Глюкоза и целлюлоза: Глюкоза отношение к целлюлозе - Справочник химика 21

Содержание

Глюкоза отношение к целлюлозе — Справочник химика 21

Структурные различия между амилозой и целлюлозой являются одной из величайших шуток природы. Амилоза способна перевариваться, целлюлоза — нет. А ведь единственное различие между ними заключается в неодинаковой ориентации кислородных мостиков. Между тем проблема усвояемости сводится к вопросу о природе соответствующих ферментов (которые специфичны в отношении конфигурации высокомолекулярного субстрата). Люди и плотоядные животные просто не имеют ферментов, которые могли бы катализировать гидролиз (это и есть переваривание) целлюлозы. Между тем многие микроорганизмы, улитки и жвачные животные способны усваивать целлюлозу. Жвачные животные обладают такой способностью потому, что в их пищеварительном тракте имеются соответствующие микроорганизмы, ферментные системы которых катализируют гидролиз целлюлозы. Конечным продуктом такого гидролиза является, естественно, глюкоза, которая может использоваться жвачными животными. [c.281]
Группа ферментов, называемых амилазы , катализирует гидролиз крахмала, главным образом они специфичны по отношению к а-связанным полимерам о-глюкозы и неэффективны к целлюлозе. Известно несколько типов амилаз с различной активностью по отношению к субстратам, экзо- и эндо-Амила-зы избирательно катализируют гидролиз (1а — 4)-связанных глюкозных цепей до мальтозы и различаются направлением атаки. э/сзо-Амилаза расщепляет цепи, начиная со свободного конца, тогда как энсЗо-амилаза может атаковать середину цепи. Любой из этих ферментов глубоко расщепляет амилозу, по для полного гидролиза требуется присутствие еще одного фермента, так называемого Z-фермента, который известен своей специфичностью по отношению к некоторым типам р-глюкози-дов, определяя присутствие незначительного количества -связей в молекуле амилозы. [c.286]

Разделение органической массы углей, которая представляет собой сложную смесь самых различных соединений, на отдельные группы веществ, каждая из которых обладает общими свойствами в отношении действия органических растворителей, щелочей, минеральных кислот и других химических реактивов, называется групповым анализом. Предложено много методов группового анализа различных видов твердого топлива. Наиболее целесообразными для группового анализа торфа являются следующие обработки а) последовательное экстрагирование битумов в аппарате Сокслета эфиром и бензолом б) обработка водой при 60 °С с целью выделения простых сахаров в) обработка кипящей водой с целью гидролиза пектиновых веществ г) обработка на водяной бане 2%-ной соляной кислотой с целью гидролиза гемицеллюлозы д) обработка 2%-ным едким натром на водяной бане для экстракции гуминовых кислот е) обработка 80%-ной серной кислотой с целью гидролиза целлюлозы и ее определение по количеству образовавшейся глюкозы, причем остаток принимается за лигнин.

[c.161]

Целлюлоза имеет состав (СеНюОб),,, причем п (или степень полимеризации) для целлюлозы хлопка равна по крайней мере 1000 таким образом, она является цепным полимером, состоящим из остатков целлобиозы. Целлобиоза представляет собой -глюкозид глюкозы, и связь между каждой следующей парой целлобиозных остатков образуется при отщеплении одной молекулы воды. При действии кислоты и окисляющих веществ, так же как и при нагревании, действии света и микроорганизмов, целлюлозная цепь разрушается и получающиеся при этом продукты гидролиза и окислительного действия (гидроцеллюлозы и оксицеллюлозы) сильно уменьшают прочность на разрыв. Мерсеризованный хлопок, т. е. подвергавшийся действию крепкого раствора (около 25%) едкого натра прн низкой температуре и натяжении пряжи или ткани, имеет повышенное сродство к красителям. Целью мерсеризации, которой подвергается только длинноволокнистый хлопок, является увеличение блеска и прочности на разрыв. После того, как было выяснено строение целлюлозы, оказалось возможным разработать и стандартизировать методы для испытания качества целлюлозы. Несмотря на то, что целлюлозу нельзя охарактеризовать непосредственно, как простое органическое соединение, вступающее в реакцию в стехео-метрических отношениях, и чистоту ее нельзя установить по обычным физико-химическим показателям, например температуре плавления или коэффициенту рефракции, она имеет ряд легкоизмеримых характеристик. К наиболее широко применяемым относятся восстановительное действие, измеряемое при помощи медного числа, и величина цепи молекулы, определяемая по вязкости медно-аммиачного раствора. Нецеллюлозные составные части, такие как влага, неорганические соли, жиры, воска и азотсодержащие вещества, определяются дополнительно.

[c.296]

В химичес ом отношении целлюлоза представляет собой полимер, элементарным звеном которого является ангидро-1)-глюкоза. Строение макромолекулы целлюлозы можно передать следующей формулой [c.38]

Процесс окисления крахмала состоит в образовании в молекуле крахмала альдегидных и карбоксильных групп. Химизм окисления остатков глюкозы, из которых состоит крахмал и целлюлоза, наиболее подробно изучен в отношении целлюлозы. Под влиянием различных окислителей процесс окисления целлюлозы происходит неодинаково. Окисление крахмала должно протекать аналогично окислению целлюлозы. [c.178]

В химическом отношении целлюлоза — полисахарид. При гидролизе целлюлоза распадается на ряд более простых соединений. Конечный продукт распада — глюкоза. [c.194]

По химическому составу гидратцеллюлоза не -отличается от природной целлюлозы однако в то время как остатки глюкозы в макромолекуле гидратцеллюлозы лежат в одной плоскости, у природного полимера они повернуты по отношению друг к другу а 90°. [c.343]

Помимо природы гетеросВязи полимера большое значение имеет гидролизующий агент. Так, целлюлоза (в отсутствие кислорода) практически не гидролизуется щелочью, тогда как разбавленные кислоты довольно агрессивны по отношению к ацетальной связи. Наиболее сильными гидролизующими агентами являются серная, хлористоводородная, фтористоводородная кислоты, которые омыляют целлюлозу до глюкозы.

[c.49]

Целлюлоза (клетчатка, вещество клеточных стенок растений ). Истинной клетчаткой или целлюлозой называют совершенно определенный в химическом отношении углевод, который при полном гидролизе целиком распадается на глюкозу. Углевод этот чрезвычайно широко распространен в растительном мире и является основным веществом, из которого строится остов растений. Ботаники часто используют понятие клетчатка несколысо шире, распространяя его и на другие участвующие в построении клеточных стенок полисахариды— маннаны, галактаны и пентозаны, которые наряду с глюкозой содержат также маннозу, галактозу и пентозы. Однако эти комплексные углеводы не используются в качестве чисто строительного материала в определенные периоды жизни растения они могут вновь ассимилироваться и, следовательно, являются резервными питательными веществами.

[c.460]

Азокрасители, дающие изображение, способны обесцвечиваться под действием света и воздуха, причем в особо жестких условиях в этом отношении находятся материалы на прозрачных основах, применяемые в качестве промежуточных оригиналов и подвергающиеся комбинированному действию ультрафиолетового облучения и окислительных процессов. Наконец, даже в обычных условиях эксплуатации окислительные процессы в целлюлозе приводят к значительному снижению механической прочности, увеличению хрупкости и потемнению подложки. Эти явления удается предотвратить только введением в светочувствительный слой активных антиоксидантов. В частности, рекомендуется применять полиоксисоединения, например глюкозу [12], смеси ее с некоторыми солями (сульфатом никеля или марганца [13]), сегнетову соль, тиосульфат и другие аналогичные вещества. Наиболее эффективным антиоксидантом оказалась тиомочевина [14], и в настоящее время она является обязательной составной частью светочувствительного слоя.

[c.49]

Целлюлоза, или клетчатка, — высокомолекулярное соединение, построенное из элементарных повторяющихся звеньев, представляющих собой остатки глюкозы. Каждое элементарное звено соединено с соседним при помощи кислородного мостика и повернуто по отношению к нему на 180° С. Структура целлюлозной молекулы представляется следующим образом [c.249]

Фильтровальная бумага в химическом отношении представляет собой почти чистую целлюлозу, являю-ш уюся полимером р-глюкопиранозы [17]. Отдельное волокно состоит примерно из 300 молекул глюкозы, связанных р-глюкозидной связью. Кроме того, имеется некоторое количество поперечных мостиков, образованных водородными связями. Часть глюкозных колец разрушена, и благодаря этому имеются свободные альдегидные группы, при окислении которых образуются свободные карбоксильные группы. Последнее явление наблюдается в меньшей степени, если бумага готовится из хлопка (хроматографическая бумага), а не из древесины. Присутствие карбоксильных групп является одной из причин усиления электроосмоса, так как в щелочном растворе сама бумага приобретает свойства аниона. Поэтому в кислой среде электроосмос и адсорбция выражены в меньшей степени.

[c.40]

Целлюлоза очень устойчива по отношению к разведенным кислотам и щелочам этим ее свойством пользуются при техническом ее получении для удаления инкрустирующих примесай. Прядильные материалы, как лен, хлопчатая бумага, пенька, а также Полученная из них бумага, особенно же самая лучшая фильтровальная бумага состоят почти нацело из чистой целлюлозы. При их обработке крепкой серной кислотой с последующим разбавлением и кипячением, она сполна гидролизуется. Целлюлоза из х Лп-чатой бумаги (ваты), бумаги и т. д. дает при этом исключительно -глюкозу, а целлюлоза из кофейных бобов, кокосовых орехов и пр. сГ-маннозу. При непродолжительной обработке целлю- 08ы крепкой серной кислотой она переходит в коллоидную модификацию— амилоид, окрашиваемый иодом в синий цвет. Это свойство служит для открытия целлюлозы. Целлюлоза растворима в аммиачном растворе окиси меди (реактив Швейцера) и из этого раствора осаждается кислотами и солями после высушивания получается белый аморфный порошок.

[c.290]

Помимо, Природы гетеросвязи полимера, большое зпачен) имеет гидролизующий агент. Так, целлюлоза (в отсутсгвие тел рода) практически не гидролизуется щелочью, тогда как разба Ленные кислоты довольно агрессивны по отношению к ацетальн( связи. Наиболее сильными гидролизующими агентами являют серная, хлористоводородная, фтористоводородная кислоты, которъ омыляют целлюлозу до глюкозы. [c.66]

Из сульфитной целлюлозы западной тсуги (Tsuga heterophylla) выделен полисахарид глюкоманнан, в состав молекул которого входят остатки D-маннозы и D-глюкозы в отношении 4 1 [73—75]. При- частичном гидролизе глюкоманнана были получены олигосахариды, состоящие из остатков D-маннозы, D-маннозы и D-глюкозы и из остатков D-глюкозы. Основная цепь макромолекул глюкоманнана построена из остатков p-D-маннопираноз и p-D-глюко-пираноз, соединенных 1- 4 гликозидными связями. Возможно, в состав гемицеллюлоз древесины западной тсуги, кроме глюкоманнана, входит и галактоглюкоманнан.

[c.201]

Высокомолекулярный характер целлюлозы доказан вискозиметрическим определением ее степени полимеризации, а также методами ультрацентрифугирования и осмометрии. Макромолекулы чистой целлюлозы состоят исключительно из звеньев D-глюкозы, поскольку в гидролизатах такой целлюлозы хроматографическим анализом не обнаружили других сахаров. В природной целлюлозе все гликозидные связи между звеньями считаются равноценными. Однако некоторые исследователи допускают существование в цепях древесной целлюлозы слабых связей между звеньями, появление которых обусловлено частичным окислением глю-козных звеньев с образованием карбонильных групп, ослабляющих обычные -гликозидные связи по отношению к гидролизу. Повышенное содержание карбоксильных и карбонильных групп наблюдается в технических древесных целлюлозах, особенно беленых. Возможно, что ослабляющее влияние оказывают и конформационные превращения в звеньях -D-глю-копиранозы. [c.228]

С хорошими результатами было также испытано действие органических кислот, в частности малеиновой. Более высокая по сравнению с минеральными кислотами стоимость малеиновой кислоты компенсируется меньшей стоимостью оборудования [5]. Целлюло-зосодержаш,ие материалы, такие, как отходы производства технической целлюлозы и бумаги, бывшие в употреблении производные целлюлозы и гидратцеллюлозная пленка, можно гидролизовать с высоким выходом глюкозы (не менее 90 % по отношению к целлюлозе), используя многоступенчатую обработку трифторуксусной кислотой понижающейся концентрации без применения давления (14, 54]. [c.409]

Исследования структуры простых сахаров дали важные в научном и практическом отношении результаты, хотя и не привели к промышленному синтезу этих важнейших соединений. Значение этих результатов вышло за рамки изучения природы самих, сахаров. Было установлено, что моносахариды (гексозы, пентозы,. тетрозы и т.д.) служат структурными компонентами более сложных углеводов — полисахаридов, крахмала и целлюлозы. Было также показано, что широко распространенные в растениях глю-козиды представляют собой соединения глюкозы с различными, веществами. Э. Фишеру удалось решить задачу синтеза глюкози-дов. Предложенный им метод состоит в нагревании слабого спиртового раствора соляной кислоты с сахаром. При этом образуются глюкозиды соответствующих спиртов. Он установил также, что между глюкозидами и полисахаридами не существует принципиального различия. [c.185]

Следует отметить, что т мин целлюлоза имеет и другой смысл он обозначает получ1аемый из растительного сырья материал, состоящий в основном из целлюлозы, имеющий характерные для целлюлозы химические и физико-химические свойства, в частности касающиеся отношения к химическим реагентам, кислотам и щелочам, что обусловлено наличием большого числа водородных связей. Однако при полном кислотном гидролизе такого материала в гидролизате кроме глюкозы обнаружены также моносахариды — ксилоза, манноза и другие, характерные для гидролизатов ГМЦ. Состав этих сахаров зависит от вида растительного сырья и метода выделения из него целлюлозы, а также от режима кислотного гидролиза. Целлюлоза и незначительное [c.11]

Целлюлоза и ее производные [106]. Целлюлоза представляет собой линейный поли состоящий из остатков Р-глюкозы. По современным воззрениям макромолекула целлюлозы имеет син- отактическое строение, отличаясь в э-Лм отношении от крахма- лi7 «i тpWтypa изотактическая (по расположению кислород-ного мостика между кольцами) [c.341]

На слое целлюлозы с гипсом методом нисходящей хроматографии разделены в системе и. бутанол — 8%-ный аммиак—вода (насыщенная бурой) (8 1 2) [87] эритро-и трео-изомеры 2,3-диокси-2-метилиентаново11 кислоты — и, 1,93 и 2,23 соответственно (значения К, даны но отношению к значению Rf глюкозы). [c.67]

В случае трикаприлата целлюлозы отношение Р/4р. достигает уже значения 2,66 [уравнение (9-15)] при допущении свободы вращения относительно обычно связанных ординарных связей, в то время как никакое вращение относительно кольца глюкозы (связь Ь на рис. 52) не может происходить ни в каком случае. Однако наблюдаемая величина Р примерно в 2 раза больше указанной это свидетельствует о том, что цепи целлюлозы являются чрезвычайно л[c.461]

Цепь целлюлозы по своему строению близка к одному из простейших сахаров—глюкозе, имеющей формулу СвН120б. Молекула глюкозы имеет форму кольца, содержащего пять атомов углерода и один атом кислорода, к которым присоединены различные группы атомов. Кольцо глюкозы не плоское (подобно кольцу бензола), а изогнутое, как это показано на рис. 8.9,а. Молекула целлюлозы — это соединенные через гидроксильные группы кольца глюкозы, причем каждый акт соединения сопровождается выделением одной молекулы воды. Поэтому структурное звено в молекуле целлюлозы называют ангидроглюкозой (т. е. глюкоза без воды) (рис. 8.9,6). J eлeтнoe изображение цепи показано на рис. 8.10. Видно, что последовательно расположенные звенья ангидроглюкозы не занимают геометрически эквивалентные положения, а повернуты вокруг оси цепи по отношению друг к другу на 180°. Таким образом, хотя химически повторяющееся звено целлюлозы — это одно кольцо, в геометрическом или структурном отношении она содержит два типа повторяющихся звеньев ангидроглюкозы. [c.164]

Многие из важных свойств целлюлозы, по-видимому, обусловлены ее высокой стабильностью в отношении химических реагентов и ферментов. Для того чтобы гидролизовать гликозидные связи этого полимера, необходимо длительное нагревание в сильной кислоте. У многих бактерий и некоторых растений (особенно в прорастающих семенах) имеются целлюлазы, однако даже эти ферменты более эффективно действуют на частично деградированную (некристаллическую) целлюлозу. Для расщепления целлюлозы до глюкозы необходимо действие двух ферментов — цел-люлааы, которая вызывает образование дисаха-рида целлобиозы, и целлобиааы, которая гидролизует этот димер с образованием свободной гексозы. [c.169]

Наконец, целесообразно упомянуть о гелеобразных системах, образующихся при пропитывании асимметричных микрочастиц полимеров смачивающей, но не растворяющей жидкостью. Этот случай следует рассмотреть на примере целлюлозных гелей, полученных Баттиста (8, 9]. При умеренном гидролизе природной целлюлозы образуются анизометрические частицы, которые, как полагают, являются наиболее совершенными кристаллическими образованиями. Аморфная матрица подвергается гидролизу (до глюкозы) с большей скоростью, чем кристаллиты, размещенные в ней. Размеры анизометрических частиц по эффективному диаметру менее 50 мкм при соотношении осей 1 5—1 25. Водная суспензия, содержащая 12—15 вес. % таких частиц, обладает многими свойствами гелей (относительно высокая обратимая деформация, наличие определенного предела сдвига, ниже которого отсутствует обратимая деформация). В этом отношении такие суспензии близки к гелям неорганических коллоидов. Аналогичные системы могут быть получены при частичном распаде других кристаллизующихся полимеров, например при регулируемом окислении полиолефинов, гидролизе полиамидов и т. п. [c.31]

При растворении целлюлозы в куоксене деструкция целлюлозы происходит в меньшей степени . Эти растворы в отношении окислительной деструкции более устойчивы, чем медноаммиачные растворы целлюлозы. При введении в медноаммиачные растворы различных антиоксидантов интенсивность окисления целлюлозы значительно уменьшается. Данилов и Чилина показали, что в присутствии сульфита или бисульфита натрия окисление целлюлозы в медноаммиачном растворе значительно уменьшается. Окисление целлюлозы в медноаммиачном растворе замедляется также при добавлении к раствору многоатомных спиртов (глицерина, маннита, глюкозы) [c.148]

Для изучения взаимодействия активных красителей с углеводами, независимо от специфических условий реакции красителя с волокном, разные авторы [47—50] провели ряд экспериментов на моделях целлюлозы, т. е. с растворимыми полиатомными спир-тами, сахарами и крахмалом. Чаще всего в качестве модельных соединений применяют сорбит, маннит и гликозиды, у которых соотношение первичных и вторичных ОН-групп такое же, как в целлюлозе. D-глюкоза и целлобиоза содержат по одной дополнительной глюкозидной гидроксильной группе, которая у целлюлозы отсутствует или имеется в весьма незначительном количестве в концевой группе. Поэтому BayijrapTe [51] избрал в качестве моделей а-метилглюкозид, содержащий только одну первичную и три вторичные ОН-группы, и а-метил-О-изорамнозид, у которого в положении 6 нет ОН-группы. При проведении этих исследований он использовал также глюконовую и сахарную кислоты. Продукты реакции хлортриазиновых и акриламидных красителей со всеми модельными сахаридами подвергались хроматографическому анализу, результаты которого показали, что и первичные и вторичные гидроксильные группы углеводов способны вступать в реакцию с активными красителями. Единственным соединением, не всту—яившим в реакцию с красителем, оказалась сахарная кислота (см. также [52]). На основании этих данных было сделано заключение, что с вторичными гидроксильными группами реакция не проходит [46]. Инертность альгинатов натрия по отношению к активным красителям имеет большое практическое значение, так как благодаря этому их можно применять в качестве загустителей в процессах печатания и для крашения на плюсовках. Инертность альгинатов объясняют тем, что отрицательный заряд карбоксильного аниона препятствует адсорбции анионов красителя 53 [c.248]

При изучении реакционной способности гидроксильных групп целлюлозы получены принципиально новые результаты, важные не только в практическом, но и в теоретическом отношении. Эти работы были начаты П. П. Шорыгиным и Н. Н. Макаровой-Землянской (1936— 1937 гг.) и затем развиты В. А. Деревицкой и 3. А. Роговиным (1953— 1961 гг.). Была показана повышенная кислотность и повышенная реакционная сиособность гидроксила у второго атома углерода глюкоз-пого остатка це.ллюлозы в реакциях с основаниями, а также различие в реакционной способности гидроксильных грунн целлюлозы и амилозы. Определена сравнительная кислотность гидроксильных групп глюкозы и ее метиловых эфиров методом неводного титрования. [c.526]

На диаграммах показан только ход ив-менения главных компонентов углеводного комплекса — уроновых кислот, пентоз и фруктозы, так как остальные три — глюкоза, манноза и галактоза представлены в таких малых количествах, которые не могут существенно отразиться на общем характере превращения гемицеллюлоз. Для глюкозы найденные величины ее содержания вообще непоказательны, так как они определяются в значительной степени деполимеризацией целлюлозы в процессе образования торфа. Все же за этими сахарами, так же как и за пен-тозами, приходится признать значительную стабильность. Например, при переходе от живого растительного материала к торфу со степенью разложения 15% количества их практически почти не изменяются, и даже при 40% степени разложения манноза сохраняется в пределах 70%, галактоза — 40%, а пентозы — 88% по отношению к их содержанию в сфагнуме. [c.308]

Тщательно приготовленные альфа-целлголозы из древесины лиственных пород не были полностью исследованы в отношении единиц присутствующих сахаров, за исключением глюкозы и ксилозы. Однако в отношении а-целлюлозы из осины было показано присутствие 2″о манпана [78] и весьма вероятно, что а-целлюлозные фракции древесины других покрытосемянных также содержат незначительное количество вещества, образующего при гидролизе маннозу. [c.115]

В другой статье Шульце [5] показал, что если при гидролизе хлопковой целлюлозы получается только -глюкоза, то из тщательно очищенной целлюлозы кофейных бобов выделяется манноза и глюкоза. Таким образом, Шульце никогда не стрицал, что в некоторых целлюлозах, даже хорошо очищенных, могут oдepяiaть я и другие сахара, помимо глюкозы, и это открытие подтвердилось в отношении древесины 16]. [c.316]

Глюкоза целлюлозы

Целлюлоза — широко распространенный материал, составляющий основу бумаги, древесины и большинства используемых текстильных волокон. Детальное кристаллографическое исследование целлюлозы проводилось еще до того, как была окончательно установлена ее химическая структура. В макромолекуле целлюлозы, которая представляет собой поли- (I —4)- 5-0-глюкопиранозу, (С6Н о05)nC[ …]

Глюкоза оптически активна. Вращательная способность ее в 10%-ном растворе в состоянии равновесия составляет [а]™ = = +52,74°. Начальное вращение растворов а — с! — глюкозы в воде равно [а] р°= + 110,1 + 112,2°. Как уже указывалось, для получения кристаллической глюкозы вначале производят гидролиз целлюлозы или целлюлозосодержащих растительных материалов с последующим выделением кристаллической глюкозы из полученного гидролизата.[ …]

Чистая целлюлоза — белое вещество волокнистого строения. Молекулы ее нитевидной формы. При полном гидролизе клетчатки образуется 3-глюкоза. В молекулах клетчатки остатки ¡3-глюкозы соединены 1, 4 связями.[ …]

Гидролиз целлюлозы до глюкозы под действием разбавленных кислот осуществляют при высокой температуре (160— 200°С) и соответствующем давлении. Гидролиз концентрированными кислотами проводят при нормальной температуре с последующим разбавлением раствора и кипячением.[ …]

Брожение целлюлозы. Большая группа высокоспециализированных анаэробных спорообразующих бактерий получает энергию за счет сбраживания целлюлозы. Конечными продуктами брожения являются уксусная, пропионовая, масляная и молочная кислоты, этиловый спирт, водород и углекислый газ. В качестве промежуточных продуктов при гидролизе целлюлозы образуются глюкоза и целлобиоза. И весьма удивительно, что если добавить к среде глюкозу (или другие сахара), то они очень плохо усваиваются либо совсем не используются. А если в среде имеются одновременно глюкоза и клетчатка, то сбраживается прежде всего клетчатка. Это свидетельствует о высокой специализации целлюлозоразлагающих анаэробов.[ …]

Из сульфитной целлюлозы западной тсуги (Тзи§а Ье1егор11у11а) выделен полисахарид глюкоманнан, в состав молекул которого входят остатки Д-маннозы и Д-глюкозы в отношении 4: 1 [73—75]. При- частичном гидролизе глюкоманнана были получены олигосахариды, состоящие из остатков Д-маннозы, Д-маннозы и Д-глюкозы и из остатков Д-глюкозы. Возможно, в состав гемицеллюлоз древесины западной тсуги, кроме глюкоманнана, входит и галактоглюкоманнан.[ …]

Для препаратов целлюлозы в твердом состоянии методом спектроскопии диффузного отражения может быть обнаружено слабое поглощение в области 2600—2700 А, характерное для концевых элементарных звеньев макромолекулы. Обычно оно проявляется при длине волны 2000 А и ниже. Такое дискретное поглощение, не обнаруженное при облучении D-глюкозы в водном растворе даже при высокой концентрации ее, может объясняться спецификой надмолекулярных структур, характеризующихся наличием большого числа водородных связей. Возможно также, что это слабое поглощение вызвано наличием примесей. Поэтому, учитывая высокую чувствительность метода, необходима тщательная очистка целлюлозы перед ее спектроскопическим анализом. Тем не менее на спектрах большого числа облученных образцов очищенной целлюлозы всегда можно было обнаружить это слабое поглощение.[ …]

Химические свойства целлюлозы определяются строением ее макромолекулы как полисахарида, состоящего из звеньев глюкозы. Для целлюлозы при этом характерны все особенности химических реакций ВМС.[ …]

Эмпирическая формула целлюлозы (С6Ню05)„. Это полисахарид, макромолекулы которого построены из звеньев глюкозы (Р-О-глюкопиранозы), соединенных глюкозидными связями 1—4.[ …]

Хотя изучение спектров глюкозы дало мало сведений о структуре, однако удалось наблюдать ряд интересных различий между спектрами безводной а-О-глюкозы и моногидрата а-О-глюкозы, аналогичные различиям в спектрах гидратов (3-хитина и регенерированной целлюлозы. Исследования Мичела [7], проведенные на мономерах и низших олигомерах, показали, что при низких температурах число разрешаемых полос увеличивается, особенно в области валентных колебаний О—Н-групп; можно ожидать, что при изучении соответствующих образцов целлюлозы при низких температурах будут получены важные результаты.[ …]

При сравнении состава а-целлюлозы сульфитных и сульфатных целлюлоз обнаружено, что последние содержат больше углеводов неглюкозного характера. По-видимому, щелочной варкой невозможно достаточно полно удалить гемицеллюлозы. Исследования сульфатных целлюлоз, полученных обычной варкой и варкой с предгидролизом, показали, что во втором случае в гидролизате а-целлюлозы содержится больше £)-глюкозы и несколько больше -О-маннозы. Однако следует заметить, что резкой грани между а-, р-, и у-целлюлозами провести невозможно, так как в ориентированных устойчивых областях обычно присутствуют продукты распада целлюлозы и гемицеллюлозы, а в р-фракции —■ гемицеллюлозы. Поэтому подразделяя целлюлозу на эти фракции, следует помнить, что это подразделение чисто условное.[ …]

Опыты in vitro показывают, что ГДФ-О-глюкоза — основной донор глюкозы при синтезе целлюлозы, однако этот нуклеотид не был обнаружен в маше [21] — возможно, вследствие очень низкой концентрации его в клетках растения. Другой нуклеотид, УДФ-D-глюкоза, служит исходным веществом при образовании ряда метаболически активных сахаров, таких, как крахмал, сахароза и различные гликозиды. Соотношение скоростей образования и расходования этого нуклеотида позволяет легко его обнаружить.[ …]

Тщательно приготовленные альфа-целлюлозы из древесины лиственных пород не были полностью исследованы в отношении единиц присутствующих сахаров, за исключением глюкозы и ксилозы. Однако в отношении а-целлюлозы из осины было показано присутствие 2% маннана [78] и весьма вероятно, что а-целлюлозные фракции древесины других покрытосемянных также содержат незначительное количество вещества, образующего при гидролизе маннозу.[ …]

В разбавленных кислотах гидролиз целлюлозы идет гетерогенно. При температуре около 100 °С наблюдается быстрая начальная реакция гидролиза с быстрым падением степени полимеризации. Эта быстрая начальная реакция соответствует гидролизу аморфных участков целлюлозы, в которые кислота проникает легче. Такая легкогидролизуемая часть целлюлозы составляет обычно 10—12%. В результате разрушения этой части целлюлоза распадается на отдельные кристаллиты. При значительном повышении температуры (до 160—180 °С) скорость гидролиза возрастает и из целлюлозы может быть получена £)-глюкоза.[ …]

Химический состав а-, р-, у-фракций целлюлозы зависит от породы древесины, от расположения гемицеллюлоз в клеточных стенках, от способа получения целлюлозы [11]. Полагают, что в сульфитных целлюлозах гемицеллюлозы находятся в наружных слоях клеточной стенки волокон, а в сульфатных — они распределены по всей клеточной стенке, С помощью хроматографии на бумаге и других методов исследования показано [11, 12], что наибольшую часть гидролизата а-целлюлозы как беленых, так и небеленых целлюлоз составляет/)-глюкоза. В небольших количествах были найдены /)-ксилоза и £)-манноза. р-Целлюлоза отличается от а-целлюлозы несколько более высоким содержанием полисахаридов неглюкозного характера. В гидролизатах у-цел-люлозы в основном были найдены Д-ксилоза и /)-манноза.[ …]

Процессы образования микрофибрилл целлюлозы (и вообще биосинтеза целлюлозы) могут протекать внутри или вне клеток. Внутриклеточные процессы являются в полной мере биохимическими и включают серию сложных превращений, в результате которых продукты жизнедеятельности клеток (растений, животных, микроорганизмов) превращаются в активированную форму глюкозы, после чего глюкоза может войти в состав инертной, нерастворимой, устойчивой микрофибриллы. Насколько известно, все эти процессы происходят внутри клетки пли в мембране ее цитоплазмы; они подробно описаны в предыдущем разделе. Однако имеются данные, показывающие, что в действительности включение остатков глюкозы в микрофибриллу происходит вне мембраны цитоплазмы. Следовательно, эти процессы, как биохимические, так и физические, протекают вне клетки и ниже будут рассмотрены только такие процессы.[ …]

Однако вопрос о наличии в древесных целлюлозах альфа-целлюлозной фракции, химически тождественной целлюлозе из хлопка, остается открытым. В древесине наряду с длинными цепями, состоящими только из глюкозных единиц, связанных [3-глюкозидно через положения 1 и 4, могут быть и смешанные цепи, похожие, но не идентичные с ними по своему строению. В смешанных цепях встречаются сахарные единицы иные, чем глюкоза. Можно предположить также, хотя это и менее вероятно, что в структуре древесной целлюлозы имеется небольшое количество целлюлозных цепей, состоящих полностью из неглюкозных единиц. Хейзер и Бедекер [60] первыми выработали экспериментальные методы, чтобы доказать, что древесная и хлопковая целлюлозы могут быть идентичны. Остаток при гидролизе соляной кислотой давал 94,2% глюкозы, что хорошо совпадало с результатами гидролиза остатка, получаемого из хлопка. При исследовании хода процесса гидролиза целлюлоз поляриметрическим методом или с применением раствора Фелинга были получены практически одинаковые кривые гидролиз — время для хлопковой и древесной целлюлозы. Хейзер и Айяр [61 ], применяя метод Ирвина и Херста [62], получили из тщательно очищенной еловой целлюлозы триацетат и воздействием метанола и хлористого водорода превратили его в ме-тилглюкозид. Результаты полностью совпадали с результатами, полученными при опытах с хлопковой целлюлозой. Хейзер и Айяр также гидролизовали хлопковую и древесную целлюлозу методом Монье-Вильямса и получили из одной и другой очень близкие выходы.[ …]

В ИК-спектрах 3,6-ангидропроизводных целлюлозы обнаружены полосы поглощения 810, 850 и 920 см 1, характерные для тетрагидрофурановых циклов [76]. При разделении методом бумажной хроматографии смесей сахаров, полученных при гидролизе 3,6-ангидроцеллюлозы, синтезированной по уравнениям (IV.68) и ( .69), были идентифицированы 3,6-ангидроглюкоза (выход 48—66 мол.%) и глюкоза (выход 35—45 мол.%). Эти результаты указывают на практически количественное превращение звеньев 6-О-тозилглюкозы в звенья 3,6-ангидроглюкозы. Результаты, полученные при периодатном окислении 3,6-ангидропроизводных целлюлозы, согласуются с данными количественной хроматографии.[ …]

Термин «химически модифицированная целлюлоза» показывает, что целлюлоза под влиянием кислот или окислительных агентов претерпела изменения настолько, что это привело к уменьшению механической прочности, хотя и не вызвало видимого разрушения волокна [1]. Этот термин показывает, что в целлюлозе не происходят изменения чисто физических свойств (например, набухание в воде), химических свойств, приводящих к образованию производных целлюлозы, например ацетатов или нитратов, а также отсутствует жесткий кислотный гидролиз с постепенным образованием частично растворимых неволокнистых смесей целлодекстрина, кристаллических олигосахаридов и, наконец, глюкозы. Деградация до глюкозы, иногда смешанной с небольшими количествами других редуцирующих сахаров, была осуществлена в промышленности под названием процесса осахаривания или гидролиза древесины (глава XXI).[ …]

Из 100 кг вырабатываемой из древесины целлюлозы присоединением к ней воды можно получить 111 кг глюкозы. Еще до второй мировой войны глюкоза употреблялась в армиях при больших переходах войск, а теперь медицина широко применяет се для вливания в кровь в целях поддержания и восстановления сил больных.[ …]

Попутно отметим, что в составе клетчатки (целлюлозы) многочисленные молекулы глюкозы связаны иным образом, чем в крахмале, и эти связи не разрушаются аминолитическими ферментами, которые гидролизуют крахмал. В связи с этим травоядные животные в подавляющем большинстве могут переваривать клетчатку только с помощью симбиотических бактерий со специфическими функциями. Для этих целей у некоторых травоядных возникли физиологические адаптации пищеварительного тракта в виде специального отдела желудка — сычуги (требухи), в которой собственно и обитают симбиотические бактерии.[ …]

Концевое элементарное звено макромолекулы целлюлозы, содержащее восстанавливающую группу, можно рассматривать как молекулу глюкозы, в которой водород гидроксильной группы у С(4) замещен на остаток макромолекулы целлюлозы. С этой точки зрения щелочная деполимеризация целлюлозы протекает по тому же механизму, что и отщепление (3-алкоксикарбонила. Механизм этой реакции был предложен Небелом [4] и затем подтвержден при исследовании механизма щелочной деструкции других 4-О-за-мещенных производных глюкозы, таких, как 4-О-метил-О-глюкоза [7] и мальтоза [8]. Механизм деполимеризации целлюлозы был впервые установлен при изучении деструкции таких простых модельных соединений [9, 10]. Деполимеризация и стабилизация целлюлозы при щелочной деструкции протекает преимущественно по механизму, приведенному на стр. 322, и подтверждается выделением промежуточного соединения 3. Концевое элементарное звено превращается в основном в Б-глюкоизосахариновую кислоту. При высокой температуре состав растворимых продуктов становится очень сложным, увеличивается количество других кислот, особенно муравьиной [9, 10, 12]. Механизм образования муравьиной кислоты не ясен до настоящего времени, но возможно, что она получается, по крайней мере частично, при различных процессах деструкции промежуточного соединения 3 [11]. Состав продуктов реакции упрощается в присутствии иона кальция, который катализирует превращение соединения 3 в соединение 5 [11].[ …]

В условиях гидролиза происходит разложение целлюлозы и гемицеллюлоз с образованием через промежуточные соединения простейших сахаров — моноз (гидролизный сахар). Одновременно происходит и частичный распад моноз с образованием органических кислот, фурфурола и ряда других веществ. Продукты промышленных гидролизных производств, основанных на использовании отходов растительного непищевого сырья, представляют собой растворы моносахаридов (пентоз и гексоз, в том числе глюкозы), называемые гидролизатами, твердый остаток — гидролизный лигнин и летучие вещества (органические кислоты, спирты). Химический состав подвергаемых гидролизу отходов растительного сырья, а также способ осуществления процесса гидролиза определяют преобладание в гидролизном сахаре тех или иных моносахаридов.[ …]

Спурлин [21 ] предложил изучать простые эфиры целлюлозы различными методами гидролиза их до глюкозы и простых эфиров глюкозы, осуществляя фракционирование и идентификацию их с помощью хроматографии.[ …]

Пикте и Саразин [1] осуществили сухую перегонку целлюлозы в вакууме. Кроме газообразных и летучих продуктов, они иолу-чили маслообразный вязкий остаток, из которого выделили твердое вещество в количестве 45% от веса исходной целлюлозы. Авторы назвали это вещество левоглюкозаном (1) на основании характера его оптического вращения и способности быстро гидролизоваться до глюкозы.[ …]

Дополнительные подтверждения идентичности целлюлозы А. хуИпит и растительной целлюлозы были получены при исследовании их методом рентгеноскопии [5]. Целлюлозы мембран А. хуИпит, образованные из О-глюкозы, О-фруктозы, О-галактозы, глицерина и маннита, и хлопковая целлюлоза дают сходные рентгенограммы.[ …]

Крупные молекулы веществ, нерастворимых в воде (целлюлоза, крахмал, белки), превращаются вне клетки под влиянием гидролитических ферментов в низкомолекулярные соединения, хорошо растворимые в воде. Например, целлюлоза и крахмал превращаются в глюкозу, белки — в аминокислоты, пластмассы и смолы — в их мономерные компоненты, иначе говоря, полимеры, природные и синтетические, превращаются в мономеры.[ …]

Перенос Б-глюкозного остатка от нуклеозиддифосфат-О-глюкозы на глюколииид происходит вблизи мембраны или па мембране цитоплазмы, затем О-глюкоза, соединенная с липидным компонентом, мигрирует за пределы клетки. В этом процессе липидный компонент осуществляет транспортную функцию, делая возможным проникновение глюкозы из клетки во внешнюю сферу, где глюкоза иолимеризуется с образованием целлюлозы.[ …]

Одной из важнейших реакций с точки зрения состава целлюлозы является реакция, включающая в себя ацетолиз, при котором уксусный ангидрид играет такую же роль, как вода при гидролизе, и в то же время влияет на ацилирование фрагментов целлюлозы. Последний восстанавливает раствор Фелинга и гидролизуется кислотой с образованием двух молей глюкозы. Подобный гидролиз производится также эмульсином, что характеризует дисахарид, как ¡3-глюкозид.[ …]

Безводная фтористоводородная кислота растворяет целлюлозу и гидролизует ее до глюкозы. Эта реакция также используется для количественного определения лигнина. Впервые этот метод был предложен Клаттом [9], а затем модифицирован Вихертом [10].[ …]

Полученные им данные подтверждают, что в результате жизнедеятельности клеток A. xylinum происходит превращение экзогенного субстрата в целлюлозу и двуокись углерода, причем исходным веществом для синтеза целлюлозы, вероятно, является фосфат гексозы. Глязер [9] впервые осуществил биосинтез целлюлозы в бесклеточной системе из A. xylinum. Нерастворимый фермент, осажденный центрифугированием (lOOOOOg), катализировал перенос остатков D-глюкозы от УДФ-D-глюкозы, меченной изотопом 14С. В результате образовывался радиоактивный полисахарид, нерастворимый в воде и щелочи. Методом ферментативного гидролиза в присутствии целлюлазы Myrotheciurn verrucaria, а также методом частичного кислотного гидролиза и выделения целлобиозы, обладавшей постоянной радиоактивностью, было установлено, что синтезированный полисахарид является целлюлозой. Образованию нерастворимой целлюлозы способствовало добавление высокомолекулярных, растворимых целлодекстринов. Ферменты, ответственные за синтез целлюлозы, были отделены от ферментов, катализирующих образование УДФ-Б-глюкозы из a-D-глюкозо-1 -фосфата. Однако содержание в целлюлозе радиоактивной глюкозы составляло только 1—2% того количества, которое содержится в образующейся целлюлозе, когда субстратом является УДФ-0-глюкоза-14С. При использовании УДФ—глюкозы-иС в целлюлозе содержалось приблизительно такое же количество радиоактивной глюкозы, как и в целлюлозе, синтезировапиой Глязером. Барбер также установил, что донором D-глюкозы-НС при биосинтезе целлюлозы может служить и ТДФ-0-глюкоза-14С, но она менее активна, чем УДФ-0-глкжоза-14С. Целлюлоза не образовалась, когда в качестве субстрата применили другие нуклеотиды.[ …]

Нет хорошо выраженной границы между гемицеллюлозами и целлюлозой. Часть гемицеллюлоз, находясь в толще трудногидролизуемой целлюлозы, гидролизуется одновременно с ней. Аморфная фракция целлюлозы гидролизуется также легко, как и основная масса гемицеллюлоз. По этой причине при гидролизе гемицеллюлоз разбавленными кислотами часть глюкозы образуется из целлюлозы.[ …]

Производство пищевой или медицинской кристаллической глюкозы из одревесневших клеточных стенок растений основано на гидролизе содержащейся в них целлюлозы до глюкозы с последующим выделением ее из полученного гидролизата в кристаллическом виде.[ …]

Механизм щелочного распада макромолекул гемицеллюлоз, как и целлюлозы, еще недостаточно изучен. Предполагается, что одной из ведущих реакций этого процесса является постепенное изменение и отщепление (отслаивание) концевого редуцирующего остатка углеводной цепи. Схема этого процесса приведена на примере изменений концевого редуцирующего остатка глюкозы в макромолекуле целлюлозы [24].[ …]

При температуре выше точки плавления моносахаридов, таких, как глюкоза, происходит их поликонденсация с образованием большого числа олигомеров н полимеров [124—128]. Добавки неорганических веществ катализируют как реакцию поликонденсации, так и реакцию последующего разложения [125, 129]. Продукты поликонденсации являются основным источником выделяющихся при деструкции летучих веществ. При 300 °С целлюлоза разлагается, образуя минимум 56 различных соединений, основным из которых является 1,4: 1,3-диангидро-0-глюкопираноза [130]. Было высказано предположение, что термическое разложение целлюлозы до левоглюкозана протекает через промежуточное соединение — глюкозу.[ …]

Глюкоманнан из хвойной древесины содержит на три остатка маннозы один остаток глюкозы. При выходе еловой целлюлозы 47% (см. рис. 44) на 1 т древесины образуется 64 кг маннозы и одновременно должно образоваться около 16 кг глюкозы. Фактически в этих условиях глюкозы и галактозы находят около 27 кг. Если исключить из этого количества 7—9 кг галактозы, остается свободной глюкозы около 21 кг. На глюкозу из крахмала и целлюлозы остается около 5 кг. Не менее половины этого количества падает на крахмал. Это указывает на то, что целлюлоза в описанных условиях подвергается гидролизу в незначительных количествах.[ …]

Заслуживает внимания спектрофотометрический метод определения растворимости целлюлозы в щелочи [23, 2,4], особенно для целлюлоз с низкой растворимостью. Метод основан на определении ионов хрома с помощью спектрофотометра при длине волны около 600 ммк, с последующим расчетом по калибровочным кривым содержания фрадций, перешедших в раствор. Калибровочные кривые строят по простым сахарам, как правило, по глюкозе, либо по глюкозе и ксилозе. Спектрофотометрический метод имеет хорошую воспроизводимость; он относительно прост, быстр по выполнению и может применяться для очень маленьких образцов с сохранением достаточной точности.[ …]

Р- (1 -> 3)-глюкана на эту затравку переносится, по-впдимому, большое число остатков глюкозы. Это было установлено при синтезе полисахарида из УДФ-О-глюкозы. В полученном полисахариде было приблизительно в 10 раз больше глюкозы, чем в исходном полисахариде, содержавшем затравку [19]. При синтезе р- (1 ->4)-глюкана, например целлюлозы, к затравке присоединяется, очевидно, гораздо меньшее число глюкозных остатков [20]. Эти данные согласуются с предположением, что ГДФ-О-глюкоза является наиболее важным нуклеотидом — предшественником полимера глюкозы, в котором элементарные звенья соединены р-(1 -> 4)-глюкозидными связями, т. е. целлюлозы. Как было указано выше, в результате гидролиза целлюлозы, выделенной из растительных тканей, наряду с основным продуктом—глюкозой — были получены и другие моносахариды. Однако накопленные к настоящему времени данные свидетельствуют о том, что основные фракции целлюлозы всех высших растений по составу идентичны хлопковой целлюлозе.[ …]

Вторым условием организации глюкозного производства является проведение гидролиза целлюлозы в условиях, обеспечивающих минимальный распад глюкозы с тем, чтобы продукты ее распада (левулиновая и муравьиная кислота, оксиметилфурфу-рол и гуминовые вещества) не загрязняли раствор.[ …]

Отщепление гидразиновых групп под действием окислителей дало возможность получить смешанный полисахарид, содержащий элементарные звенья глюкозы и 6-дезоксиглюкозы.[ …]

Изучение процессов включения в состав полисахаридов и последующего выделения из них радиоактивной глюкозы или сахарозы, протекающих в тканях корней пшеницы, также подтвердило [38] обратимость биосинтеза целлюлозы и присутствие в клетках корней активной целлюлазы (или целлюлаз), вызывающей деструкцию микрофибрилл после их образования. Эти данные опровергают ранее установившийся взгляд на целлюлозу, как на вещество инертное в процессах метаболизма. Полученные этими исследователями данные не позволяют, однако, сделать каких-либо других выводов, поскольку «не имеется достаточного количества сведений для объяснения механизма обмена».[ …]

Результаты исследовании, описанные в литературе, вкратце сводятся к следующему: при термической деструкции целлюлозы в интервале температур от 150 до 250 °С образуются промежуточные соединения, которые отличаются от целлюлозы по дальнейшему поведению при повышенных температурах и дают при нагревании больше кокса и меньше (или совсем не дают) левоглюкозана [24, 49]. Нагревание при различных температурах приводит к различным соотношениям летучих продуктов [18, 23] и разным отношениям ангидросахаров к остатку [140, 143] (обычно при изменении температуры изменяется лишь скорость реакции). Кроме того, различные значения скорости и энергии активации используют при исследовании процесса термического разложения при различных температурах и стадиях деструкции [23, 24, 99]. Наконец результаты исследований термодеструкции модельных соединений, таких, как глюкоза [131] и левоглюкозан [7, 18], показывают, что эти вещества не являются единственными промежуточными соединениями, образующимися при пиролизе целлюлозы.[ …]

Образующийся при этом продукт реакции представляет собой не гидратцеллюлозу, а смешанный полисахарид, содержащий элементарные звенья глюкозы и 3,6-ангидроглкжозы.[ …]

В последнее время была показана возможность синтеза полисахарида, содержащего тиольные группы у вторичных углеродных атомов, при взаимодействии 2,3-ангидропропзводных целлюлозы (см. ниже) с раствором сероводорода в метаноле [62].[ …]

В воде соединения брома являются гораздо более сильными окислителями, чем аналогичные соединения хлора, но последние представляют собой более активные галогенирующие агенты. Например, окисление целлюлозы бромноватистой кислотой происходит более быстро, чем хлорноватистой [33]. Окисление глюкозы в гликолевую кислоту с бромноватистой кислотой происходит в 1360 раз быстрее, чем с хлорноватистой [34]. Вследствие того, что эффективные окислительные потенциалы у бромных систем ниже, чем у аналогичных хлорных систем, относительная окислительная сила этих галогенидных соединений, измеренная их окислительными потенциалами, не является верным показателем их химической активности [35]. Аномальное поведение, когда соединения брома неожиданно дают более высокие скорости окисления, показывает, что на скорость окисления сильнее влияют такие факторы, как механизмы реакций, сила связей и стерические препятствия, чем окислительные потенциалы.[ …]

Четыре хорошо разрешенные полосы характерны для ОН-групп в упорядоченных, кристаллических областях. Это видно из сравнения полос, приведенных на рис. 1.39 со спектрами ряда кристаллических сахаров, от глюкозы до целлопентаозы (рис. 1.40). Четыре полосы целлопентаозы идентичны по частоте и характеру полосам целлюлозы [6]. Эти сахара полностью кристал-личны, и по данным рентгеноструктурного анализа элементарная ячейка и кристаллическая структура целлопентаозы такие же, как и у кристаллитов целлюлозы II, регенерированной из раствора ксантогената целлюлозы.[ …]

Углеводы являются важнейшим источником энергии в организме, которая освобождается в результате окислительно-восстановительных реакций. Установлено, что окисление 1 г углевода сопровождается образованием энергии в количестве 4,2 ккал. Целлюлоза не переваривается в желудочно-кишечном тракте позвоночных из-за отсутствия гидролизующего фермента. Она переваривается лишь в организме жвачных животных (крупный и мелкий рогатый скот, верблюды, жирафы и другие). Что касается крахмала и гликогена, то в желудочно-кишечном тракте млекопитающих они легко расщепляются ферментами-амилазами. Гликоген в же-лудочно-кишечном тракте расщепляется до глюкозы и некоторого количества мальтозы, но в клетках животных он расщепляется гликогенфосфорилазой с образованием глюкозо-1-фосфата. Наконец, углеводы служат своеобразным питательным резервом клеток, запасаясь в них в виде гликогена в клетках животных и крахмала в клетках растений.[ …]

Здесь Д 1800), но в реальном процессе — множество различных органических веществ, включающих и другие химические элементы. Их окисление дает энергию для различных физиологических и биохимических процессов. Количества поглощенной и выделенной энергии в описываемой реакции равны: Д(7, = ДНе » 478 кДж/моль. Общий множитель п определяет масштаб преобразований вещества и энергии в экосистеме. Прямая реакция полностью, а обратная на 80—90% обеспечиваются растениями. Остальное количество органического вещества потребляется гетеротрофными организмами — животными, грибами, бактериями — и расходуется в процессе их дыхания.[ …]

По предложенному Хегглундом [111] методу требуется образец в 1 г и только трехминутное .кипячение, в то время как по другому методу [112] при окончательном титровании вместо перманганата используется стандартный сульфат церия. Основательно изученный [113] метод Швальбе-Бреди удобен для определения медных чисел порядка 0,05 и менее, характерных для немодифицированной или очень незначительно модифицированной целлюлозы [13]. Медное число для глюкозы равно 300 [1], кипячение длится три часа; раствор содержит сульфат меди, карбонат и бикарбонат натрия. Когда все детали эксперимента строго стандартизируются, каждая модификация метода дает почти точно воспроизводимые результаты. Исключением являются некоторые гидроцеллюлозы, которые восстанавливаются очень сильно, что исключает возможность применения данного метода [ 117 . Различная техника определения дает медные числа, которые не только в некоторой степени отличаются друг от друга, но и не строго пропорциональны числу присутствующих редуцирующих групп [118]. Поэтому всегда должен быть точно указан тот или иной индивидуальный метод, который следует применять в данном случае для определения медных чисел.[ …]

Растительное сырье измельчают, смачивают разбавленными кислотами и нагревают острым паром до температуры 140—180°. В результате такой обработки пентозаны гидролизуются до пентоз, которые затем дегидратируются до фурфурола. Последний отгоняется с водяным паром и выделяется в чистом виде по описанной выше схеме. Твердый остаток растительного сырья, состоящий из лигнина и большой части целлюлозы (целлолигнин), подвергается гидролизу разбавленной серной кислотой, а образующийся гидролизат, состоящий главным образом из глюкозы, может быть использован, например, для производства кормовых дрожжей. Целлолигнин может быть использован также в виде сырья для производства волокнистых плит, древесного угля, активного угля, глюкозы или как топливо.[ …]

РАЗНИЦА МЕЖДУ ЦЕЛЛЮЛОЗОЙ, ГЛИКОГЕНОМ И ГЛЮКОЗОЙ | СРАВНИТЕ РАЗНИЦУ МЕЖДУ ПОХОЖИМИ ТЕРМИНАМИ — НАУКА

Целлюлоза против гликогена против глюкозы Глюкоза, целлюлоза и гликоген относятся к категории углеводов. Углеводы — это самый распространенный тип органических молекул на Земле. Они являются источник

Целлюлоза против гликогена против глюкозы

Глюкоза, целлюлоза и гликоген относятся к категории углеводов. Углеводы — это самый распространенный тип органических молекул на Земле. Они являются источником химической энергии для живых организмов. Не только это, они служат важными составляющими тканей. Углеводы снова можно разделить на три категории: моносахариды, дисахариды и полисахариды. Моносахариды — это простейший тип углеводов. Дисахарид — это комбинация двух моносахаридов. Когда десять или большее количество моносахаридов соединяются гликозидными связями, они известны как полисахариды.

Глюкоза

Глюкоза — это моносахарид, содержащий шесть атомов углерода и альдегидную группу. Следовательно, это гексоза и альдоза. Он имеет четыре гидроксильные группы и имеет следующую структуру.

Хотя она показана как линейная структура, глюкоза также может присутствовать в виде циклической структуры. Фактически, в растворе большинство молекул имеют циклическую структуру. Когда образуется циклическая структура, -ОН на углероде 5 превращается в эфирную связь, чтобы замкнуть кольцо с углеродом 1. Это образует шестичленную кольцевую структуру. Кольцо также называют полуацетальным кольцом из-за наличия углерода, который имеет как эфирный кислород, так и спиртовую группу. Из-за наличия свободной альдегидной группы уровень глюкозы может быть снижен. Таким образом, его называют редуцирующим сахаром. Кроме того, глюкоза также известна как декстроза, потому что она вращает плоско поляризованный свет вправо.

При солнечном свете в хлоропластах растений глюкоза синтезируется с использованием воды и углекислого газа. Эта глюкоза сохраняется и используется в качестве источника энергии. Животные и человек получают глюкозу из растительных источников. Уровень глюкозы в крови человека регулируется механизмом гомеостаза. В этом механизме участвуют гормоны инсулина и глюкагона. Когда в крови высокий уровень глюкозы, это называется диабетическим состоянием. Измерение уровня сахара в крови измеряет уровень глюкозы в крови. Существуют различные способы измерения уровня глюкозы в крови.

Гликоген

Гликоген — это полимер глюкозы, аналог крахмала, но более разветвленный и сложный, чем крахмал. Гликоген является основным запасающим полисахаридом в нашем организме, а также в некоторых микроорганизмах. В нашем организме он синтезируется и хранится в основном в печени. Когда в нашей крови высокий уровень глюкозы, эти молекулы глюкозы превращаются в гликоген, и этот процесс стимулируется гормоном гликогена. Когда уровень глюкозы в крови ниже стандартного значения, гликоген превращается обратно в глюкозу с помощью инсулина. Этот гликоген, гомеостаз глюкозы важен в нашем организме. Если есть нарушения в поддержании уровня гликогена, это может привести к диабету, гипогликемии. Гликоген имеет структуру, аналогичную амилопектину. Полимер гликогена имеет α (1 → 4) -гликозидные связи. В точках разветвления образуются 1,6-гликозидные связи.

Целлюлоза

Целлюлоза — это полисахарид, состоящий из глюкозы. Единицы глюкозы связаны вместе β (1 → 4) гликозидными связями. Целлюлоза не разветвляется, но из-за водородных связей между молекулами может образовывать очень жесткие волокна. Целлюлоза в изобилии содержится в клеточных стенках зеленых растений и водорослей. Следовательно, это самый распространенный углевод на земле. Целлюлоза используется для изготовления бумаги и других полезных производных. В дальнейшем он используется для производства биотоплива.

В чем разница между Целлюлоза, глюкоза и гликоген?

• Глюкоза — это моносахарид, но гликоген и целлюлоза — полисахариды. В целлюлозе β (1 → 4) гликозидные связи присутствуют между глюкозой, а в гликогене присутствуют α (1 → 4) -гликозидные связи.

• Целлюлоза — это полимер с прямой цепью, а гликоген — разветвленный. Глюкоза — это мономер.

• Из этих трех глюкоза имеет очень малую молекулярную массу.

• Гликоген — это форма хранения, а целлюлоза — составная часть клеток. Глюкоза — это форма, производящая энергию внутри клеток.

Сельскохозяйственные отходы превратили в уникальный вид целлюлозы

Бактериальная наноцеллюлоза (БНЦ) – это уникальный материал, обладающий несколькими преимуществами перед своим растительным аналогом (целлюлозой). В природе она образуется в процессе жизнедеятельности нескольких видов бактерий. Волокна бактериальной целлюлозы длиннее, шире и прочнее, чем волокна ее растительного аналога. В этой целлюлозе, в отличие от обычной, практически нет примесей, которые, как правило, негативно сказываются на ее прочностных и поглощающих свойствах.

Бактериальную наноцеллюлозу можно применять во многих областях, например, в медицине для создания искусственной кожи. Она играет активную роль в стимулировании регенеративных процессов, помогая заживлению ран. Уже сегодня ее применяют для создания новых материалов и нанокомпозитов. Благодаря большой площади поверхности и пористой структуре наноцеллюлоза также способна впитывать большое количество различных веществ, что может быть использовано в медицине для создания повязок. Высокая прочность бактериальной наноцеллюлозы позволяет использовать ее в качестве материала для 3D-печати некоторых видов человеческой ткани, например, хрящей.

Получить бактериальную целлюлозу непросто: для этого необходима питательная среда на основе глюкозы. Однако создать ее достаточно дорого.

Коллектив лаборатории биоконверсии ИПХЭТ СО РАН разработал новый метод получения питательной среды для синтеза бактериальной наноцеллюлозы. В качестве исходного сырья ученые предложили использовать шелуху овса и биомассу технического злака – мискантуса, что намного дешевле синтетической среды. Чтобы превратить исходное сырье в растворы сахара для получения наноцеллюлозы, ученые используют специальные ферменты (вещества, ускоряющие химические реакции). Ферменты не действуют непосредственно на сырье, потому что целлюлоза в природе образует монолитный композит с другими органическими веществами (гемицеллюлозами и лигнином). Чтобы разрушить этот композит и сделать целлюлозу доступной для действия ферментов, ученые использовали методы химической обработки: разбавленные растворы азотной кислоты и щелочи – гидроксида натрия. Оба этих вещества в малых концентрациях разрушают связи между основными компонентами природного композита, не воздействуя при этом на структуру молекул целлюлозы.

«Главная задача нашего проекта – разработка инженерных аспектов технологии получения БНЦ из непищевого сырья. Знание этих аспектов позволит создать технологию ее получения с заданными свойствами для конкретных приложений», – говорит старший научный сотрудник ИПХЭТ СО РАН Екатерина Кащеева.

В перспективе ученые планируют разработать фундаментальные основы технологии получения бактериальной наноцеллюлозы на непищевых питательных средах и предоставить лабораторный технологический регламент на процесс ее получения.

Углеводы: химические свойства, способы получения и строение

Теория по теме Углеводы. Краткие конспект по углеводам. Классификация углеводов, химические свойства углеводов, способы получения углеводов. Свойства и получение моносахаридов (глюкоза, фруктоза), олигосахаридов (сахароза и др.), полисахаридов.

Углеводы (сахара) – органические соединения, имеющие сходное строение, состав большинства которых отражает формула C_x(H₂O)_y, где x, y ≥ 3.

Исключение составляет дезоксирибоза, которая имеют формулу С₅Н₁₀O₄ (на один атом кислорода меньше, чем рибоза).

По числу структурных звеньев

Моносахариды — содержат одно структурное звено.
Олигосахариды — содержат от 2 до 10 структурных звеньев (дисахариды, трисахариды и др.).
Полисахариды — содержат n структурных звеньев.

Некоторые важнейшие углеводы:

Моносахариды

Дисахариды

Полисахариды

Глюкоза С₆Н₁₂О₆

Фруктоза С₆Н₁₂О₆

Рибоза С₅Н₁₀О₅

Дезоксирибоза С₅Н₁₀О₄

Сахароза С₁₂Н₂₂О₁₁

Лактоза С₁₂Н₂₂О₁₁

Мальтоза С₁₂Н₂₂О₁₁

Целлобиоза С₁₂Н₂₂О₁₁

Целлюлоза (С₆Н₁₀О₅)_n

Крахмал(С₆Н₁₀О₅)_n

По числу атомов углерода в молекуле

Пентозы — содержат 5 атомов углерода.
Гексозы — содержат 6 атомов углерода.
И т.д.

По размеру кольца в циклической форме молекулы

Пиранозы — образуют шестичленное кольцо.
Фуранозы — содержат пятичленное кольцо.

1. Горение

Все углеводы горят до углекислого газа и воды.

Например, при горении глюкозы образуются вода и углекислый газ

C₆H₁₂O₆ + 6O₂ → 6CO₂ + 6H₂O

2. Взаимодействие с концентрированной серной кислотой

Концентрированная серная кислота отнимает воду от углеводов, при этом образуется углерод С («обугливание») и вода.

Например, при действии концентрированной серной кислоты на глюкозу образуются углерод и вода

C₆H₁₂O₆ → 6C + 6H₂O

Моносахариды – гетерофункциональные соединения, в состав их молекул входит одна карбонильная группа (группа альдегида или кетона) и несколько гидроксильных.

Моносахариды являются структурными звеньями олигосахаридов и полисахаридов.

Важнейшие моносахариды

Название и формула	Глюкоза C₆H₁₂O₆	Фруктоза C₆H₁₂O₆	Рибоза C₅H₁₀O₅
Структурная формула
Классификация	гексоза альдоза в циклической форме – пираноза	гексоза кетоза в циклической форме — фураноза	пентоза альдоза в циклической форме – фураноза

Глюкоза – это альдегидоспирт (альдоза).

Она содержит шесть атомов углерода, одну альдегидную и пять гидроксогрупп.

Глюкоза существует в растворах не только в виде линейной, но и циклических формах (альфа и бета), которые являются пиранозными (содержат шесть звеньев):

α-глюкоза	β-глюкоза

Химические свойства глюкозы

Водный раствор глюкозы

В водном растворе глюкозы существует динамическое равновесие между двумя циклическими формами — α и β и линейной формой:

Качественная реакция на многоатомные спирты: реакция со свежеосажденным гидроксидом меди (II)

При взаимодействии свежеосажденного гидроксида меди (II) с глюкозой (и другими моносахаридами происходит растворение гидроксида с образованием комплекса синего цвета.

Реакции на карбонильную группу — CH=O

Глюкоза проявляет свойства, характерные для альдегидов.

Реакция «серебряного зеркала»

Реакция с гидроксидом меди (II) при нагревании. При взаимодействии глюкозы с гидроксидом меди (II) выпадает красно-кирпичный осадок оксида меди (I):

Окисление бромной водой. При окислении глюкозы бромной водой образуется глюконовая кислота:

Также глюкозу можно окислить хлором, бертолетовой солью, азотной кислотой.

Концентрированная азотная кислота окисляет не только альдегидную группу, но и гидроксогруппу на другом конце углеродной цепи.

Каталитическое гидрирование. При взаимодействии глюкозы с водородом происходит восстановление карбонильной группы до спиртового гидроксила, образуется шестиатомный спирт – сорбит:

Брожение глюкозы. Брожение — это биохимический процесс, основанный на окислительно-восстановительных превращениях органических соединений в анаэробных условиях.

Спиртовое брожение. При спиртовом брожении глюкозы образуются спирт и углекислый газ:

C₆H₁₂O₆ → 2C₂H₅OH + 2CO₂

Молочнокислое брожение. При молочнокислом брожении глюкозы образуется молочная кислота:

Маслянокислое брожение. При маслянокислом брожении глюкозы образуется масляная кислота (внезапно):

Образование эфиров глюкозы (характерно для циклической формы глюкозы).

Глюкоза способна образовывать простые и сложные эфиры.

Наиболее легко происходит замещение полуацетального (гликозидного) гидроксила.

Например, α-D-глюкоза взаимодействует с метанолом.

При этом образуется монометиловый эфир глюкозы (α-O-метил-D-глюкозид):

Простые эфиры глюкозы получили название гликозидов.

В более жестких условиях (например, с CH₃-I) возможно алкилирование и по другим оставшимся гидроксильным группам.

Моносахариды способны образовывать сложные эфиры как с минеральными, так и с карбоновыми кислотами.

Например, β-D-глюкоза реагирует с уксусным ангидридом в соотношении 1:5 с образованием пентаацетата глюкозы (β-пентаацетил-D-глюкозы):

Получение глюкозы

Гидролиз крахмала

В присутствии кислот крахмал гидролизуется:

(C₆H₁₀O₅)_n + nH₂O → nC₆H₁₂O₆

Синтез из формальдегида

Реакция была впервые изучена А.М. Бутлеровым. Синтез проходит в присутствии гидроксида кальция:

6CH₂=O_n → C₆H₁₂O₆

Фотосинтез

В растениях углеводы образуются в результате реакции фотосинтеза из CO₂ и Н₂О:

6CO₂ + 6H₂O → C₆H₁₂O₆ + 6O₂

Фруктоза — структурный изомер глюкозы. Это кетоноспирт (кетоза): она тоже может существовать в циклических формах (фуранозы).

Она содержит шесть атомов углерода, одну кетоновую группу и пять гидроксогрупп.

Фруктоза	α-D-фруктоза	β-D-фруктоза

Фруктоза – кристаллическое вещество, хорошо растворимое в воде, более сладкое, чем глюкоза.

В свободном виде содержится в мёде и фруктах.

Химические свойства фруктозы связаны с наличием кетонной и пяти гидроксильных групп.

При гидрировании фруктозы также получается сорбит.

Дисахариды – это углеводы, молекулы которых состоят из двух остатков моносахаридов, соединенных друг с другом за счет взаимодействия гидроксильных групп (двух полуацетальных или одной полуацетальной и одной спиртовой).

Сахароза (свекловичный или тростниковый сахар) С₁₂Н₂₂О₁₁

Молекула сахарозы состоит из остатков α-глюкозы и β-фруктозы, соединенных друг с другом:

В молекуле сахарозы гликозидный атом углерода глюкозы связан из-за образования кислородного мостика с фруктозой, поэтому сахароза не образует открытую (альдегидную) форму.

Поэтому сахароза не вступает в реакции альдегидной группы – с аммиачным раствором оксида серебра с гидроксидом меди при нагревании.

Такие дисахариды называют невосстанавливающими, т.е. не способными окисляться.

Сахароза подвергается гидролизу подкисленной водой. При этом образуются глюкоза и фруктоза:

C₁₂H₂₂O₁₁ + H₂O → C₆H₁₂O₆+ C₆H₁₂O₆

глюкоза фруктоза

Мальтоза С₁₂Н₂₂О₁₁

Это дисахарид, состоящий из двух остатков α-глюкозы, она является промежуточным веществом при гидролизе крахмала.

Мальтоза является восстанавливающим дисахаридом (одно из циклических звеньев может раскрываться в альдегидную группу) и вступает в реакции, характерные для альдегидов.

При гидролизе мальтозы образуется глюкоза.

C₁₂H₂₂O₁₁ + H₂O → 2C₆H₁₂O₆

Полисахариды — это природные высокомолекулярные углеводы, макромолекулы которых состоят из остатков моносахаридов.

Основные представители — крахмал и целлюлоза — построены из остатков одного моносахарида — глюкозы.

Крахмал и целлюлоза имеют одинаковую молекулярную формулу: (C₆H₁₀O₅)_n, но совершенно различные свойства.

Это объясняется особенностями их пространственного строения.

Крахмал состоит из остатков α-глюкозы, а целлюлоза – из β-глюкозы, которые являются пространственными изомерами и отличаются лишь положением одной гидроксильной группы:

Крахмал

Крахмалом называется полисахарид, построенный из остатков циклической α-глюкозы.

В его состав входят:

амилоза (внутренняя часть крахмального зерна) – 10-20%
амилопектин (оболочка крахмального зерна) – 80-90%

Цепь амилозы включает 200 — 1000 остатков α-глюкозы (средняя молекулярная масса 160 000) и имеет неразветвленное строение.

Амилопектин имеет разветвленное строение и гораздо большую молекулярную массу, чем амилоза.

Свойства крахмала

Гидролиз крахмала: при кипячении в кислой среде крахмал последовательно гидролизуется:

Крахмал не дает реакцию “серебряного зеркала” и не восстанавливает гидроксид меди (II).

Качественная реакция на крахмал: синее окрашивание с раствором йода.

Целлюлоза

Целлюлоза (клетчатка) – наиболее распространенный растительный полисахарид. Цепи целлюлозы построены из остатков β-глюкозы и имеют линейное строение.

Свойства целлюлозы

Образование сложных эфиров с азотной и уксусной кислотами.

Нитрование целлюлозы.

Так как в звене целлюлозы содержится 3 гидроксильные группы, то при нитровании целлюлозы избытком азотной кислоты возможно образование тринитрата целлюлозы, взрывчатого вещества пироксилина:

Ацилирование целлюлозы.

При действии на целлюлозу уксусного ангидрида (упрощённо-уксусной кислоты) происходит реакция этерификации, при этом возможно участие в реакции 1, 2 и 3 групп ОН.

Получается ацетат целлюлозы – ацетатное волокно.

Гидролиз целлюлозы.

Целлюлоза, подобно крахмалу, в кислой среде может гидролизоваться, в результате тоже получается глюкоза. Но процесс идёт гораздо труднее.

Тип реакции целлюлоза — глюкоза. Для глюкозы возможно взаимодействие с

Углеводы –природные вещества, большая часть

которых имеет состав, отвечающий формуле
Сm(h3O)n, где m> или = 3.
углеводы
моносаха
риды
Пентозы
С5Н10О5
Рибоза.
дисахариды
Гексозы
С6Н12О6
глюкоза,
фруктоза.
С12Н22О11
Лактоза,
сахароза,
мальтоза
полисаха
риды
(С6Н10О5)n
крахмал,
гликоген,
целлюлоза

Структурные формулы молекул — моносахариды:

Рибоза
Глюкоза
Фруктоза

Структурные формулы молекул — дисахариды:

Сахароза
(глюкоза и фруктоза)
Мальтоза
(D -глюкоза и D-глюкоза)
Лактоза
(глюкоза и галактоза)

Структурные формулы молекул — полисахариды:

Целлюлоза
(остатки D- глюкозы)
крахмал

Изомерия.

Глюкоза (1) и фруктоза (2)
являются
структурными изомерами
(межклассовая изомерия
альдегидов и кетонов).
Глюкоза существует в форме
двух оптических изомеров:

Изомерия

Формуле С6Н12О6 только в открытой форме (без учета
циклических структур) соответствуют 24 изомера
(структурных и пространственных).

В растворах моносахаридов формы открытой цепной (оксоформе) и циклической (полуацетальной) находятся в равновесии

друг с другом. В водном растворе глюкозы существуют
следующие структуры:
Подобное динамическое равновесие структурных изомеров
называется таутомерией. Данный случай относится к циклоцепной таутомерии моносахаридов.
Мальтоза (солодовый сахар) способна к таутомерии, так как для
образования эфирной связи использован только один из
глюкозидных гидроксилов, и, следовательно, содержит в
скрытой форме альдегидную группу.

Физические свойства

1. моносахариды-бесцветные кристаллические
вещества, сладкие на вкус, хорошо
растворимые в воде, растворы не проводят
электрический ток, нерастворимы в эфире,
плохо растворимы в спирте.
2. дисахариды-бесцветные кристаллы, сладкие
на вкус, хорошо растворимые в воде,
растворы не проводят электрический ток.
3. полисахариды: крахмал-белый порошок,
нерастворимый в холодной воде, в горячей он
постепенно набухает. Целлюлоза-белый
порошок, нерастворимый в воде.

Химические свойства –моносахара.

Глюкоза — альдегидоспирт.
По гидроксогруппе, реагирует как многоатомный спирт, – с
гидроксидом меди (II) (без нагревания) характерное синее
окрашивание.
По альдегидной группе, реагирует как альдегид:
с раствором оксида серебра (реакция серебряного зеркала) и с
гидроксидом меди (II) при нагревании (красное окрашивание)образуется глюконовая кислота. По схеме:
С6Н12О6 + [O] СН2ОН-СНОН-СНОН-СНОН-СНОН-СООН
Восстановление глюкозы дает шестиатомный спирт сорбит. В
качестве восстановителя применяют амальгама натрия, водород
в присутствии никеля.
С6Н12О6 + h3 (Ni) C6Н14О6
Горение: С6Н12О6 + 6О2 6СО2 + 6Н2О.

Реакции брожения глюкозы и фруктозы:

1. Спиртовое брожение:
С6h22O6(дрожжи) 2C2H5OH +2CO2
2. Молочнокислое брожение:
С6h22O6(бактерии) 2Ch4-CH(OH)-COOH
3. Маслянокислое брожение:
С6h22O6 C3H7COOH + 2CO2 +2h3
4. Лимоннокислое брожение:
С6h22O6 + [O](ферменты)
HOOCCh3-C(COOH)(OH)-Ch3COOH

Получение глюкозы

1. Гидролиз крахмала и целлюлозы:
А) под действием минеральных кислот
(C6h20O5)n + n-1h3O nC6h22O6
Б) ферментативный гидролиз
Крахмал(ферменты) — глюкоза;
Целлюлоза(ферменты) –глюкоза.
2. Фотосинтез: 6СО2+6Н2О=С6Н12О6+6О2

Химические свойства дисахаридов

1. Гидролиз дисахаридов в кислой среде или
под действием ферментов:
Сахароза + вода = фруктоза и глюкоза
С12Н22О11 + Н2О C6h22O6+C6h22O6
Восстанавливающие дисахара (с гликозидным
гидроксилом-мальтоза, целлобиоза, лактоза)
реагируют с аммиачным раствором оксида серебра
и восстанавливают гидроксид меди (II) до оксида
меди (I).

Свойства полисахаридов:

1. При нагревании в кислой среде идет реакция
гидролиза с образованием конечного продукта
–глюкозы.(С6h20O5)n + nh3O(t,H*) nC6h22O6
2. Целлюлоза взаимодействует с азотной кислотой
с образованием сложных эфиров:
(C6H7O2(OH)3)n+3nHNO3(h3SO4)
(C6H7O2(ONO2)3)n+3nh3O
3. Целлюлоза взаимодействует с уксусной
кислотой с образованием сложного эфира
триацетата:
(C6H7O2(OH)3)n+3nСh4COOH(h3SO4)
(C6H7O2(OCOCh4)3)n+3nh3O

Задание:

1 Напишите уравнения по схеме:
крахмал-глюкоза- этиловый спирт- этанальуксусная кислота-триацетат целлюлозы.
Оксид углерода (IV)-крахмал-глюкозамолочная кислота.
Целлюлоза-глюкоза-оксид углерода (IV)глюкоза-молочная кислота.
Крахмал — мальтоза-глюкоза- этиловый спирт
— уксусноэтиловый эфир-ацетат натрия.

Сахароза взаимодействует с веществами:

1)
2)
3)
4)
5)
6)
Вода
Гидроксид кальция
Углекислый газ
Оксид серебра
Уксусный ангидрид
Сульфат натрия
Ответ: 1,2,4.

Фруктозу характеризуют следующие признаки:

1) Отсутствие таутомерии
2) Наличие кетоногруппы
3) Взаимодействие с глюкозой
4) Наличие альдегидной группы
5) Не взаимодействует с водородом
6) Взаимодействует с метанолом.
Ответ: 2,3,6

Для глюкозы возможно взаимодействие с:

1) Ch4COOH
2) h3SO4 (конц)
3) Cu(OH)2
4) (Ch4)2O
5) Fe
6) h3O
Ответ: 1,2,3

В отличие от сахарозы, рибоза:

1)
2)
3)
4)
Реагирует с кислородом.

Восстанавливается водородом.

серебра.
5) Реагирует с уксусным альдегидом.
6) Окисляется гидроксидом меди (II).
Ответ: 3,4,6

1.
2.
3.
4.
Реагирует с кислородом.
Реагирует с серной кислотой (конц).
Восстанавливается водородом.
Окисляется аммиачным раствором
серебра.
5. Реагирует с сульфатом натрия.
6. Окисляется гидроксидом меди (II).
Ответ: 3,4,6

Электролитами не являются:

1) глюкоза, метанол, глицерин
2) Этанол, хлорид кальция, сульфат бария
3) Ацетат натрия, гидроксид натрия, бензоат
натрия
4) Сульфат цинка, сахароза, муравьиная
кислота.
Ответ: 1

Для крахмала и целлюлозы верны следующие суждения:

1. Имеют общую формулу (С6Н10О5)n.
2. Имеют одинаковую степень
полимеризации.
3. Являются природными полимерами.
4. Вступают в реакцию «серебряного
зеркала».
5. Не подвергаются гидролизу.
6. Состоят из остатков молекул глюкозы.
Ответ: 1,3,6

И глюкоза и целлюлоза реагируют:

1. с водородом.
2. С сульфатом меди (II).
3. Уксусной кислотой.
4. Гидроксидом железа (III).
5. Азотной кислотой.
6. Кислородом.
Ответ: 3,5,6

Глюкоза взаимодействует с:

1. Карбонатом кальция.
2. Гидроксидом меди (II).
3. Водородом.
4. Сульфатом натрия.
5. аммиачным раствором серебра.
6. Водой.
Ответ: 2,3,5

Группа –ОН содержит каждое из веществ:

1)
2)
3)
4)
Глюкоза и фенол
Фенол и толуол
Толуол и этанол
этанол и стирол
Ответ: 1

Глюкоза реагирует с:

1) Этаном
2) Водородом
3) Гидроксидом меди (II)
4) Оксидом углерода(IV)
5) Серной кислотой (конц)
6) Сульфатом меди (II).
Ответ: 2,3,5

Сахароза относится к:

1)
2)
3)
4)
Моносахаридам
Полисахаридам
Дисахаридам
Гексозам.
Ответ: 3

Все углеводы:

1)
2)
3)
4)
Сладкие на вкус
Растворяются во воде
Являются электролитами
Твердые вещества
Ответ: 4

В реакцию «серебряного зеркала» вступает каждое из двух веществ:

1)
2)
3)
4)
Этановая кислота и этанол
Глюкоза и метаналь
Этин и этандиол-1,2
Метановая кислота и сахароза.
Ответ: 2

А. К полисахаридам относятся целлюлоза и
крахмал.
Б. Глюкоза – типичный представитель гексоз.
1)Верно только А
2)Верно только Б
3)Верны оба суждения
4)Оба суждения неверны.
Ответ: 3

При окислении глюкозы образуется:

1)
2)
3)
4)
Сорбит
Сахароза
Глицерин
Глюконовая кислота.
Ответ: 4

Верны ли следующие суждения об углеводах:

А. Глюкоза, в отличие от фруктозы, дает
реакцию серебряного зеркала.
Б. Сахароза относится к моносахаридам.
1) Верно только А
2)Верно только Б
3)Верны оба суждения
4)Оба суждения неверны.
Ответ: 1

Природным полимером является:

1) полиэтилен.
2) Поливинилхлорид
3) Крахмал
4) Полистирол
Ответ:3

Глюкоза взаимодействует с:

1)
2)
3)
4)
5)
6)
Карбонатом кальция
Гидроксидом меди(II)
Водородом
Сульфатом натрия
Аммиачным раствором оксида серебра (I)
Водой
Ответ: 2,3,5

Гидролизу не подвергается:

1)
2)
3)
4)
Крахмал
Целлюлоза
Глюкоза
Сахароза.
Ответ: 3

В отличие от сахарозы, глюкоза:

1)
2)
3)
4)
Реагирует с кислородом
Реагирует с серной кислотой (конц)
Восстанавливается водородом
Окисляется аммиачным раствором оксида
серебра
5) Реагирует с уксусной кислотой
6) Окисляется гидроксидом меди (II)
Ответ: 3,4,6

Верны ли следующие суждения об углеводах?

А. Глюкоза взаимодействует с гидроксидом
меди (II).
Б. Для целлюлозы возможно образование
ацетатов.
1)Верно только А
2)Верно только Б
3)Верны оба суждения
4)Оба суждения неверны.
Ответ: 3

Целлюло́за — (C 6 H 10 O 5)n, твердое белое стойкое вещество, которое не разрушается при нагревании до двухсот градусов Цельсия, нерастворимо в воде, молекула целлюлозы имеет линейное строение, ее структурная единица — остаток β-глюкозы [С 6 Н 7 О 2 (OH) 3 ]n. Это полисахарид, являющийся главной составной частью клеточных оболочек всех высших растений.

Целлюлоза представляет собой длинные нити, которые содержат от 300 до 10 000 остатков глюкозы, без боковых ответвлений. Нити соединяются между собой большим количеством водородных связей, которые придают целлюлозе механическую прочность на фоне сохранения эластичности.

Целлюлоза состоит из остатков молекул глюкозы, в свою очередь образуется при гидролизе целлюлозы:

(C 6 H 10 O 5)n + nH 2 O = nC 6 H 12 O 6

Серная кислота и йод, вследствие гидролиза, окрашивают целлюлозу в синий цвет, а йод — только в коричневый.

Применение целлюлозы

В промышленности целлюлозу получают на целлюлозных заводах методом варки щепы. Различают кислые и щелочные способы варки целлюлозы исходя из типа применяемых реагентов.

Сульфитный. Используется для получения целлюлозы из малосмолистых пород древесины (ели, пихты). Раствор для варки включает сернистую кислоту и её соль — гидросульфит натрия.

Натронный. Используется для получения целлюлозы из однолетних растений и лиственных пород древесины. В качестве реагента применяется гидроксид натрия. Метод используется крайне редко из-за высокой стоимости получаемой целлюлозы. Его достоинство – отсутствие неприятного запаха сернистых соединений.

Сульфатный. Самый распространенный метод на сегодняшний день, т.к. пригоден для получения целлюлозы из любого вида растительного сырья. Варочный раствор содержит гидроксид и сульфид натрия, и называется белым щёлоком. Существенный недостаток метода — выделение большого количества дурно пахнущих сернистых соединений.

Целлюлозу используют для получения искусственных волокон (вискозных, ацетатных, медно-аммиачного шёлка, искусственной шерсти). Хлопок, который на 99,5 % состоит из целлюлозы, используется для изготовления тканей. Древесную целлюлозу используют в производстве бумаги, пластмасс, фото-и кинопленок, бездымного пороха, лаков и т. д.

Глюкоза и ее свойства

Глюко́за (C 6 H 12 O 6), или декстроза или виноградный сахар содержится во многих фруктах и ягодах, например в винограде, откуда произошло название этого вида сахара. Глюкоза — это шестиатомный сахар (гексоза), кристаллическое бесцветное вещество, сладкое на вкус, растворяется в воде и органических растворителях, в концентрированных растворах хлорида цинка и серной кислоты.

Глюкоза является результатом гидролиза большинства дисахаридов и полисахаридов.

Образуют растения в результате фотосинтеза. В промышленных условиях ее получают путем гидролиза крахмала.

Глюкоза легко окисляется и способна восстанавливаться в сорбит, являющийся шестиатомным спиртом и восстанавливать серебро из аммиачного раствора оксида серебра и медь(II) до меди(I). Проявляет свои восстановительные свойства в реакции растворов глюкозы с сульфатом меди и гидроксидом натрия. В процессе нагревания смесь реагирует с обесцвечением (сульфат меди сине-голубой) и образованием красного осадка оксида меди(I).

Глюкоза — универсальный источник энергии в организмах людей и животных, обеспечивающий протекание метаболических процессов. Глюкоза активно участвует в образовании гликогена, необходимого для питания тканей мозга и работающих мышц.

— универсальное антитоксическое средство, его используют внутривенно при интоксикации (например, пищевом отравлении или инфекции). Используется эндокринологами при определении наличия и типа сахарного диабета у человека.

Это дисахарид, состоящий из двух остатков α-глюкозы , она является промежуточным веществом при гидролизе крахмала.

остаток остаток

α-глюкозы α-глюкозы

Мальтоза – является восстанавливающим дисахаридом и вступает в реакции, характерные для альдегидов.

К восстанавливающим сахаром относятся также целлобиоза

и лактоза

Эти дисахариды так же могут гидролизоваться.

Полисахариды.

Полисахариды — это природные высокомолекулярные углеводы, макромолекулы которых состоят из остатков моносахаридов.

Основные представители — крахмал и целлюлоза — построены из остатков одного моносахарида — глюкозы. Крахмал и целлюлоза имеют одинаковую молекулярную формулу (C 6 H 10 O 5) n , но совершенно различные свойства. Это объясняется особенностями их пространственного строения.

Крахмал.

Крахмалом называется смесь двух полисахаридов, построенных из остатков циклической α-глюкозы.

В его состав входят:

амилоза (внутренняя часть крахмального зерна) – 10-20%

амилопектин (оболочка крахмального зерна) – 80-90%

Цепь амилозы включает 200-1000 остатков α-глюкозы (средняя Mr=160 000) и имеет неразветвленное строение.

Макромолекула амилозы представляет собой спираль, каждый виток которой состоит из 6 звеньев α-глюкозы.

Свойства крахмала:

1. Гидролиз крахмала : при кипячении в кислой среде крахмал последовательно гидролизуется.

2. Крахмал не дает реакцию “серебряного зеркала” и не восстанавливает гидроксид меди (II).

3. Качественная реакция на крахмал: синее окрашивание с раствором йода.

Получение

Получают крахмал из природных крахмалосодержащих продуктов, чаще всего картофеля и кукурузы. Он широко используется в качестве продукта питания, а также как сырье для производства глюкозы и этилового спирта.

Целлюлоза

Молекулярная масса целлюлозы – от 400 000 до 2 млн.

Свойства целлюлозы.

1. Горение

(С 6 Н 10 О 5) n + О 2  CO 2 + Н 2 О

Без доступа кислорода – до угля и воды

(С 6 Н 10 О 5) n  C + Н 2 О

2. С йодом целлюлоза сине-фиолетовое окрашивание не дает.

3. Образование сложных эфиров с азотной и уксусной кислотами.

а) нитрование целлюлозы. Т.к. в звене целлюлозы содержится 3 гидроксильные группы, то при нитровании избытком азотной кислоты возможно образование тринитрата целлюлозы, взрывчатого вещества пироксилина:

(С 6 Н 7 О 2 (ОН) 3) n + 3n HNO 3  3nH 2 O + (С 6 Н 7 О 2 (О NO 2 ) 3 ) n

целлюлоза тринитрат целлюлозы

(пироксилин)

б) ацилирование целлюлозы. При действии на целлюлозу уксусного ангидрида происходит реакция этерификации, при этом возможно участие в реакции 1, 2 и 3 групп ОН. Получается ацетат целлюлозы – ацетатное волокно.

(С 6 Н 7 О 2 (ОН) 3) n +3n(СН 3 СО) 2 О 3nСН 3 -СООН + (С 6 Н 7 О 2 (О СОСН 3 ) 3 ) n

целлюлоза уксусный ангидрид уксусная кислота триацетат целлюлозы

Из бактериальной целлюлозы сделали разлагающиеся в почве соломинки

Yang et al. / Advanced Functional Materials, 2022

Китайские материаловеды сделали из бактериальной целлюлозы и альгината водостойкие трубочки для напитков. Трубочки выдерживают нагрев до 95 градусов Цельсия и нагрузку в 420 мегапаскалей, а в почве полностью разлагаются всего за 45 дней. Результаты исследования опубликованы в журнале Advanced Functional Materials.

Ученые активно ищут перерабатываемые материалы, которые смогут стать заменой пластику. Одной из таких альтернатив стала целлюлоза — природный полисахарид, то есть полимер, состоящий из повторяющихся блоков глюкозы. Люди уже неплохо научились использовать недорогую растительную целлюлозу — например, в прошлом году немецкие и китайские ученые сделали из нее материал, который меняет форму при погружении в воду. Однако, существует и целлюлоза бактериального происхождения. Она стоит дороже, зато имеет более высокую кристалличность и обладает большей прочностью за счет образования трехмерной сети связей между соседними волокнами. Кроме того, в отличие от растительной целлюлозы, бактериальную не надо очищать от примесей лигнина и гемицеллюлозы.

Китайские материаловеды под руководством Шу Хун Юя (Shu-Hong Yu) из Научно-технического университета Китая изготовили из бактериальной целлюлозы трубочки для напитков. Ученые использовали целлюлозу, полученную с помощью бактерий Gluconacetobacter xylinus. Сначала из глюкозы с добавками экстракта дрожжей приготовили гидрогель целлюлозы, а затем гидрогель высушили и получили пленки, из которых сделали трубочки. Чтобы сделать трубочки водостойкими, их пропитали раствором альгината натрия. Альгинат, как и целлюлоза, является природным полисахаридом и имеет множество свободных гидроксильных групп. Во время пропитывания между альгинатом и целлюлозой образуются водородные связи. Готовые трубочки также на час опускали в раствор лактата кальция: каждый двухвалентный ион кальция образует по две связи с альгинатом, которые дополнительно скрепляет материал.

Сканирующая электронная микроскопия показала, что полученные образцы пленки состоят из нескольких макрослоев толщиной 0,02-0,03 миллиметра, каждый из которых в свою очередь состоит из нескольких десятков микрослоев.

Схема получения и микрофотографии материала

Yang et al. / Advanced Functional Materials, 2022

Целлюлозно-альгинатная пленка продемонстрировала предел прочности до 420,5 мегапаскалей — в десять раз больше, чем бумажная пленка такой же толщины (40,8 Мегапаскалей). Кроме того, оказалось, что альгинатное покрытие положительно влияет на механические свойства — у образцов без покрытия предел прочность был почти на 25 процентов ниже. Причина, по всей видимости, в образовании дополнительных водородных связей между слоями целлюлозы.

Трубочки из целлюлозы с альгинатом оказались стабильными в различных напитках — соке, воде, коле и зеленом чае — при температуре от 0 до 95 градусов Цельсия.

При закапывании в почву целлюлозные трубочки теряли целостность уже через 15 дней и полностью исчезали за 45 дней. Пластиковые трубочки, которые закапывали на тот же период времени, никак внешне не изменялись. Авторы особо отмечают, что целлюлозно-альгинатный композит разлагается в почве полностью, не образуя аналога частиц микропластика или других вредных остатков.
Стоимость трубочек в основном определяется стоимостью сырья для биосинтеза и альгината. Авторы полагают, что при промышленном производстве стоимость может опуститься до 0,003 долларов США за штуку, что будет сравнимо со стоимостью пластиковых трубочек (0,002 доллара США за штуку).

В конце 2020 года китайские ученые изготовили корпус для смартфона из композита целлюлозы и слюды. Благодаря слоистой структуре, напоминающей структуру перламутра, материал оказался устойчив к механическим нагрузкам и нагреванию, но в то же время пластичен.

Наталия Самойлова

Разница между глюкозой и целлюлозой (с таблицей) – спросите о разнице

У каждого живого существа есть свои источники энергии, и существуют различные действия и процессы, связанные с производством энергии. Углеводы, белки, жиры, витамины и минералы являются основными источниками энергии для человека. Точно так же глюкоза и целлюлоза входят в состав пищи, потребляемой растениями для получения энергии.

Глюкоза и целлюлоза

Основное различие между глюкозой и целлюлозой заключается в том, что глюкоза может потребляться любым организмом, а целлюлоза не может легко потребляться и перевариваться людьми и животными.Есть много других различий между глюкозой и целлюлозой в отношении процесса их производства, формы, использования, потребления, абсорбции, растворимости и диеты.

Глюкоза также известна как декстроза. Он входит в группу углеводов, называемых простыми сахарами. Эти простые сахара называются моносахаридами. Молекулярная формула глюкозы C6h22O6. Он содержится в растениях, фруктах и меде. Это имеет большое значение для животных, человека и растений.

Связанная с целлюлозой D-глюкоза относится к органическому соединению, содержащемуся в растениях.Для зеленых растений он является важным компонентом структуры первичной клеточной стенки. Молекулярная формула целлюлозы C6h20O5. Целлюлоза выделяется некоторыми видами для образования биопленок.

Сравнительная таблица между глюкозой и целлюлозой 9002 Целлюлоза

Параметры сравнения	глюкоза	Целлюлоза
Процесс изготовления	Процесс фотосинтеза используется для производства глюкозы.	После растворения глюкозы в качестве энергии и хранения в виде крахмала из цепочек глюкозы получается целлюлоза.
Форма	Простой сахар — еще один термин, используемый применительно к глюкозе.	Сложный углевод — еще один термин, используемый применительно к целлюлозе.
Применение	Энергия или накопленная в растениях энергия, которая способствует их росту и развитию, получают из глюкозы.	Целлюлоза действует как укрепляющее средство для растений, поскольку помогает укрепить корни, стебли и листья.
Поглощение и переваривание	Поглощение и переваривание глюкозы легко для всех организмов.	Поглощение и переваривание глюкозы легко для растений, но не для всех организмов.
Питание человека	Глюкоза также является источником энергии в рационе человека.	Целлюлоза не является источником энергии для человеческого рациона.

Что такое глюкоза?

Термин «глюкоза» происходит от «glyks», греческого слова, означающего «сладкий».Фотосинтез — это процесс, в котором растения производят пищу с помощью углекислого газа, воды, хлорофилла и солнечного света. И глюкоза является результатом этого процесса. Глюкоза необходима для функций организма, роста, питания и подвижности любого живого организма. При избытке глюкозы у животных и человека она запасается в виде гликогена. В случае растений он хранится в корнях и семенах.

Глюкоза входит в состав сложных углеводов, но обычно рассматривается как простой сахар.Присутствие глюкозы в углеводах и крахмалистых продуктах, таких как картофель и хлеб, в изобилии. Он расщепляется после потребления в виде пищи для использования энергии человеческим телом.

Глюкоза хранится в виде крахмала в растениях и содержится в соке. Растения используют глюкозу для получения энергии и развития различных частей, включая корни, стебли, листья и плоды. В рационе человека глюкоза является источником энергии, получаемой через обычные продукты питания, но при необходимости она также предоставляется в виде таблеток, порошков.При диабете назначают в виде декстрозы. Глюкоза является необходимым топливом для организма, но может иметь неблагоприятные последствия, если ее уровень не оптимален.

Что такое целлюлоза?

Термин «целлюлоза» происходит от слова «cellula», латинского слова, означающего «биологическая клетка» — в результате процесса фотосинтеза образуется глюкоза. Когда растения связывают эту глюкозу вместе, это приводит к образованию длинных цепочек глюкозы. И эти длинные цепочки глюкозы приводят к образованию целлюлозы.

Целлюлоза является важной частью растительного организма и очень распространенным органическим соединением. И вообще он содержится в клеточной стенке растения. Длинные цепи глюкозы называются полисахаридами. Если разобрать слово, поли означает много, а сахарин означает сахар или глюкозу. Образование этих полисахаридов помогает растениям строить клеточную стенку. Это также помогает в укреплении различных частей, включая корни, стебли и листья.

Целлюлоза также широко используется людьми для изготовления различных вещей.Например, он используется для производства материалов для одежды, в том числе хлопка и джута, изготовления бумаги, целлофана и даже взрывчатых веществ. Он используется учеными для фильтрации жидкостей и изоляции зданий в строительной отрасли. Даже если человеческое тело не расщепляет клетчатку, оно обеспечивает клетчатку, которая помогает в работе тонкого кишечника и дефекации. Настоятельно рекомендуется людям, страдающим диареей.

Основные различия между глюкозой и целлюлозой

Процесс фотосинтеза используется для производства глюкозы.А целлюлоза состоит из цепочек глюкозы.
Проще говоря, глюкоза считается сахаром, а целлюлоза считается сложным углеводом.
Энергия или накопленная энергия для роста и развития растений является основным использованием глюкозы в растениях. Принимая во внимание, что основным применением целлюлозы в растениях является укрепление стеблей, корней и листьев.
Всасывание и переваривание глюкозы несложно для растений, а также для людей и животных. Наоборот, поглощение и переваривание целлюлозы просто для растений, но не для людей и животных.
Глюкоза может быть источником энергии для питания человека, но не целлюлоза.

Заключение

В растениях присутствуют как глюкоза, так и целлюлоза. Целлюлоза, идентифицированная как полисахариды, состоит из цепочек глюкозы. И глюкоза, и целлюлоза очень важны для роста и развития растений. Это помогает им строить клеточные стенки, укреплять различные части, вырабатывать энергию и использовать эту энергию для различных механизмов. Глюкоза необходима не только для роста и развития растений, но также для животных и человека.

Ссылки

https://www.ahajournals.org/doi/abs/10.1161/01.cir.99.4.578
https://inis.iaea.org/search/search.aspx?orig_q =RN:17038890

Границы | Двухстадийный термохимический гидролиз целлюлозы с частичной нейтрализацией для получения глюкозы

Введение

В течение последних двух десятилетий наблюдается огромный интерес к биотопливу в результате постоянно растущего мирового спроса на энергию и чрезмерной зависимости от нефти (Lee and Lavoie, 2013).Резкое падение цены барреля нефти со 107,26 долл. США в 2014 г. до 29,64 долл. США в 2016 г. негативно сказалось на биотопливной отрасли, поскольку две крупные компании в этой отрасли объявили о банкротстве (Lavoie, 2016). Однако интерес к увеличению производства биотоплива все еще очень силен. Поскольку углеродный баланс возобновляемых источников энергии близок к нейтральному (Lee and Lavoie, 2013), они необходимы для смягчения последствий неблагоприятного изменения климата и глобального потепления, вызванных выбросами парниковых газов из жидкого топлива, полученного из нефти.

Жидкое биотопливо первого поколения, производимое в основном из продовольственных культур, таких как сахарные культуры, семена масличных культур и злаки, представляет собой зрелую коммерческую технологию и рынок, но сталкивается с противоречиями с точки зрения их устойчивости и потенциала для достижения государственных целей. В некоторой степени это биотопливо конкурирует за землю и воду, используемые для производства продуктов питания и волокна. Кроме того, затраты на их производство и переработку часто выше по сравнению с ископаемым топливом, и поэтому они требуют государственных субсидий, чтобы конкурировать с нефтепродуктами.Кроме того, на их сокращение выбросов парниковых газов может повлиять рассмотрение изменений в землепользовании (Sims et al., 2010). Этанол из кукурузного крахмала является примером жидкого биотоплива первого поколения, и, подобно крахмалу, целлюлоза представляет собой полимер на основе глюкозы, который можно гидролизовать с высвобождением моносахаридов, которые затем можно ферментировать до этанола. Целлюлоза является привлекательным сырьем, поскольку ее легко получить из относительно дешевого сырья, такого как сельскохозяйственные и лесные отходы по цене от 60 до 80 долларов США за тонну (Lee and Lavoie, 2013).Однако самой большой проблемой целлюлозы является ее неподатливая структура, из-за которой сложно эффективно преобразовать ее с помощью химических или биологических подходов.

Целлюлоза представляет собой линейный полимер мономеров D-ангидроглюкопиранозы, соединенных β-1,4-гликозидными связями (Zhang et al., 2012), и степень ее полимеризации обычно варьируется от 2000 до 27000 единиц глюкана в зависимости от типа растения ( Тахердазе и Карими, 2007 г.). Он встречается в виде стопок линейных цепей с повторяющимися звеньями D-целлобиозы, и эти цепи плотно упакованы, с внутримолекулярными водородными связями внутри каждой отдельной цепи глюкана и межмолекулярными водородными связями между соседними цепями.Возникающая в результате волокнистая структура и высокая степень кристалличности целлюлозы объясняют сопротивляемость целлюлозы (Xiang et al., 2003; Pulidindi et al., 2014). В качестве первого шага для преодоления этой непокорности обычно проводится предварительная обработка биомассы. Когда основной целью является производство этанола из целлюлозной части, этап предварительной обработки также служит цели удаления лигнина и гемицеллюлозы, снижения кристалличности целлюлозы при одновременном увеличении пористости материала и высвобождении целлюлозы из плотно переплетенной лигноцеллюлозной структуры биомассы (Sun and Cheng, 2002; Эль-Завави и др., 2011).

Кислотный гидролиз целлюлозы — это классический способ расщепления целлюлозы до глюкозы, который можно проводить с использованием как разбавленной, так и концентрированной кислоты. Основное преимущество гидролиза целлюлозы с использованием разбавленной кислоты заключается в том, что кислоту не нужно извлекать (Ni et al., 2013), но его несколько недостатков включают необходимость высокой температуры (не менее 180°C) и давления (около 10 атм. ), который по-прежнему обеспечивает низкий выход глюкозы (Iranmahboob et al., 2002). Например, целлюлоза, гидролизованная 0.4 мас.% кислоты при 215°C в течение 3 мин после предварительной обработки (гидролиз гемицеллюлозы) 0,7 мас.% серной кислоты при 190°C в течение 3 мин дали выход глюкозы всего 50% (Hamelinck et al., 2005). С другой стороны, гидролиз целлюлозы с использованием концентрированной кислоты происходит при умеренной температуре и давлении и приводит к более высокому выходу глюкозы (около 90%; Hamelinck et al., 2005), но обычно требует более длительного времени реакции (2–6 ч) и трудно экономично отделить глюкозу при извлечении кислоты.

Концентрированный кислотный гидролиз целлюлозы исторически начался в 1883 году, когда был изобретен метод растворения и гидролиза хлопковой целлюлозы концентрированной серной кислотой. С 1937 по 1948 год применялись три процесса концентрированного кислотного гидролиза целлюлозы, а именно процесс Бергиуса-Рейнау (Кент, 2013; Амарасекара, 2014), процесс Пеория и процесс Хоккайдо (Венцль, 1970; Клаузен и Гадди, 1993). развернуты в больших масштабах. Однако они были успешны только во времена национального кризиса, когда нефть с Ближнего Востока была недоступна и перестала использоваться после Второй мировой войны из-за низкой урожайности, значительных потоков отходов и большого количества неликвидных побочных продуктов (Arkenol). , 1999).В качестве препятствий на пути коммерциализации этих технологий также упоминались сложные технологические установки, высокое потребление энергии и трудности с рециркуляцией кислоты (Fan et al., 1987). В середине 1970-х годов процесс Пеории был усовершенствован в Университете Пердью и в Управлении долины Теннесси (TVA) за счет рециркуляции разбавленной кислоты и стал известен как процесс TVA. В 1989 году американская компания Arkenol разработала двухстадийный процесс гидролиза концентрированной кислоты с использованием хроматографического метода для разделения сахара и кислоты (Amarasekara, 2014).BlueFire Renewables Inc., созданная в 2010 году для развертывания технологии Arkenol (BlueFire Renewables, 2010), получила финансирование от Министерства энергетики США, а письмо о намерениях от Экспортно-импортного банка Китая было возобновлено в феврале 2015 года, чтобы предоставить до 270 миллионов долларов США в виде долгового финансирования предполагаемого коммерческого завода в Фултоне, штат Миссисипи. После завершения финансирования завод будет построен (BlueFire Renewables, 2015).

CRB Innovations Inc., один из промышленных спонсоров этой работы, работает над повышением ценности остаточной биомассы с момента своего создания в 2006 году.На основании широко опубликованной работы, проведенной с 90-х годов в Университете Шербрука, лигноцеллюлозная биомасса сначала разделяется на четыре фракции, а именно гемицеллюлозы, целлюлозу, лигнин и экстрактивные вещества (при желании) (Lavoie et al., 2011). Затем целлюлозную фракцию подвергают набуханию и декристаллизации с использованием концентрированной серной кислоты; целлюлоза «разжижается» в высокоионной среде. С этого момента олигосахариды, полученные в результате «ионного сжижения», превращаются в мономерные сахара на стадии постгидролиза с использованием разбавленной кислоты.Варианты этого метода потенциально могут быть экономически привлекательными, если для стадии ионного ожижения используется минимальное соотношение кислота/целлюлоза, а после постгидролиза достигается высокий выход глюкозы. Дополнительные требования включают восстановление и рециркуляцию использованных ионов, а также кондиционирование конечного раствора глюкозы для последующей ферментации с использованием установленных микробных систем.

Конкретный процесс, рассмотренный в этом исследовании (см. рис. 2), включает частичную нейтрализацию смеси кислоты и декристаллизованной целлюлозы путем добавления водного раствора аммиака или раствора гидроксида натрия перед стадией постгидролиза.Частичная нейтрализация проводится для уменьшения количества воды, необходимой для разбавления серной кислоты для постгидролиза (Chornet et al., 2010). После стадии постгидролиза можно использовать различные способы извлечения для выделения и регенерации кислоты из полученного раствора глюкозы. Мембранный электролиз обеспечивает одновременное разделение и регенерацию серной кислоты и основания из их соли посредством реакций на электродах. С помощью электродиализа серную кислоту и сульфат натрия или сульфат аммония можно отделить от раствора глюкозы, но для отделения серной кислоты от соли и регенерации основания необходим дополнительный метод.Хроматографические методы также можно использовать для разделения ионов и глюкозы, и о них широко сообщалось в литературе (Neuman et al., 1987; Foody and Tolan, 2006; Wahnon, 2008; Heinonen and Sainio, 2010; Mahnon, 2010; Heinonen et al. др., 2012). После отделения сульфата аммония от раствора глюкозы соль можно подвергнуть пиролизу с получением серной кислоты и гидроксида аммония (Hansen, 2004). Каждый из этих методов извлечения имеет свои преимущества и недостатки, и окончательный лучший выбор зависит от многих факторов, таких как эффективность извлечения (разделения) и связанные с этим затраты на энергию (Berberi, 2010).

Целью данной работы является исследование влияния основных параметров двухстадийного процесса гидролиза с частичной нейтрализацией на выход глюкозы и определение условий, обеспечивающих наибольший выход глюкозы.

Материалы и методы

Сырье

Целлюлоза, используемая в качестве сырья, была получена из вилорога ярового тритикале. Биомасса была посажена 19 мая 2009 г. компаниями CÉROM ( Центр исследований зерна ) и CRSAD ( Центр исследований животных в Дешамбо ) и обработана гербицидом Буктрил М 14 июня 2009 г.Тритикале собирали в период созревания 16 сентября 2009 г., выход биомассы составил 175 кг/м ² . Учитывая волокнистую структуру соломы (несъедобная часть растения), последняя была механически разрезана на кусочки длиной примерно 3 см, чтобы облегчить последующую обработку. Солому тритикале фракционировали с использованием метода FIRSST (быстрая и последовательная обработка паром при пропитке сырьем), состоящего из двух паровых обработок (как показано на рисунке 1). Первая обработка растворяет фракцию гемицеллюлозы, тогда как вторая обработка, проводимая с использованием щелочного катализатора, позволяет растворить лигнин (Lavoie et al., 2011). Оставшаяся твердая фракция состояла в основном из целлюлозы.

Рисунок 1 . Схематическая диаграмма метода FIRSST, используемого для разделения составляющих фракций лигноцеллюлозной биомассы (адаптировано из Lavoie et al., 2011).

Перед первой обработкой паром биомассу пропитывали водой в течение 24 ч при комнатной температуре. После растворения вторичных метаболитов в воде биомассу фильтровали и пятикратно промывали водой путем последовательных пропиток и отжимов.Извлеченное сырье затем подвергали первой обработке паром, проводимой при 200°С в течение 2 мин. Полученную смесь фильтровали для извлечения гемицеллюлоз из раствора, а затем биомассу пять раз промывали водой. Затем биомассу пропитывали 8%-ным раствором гидроксида натрия и подвергали повторной обработке паром при 180°С в течение 2 мин. Смесь после этой второй обработки паром фильтровали, и полученную твердую фракцию использовали в качестве исходной целлюлозы в данной исследовательской работе.

Все реагенты, использованные в данной работе, имели квалификацию ACS. К ним относятся серная кислота 95–98% по массе, используемая для предварительной обработки, и основания (29% по массе водный раствор аммиака и 20% по массе гидроксид натрия), используемые для частичной нейтрализации. Кроме того, вместо этого в качестве катализатора (основного) в экспериментах, направленных на определение влияния времени, концентрации кислоты и температуры постгидролиза на выход глюкозы, использовали водный раствор гидроксида натрия с концентрацией 32,8 мас.%.

Стандартный тест на гидролиз целлюлозы (ASTM E1758-01)

Стандартная процедура количественного определения углеводов в целлюлозе проводилась в соответствии с международным методом ASTM (E1758-01), где: 4.К 0,3 г целлюлозы добавляли 92 г 72%-ной серной кислоты на 1 ч при 30°С при перемешивании каждые 15 мин. Затем раствор разбавляли до 4 мас.% серной кислоты, добавляя 84 мл воды, после чего помещали в автоклав при 121°C на 1 час. После 20-минутного охлаждения и нейтрализации до pH 5–6 смесь фильтровали (0,2 мкм) и измеряли концентрацию глюкозы методом высокоэффективной жидкостной хроматографии (ВЭЖХ) (ASTM International, 2007).

Целлюлоза Влажность

Перед гидролизом определяли влажность целлюлозы путем ручного разделения целлюлозы на мелкие кусочки и помещения приблизительно 5 г в алюминиевую чашку для взвешивания, предварительно высушенную при 105°C.Алюминиевую чашку для взвешивания и целлюлозу помещали в печь при 105°С на 24 ч и взвешивали после охлаждения в эксикаторе. Измеренную разницу масс по отношению к исходной массе влажной целлюлозы рассчитывали как относительную влажность целлюлозы. Каждое испытание проводили трижды, рассчитывали среднюю влажность и использовали ее в качестве эталона для массового баланса в испытаниях на гидролиз.

Процесс гидролиза целлюлозы

Процесс гидролиза целлюлозы включал семь основных параметров, и влияние каждого параметра на выход глюкозы исследовалось по очереди, при этом остальные параметры оставались постоянными.Эти параметры и диапазон их значений приведены в таблице 1.

Таблица 1 . Исследуются основные параметры процесса гидролиза и диапазон их значений.

Влияние массовой доли серной кислоты и молярного отношения кислота/основание исследовали при всех трех значениях массового отношения (12, 24, 36) серной кислоты/сухой целлюлозы, но с использованием лучших значений времени предварительной обработки, концентрации основание, время после гидролиза и температура, обеспечивающие самые высокие выходы глюкозы.Затем исследовали влияние времени предварительной обработки на выход глюкозы при массовом отношении серная кислота/сухая целлюлоза, равном 36, при этом наилучшие значения были найдены для остальных параметров 90–187 . Наконец, влияние концентрации основания, времени постгидролиза и температуры на выход глюкозы определяли одно за другим, используя наиболее желательное (наименьшее) значение массового отношения серная кислота/сухая целлюлоза (12) и наиболее эффективные значения остальных параметров.

Поскольку этап частичной нейтрализации является инновационным аспектом этого процесса, испытания по изучению влияния молярного соотношения кислоты/основания на выход глюкозы проводились в трех повторностях.Что касается других экспериментов, то только испытания с условиями, дающими самый высокий выход глюкозы, были проведены в трех повторностях для подтверждения результатов. Результаты испытаний, проведенных в трех повторностях, представлены с планками погрешностей, представляющими стандартное отклонение на соответствующих цифрах.

Сам протокол гидролиза целлюлозы сначала включал приготовление кислого раствора путем смешивания примерно 95–98 мас.% серной кислоты с водой, чтобы получить требуемое массовое соотношение серная кислота/сухая целлюлоза ( R ₁ ) и массовый процент серной кислоты ( C ₁ ) (с учетом влажности целлюлозы) и охлаждали до 5–10°C на бане с ледяной водой.Затем этот кислый раствор добавляли к 5 г измельченной целлюлозы (влажность 60–65%) в колбе Эрленмейера на 250 мл при одновременном перемешивании стеклянной палочкой. Колбу Эрленмейера помещали в баню с регулируемой температурой при 30°С на желаемое время ( t ₁) и ее содержимое перемешивали с помощью стеклянной палочки с 15-минутными интервалами. В конце этого процесса предварительной обработки целлюлозы колбу Эрленмейера быстро охлаждали, погружая ее в 1-литровый химический стакан, содержащий ледяную воду, и по каплям добавляли соответствующее количество основного раствора [NaOH или NH _3(aq) ]. при перемешивании до тех пор, пока не будет достигнуто желаемое молярное соотношение кислота/основа ( R ₂).Затем эту реакционную смесь подвергали постгидролизу с использованием желаемого времени ( t ₂) и температуры ( t ₁). Постгидролиз при 121°С проводили в автоклаве, а постгидролиз при 97°С проводили в бане с регулируемой температурой. Колбу Эрленмейера охлаждали до 20°C, и ее содержимое подвергали вакуумной фильтрации с использованием фильтра из стеклянного микроволокна с пористостью 1,5 мкм (марка VWR) для частиц среднего удерживания с использованием воронки Бюхнера. Гидролизат, полученный на этом этапе, анализировали для определения концентрации в нем глюкозы и 5-гидроксиметилфурфурола (5-ГМФ, продукт разложения глюкозы) (см. раздел «Определение концентрации глюкозы и 5-ГМФ») и для расчета выхода глюкозы при гидролизе целлюлозы.Эти шаги показаны на рис. 2.

Рисунок 2 . Схематическая диаграмма двухстадийного процесса гидролиза, используемого для преобразования целлюлозы тритикале в сахара второго поколения.

Определение концентрации глюкозы и 5-HMF

Концентрации глюкозы и 5-HMF измеряли с помощью ВЭЖХ марки Agilent, оснащенного детектором показателя преломления и колонкой с RoA-органической кислотой (8%) (Phenomenex). Колонку калибровали по глюкозе и 5-HMF в диапазоне концентраций 10–1000 ppm.Элюент представлял собой 5 мМ водную смесь H ₂ SO ₄, работающую при скорости потока 0,6 мл/мин и поддерживаемую при 60°C. Для каждого анализа вводили образец объемом 30 мкл. Выход глюкозы при гидролизе целлюлозы рассчитывали как отношение общей массы полученной глюкозы к массе, полученной при гидролизе той же целлюлозы с использованием стандартного метода ASTM E1758-01.

Результаты и обсуждение

Солома тритикале, используемая в этой работе, была такой же, как и солома, описанная Beauchet et al.(2013) в своем исследовании и было обнаружено, что они содержат 12,4% масс. экстрактивных веществ, 31,7% масс. гемицеллюлозы, 34,0% масс. целлюлозы, 17,0% масс. лигнина и 4,7% масс. золы. Более того, двойная обработка паром позволила восстановить 94 % целлюлозной фракции, которая имела влажность 60–65 % и состояла примерно из 7 мас. % лигнина и 90 мас. % глюкозы (в виде глюкановых цепей) в пересчете на сухое вещество.

Предварительная обработка концентрированным водным раствором кислоты

Влияние концентрации кислоты

Как показано на рисунке 3, при массовом соотношении кислота/сухая целлюлоза, равном 12, и массовой доле кислоты 62 мас.% выход глюкозы составил 24% и увеличился до 85%, когда массовая доля кислоты достигла 72 мас.%. .При этом соотношении (12) увеличение массовой доли кислоты несколько снижает выход глюкозы, так как последний составляет 78% при массовой доле кислоты 82% масс. При использовании более высокого массового соотношения серная кислота/сухая целлюлоза, равного 24, выход глюкозы повышался с 34 до 94%, когда массовое процентное содержание кислоты увеличивалось с 62 до 72 мас.%. Опять же, в этой ситуации увеличение массовой доли кислоты до более чем 72 мас.% не улучшало выход глюкозы. При еще более высоком массовом соотношении серная кислота/сухая целлюлоза, равном 36, и в сочетании с массовым процентным содержанием H ₂ SO ₄, равным 72 мас.%, был получен выход глюкозы 98% с гораздо меньшим стандартным отклонением среди в трех повторах, чем при более низких массовых соотношениях серная кислота/сухая целлюлоза.Таким образом, было обнаружено, что семьдесят два весовых процента представляют собой наилучшее массовое процентное содержание серной кислоты, независимо от массового соотношения H ₂ SO ₄/сухой целлюлозы. Кроме того, в гидролизатах был обнаружен 5-ГМФ, но его концентрация была ниже нижнего предела количественного определения ВЭЖХ.

Рисунок 3 . Влияние массового процента и количества H ₂ SO ₄, использованного во время предварительной обработки, на выход глюкозы при массовом соотношении H ₂ SO ₄ /сухая целлюлоза = 12(♦), 24(■) , 36( – ), предварительная обработка 2 ч при 30°С, мольное соотношение Н ⁺ /ОН ^— = 2.3 для частичной нейтрализации и 10 мин и 121°С для постгидролиза.

Сян и др. (2003) также обнаружили, что оптимальным для гидролиза целлюлозы является массовая доля серной кислоты 72% по массе, хотя используемое в их случае массовое соотношение кислота/сухая целлюлоза составляло всего 19,6, а самая высокая исследованная массовая доля кислоты составляла 72% по массе. %.

Этот результат можно объяснить тем фактом, что при 72 мас.% H ₂ SO ₄ молярное отношение H ₂ O/H ₂ SO ₄ равно 2, так что каждый сульфатный анион оказывается между двумя протонированными молекулами воды.Таким образом, водный раствор серной кислоты с концентрацией 72 мас.% имеет некоторое сходство с ионной жидкостью, поскольку представляет собой жидкость, состоящую исключительно из анионов и катионов. Сообщалось, что ионные жидкости использовались для разрушения кристаллической структуры целлюлозы перед гидролизом или для одновременного растворения и гидролиза целлюлозы (Vo et al., 2014), хотя механизм растворения целлюлозы ионными жидкостями (и 72 мас.% серной кислоты) в настоящее время не изучен. не очень понял. Фэн и Чен (2008) предложили механизм растворения целлюлозы в ионной жидкости, и последний может быть легко применен к растворению целлюлозы в водном растворе серной кислоты с концентрацией 72 мас.%.Ионы сульфата и ионы гидроксония образуют донорно-акцепторные комплексы электронов с группами –ОН в целлюлозе. В результате взаимодействия целлюлозы и серной кислоты разрываются внутри- и межмолекулярные водородные связи между гидроксильными группами в целлюлозе, что приводит к разделению молекулярных цепей целлюлозы (воспринимаемому как набухание) и, в конечном счете, к растворению целлюлозы (рис. 4). .

Рисунок 4 . Механизм растворения целлюлозы в серной кислоте с концентрацией 72 мас. % (на основании Feng and Chen, 2008).

Таким образом, разрушение кристаллической структуры целлюлозы, вероятно, является одним из наиболее важных аспектов предварительной обработки концентрированной серной кислотой. Результаты также показали, что более высокое массовое отношение H ₂ SO ₄ к сухой целлюлозе приводит к более высокому выходу глюкозы.

Влияние времени предварительной обработки

Выход глюкозы, полученный без предварительной обработки в концентрированной серной кислоте перед постгидролизом, составил 20%, что в основном может быть связано с аморфной фракцией целлюлозы.Уже через 15 минут предварительной обработки в серной кислоте с концентрацией 72 мас.% выход глюкозы быстро увеличивался до 72%, а затем продолжал расти более медленными темпами, достигая примерно 100% через 2 часа (рис. 5). Это длительное время предварительной обработки можно объяснить тем фактом, что необходимо достаточное время для превращения почти всех кристаллических частей в аморфную целлюлозу, которая затем может быть легко гидролизована до глюкозы на стадии постгидролиза. За исключением гидролизата, полученного после 2-часовой предварительной обработки, в котором 5-ГМФ был обнаружен при концентрации ниже нижнего предела количественного определения ВЭЖХ, пик 5-ГМФ не наблюдался на хроматограммах, полученных при других предварительных обработках. сроки лечения.Таким образом, был сделан вывод, что эти условия предварительной обработки недостаточно суровы, чтобы вызвать значительное разложение глюкозы, что делает этот процесс пригодным для последующей ферментации глюкозы в этанол.

Рисунок 5 . Влияние времени предварительной обработки на выход глюкозы при массовом соотношении H ₂ SO ₄ /сухой целлюлозы = 36, 72 мас.% серной кислоты и молярном соотношении H ⁺ /OH ^— = 2,5 в сочетании с постгидролиз при 121°С в течение 10 мин.

Согласно этим результатам, наиболее эффективное время предварительной обработки составляло 2 часа для достижения выхода глюкозы 100%. Хотя влияние времени предварительной обработки на выход глюкозы не исследовалось для массового соотношения серная кислота/сухая целлюлоза 12 и 24, наилучшее время предварительной обработки 2 ч было подтверждено для наиболее желательного (наименьшего) соотношения 12 во время эксперимента. другие испытания, определяющие влияние концентрации основания, времени постгидролиза и температуры на выход глюкозы.

Камачо и др. (1996) изучали образование глюкозы путем предварительной обработки микрокристаллической целлюлозы 70%-ной (вес/объем) серной кислотой при массовом соотношении кислота/сухая целлюлоза в диапазоне от 1,8 до 9,1 без какой-либо стадии постгидролиза. Они получили выход глюкозы не выше 35%, даже если время предварительной обработки составляло 30 часов. Таким образом, предварительной обработки серной кислотой с концентрацией 72 мас.% явно недостаточно для достижения высоких выходов глюкозы, и для превращения аморфной целлюлозы в глюкозу необходим постгидролиз при пониженной концентрации кислоты.Однако добавление воды для разбавления серной кислоты с 72 до 4–10 мас.% приводит к большому объему смеси, что влечет за собой более высокие затраты на обработку. Вот почему частичная нейтрализация серной кислоты путем добавления основания считалась эффективным методом минимизации количества воды, добавляемой для разбавления.

Частичная нейтрализация

Влияние молярного соотношения кислота/основа

H ⁺ /NH ₃ или H ⁺ /OH ⁻ молярные отношения непосредственно использовались для сравнения между NH _3(aq) и NaOH, поскольку оба случая связаны с нейтрализацией H _{2 _SO 4} .Кроме того, оба соотношения легко вычислялись, поскольку были известны массы добавляемых 95–98 мас. % серной кислоты и 29 мас. % водного аммиака (или 20 мас. % NaOH). На рис. 6 представлен выход глюкозы для трех значений массового отношения серная кислота/сухая целлюлоза в зависимости от молярного соотношения H ⁺ /NH ₃, используемого для частичной нейтрализации водным раствором аммиака (рис. 6А), и в зависимости от молярного соотношения H ⁺ /OH ^—, используемого для частичной нейтрализации гидроксидом натрия (рис. 6B).

Рисунок 6 . Влияние молярного соотношения H ⁺ /NH ₃ (A) или H ⁺ /OH ⁻ ( B ) на выход глюкозы при массовом соотношении H ₂ SO

8 4 соотношение целлюлозы = 12(♦), 24(■), 36(▴) в сочетании с предварительной обработкой при 30°C и 72 мас.% H ₂ SO ₄ в течение 2 ч и постгидролизом в течение 10 мин при 121°С.

Плохая воспроизводимость наблюдалась для испытаний с молярными соотношениями H ⁺ /NH ₃, варьирующимися от 1.от 0 до 1,4, что, вероятно, было связано с переменным испарением аммиака во время экспериментов. Это наблюдение было особенно важным при низких молярных соотношениях H ⁺ /NH ₃, где относительное количество NH ₃ по сравнению с кислотой больше, чем при высоких молярных соотношениях H ⁺ /NH ₃. Выход глюкозы составил 30% при использовании молярного соотношения H ⁺ /NH ₃, равного 1 (низкое), и массового соотношения серная кислота/сухая целлюлоза, равного 12. Низкое молярное соотношение H ⁺ /NH ₃ соотношение означает, что концентрация серной кислоты во время постгидролиза была низкой и, следовательно, недостаточной для проведения эффективного гидролиза целлюлозы в глюкозу.При более высоких молярных соотношениях H ⁺ /NH ₃ концентрация серной кислоты во время постгидролиза была выше, и наблюдаемые более низкие выходы глюкозы могли быть связаны с разложением глюкозы, хотя концентрация 5-HMF в гидролизате была ниже нижний предел количественного определения ВЭЖХ при данных молярных соотношениях H ⁺ /NH ₃. Было обнаружено, что в условиях, проверенных в этой работе, наиболее эффективные молярные отношения H ⁺ /NH ₃ находятся в диапазоне от 1.6 и 1.8.

Что касается использования гидроксида натрия для частичной нейтрализации смеси целлюлозы и кислоты перед постгидролизом, то сначала были проведены испытания с массовым соотношением серная кислота/сухая целлюлоза, равным 12, и после наблюдения, что самый высокий выход глюкозы был получен при диапазон мольного отношения H ⁺ /OH ⁻ 2,3–2,5, только этот диапазон исследовался для массовых соотношений серная кислота/сухая целлюлоза 24 и 36. Наиболее эффективен H ⁺ /OH ⁻ отношения (2.3–2,5) оказались выше наиболее эффективных соотношений H ⁺ /NH ₃ (1,6–1,8). Это наблюдение можно объяснить тем фактом, что аммиак является слабым основанием, и, следовательно, требовалось больше аммиака для получения необходимого количества молей ионов гидроксида, чтобы получить тот же эффект частичной нейтрализации, что и с гидроксидом натрия.

Тем не менее, в обоих случаях, когда молярное соотношение H ⁺ /NH ₃ равно 1,7 или молярное соотношение H ⁺ /OH ⁻ равно 2.4, конечный массовый процент серной кислоты на стадии постгидролиза был близок к 19 мас.%, хотя концентрация основных растворов, используемых для частичной нейтрализации, составляла 29 мас.% для аммиака и 20 мас.% для гидроксида натрия. Таким образом, было обнаружено, что молярное соотношение H ⁺ /NH ₃ или H ⁺ /OH ⁻, обеспечивающее наибольший выход глюкозы, в значительной степени зависит от конечного массового процента серной кислоты, используемой во время постгидролиза, а не зависит от типа используемой базы.Несмотря на это наблюдение, выход глюкозы в наиболее эффективных условиях был выше с гидроксидом натрия, чем с водным аммиаком.

Влияние концентрации NaOH

Было исследовано влияние концентрации NaOH на выход глюкозы, и результаты представлены на рис. 7. Сравнивали растворы 20% масс. NaOH и 40% масс. NaOH, подвергая целлюлозу предварительной обработке в течение 2 часов при 30°C и 72°С. мас.% H ₂ SO ₄ для массового соотношения H ₂ SO ₄ /сухая целлюлоза 12 с последующим постгидролизом при 121°C в течение 10 мин.Было обнаружено, что выход глюкозы в зависимости от молярного соотношения H ⁺ /OH ^—, полученный с растворами NaOH с концентрацией 20 и 40 мас.%, имеет одинаковую закономерность. Результаты показали, что выход глюкозы увеличивался с увеличением молярного соотношения H ⁺ /OH ^— до тех пор, пока не достигал максимума при наиболее эффективном соотношении H ⁺ /OH ^—, после чего постепенно снижался за пределы этой точки. Однако кривая, полученная с 20 мас.% раствора NaOH, достигает более высокого максимального выхода глюкозы при более высоких молярных соотношениях H ⁺ /OH ^—.Наиболее эффективные соотношения H ⁺ /OH ^— с 40% масс. NaOH и 20% масс. NaOH составляли 1,9–2,1 и 2,3–2,5 соответственно, а максимальный выход глюкозы, полученный с раствором 20% масс. NaOH, составлял около 88%, что примерно в 1,1 раза выше, чем при 40 мас.% NaOH.

Рисунок 7 . Влияние соотношения H ⁺ /OH ⁻ на выход глюкозы при концентрации NaOH 20 мас.% (♦) и 40 мас.% (■) с предварительной обработкой при 30°C, 72 мас.% H ₂ SO ₄ в течение 2 ч, массовое соотношение H ₂ SO ₄ /сухая целлюлоза 12 и постгидролиз в течение 10 мин при 121°С.

При молярном соотношении H ⁺ /OH ⁻, равном 2 для 40% масс. NaOH и 2,5 для 20% масс. NaOH, полученный раствор после частичной нейтрализации имел массовую долю серной кислоты, близкую к 20% масс. в обоих случаях. . Таким образом, разница в выходе глюкозы, наблюдаемая между растворами NaOH с концентрацией 20 и 40 мас.%, используемыми для частичной нейтрализации, скорее всего, связана с количеством воды, добавляемой вместе с основанием на стадии постгидролиза. Эта разница в количестве воды, добавляемой вместе с основанием, также объясняет наблюдения, описанные в разделе «Влияние молярного соотношения кислота/основание», а именно, выход глюкозы в наиболее эффективных условиях выше при 20 мас.% NaOH, чем при 29 мас.% NH ₃ .Таким образом, для получения высокого выхода глюкозы при постгидролизе важно учитывать не только массовую долю кислоты, но и количество воды, добавляемой на стадии частичной нейтрализации, так как было показано, что последняя оказывает сильное влияние. на эффективность постгидролиза.

Постгидролиз

Влияние времени и концентрации кислоты

Влияние времени постгидролиза на выход глюкозы при использовании различных молярных соотношений H ⁺ /OH ^— представлено на рисунке 8.Во-первых, можно заметить, что стандартное отклонение среди трех повторностей в наиболее эффективных условиях (дающих самые высокие выходы глюкозы) очень мало, так что соответствующие полосы ошибок едва различимы на рисунке 8. С H ⁺ /OH ^— молярное соотношение 1,7, увеличение периода варки увеличивало выход глюкозы, тогда как при молярном соотношении H ⁺ /OH ^— 2,3 увеличение времени постгидролиза обычно приводило к противоположному сценарию.При низком молярном соотношении H ⁺ /OH ^— концентрация кислоты в постгидролизном растворе также была низкой, так что увеличение времени варки приводило к гидролизу оставшейся аморфной целлюлозы. Однако увеличение времени постгидролиза при более высоком соотношении Н ⁺ /ОН ^—, вероятно, приводило к деградации глюкозы, хотя концентрация 5-ГМФ в гидролизатах оставалась ниже нижнего предела количественного определения ВЭЖХ. Было обнаружено, что наиболее эффективное время после гидролиза, дающее наибольший выход глюкозы, уменьшается по мере увеличения концентрации серной кислоты для постгидролиза, а именно за счет увеличения молярного соотношения H ⁺ /OH ^— (см. Фигуру 8).Это может представлять интерес для промышленного процесса, поскольку потребуется меньшее количество основания для более короткого времени постгидролиза с получением богатого глюкозой гидролизата. Например, наиболее эффективное время постгидролиза при 121°C и молярном соотношении H ⁺ /OH ⁻, равном 2,3, составляет менее 10 мин, тогда как для молярного соотношения H ⁺ /OH ⁻ оно составляет 60 мин или более. коэффициент 1,7.

Рисунок 8 . Влияние времени постгидролиза и молярного отношения H ⁺ /OH ^—, равного 1.7(♦), 2.0 (■), 2.3(▴), по выходу глюкозы с предварительной обработкой в течение 2 ч при 30°С, 72% масс. SO ₄ /сухая целлюлоза 12, частичная нейтрализация 32,8 мас.% раствором NaOH и постгидролиз при 121°С.

Влияние времени и температуры

На рис. 9 показан выход глюкозы в зависимости от времени постгидролиза при температуре 97 и 121°C. Другие условия поддерживали постоянными, а именно предварительную обработку серной кислотой с концентрацией 72 мас.% в течение 2 ч и массовое соотношение кислота/сухая целлюлоза, равное 12, в сочетании с частичной нейтрализацией с использованием 32.8 мас.% раствор NaOH с молярным соотношением H ⁺ /OH ⁻, равным 2. Стандартное отклонение среди трех повторов в условиях, обеспечивающих максимальный выход глюкозы, очень мало (около 0,4), так что соответствующие полосы ошибок едва видны. на рисунке 9. При 97°C выход глюкозы увеличивался с увеличением времени приготовления до максимума около 76%, стабилизируясь через 60 минут. Это явление, вероятно, было связано с одновременным протеканием осахаривания аморфной целлюлозы в сочетании с деградацией глюкозы.При 121°C выход глюкозы достигал максимального значения 78% (через 20 мин), а затем постепенно снижался до 68% после общего времени 60 мин. Деградация глюкозы оказалась более быстрой, чем осахаривание при 121°C, по сравнению с температурой 97°C.

Рисунок 9 . Влияние времени постгидролиза и температуры 97°C(♦) и 121°C(■) на выход глюкозы после 2-часовой предварительной обработки при 30°C, 72 мас.% H ₂ SO ₄ и масса соотношение H ₂ SO ₄ /сухая целлюлоза 12 с последующей частичной нейтрализацией 32.8 мас.% раствор NaOH и H ⁺ /OH ⁻ молярное соотношение 2,

Таким образом, самые высокие выходы глюкозы были получены при более коротком времени после гидролиза и более высоких температурах после гидролиза (например, 20 минут при 121°C). При температуре постгидролиза 121°C и при тех же условиях, что и на рис. 9, за исключением частичной нейтрализации с молярным соотношением H ⁺ /OH ⁻ 2,3 и 20 мас.% NaOH, максимальный выход глюкозы 88 % (см. фиг. 7) за время постгидролиза 10 мин.

Конкретное влияние использования 32,8 мас. % раствора NaOH для частичной нейтрализации было установлено с учетом выхода глюкозы, полученного после 2-часовой предварительной обработки при 30°C, 72 мас. % H ₂ SO ₄ и массового отношения H ₂ SO ₄ /сухая целлюлоза 12, частичная нейтрализация молярным соотношением H ⁺ /OH ⁻ 2 и постгидролиз при 121°C в течение 10 мин. Как видно из рисунков 8, 9, выход глюкозы 72% был получен при использовании 32,8 мас.% раствора NaOH, в то время как более высокий выход глюкозы 77% был получен при использовании 20 мас.% раствора NaOH для частичной нейтрализации (рис. 7).Это подтвердило то, что было отмечено в разделе «Влияние концентрации NaOH»: количество воды, добавляемой на стадии частичной нейтрализации, сильно влияет на эффективность постгидролиза.

В своем двухстадийном процессе гидролиза Yoon et al. (2014) предварительно обработанная биомасса или целлюлоза с массовым соотношением кислота/сухое сырье 19 при 30°C с использованием водной смеси 72 мас.% H ₂ SO ₄ в течение 1 ч с последующим постгидролизом при 4 мас.% H ₂ SO ₄ .Самое высокое превращение целлюлозы в глюкозу составляло около 90% при времени постгидролиза 90 минут и температуре 100°C. Также сообщалось, что, независимо от времени и температуры постгидролиза, при гидролизе чистой целлюлозы была получена более высокая конверсия по сравнению с гидролизом смеси целлюлозы и гемицеллюлозы или смеси целлюлозы, гемицеллюлозы и лигнина, что подтверждает важность первое фракционирование биомассы и разделение ее на составляющие.

Наиболее эффективные экспериментальные условия для гидролиза целлюлозы

Для постгидролиза при 121°C в течение 10 мин с использованием 20% NaOH для частичной нейтрализации испытанные условия, обеспечивающие наивысший выход глюкозы, оказались следующими: предварительная обработка при 30°C 72% масс H ₂ SO ₄ в течение 2 ч, массовое соотношение H ₂ SO ₄ /сухая целлюлоза 36 и молярное соотношение H ⁺ /OH ^— 2.3–2,5.

При таких же условиях постгидролиза, но с использованием 29% масс. NH _3(водн.) для частичной нейтрализации, соответствующие условия, обеспечивающие наибольший выход глюкозы, были следующими: предварительная обработка при 30°C 72% масс. H ₂ SO ₄ в течение 2 ч, массовое соотношение H ₂ SO ₄ /сухая целлюлоза 36 и молярное соотношение H ⁺ /NH ₃ 1,6–1,8.

Высокие выходы (близкие к 100%), полученные при указанных выше оптимальных условиях, показывают, что этот процесс может быть почти таким же эффективным, как стандартный метод ASTM E1758-01.Кроме того, этот процесс гидролиза привлекателен с промышленной точки зрения, так как в нем можно использовать целлюлозу, полученную методом фракционирования (влажность 60–65 %), вовлекаются меньшие объемы и получают гидролизаты с более высокой концентрацией глюкозы.

Иранмахбуб и др. (2002) использовали аналогичный двухстадийный процесс гидролиза для получения глюкозы из высушенной, размолотой и смешанной древесной щепы (50% лиственных пород и 50% хвойных пород). Стадию их предварительной обработки проводили при массовом соотношении H ₂ SO ₄/сухая щепа, равном 2.5 и 80 мас.% H ₂ SO ₄ , и к полученной таким образом пасте добавляли дистиллированную кипящую воду для достижения 26 мас.% H ₂ SO ₄ . После перемешивания смеси в течение 30 мин при 100°С и фильтрации фильтрат нагревали еще 2 ч. Сообщалось, что эти условия были оптимальными и привели к общей эффективности преобразования 78–82% на основе теоретических значений. Хотя в их процессе для предварительной обработки использовалось меньше кислоты, он требовал сухого сырья и гораздо более длительного времени после гидролиза, чем процесс, используемый в настоящей работе.

Заключение

В данной работе изучено индивидуальное влияние семи ключевых параметров на выход глюкозы двухстадийного процесса гидролиза целлюлозы с частичной нейтрализацией, и полученные результаты позволили определить условия, дающие наибольший выход глюкозы. В наиболее эффективном случае можно было бы достичь выхода глюкозы, достигающего 100%, и это включало предварительную обработку для «набухания», проводимую при 30°C в течение 2 ч, 72 мас.% H ₂ SO ₄ и с использованием массового соотношения из H ₂ SO ₄ /сухая целлюлоза 36; с последующей частичной нейтрализацией 20 мас.% NaOH и молярным соотношением H ⁺ /OH ^—, равным 2.3–2,5; и постгидролиз при 121°С в течение 10 мин. Для стадии частичной нейтрализации гидроксид натрия был предпочтительным основанием для более высоких выходов глюкозы после постгидролиза, но водный раствор аммиака также давал очень высокий выход глюкозы (около 95%).

Вклад авторов

JK-WC: получил результаты путем анализа и интерпретации полученных данных, а также написал, подготовил и отредактировал статью; XD: произвел и проверил результаты и рассмотрел статью; В.Б.: провел эксперименты и получил данные; HZ-N: руководил работой, предоставляя промышленную ориентацию и предлагая технические рекомендации; J-ML: руководил исследованием и руководил им, обеспечивал научное и техническое руководство, проверял результаты, тщательно рецензировал и одобрял статью.

Заявление о конфликте интересов

VB и HZ-N использовались компанией CRB Innovations Inc.

Другие авторы заявляют, что исследование проводилось при отсутствии каких-либо коммерческих или финансовых отношений, которые могли бы быть истолкованы как потенциальный конфликт интересов.

Благодарности

Авторы выражают благодарность Кафедре промышленных исследований целлюлозного этанола и биотоваров Университета Шербрука и особенно ее спонсорам: Le Ministère de l’Energie et des Ressources Naturelles du Québec (MERNQ), CRB Innovations Inc., Enerkem и GreenField Global. Авторы также благодарны MITACS за зарплату JK-WC и XD и BioFulNet Canada за финансирование части этой работы.

Ссылки

Амарасекара, А.С. (2014). Справочник по целлюлозному этанолу . Беверли, Массачусетс: Scrivener Publishing LLC.

Академия Google

ASTM International (2007 г.). E1758- 01 Стандартный метод определения содержания углеводов в биомассе методом высокоэффективной жидкостной хроматографии .Западный Коншохокен, Пенсильвания: ASTM International.

Beauchet, R., Berberi, V., Corcos, P.O., Guimont-Montpetit, G., Dion, Y., Eudes, F., et al. (2013). Ферментация углеводов С6 из гемицеллюлозной фракции соломы тритикале в качестве предварительной обработки для очистки ксилозы. Индивидуальный сельскохозяйственный продукт . 51, 463–469. doi: 10.1016/j.indcrop.2013.08.070

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Бербери, В. (2010). Термохимический гидролиз целлюлозы и рекуперация кислот/оснований, используемых в контексте производства этанола целлюлозы .Шербрук, королевский адвокат, Университет Шербрука.

Камачо Ф., Гонсалес-Телло П., Хурадо Э. и Роблес А. (1996). Гидролиз микрокристаллической целлюлозы концентрированной серной кислотой. J. Chem. Технол. Биотехнолог . 67, 350–356. doi: 10.1002/(SICI)1097-4660(199612)67:4<350::AID-JCTB564>3.0.CO;2-9

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Шорнет М., Шорнет Э. и Лавуа Дж. М. (2010). Преобразование целлюлозной биомассы в сахар .US20100163019 А1.

Клаузен, Э.К., и Гэдди, Дж.Л. (1993). Процесс концентрированной серной кислоты для преобразования лигноцеллюлозных материалов в сахара . Ведомство США по патентам и товарным знакам. US005188673 А.

Эль-Завави, В.К., Ибрагим, М.М., Абдель-Фаттах, Ю.Р., Солиман, Н.А., и Махмуд, М.М. (2011). Кислотный и ферментативный гидролиз для преобразования предварительно обработанных лигноцеллюлозных материалов в глюкозу для производства этанола. Углевод. Полим . 84, 865–871.doi: 10.1016/j.carbpol.2010.12.022

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Fan, L.T., Gharpuray, M.M., and Lee, Y.-H. (1987). Гидролиз целлюлозы . Берлин; Гейдельберг: Springer-Verlag.

Академия Google

Фэн, Л., и Чен, З. (2008). Ход исследований по растворению и функциональной модификации целлюлозы в ионных жидкостях. Дж. Мол. Жидкость . 142, 1–5. doi: 10.1016/j.molliq.2008.06.007

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Фуди, Б.и Толан, Дж. С. (2006). Способ получения сахарного потока продукта из целлюлозной биомассы . Ведомство США по патентам и товарным знакам. WO2006007691 A1.

Hamelinck, C.N., Hooijdonk, G., and van Faaij, A.P. (2005). Этанол из лигноцеллюлозной биомассы: технико-экономические показатели в краткосрочной, среднесрочной и долгосрочной перспективе. Биомасса Биоэнергетика 28, 384–410. doi: 10.1016/j.biombioe.2004.09.002

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Хансен, Т.(2004). Химическое и термическое разложение сульфата аммония на аммиак и серную кислоту . US20040234441 А1.

Хейнонен, Дж., и Сайнио, Т. (2010). Хроматографическое извлечение моносахаридов для производства биоэтанола из древесины. Индивидуальный инж. хим. Рез . 49, 2907–2915. дои: 10.1021/ie^8z

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Хейнонен, Дж., Тамминен, А., Ууситало, Дж., и Сайнио, Т. (2012). Производство этанола из древесины с помощью концентрированного кислотного гидролиза, хроматографического разделения и ферментации. J. Chem. Технол. Биотехнолог . 87, 689–696. doi: 10.1002/jctb.2766

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Иранмахбуб Дж., Надим Ф. и Монеми С. (2002). Оптимизация кислотного гидролиза: важный этап производства этанола из смешанной древесной щепы. Биомасса Биоэнергетика 22, 401–404. doi: 10.1016/S0961-9534(02)00016-8

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Кент, Дж. А. (2013). Справочник по промышленной химии и биотехнологии .Нью-Йорк, штат Нью-Йорк: Springer Science and Business Media.

Академия Google

Лавуа, Ж.-М. (2016). Внедрение жидкого биотоплива 2-го поколения на рынке, где доминирует ископаемое топливо: правильный выбор. Курс. мнение Зеленый сустейн. хим. 2, 45–47. doi: 10.1016/j.cogsc.2016.09.009

Полнотекстовая перекрестная ссылка

Лавуа, Ж.-М., Боше, Р., Бербери, В., и Шорне, М. (2011). «Биорафинирование лигноцеллюлозной биомассы с помощью пропитки сырья, быстрой и последовательной обработки паром», в Biofuel’s Engineering Process Technology , ed M.А. Дос Сантос Бернардес (Риека: InTech).

Академия Google

Ли Р.А. и Лавуа Ж.-М. (2013). От биотоплива первого к третьему поколению: проблемы производства товара из биомассы возрастающей сложности. Аним. Передний . 3, 6–11. doi: 10.2527/af.2013-0010

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Махнон, Д. (2010). Способ получения органической соли или кислоты из водного потока сахара . Ведомство США по патентам и товарным знакам.US7718070 B2.

Neuman, R.P., Rudge, S.R., and Ladisch, M.R. (1987). Разделение серной кислоты и сахара методом исключения ионов. Реагировать. Полим. Ионный обмен. Сорбенты 5, 55–61. дои: 10.1016/0167-6989(87)

-6

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Ни, Дж., Ван, Х., Чен, Ю., Ше, З., На, Х. и Чжу, Дж. (2013). Новый простой двухэтапный метод получения глюкозы из целлюлозы. Биоресурс. Технол . 137, 106–110. doi: 10.1016/j.biortech.2013.03.104

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Пулидинди, И. Н., Кимчи, Б. Б., и Геданкен, А. (2014). Может ли целлюлоза быть устойчивым сырьем для производства биоэтанола? Продлить. Энергия 71, 77–80. doi: 10.1016/j.renene.2014.05.032

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Симс, Р. Э. Х., Маби, В., Сэддлер, Дж. Н., и Тейлор, М. (2010). Обзор биотопливных технологий второго поколения. Биоресурс. Технол .101, 1570–1580. doi: 10.1016/j.biortech.2009.11.046

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Тахердазе, М. Дж., и Карими, К. (2007). Кислотные процессы гидролиза этанола из лигноцеллюлозных материалов: обзор. Биоресурсы 2, 472–499. doi: 10.15376/biores.2.3.472-499

Полнотекстовая перекрестная ссылка

Во, Х.Т., Видьяя, В.Т., Джэ, Дж., Ким, Х.С., и Ли, Х. (2014). Гидролиз ионной целлюлозы до глюкозы. Биоресурс.Технол. 167, 484–489. doi: 10.1016/j.biortech.2014.06.025

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Ванон, Д. (2008). Способ получения органической соли или кислоты из водного потока сахара . Гатино, королевский адвокат: Канадское ведомство интеллектуальной собственности. СА2661531 А1.

Академия Google

Wenzl, HFJ (1970). «Кислотный гидролиз древесины», в The Chemical Technology of Wood , eds F.E. Brauns and D.A.Браунс (Нью-Йорк, Нью-Йорк: Academic Press), 157–252.

Сян, К., Ли, Ю.Ю., Петтерссон, П.О., и Торгет, Р.В. (2003). Гетерогенные аспекты кислотного гидролиза а-целлюлозы. Заяв. Биохим. Биотехнолог. 107, 505–514. дои: 10.1007/978-1-4612-0057-4_42

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Юн С.-Ю., Хан С.-Х. и Шин С.-Дж. (2014). Влияние гемицеллюлоз и лигнина на кислотный гидролиз целлюлозы. Энергетика 77, 19–24. дои: 10.1016/ж.энергия.2014.01.104

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Чжан З., Лю Б. и Чжао З. (2012). Эффективный кислотно-катализируемый гидролиз целлюлозы в растворах органических электролитов. Полим. Деград. Удар . 97, 573–577. doi: 10.1016/j.polymdegradstab.2012.01.010

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Разница между глюкозой и целлюлозой

Ключевое отличие: Термин «глюкоза» происходит от греческого «glukus», что означает «сладкий».Глюкоза, также известная как D-глюкоза, декстроза или виноградный сахар, содержится в растениях и является побочным продуктом фотосинтеза и топливом для клеточного дыхания. Глюкоза используется живыми организмами в качестве энергии. С другой стороны, целлюлоза представляет собой полисахарид, который производится путем связывания единиц глюкозы вместе. Целлюлоза чаще всего встречается в клеточных стенках зеленых растений и водорослей. Целлюлоза используется в качестве пищевых волокон для людей.

Глюкоза и целлюлоза присутствуют в растениях и являются типами углеводов, но отличаются друг от друга.Углеводы являются наиболее распространенным органическим материалом на Земле и используются в качестве источника энергии для живых организмов. Их можно разделить на три разных типа; моносахариды, дисахариды и полисахариды. В то время как глюкоза является моносахаридом, целлюлоза является полисахаридом.

Термин «глюкоза» происходит от греческого «glukus», что означает «сладкий». Суффикс «-ose» означает, что это сахар. Глюкоза, также известная как D-глюкоза, декстроза или виноградный сахар, содержится в растениях и является побочным продуктом фотосинтеза и топливом для клеточного дыхания.Фотосинтез – это процесс, при котором растения производят себе пищу, используя углекислый газ, воду и солнечный свет. Это диетический углевод, который непосредственно всасывается в кровоток во время пищеварения. В живых организмах, таких как люди, растения и животные, глюкоза используется организмом в качестве топлива и энергии. Избыток глюкозы откладывается в виде гликогена у животных и человека и в виде крахмала у растений.

Глюкоза является важной частью диеты организма, которая используется организмом для роста и развития.Использование глюкозы может осуществляться аэробным дыханием, анаэробным дыханием или ферментацией. Для человека он является ключевым источником энергии и может быть получен из продуктов, богатых углеводами, таких как хлеб, макароны, картофель и сладости. У растений глюкоза содержится в соке в виде крахмала, а избыток глюкозы хранится в семенах и корнях для последующего использования.

Хотя глюкоза чаще всего встречается в виде пищи, ее также можно найти в виде таблеток, порошка или жидкости. Глюкозу в форме декстрозы дают человеку, который страдает от состояния, известного как диабет.Диабет — это заболевание, при котором организм человека перестает обрабатывать инсулин, который превращает глюкозу в энергию. В промышленности глюкоза используется в качестве прекурсора для получения витамина С, лимонной кислоты, глюконовой кислоты, биоэтанола, полимолочной кислоты и сорбита.

С другой стороны, целлюлоза представляет собой полисахарид, который производится из глюкозы. Термин «целлюлоза» происходит от латинского слова «cellula», что означает «биологическая клетка». Глюкозные звенья связаны между собой β(1→4) гликозидными связями. Молекулы соединены водородными связями, которые образуют очень жесткие волокна, удерживающие связи вместе.Целлюлоза чаще всего встречается в клеточных стенках зеленых растений и водорослей. Это также самый распространенный углевод на Земле. Существует две формы целлюлозы: гемицеллюлоза и лигнин. Как и другие полисахариды, целлюлоза нерастворима в воде.

Целлюлоза представляет собой органическое соединение и имеет формулу (C6h20O5)n. Он имеет линейную цепь от нескольких сотен до более десяти тысяч β(1→4) связанных звеньев D-глюкозы. Около 33% всех растительных веществ составляет целлюлоза. Целлюлоза не имеет вкуса, запаха, гидрофильна с краевым углом смачивания 20–30, нерастворима в воде и большинстве органических растворителей, хиральна и биоразлагаема.Его можно химически разложить на глюкозу путем обработки концентрированными кислотами при высокой температуре.

Целлюлоза используется людьми в диетических целях и чаще в промышленности. У людей целлюлоза обеспечивает организм клетчаткой, хотя человек не может полностью расщепить целлюлозу. Он помогает пищеварению и действует как наполнитель в фекалиях. Это важная часть рациона человека. В промышленности целлюлозу сегодня в основном получают из древесной массы и хлопка. Его также можно получить, собирая растительные волокна, такие как хлопок, лен, конопля и джут, и перерабатывая их в ткани.Целлюлоза используется для производства картона и картона, а также текстильных изделий из хлопка, льна и других растительных волокон. Он также может быть преобразован в целлофан и вискозу для использования в текстильной промышленности. Он также играет важную роль в производстве альтернативного экологически чистого топлива.

Произошла ошибка при настройке пользовательского файла cookie

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности. Если ваш браузер не принимает файлы cookie, вы не можете просматривать этот сайт.

Настройка браузера на прием файлов cookie

Существует множество причин, по которым файл cookie не может быть установлен правильно. Ниже приведены наиболее распространенные причины:

В вашем браузере отключены файлы cookie. Вам необходимо сбросить настройки браузера, чтобы принять файлы cookie, или спросить вас, хотите ли вы принимать файлы cookie.
Ваш браузер спрашивает, хотите ли вы принимать файлы cookie, и вы отказались. Чтобы принять файлы cookie с этого сайта, нажмите кнопку «Назад» и примите файл cookie.
Ваш браузер не поддерживает файлы cookie. Попробуйте другой браузер, если вы подозреваете это.
Дата на вашем компьютере в прошлом. Если часы вашего компьютера показывают дату до 1 января 1970 г., браузер автоматически забудет файл cookie. Чтобы это исправить, установите правильное время и дату на своем компьютере.
Вы установили приложение, которое отслеживает или блокирует установку файлов cookie. Вы должны отключить приложение при входе в систему или проконсультироваться с системным администратором.

Почему этому сайту требуются файлы cookie?

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности, запоминая, что вы вошли в систему, когда переходите со страницы на страницу. Предоставить доступ без файлов cookie потребует от сайта создания нового сеанса для каждой посещаемой вами страницы, что замедляет работу системы до неприемлемого уровня.

Что сохраняется в файле cookie?

Этот сайт не хранит ничего, кроме автоматически сгенерированного идентификатора сеанса в файле cookie; никакая другая информация не фиксируется.

Как правило, в файле cookie может храниться только та информация, которую вы предоставляете, или выбор, который вы делаете при посещении веб-сайта. Например, сайт не может определить ваше имя электронной почты, если вы не решите ввести его. Разрешение веб-сайту создавать файлы cookie не дает этому или любому другому сайту доступ к остальной части вашего компьютера, и только сайт, создавший файл cookie, может его прочитать.

Гидролиз целлюлозы до глюкозы на твердых кислотных катализаторах

В качестве основного компонента лигноцеллюлозы целлюлоза представляет собой биополимер, состоящий из множества звеньев глюкозы, соединенных β-1,4-гликозидными связями.Разрыв β-1,4-гликозидных связей кислотами приводит к гидролизу полимеров целлюлозы, в результате чего молекула сахара превращается в глюкозу или олигосахариды. Минеральные кислоты, такие как HCl и H ₂ SO ₄ , использовались при гидролизе целлюлозы. Однако они страдают от проблем разделения продуктов, коррозии реактора, плохой рециркуляции катализатора и необходимости очистки сточных вод. Использование гетерогенных твердых кислот может решить некоторые из этих проблем за счет простоты разделения продуктов и хорошей рециклируемости катализатора.В этом обзоре обобщены последние достижения в области гидролиза целлюлозы различными типами твердых кислот, такими как сульфированные углеродсодержащие кислоты, кислоты на полимерной основе и магнитные твердые кислоты. Сила кислоты, плотность кислотных центров, адсорбция вещества и микропоры твердого материала являются ключевыми факторами для эффективных процессов гидролиза. Также обсуждаются методы, используемые для повышения эффективности реакции, такие как предварительная обработка целлюлозы для снижения ее кристалличности и использование ионных жидкостей или микроволнового излучения для повышения скорости реакции.

У вас есть доступ к этой статье

Подождите, пока мы загрузим ваш контент… Что-то пошло не так. Попробуй снова?

Произошла ошибка при настройке пользовательского файла cookie

Настройка браузера на прием файлов cookie

В вашем браузере отключены файлы cookie. Вам необходимо сбросить настройки браузера, чтобы принять файлы cookie, или спросить вас, хотите ли вы принимать файлы cookie.
Ваш браузер спрашивает, хотите ли вы принимать файлы cookie, и вы отказались. Чтобы принять файлы cookie с этого сайта, нажмите кнопку «Назад» и примите файл cookie.
Ваш браузер не поддерживает файлы cookie. Попробуйте другой браузер, если вы подозреваете это.
Дата на вашем компьютере в прошлом. Если часы вашего компьютера показывают дату до 1 января 1970 г., браузер автоматически забудет файл cookie. Чтобы это исправить, установите правильное время и дату на своем компьютере.
Вы установили приложение, которое отслеживает или блокирует установку файлов cookie. Вы должны отключить приложение при входе в систему или проконсультироваться с системным администратором.

Почему этому сайту требуются файлы cookie?

Что сохраняется в файле cookie?

Структуры целлюлозы и гликогена: сходство и сравнение — видео и стенограмма урока

Формы гликогена и целлюлозы

Все полимеры, такие как глюкоза и целлюлоза, состоят из более мелких частиц, называемых мономерами .Подумайте о мономерах, таких как Lego, для сборки игрушечной машины. Целлюлоза и гликоген используют один и тот же мономер — глюкозу. Глюкоза представляет собой кольцевую структуру с шестью атомами углерода. Отдельные кольца глюкозы могут быть соединены друг с другом по разным атомам углерода для создания различных структур. Кроме того, некоторые части кольца переворачиваются, создавая две разные версии глюкозы, называемые альфа и бета.

В гликогене глюкоза может быть соединена у первого и четвертого атомов углерода, называемых альфа-1,4-гликозидными связями, или у первого и шестого атома углерода, альфа-1,6-гликозидными связями.Это позволяет гликогену разветвляться и создавать извилистый узор. Однако целлюлоза имеет бета-1,4-гликозидные связи, что делает ее прочной прямой цепью. Давайте посмотрим, как эти формы передают функцию каждой молекулы.

Целлюлоза и гликоген у животных

Хотя гликоген и целлюлоза состоят почти из одного и того же вещества, их форма позволяет им выполнять различные функции внутри клетки. Гликоген представляет собой разветвленную структуру, важную для хранения энергии в клетках животных.Когда мы едим избыток глюкозы или сахара, наш кишечник отправляет сахар в печень. Печень хранит лишний сахар в виде энергии в виде гликогена для последующего использования. Мышцы также хранят гликоген, который можно использовать во время упражнений для быстрого получения энергии. Гликоген легко расщепляется и снова собирается клетками животных.

Однако целлюлоза содержится только в растительных клетках. Его бета-1,4-гликозидные связи не могут быть разрушены в нашем организме. Когда мы едим растения, такие как овощи, клетчатка остается в основном неповрежденной и непереваренной.Это то, что диетологи называют клетчаткой . Клетчатка помогает эффективно перемещать пищу через нашу пищеварительную систему, обеспечивая плавное движение конвейерной ленты нашей пищеварительной системы.

Некоторые животные могут переваривать целлюлозу. Травоядные животные, такие как коровы, олени, антилопы и кролики, имеют особую структуру, отходящую от их тонкой кишки, называемую слепой кишкой . Орган подобен хранилищу для расщепления целлюлозы. Хотя животным не хватает фермента или небольших белков, необходимых для расщепления целлюлозы, в слепой кишке живут специальные бактерии, которые выполняют эту работу.Бактерии расщепляют клетчатку животного в слепой кишке, а те, в свою очередь, получают из сделки немного пищи. Оба приносят пользу и живут вместе в симбиозе. В ходе эволюции у людей больше не было слепой кишки, поскольку мы всеядны, то есть едим овощи и мясо.

Целлюлоза в растениях

Растения не производят гликоген. У них есть другой углевод для хранения энергии, называемый крахмалом . Тем не менее, целлюлоза используется исключительно для создания структуры в растениях. Длинные прямые цепи дополнительно связаны связями, что дает растениям красивые длинные стержни, чтобы поддерживать себя.Это то, что составляет стебли овощей и поддерживает их в вертикальном положении. Поскольку стержни целлюлозы тесно связаны друг с другом, для химических взаимодействий с водой остается мало места.