Cellulose: Zusammensetzung, Eigenschaften, Vorkommen und Verwendung

Was ist Cellulose?

Beantworten wir zunächst die grundlegende Frage: was bedeutet Cellulose?  Nicht umsonst ist das Wort cellula im Lateinischen der Begriff für Zelle. Cellulose bildet die Zellwände vieler Pflanzenarten mit.  Um besser zu verstehen, was Cellulose in einer Zelle ist, ist es nützlich, sich den schematischen Aufbau von Pflanzenzellen in Erinnerung zu rufen.  Im Inneren jeder Zelle befinden sich ein Zellkern, Zytoplasma, Vakuolen und Mitochondrien, eingebettet in einen Raum, der durch eine Membran und Wände begrenzt ist. Welche Rolle spielt die Cellulose in der Pflanze?  Die Hauptfunktion der Cellulosewände besteht darin, das Innere der Zelle zu schützen. Dank ihnen erhält die Zelle auch eine bestimmte Form.

Was genau ist Cellulose? Es ist ein lineares Polymer pflanzlichen Ursprungs, ein unverzweigtes Polysaccharid, das u.a. in Ballaststoffen enthalten ist. Die Summenformel von Cellulose lautet wie folgt: (C₆H₁₀O₅)_n

Woraus entsteht Cellulose?

Die natürliche Produktion von Cellulosefasern wird durch die Photosynthese ermöglicht, bei der Pflanzen unter dem Einfluss von Kohlendioxid und Sonnenlicht spontan Energie erzeugen. Woraus entsteht also Cellulose? Die Zusammensetzung der pflanzlichen Cellulosewände ist recht einfach – sie enthält D-Glucose-Monosaccharidreste, die durch eine glykosidische β-1,4-Bindung zu charakteristischen, wellenförmigen Ketten verbunden sind.

Eigenschaften von Cellulose und ihre Struktur

Wie sieht die pflanzliche Cellulose aus?  Sie ist ein weißer, geruch- und geschmackloser Feststoff, der in Wasser unlöslich ist.  Zellulose hat eine faserige Struktur.  In den Zellwänden findet man sie zusammen mit anderen organischen Verbindungen wie Lignin und Pektin.  Zum Auflösen von Cellulose wird das so genannte Schweizers Reagens, eine chemische Lösung von Kupfer(II)-Diaquatetraaminhydroxid, verwendet.

Cellulose tritt in verschiedenen Formen auf, die sich in ihren physikalischen und chemischen Eigenschaften unterscheiden. Es ist interessant zu wissen, dass einige Arten von Cellulose, z.B. Ethylcellulose, sich in polaren Lösungsmitteln auflösen und bei Kontakt mit Alkoholen aufquellen. Lösungen von Methylcellulose schäumen sehr stark. Lösungen von Carboxymethylcellulose hingegen sind stark hygroskopisch.

In welchen Pflanzen kommt Cellulose vor?

In welchen Pflanzen befindet sich Cellulose?  Man findet sie in vielen Pflanzenarten, die sowohl in kühlen Klimazonen als auch in gemäßigten Zonen oder am Äquator wachsen. Beispiele für Pflanzen mit Cellulose sind:

• Baumwolle,
• Lein,
• Hanf,
• Nadel- und Laubbäume,
• Obst und Gemüse (z.B. Äpfel, Birnen),
• Nüsse,
• Getreide.

Es wird angenommen, dass Baumwolle die Pflanze ist, die am reichsten an Cellulosefasern ist. Der Cellulosegehalt in ihren Zellen erreicht bis zu 95 %.

Cellulose und ihre Funktionen im menschlichen Organismus

Welche Rolle spielt die Cellulose im menschlichen Organismus? Dieser Inhaltsstoff, der mit der Nahrung zugeführt wird, hat eine sehr wichtige Funktion für die Erhaltung der Gesundheit des Verdauungssystems.  Was macht die Cellulose im Verdauungstrakt? Sie sorgt dafür, dass die Nahrung schneller durch den Verdauungstrakt wandert, was auch mit einem Sättigungsgefühl einhergeht. Ballaststoffe unterstützen Stoffwechselprozesse und die natürliche Entgiftung des Organismus.

Verwendung von Cellulose in der Lebensmittelindustrie

In Lebensmittelfabriken wird Cellulose sehr häufig in Produktionsprozessen eingesetzt. Wofür dient sie? Es ist ein beliebtes Verdickungsmittel und Stabilisator, auch bekannt als E460. Der Zusatzstoff ist in vielen Produkten zu finden, zu denen wir täglich greifen. Dazu gehören z.B. Fertiggerichte, Weizenbrötchen, Konfitüren, Sahne, Soßen usw.

Cellulose ist auch in diätetischen Lebensmitteln und speziellen Nahrungsergänzungsmitteln enthalten, zum Beispiel in Schlankheitsshakes, Joghurts, Cocktails und Suppen. Cellulosehüllen werden bei der Herstellung von Wurstwaren und gebrühtem oder geräuchertem Fleisch verwendet.

Die Bedeutung von Cellulose in der Papier- und Pharmaindustrie

Widerstandsfähige und elastische Cellulosefasern sind ein Rohstoff, der in der Papierindustrie besonders wichtig ist. Zu den bekanntesten Produkten aus Cellulose gehören Papier, Kartons, Verpackungen und Hygieneprodukte (Toilettenpapier, Putztücher, Küchenhandtücher).

Auch die Hersteller in der pharmazeutischen Industrie haben das Potenzial von Cellulose erkannt. Dieser Rohstoff kann man heute beispielsweise in den Hüllen von Tabletten, Kapseln, Pulvern usw. finden. Biopolymerfasern werden auch bei der Herstellung von Verbandstoffen verwendet.

Sonstige Verwendungen von Cellulose

Cellulose findet viele Verwendungen. Sie wird von Textilherstellern und Unternehmen verwendet, die verschiedene Arten von Kunstseide (u.a. Kupferseide, Acetatseide, Viskoseseide) sowie baumwoll- und wollähnliche Fasern herstellen.

Celluloseester und Salpetersäure werden auch zur Herstellung von Nitrocellulose verwendet. Dieser Rohstoff wird in großem Umfang in der Rüstungsindustrie für die Herstellung von Schießpulver verwendet.

In den letzten Jahrzehnten haben auch die Unternehmen, die mit der Biokraftstoffbranche verbunden sind, ihr Interesse an Cellulose gezeigt. Die Massenproduktion von Ethanol aus Cellulose, die aus Pflanzenabfällen, Holzresten und Stroh gewonnen wird, hat begonnen. Es ist ein alternativer Kraftstoff, der den Verbrauch von nicht erneuerbaren fossilen Brennstoffen erheblich reduzieren kann.