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:

• jednorodne
  • składające się z reszt tych samych cukrów prostych
  • składające się z kwasów poliuronowych

• 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.