Polisacharydy, czyli glikany, wielocukry zbudowane są z reszt monosacharydowych oraz ich pochodnych. Występuje wiązanie glikozydowe. Są to w większości związki o dużym ciężarze cząsteczkowym. Polisacharydy w odróżnieniu od monosacharydów nie rozpuszczają się w wodzie lub tworzą z nią układy koloidalne. Nie mają także słodkiego smaku.

Najważniejszymi polisacharydami są: celuloza, skrobia, glikogen.

Wszystkie wymienione polisacharydy są nierozpuszczalne w wodzie, ale także w innych rozpuszczalnikach pochodzenia organicznego. Charakteryzują się brakiem smaku i zapachu. Tworzą koloidalne roztwory, są optycznie czynne i niekrystaliczne. Reakcja z jodem jest najbardziej charakterystyczna dla tego typu związków. Polisacharydy dają zabarwienia: glikogen brunatnoczerwone, skrobia niebieskie.

W organizmie człowieka wiązanie glikozydowe może powstać przy udziale pochodnych sacharydów (urydynodifosfoglukozy).

Skrobia nazywana krochmalem występuje w roślinach jako substancja zapasowa. To podstawowy składnik węglowodanowy człowieka oraz zwierząt roślinożernych. Jest jednym z najbardziej rozpowszechnionych polisacharydów w materiale roślinnym. Skrobię jest produkowana przede wszystkim z ziemniaków, ale także z ryżu, tapioka, sago. Występuje w nasionach, owocach, w korzeniach, łodygach, kłączach roślin. Dużo skrobi zawierają ziarna zbóż oraz bulwy ziemniaków. Skrobia występuje w materiale roślinnym w postaci widocznych pod mikroskopem ziarenek o kształcie i rozmiarach charakterystycznych dla określonej rośliny. Ziarenka skrobi po zalaniu wodą pęcznieją, przy czym część skrobi ulega peptyzacji i przechodzi do roztworu Wrząc charakterystyczny zol koloidowy. Podczas rozpuszczania skrobi w gorącej wodzie oddziela się frakcja, którą nazywamy zwyczajowo skrobią rozpuszczalną, a niekiedy kleikiem skrobiowym.

Mączka skrobiowa (mąka ziemniaczana) produkowana jest z ziemniaków, ale także z tapioki, ryżu, saga. Mączka kartoflana w przemyśle jest wykorzystywana do wyrobu różnego rodzaju klejów roślinnych. Przerabia się z niej również na glikozę.

Ziarna skrobi składają się z 2 substancji:

- amylopektyny (80-85%), która tworzy osłonę ziaren;-

- amylozy (do 20-15%), która stanowi wewnętrzną część ziaren skrobi. Stosunek amylozy do amylopektyny jest różny.

Związki te zbudowane są z tych samych powtarzalnych fragmentów glukozy, różnią się jednak budową przestrzenną wchodzący w ich skład polisacharydów. Polisacharydy amylozy mają łańcuch prosty, połączony niemal wyłącznie wiązania --1,4--, podczas gdy cząsteczki amylopektyny stanowią wielokrotne rozgałęzione łańcuchy reszt glukozy.

Amylopektyna to wielocukier rozgałęzionym. Ciężar cząsteczkowy ma wartość 50000-1000000. Zawiera reszty kwasu fosforowego powiązane estrowo. Rozgałęzienie łańcucha głównego składa się z reszt glukozowych. Występują łańcuchy boczne, które zawierają 15-18 jednostek glukozowych. W wyniku takiej budowy oraz wielkości cząsteczki amylopektyny nie rozpuszczają się, tylko pęcznieje w środowisku wodnym, zaś po ogrzaniu mogą tworzyć kleik. Amylopektyna zabarwia się w wyniku działania jodem na fioletowo.

Amylaza to mieszanina wielocukrów charakteryzująca się łańcuchami nierozgałęzionymi zbudowanymi z około 100-200 reszt glikozowych. Substancja ta jest w stanie rozpuścić się w wodzie. Tworzy wówczas roztwór koloidalny. Amylaza zabarwia się w wyniku działania jodem na niebiesko.

Charakterystyczne reakcje skrobi:

- z jodem - zabarwia się na niebiesko. Reakcja jest prowadzona w zimnej wodzie. Gdy badana próbkę ogrzejemy, to zabarwienie zanika. Reakcja ta wykazuje bardzo duża czułość;

- całkowita hydroliza - powstaje D-glukoza;

- stopniowa hydroliza - powstaje maltoza oraz dekstryna;

- nie ulega fermentacji bezpośrednio w wyniku działania drożdży;

- nie redukuje roztworu azotanu srebra.

Celuloza to polisacharyd(wielocukier), podstawowy materiał tkanki roślinnej, tworzący zrąb ściany komórkowej roślin. Słoma i trzcina zawierają jej ok. 36%, drewno: 41-56%, włókna roślinne ok. 90. Cząsteczki celulozy, w liczbie ok. 2000, ułożone są równolegle w wiązki zwane mikrofibrylami, w których wyróżnia się obszary krystaliczne - micele i niekrystaliczne (amorficzne). Mikrofibryle, w liczbie ok. 400, łączą się w wiązki i tworzą makrofibryle. Błonnik nie jest trawiony przewodzie pokarmowym ssaków. Przeżuwacze wykorzystują go dzięki obecności w żwaczu flory bakteryjnej, produkującej enzym zwany celulazą. Celuloza jest surowcem wykorzystywanym w przemyśle włókienniczym i papierniczym. Jest też substancją wyjściową do otrzymywania wielu surowców chemicznych, np. nitrocelulozy służącej do wyrobu tworzyw sztucznych i materiałów wybuchowych oraz acetylocelulozy, z której wyrabia się tworzywa sztuczne i sztuczny jedwab.

Celuloza jest stosowana w postaci naturalnej (drewno, włókna przemysłowe), częściowo zmodyfikowanej (papier, pergamin, fibra) lub całkowicie zmienionej (celofan, włókno wiskozowe) wskutek pozbawienia jej pierwotnej struktury włóknistej (celuloza rodzima jest nietopliwą białą masą włóknistą, nierozpuszczalną w rozpuszczalnikach organicznych). Pochodne celulozy (etery i estry) są stosowane jako włókna, kleje, lakiery, zagęszczacze, tworzywa sztuczne, proch bezdymny itp. Celuloza jest bardzo reaktywna wskutek obecności w każdej reszcie glukozy trzech grup hydroksylowych, które ulegają estryfikacji, przy czym powstają estry celulozy. Celuloza rozpuszcza się w stężonych roztworach mocnych zasad (alkaliceluloza). Wskutek utleniania przechodzi w karboksycelulozę. Ponadto ulega degradacji lub całkowitej depolimeryzacji pod wpływem kwasowych czynników hydrolitycznych. Stosunek atomów węgla, wodoru i tlenu, z których składa się celuloza, odpowiada wzorowi C6H10O5. Końcowym produktem hydrolizy jest glukoza. Celulozę jest trawiona przez zwierzęta przeżuwające, gdyż w przewodzie pokarmowym tych zwierząt występują bakterie oraz pierwotniaki, które rozkładają celulozę. Człowiek nie jest w stanie trawić tego związku.

Czysta celuloza to biała substancja, która nie rozpuszcza się w wodzie, w alkoholu, w eterze. Wykazuje duża odporność na działanie kwasów, ługów.

Celuloza w wyniku działania kwasów może ulec hydrolizie. Ostatecznym produktem jest D-glikoza. Proces zachodzi stopniowo. W czasie krótkiego działania na celulozę kwasu siarkowego celuloza jest w stanie przekształcić się w amyloid. Jest to reakcja charakterystyczna do wykrywania celulozy. Otrzymany związek błękitnieje w wyniku działania jodu.

Hydroliza celulozy z bezwodnikiem octowym i przy obecności H2SO4 prowadzi do powstania dwusacharydu celobiozy.

Celobioza to dwucukier, który jest zbudowany z dwóch reszt glukozy, które są powiązane wiązaniem b-1,4. Jest to jednostka strukturalna celulozy oraz jej produkt hydrolizy. Nie występuje powszechnie w stanie wolnym w roślinach. Jest przejściowym produktem reakcji degradacji celulozy.

Jeżeli działamy na celulozę dłużej kwasem mineralnym (solny lub siarkowy) przechodzi w hydrocelulozę. Hydroceluloza to substancja krucha, jest w stanie zredukować odczynnik Fehlinga, rozpuszcza się w ługu.

Taki syrop może być przerabiany na spirytus. Możemy także działać na celulozę HCl. Później otrzymany produkt hydrolizy jest ogrzewany, aby usunąć nadmierne ilości HCl, a następnie zobojętniany sodą. Otrzymany produkt może być stosowany jako pasza dla bydła.

Rozkład celulozy następuje także dzięki drobnoustrojom. W przyrodzie ma miejsce rozkład celulozy w wyniku działania grzyba domowego, który utlenia celulozę do wody oraz dwutlenku węgla.

Celulozę otrzymujemy na różne sposoby. Najbardziej popularny jest proces siarczynowy. W czasie tego procesu zrębki drzewne (jodłowe, świerkowe) są gotowane w dużych kotłach (autoklawach) wraz z wodorosiarczynem wapniowym [Ca(HSO3)2]. Drewno w tym procesie jest rozkładane się częściowo, zaś celuloza nadal pozostaje w konsystencji stałej. Następnym etapem jest otwieranie zaworu rury odlotowej, zaś zawartość kotła przetłaczana jest do odpowiedniego zbiornika. Tam celuloza jest oddzielana od cieczy i przemywana wodą. Później jest odciskana w prasach, suszona i kierowana do dalszych przeróbek przemysłowych (papiernia, fabryki tworzyw sztucznych).

Rozkład celulozy następuje także dzięki drobnoustrojom. W przyrodzie ma miejsce rozkład celulozy w wyniku działania grzyba domowego, który utlenia celulozę do wody oraz dwutlenku węgla.

Opisana jest także fermentacja metanowa celulozy, która zachodzi w wyniku działania Bacillus methanigenus na dnie wód. Produktem tej reakcji jest: dwutlenek węgla, metan oraz kwasy tłuszczowe.

Chłodne roztwory wodorotlenków powodują pęcznienie celulozy, która wchłania ług oraz tworzy połączenia chemiczne, które nazywamy alkalicelulozami. Alkaliceluloza bardzo łatwo ulega hydrolizie w obecności wody i tworzy wodzian celulozy, nazywany także hydrocelulozą. Skład jej taki sam jak celulozy, ale jest bardziej higroskopijna, dosyć łatwo ulega zabarwieniu oraz wykazuje małą odporność chemiczną. Cząsteczka celulozy zawiera grupy wodorotlenowe, ale na odpowiednie fragmenty glikozydowe przypadają zawsze 3 grupy wodorotlenowe. Najważniejsze estry celulozy to: octany, azotany i ksantogeniany. Jeżeli działamy na celulozę dłużej kwasem mineralnym (solny lub siarkowy) przechodzi w hydrocelulozę. Hydroceluloza to substancja krucha, jest w stanie zredukować odczynnik Fehlinga, rozpuszcza się w ługu. Taki syrop może być przerabiany na spirytus. Możemy także działać na celulozę HCl. Później otrzymany produkt hydrolizy jest ogrzewany, aby usunąć nadmierne ilości HCl, a następnie zobojętniany sodą. Otrzymany produkt może być stosowany jako pasza dla bydła.

Azotany celulozy to oczywiście estry celulozy oraz kwasu azotowego. Jest to substancja biała, włóknista nie rozpuszczalna w wodzie, ale rozpuszczalna w różnorodnych rozpuszczalnikach organicznych. Tworzy roztwory koloidalne. Otrzymywana w wyniku estryfikacji mieszaniny nitrującą. Maksymalna zawartość N w nitrocelulozie nie przekracza 14,14%. Sucha nitroceluloza z zawartością o azotu większa niż 10% to mieszanina wybuchowa-bawełna strzelnicza.

Nitroceluloza jest jednym z najprostszych, tanich i bezpiecznych materiałów wybuchowych. W odróżnieniu od prochu czarnego, skądinąd też prostego w produkcji, praktycznie nie zostawia stałych produktów spalania. Jest dosyć trwała i niehigroskopijna.

Czasie produkcji nitrocelulozy bezwzględnie należy używać okularów ochronnych, rękawic i odpowiedniej odzieży. Nie wolno zmieniać proporcji ani ilości odczynników. Nie wolno usuwać do kanalizacji chemikaliów bez ich uprzedniej neutralizacji. Proces nitrowania należy przeprowadzać pod sprawnym ewentualnie na otwartej przestrzeni. W czasie reakcji powstają silnie trujące gazy. Bezmyślna próba produkcji nitrocelulozy w łazience lub w kuchni może zakończyć się silnym zatruciem i śmiercią.

Nitroceluloza ma zastosowanie głównie w produkcji lakierów oraz emalii, celuloidu, prochów bezdymnych, sztucznej skóry, dynamitu oraz plastikowych substancji wybuchowych.

Nitroceluloza, która zawiera 12-11% azotu to koloksylina. Znalazła zastosowanie w medycynie w opatrywaniu skaleczeń.

Estry celulozy oraz kwasu octowego to octany celulozy, czyli acetylocelulozy. Roztwór acetylocelulozy w acetonie jest wykorzystywany w produkcji jedwabiu sztucznego i lakierów.

Sztuczny jedwab jest produkowany na kilka sposobów. Możemy otrzymać: jedwab wiskozowy, miedziowy oraz octanowy.

Jedwab miedziowy jest otrzymywany z roztworu celulozy w odczynniku Schweitzera. Z wydzielany jest wodzian celulozy. Ta metoda obecnie straciła na znaczeniu.

Jedwab wiskozowy jest uzyskiwany w wyniku działania na celulozę roztworu wodorotlenku sodowego. Powstaje alkaliceluloza. Następnie działamy na nią dwusiarczkiem węgla. Powstaje pomarańczowa substancja nazywana ksantogenianem. Gdy rozpuścimy ksantogenian w roztworze wodorotlenku sodu, to otrzymamy lepki roztwór, który jest nazywany wiskozą..

Jedwab octanowy jest otrzymywany jest z acetylocelulozy rozpuszczonej w acetonie. Jedwab octanowy nie ma tak dużego znaczenia jak jedwab wiskozowy.

Najstarszym był jedwab otrzymany już w roku 1884 przez chemika i przemysłowca francuskiego H. Chardonneta (tzw. jedwab nitrocelulozowy), który jako pierwszy na świecie założył fabrykę jedwabiu sztucznego w 1891 roku. Równocześnie opracowywano inne metody produkcyjne. W roku 1890 chemik francuski L. Despaissis wynalazł metodę miedziową, natomiast w roku 1891 chemicy angielscy opracowali i opatentowali metodę wiskozową.

W roku 1894 Ch.F. Cross i E.J. Bevan estryfikując celulozę bezwodnikiem octowym otrzymali acetylocelulozę. Następnie rozpuścili ą w mieszaninie acetonu (85%) i alkoholu etylowego (15%) i tak powstały roztwór przeciskali przez dysze przędzalnicze do komory z ciepłym powietrzem. Tam rozpuszczalnik wyparowywał i powstawała nitka jedwabiu octanowego. Tak powstałe włókno jest bardzo cienkie, delikatne, giętkie, miękkie oraz elastyczne. Przędza z jedwabiu sztucznego nadaje się do wytwarzania najdelikatniejszych i najwykwintniejszych tkanin, które z trudem tylko można odróżnić od tkanin z jedwabiu naturalnego.

Bardzo duże ilości celulozy zużywane są w przemyśle papierniczym.

Podstawowym składnikiem do produkcji papieru jest masa celulozowa tzw. pulpa. Masa celulozowa jest otrzymywana z kilku rodzajów drzew, zarówno z miękkich i twardych. Odpowiednim drzewem może być: świerk, topola, brzoza, kasztan sosna czy nawet eukaliptus. Otrzymywanie pulpy mechanicznie jest najbardziej ekonomiczne. Proces ten polega na mieleniu pni drzew w specjalnych rozdrabniarkach, a następnie mieszanie otrzymanego produktu z wodą. Jednakże Papier uzyskany z tego rodzaju masy celulozowej jest dosyć słaby i ma zastosowanie jako produkt jednorazowego użytku (gazety, papierowe ręczniczki).

Znacznie lepsze masy celulozowe uzyskuje się chemicznie. W tym celu należy pociąć na drobne fragmenty pnie i zanurzyć je w roztworze chemicznym, a następnie podgrzewać pod ciśnieniem. Taki papier służy do produkcji dosyć wytrzymałych opakowań papierowych, książek, broszur reklamowych, kolorowych czasopism.

Aby usunąć niepożądane zanieczyszczenia masę celulozową należy przepłukać i przefiltrować. Gdy chcemy uzyskać biały papier, to musimy poddać pulpę procesowi wybielania. Następnie trzeba nadać formę arkuszy, wysuszyć i nawinąć na odpowiednie bele i dostarczyć do papierni. Tu powinna być odpowiednia maszyna nazywana warnikiem, której zadaniem jest rozdrabnianie i mieszanie z wodą. Nie jest wymagana faza suszenia, jeżeli proces jest ciągły. Masa celulozowa z drewnianymi włóknami i wodą nazywamy masą papierniczą. Takie cechy jak: wielkość i elastyczność włókien, które są odpowiednie dla każdego rodzaju, można modyfikować w gniotownikach i rozwłókniacie. Do masy dodaje się następnie inne substancje, nadające jej pożądane cechy.

Etapy procesu Fourdriniera:

- masa papiernicza trafia do wlewu;

- z wlewu dostaje się na sito- wykonaną z drutu lub plastyku ruchomą taśmę;

- sito jest zdolne poruszać się z prędkością do 1000 m/min, a jego długość może sięgać 9 metrów. Tempo przekazywania wylewu na sito jest bardzo istotne. W ten sposób można planować grubość i wagę produkowanego papieru.

- woda zostaje odprowadzona przez dziury sita;

-.powstaje wstęga w wyniku łączenia się włókienek masy papierniczej;

- wstęga ulega odessaniu ze spodu;

- możliwe jest wtłoczenie znaku wodnego za pomocą specjalnego wałka z szablonem;

- wstęga trafia na ruchomą taśmę i wyniku przechodzenia przez kilka ciężkich walców, wyciskana jest z niej woda i wzmacniane są włókna;

- mocna wstęga jest przepuszczona przez zespół, podgrzewanych przy pomocy pary, wałków metalowych. Wyniku tego procesu nie posiada już żadnej ilości wody;

- wygładzanie powierzchni papieru przy pomocy wypolerowanych żelaznych walców.

Papier przeznaczony do druku nie zawiera wody. Aby zabarwić papier konieczne są odpowiednie barwniki lub pigmenty. Dla przykładu kaolin (glinka porcelanowa) powoduje, że papier jest biały i nie przepuszcza światła.

Makulatura nie jest tylko wykorzystywana do produkcji niskiej jakości produktów. Przy zastosowaniu nowoczesnych metod możliwe stało się otrzymanie lepszej jakości papieru, w których makulatura wykorzystywana jest jako surowiec wtórny. Możliwe stało się usunięcie druku, dlatego bez problemu można było uzyskać z makulatury czystą masę celulozową. Aby wzmocnić tak wykonany papier należy w procesie produkcyjnym uwzględnić dodanie małej ilości świeżej pulpy. Tak otrzymany papier jest bardziej wytrwały na uszkodzenia mechaniczne.

Innym związkiem powstałym z celulozy i wykorzystywanym przez człowieka jest celuloid. Azotan celulozy (celuloid) to ciało stałe, bardzo elastyczne, przezroczyste. To mieszanina azotanu celulozy oraz kamfory. Ulega zżółknięciu w wyniku działania światła. Nie wykazuje odporności na ścieranie. To tworzywo łatwo palne, nieodporne na działanie temperatury i czynników chemicznych (rozpuszcza się w wielu rozpuszczalnikach. Łatwo ulega zadrapaniu i zarysowaniu. Należy zachować ostrożność w czasie obróbki mechanicznej. Celuloid może być polerowany woskiem, ale także może być zanurzony w acetonie. Temperatura jego kształtowania w formy ma wartość 70-110°C. Tworzywo to po wprowadzeniu do płomienia spala się jasnym płomieniem wydzielając przy tym brunatny dym tlenków azotu. Celuloid wykazuje odporność na działanie kwasów oraz zasad, ale tylko rozcieńczonych, gdyż stężone roztwory powodują jego rozkład. Może rozpuszczać się w ketonach oraz estrach. W alkoholu pęcznieje. Celuloid może być wykorzystywany: w produkcji zabawek, w produkcji galanterii, jako przyrząd pomiarowy, jako przybory kreślarskie, jako szkło bezodpryskowe.

Dekstryny to substancje bezpostaciowe, kleiste, które tworzą roztwory koloidalne. Są produktem rozszczepienia skrobi. Wielkość cząsteczki jest rozmaita. Związki te występują w piwie, w chlebie. Są produkowane ze skrobi na skutek działania enzymu- ptialiny. Dekstryny występują we wszystkich przetworach spożywczych skrobi. Są wykorzystywane w przemyśle chemicznym, włókienniczym, papierniczym, spożywczym oraz farmaceutycznym.

Dekstrany to polisacharydy wytwarzane przez Leuconostoc mesenteroides. Są stosowane w celach farmaceutycznych. To płyn krwiozastępczy. Są wykorzystywane podczas utraty dużej ilości krwi. Są stosowane także w czasie leczenia oparzeń.

Glikogen pełni identyczna role u zwierząt jak skrobia w organizmach roślinnych. Ma także podobna budowę. Mała różnica występuje tylko w budowie. Glikogen jest bardziej rozgałęziony, zaś łańcuchy boczne są krótsze. Składają się z 11-12 jednostek. Glikogen to zapasowy materiał pożywienia. Jest gromadzony najczęściej w mięśniach oraz wątrobie. Glikogen to bezpostaciowa substancja, która łatwo rozpuszcza się w wodzie. Glikogen nie wykazuje właściwości redukujących. Stwierdzamy u niego aktywność optyczną. Jest odporny na stężone wodorotlenki potasu oraz sodu. Podczas hydrolizy ulega rozpadowi na maltozę, potem na glukozę. W glikogenie występuje wiązanie glikozydowe 1,4 oraz 1,6.

Celon to masa plastyczna, która otrzymujemy z acetylocelulozy oraz z estrów kwasu ftalowego. Wykorzystywana jest podczas wyrabiania błon fotograficznych.

Inulina występuje u roślin (Compsitae) jako materiał zapasowy. W znacznych ilościach polisacharyd ten występuje w długich kłączach delii. W wyniku działania kwasów ma miejsce rozpad inuliny na fruktozę. Bardzo podobna reakcja występuje w wyniku dodania inulazy. Inulina składa się z trzydziestu reszt fruktozy. Jest stosowana w dietach diabetyków oraz jako substancja wykorzystywana w diagnostyce dolegliwości nerek.

Chityna to polisacharyd, który zbudowany jest z reszt glukozaminy. W budowie wykazuje podobieństwo do celulozy. Różnią się tylko tym, że w chitynie występują grupy acetyloaminowe zamiast grupy hydroksylowej.

Chityna występuje w ścianie komórkowej grzybów oraz bakterii, zaś u zwierząt tworzy wraz z białkiem, solami wapnia oraz magnezu pancerz skorupiaków, owadów, pajęczaków. Występuje także u mięczaków, ramienionogów oraz mszywiołów.

Pektyna to polisacharyd, pełniący bardzo ważne funkcje w branży spożywczej. Jest stosowany w procesie do zagęszczania galaretek. Związki te to polimery z łańcuchem prostym. Jednostki kwasowe są połączone wiązaniami glikozydowymi na czwartym i pierwszym atomie węgla.

Kwas alginowy to polisacharyd zbudowany z kwasu manurowego. To bardzo ważny składnik budujący ściany komórkowe m.in. glonów, które rosną na dużych głębokościach (brunatnice). Funkcja tego związku ogranicza się do wzmocnienia ściany komórkowej przed nadmiernym ciśnieniem wody. Sole kwas alginowego znalazły zastosowanie w procesie produkcyjnym mas plastycznych, mydła, w przemyśle farmaceutycznym oraz spożywczym.