Hemicellulose Cấu trúc của lignocellulose

1.1.4. Hemicellulose

Hemicellulose là một loại polymer phức tạp và phân nhánh, độ trùng hợp khoảng 70 đến 200 đơn phân. Hemicellulose chứa cả đường 6 carbon gồm glucose,
mannose và galactose và đường 5 gồm xylose và arabinose. Thành phần cơ bản của hemicellulose là β – D xylopyranose, liên kết với nhau bằng liên kết β -14.
Cấu tạo của hemicellulose khá phức tạp và đa dạng tùy vào nguyên liệu, tuy nhiên có một vài điểm chung gồm:
-
Mạch chính của hemicellulose được cấu tạo từ liên kết β -14. - Xylose là thành phần quan trọng nhất.
- Nhóm thế phổ biến nhất là nhóm acetyl O – liên kết với vị trí 2 hoặc 3. - Mạch nhánh cấu tạo từ các nhóm đơn giản, thơng thường là disaccharide
hoặc trisaccharide. Sự liên kết của hemicellulose với các polysaccharide khác và với lignin là nhờ các mạch nhánh này. Cũng vì hemicellulose có
mạch nhánh nên tồn tại ở dạng vơ định hình và vì thế dễ bị thủy phân. Hemicellulose là polysaccharide trong màng tế bào tan trong dung dịch kiềm
và có liên kết chặt chẽ với cellulose, là một trong ba sinh khối tự nhiên chính. Cùng với cellulose và lignin, hemicellulose tạo nên thành tế bào vững chắc ở thực vật. Về
cấu trúc, hemicellulose có thành phần chính là D-glucose, D-galactose, D-mannose, D-xylose và L-arabinose liên kết với các thành phần khác và nằm trong liên kết
glycoside. Hemicellulose còn chứa cả axit 4-O-methylglucuronic, axit D- galacturonic và axit glucuronic. Trong đó, đường D-xylose, L-arabinose, D-glucose
và D-galactose là phổ biến ở thực vật thân cỏ và ngũ cốc. Tuy nhiên, khác với hemicellulose thân gỗ, hemicellulose ở thực vật thân cỏ lại có lượng lớn các dạng
liên kết và phân nhánh phụ thuộc vào các lồi và từng loại mơ trong cùng một lồi cũng như phụ thuộc vào độ tuổi của mơ đó.
10
Tùy theo trong thành phần của hemicellulose có chứa monosaccharide nào mà nó sẽ có những tên tương ứng như manan, galactan, glucan và xylan. Các
polysaccharide như manan, galactan, glucan hay xylan đều là các chất phổ biến trong thực vật, chủ yếu ở các thành phần của màng tế bào của các cơ quan khác
nhau như gỗ, rơm rạ, v.v… Trong các loại hemicellulose, xylan là một polymer chính của thành tế bào
thực vật trong đó các gốc D-xylopyranose kết hợp với nhau qua liên kết β-1,4-D- xylopyranose, là nguồn năng lượng dồi dào thứ hai trên trái đất. Đa số phân tử
xylan chứa nhiều nhóm ở trục chính và chuỗi bên [7]. Các gốc thay thế chủ yếu trên khung chính của xylan là các gốc acetyl, arabinosyl và glucuronosyl. Các nhóm này
có đặc tính liên kết tương tác cộng hóa trị và khơng hóa trị với lignin, cellulose và các polymer khác [32].
Cấu tạo, số lượng và vị trí của xylan ở các lồi thực vật khác nhau là khác nhau. Xylan tồn tại ở dạng O-acetyl-4-O-methylglucuronoxylan ở cây gỗ cứng
Hình 1.7, hay arabino-4-O-methylglucuronoxylan ở cây gỗ mềm Hình 1.8 [39], hay thành phần cấu tạo xylan là axit D-glucuronic, có hoặc khơng có ete 4-O-methyl
và arabinose ở các lồi ngũ cốc.
Hình 1.7: O-acetyl-4-O-methylglucuronoxylan ở cây gỗ cứng
11
Hình 1.8: Arabino-4-O-methylglucuronoxylan ở cây gỗ mềm

1.2. Enzyme thủy phân lignocellulose