Dabiskā celuloze ir sarežģīts polimērs, kas ir augu šūnu sieniņu galvenā strukturālā sastāvdaļa. Šim polisaharīdam ir būtiska nozīme, nodrošinot augu šūnu izturību, stingrību un atbalstu, veicinot augu audu vispārējo struktūru.
Dabiskā celuloze ir polisaharīds, ogļhidrāts, kas sastāv no garām glikozes vienību ķēdēm, kas savienotas ar β-1,4-glikozīdu saitēm. Tas ir viens no visbiežāk sastopamajiem organiskajiem savienojumiem uz Zemes un galvenokārt atrodams augu šūnu sieniņās. Celulozes molekulu unikālais izkārtojums piešķir augu audiem neparastu spēku un izturību, padarot tos par būtisku augu struktūras un funkciju sastāvdaļu.
Dabiskās celulozes struktūra
Celulozes pamatstruktūrvienība ir lineāra β-D-glikozes molekulu ķēde, kurā katra glikozes vienība ir savienota ar nākamo glikozes vienību ar β-1,4-glikozīdu saiti. β-saites piešķir celulozei tās unikālo lineāro un nesazaroto struktūru. Atšķirībā no cietes (cita polisaharīda, kas izgatavots no glikozes), lielākā daļa organismu nevar sagremot celulozi, jo tajā ir beta-saites, kuras nevar salauzt fermenti, piemēram, amilāze.
Atkārtotas glikozes vienības celulozes ķēdēs veido garas taisnas ķēdes, kuras kopā satur starpmolekulārās ūdeņraža saites. Šīs saites veicina mikrofibrilu veidošanos, kas tālāk agregējas, veidojot lielākas struktūras, ko sauc par celulozes šķiedrām. Šo šķiedru izvietojums nodrošina augu šūnu sieniņu izturību un stingrību.
Dabīgās šķiedras avots
augs:
Koksne: Koksne ir bagāta ar celulozi un ir galvenais rūpniecisko lietojumu avots.
Kokvilna: kokvilnas šķiedra ir gandrīz tīra celuloze, padarot kokvilnu par vienu no vērtīgākajiem šī polimēra dabiskajiem avotiem.
Kaņepes: Līdzīgi kā kokvilna, kaņepju šķiedra galvenokārt sastāv no celulozes.
Aļģes:
Dažu veidu aļģu šūnu sieniņās ir celuloze, kas veicina šo fotosintētisko organismu strukturālo integritāti.
baktērijas:
Dažas baktērijas ražo celulozi, veidojot aizsargslāni, ko sauc par bioplēvi. Šai baktēriju celulozei ir unikālas īpašības, kas padara to vērtīgu dažādos lietojumos.
Celulozes biosintēze
Celulozes biosintēze galvenokārt notiek augu šūnu plazmas membrānā. Process ietver enzīmu kompleksu celulozes sintāzi, kas katalizē glikozes vienību polimerizāciju celulozes ķēdēs. Šīs ķēdes tiek izspiestas no plazmas membrānas un veido mikrofibrillas šūnas sieniņā.
Dabīgās celulozes īpašības
Nešķīstība:
Pateicoties ļoti kristāliskajai struktūrai, celuloze parasti nešķīst ūdenī un lielākajā daļā organisko šķīdinātāju.
Hidrofilitāte:
Lai gan celuloze nešķīst, tai piemīt hidrofilas īpašības, kas ļauj tai absorbēt un aizturēt ūdeni.
Bioloģiskā noārdīšanās:
Celuloze ir bioloģiski noārdāma un tāpēc videi draudzīga. Mikroorganismiem, piemēram, baktērijām un sēnītēm, ir fermenti, kas sadala celulozi vienkāršākos savienojumos.
Mehāniskā izturība:
Celulozes molekulu unikālais izvietojums nodrošina celulozes šķiedrām izcilu mehānisko izturību, padarot tās piemērotas dažādiem lietojumiem.
Dabiskās celulozes pielietojumi
tekstils:
Kokvilna galvenokārt sastāv no celulozes, un tā ir galvenā tekstilrūpniecības izejviela.
Papīrs un celuloze:
Koksnes masa ir bagāta ar celulozi un tiek izmantota papīra un kartona ražošanā.
Biomedicīnas pielietojumi:
Pateicoties tās bioloģiskajai saderībai un unikālajām īpašībām, baktēriju celuloze tiek izmantota brūču pārsēju, audu inženierijā un zāļu ievadīšanā.
pārtikas rūpniecība:
Celulozes atvasinājumi, piemēram, karboksimetilceluloze (CMC), tiek izmantoti pārtikas rūpniecībā kā biezinātāji un stabilizatori.
Biodegviela:
Celulozes biomasu var izmantot kā izejvielu biodegvielas ražošanai, veicinot ilgtspējīgu enerģiju.
Izaicinājumi un nākotnes izredzes
Neskatoties uz tās daudzpusību, celulozes izmantošanas maksimizēšanā ir problēmas. Efektīvas ekstrakcijas metodes, uzlabota bioloģiskā noārdīšanās spēja un uzlabota celulozes materiālu veiktspēja ir nepārtrauktas pētniecības jomas. Turklāt biotehnoloģijas sasniegumi var dot iespēju izstrādāt augus ar modificētām celulozes struktūrām īpašiem rūpnieciskiem lietojumiem.
Dabiskā celuloze ir polimērs, kas ir sinonīms augu šūnu sieniņām, un tai ir izšķiroša nozīme augu fizisko īpašību veidošanā. Tā unikālā struktūra izriet no glikozes vienību izkārtojuma, kas savienotas ar β-1,4-glikozīdu saitēm, piešķirot augu audiem ievērojamu izturību un stingrību. Celuloze nāk no dažādiem avotiem, sākot no koksnes līdz kokvilnai un beidzot ar baktēriju celulozi, nodrošinot to daudzpusīgu pielietojumu dažādās rūpniecības nozarēs.
Tā kā tehnoloģija un biotehnoloģija turpina attīstīties, celulozes potenciāla izpēte paplašinās. Dabiskā celuloze joprojām ir ārkārtīgi svarīgs materiāls, sākot no tradicionālās izmantošanas tekstilizstrādājumos un papīrā līdz novatoriskiem lietojumiem biomedicīnas inženierijā un ilgtspējīgā enerģētikā. Izpratne par tā struktūru, īpašībām un izcelsmi ir ļoti svarīga, lai pilnībā atraisītu šī ievērojamā polimēra potenciālu, lai risinātu strauji mainīgās pasaules izaicinājumus un vajadzības.
Izsūtīšanas laiks: 26. decembris 2023