Универсальная добавка: ученые назвали необычные способы применения целлюлозы в промышленности

По словам Ольги Носковой, кандидата технических наук, доцента кафедры «Технология полимерных материалов и порохов» ПНИПУ, порошковая микрокристаллическая целлюлоза — добавка Е460 — широко используется в фармацевтике для изготовления таблеток. Ее добавляют в качестве вспомогательного вещества в жидкие, сыпучие и таблетированные формы лекарств, а также в суспензии, мази, крема и даже в зубные пасты. Многие оболочки для капсул также делают из целлюлозы.

Микрокристаллическая целлюлоза позволяет сделать таблетки более гладкими и однородными. Она также позволяет контролировать постепенное высвобождение активного вещества на протяжении длительного времени. При этом сама целлюлоза не переваривается и не усваивается организмом, а потому не наносит вреда.

Добавка Е460 активно используется и в пищевой промышленности. Целлюлоза выступает как стабилизатор (вещество-текстуратор), а также эмульгатор, препятствующий слеживанию и комкованию продуктов питания. Ее добавляют в хлебобулочные и кондитерские изделия, рыбные консервы, майонез и другие соусы, молочные продукты. Вещество также повышает стойкость колбасных изделий, мясных консервов.

Часто добавку Е460 можно встретить в продуктах «для похудения». Дело в том, что, попадая в желудочно-кишечный тракт, микроцеллюлоза разбухает. Наш мозг получает сигнал о поступлении пищи, которой на самом деле меньше, чем ему кажется. Волокна МКЦ не содержат калорий и не влияют на общий рацион. Благодаря им человек чувствует себя сытым даже при небольшом количестве пищи. Но для достижения такого эффекта необязательно прибегать к специальным таблеткам или порошкам с микроцеллюлозой. Достаточно добавлять к каждому приему пищи фрукты или овощи — источники клетчатки.

Ученые отмечают: высокое содержание пищевых волокон в целлюлозе оказывает положительное влияние на микрофлору ЖКТ. Она снижает симптомы раздраженного кишечника, очищает его и стимулирует перистальтику, помогает при отравлениях и интоксикациях.

Хлопок — самое богатое целлюлозой сырье. В нем ее содержится до 99%, при этом из этого растения материал высокого сорта получить очень легко. Хлопковая целлюлоза используется главным образом для химической переработки с получением высокопрочной кордной нити, которую применяют для армирования автомобильных и авиационных шин, а также для получения износостойких банкнотных видов бумаги.

«В качестве сырья для получения целлюлозы во многих странах используют лен, коноплю, тростник, камыш, стебли злаковых растений. Такая практика характерна для безлесных регионов», — объясняет Фирдавес Хакимова, доктор технических наук, процессор кафедры «Технология полимерных материалов и порохов» ПНИПУ.

Еще одно распространенное применение целлюлозы из хлопка — порох. Для этого сырье сначала нитруют, то есть в молекулу целлюлозы вводят группу NO2, и получают нитрат целлюлозы. Затем в вещество добавляют пластификаторы — вещества, повышающие эластичность и пластичность материала при его переработке. После прессования это химическое соединение превращается в порох — вещество, способное выделять тепло и гореть с выделением газообразных продуктов.

«Все пороха для артиллерийского и стрелкового вооружения делают на основе целлюлозы», — рассказывает Сергей Котельников, кандидат технических наук, доцент кафедры «Технология полимерных материалов и порохов» ПНИПУ.

Рубашки, носки, платья, постельное белье и многие другие текстильные изделия производят не только из синтетики, хлопка и льна. Вискоза — это искусственный материал, который производят из натурального сырья — целлюлозы.

Для получения вискозных волокон требуется растворимая целлюлоза. Ее подвергают обработке химикатами, чтобы изменить свойства и получить эфиры целлюлозы. Затем их растворяют, а полученную массу пропускают через сита с круглыми или щелевыми отверстиями (фильеры). Так получают нити или пленки. Первые используют для производства ткани, а вторые — пищевой упаковки.

Одежда из вискозы получается легкой и дышащей, приятной к телу и гипоаллергенной. В отличие от хлопка, она не так прочна, поэтому такие вещи рекомендуют стирать вручную или на бережном режиме при 30 градусах. Ткань лучше сушить в горизонтальном положении, причем вдали от солнечных лучей.

Из целлюлозы получают биоэтанол, который может быть использован в смесях с бензином в двигателях внутреннего сгорания. Людям давно известны методы производства этанола из крахмалсодержащего сырья (кукурузы, зерна), даже фруктов и ягод. Производственники много лет пытаются заменить более дорогие виды сырья дешевой древесиной, а еще лучше — древесными отходами.

Глюкоза является строительным элементом длинных цепочек крахмала. Этанол (этиловый спирт) добывают путем ее сбраживания, обычно это делают с помощью дрожжей. Поэтому достаточно расщепить полисахарид на составные элементы, и получается готовая еда для дрожжей и биотопливо.

Целлюлоза тоже состоит из глюкозы, только ее бета-изомера. Такие цепочки соединенных молекул прочнее, чем крахмал, и расщепляются сложнее. Помимо целлюлозы, в древесине много других компонентов: гемицеллюлозы, лигнина, смолистых веществ. Далеко не все из этого сбраживается в этанол, поэтому от некоторых компонентов также нужно избавиться. Так что производство этанола из древесины более сложная, трудоемкая задача, но вполне решаемая. Кроме чистой древесины можно использовать щепу, стружку, древесный брак и отходы целлюлозно-бумажной промышленности. Главное, чтобы в составе сырья была целлюлоза.

Биоэтанол из древесного сырья может быть использован в смесях с бензином, но полный переход на чистое биотопливо или на смеси с его высоким содержанием возможен только для специально выпускаемых модифицированных двигателей. Их называются Flexible-fuel vehicle (FFV) — автомобиль с гибким выбором топлива.

У биоэтанола, как и у его смесей с бензином, конечно, есть свои достоинства по сравнению с чистым бензином. Прежде всего, это экологические преимущества, поскольку при сжигании этанола существенно сокращаются выбросы дымовых газов, частиц сажи, углекислого газа. Биотопливо получают из растительного сырья, а значит оно является углеродно-нейтральным (в отличие от нефтепродуктов). При сжигании биоэтанола выделяется такое же количество углерода, что и поглотили растения.

Сможет ли биоэтанол составить конкуренцию бензину? Вопрос сложный, потому что сильно зависит от региона производства, страны, экономического стимулирования. Например, в странах, где цена на бензин высокая или есть компенсации от государства за производство экологичного топлива, а климат позволяет легко выращивать крахмалистое сырье, биоэтанол может быть вполне конкурентоспособен. В более холодных регионах, составляющих основную часть России, производство этанола из древесного сырья обойдется дороже бензина.