La celulosa es un compuesto fibroso similar a la arcilla, insoluble en agua y que se encuentra en las paredes celulares protectoras de las plantas, especialmente en tallos, ramas y todas las partes leñosas del tejido vegetal.
¿Qué es la celulosa?
Antes de saber qué es la celulosa es importante entender que la celulosa nunca se encuentra en estado puro en la naturaleza, sino que siempre se asocia con otros polisacáridos como la lignina, la pectina, la hemicelulosa y el xilano. En las plantas, las moléculas de celulosa se disponen en forma de fibrillas formadas por varias moléculas paralelas unidas por enlaces glucosídicos de manera que son difíciles de descomponer.
La celulosa fue descrita por primera vez por Anselme Payen en 1838 como una fibra sólida que es resistente y permanece después de la purificación del tejido vegetal con ácido y amoníaco. Payen observó que el material purificado contenía un tipo uniforme de compuesto químico, se refiere a los carbohidratos. Se basa en residuos de glucosa similares al almidón.
La celulosa es un polímero de glucosa en forma de cadenas lineales unidas por enlaces glucosídicos ß-1,4. La estructura lineal hace que la celulosa sea cristalina e insoluble. La celulosa no se degrada fácilmente química o mecánicamente. En la naturaleza, la celulosa suele estar asociada con otros polisacáridos como la hemicelulosa o la lignina para formar el marco principal de las paredes celulares de las plantas.
Los ésteres de celulosa se utilizan como aglutinantes y aditivos para morteros especiales o productos químicos especiales para la edificación y la construcción, así como estabilizadores de viscosidad en pinturas, alimentos, productos farmacéuticos y otros. La celulosa es también un ingrediente básico en la fabricación de papel.
Las fibras tienen alta resistencia y durabilidad. Si se humedece con agua, muestra expansión cuando se satura y también es higroscópico. Incluso en estado húmedo, las fibras de celulosa natural no pierden su resistencia. Los derivados de celulosa se han utilizado ampliamente en preparaciones farmacéuticas como etilcelulosa, metilcelulosa, carboximetilcelulosa y en otras formas utilizadas en preparaciones orales, tópicas e inyectables.
Tipos de celulosa
Existen tres tipos de celulosa según el grado de polimerización y solubilidad en compuestos de hidróxido de sodio (NaOH), los cuales son los siguientes:
Alfa celulosa (α celulosa)
La celulosa α (alfa) es un tipo de celulosa de cadena larga, insoluble en una solución de NaOH al 17,5 % o una solución alcalina fuerte con un grado de polimerización de 600 a 1500. La celulosa se utiliza como estimador o determinante del nivel de pureza de la celulosa. La celulosa es la celulosa (pura) de la más alta calidad. La celulosa α > 92% cumple con los requisitos para ser utilizada como materia prima principal para la fabricación de propulsores y/o explosivos, mientras que la celulosa de menor calidad se utiliza como materia prima en la industria del papel y la industria de la confección/tejidos. Cuanto mayor sea el contenido de alfa celulosa, mejor será la calidad del material.
Beta celulosa (ß celulosa)
La ß-celulosa (beta) es un tipo de celulosa de cadena corta, soluble en una solución de NaOH al 17,5 % o en una base fuerte con un grado de polimerización de 15 a 90, puede precipitar cuando se neutraliza.
Gamma celulosa (γ celulosa)
La celulosa γ (gamma) es la misma celulosa que la celulosa ß, pero el grado de polimerización es inferior a 15.
Estructura de la celulosa
La celulosa tiene una estructura única debido a su tendencia a formar fuertes enlaces de hidrógeno. Los enlaces de hidrógeno intramoleculares se forman entre:
- El grupo hidroxilo C3 en la unidad de glucosa y el átomo de O del anillo de piranosa ubicado en la unidad de glucosa más cercana.
- El grupo hidroxilo en C2 y el átomo de O en C6 son unidades de glucosa vecinas. Se forma un enlace de hidrógeno intermolecular entre el grupo hidroxilo C6 y el átomo de O en C3 a lo largo del eje b.
Con los enlaces de hidrógeno y las fuerzas de van der Waals formadas, la estructura de la celulosa puede disponerse de manera ordenada y formar regiones cristalinas. Además, una serie de estructuras que no estén ordenadas formarán regiones no cristalinas o amorfas. Cuanto mayor sea la densidad de empaquetamiento, la celulosa será cristalina, mientras que cuanto menor sea la densidad de empaquetamiento, la celulosa será amorfa.
El grado de cristalinidad de la celulosa está influenciado por la fuente y el tratamiento dado. Las cadenas de celulosa se unirán para formar microfibrillas, la parte cristalina se unirá a la parte no cristalina. Las microfibrillas se combinarán para formar fibrillas, luego las fibrillas combinadas formarán fibras.
Propiedades de la celulosa
Las propiedades de la celulosa consisten en propiedades físicas y propiedades químicas. La celulosa de cadena larga tiene propiedades físicas más fuertes, es más duradera contra la degradación causada por influencias térmicas, químicas y biológicas.
Aquí te mencionamos algunas de las propiedades de la celulosa:
- Puede ser degradada por hidrólisis, oxidación, fotoquímica o mecánicamente de manera que el peso molecular disminuya.
- Insoluble en agua o disolventes orgánicos, pero parcialmente soluble en soluciones alcalinas.
- En estado seco, la celulosa es higroscópica, dura y quebradiza. Si la celulosa contiene suficiente agua, será blanda. Así que la función del agua aquí es como suavizante.
- La celulosa en cristales tiene una mejor resistencia en comparación con su forma amorfa.
- Tiene alta resistencia a la tracción.
- Capaz de formar una red.
- No es fácilmente soluble en agua, álcalis y disolventes orgánicos.
- Relativamente incolora.
- Tiene una capacidad de unión más fuerte.
Fuentes de celulosa
La celulosa de las fibras vegetales varía según el origen y suele estar asociada a materiales como agua, cera, pectina, proteínas, lignina y sustancias minerales. La siguiente tabla muestra el número de compuestos químicos contenidos en algunos materiales que contienen celulosa.
Otra fuente de celulosa es el resultado de la biosíntesis de celulosa por parte de microorganismos tales como bacterias, algas y hongos. Las algas y los hongos producen celulosa mediante síntesis enzimática in vitro a partir de fluoruro de celobiosilo y quimiosíntesis a partir de glucosa mediante polimerización con apertura de anillo de derivados de bencilo y pivaloilo. De los tres microorganismos, solo se sabe que la especie Acetobacter xylinum produce grandes cantidades de celulosa. Otra fuente de celulosa es la de origen animal, denominada tunicina o celulosa animal porque se obtiene de ciertos organismos marinos de la clase.