Η κυτταρίνη είναι ένα σύνθετο πολυσακχαρίτη που αποτελείται από πολλές μονάδες γλυκόζης που συνδέονται με β-1,4-γλυκολοσιδικούς δεσμούς. Είναι το κύριο συστατικό των κυτταρικών τοιχωμάτων των φυτών και δίνει τα τοιχώματα των κυττάρων των φυτών ισχυρή δομική υποστήριξη και σκληρότητα. Λόγω της μακράς μοριακής αλυσίδας κυτταρίνης και της υψηλής κρυσταλλικότητας, έχει ισχυρή σταθερότητα και αδιάκοπη.
(1) Ιδιότητες κυτταρίνης και δυσκολίας στη διάλυση
Η κυτταρίνη έχει τις ακόλουθες ιδιότητες που δυσκολεύουν τη διάλυση:
Υψηλή κρυσταλλικότητα: Οι μοριακές αλυσίδες κυτταρίνης σχηματίζουν μια στενή δομή πλέγματος μέσω δεσμών υδρογόνου και δυνάμεις van der Waals.
Υψηλός βαθμός πολυμερισμού: ο βαθμός πολυμερισμού (δηλαδή το μήκος της μοριακής αλυσίδας) της κυτταρίνης είναι υψηλός, συνήθως κυμαίνεται από εκατοντάδες έως χιλιάδες μονάδες γλυκόζης, γεγονός που αυξάνει τη σταθερότητα του μορίου.
Δίκτυο δεσμών υδρογόνου: Οι δεσμοί υδρογόνου είναι ευρέως παρόντες μεταξύ και εντός των μοριακών αλυσίδων κυτταρίνης, καθιστώντας δύσκολη την καταστροφή και τη διαλυμένη από τους γενικούς διαλύτες.
(2) Αντιδραστήρια που διαλύουν την κυτταρίνη
Επί του παρόντος, τα γνωστά αντιδραστήρια που μπορούν να διαλύουν αποτελεσματικά την κυτταρίνη περιλαμβάνουν κυρίως τις ακόλουθες κατηγορίες:
1. Ιονικά υγρά
Τα ιοντικά υγρά είναι υγρά που αποτελούνται από οργανικά κατιόντα και οργανικά ή ανόργανα ανιόντα, συνήθως με χαμηλή μεταβλητότητα, υψηλή θερμική σταθερότητα και υψηλή ρύθμιση. Ορισμένα ιοντικά υγρά μπορούν να διαλύουν την κυτταρίνη και ο κύριος μηχανισμός είναι να σπάσει τους δεσμούς υδρογόνου μεταξύ των μοριακών αλυσίδων κυτταρίνης. Τα κοινά ιοντικά υγρά που διαλύουν την κυτταρίνη περιλαμβάνουν:
1-βουτυλο-3-μεθυλιμιδαζολίου χλωριούχο ([BMIM] CL): Αυτό το ιοντικό υγρό διαλύει την κυτταρίνη αλληλεπιδρώντας με δεσμούς υδρογόνου στην κυτταρίνη μέσω δέκτη δεσμού υδρογόνου.
1-αιθυλ-3-μεθυλιμιδαζολίου οξικό ([EMIM] [AC]): Αυτό το ιοντικό υγρό μπορεί να διαλύσει υψηλές συγκεντρώσεις κυτταρίνης υπό σχετικά ήπιες συνθήκες.
2. Αμίνη οξειδωτικό διάλυμα
Αμίνη οξειδωτικό διάλυμα, όπως ένα μικτό διάλυμα διαιθυλαμίνης (DEA) και χλωριούχο χαλκού ονομάζεται διάλυμα [Cu (II) -Mmonium], το οποίο είναι ένα ισχυρό σύστημα διαλύτη που μπορεί να διαλύσει την κυτταρίνη. Καταστρέφει την κρυσταλλική δομή της κυτταρίνης μέσω της οξείδωσης και της σύνδεσης υδρογόνου, καθιστώντας την κυτταρίνη μοριακή αλυσίδα μαλακότερη και πιο διαλυτή.
3. Σύστημα χλωριούχου λιθίου (LICL-DMAC)
Το σύστημα LICLL-DMAC (χλωριούχο λιθίου-διμεθυλακεταμίδη) είναι μία από τις κλασικές μεθόδους διάλυσης κυτταρίνης. Το LICL μπορεί να σχηματίσει έναν διαγωνισμό για δεσμούς υδρογόνου, καταστρέφοντας έτσι το δίκτυο δεσμών υδρογόνου μεταξύ των μορίων κυτταρίνης, ενώ το DMAC ως διαλύτη μπορεί να αλληλεπιδράσει καλά με τη μοριακή αλυσίδα κυτταρίνης.
4. Υδροχλωρικό οξύ/διάλυμα χλωριούχου ψευδαργύρου
Το διάλυμα χλωριούχου υδροχλωρικού οξέος/ψευδαργύρου είναι ένα πρώιμο ανακαλυφθεί αντιδραστήριο που μπορεί να διαλύσει την κυτταρίνη. Μπορεί να διαλύσει την κυτταρίνη σχηματίζοντας ένα συντονιστικό αποτέλεσμα μεταξύ χλωριούχου ψευδαργύρου και μοριακών αλυσίδων κυτταρίνης και υδροχλωρικού οξέος που καταστρέφει τους δεσμούς υδρογόνου μεταξύ μορίων κυτταρίνης. Ωστόσο, αυτή η λύση είναι εξαιρετικά διαβρωτική για τον εξοπλισμό και περιορίζεται σε πρακτικές εφαρμογές.
5. Ινωδολυτικά ένζυμα
Τα ινωδολυτικά ένζυμα (όπως οι κυτταρινάσες) διαλύουν την κυτταρίνη καταλύοντας την αποσύνθεση της κυτταρίνης σε μικρότερους ολιγοσακχαρίτες και μονοσακχαρίτες. Αυτή η μέθοδος έχει ένα ευρύ φάσμα εφαρμογών στους τομείς της βιοαποικοδόμησης και της μετατροπής βιομάζας, αν και η διαδικασία διάλυσης δεν είναι πλήρως χημική διάλυση, αλλά επιτυγχάνεται μέσω της βιοκαταλύσεως.
(3) Μηχανισμός διάλυσης κυτταρίνης
Διαφορετικά αντιδραστήρια έχουν διαφορετικούς μηχανισμούς για τη διάλυση της κυτταρίνης, αλλά γενικά μπορούν να αποδοθούν σε δύο κύριους μηχανισμούς:
Καταστροφή δεσμών υδρογόνου: Καταστρέφοντας τους δεσμούς υδρογόνου μεταξύ των μοριακών αλυσίδων κυτταρίνης μέσω ανταγωνιστικού σχηματισμού δεσμού υδρογόνου ή ιοντικής αλληλεπίδρασης, καθιστώντας την διαλυτή.
Χαλάρωση μοριακής αλυσίδας: Αύξηση της απαλότητας των μοριακών αλυσίδων κυτταρίνης και μείωση της κρυσταλλικότητας των μοριακών αλυσίδων μέσω φυσικών ή χημικών μέσων, έτσι ώστε να μπορούν να διαλυθούν σε διαλύτες.
(4) Πρακτικές εφαρμογές διάλυσης κυτταρίνης
Η διάλυση της κυτταρίνης έχει σημαντικές εφαρμογές σε πολλούς τομείς:
Παρασκευή παραγώγων κυτταρίνης: Μετά τη διάλυση της κυτταρίνης, μπορεί να τροποποιηθεί περαιτέρω για την παρασκευή αιθέρων κυτταρίνης, κυτταρίνης και άλλων παραγώγων, τα οποία χρησιμοποιούνται ευρέως σε τρόφιμα, ιατρικά, επικαλύψεις και άλλα πεδία.
Τα υλικά που βασίζονται σε κυτταρίνη: Χρήση διαλυμένης κυτταρίνης, νανοϊνών κυτταρίνης, μεμβρανών κυτταρίνης και άλλων υλικών μπορούν να παρασκευαστούν. Αυτά τα υλικά έχουν καλές μηχανικές ιδιότητες και βιοσυμβατότητα.
Ενέργεια βιομάζας: Με τη διάλυση και την υποβάθμιση της κυτταρίνης, μπορεί να μετατραπεί σε ζυμώσιμα σάκχαρα για την παραγωγή βιοκαυσίμων όπως η βιοαιθανόλη, η οποία βοηθά στην επίτευξη της ανάπτυξης και της χρήσης ανανεώσιμων πηγών ενέργειας.
Η διάλυση της κυτταρίνης είναι μια πολύπλοκη διαδικασία που περιλαμβάνει πολλαπλούς χημικούς και φυσικούς μηχανισμούς. Ιωνικά υγρά, αμινοξειδικά διαλύματα, συστήματα LICL-DMAC, διαλύματα χλωριούχου υδροχλωρικού οξέος/ψευδαργύρου και κυτταολυτικά ένζυμα είναι επί του παρόντος γνωστό ότι είναι αποτελεσματικοί παράγοντες για τη διάλυση της κυτταρίνης. Κάθε πράκτορας έχει το δικό του μοναδικό μηχανισμό διάλυσης και πεδίο εφαρμογής. Με την εμπεριστατωμένη μελέτη του μηχανισμού διάλυσης κυτταρίνης, πιστεύεται ότι θα αναπτυχθούν πιο αποτελεσματικές και φιλικές προς το περιβάλλον διάλυσης, παρέχοντας περισσότερες δυνατότητες για τη χρήση και την ανάπτυξη κυτταρίνης.
Χρόνος δημοσίευσης: Ιουλ-09-2024