Читать книгу Микрокристаллик целлюлоза технологияси - - Страница 5

Целлюлоза – органик бирикма, у юқори молекулали углерод (полисахарид) бўлиб, асосий қисми ўсимлик девори – ҳужайра- ларидан ташкил топган. У ўсимлик тўқималарига мустаҳкам- лик ва эластиклик хусусиятини беради. Целлюлоза чизиқли стреорегуляр, яримкристалл полисахарид, унинг макромолеку- ласи D-глюкопиранозалардан ташкил топган бўлиб, «эгар» кон- формация кўринишида бир-бири билан 1,4-β-гликозид боғлари билан «бош-оёқ» типида туташган. Водород боғлари ёрдами- да молекуляр занжир ҳосил қилади. Қисқартирилган кимёвий

формуласи (С6Н10О5) n ёки элементар звеноси – [С6Н7О3 (ОН) 3] n кўринишда ёзилади. Ўз навбатида винт ўқи бўйлаб 10,3Å тар- тибланган, структура формуласи қуйидаги кўринишларда ифо-

даланади:

Элементар звеносини молекуляр массаси 162,1406 г/моль; зичлиги 1,53—1,55 г/см³; классификацияси – органик модда; ранги оқ. Целлюлоза полисахаридлар туркумига киради. Пахта целлюлозанинг полимерланиш даражаси 20000—30000 гача ети- ши мумкин. Пахта целлюлозани ажратиб олиш ва оқартириш натижасида унинг полимерланиш даражаси 1500—2000, ёғоч целлюлозаники эса 800 – 1200 гача пасаяди.

Полисахаридлар

Полисахаридлар – юқори молекулали углеводлар, мо- лекулалари чизиқли узун ёки тармоқланган занжирсимон глюкозид боғлари билан бириккан моносахарид қолдиқлар- дир. Гидролиз натижасида моносахаридлар ёки олигосаха- ридлар ҳосил бўлади. Полисахарид, унинг макромолекуласи β-D-глюкопиранозанинг элементар звеносидан ташкил топган бўлиб, 1 – 4 глюкозид боғлари билан боғланган:

Полисахаридлар тирик организмда захира (крахмал, глико- ген), структура (целлюлоза, хитин) ва бошқа функцияларни ба- жаради.

Полисахаридлар ёғочсимон целлюлоза таркибли ўсимлик- ларни гидролизлаш натижасида ҳам ҳосил бўлади. Мисол учун, ёғочга кислота билан ишлов бериш жараёнидаги полисахарид- ларни гидролизланиш механизми.

Ёғочнинг осон ва қийин гидролизланувчи полисахарид- лари

Полисахаридлар макромолекуласидаги глюкозид боғлари уларни гидролитик деструкцияга олиб келади. Гидролитик дес- трукция натижасида полисахаридларнинг узилган жойига сув элементи Н ва ОН бирикади. Гидролиз тўла бўлмаганда поли- сахаридларнинг полимерланиш даражаси (ПД) камаяди, барча глюкозид боғлари парчаланганда полисахарид моносахарид- ларга айланади. Глюкозид боғларининг узилган жойларида янги охирги звенолар ҳосил бўлади.

Ёғоч полисахаридларини кислота муҳитида гидролиз- лаш жараёнининг тезлиги иккига бўлинади – осон ва қийин гидролизланувчи. Бу бўлинишга сабаб полисахаридларнинг уст структура тузилишига (надмолекуляр структура) боғ- лиқ. Полисахаридларни суюлтирилган кислота эритмаларида (2—5% НСl, 100⁰C) гиролизлашда – осон гидролизланувчи; кон- центрланган кислоталарда (70—80% H₂SO₄ ёки 40—42% НСl, 25⁰C) – қийин гидролизланувчи. Осон гидролизланувчи поли- сахаридларга гемицеллюлоза ва аморф полимерлар киради. Қийин гидролизланувчи полисахаридларга эса целлюлозали гемицеллюлоза, целлюлоза билан кристалланиб қолган пара- кристаллик қисми ва унинг микрофибриллари киради. Қуйида- ги схемада ёғочнинг углеродли қисми ва тўла гидролизланган маҳсулотлари келтирилган.

Полисахаридларнинг муҳим вакиллари – крахмал, инулин, хитин, гликоген.

Крахмал, ўсимликнинг муҳим захира полисахариди ва ка- такли деворининг компоненти ҳисобланади.

Инулин, фруктоза полимери, крахмал ўрнини босувчи диа- бетикларнинг озуқаси ҳисобланади. Бундан ташқари, у буйрак клиренсида назоратловчи модда вазифасини бажаради.

Хитин, N-ацетилглюкозаминани гомополимери, β (1→4) ҳолатда боғланган, у скелетнинг ташқи қобиғидаги майда ҳа- шоратлар (насикомы) ва шиллиқурт кабиларнинг қобиғининг асоси ҳисобланади.

Гликоген, жониворларнинг муҳим захира полисахариди, жи- гар ва мускул таркибида мавжуд. Гликогеннинг синтез қили- нишини ва парчаланишини гормонлар назорат қилади. Толали хом ашёлар (дарахт ва бошқа ўсимликлар) дан целлюлоза қис- мини ажратиб олишда гидролизга учратилади. Гидролиз сувда, ишқорий ёки кислотали эритмаларда олиб борилади. Бу жара- ёнда осон ва қийин эрийдиган полисахарид вакиллари эритма- га ажралиб чиқади. Қуйида целлюлоза олишда поя таркибидан ажралиб чиқадиган полисахаридларнинг вакиллари келтирил- ган.

– Амилоза – салкам тармоқланмаган глюкоза полимери, α (1→4) боғи билан боғланган. Бир неча минг глюкозали қол- диқлардан таркиб топган бўлиши мумкин. Амилоза – амило- пектин билан крахмалдан иборат. Қуйида улардан намуналар келтирилган.

Ксилоза

– Альдопентозлар. Уларда саккизта ҳар хил стереоизомер- лар бўлиши мумкин:

D-рибоза L-рибоза D-ксилоза

Целлюлозанинг тузилиши. Целлюлоза чизиқли гомопо- лимер, D-глюкозиднинг юзлаб ёки ўн минглаб қолдиқларидан таркиб топган. Глюкозалар фрагменти β (1→4) – гликозид боғла- ри орқали боғланган. Бу кўринишдаги мономер звенолари би- рикмаси целлюлозани α (1→4) – гликозид боғлар, характери бо- шқа глюкоза гомополимердан фарқланади: крахмал ва гликоген. Крахмал амилозалардан фарқли унинг молекуласи спиралсимон, целлюлоза молекуласи чўзиқ стерженли конфигурацияга эга.

Целлюлозанинг физик хоссалари. Целлюлоза – оқ қаттиқ, турғун модда, 200°С гача қиздирганда парчаланмайди. Ёнувчи модда, ўз-ўзидан ёниш ҳарорати (алангаланиш) -275°С, пахта целлюлозасининг ўз-ўзидан ёниш ҳарорати -420°С. 2016 йили П. Дауенҳауер, Ч. Крумм ва Ж. Пфандинерлар томонидан та- жрибалар асосида целлюлозанинг суюқланиш ҳарорати 467°С эканлиги аниқланган. Целлюлоза сувда, паст концентрация-

ли кислоталарда ва кўплаб органик эритувчиларда эримайди. Фақат унинг гидроксил гуруҳларининг кўплиги ҳисобига ги- дрофилл ҳисобланади (намланиш бурчаги 20—30°). Целлюлоза ҳидсиз, таъмсиз. Шу сабабли унинг структуравий ўзгарган ми- крокристалл кўриниши – Е460 маркаси озиқ-овқат саноатида қўшимча ўрнида қўлланилади. Целлюлоза кўплаб микроорга- низмлар иштирокида биодегидратацияга учрайди.

Целлюлозанинг кимёвий хоссалари. Целлюлоза глюкоза молекулаларининг қолдиқларидан таркиб топган бўлиб, у цел- люлозанинг гидролизи натижасида ҳосил бўлади:

(С6Н10О5) n + nH2O = nC6H12O6.

Сульфат кислота ва йод эритмаси билан гидролиз натижаси- да целлюлоза мовий рангга ўтади. Нитрат кислота билан реак- ция натижасида нитроцеллюлоза (тринитрат целлюлоза) ҳосил қилади:

Целлюлозани сирка кислотаси билан этерификациялаш жа- раёнида триацетат целлюлозаси ҳосил бўлади:

Целлюлозани эритиш ўта қийин ва кимёвий ўзгартириш му- раккаб, лекин яқинда топилган ионли суюқлик, НMMO, (N-ме- тилморфолин-N-оксид) да эриши аниқланган. Целлюлозани N-метилморфолин-N-оксид эритувчисидан фойдаланиб, ҳозир- да лиоцел номи билан сунъий тола ишлаб чиқариш бошланган.

Целлюлоза турлари

Целлюлоза турлари толали хом ашё ёки целлюлоза олиш усулига қараб номланади. Хом ашё бўйича целлюлоза турлари: пахта, ёғоч, шоли, сомон, каноп кабилар. Целлюлоза олиниш усулларига қараб: сульфатли, натронли, нейтрал, сульфитли кабилар. Булардан ташқари, ишлатиш соҳасига қараб: техник, яримтайёр целлюлоза кабилар. Гидролизга учратилган целлюло- заларни – гидрат целлюлоза, чуқур гидролизга учратганларини – порошокли-,микрокристаллик- ва нано целлюлоза деб юрити- лади. Целлюлоза турлари ҳақида дарслик ва справочникларда кенг ёритилганлиги [9—13] сабабли бу мавзу кенг ёритилмади.