CELULOZA ili biljna staničevina najrašireniji je poliharid u biljnom carstvu, a ime je dobila prema svojoj biološkoj zadaći: od nje su uglavnom izgrađene stanične stijene bilja. Gotovo posve čistu nalazimo u pamuku, približno čistu u vlakancima lana i konoplje, a od umjetnih proizvoda najčistija je c. t. zv. švedski papir za filtraciju. Ali moramo razlikovati botanički pojam celuloze od kemijskog. Građa staničnih stijena u različitim vrstama bilja nije uvijek jedna ista i redovito nije jedinstvena tvar, a njezin se sastav mijenja starošću staničnih stijena i u istoj vrsti bilja: odrvenjela c. uvijek sadržava t. zv. inkrustacije, među kojima je glavna sastojina lignin, zatim drvna guma i smole. Redoviti su pratioci c-e polisaharidi slične građe, ali drukčijih kemijskih svojstava, ili t. zv. hemiceluloze (pentozani, metilpentozani, heksozani). U mladom staničju nalaze se redovito i pektinske tvari ili poliuronidi, koje izgrađuju t. zv. središnju lamelu spajajući stijene susjednih stanica. Dok je dakle botanički pojam c-e aglomerat različitih tvari promjenljiva sastava, pa se prema svome podrijetlu i naziva različitim imenima (kao: lignoceluloza, pektoceluloza, kutoceluloza i t. d.), kemijski je pojam c-e ograničen na jedan kemijski spoj, koji u većini bilja čini glavni dio građe staničnih stijena, a od sviju je poznatih polisaharida najveće molekule i najveće otpornosti prema kemijskim utjecajima.

Prema empirijskoj formuli, koja vrijedi za sve polisaharide iz skupine heksozana, (C₆H₁₀O₅)x, mora u čistoj c-i biti 44,42% ugljika, 6,23% vodika i 49,35% kisika. No c-u je vrlo teško dobiti u posve čistom stanju, jer je u biljnom stanju čvrsto povezana s inkrustima i drugim pratiocima, koji su doduše manje otporni prema kemijskim utjecajima, ali se ipak za njihovo odvajanje od c-e moraju upotrijebiti tako jake reagencije, da i c. kod toga čišćenja ne ostaje netaknuta. Zato neki istraživaoci misle, da stanične stijene nisu smjesa, već neke vrste spoj, gdje su spojevi pratioci s c-om povezani svojim sporednim valencijama ili su adsorbirani u smislu koloidno-kemijskom. Za takvo shvaćanje govori među ostalim činjenica, da se u Schweizerovu reagensu rastapa samo očišćena c-a, dok se s inkrustima vezana odrvenjela c. ne rastapa.

Nekoć se c. kao sirovina za proizvodnju papira dobivala iz platnenih (pamučnih, lanenih i konopljenih) prnja. Danas je potrošak c-e nesamo za papir nego i za umjetnu svilu, celuloznu vunu i za druge grane organsko kemijskog veleobrta tako velik, da je bilo potrebno posegnuti za raširenijim i jeftinijim sirovinama, među kojima je danas najvažnija drvo. Najbolje gradivo za proizvodnju c-e daje drvo od crnogorice (omorika, jela i bor), jer se odlikuje dugim vlakancima c-e, a od bjelogorice dolaze u obzir osobito lipa, topola i joha. Osim drva može kao dobra sirovina za c-u poslužiti i slama, krumpirova cima, kukuruzovina i sl.

Kemijski sastav drva prilično koleba, tako da u različitim vrstama suhoga drva može biti 40 do 50% čiste c-e, 25 do 30% lignina, 9 do 13% pentozana i 3 do 14% heksozana uz promjenljivu količinu sastojina topljivih u vodi, alkoholu i eteru (kao: trijeslovine, boje, smole, pektini i esteri, među koje idu poglavito masti i vosak). Dušičnih tvari (bjelančevina) ima u drvu malo, a većim su dijelom smještene one u mlađim dijelovima drva, koji su bogati plazmom.

Da bi se c. oslobodila od svojih primjesa, moraju se usitnjene sirovine uzastopce obrađivati s razrijeđenim kiselinama (obično solnom ili sumpornom kiselinom), razrijeđenim lužinama, vodom, alkoholom i eterom. C., namijenjena proizvodnji papira, ne treba biti kemijski posve čista, a osobito ne smeta njezinoj upotrebi malen sadržaj hemiceluloze, ali u boljim vrstama papira ne smije biti lignina, jer on na svijetlu potamnjuje. Zato se pri tehničkoj preradbi drva na c-u ide poglavito za tim, da se iz usitnjenog drva odstrani lignin, a to se postizava na dva načina: 1. kuhanjem usitnjenog drva u natrijskoj lužini gustoće od 12° Bé pod pritiskom od 6 do 8 atmosfera, čemu odgovara temperatura od 160 do 170° C (»natronski postupak«), ili 2. kuhanjem usitnjenih sirovina s otopinom kalcijeva bisulfita, Ca (HSO₃)₂, u gustoći od 4 do 5° Bé kod temperature od 120 do 135° C (u novije doba čak kod 180° C, čemu odgovara pritisak od 10 atmosfera). To je t. zv. sulfitni postupak, koji za veleobrt papira daje bolju kakvoću c-e i veću čvrstoću vlakanaca. Pri kuhanju s lužinama prelazi lignin u alkali-lignin, koji se u vodi rastapa, te se iz drva gotovo posve izlužuje. Uspjeh je iskuhavanja bolji, ako se potrošena lužina nadoknađuje dodavanjem natrijeva sulfata, koji se kod kuhanja utjecajem organskih tvari reducira na sulfid. Taj je postupak, koji s teoretske strane još nije dovoljno osvijetljen, dobio ime »sulfatni postupak«, a ima pored dobrih svojstava s obzirom na kakvoću proizvoda i lošu stranu, jer se njime proizvode otrovni plinovi (sumporovodik i merkaptani).

Kod sulfitnog postupka prelazi lignin u topljivu kalcijevu sol lignin-sulfonske kiseline, kada se drvo dulje vremena kuha u kuhalima pod tlakom s kalcijevim bisulfitom. Zaostala se c. ispire i nakon toga bijeli s klornim vapnom ili klorom i nakon toga suši na mrežama od žice. Sulfitna otpadna lužina smeđe je boje, koja uz lignin-sulfokiselinu sadržava sladore, trijeslovine i dušične spojeve. Prije se bacala, a danas je također iskorišćuju. U nekim pogonima dobivaju vrenjem sladora, koji se u njoj nalaze, alkohol.

Sulfitni je postupak dobivanja staničevine izumio A. Mitscherlich (1876), i danas se pretežno upotrebljava u veleobrtu c-e.

C. u biljnom tkivu ima vlaknastu građu, a prostom se oku čini amorfnom. Ali njezina optička svojstva, kao naročito dvostruko lomljenje svijetla i rentgenski dijagrami, dokazuju, da su njezina vlakanca izgrađena iz štapićastih kristalita, koji su položeni usporedno s uzdužnom osi vlakna (micelarna struktura). Ona je dakle mikrokristalasta tvar. U svome prirodnom stanju c. je bijela i neprozirna tvar specifične težine 1,55, bez okusa i mirisa, jer se ne otapa u vodi ni u slini, a ne hlapi ni kod koje temperature i ne da se rastaliti, već se pri žarenju na uzduhu zapaljuje, a kod žarenja bez prisutnosti uzduha pougljenjuje raspadajući se na plinovite, kapljevite i čvrste proizvode. To raspadanje počinje po prilici kod 200° C, ali je još kod 250° C slabo, a burnim postaje kod temperatura između 275 i 320° C.

C. se ne otapa ni u jednom od običnih otapala, dakle ni u jakim kiselinama i jakim bazama, ni u organskim otapalima kao što su: alkohol, eter, aceton, kloroform, benzol i dr. Najbolje je njezino otapalo Schweizerov reagens ili amonijačna otopina bakrenog hidroksida (t. zv. »cuoxam« — cuprum oxiammoniatum), u kojoj se bakar nalazi u obliku kompleksnog spoja [Cu(NH₃)₄] (OH)₂. Osim toga otapa se c. u amonijačnoj otopini bakrenog karbonata i jakoj otopini cinkova klorida u solnoj kiselini. Ako je otopimo u Schweizerovu reagensu, pa rastopinu zakiselimo sumpornom kiselinom, izlučuje se c. kao amorfan pahuljast talog. Saberemo li taj talog na filtru pa ga dobro operemo i osušimo kod 100° C, dobivamo amorfnu c-u kao bijelu prašinu.

Utjecajem različitih jakih kiselina prelazi c. u hidratizirani oblik, koji se odlikuje većom kemijskom reaktivnošću i zove se hidroceluloza, a jaka oksidacijska sredstva pretvaraju c-u u oksicelulozu. Kratkotrajnim djelovanjem jake sumporne kiseline pretvara se c. u koloidalnu, nabubrenu tvar, sličnu škrobu, koja se s jodom bojadiše modro, a zove se amiloid. Na tvorbi amiloida osniva se proizvodnja pergament-papira: nekeljeni papir (filterpapir) uroni se na nekoliko sekunda u sumpornu kiselinu, a zatim se odmah kiselina iz papira ispere vodom i amonijakom. Na površini papira nastane sloj amiloida, koji zatvori sve pore u papiru i čini ga, pošto se poslije pranja osuši, za vodu nepropustljivim.

Osim velike kemijske otpornosti bitna je oznaka c-e, da u svojoj molekuli nema ni karbonilnih ni metoksilnih skupina, a na svakih 6 atoma ugljika, dakle na empirijsku molekulu C₆H₁₀O₅, dolaze u njoj 3 slobodne alkoholne skupine, koje se mogu esterificirati s različitim kiselinama. Poznati su na pr. njezini esteri s octenom, sumpornom i dušičnom kiselinom, od kojih su tehnički najvažniji upravo nitrati, što se obično zovu pogrešnim imenom »nitroceluloza«. Potpuno nitrirana c. dobiva se djelovanjem smjese jake sumporne i jake dušične kiseline na c-u (pamuk, drvnu c-u i sl.), a empirijski joj je sastav [C₆H₇O₂(NO₃)₃] x. Ona se ne otapa u alkoholu i eteru, a s acetonom nabubri i tvori koloidalnu rastopinu. Putem želatinacije dobiva se od nje bezdimni barut, t. j. praškasta nitroceluloza, dok se ona potpuno nitrirana c., koja još ima oblik pamuka, zove piroksilin. To je jedno od danas najvažnijih eksplozivnih sredstava. Djelomično nitrirana c., kojoj odgovara empirijska formula [C₆H₈O₃(NO₃)₂]x, zove se koloksilin. Ona se otapa u smjesi etera i alkohola, a tako dobivena otopina zove se kolodij. Prelijemo li kolodijem kakav čvrst predmet, na pr. staklo ili papir, topilo se ispari, a preostala nitrirana celuloza čini na površini predmeta tanku, prozirnu i posve bezbojnu kožicu. Ima li u toj kožici koloidalno raspršenog, u mraku priređenog srebrenog bromida, tad ona čini prikladnu aktivnu masu za fotografske ploče, papire ili filmove. Protiskuje li se kolodij kroz vrlo sitne rupice (s promjerom od 0,01 do 0,02 mm), dobivaju se poput svile tanke i sjajne niti koloksilina. Ako se te niti hvataju u uzduhu, tako da se topilo ispari, zove se način proizvodnje »suhim«. Moguć je i »mokar« način proizvodnje, tako da se niti kolodija namataju pod vodom, kod čega se topilo miješa s vodom, a niti se učvršćuju, jer nitroceluloza u vodi nije topljiva. Iz kolodija ovim načinima proizvedene niti imadu dovoljnu čvrstoću i lijep sjaj poput svile, ali su eksplozivne, samo malo slabije od piroksilina, pa nisu upotrebljive za predenje i tkanje. Močenjem u rastopini alkalijskih hidrosulfida te se niti reduciraju: one kod toga gube svu dušičnu kiselinu i pretvaraju se opet u slobodnu c-u, a kod toga u potpunosti zadržavaju svoju finoću i sjaj, koja ih svojstva čine sličnima pravoj svili, pa su zbog toga i dobile ime umjetna svila. Ovaj način proizvodnje umjetne svile uveo je grof H. de Chardonnet (1895), pa se i danas tim načinom proizvedena umjetna svila zove Chardonnetovom svilom. Ima i drugih načina, kako se iz c-e mogu dobiti svili slične niti, a tehnički se danas primjenjuju osim Chardonnetova još i ova tri načina: 1. Otopina c-e u Schweizerovoj otopini protiskuje se kroz vrlo sitne rupice u razrijeđenu otopinu sumporne kiseline. Čim se kiselinom amonijak neutralizira, c. se skrutne u fine niti svilenoga sjaja. (To je t. zv. bakrena svila). 2. Acetatna svila dobiva se protiskivanjem otopine acetilirane c-e u kloroformu ili acetonu kroz vrlo sitne rupice. Mlazovi otopine uprskavaju se u kupelj, koja se miješa s topilom, a ne otapa acetate c-e, pa se tako dobivaju čvrste niti, kao i kod pređašnjeg načina. No ovim načinom proizvedene niti umjetne svile nisu regenerirana c. poput Chardonnetove svile, već ester c-e s octenom kiselinom. 3. Obrađivanjem c-e s koncentriranom natrijskom lužinom dobiva se mercerizirana c. (prozvana tako po izumitelju toga načina preradbe Merceru, 1844). Djelovanjem sumporougljika prelazi mercerizirana c. u ksantogenat c-e, t. j. ester ksantogenske kiseline HO—CS—SH, koja je u slobodnom stanju nepostojana, ali su njezini esteri mnogo postojaniji. Kemijski je sastav celulozina ksantogenata: . Svježi ksantogenat c-e koloidalno se rastapa u vodi i daje s njome gustu, vrlo viskoznu masu, koja se radi toga svojstva prozvala viskoza. Jednakim načinom kao gore dobivaju se iz viskoze fine, svili slične niti, kojima se ksantogenska kiselina oduzima močenjem u razrijeđenoj sumpornoj kiselini, kiselim sulfatima ili bisulfitima. Umjetna svila iz viskoze prema tome je također regenerirana c. Ako se viskoza razvuče u vrlo tanke listiće, dobivaju se od nje močenjem u kiselim rastapalima kao gore čvrste, bezbojne i posve prozirne lamele c-e, koje danas u trgovini slatkiša, konzerviranih jestvina i druge robe u malenim zamotima zamjenjuju staniol i pergamentni papir. Ime je toga proizvoda celofan.

Od drugih tehničkih prerađevina c-e treba još spomenuti celuloid (v.) i cellon ili celit, celuloidu sličnu, ali iz acetilirane c-e s pomoću kamfora proizvedenu plastičnu tvar, koja je od celuloida u toliko prikladnija, što se teže zapaljuje i ne izgara eksplozivno.

Kemizam celuloze problem je, koji se proučava već blizu 100 godina, i ma da su njime bili zabavljeni najistaknutiji istraživači, ipak konstitucija c-e nije do danas sa sigurnošću utvrđena. Prvi korak k upoznavanju građe molekule celuloze čini otkriće A. Béchampa, da koncentrirana solna kiselina rastapa c-u, kod čega od nje postaje slador reduktivnih svojstava. Poslije se dokazalo, da je taj slador d-glukoza, pa je na temelju toga već B. Tollens postavio prvu teoriju o sastavu c-e, prema kojoj je »celuloza polimerizirani anhidrid d-glukoze«. Doista, danas znamo, da se c. utjecajem razrijeđene solne kiseline već stajanjem kod obične temperature kroz 2 dana gotovo posve raspada u d-glukozu. Isto se tako dobiva kao konačan proizvod celulozine hidrolize samo d-glukoza, ako se c. ponajprije kratko vrijeme moči u jakoj sumpornoj kiselini, a poslije toga kuha s razrijeđenom sumpornom kiselinom. Odatle bismo očekivali, da je c. polisaharid iste građe kao škrob. No ipak između škroba i c-e postoji bitna kemijska razlika nesamo u svojstvima nego i u proizvodima hidrolize. Postepenim cijepanjem molekule škroba (na pr. s pomoću enzima diastaze ili sline) postaje uvijek kao međuproizvod razgrađivanja smjesa dekstrina i maltoze, a konačnim cijepanjem maltoze postaje d-alfa-glukoza. Naprotiv, postepenom se hidrolizom c-e (djelovanjem sumporne kiseline na acetiliranu celulozu) kao međuproizvod hidrolize dobiva celobioza, koja se utjecajem jakih kiselina ili enzima celobiaze dalje hidrolitički raspada na 2 molekule d-beta-glukoze.

Za dalji napredak proučavanja konstitucije celuloze bila su od velike važnosti istraživanja celobioze od Hawortha i Hirsta, koja su dokazala, da je celobioza d-beta-glukozido-glukoza. U njoj su naime u jednu molekulu disaharida spojene 2 molekule d-beta-glukoze na taj način, da se beta-glukozidnim vezom povezao ugljik (4) prve molekule s ugljikom (1) druge molekule beta-glukoze. Dokazano je nadalje, da se eterski »most« u d-glukozi nalazi između ugljika 1 i 5, tako da kisik s atomima ugljika od 1—5 tvori šesterokutni ili »pyranov« prsten, a heksoze takve građe zovu se »pyranoze«. U molekuli celobioze zastupana je, dakle, desna beta-gluko-pyranoza, a oba ta sladora imaju prema Haworthu ovu konstituciju:

Kemijskim istraživanjima pridružila su se u novije doba ispitivanja optičkih svojstava c-e i proizvoda njezine hidrolize, pa je tako Freudenberg polarimetrijskim putem dokazao, da se potpunom hidrolizom c-e dobiva samo beta glukoza. Nadalje je W. Jancke (1920) dokazao, da c. pokazuje uvijek isti rentgenski dijagram, bez obzira na svoje podrijetlo, pa da je prema tomu c. iz sviju vrsta bilja jedna ista tvar. Kad su usavršene metode rentgenografskih mjerenja, našli su O. L. Sponsler i W. H. Dore, da promjer molekula heksoze prema Haworthovoj formuli iznosi 5,13 Å (ili 0,513 milimikrona), a dulji promjer celobioze upravo dva puta toliko, t. j. 10,25 Å. Ujedno su pri rentgenografskim istraživanjima c-e opazili, da se smjerom duljine vlakanaca c-e stalno ponavlja period duljine od 10,25 Å, koji upravo odgovara duljem promjeru celobioze, pa je to već bio jasan znak, da je molekula c-e postala spajanjem od mnogo molekula celobioze glukozidnim vezovima u jednu molekulu. Potrebno je samo u vezi s time odrediti veličinu molekule celuloze. — Rentgenografskom metodom proučavali su c-u također K. H. Meyer i H. Mark (1929). Oni smatraju, da je molekula c-e građena micelarno, kako je to zamišljao već botanik C. v. Nägeli (1877). Prema njihovu je mišljenju molekula c-e svežanj od 40 do 60 ravnih, međusobno usporednih nizova celobioze, koji su međusobno povezani sporednim valencijama, dok se u svakom nizu nalazi 30 do 50 molekula celobioze, spojenih glavnim valencijama, t. j. beta-glukozidički. S takvim se mišljenjem slaže i Haworth, dok se Staudinger protivi micelarnom tumačenju molekule c-e, jer da se ono ne slaže s vrlo velikom viskoznošću celuloznih rastopina. Proučavajući uzročne veze između molekularne građe i pojave viskoznosti dolazi Staudinger do zaključka, da viskoznost ne može biti prouzročena micelarnom građom, već samo velikim molekulama jednostavne građe. Odatle zaključuje on dalje, da je molekula c-e izgrađena iz vrlo dugih, nerazgranjenih nizova celobioze, povezane beta-glukozidnim vezovima na ovaj način:

Takva molekula c-e, sastavljena iz 2000 ostataka glukoze, imala bi molekularnu težinu oko 324.000. Ako se ovo tumačenje primijeni na mehaničku građu vlakanaca celuloze, onda izlazi zanimljiv zaključak, da molekula c-e ne bi imala u svim vrstama bilja istu veličinu, već bi se u duljim vlakancima nalazili dulji nizovi celobioze, koji bi teoretski mogli biti i beskonačni. Na sve današnje tumačenje konstitucije c-e možemo među ostalim primijeniti ove značajne Freudenbergove riječi: »... Premda ove konstatacije i nisu dokaz za eksistenciju dugih neprekidnih nizova ostataka celobioze u molekuli c-e, ipak sigurno i ništa ne govori protiv takve pretpostavke«.

Celuloza kao rezervna tvar dolazi u mnogim lišajevima i u islandskoj mahovini, a u manjoj mjeri u višem bilju. U tome obliku ona se zove lihenin, a pokazuje mnogo sličnosti s hidrocelulozom: lakše se hidrolizira nego građevna c., a daje iste proizvode hidrolize.

Premda je c. sadržana u svakoj ljudskoj hrani biljnog podrijetla, ona je za čovjeka ipak posve neprobavljiva, te se izlučuje u izmetine. Za rad crijeva ona je ipak od vrlo velike važnosti, jer ih mehanički podražuje, pojačava peristaltiku i pospješuje izlučivanje izmetina. Izravno se mogu hraniti c-om samo crvi i kukci, koji izjedaju drvo, kao i njihove ličinke, zatim puževi, protozoi i konačno sve gljive (bakterije, plijesni i više gljive), koje izazivaju truljenje ili gnjiloću c-e. Sve su to organizmi, koji proizvode enzim celulazu (v.), a isti taj enzim i u višem bilju omogućuje izgradnju kao i razgradnju c-e. Unatoč tomu, što ni više životinje ne proizvode toga enzima, ipak biljožderi mogu u velikoj mjeri probavljati c-u (na pr. preživači iskorišćuju pri hranjenju slamom i sijenom 40—70% celuloze). No ta je njihova sposobnost posljedica djelovanja bakterija, koje su se ugnijezdile u njihovim crijevima. One (na pr. bakterije metanskog vrenja) s pomoću svoje celulaze hidrolitički rastvaraju c-u, a crijeva im otimaju proizvedeni slador, prije nego što se on dospije potrošiti na procese vrenja.

S c-om pokazuju mnogo sličnosti polioze istoga ili sličnog empirijskog sastava, što ih je Schulze prozvao hemiceluloze (ili polustaničevine). To su tvari, koje se s razrijeđenim kiselinama mnogo lakše hidrolitički rastvaraju nego c., a kao konačne proizvode hidrolize daju ili pentoze, pa se zovu pentozani, ili heksoze, pa su onda heksozani. Prema vrsti monoza, iz kojih su izgrađene, dijelimo ih u arabane, ksilane, manane, galaktane, glukane i t. d. One se lakše probavljaju nego c., ali kako ne poznajemo njihove konstitucije, ne možemo govoriti ni o enzimima, koji su za njih specifični, a koji su se u starijoj literaturi zvali citaze (ili citaza, v.).

LIT.: E. Hägglund, Holzchemie, Leipzig 1939; K. Freudenberg, Tannin, Cellulose, Lignin, Berlin 1933; K. Schwalbe, Die Chemie der Cellulose, 1911; C. Piest, Die Cellulose, 1910; J. Bersch, Celluloseprodukte und Kautschuk-surrogate, 1904; K. Hess, Die Chemie der Cellulose und ihrer Begleiter, Leipzig 1928; Ullmann, Enzyklopädie der technischen Chemie, Berlin—Beč 1939. M. M.