POLYME thiên nhiên và ứng dụng của nó

Mủ cao su là một dạng Polyme tự nhiên

I. Giới thiệu và phân loại polyme thiên nhiên

Polyme thiên nhiên được hình thành trong chu kỳ luân hồi sinh trưởng của khung hình sống. Quá trình tổng hợp những polyme thường gồm có những phản ứng xúc tác bởi enzym và những phản ứng tăng trưởng mạch của những monome được hoạt hóa, hình thành bên trong tế bào bằng những quy trình trao đổi chất phức tạp. những polyme này có nguồn gốc phong phú, từ thực vật, động vật hoang dã và vi trùng. Một số ví dụ về polyme thiên nhiên là protein và axit nucleic có trong khung hình người, xenlulo là thành phần cấu trúc chính của thực vật, tơ tằm và len. Tinh bột là một loại polyme thiên nhiên được tạo thành từ hàng trăm phân tử glucozơ. Cao su thiên nhiên là một loại polyme thu được từ mủ của cây cao su đặc, … Để phân loại những polyme thiên nhiên, hoàn toàn có thể dựa trên nguồn gốc của chúng. những polyme thiên nhiên có nguồn gốc từ thực vật ( như lúa, ngô, khoai tây, mía, sắn, đỗ, lạc, … ) hoặc được tổng hợp bởi vi trùng từ những phân tử nhỏ như axit butyric hoặc axit valeric tạo ra polyhydroxybutyrat và polyhydroxybutyrat-co-valerat hoặc có nguồn gốc từ động vật hoang dã như collagen, chitin, chitosan hoặc protein.

Bảng 1. Một số loại polysaccharide từ những nguồn khác nhau

POLYME thiên nhiên và ứng dụng của nó

Bạn đang đọc: POLYME thiên nhiên và ứng dụng của nó

Hầu hết những polyme thiên nhiên được tạo thành do những đơn vị chức năng / mắt xích hay monome ( có khối lượng phân tử nhỏ ) tích hợp với nhau và sinh ra những mẫu sản phẩm phụ là những hợp chất thấp phân tử ( thường là nước ). Dựa trên những monome bắt đầu và cấu trúc của những polyme thiên nhiên, hoàn toàn có thể phân chúng vào 6 nhóm chính : polysaccharide, polypeptide, polynucleotide, polyisoprene, polyester và lignin. Polynucleotide như axit deoxyribonucleic ( DNA ) và axit ribonucleic ( RNA ) là những polyme mạch dài gồm 13 monome nucleotide hoặc nhiều hơn. Polypeptide và protein là những polyme của amino acid như collagen, actin, fibrin, zein, gluten lúa mì, tơ sericin, tơ fibroin, gelatin, … Polysaccaride là những polyme carbohydrate mạch thẳng hoặc mạnh nhánh gồm tinh bột, xenlulo, hemixenlulo, alginate, chitin và chitosan, pectin, glycogen, hyaluronic acid và chondroitin sulfate, … Bảng 1 liệt kê 1 số ít polysaccharide từ những nguồn khác nhau. Lignin là hầu hết những polyme vòng thơm như những polyphenol hoặc lignin nguồn gốc từ gỗ. những polyeste thiên nhiên đa phần gồm cutin, suberin và polyhydroxyalkanoate. Polyisopren là cao su đặc thiên nhiên, nó gồm 2 dạng cis ( Z-polyisopren ) và trans ( E-polyisopren ).

II. Một số polyme thiên nhiên tiêu biểu

Theo những nhà khoa học, protein và polypeptit là những polyme thiên nhiên cơ bản trong hầu hết những khung hình sống. Protein là polyamide với một nhóm amit trong chuỗi xương sống của khung hình ( ước tính có 100.000 loại protein khác nhau, có nguồn gốc từ 20 axit amin ). Một số protein đóng vai trò của enzyme – chất xúc tác sinh học cho những phản ứng hóa học xảy ra trong khung hình. Protein trong máu được gọi là hemoglobin mang oxy từ phổi đến những tế bào của khung hình người. Collagen là một trong những polyme thiên nhiên và là một loại protein. Nó tạo nên mô link có trong da của con người. Collagen-polyme này cũng là một chất xơ tạo ra một lớp đàn hồi bên dưới da và do đó giúp giữ cho da mềm mịn và mượt mà và mịn màng. Gelatin được tạo thành từ collagen loại I gồm có cysteine và được sản xuất bằng cách thủy phân một phần collagen từ xương, mô và da của động vật hoang dã. Trong những polysaccharide, xenlulo là một trong những hợp chất hữu cơ đa dạng chủng loại nhất trên Trái đất, có trong những bộ phận như rễ, thân, cánh, lá, … của gỗ cây và những loại, dạng tinh khiết nhất của xenlulo thiên nhiên là bông. Nó được tạo thành từ những phân tử glucoza. Tinh bột gồm có 2 loại polyme tạo thành từ amylopectin và amyloza. Nó có trong hầu hết những loại thực vật, chiếm khoảng chừng 3/4 tổng lượng tinh bột trong bột mì. Glycogen là chất dự trữ nguồn năng lượng ở động vật hoang dã, cũng giống như tinh bột ở thực vật. Chitin, một polysaccharide tương tự như như xenlulo, là polysaccharide đa dạng và phong phú thứ hai trên Trái đất ( sau xenlulo ). Nó có trong thành tế bào của nấm và là chất cơ bản trong bộ xương ngoài của động vật hoang dã giáp xác, côn trùng nhỏ và nhện. Cấu trúc của nó giống với cấu trúc của xenlulo, ngoại trừ sự thay thế sửa chữa nhóm OH trên carbon C-2 của mỗi đơn vị chức năng glucozơ bằng một nhóm – NHCOCH3. Axit nucleic là những polyme trùng ngưng, thường có 2 loại : axit deoxyribonucleic ( DNA ), kho chứa thông tin di truyền và axit ribonucleic ( RNA ), chuyển thông tin di truyền từ DNA của tế bào đến tế bào chất, nơi tổng hợp protein diễn ra. những đơn phân được sử dụng để tạo ra DNA và RNA được gọi là nucleotide. Latex cao su đặc là dạng mủ của cây cao su đặc thiên nhiên ở 1 số ít cây có mủ khác.

III. Công dụng của polyme thiên nhiên

Trong những thập kỷ gần đây, những polyme thiên nhiên ngày càng được sử dụng thoáng rộng trong y học, dược phẩm, mỹ phẩm, thực phẩm, nông nghiệp, dệt may, giầy da, giấy, … bởi đây là nguồn nguyên vật liệu tái tạo, rẻ tiền, dễ kiếm và nhiều đặc thù ưu việt như không ô nhiễm, có năng lực phân hủy và hòa hợp sinh học, dễ vô hiệu bởi những phản ứng thủy phân hoặc sinh tổng hợp trong quy trình sử dụng, thân thiện với môi trường tự nhiên và con người, có năng lực biến hóa để tạo nên những loại sản phẩm có tính ứng dụng cao hơn. Dưới đây trình diễn một số ít hiệu quả hầu hết của những polyme thiên nhiên.

1. Ứng dụng trong lĩnh vực y dược

những polyme thiên nhiên như collagen vi sợi, collagen bọt biển, màng collagen, xenlulo tái sinh oxy hóa ( ORC ), gelatin, … là tác nhân cầm máu cho vết thương bên trong và bên ngoài khung hình người. Một số polyme thiên nhiên được sử dụng như tá dược với vai trò khác nhau như chất kết dính ( dẫn xuất xenlulo, gelatin, pectin, natri alginate, amylum, carrageenan, … ), chất tan rã ( tinh bột sắn khô, gelatin, natri alginate, xenlulo vi tinh thể, glycolate tinh bột natri, gom guar, amylum … ), chất độn ( amylum, xenlulo vi tinh thể, chitosan, … ), chất phủ ( collagen, gelatin, xanthan gum, … ). những polyme thiên nhiên được sử như collagen, fucoidan, chitosan, carrageenan, … được sử dụng làm chất tương hỗ điều trị một số ít bệnh ung thư, kháng viêm … Trong đó, chitosan được sử dụng điều trị bệnh béo phì, cholesterol cao, huyết áp cao và bệnh Crohn. Alginate được sử dụng để điều trị giảm cholesterol và huyết áp, … Carrageenan được dùng để tương hỗ chữa ho, bệnh viêm phế quản, lao, đường ruột, dạ dày, … Xanthan gum được ứng dụng để giảm lượng đường trong máu và cholesterol toàn phần ở những người bị bệnh tiểu đường, làm thuốc nhuận tràng, … Pectin được sử dụng làm thuốc điều trị cholesterol cao, hỗ chữa ung thư ruột kết, ung thư tuyến tiền liệt, bệnh tiểu đường và trào ngược dạ dày thực quản.

2. Ứng dụng trong lĩnh vực công nghệ thực phẩm

Ngày nay, trong sản xuất thực phẩm, rất nhiều polyme thiên nhiên được sử dụng như những phụ gia, chất tạo ngọt, tạo đặc, vỏ bao. Collagen được sử dụng làm chất kết nối và làm bền hệ nhũ tương của xúc xích và giăm bông. Trong sản xuất phomat và bơ sữa, người ta thêm collagen vào để ngăn ngừa sự mất nước, tạo độ mịn, độ sánh cho mẫu sản phẩm. Trong mẫu sản phẩm kẹo mứt, collagen làm tăng sự dẻo dai, ngăn ngừa hạn chế sự kết tinh của đường, làm chất tạo gel, chất kết dính, tạo xốp và làm chậm quy trình tan trong miệng. Trong sản xuất đồ uống như rượu bia và nước hoa quả, collagen làm cho mẫu sản phẩm có màu trong suốt óng ánh, làm phụ gia vô hiệu những thành phần polyphenol và tanin có trong rượu. Carrageenan được ứng dụng thoáng đãng trong nhiều nghành nghề dịch vụ sản xuất thực phẩm như chất kiểm soát và điều chỉnh độ chắc, đặc thù cảm quan. Nó được sử dụng trong đồ uống hòa tan, nước quả cô đặc, …

Polyme được ứng dụng trong công nghệ thực phẩm

Ngoài ra, carrageenan còn có năng lực tạo gel, làm dày, không thay đổi, tăng năng lực giữ nước trong quy trình chế biến nước gel ngọt, sữa đậu nành, pho mát, nước chấm, … Pectin thuộc nhóm những chất làm đông tụ, là phụ gia thực phẩm bảo đảm an toàn. Alginate được sử dụng làm phụ gia cho những loại thực phẩm như mứt, thạch, … những màng kháng khuẩn trên cơ sở tích hợp alginate với nhân sâm trắng có năng lực dữ gìn và bảo vệ tốt những loại thực phẩm. Màng kháng khuẩn alginate tích hợp với vi trùng acid lactic và dầu tỏi được cho phép trấn áp sự tăng trưởng của những tác nhân gây bệnh trong thực phẩm, thức ăn, … Chitosan được sử dụng để khử acid của những loại trái cây và đồ uống, không thay đổi màu, giảm hấp phụ lipid, tạo mùi vị tự nhiên, làm chất dữ gìn và bảo vệ thực phẩm và chất chống oxy hóa, nhũ hóa, phụ gia chăn nuôi và thức ăn cho cá, … Một số polyme thiên nhiên khác được sử dụng như những phụ gia cho thực phẩm là xenlulo, dextrin ( ngô ), guar gum, tinh bột thủy phân, …

3. Ứng dụng trong lĩnh vực mỹ phẩm

Trong nghành mỹ phẩm, collagen được dùng làm nguyên vật liệu để sản xuất những loại sản phẩm như : mặt nạ collagen, kem dưỡng da, sữa tắm, dầu gội và những loại sản phẩm dưỡng tóc, … Collagen là một trong những polyme thiên nhiên được phép tiêm vào vết sẹo, nếp nhăn trên da ( một dạng thuốc tiêm làm căng da ). Collagen ở dạng thuốc tiêm cũng được tiêm vào lớp hạ bì để kiểm soát và điều chỉnh những nếp nhăn và nếp gấp nhằm mục đích Phục hồi lại vẻ bên ngoài căng min, thướt tha và tươi tắn cho làn da. Dạng thuốc tiêm collagen làm căng da không có tính năng vĩnh viễn, chỉ có công dụng trong thời hạn khoảng chừng 1 đến 2 năm do theo thời hạn, collagen sẽ bị khung hình hấp thụ. Chitosan được sử dụng trong công thức sản xuất kem như tác nhân nhũ hóa, tác nhân làm mềm da, giữ ẩm cho da, … Nó cũng được ứng dụng trong những mẫu sản phẩm định hình tóc, nước kẻ mắt, son môi, kem đánh răng, … Carrageenan được sử dụng trong những loại kem như kem dưỡng da, kem đánh răng, dầu gội đầu, những loại nước hoa, …

4. Ứng dụng trong lĩnh vực nông nghiệp

Xem thêm: Sao Mộc Đức tốt hay xấu? cách cúng sao Mộc Đức 2022 giải hạn – https://hocdauthau.com

Chitosan được sử dụng để dữ gìn và bảo vệ trái cây và rau quả sau thu hoạch, tăng cường vi sinh vật có lợi tương tác cộng sinh thực vật, phân bón và thuốc diệt nấm cho hạt giống và trái cây. những hydrogel polysaccharide có năng lực chống rửa trôi đất và tăng độ xốp của đất, cải tổ năng lực sống của cây và tăng hiệu suất cây xanh, được sử dụng làm chất mang phân bón giải phóng chậm và có trấn áp, những chế phẩm sinh học bảo vệ thực vật chống lại côn trùng nhỏ, nấm, vi trùng, …

5. Ứng dụng trong lĩnh vực sản xuất vải, sợi thiên nhiên

Vải sợi thiên nhiên là loại vải được dệt từ những sợi thiên nhiên do con người trồng và khai thác những loại cây có sợi như cây bông vải, cây lanh, cây gai, cây đay, … Ngoài ra, còn có những loại vải sợi tự nhiên có nguồn gốc từ động vật hoang dã như sợi tơ tằm thu được từ việc nuôi tằm lấy tơ hay như sợi len thu được từ lông những loài thú như cừu, dê, lạc đà, thỏ mà đa phần là từ cừu. Vải sợi thiên nhiên được dùng phổ cập trên quốc tế cũng như ở nước ta là vải dệt từ sợi bông, vải len, dạ và lụa tơ tằm. những tên thương hiệu thời trang và những hãng dệt may sử dụng ngày càng nhiều những loại sợi tự nhiên chất lượng cao trong sản xuất những loại sản phẩm may mặc như vải cotton, tơ tằm, modal, … Carrageenan được dùng để sản xuất tơ tự tạo. Rong biển được sử dụng làm chất phụ gia cho sợi tự nhiên để sản xuất một số ít loại vải mặc thân thiện thiên nhiên và môi trường.

Polyme ứng dụng trong lĩnh vực sản xuất vải, sợi thiên nhiên

6. Ứng dụng trong lĩnh vực sản xuất giấy

Bột giấy là vật tư dạng xơ sợi, được chế biến từ những loại nguyên vật liệu thực vật để sản xuất những loại giấy với thành phần đa phần là xenlulo. Bột giấy hoàn toàn có thể được sản xuất từ gỗ, sợi bông, rơm, rạ, bã mía, … Trong công nghiệp sản xuất giấy, tinh bột gồm bột mì, bột bắp, bột gạo … được sử dụng để tăng độ bền khô, độ nở, độ dai, độ cứng của tờ giấy, tăng độ bền cho mặt phẳng của tờ giấy, độ hồ, độ láng, giúp in ấn sắc nét hơn. Tinh bột biến tính có tính năng cải tổ chất lượng giấy ( lượng bột giấy được giữ lại 90-95 %, tăng hiệu suất sử dụng bột, chất độn và phụ gia ). Carrageenan cũng được dùng để sản xuất giấy viết. Alginate hồ lên giấy làm cho giấy bóng, dai, không gãy, mức độ khô nhanh, viết trơn, làm chất kết dính trong sản xuất giấy hoa dán tường.

7. Ứng dụng trong những lĩnh vực khác

Chitosan được sử dụng trong giải quyết và xử lý nước thải, tịch thu những ion sắt kẽm kim loại và thuốc trừ sâu, vô hiệu phenol, protein, chất phóng xạ và thuốc nhuộm, tịch thu vật tư rắn trong chế biến thực phẩm, chất thải, nước thải của những nhà máy sản xuất nhuộm, dệt, giấy, … Nó cũng được ứng dụng để sản xuất bọt chữa cháy, xi đánh giày, … Alginate được dùng làm chất kết từ và chất kết dính trong sản xuất gỗ tổng hợp. Cao su thiên nhiên có nhiều ưu điểm như năng lực đàn hồi tiêu biểu vượt trội, bảo đảm an toàn và thân thiện với môi trường tự nhiên, có năng lực kháng khuẩn, do đó, nó được sử dụng nhiều trong sản xuất nệm, găng tay y tế, dụng cụ mổ, nút cao su đặc, giày, dép, … Nó cũng được ứng dụng để sản xuất lốp xe hơi, xe máy, những vật tư kiến thiết xây dựng và giao thông vận tải như tấm lót sàn, đệm giảm chấn, đệm chèn giữa những khe hở khu công trình, …

những tài liệu tham khảo chủ yếu 1. Olatunji, O. ( năm ngoái ). Classification of Natural Polymers. Natural Polymers, 1 – 17, doi : 10.1007 / 978 – 3-319 – 26414 – 1_1. 2. Prnati Srivastava, Syed Abul Kalam, Natural Polymers as Potential Antiaging constituents, Published May 2 nd 2019, DOI : 10.5772 / interchopen. 80808. 3. Ter Horst, B., Moiemen, N. S., và Grover, L. M. ( 2019 ). Natural polymers. Biomaterials for Skin Repair and Regeneration, 151 – 192. doi : 10.1016 / b978-0-08-102546-8. 00006 – 6. 4. Soottawat Benjakul, Sitthipong Nalinanon, and Fereidoon Shahidi, ( 2012 ), Fish Collagen, Food Biochemistry and Food Processing, Chapter 20, John Wiley và Sons, Inc. 5. Trần Đình Toại, Nguyễn Xuân Nguyên, Phạm Hồng Hải, Nguyễn Bích Thủy, Trần Thị Hồng ( 2006 ), Carrageenan từ rong biển sản xuất và ứng dụng – Nhà xuất bản Khoa học Kỹ thuật, TP.HN. 6. Concha-Meyer A., Schoebitz R., Brito C., Fuentes R., ( 2011 ), Lactic acid bacteria in an alginate film inhibit Listeria monocytogenes growth on smoked salmon. Food Control 22, 485 – 489. 7. Pranoto Y., Salokhe V. M., Rakshit S. K. ( 2005 ), Physical and antibacterial properties of alginate-based film incorporated with garlic oil. Food Res. Int. 38, 267 – 272. 8. Sabra W., Deckwer W. D. ( 2005 ), Alginate – A polysaccharide of industrial interest and diverse biological functions. In Polysacharides. Structural diversity and functional versatility, 2 d edition ( ed. Dumitriu, S. ) 515 – 533. 9. Shigehiro Hirano (1996), Chitin biotechnology applications, Biotechnology Annual Review 2, 237-258. 10. Vida Zargar, Morteza Asghari, Amir Dashti ( năm ngoái ), A Review on Chitin and Chitosan Polymers : Structure, Chemistry, Solubility, Derivatives, and Applications. Chem. Bio. Eng. Rev. 2, 1-24. 11. Abraham J. Domb, Neeraj Kumar ( 2011 ), Biodegradable Polymers in Clinical Use and Clinical Development, John Wiley và Sons. 12. Joyce M., Gilbert S.A. ( 1996 ), Effect of Ca2 + on the water retention of alginate in paper coatings. Journal of Pulp and Paper Science, 22, 126 – 130.