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HEMICELULOSASDefinicin Las hemicelulosas son polisacridos que, excluyendo la celulosa, constituyen las paredes celulares de las plantas y se pueden extraer con soluciones alcalinas diluidas. La estructura qumica de las hemicelulosas consiste de cadenas largas con una gran variedad de pentosas, hexosas, y sus correspondientes cidos urnicos.

Las hemicelulosas se encuentran en frutas, tallos de plantas, y las cscaras de granos. Aunque las hemicelulosas no son digeribles, pueden ser fermentadas por levaduras y bacteriasClasificacin

Las hemicelulosas tambin son denominados poliosas y se clasifican en pentosanos y hexosanos. Lospentosanosestn constituidos fundamentalmente por aldopentosas (monosacridos de 5 tomos decarbono) y loshexosanosestn formados por aldohexosas (monosacridos de 6 tomos de carbono).

Estructura Estructuras lineales y cclicas de los monosacridos que forman las hemicelulosas. Principales constituyentes:Hexosas: Galactopiranosa, Glucopiranosa, ManopiranosaPentosas: Arabinopiranosa, Xilopiranosa, ArabinofuranosaAcidos Uronicos: Ac. Glucuronico, Ac. Galacturonico, Ac. MetilglucuronicoLa hemicelulosa, tambin un polmero, cuyas frmulas (C5H8O4)n y (C6H8O4)n siendo el valor de n de centenares de unidades. Su grado de polimerizacin es menor que el de la celulosa.

Aldopentosas

L-arabinosa L-arabinopiranosa L-arabinofuranosa

Aldohexosas

D -(+) - glucosa D - (+)- glucopiranosa D(+) glucopiranosa

cidos urnicos

c. D-(+)-glucurnico c. D(+) glucuronopiranosa c. D(+) glucuronopiranosa(C1)

Las hemicelulosas presentanestructuras complejas formada por diferentes tipos de monosacridos, monosacridos metilados,cidosaldurnicos (cido que se obtiene por la oxidacin del carbono seis) y desoximonosacrido, como la ramnosa y fucosa. De los pentosanos que estn constituidos por arabinosa y xilosa, los ms importantes presentes en la madera son los arabinoxilanos, siendo la xilosa el monosacrido ms abundante. Los hexosanos estn formados por glucosa y manosa formando glucomananos y cuando estn presentes la galactosa, glucosa y manosa, forman los galactoglucomananos.

Las hemicelulosas estn formadas por una cadena base donde se repite la unidad estructural y cadenas laterales, denominadas ramificaciones. La unidad estructural vara para cada hemicelulosa y se diferencia grandemente de la unidad estructural de la celulosa(celobiosa).

Las maderas de fibra larga (MFL) o Confera, presenta contenido de hemicelulosa entre el 15 a 20 % y son abundantes los glucomananos acetilados y los galactoglucomananos;

mientras que en las maderas de fibra corta (MFC) o Latifolia presentavaloresentre el 20 a 35 % y las hemicelulosas ms abundantes son los arabinoxilanos acetilados, aunque se encuentran glucomananos y galactoglucomananos.Caracteristicas Constituyen una parte importante de la materia prima vegetal (hasta 30 %)Peso molecular bajoMenos estables qumicamente que la celulosa

Funciones Forma parte de las paredes de las diferentes clulas de los tejidos del vegetal, recubriendo la superficie de las fibras de celulosa y permitiendo el enlace de pectina. En la madera del pino insigne, las hemicelulosas, que forman parte de la matriz, junto a la lignina, donde reside la celulosa, representan entre un 27 y un 29% de la misma, mientras que en la corteza solo alcanzan un 15%.

Funciones La hemicelulosa se caracteriza por ser una molcula con ramificaciones, capaz de unirse a las otras molculas mediante enlaces que constituyen la pared rgida que protege a la clula de la presin ejercida sobre esta por el resto de las clulas que la rodean.

La funcin principal es su interaccin con la celulosa y lignina para proporcionar rigidez a la pared celular. Las cadenas de hemicelulosas se asocian con las microfibrillas de celulosa tras su carcter polar (puentes de hidrgeno). Su comportamiento fsico-qumico, principalmente su capacidad de enlace y su comportamiento visco-elstico, es de gran importancia para proporcionar propiedades deseadas como grado de hinchamiento, rehidratacin, plasticidad, flexibilidad, rigidez, dureza, etc.

Reactividad de las hemicelulosas

Las hemicelulosas presentan un grupo carbonilo terminal libre o potencialmente libre y varios grupos hidroxilos en cada una de las unidades de monosacrido de la cadena base as como en las ramificaciones. Por lo tanto pueden experimentar reacciones debidas a la presencia de estos grupos.Reacciones debidas a la presencia del grupo hidroxilo.NitracinAcetilacinOxidacinReacciones debidas a la presencia del grupo carbonilo.Reacciones de oxidacin y reduccin.Reacciones debida a la presencia del enlace glicosdico.Reacciones de hidrlisis en medio cido y enzimtico.

La diferencia en cuanto a la reactividad de las hemicelulosas en comparacin con la celulosa se debe a que las hemicelulosas son sustancias amorfas, con un grado de cristalinidad muy bajo por lo que la accesibilidad por parte de los reactivos qumicos es mucho mayor que en las regiones cristalinas de la celulosa. Por tanto las reacciones de oxidacin e hidrlisis afectan mucho ms la estructura de las hemicelulosa que la estructura de la celulosa. Esta diferencia de reactividad est ms influenciada por factores fsicos que qumicos.

Importancia industrial de las hemicelulosa

Son importantes en la fabricacin de papel aumentando el rendimiento de la pulpa celulsica, aumenta la resistencia de las fibras debido a que acta formando enlaces entre ella.Son indeseables en la produccin de derivados de celulosa, dificultan lasoperacionesy lacalidad del producto final.Algunas hemicelulosa, como los arabinogalactanos pueden constituir un subproducto de la fabricacin de pulpa celulsica. Despus de aislados pueden ser utilizados en laindustria de tintas como agente tensoactivos.Son fuente de monosacridos, su hidrlisis total conduce a la fabricacin demezclas de azcares que pueden ser utilizados en laalimentacin animal.Los pentosanos mediante tratamiento con cido clorhdrico, originan la formacin de furfural. Los hexosanos mediante sta misa reaccin producen 5-hidroximetilfurfural. El furfural constituye lamateria prima bsica para la industria tales como: frmacos, biocida y resinas furnicas.

Obtencin de hemicelulosasEstructura de la xilanos de latifoliadas o bagazoCadena principal de xilosa con grupos acetilos y grupos cidos.

Los grupos acetilos sern fcilmente eliminados en los tratamientos alcalinos

Diferencias entre las Hemicelulosas de:Latifoliadas o bagazoConferas

EXTRACCINProceso de fraccionamiento o una extraccin alcalina desde: Aserrn o virutas de maderapajas y cscara de cerealesbagazo o mdula de caa.

Separacin de hemicelulosas: Preextraccin alcalina en un proceso de pulpado de maderaEl proceso Kraft, tambin conocido como pulpeo Kraft o pulpeo al sulfato, es usado en la produccin de pulpa o pasta de celulosa.El proceso implica la utilizacin de hidrxido de sodio(NaOH) y sulfuro de sodio(Na2S) para extraer la lignina de las fibras de la madera, usando grandes recipientes a presin llamados digestores.

Caractersticas de Films de hemicelulosa:Buena barrera al oxgeno.Aplicados directamente, No forma film: Cristaliza y se contrae y resulta en un material frgil (particularmente los xilanos de latifoliadas o bagazo). No son barrera a la humedad.

Alternativas para lograr elasticidadAgregar un plastificante (glicerol, sorbitol).Mezcla con polmeros neutros (naturales o no). Combinacin y formacin de complejos con polmeros catinicos (naturales o no).Modificaciones qumicas

Alternativas para reducir la interaccin con la humedadReduccin de su permeabilidad a la humedad:Agregado de partculas de forma laminar como arcillas que dificultan el paso del agua. La incorporacin de compuesto hidrfobos. La presencia de lignina puede ayudar a reducir la interaccin con la humedad.Emulsin para recubrimiento de papelesEl papel recubierto puede combinarse en papeles laminados