Polisaharidi
Polimeri monosaharida Polisaharidi Razlikuju se u: Sastavu monomera Tipu glikozidne veze kojom su povezane monosaharidne jedinice Dužini lanca i stepenu grananja Biološkoj ulozi Amorfne supstance, teško rastvorljive u vodi
Podela polisaharida Homopolisaharidi Heteropolisaharidi Razgranati Nerazgranati Jonski Nejonski
Homopolisaharidi Sadrže samo jedan tip monosaharida Mogu biti nerazgranati i razgranati Skrob, celuloza, glikogen Heteropolisaharidi Sadrže više vrsta monosaharida Mogu biti nerazgranati i razgranati Pektini Hemiceluloza
Polisaharidi
Polisaharidi Celuloza Skrob Alginat Pektin Želatin Hitozan Hijaluronska kiselina Ksantan Pululan Dekstran Gelan
Celuloza: (C 6 H 10 O 5 ) n Sadrži samo molekule glukoze Jedinice glukoze su povezane β (1 4) glikozidnom vezom
Celuloza Molska masa zavisi od porekla i zrelosti prirodnog materijala 35 000 1 000 000 g/mol Celuloza Molska masa Lan 6 10 6 Pamuk 1,8 10 6 Smrča 500 000 Bor 400 000 Regenerisana celuloza 75 000 β-celuloza 27 000 Nerastvorna: voda, razblažene kiseline i baze (na sobnoj t) Rastvorna: neorganske kiseline
Celuloza Dejstvo alkalija na celulozu (18% NaOH) α-celuloza β-celuloza γ-celuloza β+γ celuloza= hemiceluloza
Celuloza Ima 3 slobodne OH grupe Modifikacija celuloze Esterifikacija Eterifikacija Reakcije kalemljenja
Esterifikacija celuloze Neorganske i organske kiseline 1. Cel-OH + HNO 3 H 2 SO 4 Cel-O-NO 2 + H 2 O nitrat celuloze 2. Cel-OH + (CH 3 CO) 2 O O H 2 SO 4 Cel-O-C-CH 3 + CH 3 COOH acetat celuloze
Estri celuloze Nitrati celuloze Trinitrat celuloze- puščani pamuk Različita primena (zavisi od stepena supstitucije) Proizvodnja baruta Dobijanje vlakana Termoplastični polimer (celuloid bio prvi) Acetat celuloze Proizvodnja vlakana (acetatna svila) i folija Filteri na cigaretama Četkice za zube Ramovi za naočare, skijaške naočare Igračke
Mercerizovanje celuloze U prisustvu 20% NaOH celuloza bubri Bubrenje u zategnutom stanju vlakna dobijaju svilenkast sjaj i lakše se boje Engleski hemičar Mercer prvi izložio celulozu bubrenju u NaOH Mnogo se koristi pri obradi pamučnog prediva i tkanina
Ksantogenat celuloze Cel-OH + NaOH Cel-O - Na + + H 2 O alkaliceluloza Cel-O - Na + + CS 2 Cel-O-C-S - Na + S ksantogenat celuloze S Cel-O-C-S - Na + + H 2 SO 4 Cel-OH + CS 2 +Na 2 SO 4 regenerisana celuloza (viskoza)
Dobijanje viskoze (regenerisana celuloza) Sirovina (tehnička celuloza) se potapa u NaOH Nastajanje ksantogenata (25-30 ºC) Ksantogenat se rastvara u NaOH Predenje viskoze-rastvor se potiskuje kroz fine otvore u rastvor za koagulisanje (očvršćavanje) Dobija se regenerisana celuloza Vlakna se peru, izbeljuju, upredaju i istežu Film-celofan
Eterifikacija celuloze Metilceluloza Hidroksietilceluloza Karboksimetilceluloza R-ja u dva stupnja Celuloza se aktivira NaOH ili KOH (alkaliceluloza) Dodaje se željeni reaktant (metilhlorid, etilenoksid, hlorsirćetna kiselina)
Eterifikacija celuloze Cel-O - Na + + CH 3 Cl NaOH Cel-O-CH 3 + NaCl metilceluloza Cel-O - Na + + CH 2 -CH 2 O NaOH Cel-O-CH 2 CH 2 -OH hidroksietilceluloza Cel-O - Na + + ClCH 2 -COOH NaOH Cel-O-CH 2 COO - Na + + NaCl karboksimetilceluloza
Reakcije kalemljenja U celulozu se uvode supstituenti u vidu dugih bočnih lanaca Kalemljeni monomer Akrilna i metakrilna kiselina Metilvinilpiridin Akrilonitril Svojstva i primena nastalog kopolimera Katjonski jonoizmenjivači Anjonski jonoizmenjivači Materijal otporan na dejstvo svetlosti; poboljšava svojstva sintetskih vlakana
Hidroliza celuloze Potpunom hidrolizom nastaje glukoza Izvodi se na više načina: Koncentrovanim kiselinama (HCl, H 2 SO 4, HF) Razblaženim kiselinama Pod dejstvom enzima Hemiceluloza potpunom hidrolizom daje različite šećere Celuloza daje samo glukozu
Celuloza Mikrobna celuloza (Bacterial cellulose) Mikrokristalna celuloza visok stepen kristaliničnosti jake mineralne kiseline (HCl) Liocelna vlakna tretman organskim rastvaračima
Skrob Rezervna hrana Seme, plod, krtola, stabljike, lišće Bela zrnca, 2-150 µm Kukuruz Pšenica Pirinač Krompir
Kukuruz (Bar: 10 µm) Krompir (Bar: 50 µm) Pirinač (Bar: 2 µm) Pšenica (Bar: 20 µm)
Struktura skrobne granule Sadrži naizmenično postavljene amorfne i kristalinične prstenove
Hemijski sastav skroba Opšta formula: (C 6 H 10 O 5 ) n Osnovna jedinica: D-glukoza Dva različita polimera: amiloza i amilopektin Amiloza D-glukoza veza: α(1 4) piranozni oblik Amilopektin D-glukoza veza: α(1 4) grananje -veza α(1 6)
Amiloza i amilopektin α(1 6) α(1 4)
Sadržaj amiloze u skrobu Poreklo skroba Amiloza (%) Amilopektin (%) Interval želiranja ( C) Sposobnost bubrenja Krompir 18-23 77-82 56-66 > 1000 Pšenica 19-25 75-81 52-63 21 Kukuruz 21-30 70-79 62-72 24 Pirinač 17-19 81-83 61-78 19 Grašak glatki 34 66 Grašak smežurani 66 34
Svojstvo Amiloza Amilopektin Razlaganje sa β- amilazom Stepen polimerizacije Reakcija sa jodom Kompleks sa n- butanolom Adsorpcija na celulozi Odnos neredukujućih i redukujućih krajnjih grupa 100% 50% 600-1600 Preko 10 000 Tamno plavo obojenje Gradi Dobra Crveno obojenje Ne gradi Slaba 1:1 100 n:1
Amiloza i amilopektin Amiloza slabo rastvorna u vodi suspenzija heliks
Reakcija sa jodom AMILOZA Intenzivno plavo obojenje AMILOPEKTIN Crveno (ljubičasto) obojenje Jodni afinitet-max količina vezanog joda (18-22 mg J na 100 g amiloze) U industriji se koristi za određivanje dostignutog stepena razgradnje skroba
Kompleks sa n-butanolom. Adsorpcija na celulozi n-butanol i pentazol (smeša n-butanola i n- pentanola) Amiloza gradi komplekse Kompleksi slabo rastvorni u vodi Tehnički iskorišćeno za izdvajanje amiloze iz skroba Adsorpcija na celulozi dobra.
Retrogradacija skroba Dejstvo tople vode na zrnca skroba Bubrenje i postepen prelaz u koloidni rastvor Opalescentan rastvor Stajanje i snižavanje t-pojačava se opalescencija Izdvaja se talog, nerastvoran u hladnoj vodi Izdvaja se amiloza
Retrogradacija skroba
Amilopektin Nepravilna struktura u poređenju sa amilozom Razgranat polimer Razlaganje β-amilazom do 50% (granični dekstrin) Tri tipa sekvenci (A, B, C) A-nerazgranata sekvenca (granični dekstrin) B-razgranati unutrašnji delovi niza C-od poslednjeg mesta grananja do redukujućeg kraja (masa najmanja)
A A B C
Amilopektin Sadrži estarski vezanu fosfornu kiselinu Rastvori su viskozni Adsorpcija na celulozi je slaba.
Skrob u vodi (suspenzija) Ne rastvara se u hladnoj vodi Bubri na povišenoj temperaturi Rastvaranje u vodi se odvija u više faza Želiranje skroba
Modifikacija skroba Reakcije modifikacije celuloze mogu se koristiti i za skrob i druge polisaharide Katjonski i anjonski skrobovi uvođenje COOH grupa ili kvaternernog amonijaka Delimično umreženi karboksimetilskrob Prvi biodegradabilni superapsorber Delimična razgradnja u kiseloj sredini-dekstrini Potpuna razgradnja-glukoza Termoplastični skrob neotporan na vodu, meša se sa drugim polimerima (npr. PVA)
Hidroliza skroba SKROB DEKSTRINI MALTOZA GLUKOZA
Proizvodi u industriji skroba Prirodni (nativni) skrob Modifikati skroba Hidrolizati skroba Zaslađivači na bazi skroba
Proizvodi u industriji skroba Prirodni skrob Ekstrakcija skroba iz sirovine (biljka) U velikoj meri zadržao svojstva skrobnih granula polazne sirovine Kukuruzni skrob, krompirov skrob, pšenični skrob itd. Modifikati skroba Originalni molekul pretrpeo određene promene Dekstrini (sredstva za ugušćivanje, lepljenje-tekstil, papir) Fosfati i acetati skroba Umreženi skrob, želatinizirani skrob
Proizvodi u industriji skroba Hidrolizati skroba-nastaju hidrolizom skroba Skrobni sirupi keks, bombone, sladoled, marmelada Skrobni šećeri Glukoza Zaslađivači na bazi skroba Šećerni alkoholi Visokofruktozni sirupi