Mis on tselluloos? Faktid ja ülesanded

Tselluloos [(C₆H₁₀O₅)_n] on orgaaniline ühend ja kõige rikkalikum biopolümeer Maal. See on keeruline süsivesik või polüsahhariid, mis koosneb sadadest kuni tuhandetest glükoos molekulid, ühendatud ahela moodustamiseks. Kuigi loomad ei tooda tselluloosi, valmistavad seda taimed, vetikad ning mõned bakterid ja muud mikroorganismid. Tselluloos on peamine struktuurimolekul raku seinad taimede ja vetikate.

Prantsuse keemik Anselme Payen avastas ja eraldas tselluloosi 1838. aastal. Payen määras ka keemilise valemi. 1870. aastal tootis Hyatt Manufacturing Company esimest termoplastset polümeeri, tselluloidi, kasutades tselluloosi. Sealt kasutati tselluloosi rayoni tootmiseks 1890ndatel ja tsellofaan aastal 1912. Hermann Staudinger määras tselluloosi keemilise struktuuri 1920. aastal. 1992. aastal sünteesisid Kobayashi ja Shoda tselluloosi ilma bioloogilisi ensüüme kasutamata.

Tselluloos moodustub β (1 → 4) -glükosiidsidemete kaudu D-glükoosiühikute vahel. Seevastu tärklis ja glükogeen moodustavad α (1 → 4) -glükosiidsidemete kaudu glükoosimolekulide vahel. Tselluloosi sidemed muudavad selle sirge ahelaga polümeeriks. Glükoosimolekulidel olevad hüdroksüülrühmad moodustavad vesiniksidemeid hapnikuaatomitega, hoides ahelaid paigas ja tagades kiududele kõrge tõmbetugevuse. Taimerakkude seintes liituvad mitu ahelat, moodustades mikrofibrille.

Puhas tselluloos on lõhnatu, maitsetu, hüdrofiilne, vees lahustumatu ja biolagunev. Selle sulamistemperatuur on 467 kraadi ja seda saab kõrgel temperatuuril happega töötlemisel lagundada glükoosiks.

Tselluloos on taimedes ja vetikates sisalduv struktuurvalk. Tselluloosikiud on taimerakkude seinte toetamiseks ümbritsetud polüsahhariidmaatriksiga. Taimede varred ja puit toetuvad ligniini maatriksis paiknevatele tselluloosikiududele, kus tselluloos toimib nagu armatuurvardad ja ligniin toimib nagu betoon. Tselluloosi puhtaim looduslik vorm on puuvill, mis koosneb üle 90% tselluloosist. Puit koosneb seevastu 40-50% tselluloosist.

Mõned bakteriliigid sekreteerivad biokilede saamiseks tselluloosi. Biokiled pakuvad mikroorganismidele kinnituspinda ja võimaldavad neil kolooniateks organiseeruda.

Kuigi loomad ei saa tselluloosi toota, on see oluline nende ellujäämiseks. Mõned putukad kasutavad tselluloosi ehitusmaterjalina ja toiduna. Mäletsejalised kasutavad tselluloosi seedimiseks sümbiootilisi mikroorganisme. Inimesed ei saa tselluloosi seedida, kuid see on lahustumatute kiudainete peamine allikas, mis mõjutab toitainete imendumist ja aitab roojamist.

On olemas palju olulisi tselluloosi derivaate. Paljud neist polümeeridest on biolagunevad ja taastuvad ressursid. Tselluloosist saadud ühendid on tavaliselt mittetoksilised ja allergeensed. Tselluloosi derivaatide hulka kuuluvad:

• Tselluloid
• Tsellofaan
• Rayon
• Tselluloosatsetaat
• Tselluloostriatsetaat
• Nitrotselluloos
• Metüültselluloos
• Tselluloosi sulfaat
• Etuloos
• Etüülhüdroksüetüültselluloos
• Hüdroksüpropüülmetüültselluloos
• Karboksümetüültselluloos (tsellulooskummi)

Tselluloosi peamine kaubanduslik kasutamine on paberi tootmine, kus tselluloosi eraldamiseks ligniinist kasutatakse kraftprotsessi. Tselluloosikiud kasutatakse tekstiilitööstuses. Puuvillast, linasest ja muudest looduslikest kiududest võib raioni valmistamiseks kasutada otse või neid töödelda. Mikrokristalset tselluloosi ja pulbrilist tselluloosi kasutatakse ravimite täiteainetena ning toidunõustajate, emulgaatorite ja stabilisaatoritena. Teadlased kasutavad tselluloosi vedeliku filtreerimisel ja õhukese kihi kromatograafias. Tselluloosi kasutatakse ehitusmaterjalina ja elektrisolaatorina. Seda kasutatakse igapäevastes majapidamismaterjalides, näiteks kohvifiltrites, käsnades, liimides, silmatilkades, lahtistides ja kiledes. Kui taimedest pärit tselluloos on alati olnud oluline kütus, saab loomsetest jäätmetest saadud tselluloosi töödelda ka butanooli saamiseks biokütus.

• Dhingra, D; Michael, M; Rajput, H; Patil, R T. (2011). "Toidu kiudained: ülevaade." Toiduteaduse ja tehnoloogia ajakiri. 49 (3): 255–266. doi:10.1007 / s13197-011-0365-5
• Klemm, Dieter; Heublein, Brigitte; Fink, Hans-Peter; Bohn, Andreas (2005). "Tselluloos: põnev biopolümeer ja jätkusuutlik tooraine." Angew. Chem. Int. Toim. 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). "Pürolüüsi keemia paljastamine biokütuste tootmisel: tselluloosi muundamine furaanideks ja väikesteks hapnikuühenditeks." Energiakeskkond. Sci. 5: 5414–5424. doi:10.1039 / C1EE02743C
• Nishiyama, Yoshiharu; Langan, Paul; Chanzy, Henri (2002). "Kristallstruktuur ja vesinikku siduv süsteem tselluloosi Iβ-s sünkrotroni röntgenograafilisel ja neutronkiudude difraktsioonil." J. Olen. Chem. Soc. 124 (31): 9074–82. doi:10.1021 / ja0257319
• Stenius, Per (2000). Metsasaaduste keemia. Paberivalmistamise teadus ja tehnoloogia. Vol. 3. Soome: Fapet OY. ISBN 978-952-5216-03-5.