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Die unbekannte Struktur der Zellulose: Warum kann sie von Tieren nicht verdaut werden?
Cellulose ist ein spezielles Polysaccharid, das hauptsächlich in den Zellwänden von Pflanzen vorkommt und zu den häufigsten organischen Verbindungen auf der Erde zählt. Trotz seines weiten Vorkommens in der Natur sind seine komplexe Struktur und seine Auswirkungen auf die Verdauung von Tieren nur wenig erforscht. Warum kann Zellulose aus pflanzlichen Lebensmitteln den Körper des Tieres unabgebaut passieren? Als nächstes werden wir uns die strukturellen Eigenschaften der Zellulose genauer ansehen und warum sie für Tiere nicht verdaut werden kann.
Zellulose ist ein Polymer, das aus wiederholten Glucosemolekülen in Reihe besteht. Diese einzigartige Struktur macht es für Enzyme im Tierreich unmöglich, sie abzubauen.
Strukturelle Eigenschaften von Zellulose
Zellulose besteht aus Hunderten bis Zehntausenden von Glucose-Einheiten, die in langen Ketten aneinandergereiht sind. Im Vergleich zu anderen komplexen Kohlenhydraten wie Stärke und Glykogen sind die Glukosemoleküle in Zellulose auf ganz andere Weise miteinander verknüpft. Dadurch erhält Zellulose eine lineare Kettenform und bildet lange, stabartige Strukturen, während Stärke eine spiralförmige Struktur aufweist.
Diese strukturellen Unterschiede sind direkt für die Eigenschaften der Zellulose verantwortlich. Im Allgemeinen sind die von Tieren produzierten Enzyme nicht in der Lage, die Bindungen der Zellulose wirksam aufzuspalten. Daher wird die Zellulose während des Verdauungsprozesses nicht in resorbierbare Glukoseeinheiten zerlegt.
Arten von Zellulose
Natürliche Zellulosefasern
Natürliche Zellulosefasern werden in der Regel aus den ursprünglichen Eigenschaften der Pflanze gewonnen. Diese Fasern werden keiner übermäßigen Verarbeitung unterzogen und durchlaufen nur die notwendigen Reinigungsschritte. Baumwollfasern weisen deutlich das Aussehen von Wattebällchen auf, während Leinen die festen Eigenschaften von Jutefasern behält.
Hergestellte Zellulosefasern
Bei der Herstellung von Zellulosefasern werden Pflanzen zu Zellstoff verarbeitet und die Fasern anschließend mittels Extraktionstechnologie gewonnen. Beispielsweise ist Viskose oder Rayon eine der am häufigsten hergestellten Zellulosefasern aus Holzzellstoff. Solche Fasern weisen üblicherweise eine gute Biokompatibilität und Umweltschutzeigenschaften auf.
Eigenschaften und Anwendungen von Zellulose
Chemische Zusammensetzung
Naturfasern bestehen hauptsächlich aus Zellulose, Hemizellulose und Lignin, wobei die Anteile dieser Bestandteile bei verschiedenen Faserarten unterschiedlich sind. Naturfasern enthalten üblicherweise 60 bis 80 Prozent Zellulose. Diese chemische Kombination beeinflusst die mechanischen Eigenschaften der Faser drastisch, da Hemicellulose die Wasseraufnahmekapazität erhöht und Lignin für thermische Stabilität sorgt.
Anwendungsbereiche
Zellulosefasern haben ein breites Anwendungsspektrum, von Verbundwerkstoffen über die Textilindustrie bis hin zu Filtermaterialien. Die Eigenschaften der Zellulose ermöglichen eine erfolgreiche Einarbeitung in eine Vielzahl von Materialien. Bei der Herstellung von Verbundwerkstoffen können Fasern die Festigkeit und Haltbarkeit des Materials verbessern.
Im Textilbereich wird recycelte Zellulose häufig zur Herstellung von Fasern wie Lyon, Modal und Lyocell verwendet, die alle über gute Trageeigenschaften und Umweltschutzeigenschaften verfügen.
Umweltprobleme
Bei der sogenannten „Bambusfaser“ auf dem Markt handelt es sich nicht um echte Bambusfasern, sondern um hochverarbeiteten Bambuszellstoff. Obwohl der Prozess nicht so umweltfreundlich ist, wie er auf den ersten Blick scheint, kann der Anbau und die Ernte von Bambus in manchen Fällen eine nachhaltigere Option sein als die Abholzung.
Wenn wir die Struktur und Anwendungsmöglichkeiten von Zellulose verstehen, können wir ihr Potenzial im Bereich Umweltschutz und Ressourcenrecycling besser einschätzen. In welcher Form wird Zellulose angesichts des technologischen Fortschritts in der Zukunft auftreten und welche Auswirkungen wird sie auf unser Leben haben?
