ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Общая характеристика лигноцеллюлозных материалов Лобанок) из "Микробный синтез на основе целлюлозы" Зеленые растения — источник жизни на нашей планете. Они являются посредниками между Солнцем п всеми живыми организмами, Световая энергия Солнца поглощается зеленым растением и в процессе фотосинтеза превращается в химическую энергию органических веществ. Благодаря фотосннтетическоп деятельности в мире ежегодно улавливается 10 кал солнечной энергии и образуется 150-10 т сухой растительной массы (биомассы), а ежегодный круговорот углерода составляет 33-10 т. Ме менее трети фиксируемого при этом углерода используется на синтез целлюлозы, основное количество которой, синтезируемое в процессе аккумуляции энергии Солнца, находится в древесине. Ее среднегодовая продукция 5-10 ° т, а общая биомасса древесных растений на земном шаре в пересчете на углерод равна 50-10 т. [c.5] Молекулярная структура целлюлозы хлопка и древесины сходна, однако морфологически древесина организована более сложно, чем хлопок, и представляет собой сочетание растительных клеток разнообразной формы. [c.6] Компоненты, входящие в состав первичной клеточной стенки, можно условно разделить на четыре группы (Салматова, 1983) структурные, представленные целлюлозой компоненты матрикса стенки — гемицеллюлозы, пектины, белки, липиды инкрустирующие стенку — лигнин и суберин откладывающиеся на ее поверхности — кутин и воска. Кроме того, клеточные стенки могут содержать значительное количество минеральных веществ силикатов и карбонатов кальция. [c.8] Вторичная клеточная стенка хлопкового и древесного волокна, основным компонентом которой является целлюлоза, состоит из множества концентрических слоев, которые в результате определенных химических н физических воздействий распадаются на микрофибриллы. Вторичный слой определяет форму клетки, механические свойства ткани, и микрофггбриллы в нем расположены параллельно. [c.8] Состав и строение древесины различных пород разнятся вследствие морфологической неоднородности структур. Так, хвойная древесина отличается от древесины лиственных пород. Генетически обусловленный состав полисахаридов клеточной стенки постоянен внутри одного вида. [c.8] Целлюлоза н ее производные характеризуются повышенной скелетной жесткостью. На структуру и реакционную способность целлюлозы большое влиягше оказывают водородные связи. Специфика морфологической структуры целлюлозы определяется в первую очередь се функцией в клеточной стенке. Мембраной растительной клетки целлюлоза выделяется в виде плотно упакованных фибрилл, образующих подобие кристаллической решетки. Фибриллы, обеспечивающие прочностные свойства клетки, находятся в сложном взаимодействии с аморфным матриксом других полисахаридов и веществами белковой природы. В результате создается мощная структурная упаковка (Тарчевский, Марченко, 1985). [c.8] Целлюлоза — очень прочное соединение, способное сохраняться без изменения очень долго. Она не растворяется в воде даже при кипячении, не переваривается в желудке многих животных. Однако у лошадей, крупного рогатого скота находящиеся в желудке бактерии выделяют целлюлолитические ферменты, расщепляющие клетчатку, и способствуют ее перевариванию. Целлюлоза нерастворима во многих кислотах и щелочах. Она растворяется лишь в аммиачных растворах солей меди. [c.8] При действии на целлюлозу концентрированных растворов щелочи изменяются ее химические, физико-хнмнческие и структурные свойства отмечается интенсивное набухание, изменяется степень кристалличности. Высокомолекулярная фракция целлюлозы, нерастворимая в 17,5%-ной ЫаОН, называется а-целлюло-зой. Хлопок состоит из а-целлюлозы, а другие растения и древесина содержат главным образом р-целлюлозы, растворимые в концентрированном растворе щелочи. [c.9] На ранних стадиях роста растения целлюлоза имеет наиболее низкую степень полимеризации, более пориста и обладает более высокой сорбционной способностью, чем целлюлоза созревших растений. В природных целлюлозосодержащих субстратах ей обычно сопутствуют гемицеллюлозы, лигнин, танин, крахмал, а также воска, жиры, белки (от 2 до 10%), смолы, терпены и другие органические соединения. Различные примеси не только прочно адсорбируются на поверхности микрофибрилл целл Юлозы, но и могут быть включены внутрь. [c.9] Из-за выраженной межмолекулярной когезии и водородных связей разделение микрофибрилл на отдельные молекулы затруднительно. Выделение чистой и относительно неггзмененной целлюлозы с применением различных химических реагентов (спирта, эфира, едкого натрия) рекомендуется вести в атмосфере инертного газа. [c.9] Полагают, что макромолекула целлюлозы состоит из большого числа остатков D-глюкопиранозы в конформации кресла, соединенных р-1,4-гликозидными связями. Различные химические II физические воздействия, однако, способствуют переходу звеньев в другую конформацию. Особенности конформации молекулы целлюлозы определяют ее ригидность и наклонность к агрегации. Целлюлозные молекулы не имеют определенной длины, число глюкозных остатков (СП) варьирует от 15 до 14000 со средним значением около 3000 (Роговин, 1972). У целлюлозы хлопка СП может достигать 1500, у целлюлозы древесины — 8000—10 000. Максимальная экспериментально установленная ММ целлюлозы составляет 6 000 000 (у льна). В настоящее время исследователи отказались от представления о том, что макромолекулы целлюлозы являются линейно вытянутыми жесткими структурами. Полагают, что макромолекулы целлюлозы сложены в свернутые в спираль ленты. Тем не менее имеются расхождения между этой моделью и теми, что описаны другими исследователями (Роговин, 1972). [c.11] Целлюлоза полиморфна и благодаря водородным связям образует кристаллические структуры, по крайней мере четырех типов (Bla kwell, 1982). Существуют различные мнения относительно числа целлюлозных молекул в кристаллических участках и способа их организации. Целлюлозные молекулы образуют элементарные фибриллы посредством водородных связей. Эти фибриллы в свою очередь образуют микрофибриллы и затем волокна. Волокнистую структуру целлюлозы можно наблюдать в микроскоп. Целлюлозная молекула благодаря своей длине может проходить и через аморфные и через кристаллические участки. Целлюлозные волокна легко поглощают влагу и набухают, но набухание ограничено аморфной частью волокна. [c.11] Вопрос о фазовом соотношении природной и регенерированной целлюлозы сложный и в настоящее время окончательно не решен. Тем не менее целлюлоза может быть получена как в упорядоченном, так и в крайне неупорядоченном, практически аморфном состоянии. Фазовый переход аморфной фазы в кристаллическую происходит скачкообразно. В результате размола природной целлюлозы ее прочность и кристалличность снижаются и соответственно возрастает ее аморфность. [c.12] Вернуться к основной статье