Celuloze

Celuloze ( <  — 'šūna') ir visizplatītākais ogļhidrāts augu valstī un galvenā augu šūnapvalku sastāvdaļa. To veido ar glikozīdsaitēm saistījušies glikozes atlikumi. Celulozes polimerizācijas pakāpe augos var sasniegt 15000. Celulozes molekulas augu šūnā ir sakārtotas fibrillās, kurām ir struktūra ar kristāliskām īpašībām.

Cilvēks un daudzi citi dzīvnieki, izņemot zālēdājus, celulozi nespēj sagremot, jo viņu gremošanas traktos neveidojas fermenti to hidrolizēšanai, tomēr celuloze ir nozīmīga pārtikas šķiedrviela.

Ķīmiskā uzbūve 

Celuloze ir polisaharīds, kura virkni veido no 2500—12 000 β-D-glikopiranozes atlikumiem, kas savstarpēji saistījušies ar β-(1→4) glikozīdsaitēm. Starp blakus esošajiem β-D-glikopiranozes atlikumiem veidojas arī iekšmolekulāras ūdeņraža saites. Anomērā oglekļa atoma β-konfigurācijas dēļ celulozes molekulām ir lineāra uzbūve. Celulozes disaharīda fragments ir celobioze.

Ķīmiskās īpašības

Celuloze ir ķīmiski diezgan inerta. Tā nešķīst ūdenī, organiskajos šķīdinātājos, kā arī sārmu un atšķaidītu minerālskābju šķīdumos, bet šķīst koncentrētā sālsskābē, fosforskābē, 72% sērskābes šķīdumā, kā arī tetraamīnvara(II) hidroksīda šķīdumā jeb Šveicera reaģentā.

Atrašanās dabā 

Celuloze gandrīz pilnībā veido kokvilnas, džutas, linu šķiedras. Koksnes šūnās apmēram 50% ir celuozes, bet salmos — ap 30%.

Vēsture 

Celulozi 1838. gadā atklāja un pirmais aprakstīja franču ķīmiķis Anselms Paija (Anselme Payen).

Papīru ilgu laiku izgatavoja no lupatām. 1844. gadā vācietis Frīdrihs Gotlībs Kellers (Friedrich Gottlob Keller), izstrādāja tehnoloģiju celulozes iegūšanai no koksnes šķiedrām. 1846. gadā Heinrihs Felters no Kellera nopirka patentu celulozes iegūšanai un tālāk attīstīja tehnoloģiju, kas ļāva sākt celulozes ražošanu masveidā.

Drīz pēc tam J. Rots (J. Roth) izstrādāja ķīmisku procesu (sulfītu procesu), izmantojot sērpaskābi. 1860. gados amerikānis Benjamins Čū Tilgmens (Benjamin Chew Tilghman) atklāja, ka celulozes atdalīšanai var izmanot kalcija bisulfītu Ca(HSO3)2. Pirmā sulfītu procesa celulozes fabrika, kas darbojās komerciāli, tika uzcelta 1874. gadā Zviedrijā. Tā izmantoja Karla Daniela Ekmana (Carl Daniel Ekman) izstrādāto tehnoloģiju, kas balstījās uz magnija bisulfītu.

1900. gados sulfītu process kļuva dominējošais celulozes ražošanā, izspiežot mehānisko procesu. Tika meklētas arī citas tehnoloģijas. 1879. gadā vācietis Kārlis Dāls (Carl F. Dahl) izstrādāja sulfātu procesu (sauktu arī par Krafta procesu). Pirmā sulfātu celulozes fabrika sāka darbu 1890. gadā Zviedrijā. Ar atjaunošanas katla izgudrošanu 1930. gados, kas ļāva atgūt gandrīz visas izmantotās ķimikālijas, kā arī Krafta procesa spēju izmantot dažādus koksnes veidus un izgatavot stiprākas šķiedras, 1940. gados sulfātu process kļuva par dominējošo.

Izmantošana 

Celulozes molekulu sakārtojuma dēļ tai ir liela mehāniskā stiprība un šķiedrainība, tāpēc to izmanto papīra, mākslīgo šķiedru, plastmasu, laku un spridzekļu rūpniecībā. Liela nozīme ir arī tās atvasinājumiem. Celulozi hidrolizējot ar atšķaidītu sērskābi, veidojas celodekstrīni, kas tālāk sadalās celobiozē un visbeidzot — glikozē, ko saraudzējot iegūst etilspirtu.

Atsauces