Cellulosa: struttura, proprietà, usi

La cellulosa è un polisaccaride che costituisce un componente importante delle pareti cellulari delle piante e di altri organismi come batteri e alghe

La cellulosa è costituita da una catena lineare in cui le molecole di glucosio sono legate tra loro tramite legame  β-1,4-glicosidico.

 Questo polisaccaride lineare è legato insieme attraverso diversi legami idrogeno inter- e intramolecolari ,che consentono loro di essere impacchettati in microfibrille.

I molteplici legami a idrogeno intermolecolari all’interno della matrice determinano un orientamento simile della maggior parte delle molecole per formare microfibrille. A seconda del grado di organizzazione della sua struttura,  è composta da fasi cristalline e amorfe. Le regioni meno ordinate sono più reattive rispetto alle regioni cristalline più altamente ordinate; la reazione chimica avviene prima sulle superfici meno ordinate delle fibrille e si osserva poco o nessun effetto sulla struttura cristallina.

Gli esseri umani non hanno enzimi in grado di rompere questo tipo di legami e pertanto la cellulosa non è digerita dall’uomo.

Tuttavia, alcuni erbivori, come mucche, koala, bufali e cavalli, hanno microbi specializzati che li aiutano a elaborare la cellulosa. Questi microbi vivono nel tratto digestivo e la scompongono  in monomeri di glucosio che possono essere utilizzati dall’animale. Anche le  termiti che masticano il legno scompongono la cellulosa con l’aiuto di microrganismi che vivono nelle loro viscere.

La struttura della cellulosa è la seguente:

Le catene polisaccaridiche si aggregano tramite legami a idrogeno e forze di van der Waals per formare una lunga struttura cristallina filiforme chiamata microfibrilla di cellulosa

Insieme all’amido, glicogeno e chitina costituisce uno dei principali esempi di polisaccaridi presenti negli organismi viventi. Il legno è un biocomposito naturale in una matrice di lignina si trovano fibre di cellulosa

Proprietà della cellulosa

Il chimico francese nel 1838 Anselme Payen scoprì e isolò questo biopolimero che è il più abbondante sulla terra

A causa della sua struttura ha proprietà diverse rispetto agli altri polisaccaridi.
La cellulosa è un solido cristallino dall’aspetto polveroso bianco con elevate proprietà igroscopiche

Ha un’elevata resistenza alla trazione grazie ai legami a idrogeno tra le singole catene nelle microfibrille di cellulosa la cui  resistenza alla trazione è paragonabile a quella dell’acciaio

Mostra solubilità diverse a seconda dei solventi: è solubile in metanolo e in acqua a pH 10, parzialmente solubile in etanolo e in acqua a pH 5, poco solubile in acqua, e acetone.
Alla temperatura di 350°C dà luogo a decomposizione con formazione di biossido di carbonio

È contenuta in alcuni alimenti quali cereali, verdure come cavoli, verza, bietole, crescione, legumi, frutta come avocado, mele, pere e frutti di bosco, noccioline e semi di zucca e girasole. Non è assorbita dall’organismo e pertanto non fornisce calorie ma è indicata nei programmi dimagranti  e come lassativo.

Usi

È  utilizzata per produrre carta, cartoni e tessuti, come materiale da costruzione e isolante elettrico. È  usata come riempitivo di farmaci, come addensante, emulsionante e stabilizzante negli alimenti. Quella derivante da rifiuti animali può essere trasformata per produrre biocarburanti. Inoltre è usata come fase stazionaria per la cromatografia.

È stata utilizzata per ottenere i primi polimeri come la celluloide usata per la fabbricazione di pellicole ma caduta in disuso per la sua infiammabilità. È utilizzata per rivestimenti strutturali esterni, tra cui tessuti, vernici, isolamenti di pareti in legno, schiume polimeriche per coperture e rivestimenti.

È anche utilizzata come applicazioni ignifughe interne come porte ignifughe, pannelli per soffitti, piastrelle, ripiani e pannelli per pareti. Le fibrille sintetizzate con polimeri comuni sono adatte per settori tra cui materiali da costruzione, tessuti e mobili per ottenere un ignifugo più efficace, più sicuro e meno costoso .