Cel·lulosa

De Viquipèdia
Dreceres ràpides: navegació, cerca
Cel·lulosa, un polímer lineal de monòmers de D-glucosa units per enllaç glicosídic β(1→4).
Estructura tridimensional, amb 4 unitats de glucosa visibles. (Negre=carboni; vermell=oxigen; blanc=hidrogen.)

La cel·lulosa és un compost orgànic amb la fórmula (C 6 H 10 O 5) n, un polisacàrid constituït per una cadena lineal de centenars a més de deu mil unitats de D-glucosa units per enllaços β (1 → 4).[1]

La cel·lulosa és el component estructural de la paret cel·lular primària de les plantes verdes, de moltes algues i dels oomicets. Algunes espècies de bacteris la secreten per formar biopel·lícules. La cel·lulosa és el més comú dels compostos orgànics a la terra. Al voltant del 33 per cent de tota la matèria de les plantes és cel·lulosa (el contingut de cel·lulosa del cotó és de 90 per cent -gràcies a la flor- i la de la fusta és de 50 per cent).

Per a ús industrial, principalment la cel·lulosa s'obté a partir de polpa de fusta i el cotó. S'utilitza principalment per produir cartró i paper, en menor mesura, que es converteix en una gran varietat de productes derivats com la cel·lofana i raió. Alguns animals, especialment remugants i tèrmits, poden digerir la cel·lulosa amb l'ajuda de microorganismes simbiòtics que viuen en les seves entranyes. La cel·lulosa no és digerible pels éssers humans i és sovint esmentat com "fibra dietètica" o "tosc", actuant com un agent hidròfil de càrrega dels excrements.

Història[modifica | modifica el codi]

La cel·lulosa va ser descoberta el 1838 pel químic francès Anselme Payen, que va aïllar-la a partir de matèria vegetal i se'n va determinar la fórmula química. La cel·lulosa es va utilitzar l'any 1870 a l' Hyatt Manufacturing Company per a produir amb èxit el primer polímer termoplàstic. Hermann Staudinger va determinar l'estructura de polímer de cel·lulosa el 1920.

Els productes comercials[modifica | modifica el codi]

La cel·lulosa és el principal constituent de paper i cartró i dels tèxtils de cotó, lli i altres fibres vegetals. Un dels teixits que es fan amb la cel·lulosa és el cupro.

La cel·lulosa pot convertir-se en cel·lofana, una prima pel·lícula transparent, i en raió, una fibra important que s'ha utilitzat per als productes tèxtils des de principis del segle XX. Tant el raió com la cel·lofana es coneixen com "fibres de cel·lulosa regenerada", són idèntiques a les de cel·lulosa en l'estructura química i en general són fetes de viscosa, una solució viscosa a partir de la cel·lulosa. El procés Lyocell per produir raió, més recent, és més respectuós amb el medi ambient.

La cel·lulosa és utilitzada en el laboratori com la fase estacionària de cromatografia en capa fina. És la matèria primera en la fabricació de nitrocel·lulosa o nitrat de cel·lulosa, que va ser històricament utilitzada en la pólvora sense fum, i com la base material del cel·luloide que s'utilitza per a la pel·lícula fotogràfica i cinematogràfica fins a mitjans de la dècada de 1930. L'aïllament de cel·lulosa a partir del reciclatge de paper s'està convertint en un mètode ambientalment preferible pels materials d'aïllament d'edificis.

La cel·lulosa es fa servir per fer material hidròfil molt absorbent i esponges, així com adhesius i aglutinants solubles en aigua com ara metil cel·lulosa i carboximetil cel·lulosa que s'utilitzen en l'adhesiu del paper pintat per parets.

La cel·lulosa microcristal·lina (E460i) i la cel·lulosa en pols (E460ii) s'utilitzen com a farciment inactiu en comprimits i com espessidors i estabilitzants en aliments processats.

Font de cel·lulosa i els cultius energètics[modifica | modifica el codi]

El principal component combustible dels cultius energètics no alimentaris és la cel·lulosa, amb la lignina segon. Els cultius energètics no alimentaris són més eficients que els cultius energètics comestibles (que tenen un gran contingut de midó), però encara competeixen amb els cultius alimentaris per terres agrícoles i recursos hídrics. Típicament els cultius energètics no alimentaris inclouen cànem industrial, Mill, Miscanthus, Salix (salze), i Populus (pollancres).

Alguns bacteris poden convertir la cel·lulosa en etanol que pot ser utilitzat com a combustible, vegeu etanol cel·lulosa.

Estructura i propietats[modifica | modifica el codi]

La cel·lulosa no té sabor, és inodora, és hidròfila, és insoluble a l'aigua i la majoria de dissolvents orgànics, és quiral i és biodegradable.

La cel·lulosa s'obté a partir d'unitats de D-glucosa, que es condensen a través d'enllaços glicosídics β (1 → 4). Això contrasta amb els enllaços glicosídics α (1 → 4) presents al midó, glicogen, i d'altres hidrats de carboni. La cel·lulosa és un polímer de cadena recta, i a diferència del midó, no es cargola ni es ramifica, i la molècula adopta forma de tija o vareta. Els múltiples grups hidroxil a la glucosa formen enllaços d'hidrogen amb els àtoms d'oxigen de la mateixa o d'una altra cadena, mantenint fermament unides les cadenes una al costat de l'altra i formant microfibres amb alta resistència a la tracció. Aquesta força és important en les parets cel·lulars, on les microfibres queden integrades en una matriu d'hidrats de carboni, que confereix rigidesa a les cèl·lules de les plantes.

En comparació amb el midó, la cel·lulosa és molt més cristal·lina. Mentre que el midó canvia de la forma cristal·lina a l'amorfa quan s'escalfa en aigua més enllà de 60-70 °C (com en cuina), la cel·lulosa requereix una temperatura de 320 °C i la pressió de 25 MPa per esdevenir amorfa. Químicament, la cel·lulosa es pot descompondre en les seves unitats de glucosa tractant-la amb àcids concentrats a altes temperatures.

Moltes propietats de la cel·lulosa depenen del seu grau de polimerització o la longitud de la cadena, el nombre d'unitats de glucosa que componen una molècula de polímer. En la cel·lulosa de polpa de fusta la longitud típica de la cadena és entre 300 i 1700 unitats; el cotó i altres fibres vegetals, així com la cel·lulosa bacteriana, tenen longituds de cadena que van des de 800 a 10.000 unitats [5]. Es coneixen com cel·lodextrines molècules amb longitud de la cadena molt petita resultants de trencar la cel·lulosa, en contrast amb la llarga cadena de cel·lulosa, les cel·lodextrines solen ser soluble en aigua i en dissolvents orgànics. La cel·lulosa derivada de processos industrials està en general contaminada amb hemicel·lulosa, lignina, pectina i altres substàncies, mentre que la cel·lulosa microbiana és molt pura, té molt més contingut d'aigua, i es compon de llargues cadenes.

Assaig de cel·lulosa[modifica | modifica el codi]

Tenint en compte d'una cel·lulosa que contenen material, la part que no es dissol en un 17,5% de solució d'hidròxid de sodi a 20 °C és α cel·lulosa, que és cel·lulosa. L'acidificació de l'extracte precipitats β cel·lulosa. La part que es dissol en base, però no precipitat amb àcid γ ésla cel·lulosa. La cel·lulosa pot analitzar utilitzant un mètode descrit per Updegraff el 1969, on la fibra es dissol en àcid acètic i àcid nítric per eliminar la lignina, hemicel·lulosa i xylosans. La cel·lulosa resultant se li permet reaccionar amb anthrone en àcid sulfúric. El compost resultant és de color analitzat per espectrofotometria en una longitud d'ona d'aproximadament 635 nm. A més a més, la cel·lulosa està representada per la diferència entre la fibra detergent àcid (FDA) i lignina detergent àcid (ADL).

Biosíntesi[modifica | modifica el codi]

En les plantes vasculars de cel·lulosa se sintetitza en la membrana plasmàtica per de roseta terminal complexos (RTC's). El RTC és l' hexameric[Aclariment necessari] estructures de proteïnes, aproximadament 25 nm de diàmetre, que contenen la cel·lulosa sintasa sintetitzar els enzims que la persona les cadenes de cel·lulosa. Cada RTC flotadors a la cel·la de la membrana plasmàtica i "spins" un microfibril a la paret de la cèl·lula. El RTC de contenir almenys tres diferents synthases cel·lulosa, codificades pels gens Cessa, a un desconegut estequiometria. Conjunts separats de Cessa gens estan implicats en l'ensenyament primari i secundari de la paret cel·lular biosíntesi. Cel·lulosa sintasa utilitza l'UDP-D-glucosa per a generar precursors microcristal cel·lulosa. Síntesi de cel·lulosa requereix la cadena d'iniciació i d'elongació, i els dos processos estan separats. Cessaglucosiltransferasa inicia la polimerització de cel·lulosa utilitzant un esteroides primer, sitosterol-beta-glucòsid, i UDP-glucosa. A cel·lulases pot funcionar a trencar la cartilla de la maduresa cadena.

Descomposició (cel·lulòlisi)[modifica | modifica el codi]

La cel·lulòlisi és el procés de trencar la cel·lulosa en polisacàrids més petits anomenats cel·lodextrines completament o en unitats de glucosa, que és una reacció d'hidròlisi. Donat que les molècules de cel·lulosa es fixen fortament l'un a l'altre, la cel·lulòlisi és relativament difícil en comparació amb el desglossament d'altres polisacàrids. Els mamífers no tenen la capacitat de trencar la cel·lulosa directament. Alguns remugants com vaques i ovelles contenen certs bacteris anaeròbics simbiòtics (com Cellulomonas) en la flora de la paret intestinal, i aquests bacteris produeixen enzims que descomponen la cel·lulosa, els productes resultants són després utilitzats pels mamífers. De la mateixa manera, la reducció dels tèrmits contenen en el seu hindguts determinats protozous flagel·lats que produeixen aquestes enzims; superior tèrmits contenen bacteris per al treball. Els fongs, a la natura són responsables del reciclatge de nutrients, i també són capaços de descompondre la cel·lulosa. Els enzims s'utilitzen per trencar el vincle glicosídic en cel·lulosa són glucòsid hydrolases incloent dament-actuant cel·lulases i EXO-actuant. Aquestes enzims són secretats en general com a part de multienzims complexos que poden incloure dockerins i cel·lulosa vinculant mòduls, que són complexos, en alguns casos, a què es refereix com cellulosomes.

Hemicel·lulosa[modifica | modifica el codi]

Hemicel·lulosa és un polisacàrid relacionats amb la cel·lulosa que comprèn ca. 20% de la biomassa de la majoria de les plantes. En contrast amb la cel·lulosa, hemicel·lulosa es deriva de diversos sucres més de glucosa, especialment xilosa, sinó també mans, galactosa, ramnosa, i ARABINAN. Hemicel·lulosa consta de les cadenes més curt - al voltant de 200 unitats de sucre en lloc de 7.000 a 15.000 molècules de glucosa a la mitjana del polímer de cel·lulosa. A més a més, l'hemicel·lulosa és ramificada, mentre que la cel·lulosa és unbranched.

Derivats[modifica | modifica el codi]

Els grups hidroxil de la cel·lulosa pot ser parcialment o totalment reaccionat amb diferents reactius per a pagar productes derivats amb propietats útils. Cel·lulosa èsters i èters de cel·lulosa són els més importants materials comercials. En principi, encara que no sempre en les actuals pràctiques industrials, polímers de cel·lulosa, són recursos renovables. Entre els èsters són acetat de cel·lulosa i triacetat de cel·lulosa, que són el cinema i la fibra de formació dels materials que es troben una varietat d'usos. L'èster inorgànic de nitrocel·lulòsic va ser inicialment utilitzat com un explosiu i va ser una de les primeres pel·lícules que formen el material. Incloure els derivats de èter:

Referències[modifica | modifica el codi]

  1. «Cel·lulosa». L'Enciclopèdia.cat. Barcelona: Grup Enciclopèdia Catalana.
A Wikimedia Commons hi ha contingut multimèdia relatiu a: Cel·lulosa Modifica l'enllaç a Wikidata