Wat is cellulose? Feiten en functies

Cellulose [(C₆H₁₀O₅)_n] is een organische verbinding en het meest voorkomende biopolymeer op aarde. Het is een complexe koolhydraat of polysacharide bestaande uit honderden tot duizenden glucosemoleculen, aan elkaar gekoppeld om een ​​keten te vormen. Hoewel dieren geen cellulose produceren, wordt het gemaakt door planten, algen en sommige bacteriën en andere micro-organismen. Cellulose is het belangrijkste structurele molecuul in de celwanden van planten en algen.

Geschiedenis

De Franse chemicus Anselme Payen ontdekte en isoleerde cellulose in 1838. Payen bepaalde ook de chemische formule. In 1870 werd het eerste thermoplastische polymeer, celluloid, geproduceerd door Hyatt Manufacturing Company met behulp van cellulose. Van daaruit werd cellulose gebruikt om rayon te produceren in de jaren 1890 en cellofaan in 1912. Hermann Staudinger bepaalde de chemische structuur van cellulose in 1920. In 1992 synthetiseerden Kobayashi en Shoda cellulose zonder biologische enzymen te gebruiken.

Chemische structuur en eigenschappen

Cellulose wordt gevormd door glucose-subeenheden te koppelen. NEUROtiker, Ben Mills / Public Domain

Cellulose vormt zich via β (1 → 4) -glycosidebindingen tussen D-glucose-eenheden. Zetmeel en glycogeen daarentegen vormen door α (1 → 4) -glycosidebindingen tussen glucosemoleculen. De koppelingen in cellulose maken het een polymeer met een rechte keten. De hydroxylgroepen op de glucosemoleculen vormen waterstofbruggen met zuurstofatomen, houden de ketens op hun plaats en verlenen de vezels een hoge treksterkte. In plantencelwanden binden meerdere ketens aan elkaar om microfibrillen te vormen.

Zuivere cellulose is geurloos, smaakloos, hydrofiel, onoplosbaar in water en biologisch afbreekbaar. Het heeft een smeltpunt van 467 graden Celsius en kan worden afgebroken tot glucose door behandeling met zuur op hoge temperatuur.

Cellulosefuncties

Cellulose ondersteunt de celwand van planten. ttsz / Getty Images

Cellulose is een structureel eiwit in planten en algen. Cellulosevezels zijn ingesloten in een polysaccharidematrix om plantencelwanden te ondersteunen. Plantenstengels en hout worden ondersteund door cellulosevezels verdeeld in een ligninematrix, waarbij de cellulose werkt als wapeningsstaven en de lignine werkt als beton. De puurste natuurlijke vorm van cellulose is katoen, dat voor meer dan 90% uit cellulose bestaat. Hout daarentegen bestaat uit 40-50% cellulose.

Sommige soorten bacteriën scheiden cellulose uit om biofilms te produceren. De biofilms bieden een hechtingsoppervlak voor de micro-organismen en laten ze zich organiseren in kolonies.

Hoewel dieren geen cellulose kunnen produceren, is het belangrijk om te overleven. Sommige insecten gebruiken cellulose als bouwmateriaal en voedsel. Herkauwers gebruiken symbiotische micro-organismen om cellulose te verteren. Mensen kunnen cellulose niet verteren, maar het is de belangrijkste bron van onoplosbare voedingsvezels, die de opname van voedingsstoffen beïnvloedt en de ontlasting bevordert.

Belangrijke derivaten

Er bestaan ​​veel belangrijke cellulosederivaten. Veel van deze polymeren zijn biologisch afbreekbaar en zijn hernieuwbare bronnen. Van cellulose afgeleide verbindingen zijn meestal niet-toxisch en niet-allergeen. Cellulosederivaten omvatten:

• celluloïde
• cellofaan
• Rayon
• Celluloseacetaat
• Cellulosetriacetaat
• nitrocellulose
• methylcellulose
• Cellulosesulfaat
• Ethulose
• Ethylhydroxyethylcellulose
• Hydroxypropylmethylcellulose
• Carboxymethylcellulose (cellulose gom)

Commercieel gebruik

Het belangrijkste commerciële gebruik voor cellulose is papierproductie, waarbij het kraft-proces wordt gebruikt om cellulose van lignine te scheiden. Cellulosevezels worden gebruikt in de textielindustrie. Katoen, linnen en andere natuurlijke vezels kunnen direct worden gebruikt of verwerkt om rayon te maken. Microkristallijne cellulose en poedervormige cellulose worden gebruikt als medicijnvullers en als voedselverdikkingsmiddelen, emulgatoren en stabilisatoren. Wetenschappers gebruiken cellulose bij vloeistoffiltratie en dunnelaagchromatografie. Cellulose wordt gebruikt als bouwmateriaal en elektrische isolator. Het wordt gebruikt in alledaagse huishoudelijke materialen, zoals koffiefilters, sponzen, lijmen, oogdruppels, laxeermiddelen en films. Hoewel cellulose uit planten altijd een belangrijke brandstof is geweest, kan cellulose uit dierlijk afval ook worden verwerkt tot butanolbiobrandstof.

bronnen

• Dhingra, D; Michael, M; Rajput, H; Patil, R. T. (2011). "Voedingsvezels in voedingsmiddelen: een overzicht." 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). "Cellulose: fascinerend biopolymeer en duurzame grondstof." 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). "Onthullende pyrolysechemie voor de productie van biobrandstoffen: omzetting van cellulose in furanen en kleine oxygenaten." Energy Environ. Sci. 5: 5414-5424. doi: 10,1039 / C1EE02743C
• Nishiyama, Yoshiharu; Langan, Paul; Chanzy, Henri (2002). "Kristalstructuur en waterstofbindingssysteem in cellulose Iβ van Synchrotron X-ray en Neutron Fiber Diffraction." J. Am. Chem. Soc. 124 (31): 9074-82. doi: 10,1021 / ja0257319
• Stenius, Per (2000). Forest Products Chemistry. Papierproductie Wetenschap en technologie. Vol. 3. Finland: Fapet OY. ISBN 978-952-5216-03-5.