ما هو السليولوز ” Cellulose ” ومشتقاته
ما هو السليلوز
إن السليلوز هو من المواد الرئيسية التي تكون موجودة في جدران الخلايا النباتية و يفيد النبات ببقائه قويًا و صلبًا يتألف من الكربون و الهيدروجين و الأكسجين. البشر لا يستطيعون هضم السليلوز و لكن وجوده مهم في النظام الغذائي و هو يعتبر كمصدر للألياف , بالإضافة إلى ذلك يتم استخدام السليلوز في صناعة الملابس و الورق.
بعض الحيوانات يستطيعون هضم السليلوز مثل : تعتبر الأبقار والأغنام والسيلولوز مصادر رئيسية للحصول على الطاقة والمواد الغذائية التي يحتاجون إليها من العشب.
– للسليلوز استخدامات عديدة في صناعة الأقمشة مثل القمصان والجينز من القطن، بالإضافة إلى استخدامه في صناعة الورق حيث يحتاج إلى كميات كبيرة من السليلوز ويتم الحصول عليها من الخشب.
بلمرة السليلوز
السليلوز هو مثال على البوليمر الطبيعي، حيث يتكون البوليمر من سلسلة طويلة ومتكررة من نفس الجزيء تكون مترابطة مع بعضها.
السليلوز هو سلسلة طويلة من البوليمر المرتبطة معا بواسطة جزيئات الجلوكوز. عند إضافة جزيء واحد من الجلوكوز إلى البوليمر في النباتات، يتم إطلاق جزء من الماء. يتكون السليلوز عندما ينمو النبات وينشأ خلايا جديدة.
مشتقات السليلوز
هناك العديد من المشتقات المهمة للسليلوز، حيث تكون هذه البوليمرات قابلة للتحلل الحيوي وتمثل مصادر متجددة. إن المركبات المشتقة من السليلوز غير سامة وغير مسببة للحساسية. تشمل مشتقات السليلوز ما يلي:
- السيلوفان.
- الرايون.
- خلّات السليلوز.
- ثلاثي أسيتات السليلوز.
- النيتروسليلوز.
- ميثيل السليلوز.
- كبريتات السليلوز.
- الإيثولوز.
- إيثيل هيدروكسي.
- إيثيل السليلوز.
- هيدروكسي الميثيل.
- كربوكسي ميثيل السيليلوز (صمغ السيليلوز).
نشأة السليلوز
تم اكتشاف السليلوز من قبل الكيميائي الفرنسي أنسليمي باين، حيث اكتشف السليلوز وعزله في عام 1838، كما قام بتحديد الصيغة الكيميائية له. في عام 1870 تم إنتاج السليلوز من قبل شركة متخصصة في التصنيع، تم إنتاجه بواسطة الحرارة.
تم استخدام السليلوز لإنتاج الرايون في التسعينات من القرن التاسع عشر، وتم إنتاج السيلوفان في عام 1912. وتم تصنيع السليلوز دون استخدام أي أنزيمات بيولوجية في عام 1922.
خصائص السليلوز
تتكون الروابط الكيميائية الموجودة في السليلوز من سلسلة مستقيمة للبوليمر. المجموعات الهيدروكسيل الموجودة على جزيئات الجلوكوز تتشكل عن طريق الروابط الهيدروجينية مع ذرات الأكسجين. تتماسك السلاسل الموجودة في مكانها وتمنح الألياف قوة شد عالية. في جدران الخلايا النباتية، تترابط السلاسل المتعددة معا لتشكيل ألياف دقيقة.
السليلوز النقي ليس له رائحة أو طعم، ولا يذوب في الماء وقابل للتحلل الحيوي. درجة انصهار السليلوز هي 467 درجة مئوية، ويمكن أن يتحلل السليلوز إلى الجلوكوز بواسطة المعالجة الحمضية عند درجة حرارة عالية.
الاستخدامات التجارية للسليلوز
- الاستخدام التجاري الأساسي للسليلوز هو لصناعة الورق.
- تستخدم ألياف السليلوز في صناعة الأقمشة.
- يستخدم السليلوز الذي يتبلور بدقة والسليلوز المسحوق كمواد للأدويةوكمكثفات للأغذية ومستحلبات ومثبتات.
- يستخدم العلماء السليلوز في الترشيح السائل والكروماتوغرافيا ذات الطبقة الرقيقة.
- يتم استخدام السليلوز كمواد بناء وعوازل كهربائية.
- يتم استخدام السليلوز في الإسفنج والمواد اللاصقة وقطرات العين.
- إن السليلوز يعتبر وودًا مهمًا للنباتات.
- يمكن معالجة السليلوز المستخرج من نفايات الحيوانات لإنتاج وقود البيوتانول الحيوي. .
كيفية استخدام السليلوز في الغذاء
- مكمّل للألياف : عند إضافة السليلوز إلى الطعام، يتم زيادة الألياف فيه، ولا تتأثر النكهة بذلك.
- مخفّض للسعرات الحرارية : يوفر السليلوز حجما كبيرا في الطعام، وبسبب عدم هضمه من قبل الإنسان، فإنه لا يحتوي على سعرات حرارية، ولذلك أصبح منتشرا في الأطعمة التي تتبع حمية معينة، وعند تناول السليلوز مع الطعام، يشعر الشخص بالشبع دون تناول الكثير من السعرات الحرارية.
- استحلاب : عند خلط السليلوز مع الماء، يتكون تأثير التبلور الذي يمنح الطعام صفات استحلابية (سماكة). يتم إضافة السليلوز غالبا إلى الصلصات لتعزيز خاصية الاستحلاب.
- مضاد للتكتُّل : السليلوز يتمتع بقدرة على امتصاص الرطوبة وتغليف المكونات دون تكتل. .
وظائف السليلوز للنباتات
إن السليلوز هو نوع من السكاريد المعقدة، ويعتبر ذا أهمية كبيرة ويعتبر واحدا من أكثر المركبات العضوية وفرة على سطح الأرض. يشكل السليلوز مكونا أساسيا في جدران الخلايا النباتية الصلبة المحيطة بالخلايا، ويضفي قوة كبيرة على سيقان الأوراق والأغصان للنباتات. تشمل وظائف السليلوز للنباتات ما يلي:
- ترابط الخلايا من أجل تشكيل الأنسجة.
- يعطي إشارات للخلايا من أجل النمو والانقسام.
- يتحكم في شكل الخلايا النباتية.
- يسمح هذا بالخلايا بمقاومة الضغط الناتج عن السوائل التي توجد بداخلها.
أشكال السليلوز
- السليلوز البلوري الدقيق : السليلوز البلوري الدقيق هو مسحوق أبيض متكرر من السليلوز يتم صنعه من لب الخشب. يستخدم السليلوز البلوري الدقيق عادة في مستحضرات التجميل كمقشر خال من البلاستيك، بالإضافة إلى استخدامات صناعية أخرى مثل تصنيع اللمعان.
- السليلويد : يعد السليلويد أول بلاستيك حراري صناعي، وأصبح متاحا تجاريا في ستينيات القرن التاسع عشر بسبب سرعة اشتعاله، مما يجعله مادة خطيرة للغاية.
- خلّات السليلوز : تعرف خلات السليلوز باسم ثلاثي أسيتات السليلوز، وتم تصنيعها من خلال تفاعل السليلوز مع أنهيدريد الخل لإنتاج مادة جديدة، وهي خلات السليلوز. وتتحلل هذه المادة صناعيا ومنزليا، لكنها لا تتحلل بشكل بيولوجي في الطبيعة، كما أنها تعتبر مادة بلاستيكية حرارية صناعية، وتستخدم في صنع فلاتر السجائر وإطارات النظارات، وتستغرق 12 عاما للتحلل في الظروف الطبيعية.
- السيلوفان : أصبح استخدام السيلوفان شائعا في تغليف الطعام، بسبب تكلفته المنخفضة وسهولة التعامل معه.