Estructura y propiedades de celulosa

Celulosa es un compuesto orgánico Un polisacárido que consiste en cadenas lineales de cientos a miles de unidades D-glucosa unidas β (1 → 4). La celulosa es un componente estructural importante de las paredes celulares primarias de las plantas verdes, muchas formas de algas y oicicetos. Ciertas especies de bacterias lo secretan para formar biopelículas. Cellulosa es el polímero orgánico más abundante en la Tierra. El contenido de celulosa de la fibra de algodón es del 90%, el de la madera es del 40-50%, y el de las cáñamo seco es de aproximadamente 57%. Cellulosa. Cellulosa. se utiliza principalmente en la producción de cartón y papel. Las cantidades más pequeñas se convierten en varios productos derivados como celofán y rayón. La conversión de celulosa de cultivos de energía a biocombustibles (por ejemplo, etanol celulósico) como fuente de combustible renovable está en desarrollo. La celulosa industrial proviene principalmente de la pulpa de madera y el algodón. Algunos animales, en particular los rumiantes y las termitas, pueden digerir la celulosa con la ayuda de microbios simbióticos como Trichomonas que viven en sus entrañas. En la nutrición humana, la celulosa es un componente no digestible de la fibra dietética insoluble que actúa como un agente de volumen hidrofílico para las heces y puede facilitar los movimientos intestinales.

Estructura y propiedades

La celulosa es inodoro, insípido, hidrofílica, con un ángulo de contacto de 20-30 grados, insoluble en agua y la mayoría de los solventes orgánicos, quirales y biodegradables. Se demostró que se derritió a 467 ° C en una prueba de pulso por Duenhauer et al. (2016). Se puede descomponer químicamente en unidades de glucosa mediante el tratamiento con ácido mineral concentrado a alta temperatura.La celulosa se deriva de las unidades D-glucosa, que se condensan a través de enlaces β (1 → 4) -glicosídicos. Este motivo de vinculación contrasta con el enlace glucosídico α (1 → 4) presente en el almidón y la glucógeno. Cellulosa es un polímero lineal. A diferencia del almidón, no se produce rizado o ramificación, y la molécula adopta una conformación extendida y rígida similar a una varilla, gracias a la conformación ecuatorial de los residuos de glucosa. Múltiples grupos hidroxilo en glucosa de una cadena de enlaces de hidrógeno con átomos de oxígeno en la misma cadena o cadenas adyacentes, anclando firmemente las cadenas juntas de lado a lado, formando microfibrillas con alta resistencia a la tracción. Esto imparte resistencia a la tensión a la pared celular, donde Las microfibrillas de celulosa se dedican a la matriz de polisacárido. La alta resistencia a la tracción de los tallos y árboles vegetales también surge de la disposición de las fibras de celulosa densamente distribuidas en la matriz de lignina. Resistencia, comparable de alguna manera a las barras de acero en concreto, donde la lignina actúa como una pasta de cemento endurecida, que actúa como un puente entre la celulosa. Fibras de "pegamento ". Las propiedades mecánicas de la celulosa en las paredes celulares de la planta primaria están relacionadas con el crecimiento y la expansión de las células vegetales. La microscopía de fluorescencia intervital es prometedora para estudiar el papel de la celulosa en el crecimiento de las células vegetales.

La celulosa también es más cristalina que el almidón. El almidón se somete a una transición cristalina a amortonfo cuando se calienta en agua por encima de 60-70 ° C (p. Ej.Se conocen varios tipos de celulosa. Estas formas se distinguen por la ubicación de los enlaces de hidrógeno Interchain e Intracina. La celulosa nativa es la celulosa I, con estructuras Iα e Iβ. La celulosa producida por bacterias y algas es rica en Iα, mientras que la celulosa de las plantas superiores está compuesta principalmente de Iβ. La celulosa en las fibras de celulosa regeneradas es celulosa II. I a la celulosa II es irreversible, lo que indica que la celulosa I es metaestable, mientras que la celulosa II es estable. A través de varios tratamientos químicos, se pueden producir estructuras de celulosa III y celulosa IV.

Muchas propiedades de la celulosa dependen de su longitud de cadena o grado de polimerización, el número de unidades de glucosa que constituyen una molécula de polímero. Longitudes de cadena típica para la celulosa de la pulpa de madera varía de 300 a 1700 unidades; Las longitudes de la cadena para algodón y otras fibras vegetales y celulosa bacteriana varían de 800 a 10,000 unidades. Las celodextrinas son moléculas con longitudes de cadena muy cortas producidas por la descomposición de la celulosa; A diferencia de la celulosa de cadena larga, las celdasdextrinas son generalmente solubles en agua y solventes orgánicos.La fórmula química de la celulosa es (C6H10O5) N, donde N es el grado de polimerización y representa el número de grupos de glucosa.La celulosa de las fuentes vegetales a menudo se mezcla con hemicelulosa, lignina, pectina y otras sustancias, mientras que la celulosa bacteriana es muy pura, tiene un contenido de agua mucho más alto y una mayor resistencia a la tracción debido a su mayor longitud de cadena.La celulosa consiste en fibrillas con regiones cristalinas y amorfas. Estas fibrillas de celulosa pueden individualizarse mediante el tratamiento mecánico de la pulpa de celulosa, generalmente suplementada por oxidación química o tratamiento enzimático, lo que resulta en nanofibrillas de celulosa semi flexibles que típicamente varían de longitud de 200 nM a 1 μM,,,,,,,,,,,,, dependiendo de la intensidad del tratamiento. La pulpa de la celulosa también se puede tratar con ácido fuerte para hidrolizar los dominios de fibrillas amorfas, lo que resulta en nanocristales cortos de celulosa rígida con una longitud de varios cientos de nanómetros. Estas nanocelulosas tienen un alto valor tecnológico porque pueden autoensamblarse en cristales líquidos colestéricos, para la producción de hidrogeles o aerogeles para nanocompuestos, y utilizados como estabilizador de recolectores para emulsiones.