Využití celulózy (E460) je velmi pestré. Uplatňuje se nejen v papírenském průmyslu, ale i v potravinářství

Co je to celulóza?

Celulóza se v potravinářském průmyslu označuje jako přísada E460. Toto označení zahrnuje jak samotnou celulózu, tak její deriváty, jako je například mikrokrystalická celulóza (MCC). Toto aditivum je často využíváno jako zahušťovadlo, stabilizátor, emulgátor nebo plnidlo v různých potravinářských produktech.

Jedná se o přírodní polysacharid, který tvoří základní stavební složku rostlinných buněčných stěn. Zároveň je to nejhojnější organická sloučenina na Zemi a odhaduje se, že její roční produkce přesahuje 10¹¹ tun. Díky své pevné a odolné struktuře poskytuje rostlinám mechanickou podporu a umožňuje jim růst do výšky a odolávat různým přírodním vlivům. 

Celulóza je považována za bezpečnou potravinářskou přísadu, protože není toxická a trávicím traktem prochází beze změny. Její použití v potravinářském průmyslu je tak povoleno ve všech členských zemích Evropské unie, tedy i v České republice. Výjimku však tvoří dětská výživa, kam se toto aditivum přidávat nemůže.

Kromě toho mají celulózy také důležitý ekologický význam, neboť se podílí na koloběhu uhlíku v přírodě. Slouží totiž jako hlavní zdroj uhlíku pro mikroorganismy, které jsou schopny je rozkládat na jednodušší látky, čímž přispívají k recyklaci organického materiálu v přírodních ekosystémech.

Typy celulózy

Celulóza se vyskytuje v různých formách, které se liší svou strukturou, způsobem výroby a použitím. Níže jsou uvedeny některé druhy tohoto polysacharidu:

• Amorfní celulóza: tento typ celulózy nemá dobře uspořádanou strukturu a tvoří nepravidelné oblasti v celulózových vláknech. Je měkčí než krystalická celulóza, což ji činí náchylnější k rozkladu chemickými nebo enzymatickými procesy. Amorfní celulóza je často přítomna jako součást přírodních celulózových materiálů a bývá v průmyslu využívána v modifikovaných nebo chemicky upravených formách.
• Krystalická celulóza: tato forma má dobře uspořádanou a pevnou strukturu, což jí dodává vyšší mechanickou pevnost a odolnost vůči chemickému rozkladu. V přírodě se vyskytuje v kombinaci s amorfní celulózou v rostlinných buněčných stěnách. Díky své pevnosti se krystalická celulóza používá v různých průmyslových aplikacích, například při výrobě papíru nebo textilií.
• Mikrokrystalická celulóza (MCC): speciální forma krystalické celulózy, která se získává kontrolovanou hydrolýzou přírodní celulózy. Tento proces odstraní amorfní oblasti a zachová pouze krystalické struktury. Výsledkem je jemný prášek s vysokou čistotou a stabilitou, který se hojně využívá v potravinářství a farmaceutickém průmyslu, zejména jako stabilizátor, zahušťovadlo a plnidlo.
• Celulózové estery a ethery: tyto formy celulózy vznikají chemickou modifikací původní celulózy. Mezi nejběžnější estery patří acetylcelulóza a nitrocelulóza, které se používají například při výrobě filmů, laků nebo plastů.
• Bakteriální celulóza: je produkována některými druhy bakterií, jako je Acetobacter xylinum. Na rozdíl od rostlinné celulózy má bakteriální celulóza velmi jemnou a čistou strukturu, která je vysoce hydratovatelná a má vynikající mechanické vlastnosti. Díky těmto vlastnostem se používá v medicíně (např. při hojení ran), v kosmetice a v potravinářství.
• Nanocelulóza: forma celulózy, která se skládá z nanočástic získaných mechanickým nebo chemickým zpracováním celulózových vláken. Nanocelulóza má extrémně vysokou pevnost a zároveň je lehká a biologicky odbouratelná. Díky těmto vlastnostem nachází uplatnění v high-tech průmyslových aplikacích, jako jsou nanokompozity, lékařské implantáty nebo elektronické displeje. [1, 2, 3, 4, 5]

Zpracování celulózy

Celulóza se zpracovává především z dřevní hmoty, která je jejím nejběžnějším zdrojem. Proces začíná mechanickým nebo chemickým zpracováním dřeva, kdy se odstraní nežádoucí složky, jako je lignin, hemicelulóza a další nečistoty. V chemických postupech se často používá proces zvaný kraft, při němž se dřevo vaří v silných chemických roztocích, aby se odstranil lignin a získala čistá celulóza.

Dalším krokem v tomto procesu je bělení celulózy, což je důležitý krok zejména v papírenském průmyslu, kde se požaduje světlý a čistý papír. Bělení probíhá pomocí různých chemikálií, jako je chlor nebo peroxid vodíku, které odstraňují zbývající stopy ligninu. Výsledná bělená celulóza se poté suší a formuje do balíků nebo listů, které jsou připraveny k dalšímu zpracování.

Celý proces je velmi energeticky náročný a má také ekologické důsledky, zejména v oblasti odpadních vod a emisí chemických látek. Moderní výrobní závody se však snaží minimalizovat ekologický dopad prostřednictvím recyklace chemikálií a využíváním obnovitelných zdrojů energie. Díky neustálému technologickému pokroku se výroba celulózy stává stále efektivnější a udržitelnější. [6, 7, 8]

Vzorec celulózy a chemické vlastnosti

Celulóza má základní chemický vzorec C_₆H_₁₀O_₅, který představuje polymerní řetězec složený z opakujících se jednotek glukózy. Tyto jednotky jsou spojeny beta-1,4-glykosidickými vazbami, což dává celulóze její specifické chemické vlastnosti. Celulóza je lineární polymer, a to znamená, že nemá rozvětvenou strukturu, což přispívá k její pevnosti a nerozpustnosti ve vodě.

Jednou ze zásadních chemických vlastností celulózy je její vysoká odolnost vůči chemickému rozkladu. To je způsobeno především přítomností vodíkových vazeb mezi jednotlivými řetězci, které stabilizují celkovou strukturu polymeru. Tato stabilita je důvodem, proč celulóza tvoří tak pevné materiály, jako je dřevo, papír nebo textilie.

Navzdory své chemické stabilitě je celulóza citlivá na určité podmínky, například kyselé prostředí, které může vést k jejímu rozkladu na jednotlivé glukózové jednotky. Tento proces je základem pro výrobu biopaliv a dalších chemických produktů, které využívají celulózu jako surovinu. Jedná se navíc o hořlavou látku, která při hoření produkuje oxid uhličitý a vodu. [9, 10, 11, 12]

K čemu se celulóza používá?

Celulóza má široké využití díky svým vlastnostem, jako je schopnost stabilizovat, zahušťovat a zlepšovat texturu potravin. Je obzvláště oblíbená v produktech určených pro nízkokalorické nebo dietní stravování, protože přidává objem bez přidání kalorií, což pomáhá udržet pocit sytosti. Nejčastěji má pak v potravinách následující funkce:

• Zahušťovadlo: E460 se často používá v polévkách, omáčkách a dresincích, kde napomáhá dosáhnout požadované konzistence bez nutnosti přidání tuků nebo dalších kalorií. Díky schopnosti absorbovat vodu a vytvářet gelovitou strukturu se stává ideálním řešením pro výrobky s nízkým obsahem tuku.
• Stabilizátor: V potravinářských výrobcích, jako jsou mražené dezerty, zmrzliny a šlehačky, pomáhá celulóza udržovat stabilitu emulzí a zabraňuje oddělování složek. To zajišťuje, že finální produkt si zachovává homogenní strukturu i při skladování a transportu.
• Plnidlo: V pekárenských výrobcích, sušenkách a cereálních tyčinkách je E460 používána jako plnidlo, které zvyšuje objem bez ovlivnění chuti. Díky tomu lze snížit množství dražších nebo kaloričtějších ingrediencí a zároveň zachovat výživové hodnoty a konzistenci.

Využití celulózy mimo potravinářský průmysl

Přestože je celulóza často spojována s potravinářským průmyslem, má široké spektrum využití také mimo tuto oblast. Díky svým vlastnostem, jako je pevnost, pružnost a schopnost tvořit vlákna, nachází uplatnění i v dalších průmyslových odvětvích. Můžete na ni proto narazit například i ve složení některých kosmetických produktů a v dalších výrobcích.

• Farmaceutický průmysl: E460 se používá jako excipient při výrobě tablet a kapslí. Zlepšuje fyzikální vlastnosti tablet, jako je jejich pevnost, soudržnost a snadnost rozpadu po požití, což zajišťuje efektivní uvolnění účinné látky v těle.
• Kosmetický průmysl: v kosmetice slouží celulóza jako zahušťovadlo a stabilizátor v krémech, gelech a make-upu. Díky své jemné struktuře pomáhá zlepšovat texturu produktů a umožňuje rovnoměrné nanášení na pokožku.
• Průmyslové aplikace: celulóza se využívá například i při výrobě bioplastů, papíru, textilu a dalších ekologicky šetrných materiálů. Její vlastnosti, jako je pevnost, pružnost a schopnost tvořit vlákna, ji činí ideální pro výrobu udržitelných produktů nahrazujících tradiční plasty. [13, 14, 15, 16, 17]

Trávení celulózy

Trávení celulózy je proces, který probíhá různě v závislosti na typu organismu, jehož trávicí trakt ji zpracovává. Zatímco některé organismy, jako jsou přežvýkavci, termiti nebo určité mikroorganismy, jsou schopny celulózu efektivně trávit, lidé a většina dalších savců tuto schopnost postrádají.

Přežvýkavci mají unikátní trávicí systém přizpůsobený k trávení celulózy. Tento systém zahrnuje několik žaludků, z nichž nejdůležitější pro trávení celulózy je bachor. V bachoru se nachází obrovské množství symbiotických bakterií a dalších mikroorganismů, které produkují enzymy, jako je celuláza, schopné rozkládat celulózu na jednodušší cukry, především glukózu. Tato glukóza je pak fermentována na mastné kyseliny, které jsou absorbovány stěnou žaludku a slouží jako hlavní zdroj energie pro zvíře.

Lidský trávicí systém nedisponuje enzymy potřebnými k rozkladu celulózy. Z tohoto důvodu prochází celulóza lidským trávicím traktem bez výrazných změn a není absorbována jako zdroj energie. Místo toho celulóza plní funkci vlákniny, která je důležitá pro správné fungování trávení. 

Vláknina zvyšuje objem stolice, podporuje střevní peristaltiku a může pomáhat předcházet zácpě. Kromě toho poskytuje vláknina substrát pro fermentaci ve střevě, kde některé bakterie mohou celulózu částečně fermentovat na krátké řetězce mastných kyselin, které přispívají k zdraví tlustého střeva.

Některé další organismy, včetně hub a určitých druhů bakterií, jsou také schopné trávit celulózu. Tyto mikroorganismy hrají klíčovou roli v přírodních ekosystémech, kde přispívají k rozkladu rostlinné biomasy a cyklování uhlíku v prostředí. Celulóza je tedy pro mnoho organismů důležitým zdrojem energie, i když lidé a mnozí další savci tuto látku přímo využít nedokážou. [18, 19, 20, 21]

Zdroje: is.muni.cz, chemistry.ujep.cz, farmaciepropraxi.cz, ceff.cz, techportal.cz, researchgate.net, fraxinus.mendelu.cz, siov.sk, wikiskripta.eu, sciencedirect.com, cit.vfu.cz