Cellulosa [(C6H10O5)n] è un composto organico e il più abbondante biopolimero sulla terra. È un carboidrati complessi o polisaccaride costituito da centinaia a migliaia di glucosio molecole, collegate tra loro per formare una catena. Mentre gli animali non producono cellulosa, è prodotto da piante, alghe e alcuni batteri e altri microrganismi. La cellulosa è la principale molecola strutturale nel pareti cellulari di piante e alghe.
Storia
Il chimico francese Anselme Payen scoprì e isolò la cellulosa nel 1838. Payen ha anche determinato la formula chimica. Nel 1870, il primo polimero termoplastico, la celluloide, fu prodotto dalla Hyatt Manufacturing Company usando la cellulosa. Da lì, la cellulosa è stata utilizzata per produrre rayon negli anni 1890 e cellofan nel 1912. Hermann Staudinger determinò la struttura chimica della cellulosa nel 1920. Nel 1992, Kobayashi e Shoda sintetizzarono la cellulosa senza usare alcun enzima biologico.
Struttura e proprietà chimiche
La cellulosa si forma tramite legami glicosidici β (1 → 4) tra le unità D-glucosio. Al contrario, l'amido e il glicogeno si formano mediante legami glicosidici α (1 → 4) tra le molecole di glucosio. I collegamenti in cellulosa lo rendono un polimero a catena diritta. I gruppi idrossilici sulle molecole di glucosio formano legami idrogeno con atomi di ossigeno, mantenendo le catene in posizione e conferendo elevata resistenza alla trazione alle fibre. Nelle pareti delle cellule vegetali, più catene si uniscono per formare microfibrille.
La cellulosa pura è inodore, insapore, idrofila, insolubile in acqua e biodegradabile. Ha un punto di fusione di 467 gradi Celsius e può essere degradato in glucosio mediante trattamento acido ad alta temperatura.
Funzioni di cellulosa
La cellulosa è una proteina strutturale nelle piante e nelle alghe. Le fibre di cellulosa sono intrecciate in una matrice di polisaccaridi per sostenere le pareti cellulari delle piante. Gli steli e il legno delle piante sono supportati da fibre di cellulosa distribuite in una matrice di lignina, dove la cellulosa agisce come barre di rinforzo e la lignina agisce come cemento. La più pura forma naturale di cellulosa è il cotone, che contiene oltre il 90% di cellulosa. Al contrario, il legno è composto per il 40-50% di cellulosa.
Alcuni tipi di batteri secernono la cellulosa per produrre biofilm. I biofilm forniscono una superficie di attacco per i microrganismi e consentono loro di organizzarsi in colonie.
Mentre gli animali non possono produrre cellulosa, è importante per la loro sopravvivenza. Alcuni insetti usano la cellulosa come materiale da costruzione e cibo. I ruminanti usano microrganismi simbiotici per digerire la cellulosa. Gli esseri umani non possono digerire la cellulosa, ma è la principale fonte di fibre alimentari insolubili, che influenza l'assorbimento dei nutrienti e favorisce la defecazione.
Derivati importanti
Esistono molti importanti derivati della cellulosa. Molti di questi polimeri sono biodegradabili e sono risorse rinnovabili. I composti derivati dalla cellulosa tendono ad essere non tossici e anallergici. I derivati della cellulosa includono:
- Celluloide
- cellofan
- raion
- Acetato di cellulosa
- Triacetato di cellulosa
- nitrocellulosa
- metilcellulosa
- Solfato di cellulosa
- Ethulose
- Etil idrossietil cellulosa
- Idrossipropilmetilcellulosa
- Carbossimetilcellulosa (gomma di cellulosa)
Usi commerciali
L'uso commerciale principale per la cellulosa è la produzione di carta, in cui il processo kraft viene utilizzato per separare la cellulosa dalla lignina. Fibre di cellulosa sono utilizzati nell'industria tessile. Cotone, lino e altre fibre naturali possono essere usati direttamente o lavorati per produrre rayon. La cellulosa microcristallina e la cellulosa in polvere sono utilizzate come riempitivi di farmaci e come addensanti, emulsionanti e stabilizzanti alimentari. Gli scienziati usano la cellulosa nella filtrazione liquida e nella cromatografia su strato sottile. La cellulosa viene utilizzata come materiale da costruzione e isolante elettrico. È utilizzato in materiali domestici di uso quotidiano, come filtri per caffè, spugne, colle, colliri, lassativi e pellicole. Mentre la cellulosa dalle piante è sempre stata un combustibile importante, la cellulosa dai rifiuti animali può anche essere trattata per produrre butanolo biocarburante.
fonti
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