Celuloze: iegūšana, īpašības un pielietojums

Molekulas uzbūve. Ciete pieder pie trešās ogļhidrātu grupas – pie polisaharīdiem. Zinātnieki ir pierādījuši, ka cietes molekulformula ir (C6H10O5)n un ka polimerizācijas pakāpe n sasniedz vairākus tūkstošus. Katram polisaharīdam n ir atšķirīgs. No tā var secināt, ka ciete ir dabisks polimērs, jo tās molekula sastāv no daudziem C6H10O5 elementārposmiem. Iepazīstoties ar cietes hidrolīzi, kurā rodas glikoze, varēja secināt, ka šie elementārposmi ir glikozes molekulu atlikumi. Ir pierādīts, ka cietes makromolekulas sastāv no a glikozes ciklisko molekulu atlikumiem.

Atrašanās dabā. Ciete ir ļoti izplatīta dabā. Tā atrodas galvenokārt graudos, augļos, saknēs un stumbros cietes graudiņu veidā un ir augu rezerves barības viela. Visvairāk cietes ir graudaugos: rīsu graudos (līdz 86%), kviešu graudos (līdz 75%), kukurūzas graudos (līdz 72%) kā arī kartupeļu bumbuļos (līdz 24%). Kartupeļu bumbuļos cietes graudiņi atrodas šūnsulā, bet graudos tie cieši saistīti savā starpā ar olbaltumvielu – lipekli.

Ciete ir viens no fotosintēzes produktiem, jo fotosintēzes laikā vispirms rodas glikoze, bet no tās veidojas ciete. Vienkāršotā veidā to attēlo šādi:

Fotosintēzes procesā augi ik gadus no CO2 asimilē līdz 400 miljardiem tonnu oglekļa. Lielu daļu no tā augi izmanto cietes veidošanai, kuru tie uzkrāj kā rezerves barības vielu. Augos ciete var hidrolizēties un pārvērsties par glikozi. Glikoze izšķīdušā veidā tiek pievadīta augu orgāniem un šūnām, kur tā nepieciešama dažādu dzīvības precesu norisēm.

Fotosintēzes procesu summāri var attēlot ar šādu savienojumu:

Patiesībā šis process ir ļoti sarežģīts, un tam ir daudz starpstadiju.

Iegūšana. Rūpnieciskā apjomā cieti iegūst no kartupeļu bumbuļiem (kartupeļu miltu veidā), kā arī no kukurūzas, rīsiem u.c. Kartupeļus rūpīgi nomazgā, ar speciālām rīvēm sarīvē, iegūto masu skalo ar ūdens strūklu un pēc tam to lielos kublos nostādina. Iegūto cieti vēlreiz mazgā, tad atūdeņo, ievieto speciālās kamerās un žāvē silta gaisa plūsmā. Tā iegūst cieti, ko sauc arī par kartupeļu miltiem.

Fizikālās īpašības. Ciete ir divu lielmolekulāru savienojumu – amilozes un amilopektīna maisījums. Ciete ir balts, sīkgraudains pulveris bez garšas, kas aukstā ūdenī nešķīst. Karstā ūdenī ciete uzbriest un veidojas klīsteris.

Ķīmiskās īpašības. 1. Cietei raksturīga reakcija norisinās, ja atdzesētam cietes klīsterim piepilina joda šķīdumu spirtā – veidojas zils krāsojums. Sildot šis krāsojums izzūd, bet atdziestot parādās no jauna. Joda šķīdumu izmanto cietes pierādīšanai, bet cietes šķīdumu (klīsteri) – joda pierādīšanai.

2. Fermentu iedarbībā kā arī tad, ja cieti karsē kopā ar skābēm (ūdeņraža joni ir katalizators), tā, tāpat kā visi saliktie ogļhidrāti, hidrolizējas:

Atkarībā no apstākļiem hidrolīze var norisināties vairākās stadijās:

Dažu fermentu iedarbībā hidrolīze notiek tikai līdz dekstrīniem vai maltozei. Dekstrīnu molekulās elementārposmu C6H10O5 skaits ir ievērojami mazāks nekā cietes molekulās. Maltoze ir disaharīds, kuras molekulas sastāv no diviem glikozes atlikumiem. Lai iegūtu glikozi, cieti silda vairākas sutndas kopā ar atšķaidītu sērskābi. Ja hidrolīzes procesu pārtrauc, pirms tas norisējis līdz galam, iegūst maisījumu, kas satur glikozi un dekstrīnus. Atkarībā no hidrolīzes pakāpes iegūst dažādus dekstrīnus. Visi dekstrīni šķīst ūdenī. Dekstrīni veidojas labi izceptas maizes garozā. Arī iecietinātai veļai raksturīgais spīdums rodas, cietei karsta gludekļa ietekmē pārvēršoties dekstrīnos. Cietes hidrolīze ir tās svarīga ķīmiska īpašība. Ar cieti notiek sudraba spoguļa reakcija, taču tā notiek ar cietes hidrolīzes produktiem.