Τι είναι η κυτταρίνη; Γεγονότα και λειτουργίες

Η κυτταρίνη [(C.₆H₁₀Ο₅)_n] είναι ένα οργανική ένωση και το πιο άφθονο βιοπολυμερές στη γη. Είναι ένα πολύπλοκο υδατάνθρακα ή πολυσακχαρίτη που αποτελείται από εκατοντάδες έως χιλιάδες γλυκόζη μόρια, που συνδέονται μαζί για να σχηματίσουν μια αλυσίδα. Ενώ τα ζώα δεν παράγουν κυτταρίνη, παράγονται από φυτά, φύκια και μερικά βακτήρια και άλλους μικροοργανισμούς. Η κυτταρίνη είναι το κύριο δομικό μόριο στο κυτταρικά τοιχώματα φυτά και άλγη.

Ο γάλλος χημικός Anselme Payen ανακάλυψε και απομόνωσε την κυτταρίνη το 1838. Ο Payen επίσης καθορίζει τον χημικό τύπο. Το 1870, το πρώτο θερμοπλαστικό πολυμερές, κυτταρινικό, παρήχθη από την Hyatt Manufacturing Company χρησιμοποιώντας κυτταρίνη. Από εκεί, η κυτταρίνη χρησιμοποιήθηκε για την παραγωγή ρεγιόν το 1890 και σελοφάν το 1912. Ο Hermann Staudinger καθόρισε τη χημική δομή της κυτταρίνης το 1920. Το 1992, οι Kobayashi και Shoda συνθέτουν κυτταρίνη χωρίς τη χρήση βιολογικών ενζύμων.

Η κυτταρίνη σχηματίζεται μέσω β (1 → 4) -γλυκοσιδικών δεσμών μεταξύ των μονάδων ϋ-γλυκόζης. Αντίθετα, το άμυλο και το γλυκογόνο σχηματίζονται από α (1 → 4) -γλυκοσιδικούς δεσμούς μεταξύ μορίων γλυκόζης. Οι δεσμοί στην κυτταρίνη το καθιστούν πολυμερές ευθείας αλυσίδας. Οι ομάδες υδροξυλίου επί των μορίων γλυκόζης σχηματίζουν δεσμούς υδρογόνου με άτομα οξυγόνου, κρατώντας τις αλυσίδες στη θέση τους και προσδίδοντας υψηλή αντοχή εφελκυσμού στις ίνες. Στα κυτταρικά τοιχώματα των φυτών, πολλαπλές αλυσίδες συνδέονται μαζί για να σχηματίσουν μικροϊνίδια.

Η καθαρή κυτταρίνη είναι άοσμη, άοσμη, υδρόφιλη, αδιάλυτη στο νερό και βιοαποικοδομήσιμη. Έχει σημείο τήξης 467 βαθμών Κελσίου και μπορεί να αποικοδομηθεί σε γλυκόζη με επεξεργασία με οξύ σε υψηλή θερμοκρασία.

Η κυτταρίνη είναι δομική πρωτεΐνη σε φυτά και άλγη. Οι ίνες κυτταρίνης δεσμεύονται σε μια μήτρα πολυσακχαρίτη για να υποστηρίξουν τα κυτταρικά τοιχώματα των φυτών. Οι μίσχοι των φυτών και το ξύλο υποστηρίζονται από ίνες κυτταρίνης κατανεμημένες σε μια μήτρα λιγνίνης, όπου η κυτταρίνη λειτουργεί σαν ενισχυτικές ράβδους και η λιγνίνη λειτουργεί σαν σκυρόδεμα. Η καθαρότερη φυσική μορφή της κυτταρίνης είναι το βαμβάκι, το οποίο αποτελείται από πάνω από 90% κυτταρίνη. Αντίθετα, το ξύλο αποτελείται από κυτταρίνη 40-50%.

Μερικοί τύποι βακτηρίων εκκρίνουν κυτταρίνη για την παραγωγή βιοφίλμ. Τα βιοφίλμ παρέχουν μια επιφάνεια πρόσδεσης για τους μικροοργανισμούς και τους επιτρέπουν να οργανώνονται σε αποικίες.

Ενώ τα ζώα δεν μπορούν να παράγουν κυτταρίνη, είναι σημαντικό για την επιβίωσή τους. Ορισμένα έντομα χρησιμοποιούν κυτταρίνη ως δομικό υλικό και τρόφιμα. Τα μηρυκαστικά χρησιμοποιούν συμβιωτικούς μικροοργανισμούς για την πέψη κυτταρίνης. Οι άνθρωποι δεν μπορούν να αφομοιώσουν την κυτταρίνη, αλλά είναι η κύρια πηγή αδιάλυτης διαιτητικής ίνας, η οποία επηρεάζει την απορρόφηση θρεπτικών ουσιών και βοηθά στην απολέπιση.

Υπάρχουν πολλά σημαντικά παράγωγα κυτταρίνης. Πολλά από αυτά τα πολυμερή είναι βιοδιασπώμενα και είναι ανανεώσιμοι πόροι. Οι προερχόμενες από κυτταρίνη ενώσεις τείνουν να είναι μη τοξικές και μη αλλεργιογόνες. Τα παράγωγα κυτταρίνης περιλαμβάνουν:

• Ζελατίνη
• Σελοφάν
• Τεχνητό μετάξι
• Οξική κυτταρίνη
• Τριοξική κυτταρίνη
• Νιτροκυτταρίνη
• Μεθυλοκυτταρίνη
• Θειική κυτταρίνη
• Αιθλόζη
• Αιθυλο υδροξυαιθυλοκυτταρίνη
• Υδροξυπροπυλομεθυλοκυτταρίνη
• Η καρβοξυμεθυλοκυτταρίνη (κόμμι κυτταρίνης)

Η κύρια εμπορική χρήση για την κυτταρίνη είναι η κατασκευή χαρτιού, όπου η μέθοδος kraft χρησιμοποιείται για να διαχωρίσει την κυτταρίνη από την λιγνίνη. Ίνες κυτταρίνης χρησιμοποιούνται στην κλωστοϋφαντουργία. Το βαμβάκι, το λινάρι και άλλες φυσικές ίνες μπορούν να χρησιμοποιηθούν απευθείας ή να μεταποιηθούν για να φτιαχτούν. Μικροκρυσταλλική κυτταρίνη και κονιοποιημένη κυτταρίνη χρησιμοποιούνται ως πληρωτικά φαρμάκων και ως πυκνωτικά τροφίμων, γαλακτωματοποιητές και σταθεροποιητές. Οι επιστήμονες χρησιμοποιούν κυτταρίνη σε υγρή διήθηση και χρωματογραφία λεπτής στοιβάδας. Η κυτταρίνη χρησιμοποιείται ως δομικό υλικό και ηλεκτρικό μονωτικό. Χρησιμοποιείται σε καθημερινά οικιακά υλικά, όπως φίλτρα καφέ, σφουγγάρια, κόλλες, οφθαλμικές σταγόνες, καθαρτικά και ταινίες. Ενώ η κυτταρίνη από τα φυτά ήταν πάντα ένα σημαντικό καύσιμο, η κυτταρίνη από ζωικά απόβλητα μπορεί επίσης να υποστεί επεξεργασία για να παράγει βουτανόλη βιοκαύσιμα.

• Dhingra, D; Michael, Μ. Rajput, Η; Patil, R. Τ. (2011). "Διαιτητικές ίνες σε τρόφιμα: Μια ανασκόπηση." Εφημερίδα της Επιστήμης και της Τεχνολογίας των Τροφίμων. 49 (3): 255–266. doi:10.1007 / s13197-011-0365-5
• Klemm, Dieter. Heublein, Brigitte; Fink, Hans-Peter. Bohn, Andreas (2005). "Κυτταρίνη: Συναρπαστικό βιοπολυμερές και βιώσιμη πρώτη ύλη". Angew. Chem. Int. Ed. 44 (22): 3358–93. doi:10.1002 / anie.200460587
• Mettler, Matthew S.; Mushrif, Samir Η.; Paulsen, Alex D.; Javadekar, Ashay D.; Βλάχος, Διονύσιος Γ. Dauenhauer, Paul J. (2012). "Αποκάλυψη της χημείας πυρόλυσης για την παραγωγή βιοκαυσίμων: Μετατροπή κυτταρίνης σε φουράνια και μικρά οξυγονούχες ενώσεις". Energy Environ. Sci. 5: 5414–5424. doi:10.1039 / C1EE02743C
• Nishiyama, Yoshiharu; Langan, Paul; Chanzy, Henri (2002). "Δομή κρυστάλλου και σύστημα σύνδεσης με υδρογόνο στην κυτταρίνη Ιβ από την διάχυση των ακτίνων Χ Synchrotron και των ινών των νετρονίων". J. Είμαι. Chem. Soc. 124 (31): 9074–82. doi:10.1021 / ια0257319
• Stenius, Per (2000). Χημεία των δασικών προϊόντων. Επιστήμη και Τεχνολογία Χαρτοποιίας. Vol. 3. Φινλανδία: Fapet OY. ISBN 978-952-5216-03-5.