Atlas

Hemicellulosor

Hemicellulosor är cellulosans yngre släktingar. Deras kedjor är kortare, grenade och byggda av flera olika sockerarter. De klär cellulosatrådarna och binder dem till ligninet.

Hemicellulosor är heteropolysackarider i cellväggen med en polymerisationsgrad kring 100-200. Till skillnad från cellulosa är de grenade och amorfa, hydrolyseras lättare och löses i alkali. Barrved och lövved innehåller i grunden olika hemicellulosor.

Schematisk struktur hos de viktigaste hemicellulosorna. Enhetsförhållandena är ungefärliga.

Vilka sockerarter

Cellulosa består bara av glukos. Hemicellulosor innehåller flera sockerarter: glukos, mannos, galaktos, xylos och arabinos, samt sockersyror och ättiksyrarester.

Hemicellulosor innehåller hexoser (D-glukos, D-mannos, D-galaktos), pentoser (D-xylos, L-arabinos), uronsyror (främst 4-O-metyl-D-glukuronsyra) och acetylgrupper. Utifrån huvudkedjan delas de huvudsakligen in i mannaner och xylaner; lärkved innehåller dessutom mycket vattenlösligt arabinogalaktan.

Barrvedens hemicellulosor

I tall och gran är den viktigaste hemicellulosan galaktoglukomannan: en kedja av mannos och glukos med enstaka sidoenheter av galaktos. På andra plats kommer ett xylan med arabinos och sura sidogrupper.

Galaktoglukomannaner (cirka 20 % av barrveden) har en huvudkedja av β-(1→4)-bundna D-mannopyranos- och D-glukopyranosenheter med α-(1→6)-bundna sidoenheter av galaktos; en del hydroxylgrupper är acetylerade. Man skiljer mellan fraktioner med låg och hög galaktoshalt. Arabino-4-O-metylglukuronoxylan (5-10 %) har en β-(1→4)-xyloskedja med sidoenheter av 4-O-metylglukuronsyra och arabinofuranos och är inte acetylerat.

Lövvedens hemicellulosor

I björk och asp är nästan all hemicellulosa xylan: en xyloskedja som bär ättiksyrarester och enstaka sura grupper. Glukomannan finns det mycket lite av.

O-acetyl-4-O-metylglukuronoxylan utgör 15-30 % av lövveden. På 10 xylosenheter kommer cirka 7 acetylgrupper vid C2 eller C3 och ungefär en 4-O-metylglukuronsyraenhet vid C2. Glukomannan (2-5 %) består av glukos och mannos i förhållandet mellan 1:2 och 1:1.

Roll i cellväggen

Hemicellulosorna fungerar som ett mellanskikt. De fäster vid cellulosatrådarna och är kemiskt bundna till ligninet. De drar också åt sig vatten starkast, så träets svällning beror till stor del på dem.

Hemicellulosor adsorberas på mikrofibrillernas ytor och bildar kovalenta lignin-kolhydratbindningar (eter-, ester- och glykosidbindningar). Eftersom de är amorfa och har många tillgängliga hydroxylgrupper står de för det största bidraget till cellväggens vattensorption.

Vid kokning och bioraffinering

Vid kokningen drabbas hemicellulosorna först: en del av dem löses upp och fiberutbytet sjunker. Å andra sidan kan de omvandlas till värdefulla produkter: xylitol, furfural och ättiksyra.

I alkali depolymeriseras polysackariderna från den reducerande änden (peeling-reaktion, ändgruppsavspjälkning); glukomannaner förloras i högre grad än xylaner, och en del av det lösta xylanet återadsorberas på fibrerna. Sur hydrolys omvandlar xylaner till xylos, som ger xylitol genom hydrering och furfural genom dehydratisering; acetylgrupperna frigörs som ättiksyra.

Viktiga fakta

DP
~100-200
barrved: GGM
cirka 20 %
barrved: xylan
5-10 %
lövved: xylan
15-30 %
acetyl i xylan
~7 per 10 Xyl
huvudkedja
β-(1→4)

Källor till kapitlet

  1. Sjöström E. Wood Chemistry: Fundamentals and Applications. 2nd ed. San Diego: Academic Press, 1993.
  2. Ek M., Gellerstedt G., Henriksson G. (eds.) Wood Chemistry and Wood Biotechnology. Pulp and Paper Chemistry and Technology, vol. 1. Berlin: De Gruyter, 2009.
  3. Азаров В.И., Буров А.В., Оболенская А.В. Химия древесины и синтетических полимеров: учебник. 2-е изд. СПб.: Лань, 2010.
  4. Fengel D., Wegener G. Wood: Chemistry, Ultrastructure, Reactions. Berlin; New York: De Gruyter, 1984.