner

Cellulose [(C₆H₁₀O₅)_n] er en organisk forbindelse og den mest rikholdige biopolymer på jorden. Det er en sammensatt karbohydrat eller polysakkarid som består av hundrevis til tusenvis av glukose molekyler, koblet sammen for å danne en kjede. Selv om dyr ikke produserer cellulose, lages den av planter, alger og noen bakterier og andre mikroorganismer. Cellulose er det viktigste strukturelle molekylet i cellevegger av planter og alger.

Den franske kjemikeren Anselme Payen oppdaget og isolerte cellulose i 1838. Payen bestemte også den kjemiske formelen. I 1870 ble den første termoplastiske polymeren, celluloid, produsert av Hyatt Manufacturing Company ved bruk av cellulose. Derfra ble cellulose brukt til å produsere rayon på 1890-tallet og cellofan i 1912. Hermann Staudinger bestemte den kjemiske strukturen til cellulose i 1920. I 1992 syntetiserte Kobayashi og Shoda cellulose uten å bruke biologiske enzymer.

Cellulose dannes via β (1 → 4) -glykosidiske bindinger mellom D-glukoseenheter. I kontrast dannes stivelse og glykogen av α (1 → 4) -glykosidiske bindinger mellom glukosemolekyler. Koblingene i cellulose gjør det til en rettkjedet polymer. Hydroksylgruppene på glukosemolekylene danner hydrogenbindinger med oksygenatomer, holder kjedene på plass og gir fibrene høy strekkfasthet. I plantecellevegger binder flere kjeder seg sammen for å danne mikrofibriller.

Ren cellulose er luktfri, smaksløs, hydrofil, uoppløselig i vann og biologisk nedbrytbar. Det har et smeltepunkt på 467 grader og kan nedbrytes til glukose ved syrebehandling ved høy temperatur.

Cellulose er et strukturelt protein i planter og alger. Cellulosefibre er festet i en polysakkaridmatrise for å støtte plantecellvegger. Plantestengler og tre understøttes av cellulosefibre distribuert i en ligninmatrise, hvor cellulosen fungerer som armeringsjern og ligninen fungerer som betong. Den reneste naturlige formen for cellulose er bomull, som består av over 90% cellulose. I kontrast består tre av 40-50% cellulose.

Noen typer bakterier skiller ut cellulose for å produsere biofilmer. Biofilmene gir en festeoverflate for mikroorganismene og lar dem organisere seg i kolonier.

Selv om dyr ikke kan produsere cellulose, er det viktig for deres overlevelse. Noen insekter bruker cellulose som byggemateriale og mat. Drøvtyggere bruker symbiotiske mikroorganismer for å fordøye cellulose. Mennesker kan ikke fordøye cellulose, men det er den viktigste kilden til uoppløselig kostfiber, som påvirker næringsopptaket og hjelper avføring.

Mange viktige cellulosederivater finnes. Mange av disse polymerene er biologisk nedbrytbare og er fornybare ressurser. Celluloseavledede forbindelser har en tendens til å være ikke-giftige og ikke-allergifremkallende. Cellulosederivater inkluderer:

• celluloid
• cellofan
• rayon
• Celluloseacetat
• Cellulosetriacetat
• Nitrocellulose
• methylcellulose
• Cellulosesulfat
• Ethulose
• Etylhydroksyetylcellulose
• Hydroksypropylmetylcellulose
• Karboksymetylcellulose (cellulosegummi)

Den viktigste kommersielle bruken for cellulose er papirfremstilling, hvor kraftprosessen brukes til å skille cellulose fra lignin. Cellulosefibre brukes i tekstilindustrien. Bomull, lin og andre naturlige fibre kan brukes direkte eller behandles for å lage rayon. Mikrokrystallinsk cellulose og pulverisert cellulose brukes som medikamentfyllstoffer og som matfortykningsmidler, emulgatorer og stabilisatorer. Forskere bruker cellulose i flytende filtrering og tynnsjiktskromatografi. Cellulose brukes som byggemateriale og elektrisk isolator. Det brukes i dagligdagse husholdningsmaterialer, som kaffefiltre, svamper, lim, øyedråper, avføringsmidler og film. Selv om cellulose fra planter alltid har vært et viktig drivstoff, kan cellulose fra animalsk avfall også behandles for å lage butanol biobrensel.

• Dhingra, D; Michael, M; Rajput, H; Patil, R. T. (2011). "Kostholdsfibre i mat: En gjennomgang." Journal of Food Science and Technology. 49 (3): 255–266. gjør jeg:10,1007 / s13197-011-0365-5
• Klemm, Dieter; Heublein, Brigitte; Fink, Hans-Peter; Bohn, Andreas (2005). "Cellulose: Fascinerende biopolymer og bærekraftig råstoff." Angew. Chem. Int. Ed. 44 (22): 3358–93. gjør jeg:10,1002 / anie.200460587
• Mettler, Matthew S.; Mushrif, Samir H ​​.; Paulsen, Alex D.; Javadekar, Ashay D.; Vlachos, Dionisios G.; Dauenhauer, Paul J. (2012). "Avsløring av pyrolysekjemi for biodrivstoffproduksjon: Konvertering av cellulose til furaner og små oksygenater." Energimiljø. Sci. 5: 5414–5424. gjør jeg: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 Diffraction." J. Er. Chem. Soc. 124 (31): 9074–82. gjør jeg:10,1021 / ja0257319
• Stenius, Per (2000). Skogprodukter Kjemi. Papermaking Science and Technology. Vol. 3. Finland: Fapet OY. ISBN 978-952-5216-03-5.