Vad är cellulosa? Fakta och funktioner

Historik

Franske kemisten Anselme Payen upptäckte och isolerade cellulosa 1838. Payen bestämde också den kemiska formeln. År 1870 tillverkades den första termoplastiska polymeren, 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 cellulosans kemiska struktur 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 β(1→4)-glykosidbindningar mellan D-glukosenheter . Däremot bildas stärkelse och glykogen genom α(1→4)-glykosidbindningar mellan glukosmolekyler. Kopplingarna i cellulosa gör den till en rakkedjig polymer. Hydroxylgrupperna på glukosmolekylerna bildar vätebindningar med syreatomer, håller kedjorna på plats och ger hög draghållfasthet till fibrerna. I växtcellväggar binder flera kedjor samman för att bilda mikrofibriller.

Ren cellulosa är luktfri, smaklös, 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 stödjer växternas cellvägg.

ttsz / Getty Images

Cellulosa är ett strukturprotein i växter och alger. Cellulosafibrer är inkapslade i en polysackaridmatris för att stödja växtcellväggar. Växtstammar och trä stöds av cellulosafibrer fördelade i en ligninmatris, där cellulosan fungerar som armeringsjärn och ligninet fungerar som betong. Den renaste naturliga formen av cellulosa är bomull, som består av över 90 % cellulosa. Trä består däremot av 40-50 % cellulosa.

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

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

Viktiga derivat

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

• Celluloid

Cellofan

Rayon

Cellulosaacetat

Cellulosatriacetat

Nitrocellulosa

Metylcellulosa

Cellulosasulfat

Ethulose

Etylhydroxietylcellulosa

Hydroxipropylmetylcellulosa

Karboximetylcellulosa (cellulosagummi)

Kommersiell användning

Den huvudsakliga kommersiella användningen av 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 livsmedelsförtjockningsmedel, emulgeringsmedel och stabilisatorer. Forskare använder cellulosa i vätskefiltrering och tunnskiktskromatografi. Cellulosa används som byggmaterial och elektrisk isolator. Det används i vardagliga hushållsmaterial, som kaffefilter, svampar, lim, ögondroppar, laxermedel och filmer. Medan cellulosa från växter alltid har varit ett viktigt bränsle, kan cellulosa från animaliskt avfall också bearbetas för att göra butanol biobränsle.