Extragerea hemicelulozelor din lemn, intrebuintarea hemicelulozelor

Extragerea hemicelulozelor din lemn

Pentru stabilirea compozitiei si structurii hemicelulozelor din lemn, este necesar a se efectua un sir de operatii chimice care, de regula, au loc in urmatoarea succesiune:

Izolarea (separarea) hemicelulozelor din lemn sau din holoceluloza;

Fractionarea si purificarea hemicelulozelor izolate;

Hidroliza hemicelulozelor purificate;

Determinarea calitativa si cantitativa a zaharurilor constituente;

Stabilirea structurii chimice a polizaharidei analizate.

1. Izolarea hemicelulozelor

Hemicelulozele sint izolate din lemn aproape intotdeauna prin extractie la temperatura camerei cu solutii alcaline apoase de diverse concentratii. De regula, acest proces este precedat de un tratament blind de delignificare a rumegusului cu solventi organici. In cazul speciilor lemnoase de esenta tare, extractia hemicelulozelor cu alcalii poate fi realizata si fara o delignificare prealabila a materialului, intrucit lignina este localizata predominant in lamela mediana a tesuturilor vegetale. La speciile lemnoase de esenta moale insa, delignificarea prealabila este necesara, intrucit lignina este prezenta intr-o cantitate considerabila in peretele membranei celulare.

Uzual, ca agenti de extractie a hemicelulozelor se folosesc solutii de NaOH sau KOH, avind concentratii cuprinse intre 1-17 %, in care capacitatea de dizolvare creste odata cu cresterea concentratiei hidroxidului. De cele mai multe ori se procedeaza la o extractie in doua faze, respectiv: una cu solutie de KOH de 5%, cind se extrag hemicelulozele mai usor solubile, urmata de o a doua extractie cu solutie de KOH de 16 % sau 24 % cind se izoleaza hemicelulozele mai greu solubile.

Preparatele de hemiceluloze izolate din lemn prin extractie cu solutii alcaline constau de obicei dintr-un amestec complex de polizaharide.

2. Fractionarea si purificarea hemicelulozelor izolate

Atunci cind urmeaza a efectua studii de structura chimica asupra preparatelor hemicelulozice, este necesar sa se realizeze in final o omogenitate cit mai avansata a acestor produse. Fractionarea si purificarea se pot realiza practic, fie prin adaugarea in preparatele hemicelulozice extrase a unor cantitati crescinde de solventi organici miscibili (etanol, metanol, acetona), fie prin adaugarea unor agenti de complexare (solutie Fehling, hidroxid de bariu, tartrat dublu de fier si sodiu).

3. Hidroliza hemicelulozelor purificate

Hidroliza se efectueaza prin tratarea cu acizi minerali. In acest scop, acidul sulfuric si-a gasit aplicarea cea mai larga, din cauza usurintei cu care este apoi indepartat din sistem. Prin adaugarea de Ba(OH)₂ sau de BaCO₃ in hidrolizate, de exemplu, el este eliminat sub forma de BaSO₄ insolubil. Se folosesc de asemenea unele rasini schimbatoare de ioni.

Hidroliza completa transforma total hemicelulozele in monozaharidele constituente. Timpul de hidroliza nu poate fi insa extins foarte mult, deoarece reactiile care au loc in mediul acid pot sa distruga unele monozaharide deja formate.

4. Determinarea calitativa si cantitativa a zaharurilor constituente

In solutia de hidrolizat rezultata, filtrata si apoi concentrata, urmeaza a se efectua prin diferite tehnici cromatografice operatia de separare si dozare a monozaharidelor obtinute.

Metodele moderne de analiza a hemicelulozelor recurg adesea la hidroliza enzimatica a diferitelor clase de polioze cu ajutorul endoenzimelor, cind are loc scurtarea catenelor macromoleculare pina la formarea oligozaharidelor sau a exoenzimelor, care actioneaza prin scindarea consecutiva pina la obtinerea zaharurilor simple.

Prin fractionarea hemicelulozelor din solutiile alcaline si precipitare cu etanol sau prin metode de filtrare pe gel, adesea se cerceteaza polimolecularitatea polizaharidelor. Spectroscopia in IR si analiza röentgenografica completeaza de cele mai multe ori caracteristicile supramoleculare ale datelor structurale.

Intrebuintarea hemicelulozelor

Hemicelulozele se folosesc la fabricarea hirtiei, contribuind practic la ameliorarea suprafetei acesteia, conferindu-i in acelasi timp suplete, plasticitate si rezistenta fizico-mecanica superioara. Un alt domeniu de prelucrare si valorificare a hemicelulozelor este cel al industriei hidrolitice si fermentative. In acest sens, sint demne de remarcat directiile de hidroliza pentozica si hexozica a hemicelulozelor din lemn in vederea obtinerii furfuralului, a drojdiei furagere si a etanolului.

Bibliografie

1.     V. Petrovici, V. Popa. Chimia si prelucrarea chimica a lemnului. Vol. 1 si 2. - Brasov, Lux Libris: 1997,-302p.

2.     Иванов М. А. Химия древесины. - Москва, Лесная Промышленность 1982, -354с.

3.     Азаров В. И. и др. Химия древесины и синтетических полимеров. - Москва, Изд. МГУ 1999, -624с.

4.     M. Ghetiu. Compozitia chimica a lemnului. Note de curs. - Chisinau, U.T.M.: 2006, -60p.

5.     M. Ghetiu. Chimie organica. - Chisinau, Tehnica-Info: 1999, -500p.

6.     M. Ghetiu s.a. Chimia lemnului. Indrumar de laborator. - Chisinau, U.T.M.: 2005, -47p.