celuloze

2957 0

Ciete.

Molekulas uzbūve. Ciete pieder pie trešās ogļhidrātu grupas – pie polisaharīdiem. Zinātnieki ir pierādījuši, ka cietes molekulformula ir (C6H10O5)n un ka polimerizācijas pakāpe n sasniedz vairākus tūkstošus. Katram polisaharīdam n ir atšķirīgs. No tā var secināt, ka ciete ir dabisks polimērs, jo tās molekula sastāv no daudziem C6H10O5 elementārposmiem. Iepazīstoties ar cietes hidrolīzi, kurā rodas glikoze, varēja secināt, ka šie elementārposmi ir glikozes molekulu atlikumi. Ir pierādīts, ka cietes makromolekulas sastāv no a-glikozes ciklisko molekulu atlikumiem.

Atrašanās dabā. Ciete ir ļoti izplatīta da abā. Tā atrodas galvenokārt graudos, augļos, saknēs un stumbros cietes graudiņu veidā un ir augu rezerves barības viela. Visvairāk cietes ir graudaugos: rīsu graudos (līdz 86%), kviešu graudos (līdz 75%), kukurūzas graudos (līdz 72%) kā arī kartupeļu bumbuļos (līdz 24%). Kartupeļu bumbuļos cietes graudiņi atrodas šūnsulā, bet graudos tie cieši saistīti savā starpā ar olbaltumvielu – lipekli.

Ciete ir viens no fotosintēzes produktiem, jo fotosintēzes laikā vispirms rodas glikoze, bet no tās veidojas ciete. Vienkāršotā veidā to attēlo šādi:

nC6H12O6 → (C6H10O5)n + nH2O

Fotosintēzes procesā augi ik gadus no CO2 asimilē līdz 400 miljardiem tonnu oglekļa. Lielu daļu no tā augi izmanto cietes veidošanai, kuru tie uzkrāj kā rezerves barības vielu. Augos ciete var hidrolizēties un pārvērsties par glikozi. Glikoze izšķīdušā veidā tiek pievadīta augu orgāniem un šūnām, kur tā nepieciešama dažādu dzīvības precesu norisēm.

Fotosintēzes procesu summāri var attēlot ar šādu savienojumu:

6nCO2 + 5nH2O → (C6H10O5)n + 6nO2

Patiesībā šis process ir ļoti sarežģīts, un tam ir daudz starpstadiju.

Iegūšana. Rūpnieciskā apjomā cieti iegūst no kartupeļu bumbuļiem (kartupeļu miltu veidā), kā arī no kukurūzas, rīsiem u.c. Kartupeļus rūpīgi nomazgā, ar speciālām rīvēm sarīvē, iegūto masu skalo ar ūdens strūklu un pēc tam to lielos kublos nostādina. Iegūto cieti vēlreiz mazgā, tad atūdeņo, ievieto speciālās kamerās un žāvē silta gaisa plūsmā. Tā iegūst cieti, ko sauc arī par kartupeļu miltiem.

Fizikālās īpašības. Ciete ir divu lielmolekulāru savienojumu – amilozes un amilopektīna maisījums. Ciete ir balts, sīkgraudains pulveris bez garšas, kas aukstā ūdenī nešķīst. Karstā ūdenī ciete uzbriest un veidojas klīsteris.

Ķīmiskās īpašības. 1. Cietei raksturīga reakcija norisinās, ja atdzesētam cietes klīsterim piepilina joda šķīdumu spirtā – veidojas zils krāsojums. Sildot šis krāsojums izzūd, bet atdziestot parādās no jauna. Joda šķīdumu izmanto cietes pierādīšanai, bet cietes šķīdumu (klīsteri) – joda pierādīšanai.

2. Fermentu iedarbībā kā arī tad, ja cieti karsē kopā ar skābēm (ūdeņraža joni ir katalizators), tā, tāpat kā visi saliktie ogļhidrāti, hidrolizējas:

H2SO4

(C6H10O5)n + nH2O → nC6H12O6

t0

Atkarībā no apstākļiem hidrolīze var norisināties vairākās stadijās:

(C6H10O5)n → (C6H10O5)х → yC12H22O11 → nC6H12O6

ciete dekstrīni maltoze glikoze

Dažu fermentu iedarbībā hidrolīze notiek tikai līdz dekstrīniem vai maltozei. Dekstrīnu molekulās elementārposmu C6H10O5 skaits ir ievērojami mazāks nekā cietes molekulās. Maltoze ir disaharīds, kuras molekulas sastāv no diviem glikozes atlikumiem. Lai iegūtu glikozi, cieti silda vairākas sutndas kopā ar atšķaidītu sērskābi. Ja hidrolīzes procesu pārtrauc, pirms tas norisējis līdz galam, iegūst maisījumu, kas satur glikozi un dekstrīnus. Atkarībā no hidrolīzes pakāpes iegūst dažādus dekstrīnus. Visi dekstrīni šķīst ūdenī. Dekstrīni veidojas labi izceptas maizes garozā. Arī iecietinātai veļai raksturīgais spīdums rodas, cietei karsta gludekļa ietekmē pārvēršoties dekstrīnos. Cietes hidrolīze ir tās svarīga ķīmiska īpašība. Ar cieti notiek sudraba spoguļa reakcija, taču tā notiek ar cietes hidrolīzes produktiem.

Izmantošana. Cieti izmanto daudzveidīgi. Tā ir cilvēku uzturproduktu – maizes, putraimu, kartupeļu pamatogļhidrāts. Lielos daudzumos cieti pārstrādā dekstrīnos, sīrupā un glikozē. Šos produktus izlieto konditorejas izstrādājumu ražošanā. No cietes, kas atrodas kartupeļos un graudos, iegūst etilspirtu. Cieti izmanto par līmvielu, audumu apdarei, veļas cietināšanai. Medicīnā to lieto ziežu, pūderu izgatavošanai. Cieti plaši lieto arī tekstilrūpniecībā un etilspirta ražošanā.

Celuloze.

Celuloze ir dabisks polimērs. Tās molekulformula, tāpat kā cietes molekulformula, ir (C6H10O5)n. Celulozes makromolekula sastāv no daudziem glikozes molekulas atlikumiem.

Kādēļ cietei un celulozei – vielām ar vienādu molekulformulu – ir tik ļoti dažādas īpašības?

To īpašības ir atkarīgas no elementārposmu skaita un no polimēra uzbūves. Tāpat tas ir arī ar dabiskajiem polimēriem. Celulozei polimerizācijas pakāpe n ir daudz lielāka nekā cietei – 300-600. Celulozes mehāniskā stiprība ir atkarīga no molekulas polimerizācijas pakāpes. Dabiskajām šķiedrām, piemēram, linu šķiedrai, polimerizācijas pakāpe ir lielāka nekā tehniskās celulozes preperātiem, piemēram, viskozes zīdam. Salīdzinot abu šo dabisko polimēru uzbūvi, konstatēts, ka cietes molekulām ir gan lineāra, gan arī sazarota uzbūve. Turpretī celulozes molekulām ir tikai lineāra (šķiedrveida) uzbūve, kas raksturīga kokvilnai, liniem u. c. Atšķirībā no cietes, celulozes makromolekulas ir veidotas nevis no α – glikozes molekulu atlikumiem, bet gan no β – glikozes molekulu atlikumiem. Nelielās atšķirības molekulu uzbūvē nosaka ievērojamās atšķirības šo polimēru īpašībās, piemēram, ciete ir vērtīga uzturviela, bet celulozi uzturā izmantot nevar. Katrā glikozes atlikumā ietilpst trīs hidroksogrupas. Tādēļ celulozes molekulformulu var attēlot arī šādi:

OH

/

(C6H7O2) – OH

OH

Atrašanās dabā. Celuloze ir augu šūnapvalku galvenā sastāvdaļa (no latīņu valodas vārda cellula – šūniņa). Dažādās augu šūnās celulozes masas ir no 50 līdz 70%.

Gandrīz tīra celuloze ir kokvilna (vairāk nekā 90% celulozes). Arī linu un kaņepāju šķiedra sastāv galvenokārt no celulozes. Vatē un filtrpapīrā ir līdz 90% celulozes, bet koksnē – līdz 60%.

Iegūšana. Lai no koksnes iegūtu celulozi, tā jāatdala no lignīna un citām vielām. Rūpniecībā to izdara, uz koksni iedarbojoties ar nātrija hidroksīdu vai hidrogēnsulfītu. No tā arī radies nosaukums – sulfīta metode. Celulozes iegūšanai paredzētos kokus ar speciāliem automātiem nomizo, pēc tam pa slīdošo lentu aizvada uz samalcināšanas mašīnām. Sasmalcināto koksni 10 – 11 stundas vāra autoklāvos 140 – 1420C temperatūrā 0.8 Mpa spiedienā hidrogēnsulfīta un sēra (IV) oksīda klātbūtnē (šo maisījumu rūpniecībā sauc paar “vārskābi”)

Hidrogēnsulfītu iegūst turpat celulozes kombinātā. Tā veidošanos var izskaidrot šādi. Dedzinot sēru vai pirītu, iegūst sēra (IV) oksīdu. Sēra (IV) oksīds re eaģē ar ūdeni un veido sērpaskābi, kura tālāk reaģē ar nātrija karbonātu un vispirms veido sulfītu. Tā kā sērpaskābe turpina iedarboties uz sulfītu, tad veidojas hidrogēnsulfīts. Šo procesu var attēlot ar šādiem ķīmisko reakciju vienādojumiem:

S + O2  SO2

SO2 + H2O  H2O3

H2SO3 + Na2CO3  Na2SO3 +CO2 + H2O

Na2SO3 + H2SO3  2NaHSO3

Šķīdumā kopā ar hidrogēnsulfītu ir arī zināms daudzums sēra (IV) oksīda un sērpaskābes. Iegūtajā “vārskābē” stipri korodē dzelzs. Tādēļ autoklāvus nepieciešams izklāt ar skābesizturīgiem materiāliem. Celuloze “vārskābē” nešķīst, bet citas koksnes sastāvdaļas tajā sadalās un šķīst. Igūto celulozi atdala no šķīduma, skalo un speciālās mašīnās žāvē. Pēc tam to izmanto dažādu šķirņu papīra un citu materiālu ražošanai.

Fizikālās īpašības. Celulozes blīvums ir 1.25. Tā nesadalās, ja to karsē līdz 2000C temperatūrai. Celulozei raksturīga izturība, kas stipri atkarīga no molekulu (C6H10O5)n polimerizācijas pakāpes. Molekulas elementārposmu skaits n linu šķiedrai ir aptuveni 36 000, kokvilnas šķiedrai – 10 800, bet egles koksnes celulozei – 7300. Celulozes molekulām ir tikai lineāra (nesazarota) struktūra, tāpēc celuloze veido šķiedras, bet c

. . .

Join the Conversation