Xenlulozo là gì? Công thức cấu tạo? Xenlulozo có ở đâu?

1. Xenlulozo là gì?

Xenlulozo [(C6H10O5 ) n ] là một hợp chất hữu cơ và là polyme sinh học phong phú nhất trên Trái đất. Nó là một carbohydrate hoặc polysacarit phức tạp bao gồm hàng trăm đến hàng nghìn phân tử glucose, liên kết với nhau để tạo thành một chuỗi. Mặc dù động vật không tạo ra Xenlulozo, nhưng nó được tạo ra bởi thực vật, tảo và một số vi khuẩn và các vi sinh vật khác. Xenlulozo là phân tử cấu trúc chính trong thành tế bào của thực vật và tảo.

Nhà hóa học người Pháp Anselme Payen đã phát hiện và phân lập được Xenlulozo vào năm 1838. Payen cũng xác định được công thức hóa học. Năm 1870, polyme nhiệt dẻo đầu tiên, celluloid, được sản xuất bởi Công ty Sản xuất Hyatt sử dụng Xenlulozo. Từ đó, Xenlulozo được sử dụng để sản xuất rayon vào những năm 1890 và giấy bóng kính vào năm 1912. Hermann Staudinger đã xác định cấu trúc hóa học của Xenlulozo vào năm 1920. Năm 1992, Kobayashi và Shoda đã tổng hợp Xenlulozo mà không sử dụng bất kỳ enzyme sinh học nào.

2. Cấu trúc và tính chất hóa học?

Xenlulozo hình thành thông qua liên kết β(1→4)-glycosid giữa các đơn vị D-glucose. Ngược lại, tinh bột và glycogen hình thành bởi các liên kết α(1→4)-glycosid giữa các phân tử glucose. Các liên kết trong Xenlulozo làm cho nó trở thành một chuỗi polymer thẳng. Các nhóm hydroxyl trên các phân tử glucose hình thành liên kết hydro với các nguyên tử oxy, giữ cố định các chuỗi và mang lại độ bền kéo cao cho sợi. Trong thành tế bào thực vật, nhiều chuỗi liên kết với nhau để tạo thành vi sợi.

Xenlulozo nguyên chất không mùi, không vị, ưa nước, không hòa tan trong nước và có thể phân hủy sinh học. Nó có nhiệt độ nóng chảy 467 độ C và có thể bị phân hủy thành glucose khi xử lý axit ở nhiệt độ cao.

Công cụ phái sinh quan trọng

Nhiều dẫn xuất Xenlulozo quan trọng tồn tại. Nhiều polyme trong số này có khả năng phân hủy sinh học và là nguồn tái tạo. Các hợp chất có nguồn gốc từ Xenlulozo có xu hướng không độc hại và không gây dị ứng. Các dẫn xuất Xenlulozo bao gồm:

– Celluloid

– Giấy bóng kính

– Tơ nhân tạo

– Xenlulozo acetate

– Xenlulozơ triaxetat

– NitroXenlulozo

– MethylXenlulozo

– Xenlulozo sulfat

– Ethulose

– Etyl hydroxyetyl ​​xenlulozơ

– Hydroxypropyl metyl xenlulozơ

– Carboxymethyl Xenlulozo (gôm Xenlulozo)

3. Chức năng Xenlulozo:

Xenlulozo là một loại protein cấu trúc trong thực vật và tảo. Các sợi Xenlulozo được bao bọc trong một ma trận polysacarit để hỗ trợ thành tế bào thực vật. Thân cây và gỗ được hỗ trợ bởi các sợi Xenlulozo phân bố trong một ma trận lignin, trong đó Xenlulozo hoạt động như các thanh gia cố và lignin hoạt động như bê tông. Dạng Xenlulozo tự nhiên tinh khiết nhất là bông, bao gồm hơn 90% Xenlulozo. Ngược lại, gỗ bao gồm 40-50% xenlulô.

Một số loại vi khuẩn tiết ra Xenlulozo để tạo màng sinh học. Các màng sinh học cung cấp một bề mặt gắn kết cho các vi sinh vật và cho phép chúng tổ chức thành các khuẩn lạc.

Mặc dù động vật không thể sản xuất Xenlulozo, nhưng điều quan trọng đối với sự sống còn của chúng. Một số côn trùng sử dụng Xenlulozo làm vật liệu xây dựng và thức ăn. Động vật nhai lại sử dụng vi sinh vật cộng sinh để tiêu hóa Xenlulozo. Con người không thể tiêu hóa Xenlulozo, nhưng nó là nguồn chính của chất xơ không hòa tan, ảnh hưởng đến sự hấp thụ chất dinh dưỡng và hỗ trợ đại tiện.

4. Xenlulozo có ở đâu và được sử dụng trong thương mại như thế nào?

4.1. Xenlulozo có ở đâu?

Xenlulozo là một thành phần quan trọng được tìm thấy trong thành tế bào của thực vật xanh, tảo và oomycetes. Nó cũng được tiết ra bởi một số vi khuẩn để tạo thành màng sinh học.

Xenlulozo được sản xuất tự nhiên bởi các dạng sinh vật khác ngoài thực vật. Nó được tìm thấy là được tạo ra bởi một số vi khuẩn , sinh vật nguyên sinh , tảo và động vật (ví dụ: động vật có vỏ bao). Vi khuẩn lam được cho là sinh vật đầu tiên sản xuất Xenlulozo.

Ở thực vật bậc cao, Xenlulozo được sản xuất bên ngoài tế bào, đặc biệt là ở chất nền ngoại bào hoặc thành tế bào. Nó được tổng hợp bởi cấu trúc protein được gọi là phức hợp đầu cuối hình hoa thị nổi trên màng sinh chất. Phức hợp này chứa các chất tổng hợp Xenlulozo , tham gia vào quá trình tổng hợp chuỗi Xenlulozo.

Con đường sinh tổng hợp Xenlulozo sử dụng glucose làm tiền chất. Các bước khác nhau trong lộ trình được hiển thị bên dưới:

(1) Glucose → Glucose 6-phosphate (bởi hexokinase )

(2) Glucose 6-phosphate → Glucose 1-phosphate (bởi phosphoglucomutase )

(3) Glucose 1-phosphate → UDP-glucose (bởi UDP glucose pyrophosphorylase )

(4) UDP -glucose → Chuỗi glucan (bởi Xenlulozo synthase )

(5) Chuỗi glucan → Xenlulozo kết tinh (quá trình kết tinh)

Chuỗi Xenlulozo được sắp xếp giống như “dây cáp” nhúng trong ma trận. Ngược lại, ma trận chứa nhiều loại glycoprotein và các polysacarit khác . Ở vi khuẩn, Xenlulozo được sản xuất như một thành phần của màng sinh học. Màng sinh học là một cộng đồng vi sinh vật được ổn định bởi một ma trận ngoại bào gồm polysacarit, protein và axit nucleic.

4.2. Sử dụng trong thương mại:

Việc sử dụng thương mại chính cho Xenlulozo là sản xuất giấy, trong đó quy trình kraft được sử dụng để tách Xenlulozo khỏi lignin. Sợi Xenlulozo được sử dụng trong ngành dệt may. Bông, vải lanh và các loại sợi tự nhiên khác có thể được sử dụng trực tiếp hoặc xử lý để tạo ra tơ nhân tạo. Xenlulozo vi tinh thể và Xenlulozo dạng bột được sử dụng làm chất độn thuốc và chất làm đặc thực phẩm, chất nhũ hóa và chất ổn định. Các nhà khoa học sử dụng Xenlulozo trong lọc chất lỏng và sắc ký lớp mỏng. Xenlulozo được sử dụng làm vật liệu xây dựng và chất cách điện. Nó được sử dụng trong các vật liệu gia dụng hàng ngày, như bộ lọc cà phê, bọt biển, keo dán, thuốc nhỏ mắt, thuốc nhuận tràng và phim ảnh. Trong khi Xenlulozo từ thực vật luôn là nhiên liệu quan trọng, Xenlulozo từ chất thải động vật cũng có thể được xử lý để tạo ra nhiên liệu sinh học butanol.

5. Tiêu hóa Xenlulozo ở động vật và con người:

5.1. Ở động vật:

Mối có mastigophorans (vi khuẩn) trong ruột dẫn đến quá trình tiêu hóa Xenlulozo. Mặt khác, động vật ăn cỏ là động vật nhai lại. Chúng có các ngăn khác nhau trong dạ dày để thực hiện quá trình tiêu hóa.

Dạ cỏ là ngăn đầu tiên nơi thức ăn ăn vào có chứa Xenlulozo được lưu trữ tạm thời và sau đó được nôn ra để nhai lại. Chúng có khả năng tiêu hóa Xenlulozo vì sự hiện diện của vi khuẩn và enzyme trong dạ cỏ, nơi diễn ra quá trình tiêu hóa vi khuẩn kỵ khí. Một sản phẩm phụ của kiểu tiêu hóa này giải phóng khí mê-tan có mùi hôi thối và gây ra sự phá hủy tầng ôzôn của Trái đất.

5.2. Ở con người:

Xenlulozo là một loại chất xơ mà hệ thống tiêu hóa của con người không thể tiêu hóa được. Tuy nhiên, nó giúp hoạt động trơn tru của đường ruột.

Sự hiện diện của các liên kết beta acetal trong Xenlulozo làm cho nó khác với tinh bột và là yếu tố quyết định khả năng tiêu hóa của nó. Con người thiếu enzym cần thiết để phá vỡ các liên kết. Hơn nữa, nó tạo thành một phần chính trong chế độ ăn uống của con người từ thực phẩm thực vật.

Trái cây và rau quả chứa Xenlulozo với số lượng nhỏ dễ tiêu hóa. Chất xơ có chứa Xenlulozo hoạt động như thức ăn thô, bổ sung số lượng lớn vào thực phẩm tiêu thụ và giúp thực phẩm di chuyển trơn tru một cách hiệu quả và với tốc độ nhanh hơn nhiều. Chế độ ăn nhiều chất xơ làm giảm nguy cơ ung thư ruột kết vì chất xơ trong chế độ ăn giúp giảm thời gian phân ở lại trong thành ruột kết.

Vì nó không hòa tan trong nước nên nó liên kết với các thành phần khác để bổ sung khối lượng lớn giúp di chuyển qua ruột bằng cách hỗ trợ nhu động ruột. Tiêu thụ thực phẩm không chứa Xenlulozo trong một thời gian dài sẽ khiến ruột bị yếu dẫn đến táo bón.

Những chất xơ này hỗ trợ sự phát triển của vi khuẩn trong ruột ăn đường và chất xơ. Họ duy trì sức khỏe của ruột và kiểm tra vi khuẩn gây bệnh. Chất xơ cũng ngăn ngừa tăng cân và hỗ trợ giảm cân.

6. Thông tin mở rộng về Chitin:

Xenlulozo là polysacarit tự nhiên phong phú nhất, tiếp theo là chitin. Xenlulozo giống chitin ở chỗ là polysaccharid với các monome liên kết với nhau bằng liên kết glycosid β(1→4). Sự khác biệt của chúng là ở thành phần monosacarit: Xenlulozo bao gồm D-glucose trong khi chitin là một polyme của các monome N -acetyl-D-glucosamine. Chitin có một nhóm acetylamine thay vì một nhóm hydroxyl trên mỗi monome. Điều này cho phép nhiều cơ hội liên kết hydro hơn giữa các polyme trong chitin. Vì vậy, so với Xenlulozo, chitin là một polysaccharid cứng hơn, bền hơn khi kết hợp với canxi cacbonat trong vật liệu composite.