Hva er cellulose? Fakta og funksjoner

Bomullsfibre er den reneste naturlige formen for cellulose, som består av over 90 % av polymeren.

Victoria Bee Photography / Getty Images

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

Historie

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 noen biologiske enzymer.

Kjemisk struktur og egenskaper

Cellulose dannes ved å koble sammen glukoseunderenheter. NEUROtiker, Ben Mills / Public Domain

Cellulose dannes via β(1→4)-glykosidbindinger mellom D-glukoseenheter. Derimot dannes stivelse og glykogen ved α(1→4)-glykosidbindinger mellom glukosemolekyler. Koblingene i cellulose gjør den 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, smakløs, hydrofil, uløselig i vann og biologisk nedbrytbar. Den har et smeltepunkt på 467 grader Celsius og kan brytes ned til glukose ved syrebehandling ved høy temperatur.

Cellulose funksjoner

Cellulose støtter celleveggen til planter. ttsz / Getty Images

Cellulose er et strukturelt protein i planter og alger. Cellulosefibre er innviklet i en polysakkaridmatrise for å støtte plantecellevegger. Plantestengler og tre er støttet av cellulosefibre fordelt i en ligninmatrise, hvor cellulosen fungerer som armeringsjern og ligninet fungerer som betong. Den reneste naturlige formen for cellulose er bomull, som består av over 90 % cellulose. Derimot 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.

Mens 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 hovedkilden til uløselig kostfiber, som påvirker næringsopptaket og hjelper til med avføring.

Viktige derivater

Mange viktige cellulosederivater finnes. Mange av disse polymerene er biologisk nedbrytbare og er fornybare ressurser. Cellulose-avledede forbindelser har en tendens til å være ikke-toksiske og ikke-allergene. Cellulosederivater inkluderer:

• Celluloid
• Cellofan
• Distrikt
• Celluloseacetat
• Cellulosetriacetat
• Nitrocellulose
• Metylcellulose
• Cellulosesulfat
• Ro deg ned
• Etylhydroksyetylcellulose
• Hydroksypropylmetylcellulose
• Karboksymetylcellulose (cellulosegummi)

Kommersiell bruk

Den viktigste kommersielle bruken for cellulose er papirproduksjon, hvor kraftprosessen brukes til å skille cellulose fra lignin. Cellulosefibre brukes i tekstilindustrien. Bomull, lin og andre naturlige fibre kan brukes direkte eller bearbeides for å lage rayon. Mikrokrystallinsk cellulose og pulverisert cellulose brukes som medikamentfyllstoffer og som matfortykningsmidler, emulgatorer og stabilisatorer. Forskere bruker cellulose i væskefiltrering og tynnsjiktskromatografi. Cellulose brukes som byggemateriale og elektrisk isolator. Den brukes i daglige husholdningsmaterialer, som kaffefiltre, svamper, lim, øyedråper, avføringsmidler og filmer. Mens cellulose fra planter alltid har vært et viktig drivstoff, kan cellulose fra animalsk avfall også bearbeides for å lage butanol biodrivstoff .

Kilder

• Dhingra, D; Michael, M; Rajput, H; Patil, R.T. (2011). 'Kostfiber i matvarer: 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 råmateriale.' Angew. Chem. Int. Ed . 44 (22): 3358–93. gjør jeg: 10.1002/any.200460587
• Mettler, Matthew S.; Mushrif, Samir H.; Paulsen, Alex D.; Javadekar, Ashay D.; Vlachos, Dionisios G.; Dauenhauer, Paul J. (2012). 'Avslører pyrolysekjemi for produksjon av biodrivstoff: 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). 'Krystallstruktur og hydrogenbindingssystem i cellulose Iβ fra synkrotronrøntgen og nøytronfiberdiffraksjon.' J. Am. Chem. Soc . 124 (31): 9074–82. gjør jeg: 10.1021/ja0257319
• Stenius, Per (2000). Skogvarekjemi . Papirproduksjonsvitenskap og teknologi. Vol. 3. Finland: Fapet OY. ISBN 978-952-5216-03-5.