دانلود مقاله سلولز

بخشی از مقاله

سلولز
سلولز دارای فرمول عمومی است. سلولز ساختار اولیه دیواره سلولی گیاهان را تشکیل می‌دهد. دستگاه گوارشی انسان قادر به هضم سلولز نیست و آن را بدون تغییر دفع می‌کند اما برخی جانوران مثل نشخوارکننده‌ها و موریانه‌ها می‌توانند سلولز را به کمک میکروارگانیسمهایی که در دستگاه گوارش آنها زندگی می‌کنند، هضم کنند. این میکروارگانیسمها با آزادکردن آنزیمهایی به هضم سلولز کمک می‌کنند.

ساختمان سلولز
ساختمان شیمیایی سلولز
در مولکول سلولز مولکولهای β - گلوکز نسبت به یکدیگر چرخش 180 درجه‌ای دارند. ضمن برقراری اتصال بین دو مولکول β - گلوکز از OH متصل به کربن 4 یک مولکول و OH کربن شماره 1 مولکول بعدی یک مولکول آب جدا می‌شود و پل اکسیژنی برقرار می‌شود. از سوی دیگر در مولکول سلولز امکان برقراری پیوندهای هیدروژنی نیز وجود دارد. پیوستن دو مولکول β - گلوکز موجب تشکیل یک مولکول سلوبیوز می‌شود.

هر 5 مولکول سلوبیوز با آرایش فضایی مکعبی شکل ، بلور سلولز را بوجود می‌آورند و از مجموعه بلورهای سلولز ، رشته ابتدایی یا میسل سلولز تشکیل می‌شود. مجموعه میسلها ، میکروفیبریل سلولزی را بوجود می‌آورند که قطری حدود 25 نانومتر دارد.از مجموع حدود 20 میکروفیبریل ، ماکروفیبریل سلولزی تشکیل می‌شود.

ابعاد سلولز
سلولز از واحدهای دارای قطر 35 آنگستروم تشکیل شده که آنها را رشته‌های ابتدایی می‌نامند. این قطر اغلب درست است اما حتمی نیست. مثلا در برخی نمونه‌ها مثل سلولز جلبک والونیا 300 آنگستروم و در ترکیبات موسیلاژی برخی میوه‌ها تنها 1 آنگستروم است. به این ترتیب تصور حالت همگن برای رشته‌های ابتدایی سلولز کنار گذاشته شد و اشکال مختلف (استوانه‌ای - منشوری با قاعده مربعی - روبان کم و بیش پهن) منظور گردید.

دو عامل در محدودیت ابعاد این واحدها دخالت دارد: یکی همی سلولزها که همانند پوششی رشد جانبی رشته‌های سلولزی را محدود می‌کنند و دیگری آرایش یا سازمان یافتگی حاصل از مجموعه سلولز سنتتازی (آنزیم تولید کننده سلولز) غشای سلولی که رشته‌های اولیه سلولزی را می‌سازد. سلولز در برابر تیمارهای آنزیمی و شیمیایی بسیار مقاوم است.

تولید سلولز
مجموعه پژوهشهایی که در مورد بیوسنتز سلولز انجام شده است نشان می‌دهد که پیش ساز سلولز یوریدین دی فسفو گلوکز است که بوسیله حفره‌های گلژی به مجموعه‌های آنزیمی سلولز سنتتازی موجود در غشای سلولی می‌رسد. با دخالت این مجموعه‌های آنزیمی از پلیمریزاسیون مولکولهای پیش ساز مولکولهای سلولز تشکیل می‌شود. پس از تشکیل مولکولهای سلولز تجمع آنها به صورت بلورهای سلولز و رسیدن به حد میکروفیبرلها و ماکروفیبریلهای سلولزی بر بنای پدیده خود آرایی با برقراری پیوندهای هیدروژنی بین مولکولی است. این تجمع نیاز به آنزیم ندارد.

تجزیه سلولز
تجزیه سلولز بوسیله سلولازها انجام می‌شود. سلولازها را به دو گروه اگزو سلولازها و آندو سلولازها تقسیم بندی می‌کنند. اگزوسلولازها قدرت عمل بیشتری دارند و بر انواع مختلف سلولز چه سلولز بلوری و چه سلولز غیر بلوری که در نتیجه زخم یا تخریب بخشهای سلولزی بلوری ایجاد می‌شود اثر می‌کنند و در مرحله اول عمل خود موجب گسستن پیوندهای بین مولکولی می‌شوند. آندو سلولازها بر محصول عمل اگزو سلولازها اثر می‌کنند و موجب گسستن پیوندهای درون مولکولی می‌گردند بنابراین سلولازها اشتراک یا تعاون عمل دارند.

فرمهای سلولز و شناسایی آنها
• α - سلولز: این فرم از سلولز در محلول 17.5 درصد از هیدروکسید سدیم در 20 درجه سانتیگراد حل نمی‌شود.
• β - سلولز: β - سلولز در این محلول حل شده اما به محض اسیدی کردن محلول ته‌نشین می‌شود.
• γ - سلولز: در محلول 17.5 درصد هیدروکسیدسدیم حل می‌شود اما با اسیدی شدن محلول ته‌نشین نمی‌شود.

کاربرد سلولز
سلولز ماده تشکیل دهنده دیواره سلولی گیاهان است. این ترکیب اولین بار در سال 1838 مورد توجه قرار گرفت. در آن سالها با اعمال تغییراتی در آن مانند نیتروژندار کردن در تولید نیترو سلولز مورد بهره برداری قرار گرفت. سلولز بصورت تقریبا خالص در رشته‌های پنبه وجود دارد. این رشته‌ها در تولید نخ و پارچه بافی و تولید پوشاک اهمیت فراوانی دارند.

همچنین الیاف پنبه استرلیزه شده در پزشکی کاربرد زیادی دارد. سلولز بصورت ترکیب با لیگنین (ماده چوب) و سلولز در تمام مواد گیاهی وجود دارد. سلولز در گذشته در ساخت باروت بدون دود مورد استفاده قرار می‌گرفت. امروزه از آن برای تولید نیترو سلولز که در ساخت مواد منفجره ، پلاستیک‌سازی ، رنگسازی و … کاربرد دارد، استفاده می‌کنند. سلولز همچنین در آزمایشگاه به عنوان جزء عمل کننده فاز جامد در کروماتوگرافی لایه نازک استفاده می‌شود.

همی سلولزها
همی سلولزها گروهی از پلی ساکاریدهای غیر ساختاری با وزن مولکولی کم و اغلب ناهمگن هستند که ارتباطی با سلولز نداشته و از راه بیوسنتز متفاوتی تولید می‌شوند. نام همی سلولزها نشان دهنده ارتباط یا نزدیکی آنها با سلولز نیست. نقش همی سلولزها در دیوراه سلول بخوبی شناخته شده نیست، اما وزن مولکولی خیلی کم آنها نمی‌تواند همی سلولزها را به عنوان یک پلیمر ساختاری مطرح کند (درجه پلیمریزاسیون آنها بین 150 - 200 است).

تحقیقات نظری در این زمینه نشان می‌دهد که همی سلولزها ممکن است نقشی در انتقال آب داشته باشند. همی سلولزها معمولا از واحدهای مونومری هگزوزی مثل D- گلوکوپیرانوز ، D- مانوپیرانوز و D- گالاکتوپیرانوز و واحدهای پنتوزی مثل D- زایلو پیرانوز و –L آرابینوفورانوز تشکیل شده‌اند. بخش قابل توجهی از همی سلولزها حتی بعد از لیگنین زدایی شیمیایی ، در خمیر کاغذ باقی می‌مانند. مهمترین همی سلولز موجود در سوزنی برگان گالاکتو گلوکومانان است که حدود 20% از وزن خشک چوب را تشکیل می‌دهد.

فوايد سلولز
سلولز براي بدن فوايد بسياري دارد: تسكين يبوست و بواسير، پيشگيري از ابتلا به بعضي بيماريهاي خاص، تحت كنترل درآوردن وزن.
رهايي از يبوست و بواسير
سلولز مي تواند مقادير زيادي آب جذب كند و اين باعث مي شود كه مدفوع نرمتر شده و راحت تر دفع شود.
در بسياري از موارد، افزايش سلولز در رژيم غذايي، براي چندين روز مانع يبوست مي شود، چون مدفوع راحت تر دفع مي شود، فشار كمتري لازم است و بواسير تسكين مي يابد.

پيشگيري از بيماريهاي مختلف
بيماريهاي قلبي: عقيده بر اين است كه غذاهاي حاوي سلولز قابل حل (مثل جو دوسر و لوبيا) مي تواند بر كلسترول، تري گليسيريد و ديگر ذرات خون كه در رشد بيماريهاي قلبي مؤثر هستند، تأثيرات مثبت داشته باشند. ميوه و سبزيجات مانند (مركبات و هويج) نيز همين تأثير را دارند.
سرطان: وقتي سلولز مصرف مي كنيم، عبور غذا از درون بدن سريعتر صورت مي گيرد. بعضي متخصصين عقيده دارند با رژيم غذايي غني از سلولز مي توان از سرطانهايي مثل سرطان سينه، سرطان تخمدان و سرطان رحم، كه به سوء تغذيه شديد مربوط مي شود، پيشگيري كرد.

ديابت: افزودن سلولز به رژيم غذايي، سطح قند خون را تنظيم مي كند و همين موضوع، مانع بروز بيماري ديابت مي شود. علاوه بر اين، افرادي كه دچار بيماري ديابت هستند، با مصرف سلولز، كاهش چشمگيري در قند خونشان ايجاد مي شود.

بيماري آماس: آماس بيماري است كه در آن كيسه هاي كوچكي كه آماس ناميده مي شود، در ديواره قولون (بخشي از روده بزرگ) رشد مي كند. در درصد كمي از افراد اين كيسه ها متورم يا عفوني مي شوند. اين بيماري با درد، اسهال، يبوست و مشكلات ديگر همراه است.
سنگ كيسه صفرا و سنگ كليه: گوارش سريع به آزادسازي گلوكز در جريان خون منجر مي شود. براي برطرف كردن اين موضوع، بدن بايد مقدار زيادي انسولين در خون بريزد و اين باعث مي شود كه سنگ كيسه صفرا و سنگ كليه به وجود آيد.

كنترل وزن
غذاهايي كه حاوي مقادير زيادي سلولز هستند، نسبت به غذاهاييكه سلولز كمتري دارند، حجيم ترند و اگر به شكل صحيح به اندازه كافي مصرف شوند، بعضي اوقات مي توانند شروع گرسنگي را به عقب بيندازند.

* هميشه سعي كنيد سلولز را به شكل طبيعي مصرف كنيد، مثلاً به جاي اينكه روي غذايتان سبوس بريزيد، غذاهايي بخوريد كه سلولز زيادي دارند.
* از خوردن غذاهايي كه با نداشتن سلولز، راحت خورده و هضم مي شوند، بخصوص قندها، اجتناب كنيد.
* غذاهايي را انتخاب كنيد كه بدون كالري زياد، گرسنگي را برطرف مي كنند. مثل سبزيجات و ميوه جات كه غني از سلولز هستند.

کربوکسی متیل سلولز
کربوکسی متیل سلولز (Carboxymethyl cellulose) یا (‍CMC) از مشتقات سلولز است .این ماده از استخلاف شدن گروه های کربوکسی متیل (-CH2-COOH) بجای برخی از گروه های هیدروکسیل (-OH) بدست می آید.[نیاز به ذکر منبع]
خواص فیزیکی: 1-حلالیت 2-ویسکوزیته در محلول 3-فعالیت سطحی 4-خواص ترموپلاستیکی 5-پایداری (در برابر تخریبات زیست‌شناختی، گرما، آب‌کافت و اکسایش)

سلولز استات
سلولز استات‌ :( Cellulose acetate ) «سلولز استات» ماده‌ای است که بهطور گسترده در ساخت فریم بهکار می‌رود. مادهی اصلی سلولز، از پنبه یا خمیر چوب گرفته شده و سپس مورد عمل‌آوری واقع می‌گردد. هنگامی که مادهی اولیهی سلولز از پنبه‌استخراج می‌شود، بهصورت رشته‌هایی می‌باشند که به تخم پنبه چسبیده اند و آن‌قدر کوتاه می‌باشند که قابل‌استفاده برای منسوجات نیستند.این رشته‌هـا را Linter گویند. مواد استخراجی از چوب و یا پنبه را با مخلوطی از انیدرید،اسید استیک و اسید سولفوریک(که به عنوان کاتالیزور عمل می‌کنند) به هم‌می‌آمیزند. سپس، مواد پلاستیک‌ساز و موادی را جهت استحکام، به آن اضافه می نمایند.

امروزه، بعضی از آلرژیها را به استفاده از فریمهای ساخته شده از سلولز استات نسبت می دهند. گرچه، این موضوع نادر است‌. زیرا بیشتر اوقات، مشکلات پوستی ناشی از این گونه واکنشهای آلرژیک مربوط به ذراتی می شود که توسط مواد سازندهی فریم قابل جذب اند. یعنی مادهی سازندهی فریم، خود به تنهایی
نمی تواند باعث بروز یک واکنش آلرژیک شود. لذا، به منظور محافظت سطح فریم از تماس با این گونه مواد، سطح فریم را روکش می کنند.در صورتی که سطح فریم روکش نشود، این امکان وجود دارد که سلولز استات، موادی را که آلرژی‌زا هستندجذب نماید. یک روکش خوب، روکشی است که مانع رسیدن اشعهی فرابنفش به فریم شود. چنین روکشی از کم رنگ شدن فریم نیز جلوگیری‌ می‌نماید.

«سلولز استات‌» را می‌توان به شکل ورقه‌های پلاستیکی ساخت و از آن قطعات فریم را برید و یا اینکه‌ بهصورت دانه‌های استات درآورده و آن را در مدل تزریقی بهکار برد.برای ساخت فریم، سلولز استات را معمولاً بهصورت ورقه‌ بهکار می‌برند.
سلولز استات پروپیونات‌ ( Propionate ) یا : ( cellulose aceto - propionate )

که عموماً به پروپیونات معروف است‌. بسیاری از خصوصیات سلولز استات را دارا بوده وبرای مدل‌تزریقی مناسب‌تر است‌.(همچنین به جهت دارا بودن وزن کمتر نسبت به استات،از مزیت سبکی نیز برخوردار می باشد.)

پایداری رنگ در پروپیونات نسبت به سلولز استات کمتر می‌باشد و در صورتی‌که روکش جذب کنندهی اشعهی ماوراء بنفش نداشته باشد، مدت ‌نسبتاً کوتاهی رنگ خود را از دست می‌دهد. برای ساخت فریم، دانه‌های پروپیونات را حرارت داده تا بهصورت مایع درآیند. سپس، آن را به وسیلهی تزریق‌ برای ساخت مدلهای دلخواه بهکار می‌برند.دانه‌های پروپیونات، ممکن است که در ابتدا بی‌رنگ باشند که در این صورت بعد از ساخت فریم قسمتهای مختلف آن را به دلخواه رنگ می‌کنند.

نشاسته کربوهیدراتی است که در سیبک گیاه و دانه ذخیره شده که می توان ذرت ، گندم ، سیب زمینی ، تاپیوکا( ماده دانه دانه و پر نشاسته ) و برنج را نام برد . از لحاظ واحد ساختاری ، دارای دو نوع مولکول است که عبارتند از آمیلوز که حدود 30-20 درصد آن را تشکیل میدهد و آمیلوپکتین که حدود 80-70 درصد است .
از لحاظ ساختار مولکولی آمیلوز و آمیلوپکتین جزء مولکولهای نا همساز به حساب می آیند . آمیلوز دارای وزن مولکولی پایین بوده ، در حالیکه آمیلوپکتین دارای مولکولهای بسیار بزرگ و فشرده می باشد . نشاسته ارزان بوده و به عنوان عامل تهیه ژله ، تثبیت کننده امولسیون و غلیظ کننده مورد استفاده قرار میگیرد . آمیلوز به عنوان هیدروکلویید یا آب چسبه تشکیل دهنده ژله مورد استفاده قرار میگیرد .

نشاسته فوق تصفیه خوراکی
خواص فرم پذيری نشاسته :
چنانچه به 100 گرم نشاسته ، 50 میلی لیتر آب اضافه گردد، آن را مخلوط نمائيم ، تغيير فاحشی در آن بوجود نمی آيد . خمیر نشاسته که با آب اشباع شده است ، سفت شده و به سختی جابجا می شود و به مقدار کمی فرم پذير ميباشد به عبارت ديگر نشاسته در این حالت الاستیک نخواهد بود که علت این امر را می توان به شرح زیر توجیه نمود :

دانه های نشاسته ای که با آب مرطوب می شوند به یکدیگر می چسبند که در هنگام وارد کردن نیرو و فشار ( در هنگام زدن یا لوله کردن خمیر ) بسختی جابجا می گردند. البته قابلیت به هم چسبندگی دانه های نشاسته چندان زیاد نمی باشد . حال چنانچه علاوه بر 50 میلی لیتر آب 10 میلی لیتر دیگر آب به نشاسته اضافه گردد ، یعنی مجموعاً 60 میلی لیتر ، مشاهده می شود که نشاسته قادر است 2 وزن خود آب جذب نماید که در چنین حالتی نشاسته قابلیت کشش پذیری ،

لغزندگی و جابجایی پیدا کرده و دانه های نشاسته می توانند جابجا شوند، حال اگر به این نشاسته 10 میلی لیتر یعنی جمعاً 70 میلی لیتر آب اضافه کرده و آن را توسط مخلوط کن به هم بزنیم مشاهده می گردد که خمیر نشاسته ، وضعیت و ثبات خود را با آبگیری بیشتر از دست داده ، به صورت سوسپانسیون در می آيد . علت این امر را می توان چنین توجیه نمود که در اثر افزودن آب بیشتر ، دانه های نشاسته قابلیت بهم چسبندگی خود را از دست داده و روی هم سر خورده و در اثر افزودن آب بیشتر، دانه های نشاسته شناور می گردند . از این خواص می توان در فرآیند تهیه خمیر و یفر استفاده نمود و ذرات آرد را به صورت سوسپانسیون درآورد .

آنزیمهای آمیلولیتیکی می توانند در طی مراحل آماده سازی خمیر ، نشاسته را تجزیه نموده و بدین وسیله از نظر مکانیکی نشاسته را دچار صدمه دیدگی نمایند .

تغییر آنزیماتیکی ( تجزیه ) نشاسته :
- پروتئازها
پروتئازها باعث تجزیه غشاء پروتئینی دانه های نشاسته می گردند .
- آمیلازها ، نشاسته را به قندهای محلولی (مالتوز) تجزیه می نماید .

به طور کلی آردهای سفید ( گندم ) از نظر آنزیمی فقیر میباشند . مزایای ناشی از این امر موجب می گردد :
- نشاسته و همچنین گلوتن به مقدار کمی تجزیه شده یا صدمه بیند ،بنابراین خواص و ویژگی های مکانیکی خمیر تغییر زیادی نمی کند در حالی که معایب آردهای سفید ، ضعیف بودن فعالیت آنزیمی و در نتیجه پایین بودن قندهای قابل تخمیر میباشد ، بالعکس آردهای تیره از نظر آنزیمی غنی بوده که مزایای ناشی از این امر موجب می شود :
- تخمیر بهتر صورت گیرد .

- مواد آروماتیک بیشتر شده و مزه نان بهتر می شود ، در حالی که معایب آردهای تیره صدمه دیدگی مکانیکی است که به علت فعال بودن آنزیم ، تجزیه نشاسته و گلوتن بیشتر صورت می گیرد .

موارد مصرف :
از نشاسته به عنوان ماده اوليه در بسياری از رشته های صنايع غذايی استفاده می شود که برای هر مورد نشاسته خاص آن مناسب است . در توليد دکستروز ،دکسترين و گلوکز مايع ماده اوليه اصلی، نشاسته است و برای بسياری ديگر از رشته های صنايع ، برای نقشی که نشاسته در بهبود ويژگيهای فيزيکی ،بالا بردن ثبات سيستم های کلوئيدی و اثر غلظت دهندگی دارد ، از آن استفاده می شود

. در پودرهای نانوايی و مواد بهبود دهنده پخت به عنوان Filler (پر کننده ) و جلوگيری از واکنش بين بيکربنات و اسيد پيش از ساختن خمير ، در سس ها برای حفظ امولسيون روغن و سرکه و ساير اجزا و جلوگيری از دوفاز شدن سيستم ، در بيسکويت برای بهبود بافت و تردی فرآورده و کنترل PH ، در صنايع پخت پيش از قالب گيری برای جلوگيری از چسبيدن خمير به قالب ، در توليد انواع سوپ به عنوان غلظت دهنده و در صنايع کنسرو سازی

، صنايع گوشت ،صنايع غذاهای منجمد ،بيسکويت سازی ، کيک سازی ، ويفر ، کاکائو ، بستنی ، آدامس ، قهوه و خردل، مواد افزودنی غذايی، شيرينی جات،فرآورده های گوشتی، کنسرو، سس، صنايع غذايی- بهداشتی و مصارف صنعتی کاربرد دارد .