В каких растениях содержится целлюлоза
Целлюлоза (клетчатка) — растительный полисахарид, являющийся самым распространенным органическим веществом на Земле.
Этот биополимер обладает большой механической прочностью и выполняет роль опорного материала растений, образуя стенку растительных клеток.
Состав целлюлозы, так же как и крахмала, выражается формулой (C6H10O5)n.
Строение целлюлозы
Макромолекулы целлюлозы – это длинные цепи, состоящие из большого числа остатков β–глюкозы, связанных β-1,4-гликозидными связями.
Иллюстрация. Фрагмент молекулы целлюлозы
Молекулярная масса целлюлозы — от 400 000 до 2 млн.
Молекулы целлюлозы, в отличие от крахмала, имеют линейное (неразветвленное) строение, вследствие чего целлюлоза легко образует волокна.
Иллюстрация. Строение целлюлозы
Нахождение в природе
Целлюлоза была обнаружена и описана французским химиком Ансельмом Пайеном в 1838 году.
В большом количестве целлюлоза содержится в тканях древесины (40-60%), в волокнах льна (60-85%) и хлопка (95-98%), в вате и фильтрованной бумаге – до 90%. Основная составная часть оболочки растительных клеток. Образуется в растениях в процессе фотосинтеза.
Иллюстрация. Бумага
Иллюстрация. Древесина
Иллюстрация. Картон
Древесина состоит на 50% из целлюлозы, а хлопок и лён, конопля практически чистая целлюлоза.
Хитин (аналог целлюлозы) – основной компонент наружного скелета членистоногих и других беспозвоночных, а также в составе клеточных стенок грибов и бактерий.
Физические свойства целлюлозы
Целлюлоза – твердое волокнистое вещество белого цвета, без вкуса и запаха, нерастворимое в воде и органических растворителях, но хорошо растворимое в аммиачном растворе гидрокисда меди (II) (реактив Швейцера). Из этого раствора кислоты осаждают целлюлозу в виде волокон (гидратцеллюлоза).
Волокна целлюлозы обладают высокой механической прочностью, так как она является основной составной частью стенок и клеток растений.
В отличие от крахмала она не может служить человеку пищей, поскольку не расщепляется в его организме под действием ферментов.
Видеоопыт «Растворение целлюлозы в аммиачном растворе гидроксида меди (II)»
Химические свойства целлюлозы
1. Гидролиз целлюлозы
Подобно крахмалу, целлюлоза при нагревании с разбавленными кислотами подвергается гидролизу. Гидролиз целлюлозы происходит при нагревании в кислой среде. Конечным продуктом гидролиза является глюкоза.
При длительном нагревании с минеральными кислотами или под действием ферментов (у жвачных животных) идет ступенчатый гидролиз целлюлозы:
Видеоопыт «Кислотный гидролиз целлюлозы»
Гидролиз целлюлозы, иначе называемый осахариванием, — очень важное свойство целлюлозы, он позволяет получить из древесных опилок и стружек глюкозу, а сбраживанием последней – этиловый спирт. Этиловый спирт, полученный из древесины, называется гидролизным.
2. Образование сложных эфиров (реакция этерификации)
Целлюлоза также не дает реакцию «серебряного зеркала» (нет альдегидной группы), но для нее характерны реакции образования сложных эфиров.
Каждое структурное звено целлюлозы содержит три свободных гидроксила.
Следовательно, целлюлоза может вступать в реакции, характерные для многоатомных спиртов.
Наибольшее практическое значение имеют реакции с азотной кислотой и уксусным ангидридом.
а) Нитрование
При обычной температуре целлюлоза взаимодействует лишь с концентрированными кислотами.
При взаимодействии целлюлозы с концентрированной азотной кислотой в присутствии концентрированной серной кислоты в качестве водоотнимающего средства образуется сложный эфир -тринитрат целлюлозы:
Видеоопыт «Получение и свойства нитроцеллюлозы»
Полностью этерифицированная клетчатка – это тринитрат целлюлозы (пироксилин) – взрывчатое вещество, на его основе изготавливают бездымный порох.
В зависимости от условий нитрования можно получить динитрат целлюлозы, который в технике называется коллоксилином. Он так же используется при изготовлении пороха и твердых ракетных топлив. Кроме того, на основе коллоксилина изготавливают целлулоид.
в) Взаимодействие с уксусным ангидридом
При взаимодействии целлюлозы с уксусным ангидридом в присутствии уксусной и серной кислот образуется триацетилцеллюлоза:
Из триацетата целлюлозы изготавливают лаки, кинопленку и ацетатное волокно.
3. Горение – полное окисление
4. Термическое разложение целлюлозы без доступа воздуха
Получение целлюлозы
Промышленным методом целлюлозу получают методом варки щепы на целлюлозных заводах, входящих в промышленные комплексы (комбинаты). По типу применяемых реагентов различают следующие способы варки целлюлозы:
- Кислые:
- Сульфитный. Варочный раствор содержит сернистую кислоту и её соль, например гидросульфит натрия. Этот метод применяется для получения целлюлозы из малосмолистых пород древесины: ели, пихты.
- Щелочные:
- Натронный.Используется раствор гидроксида натрия. Натронным способом можно получать целлюлозу из лиственных пород древесины и однолетних растений. Преимущество данного метода — отсутствие неприятного запаха соединений серы, недостатки — высокая стоимость получаемой целлюлозы. Метод практически не используется.
- Сульфатный.Наиболее распространенный метод на сегодняшний день. В качестве реагента используют раствор, содержащий гидроксид и сульфид натрия, и называемый белым щелоком. Свое название метод получил от сульфата натрия, из которого на целлюлозных комбинатах получают сульфид для белого щёлока. Метод пригоден для получения целлюлозы из любого вида растительного сырья. Недостатком его является выделения большого количества дурно пахнущих сернистых соединений: метилмеркаптана, диметилсульфида и др. в результате побочных реакций.
Получаемая после варки техническая целлюлоза содержит различные примеси: лигнин, гемицеллюлозы. Если целлюлоза предназначена для химической переработки (например, для получения искусственных волокон), то она подвергается облагораживанию — обработке холодным или горячим раствором щелочи для удаления гемицеллюлоз.
Для удаления остаточного лигнина и придания целлюлозе белизны проводится её отбелка. Традиционная для 20 века хлорная отбелка включала в себя две ступени:
- обработка хлором — для разрушения макромолекул лигнина;
- обработка щелочью — для экстракции образовавшихся продуктов разрушения лигнина.
Применение целлюлозы
Целлюлоза используется в производстве бумаги и картона, искусственных волокон, пленок, пластмасс, лакокрасочных материалов, бездымного пороха, взрывчатки, твердого ракетного топлива, для получения гидролизного спирта и многое другое.
- Изготовление нитей, канатов, бумаги.
- Получение глюкозы, этилового спирта (для получения каучука).
- Получение ацетатного шёлка – искусственное волокно, оргстекла, негорючей плёнки из ацетилцеллюлозы.
- Получение бездымного пороха из триацетилцеллюлозы (пироксилин).
- Получение коллодия (плотная плёнка для медицины) и целлулоида (изготовление киноленты, игрушек) из диацетилцеллюлозы.
Иллюстрация. Применение природных волокон, содержащих целлюлозу
Иллюстрация. Применение сложных эфиров целлюлозы
Производные целлюлозы
К важнейшим производным целлюлозы относятся искусственные полимеры/
Метилцеллюлоза (простые метиловые эфиры целлюлозы) общей формулы
[С6Н7О2(ОН)3-х(ОСН3)х]n (х=1, 2 или 3)
Ацетилцеллюлоза (триацетат целлюлозы) – сложный эфир целлюлозы и уксусной кислоты
[С6Н7О2(ОСОСН3)3]n
Нитроцеллюлоза (нитраты целлюлозы) – сложные азотнокислые эфиры целлюлозы
[С6Н7О2(ОН)3-х(ОNO2)х]n (х=1, 2 или 3)
Вискозное волокно. Целлофан
Эти полимерные материалы состоят из практически чистой целлюлозы, но для их получения исходную целлюлозу путем химической модификации сначала превращают в растворимую форму, а затем в процессе формования восстанавливают.
Углеводы
Полисахариды
Источник
Целлюлоза
Целлюлоза – это основной строительный материал, применяемый в растительном мире: так, мягкая верхняя часть растений преимущественно содержит целлюлозу, в состав которой входят такие элементы, как углерод, кислород, водород.
Целлюлоза является видом клетчатки.
Важно! Целлюлоза не переваривается организмом человеком, но при этом крайне полезна для него в качестве “грубого корма”.
Польза целлюлозы
Целлюлоза прекрасно поглощает воду, тем самым облегчая работу толстой кишки, что помогает эффективно бороться с такими нарушениями и заболеваниями:
- запор;
- дивертикулез (формирование выпячиваний стенки кишечника мешковидной формы);
- спазматический колит;
- геморрой;
- рак толстой кишки;
- варикозное расширение вен.
В каких продуктах содержится целлюлоза?
Обогащены целлюлозой такие продукты:
- яблоки;
- свекла;
- бразильские орехи;
- капуста;
- морковь;
- сельдерей;
- зеленые бобы;
- груша;
- горох;
- недробленые крупы;
- отруби;
- перец;
- листья салата.
Пектин
С греческого языка название этого углевода, являющегося одним из видов клетчатки, переводится как “свернувшийся” или “застывший”. Пектин являет собой склеивающее вещество исключительно растительного происхождения.
Поступая в организм, пектин выполняет двойную функцию: во-первых, выводит вредный холестерин, токсины и канцерогены; во-вторых, обеспечивает ткани глюкозой, что понижает риск развития сердечно-сосудистых заболеваний, сахарного диабета и рака.
Польза пектина:
- стабилизация обмена веществ;
- улучшение периферического кровообращения;
- нормализация перистальтики кишечника;
- устранение проявлений хронических интоксикаций;
- обогащение организма органическими кислотами, витаминами и минеральными веществами;
- замедление всасывания сахара после потребления пищи, что крайне полезно для людей, страдающих сахарным диабетом.
Кроме того, этот углевод обладает обволакивающими, вяжущими, противовоспалительными и обезболивающими свойствами, благодаря чему показан людям с нарушением работы ЖКТ и язвенными болезнями.
Вред пектина
При чрезмерном употреблении пектина возможно возникновение таких реакций:
- понижение всасывания таких полезных минеральных веществ как железо, кальций, магний и цинк;
- брожение в толстой кишке, сопровождающееся метеоризм и понижением усвояемости белков и жиров.
Важно! С натуральными продуктами пектин поступает в организм в небольших дозах, не способных привести к передозировке, тогда как нанести вред здоровью этот полисахарид может при неумеренном потреблении БАДов.
В каких продуктах содержится пектин?
Ежедневная норма употребления пектина в чистом виде составляет порядка 20 – 30 г. Если рацион обогащен фруктами, овощами и зеленью, то нет необходимости получать пектин из синтетических добавок.
Перечень продуктов, содержащих пектин:
- яблоки;
- цитрусовые;
- морковь;
- капуста цветная и белокочанная;
- сушеный горох;
- зеленые бобы;
- картофель;
- зелень;
- земляника;
- клубника;
- корнеплоды.
Инулин
Инулин относится к классу натуральных природных полисахаридов. Действие его подобно действию пребиотика, то есть вещества, которое, почти не адсорбируясь в кишечнике, активизирует метаболизм и рост полезной микрофлоры.
Важно! Инсулин на 95 процентов состоит из фруктозы, одна из функций которой заключается в связывании глюкозы и выведении ее из организма, благодаря чему снижается концентрация сахара в крови.
Польза инулина:
- выведение токсинов;
- нормализация работы ЖКТ;
- улучшение усваивания как витаминов, так и минералов;
- укрепление иммунитета;
- снижение риска развития онкозаболеваний;
- устранение запоров;
- улучшение усваивания инсулина;
- препятствование образованию сгустков крови;
- нормализация кровяного давления;
- способствование выведению желчи.
Важно! Инулин легко усваивается человеческим организмом, вследствие чего применяется при сахарном диабете в медицине в качестве заменителя крахмала и сахара.
В каких продуктах содержится инулин?
Лидером по содержанию инулина по праву признан топинамбур, съедобные клубни которого по своим вкусовым качествам напоминают привычный всем вкус картофеля. Так, в клубне топинамбура содержится порядка 15 – 20 процентов инулина.
Кроме того, инулин содержится в таких продуктах:
- чеснок;
- цикорий;
- банан;
- одуванчик;
- эхинацея;
- лук;
- ячмень;
- рожь;
- лопух;
- девясил;
- агава.
Интересный факт! Сегодня инулин активно используется при производстве многих продуктов питания, а также напитков: мороженого, сыров, мясных изделий, мюслей, соусов, соков, продуктов детского питания, хлебобулочных, макаронных и кондитерских изделий.
Хитин
Хитин (в переводе с греческого “хитин” обозначает “одежда”) представляет собой вещество, входящее в состав наружного скелета как членистоногих, так и насекомых.
Интересный факт! Хитин является одним из самых распространенных в природе полисахаридов: так, ежегодно на планете Земля в живых организмах формируется и разлагается порядка 10 гигатонн этого вещества.
Важно! Во всех организмах, которые вырабатывают и используют хитин, он присутствует не в чистом виде, а лишь в комплексе с иными полисахаридами.
Польза хитина:
- защита от радиоактивного излучения;
- подавление роста раковых клеток посредством нейтрализации действия канцерогенов и радионуклидов;
- профилактика инфарктов и инсультов путем усиления эффекта препаратов, способствующих разжижению крови;
- укрепление иммунитета;
- снижение уровня холестерина в крови, что предупреждает развитие атеросклероза и ожирения;
- улучшение пищеварения;
- стимулирование роста полезных бифидобактерий, что способствует нормализации работы ЖКТ;
- устранение воспалительных процессов;
- ускорение процессов регенерации тканей;
- понижение артериального давления;
- снижение содержания сахара в крови.
В каких продуктах содержится хитин?
Хитин в чистом виде содержится в наружном скелете крабов, креветок и омаров.
Кроме того, это вещество присутствует в определенных видах водорослей, в грибах (наиболее популярны среди наших соотечественников опята и вешенки), дрожжах. Кстати, крылышки бабочек и божьих коровок также содержат хитин.
Но и это еще не все: так, в странах Азии недостаток хитина восполняют путем поедания саранчи, сверчков, жуков и их личинок, червей, кузнечиков, гусениц и тараканов.
Гликоген
Гликоген (этот углевод называют также “животным крахмалом”) – это основная форма хранения глюкозы, причем такого рода “законсервированная энергия” в короткий временной промежуток может восполнить дефицит глюкозы.
О чем идет речь? Углеводы, поступающие в организм с продуктами питания, при прохождении пищеварительного тракта расщепляются до глюкозы и фруктозы, которые обеспечивают системы и органы человека энергией. Но часть этих моносахаридов поступает в печень, откладываясь в ней в виде гликогена.
Важно! Именно гликогену, “законсервированному” в печени, отведена важная роль, заключающаяся в поддержании концентрации глюкозы в крови на одном и том же уровне.
Важно! Гликоген, сконцентрированный в печени, практически полностью истощается спустя 10 – 17 часов после употребления пищи, тогда как содержание мышечного гликогена существенно уменьшается лишь после длительных и интенсивных физических нагрузках.
О снижении концентрации гликогена сигнализирует появление ощущения усталости. В итоге организм начинает получать энергию из жира либо из мышц, что крайне нежелательно для тех, кто целенаправленно наращивает мышечную массу.
Израсходованный гликоген необходимо пополнить в течение одного- двух часов, что поможет избежать дисбаланса между жирами, углеводами, белками.
В каких продуктах содержится гликоген?
Гликоген отсутствует в продуктах в своем чистом виде, однако для его восполнения достаточно съесть углеводсодержащие продукты.
Источник