โครงสร้างและคุณสมบัติของเซลลูโลส

เซลลูโลส เป็นสารประกอบอินทรีย์ polysaccharide ซึ่งประกอบด้วยโซ่เชิงเส้นของหลายร้อยถึงพัน (1 → 4) ที่เชื่อมโยงกับหน่วย D-glucose ที่เชื่อมโยงกัน cellulose เป็นองค์ประกอบโครงสร้างที่สำคัญของผนังเซลล์หลักของพืชสีเขียว, สาหร่ายหลายรูปแบบและ oomycetes แบคทีเรียบางสายพันธุ์หลั่งออกมาเพื่อสร้างแผ่นชีวะซีเซลลูโลสเป็นพอลิเมอร์อินทรีย์ที่อุดมสมบูรณ์มากที่สุดในโลกปริมาณเซลลูโลสของเส้นใยฝ้ายคือ 90%ของไม้คือ 40-50%และของกัญชาแห้งประมาณ 57% ส่วนใหญ่ใช้ในการผลิตกระดาษแข็งและกระดาษ ปริมาณที่น้อยกว่าจะกลายเป็นผลิตภัณฑ์อนุพันธ์ต่าง ๆ เช่นกระดาษแก้วและเรยอน การแปลงเซลลูโลสจากพืชพลังงานเป็นเชื้อเพลิงชีวภาพ (เช่นเซลลูโลสเอทานอล) เป็นแหล่งเชื้อเพลิงทดแทนอยู่ระหว่างการพัฒนา เซลลูโลสอุตสาหกรรมส่วนใหญ่มาจากเยื่อไม้และฝ้ายสัตว์บางชนิดโดยเฉพาะอย่างยิ่งสัตว์เคี้ยวเอื้องและปลวกสามารถย่อยเซลลูโลสด้วยความช่วยเหลือของจุลินทรีย์ symbiotic เช่น trichomonas ที่อาศัยอยู่ในความกล้า ในโภชนาการของมนุษย์เซลลูโลสเป็นส่วนประกอบที่ไม่สามารถแก้ไขได้ของเส้นใยอาหารที่ไม่ละลายน้ำซึ่งทำหน้าที่เป็นตัวแทนการพกพาที่ชอบน้ำสำหรับอุจจาระและอาจอำนวยความสะดวกในการเคลื่อนไหวของลำไส้

โครงสร้างและคุณสมบัติ

เซลลูโลสไม่มีกลิ่นไม่มีรสชาติไม่ชอบน้ำที่มีมุมสัมผัส 20-30 องศาไม่ละลายในน้ำและตัวทำละลายอินทรีย์ส่วนใหญ่ chiral และย่อยสลายได้มันแสดงให้เห็นว่าละลายที่ 467 ° C ในการทดสอบพัลส์โดย Dauenhauer et al (2016). มันสามารถแบ่งออกเป็นทางเคมีเป็นหน่วยกลูโคสโดยการรักษาด้วยกรดแร่เข้มข้นที่อุณหภูมิสูงเซลลูโลสนั้นได้มาจากหน่วย D-glucose ซึ่งรวมตัวกันผ่านβ (1 → 4) -glycosidic linkages การเชื่อมโยง motif นี้ตรงกันข้ามกับα (1 → 4) -glycosidic bond ที่มีอยู่ในแป้งและ glycogen.cellulose ซึ่งแตกต่างจากแป้งไม่มีการม้วนงอหรือการแตกแขนงเกิดขึ้นและโมเลกุลใช้โครงสร้างที่มีลักษณะคล้ายแท่งแบบขยายและค่อนข้างแข็งเนื่องจากโครงสร้างเส้นศูนย์สูตรของกลูโคสตกค้าง กลุ่มไฮดรอกซิลหลายกลุ่มในกลูโคสจากพันธะไฮโดรเจนแบบหนึ่งโซ่กับอะตอมออกซิเจนบนโซ่เดียวกันหรือโซ่ที่อยู่ติดกันยึดโซ่เข้าด้วยกันอย่างแน่น เซลลูโลสไมโครฟิล์มมีส่วนร่วมในเมทริกซ์โพลีแซคคาไรด์ความแข็งแรงแรงดึงสูงของลำต้นพืชและต้นไม้ก็เกิดขึ้นจากการจัดเรียงของเส้นใยเซลลูโลสกระจายอย่างหนาแน่นในเมทริกซ์ลิกนินการกระทำเชิงกลของเส้นใยเซลลูโลส ความต้านทานเปรียบเทียบได้ในบางวิธีกับแท่งเหล็กในคอนกรีตที่ลิกนินทำหน้าที่เป็นปูนซีเมนต์ที่แข็งตัวซึ่งทำหน้าที่เป็นสะพานเชื่อมระหว่างเซลลูโลส "กาว " เส้นใยคุณสมบัติเชิงกลของเซลลูโลสในผนังเซลล์พืชหลักเกี่ยวข้องกับการเจริญเติบโตและการขยายตัวของเซลล์พืชกล้องจุลทรรศน์เรืองแสง intravital มีสัญญาสำหรับการศึกษาบทบาทของเซลลูโลสในการเจริญเติบโตของเซลล์พืช

เซลลูโลสยังเป็นผลึกมากกว่าแป้ง แป้งผ่านการเปลี่ยนแปลงผลึกไปสู่อัครราชาเมื่อถูกความร้อนในน้ำที่สูงกว่า 60–70 ° C (เช่นการปรุงอาหาร) ในขณะที่เซลลูโลสต้องใช้อุณหภูมิ 320 ° C และความดัน 25 MPa ที่จะกลายเป็นน้ำในน้ำเซลลูโลสหลายประเภทเป็นที่รู้จักกันในรูปแบบเหล่านี้มีความโดดเด่นด้วยตำแหน่งของพันธะอินเตอร์เชนและไฮโดรเจนภายใน เซลลูโลสพื้นเมืองคือเซลลูโลส I ที่มีโครงสร้างIαและIβเซลลูโลสที่ผลิตโดยแบคทีเรียและสาหร่ายอุดมไปด้วยIαในขณะที่เซลลูโลสของพืชที่สูงขึ้นส่วนใหญ่ประกอบด้วยIβเซลลูโลสในเส้นใยเซลลูโลสที่สร้างใหม่คือเซลลูโลส II ฉันไปยังเซลลูโลสที่สองไม่สามารถย้อนกลับได้แสดงให้เห็นว่าเซลลูโลสฉันสามารถแพร่กระจายได้ในขณะที่เซลลูโลสที่สองมีความเสถียร ผ่านการรักษาด้วยสารเคมีต่างๆสามารถผลิตโครงสร้างเซลลูโลส III และเซลลูโลส IV ได้

คุณสมบัติหลายอย่างของเซลลูโลสขึ้นอยู่กับความยาวของโซ่หรือระดับของการเกิดพอลิเมอไรเซชันจำนวนหน่วยกลูโคสที่ประกอบขึ้นเป็นโมเลกุลพอลิเมอร์ความยาวโซ่ตามปกติสำหรับเซลลูโลสจากเยื่อกระดาษอยู่ในช่วง 300 ถึง 1700 หน่วย; ความยาวโซ่สำหรับฝ้ายและเส้นใยพืชอื่น ๆ และเซลลูโลสแบคทีเรียมีช่วงตั้งแต่ 800 ถึง 10,000 หน่วย cellodextrins เป็นโมเลกุลที่มีความยาวโซ่สั้นมากที่เกิดจากการสลายตัวของเซลลูโลส; ในทางตรงกันข้ามกับเซลลูโลสสายโซ่ยาว cellodextrins มักจะละลายได้ในน้ำและตัวทำละลายอินทรีย์สูตรทางเคมีของเซลลูโลสคือ (C6H10O5) n โดยที่ n คือระดับของการเกิดพอลิเมอไรเซชันและแสดงจำนวนกลุ่มกลูโคสเซลลูโลสจากแหล่งพืชมักจะผสมกับเฮมิเซลลูโลสลิกนินเพกตินและสารอื่น ๆ ในขณะที่เซลลูโลสแบคทีเรียมีความบริสุทธิ์มากมีปริมาณน้ำที่สูงขึ้นและความต้านทานแรงดึงที่สูงขึ้นเนื่องจากความยาวของโซ่นานขึ้นเซลลูโลสประกอบด้วยไฟบริลที่มีผลึกและพื้นที่อสัณฐานเซลลูโลสไฟบริลเหล่านี้สามารถเป็นรายบุคคลได้โดยการรักษาเชิงกลของเยื่อกระดาษเซลลูโลสซึ่งมักจะเสริมด้วยการออกซิเดชั่นทางเคมีหรือการรักษาด้วยเอนไซม์ ขึ้นอยู่กับความเข้มของการรักษาเยื่อกระดาษเซลล์ยังสามารถรักษาด้วยกรดที่แข็งแรงเพื่อไฮโดรไลซ์โดเมน fibril amorphous ส่งผลให้นาโนคริสตัลเซลลูโลสแข็งสั้นมีความยาวหลายร้อยนาโนเมตร nanocelluloses เหล่านี้มีค่าทางเทคโนโลยีสูงเพราะพวกเขาสามารถประกอบตัวเองลงในผลึกเหลว cholesteric สำหรับการผลิตไฮโดรเจลหรือ aerogels สำหรับ nanocomposites และใช้เป็นตัวป้องกันพิกเตอร์สำหรับอิมัลชัน