Wie ist die chemische Zusammensetzung von Zellulose?

Viele unserer Lebensmittel enthalten Zellulose. Die Einnahme von Zellulose als Nahrungsergänzungsmittel hat viele Vorteile für die menschliche Gesundheit. So kann es beispielsweise bei der Behandlung von Diabetes helfen und koronaren Herzkrankheiten vorbeugen. Viele Menschen leiden heute unter Bluthochdruck, und die Einnahme von Zellulose als Nahrungsergänzungsmittel hat eine gute blutdrucksenkende Wirkung. Es ist erwähnenswert, dass die Einnahme von Zellulose als Nahrungsergänzungsmittel auch zur Gewichtsabnahme beiträgt, aber viele Menschen wissen nicht, welche Inhaltsstoffe Zellulose enthält. Daher folgt im Folgenden eine detaillierte Einführung in relevantes Fachwissen zu Zellulose.

Wie ist die chemische Zusammensetzung von Zellulose?

Die chemische Zusammensetzung von Zellulose ist (C6H10O5)n.

Cellulose ist ein makromolekulares Polysaccharid, das aus Glucose besteht. Unlöslich in Wasser und allgemeinen organischen Lösungsmitteln. Es ist der Hauptbestandteil pflanzlicher Zellwände. Cellulose ist das in der Natur am weitesten verbreitete und am häufigsten vorkommende Polysaccharid und macht mehr als 50 % des Kohlenstoffgehalts im Pflanzenreich aus. Baumwolle hat einen Zellulosegehalt von nahezu 100 % und ist die reinste natürliche Zellulosequelle. Im Allgemeinen besteht Holz zu 40–50 % aus Zellulose, zu 10–30 % aus Hemizellulose und zu 20–30 % aus Lignin.

Cellulose ist der Hauptstrukturbestandteil pflanzlicher Zellwände und wird meist mit Hemicellulose, Pektin und Lignin kombiniert. Art und Grad der Kombination haben großen Einfluss auf die Textur pflanzlicher Lebensmittel. Die Veränderungen der Textur von Pflanzen während der Reifung und des Reifens werden durch Veränderungen im Pektin verursacht. Im menschlichen Verdauungstrakt gibt es keine Cellulase. Cellulose ist ein wichtiger Ballaststoff. Das in der Natur am weitesten verbreitete und häufigste Polysaccharid.

Natur:

1. Löslichkeit

Bei Raumtemperatur ist Cellulose unlöslich in Wasser und allgemeinen organischen Lösungsmitteln wie Alkohol, Ether, Aceton, Benzol usw. Außerdem ist es in verdünnten alkalischen Lösungen unlöslich. Daher ist es bei Raumtemperatur aufgrund der vorhandenen Wasserstoffbrücken zwischen den Zellulosemolekülen relativ stabil. Cellulose ist unlöslich in Wasser und organischen Lösungsmitteln wie Ethanol und Ether, jedoch löslich in Kupferammonium-Lösung Cu(NH3)4(OH)2 und Kupferethylendiamin-Lösung [NH2CH2CH2NH2]Cu(OH)2.

2. Zellulosehydrolyse

Unter bestimmten Bedingungen reagiert Zellulose mit Wasser. Während der Reaktion brechen die Sauerstoffbrücken auf, es werden Wassermoleküle hinzugefügt und die Zellulose verändert sich von langkettigen Molekülen zu kurzkettigen Molekülen, bis alle Sauerstoffbrücken aufbrechen und sie sich in Glukose verwandelt.

3. Zelluloseoxidation

Zellulose reagiert chemisch mit Oxidationsmitteln und es entstehen eine Reihe von Substanzen mit unterschiedlichen Strukturen zur ursprünglichen Zellulose. Dieser Reaktionsprozess wird Zelluloseoxidation genannt. (Zitat aus Guo Lizhus Archives Protection Technology) Der Basisring des Cellulosemakromoleküls ist ein makromolekulares Polysaccharid aus D-Glucose mit β-1,4-glykosidischen Bindungen. Seine chemische Zusammensetzung enthält 44,44 % Kohlenstoff, 6,17 % Wasserstoff und 49,39 % Sauerstoff. Aufgrund unterschiedlicher Quellen kann die Anzahl der Glucosereste in einem Cellulosemolekül, d. h. der Polymerisationsgrad (DP), stark variieren. Es ist Hauptbestandteil der Zellwände von Gefäßpflanzen, Flechten und einigen Algen. Zellulose wurde auch in den Kapseln von Acetobaeter und den Manteltieren der Urochordaten gefunden. Baumwolle ist eine hochreine (98 %) Zellulose. Der Name α-Cellulose bezieht sich auf den Teil der ursprünglichen Zellwand, der nicht mit 17,5 % NaOH aus der Standardprobe der Gesamtcellulose extrahiert werden kann. β-Cellulose und γ-Cellulose sind der Hemicellulose entsprechende Cellulosen. Während α-Cellulose meist aus kristalliner Cellulose besteht, enthalten β-Cellulose und γ-Cellulose chemisch gesehen neben Cellulose auch verschiedene Polysaccharide. Die Zellulose der Zellwand bildet Mikrofibrillen. Die Breite beträgt 10–30 Nanometer, einige sind mehrere Mikrometer lang. Durch Röntgenbeugung und Negativfärbung konnte bei elektronenmikroskopischen Untersuchungen festgestellt werden, dass die kristallinen Teile der parallel angeordneten Kettenmoleküle basische Mikrofasern mit einer Breite von 3–4 Nanometern bildeten. Es wird spekuliert, dass sich diese basischen Mikrofibrillen zu Mikrofibrillen zusammenfügen. Zellulose ist in Schwitzers Reagenz oder konzentrierter Schwefelsäure löslich. Obwohl sie nicht leicht durch Säure hydrolysiert wird, kann verdünnte Säure oder Cellulase Cellulose in D-Glucose, Cellobiose und Oligosaccharide umwandeln. Essigsäurebakterien besitzen ein Enzym, das Glykoside von UDP-Glucoseprimern überträgt (Cellulosesynthase (UDP-bildend EC2.4.1.12), um Cellulose zu synthetisieren. Standardproben von granulären Enzymen mit der gleichen Aktivität wurden in höheren Pflanzen erhalten. Dieses Enzym verwendet üblicherweise GDP-Glucose (Cellulosesynthase (GDP-bildend) EC2.4.1.29), und bei der Übertragung von UDP-Glucose entsteht eine Mischung aus β-1,3-Bindungen. Der Ort der Mikrofibrillenbildung und der Mechanismus, der die Anordnung der Cellulose steuert, sind nicht ganz klar. Was hingegen den Abbau von Cellulose betrifft, geht man davon aus, dass bei Dehnung und Wachstum der primären Zellwand ein Teil der Mikrofibrillen durch die Einwirkung von Cellulase zersetzt wird und löslich wird.

Wasser kann eine begrenzte Quellung der Zellulose bewirken, und wässrige Lösungen bestimmter Säuren, Laugen und Salze können in den kristallinen Bereich der Faser eindringen und dort eine unbegrenzte Quellung und Auflösung der Zellulose bewirken. Zellulose verändert sich bei einer Erhitzung auf etwa 150 °C nicht wesentlich, verkohlt jedoch oberhalb dieser Temperatur aufgrund der Dehydratation allmählich. Zellulose wird mit konzentrierten anorganischen Säuren hydrolysiert, um Glucose usw. zu erzeugen, reagiert mit konzentrierten ätzenden alkalischen Lösungen, um alkalische Zellulose zu erzeugen, und reagiert mit starken Oxidationsmitteln, um oxidierte Zellulose zu erzeugen.

4. Flexibilität

Zellulose weist eine geringe Flexibilität auf und ist starr, weil:

(1) Cellulosemoleküle sind polar und die Wechselwirkung zwischen den Molekülketten ist sehr stark.

(2) Die sechsgliedrige Pyranringstruktur in der Cellulose erschwert die interne Rotation.

(3) Innerhalb und zwischen den Cellulosemolekülen können Wasserstoffbrücken ausgebildet werden, insbesondere intramolekulare Wasserstoffbrücken, die die Rotation der glykosidischen Bindungen verhindern und so deren Steifigkeit deutlich erhöhen.