Hemicelulozy – niejednorodna grupa
polisacharydów
i ich pochodnych, połączonych wiązaniami β-glikozydowymi tworzących rozgałęzione łańcuchy. Są one jednym z głównych składników
ściany komórkowej
roślin, mogą stanowić ok. 20%
suchej masy
ściany pierwotnej oraz ok. 30% suchej masy ściany wtórnej. Wchodzą w skład m.in.
drewna
,
słomy
, nasion i
otrąb
. Ich nazwa wywodzi się stąd, że chemicznie i strukturalnie bliskie są
celulozie
.
Systematyka
Drewno poza celulozą zawiera inne substancje polisacharydowe, do których należą hemicelulozy. Charakteryzują się one mniejszą odpornością na działanie rozcieńczonych kwasów, które hydrolizują i w przeciwieństwie do celulozy rozpuszczają się w rozcieńczonych alkaliach. Ponieważ hemicelulozy są substancjami reprezentującymi wszystkie polisacharydy i ich pochodne występujące w drewnie oprócz celulozy i
skrobi
, zaproponowano wiele kryteriów ich klasyfikacji.
- Podział ze względu na łatwość hydrolizy
Najogólniejszym jest podział na hemicelulozy łatwo i trudno
hydrolizujące
. W odróżnieniu od celulozy, makrocząsteczki hemiceluloz zbudowane są nie tylko z samych reszt
glukozowych
, ale także innych reszt
cukrów prostych
, takich jak
ksyloza
,
mannoza
i
galaktoza
. Hemicelulozy mają mniejszy
stopień polimeryzacji
(SP <300) niż celuloza, mniejszą regularność budowy i stopień uporządkowania struktury, co sprawia, że są mniej odporne na degradacje. Cechą charakterystyczną wszystkich hemiceluloz jest dobra rozpuszczalność w rozcieńczonych
alkaliach
. Nazwę hemicelulozy wprowadził Schulze w 1891 roku dla niecelulozowej części węglowodanów zawartych w roślinach. Powszechnie przyjętą koncepcją podziału hemiceluloz przedstawił Rogwin. Jako kryterium podziału hemiceluloz przyjął on budową ich podstawowych jednostek i makrocząsteczek.
- Podział ze względu na budowę chemiczną
Opierając się na budowie chemicznej hemicelulozy możemy podzielić na:
- niejednorodne
- składające się z reszt różnych cukrów prostych
- składające się z reszt różnych cukrów prostych i kwasów uronowych
- Podział wg Schulzego
- celulozany – obejmują one polisacharydy o stosunkowo krótkich łańcuchach (SP 150-200) i dzielą się one na pentozany i
heksozany o ogólnych wzorach:
- pentozany - (C5H8O4)n
- heksozany - (C6H10O5)n
W obecności kwasów nieorganicznych pentozany hydrolizują do
pentoz
:
- (C5H8O4)n + nH2O → n C5H10O5
a heksozany w tych samych warunkach hydrolizują do
heksoz
:
- (C6H10O5)n + nH2O → n C6H12O6
Heksozany i pentozany są polimerami zbudowanymi z reszt pentozowych lub heksozowych powiązanych
glikozydowo
. Celulozany stanowią tę część hemiceluloz, która znacznie trudniej hydrolizują. Składają się głównie z ksylanu i mannanu. Mogą także występować jako celulozany mieszane, np. arabogalaktan, galaktomannan, galaktomannoksylan.
- poliuronidy – są to substancje bezpostaciowe, zawierające znaczne ilości kwasów heksauronowych, pewną ilość grup metoksylowych, acetalowych oraz wolnych grup karboksylowych. Hydroliza poliuronidów prowadzi do otrzymania
kwasów uranowych
. Do najczęściej występujących kwasów uronowych zalicza się
kwas β-D-glukuronowy
, β-D-mannuronowy i
α-D-galakturonowy
. Do ważniejszych reakcji kwasów uronowych należy
dekarboksylacja
, która zachodzi podczas ogrzewania ich z kwasami nieorganicznymi. Powstają wówczas odpowiednie pentozy.
Charakterystyka
Pentozany – polisacharydy zbudowane z pentoz. Zawartość pentozanów w materiale roślinnym określa się na podstawie ilości znalezionych w wyniku hydrolizy cukrów prostych przemienionych za pomocą ogrzewania z 12%
HCl
w
furfuralu
. Podstawowymi cukrami budującymi pentozany są:
D-ksyloza
, i
L-arabinoza
.
- Ksylany - polisacharydy zbudowane z reszt β-D-ksylopiranozy połączonych
glikozydowymi
między 1 i 4 atomami węgla. Należą do bardzo rozpowszechnionych w przyrodzie polisacharydów. Zawartość ksylanów w drewnie i innych roślinach ma dwojakie znaczenie. Z jednej strony wpływa na pęcznienie masy, co ułatwia jej mielenie i wpływa na właściwości wytrzymałościowe. Z drugiej strony podczas przerobu chemicznego jego obecność jest niepożądana, gdyż zachowuje się inaczej niż celuloza. Ksylan jest bardzo cenny jako surowiec chemiczny. Pod wpływem
kwasu nadjodowego
utlenia się do dwualdehydoksylanu, z którego otrzymujemy
glicerynę
oraz
glikol
.
- Arabany – polisacharydy zbudowane z reszt arabinozy. Występują w mniejszych ilościach, łatwo hydrolizują do arabinozy.
Heksozany – polisacharydy zbudowane z heksoz. Podstawowymi monosacharydami wchodzącymi w skład heksozanów są
mannoza
,
galaktoza
i
glukoza
. Najważniejszym heksozanem jest mannan.