Zellulose ist eine organische Zusammensetzung mit der Formel, ein Polysaccharid, das aus einer geradlinigen Kette von mehreren hundert zu mehr als zehntausend β (14) verbunden - Traubenzucker-Einheiten besteht.

Zellulose ist der Strukturbestandteil der primären Zellwand von grünen Werken, vieler Formen von Algen und dem oomycetes. Einige Arten von Bakterien verbergen es, um biofilms zu bilden.

Zellulose ist die allgemeinste organische Zusammensetzung auf der Erde. Ungefähr 33 % der ganzen Pflanzensache sind Zellulose (der Zellulose-Inhalt von Baumwolle ist 90 %, und dieses von Holz ist 40-50 %).

Für den Industriegebrauch wird Zellulose bei Holzschliff und Baumwolle hauptsächlich erhalten. Es wird hauptsächlich verwendet, um Pappdeckel und Papier zu erzeugen; in einem kleineren Ausmaß wird es in ein großes Angebot an abgeleiteten Produkten wie Zellophan und Kunstseide umgewandelt. Das Umwandeln von Zellulose von Energiegetreide in Bio-Treibstöffe wie Cellulosic-Vinylalkohol ist unter der Untersuchung als eine alternative Kraftstoffquelle.

Einige Tiere, besonders ruminants und Termiten, können Zellulose mit der Hilfe von symbiotischen Kleinstlebewesen verdauen, die in ihren Eingeweiden leben. Menschen können Zellulose einigermaßen verdauen, jedoch wird sie häufig "diätetische Faser" oder "Rauhfutter" (z.B Außenschale des Maises) genannt und handelt als ein wasserquellfähiger sperrig seiender Agent für Fäkalien.

Geschichte

Zellulose wurde 1838 vom französischen Chemiker Anselme Payen entdeckt, der sie von der Pflanzensache isoliert hat und seine chemische Formel bestimmt hat. Zellulose wurde verwendet, um das erste erfolgreiche thermoplastische Polymer, Zelluloid durch Hyatt Manufacturing Company 1870 zu erzeugen. Hermann Staudinger hat die Polymer-Struktur von Zellulose 1920 bestimmt. Die Zusammensetzung wurde zuerst (ohne den Gebrauch irgendwelcher biologisch abgeleiteten Enzyme) 1992, von Kobayashi und Shoda chemisch synthetisiert.

Kommerzielle Produkte

Zellulose ist der Hauptbestandteil von Papier, Pappdeckel und Karte-Lager und von Textilwaren, die von Baumwolle, Wäsche und anderen Pflanzenfasern gemacht sind.

Zellulose kann ins Zellophan, einen dünnen durchsichtigen Film, und in die Kunstseide, eine wichtige Faser umgewandelt werden, die für Textilwaren seit dem Anfang des 20. Jahrhunderts verwendet worden ist. Sowohl Zellophan als auch Kunstseide sind als "regenerierte Zellulose-Fasern" bekannt; sie sind zu Zellulose in der chemischen Struktur identisch und werden gewöhnlich davon gemacht, Fruchtfleisch über Viskose aufzulösen. Eine neuere und umweltfreundliche Methode, Kunstseide zu erzeugen, ist der Prozess von Lyocell.

Zellulose ist der Rohstoff in der Fertigung von nitrocellulose (Zellulose-Nitrat), der in rauchlosem Schießpulver und als das Grundmaterial für das Zelluloid verwendet wird, das für den fotografischen und die Filmfilme bis zur Mitte der 1930er Jahre verwendet ist.

Zellulose wird verwendet, um wasserlösliche Bindemittel und Binder wie Methyl-Zellulose und carboxymethyl Zellulose zu machen, die in Tapete-Teig verwendet werden. Mikrokristallene Zellulose (E460i) und bestäubte Zellulose (E460ii) wird als untätige Füller in Blöcken verwendet

und als Bindemittel und Ausgleicher in bearbeiteten Nahrungsmitteln. Zellulose-Puder wird zum Beispiel im Parmesan-Käse von Kraft verwendet, um caking innerhalb der Tube zu verhindern.

Zellulose wird im Laboratorium als die stationäre Phase für die dünne Schicht-Chromatographie verwendet. Zellulose-Fasern werden auch im flüssigen Filtrieren, manchmal in der Kombination mit der diatomaceous Erde oder den anderen Filtrieren-Medien verwendet, um ein Filterbett des trägen Materials zu schaffen. Zellulose wird weiter verwendet, um wasserquellfähige und hoch absorbierende Schwämme zu machen.

Von wiederverwandtem Papier gemachte Zellulose-Isolierung wird populär als ein umweltsmäßig vorzuziehendes Material, um Isolierung zu bauen. Es kann mit Borsäure als ein Feuerverzögerungsmittel behandelt werden.

Zellulose-Quelle und Energiegetreide

Der brennbare Hauptbestandteil von Nichtnahrungsmittelenergiegetreide ist Zellulose mit der lignin Sekunde. Nichtnahrungsmittelenergiegetreide sind effizienter als essbare Energiegetreide (die einen großen Stärke-Bestandteil haben), aber bewerben Sie sich noch mit Nahrungsmittelgetreide um das landwirtschaftliche Land und die Wassermittel. Typische Nichtnahrungsmittelenergiegetreide schließen Industriehanf, switchgrass, Miscanthus, Salix (Weide) und Populus (Pappel) Arten ein.

Einige Bakterien können Zellulose in Vinylalkohol umwandeln, der dann als ein Brennstoff verwendet werden kann; sieh cellulosic Vinylalkohol.

Struktur und Eigenschaften

Zellulose hat keinen Geschmack, ist geruchlos, ist mit dem Kontakt-Winkel 20-30 wasserquellfähig, ist in Wasser und den meisten organischen Lösungsmitteln unlöslich, ist chiral und ist biologisch abbaubar. Es kann chemisch in seine Traubenzucker-Einheiten durch das Behandeln davon mit konzentrierten Säuren bei der hohen Temperatur gebrochen werden.

Zellulose wird - Traubenzucker-Einheiten abgeleitet, die sich durch β (14)-glycosidic Obligationen verdichten. Dieses Verbindungsmotiv hebt sich davon für α (14)-glycosidic Obligationsgegenwart in der Stärke, glycogen, und andere Kohlenhydrate ab. Zellulose ist ein gerades Kettenpolymer: Verschieden von der Stärke, keinem Umwickeln oder dem Ausbreiten kommt vor, und das Molekül nimmt eine verlängerte und ziemlich steife einer Stange ähnliche Angleichung an, die durch die äquatoriale Angleichung der Traubenzucker-Rückstände geholfen ist. Die vielfachen hydroxyl Gruppen auf dem Traubenzucker von einer Kette bilden Wasserstoffobligationen mit Sauerstoff-Atomen auf demselben oder auf einer Nachbarkette, die Ketten fest nebeneinander zusammenhaltend und sich microfibrils mit der hohen Zugbelastung formend. Diese Kraft ist in Zellwänden wichtig, wo die microfibrils in eine Kohlenhydrat-Matrix verwickelt werden, Starrheit zuteilend, um Zellen zu pflanzen.

Im Vergleich zur Stärke ist Zellulose auch viel mehr kristallen. Wohingegen Stärke einen kristallenen zum amorphen Übergang, wenn geheizt, außer 60-70 °C in Wasser erlebt (als im Kochen), verlangt Zellulose, dass eine Temperatur von 320 °C und Druck von 25 MPa amorph in Wasser wird.

Mehrere verschiedene kristallene Strukturen von Zellulose, sind entsprechend der Position von Wasserstoffobligationen zwischen und innerhalb von Ufern bekannt. Natürliche Zellulose ist Zellulose I, mit Strukturen I und ich. Zellulose, die von Bakterien und Algen erzeugt ist, wird in mir bereichert, während die Zellulose von höheren Werken hauptsächlich aus mir besteht. Die Zellulose in regenerierten Zellulose-Fasern ist Zellulose II. Die Konvertierung von Zellulose I zu Zellulose II ist irreversibel, darauf hinweisend, dass Zellulose ich bin metastable und Zellulose II, stabil ist. Mit verschiedenen chemischen Behandlungen ist es möglich, die Struktur-Zellulose III und Zellulose IV zu erzeugen.

Viele Eigenschaften von Zellulose hängen von seiner Kettenlänge oder Grad von polymerization, der Zahl von Traubenzucker-Einheiten ab, die ein Polymer-Molekül zusammensetzen. Die Zellulose von Holzschliff hat typische Kettenlängen zwischen 300 und 1700 Einheiten; Baumwolle und andere Pflanzenfasern sowie Bakterienzellulose haben Kettenlängen im Intervall von 800 bis 10,000 Einheiten. Moleküle mit der sehr kleinen Kettenlänge, die sich aus der Depression von Zellulose ergibt, sind als cellodextrins bekannt; im Gegensatz zu Zellulose der langen Kette sind cellodextrins in organischen und Wasserlösungsmitteln normalerweise auflösbar.

Pflanzenabgeleitete Zellulose wird gewöhnlich in einer Mischung mit hemicellulose gefunden, lignin haben Pektin und andere Substanzen, während mikrobische Zellulose ziemlich rein ist, einen viel höheren Wasserinhalt, und bestehen aus langen Ketten.

Zellulose ist in cupriethylenediamine (CED), cadmiumethylenediamine (Cadoxen), N-methylmorpholine N-Oxyd und Lithiumchlorid / dimethylformamide auflösbar. Das wird in der Produktion von regenerierten Zellulose (als Viskose und Zellophan) davon verwendet, Fruchtfleisch aufzulösen.

Das Prüfen eines Zellulose enthaltenden Materials

In Anbetracht eines Zellulose enthaltenden Materials ist der Kohlenhydrat-Teil, der sich in einer 17.5-%-Lösung von Natriumshydroxyd an 20 °C nicht auflöst, α Zellulose, die wahre Zellulose ist. Die Ansäuerung des Extrakts stürzt β Zellulose hinab. Der Teil, der sich in der Basis auflöst, aber sich mit Säure nicht niederschlägt, ist γ Zellulose.

Zellulose kann mit einer Methode geprüft werden, die von Updegraff 1969 beschrieben ist, wo die Faser in essigsaurer und Stickstoffsäure aufgelöst wird, um lignin, hemicellulose, und xylosans zu entfernen. Der resultierenden Zellulose wird erlaubt, mit anthrone in Schwefelsäure zu reagieren. Die resultierende farbige Zusammensetzung wird spektrofotometrisch an einer Wellenlänge von etwa 635 nm geprüft.

Außerdem wird Zellulose durch den Unterschied zwischen saurer reinigender Faser (ADF) und saurem Reinigungsmittel lignin (ADL) vertreten.

Biosynthese

In Gefäßwerken wird Zellulose an der Plasmamembran durch Rosette-Endkomplexe (RTCs) synthetisiert. Die RTCs sind hexameric Protein-Strukturen, etwa 25 nm im Durchmesser, die die Zellulose synthase Enzyme enthalten, die die individuellen Zellulose-Ketten aufbauen. Jeder RTC lässt in der Plasmamembran und "Drehungen" der Zelle einen microfibril in die Zellwand schwimmen.

RTCs enthalten mindestens drei verschiedene Zellulose synthases, verschlüsselt durch Gene von CesA in einer unbekannten Stöchiometrie. Getrennte Sätze von Genen von CesA werden an der primären und sekundären Zellwandbiosynthese beteiligt.

Zellulose-Synthese verlangt Ketteneinleitung und Verlängerung, und die zwei Prozesse sind getrennt.

CesA glucosyltransferase beginnt Zellulose polymerization das Verwenden einer Steroide-Zündvorrichtung, sitosterol-beta-glucoside, und UDP-Traubenzucker. Zellulose synthase verwertet UDP-D-glucose Vorgänger, um die wachsende Zellulose-Kette zu verlängern. Ein cellulase kann fungieren, um die Zündvorrichtung von der reifen Kette zu zerspalten.

Depression (cellulolysis)

Cellulolysis ist der Prozess zusammenzubrechen die Zellulose ins kleinere Polysaccharid hat cellodextrins oder völlig in Traubenzucker-Einheiten genannt; das ist eine Hydrolyse-Reaktion. Weil Zellulose-Moleküle stark zu einander binden, ist cellulolysis im Vergleich zur Depression anderen Polysaccharids relativ schwierig. Prozesse bestehen wirklich jedoch für die Depression von Zellulose wie der Prozess von Lyocell, der eine Kombination von erhitztem Wasser und Azeton verwendet, um die Zellulose-Ufer zu brechen.

Die meisten Säugetiere haben nur Fähigkeit sehr beschränkt, diätetische Fasern wie Zellulose zu verdauen. Einige ruminants wie Kühe und Schafe enthalten bestimmte symbiotische anaerobic Bakterien (wie Cellulomonas) in der Flora des Pansens, und diese Bakterien erzeugen genannte cellulases von Enzymen, die dem Kleinstlebewesen helfen, Zellulose zu brechen; die Durchbruchsprodukte werden dann von den Bakterien für die Proliferation verwendet. Die Bakterienmasse wird später durch das wiederkäuende in seinem Verdauungssystem (Magen und Dünndarm) verdaut. Ähnlich enthalten niedrigere Termiten in ihrem hindguts bestimmten geißeln protozoa, die solche Enzyme erzeugen; höhere Termiten enthalten Bakterien für den Job. Einige Termiten können auch cellulase ihres eigenen erzeugen. Fungi, die in der Natur dafür verantwortlich sind, Nährstoffe wiederzuverwenden, sind auch im Stande, Zellulose zu brechen.

Die Enzyme, die zur glycosidic Verbindung in Zellulose verwertet sind, sind glycoside faulenzt einschließlich des Endo-Handelns cellulases und Exo-Handelns glucosidases hydro. Solche Enzyme werden gewöhnlich als ein Teil von Mehrenzym-Komplexen verborgen, die dockerins und Kohlenhydrat bindende Module einschließen können.

Hemicellulose

Hemicellulose ist ein Polysaccharid, das mit Zellulose verbunden ist, die ca umfasst. 20 % der Biomasse von den meisten Werken. Im Gegensatz zu Zellulose wird hemicellulose aus mehrerem Zucker zusätzlich zu Traubenzucker, besonders xylose sondern auch einschließlich mannose, galactose, rhamnose, und arabinose abgeleitet. Hemicellulose besteht aus kürzeren Ketten - ungefähr 200 Zuckereinheiten. Außerdem wird hemicellulose verzweigt, wohingegen Zellulose unverzweigt ist.

Ableitungen

Die hydroxyl Gruppen (-OH) Zellulose können mit verschiedenen Reagenzien teilweise oder völlig reagiert werden, um Ableitungen mit nützlichen Eigenschaften wie hauptsächlich Zellulose esters und Zellulose-Äther (-ODER) zu gewähren. Im Prinzip, obwohl nicht immer in der aktuellen Industriepraxis, cellulosic Polymer erneuerbare Mittel sind.

Ableitungen von Ester schließen ein:

Das Zellulose-Azetat und die Zellulose triacetate sind Film - und Faser bildende Materialien, die eine Vielfalt des Gebrauches finden. Der nitrocellulose wurde als ein Explosivstoff am Anfang verwendet und war ein früher Film, der Material bildet. Mit dem Kampfer gibt nitrocellulose Zelluloid.

Äther-Ableitungen schließen ein:

Das Natrium carboxymethyl Zellulose kann quer-verbunden werden, um das croscarmellose Natrium (E468) für den Gebrauch als ein disintegrant in pharmazeutischen Formulierungen zu geben.

Siehe auch

• Zellwand
• Cellulase
• Zellulose-Isolierung
• Zellulose-Faser
• Vinylalkohol von Cellulosic
• Hemicellulose
• Mikrobische Zellulose
• Nanocellulose

Links

• Struktur und Morphologie von Zellulose durch Serge Pérez und William Mackie, CERMAV-CNRS
• Zellulose, durch Martin Chaplin, Londoner Südbankuniversität
• Die klare Beschreibung einer Zellulose prüft Methode an der Baumwollfaser Biosciences Einheit des USDA.
• Zellulose-Filme konnten flatternde Flügel und preiswerte künstliche Muskeln für Roboter - TechnologyReview.com zur Verfügung stellen
• Das Verwenden cellulase Enzyme im bioethanol bearbeitet
• Eine Liste von cellulolytic Bakterien