Emicellulosa, struttura e usi

L’emicellulosa è costituita da un gruppo di polisaccaridi della parete cellulare delle piante che si lega alle microfibrille di cellulosa mediante legami a idrogeno e forze di Van der Waals. Piuttosto che essere un tipico polimero in cui vi è una sequenza di monomeri, l’emicellulosa è un eteropolimero avendo una struttura casuale e amorfa.

Ha un basso peso molecolare e una struttura altamente ramificata che comprende monomeri pentosi ed esosi e acidi zuccherini a differenza della cellulosa, che è composta solo da glucosio. Si differenzia dalla cellulosa in quanto si dissolve in alcali per formare una soluzione marrone scuro nota nell’industria della carta come “liquore nero”.

L’emicellulosa è il secondo principale biopolimero abbondante nella biomassa vegetale dopo la cellulosa ed è depolimerizzata più rapidamente rispetto ad essa. Rappresenta un’importante risorsa rinnovabile di biopolimeri che, fino a pochi anni fa, veniva solitamente rimossa dalla biomassa lignocellulosica.

Negli ultimi anni, la bioconversione dell’emicellulosa è stata oggetto di molti studi per le sue applicazioni in vari processi agroindustriali, come la conversione della biomassa emicellulosica in combustibili e sostanze chimiche, la delignificazione della polpa di carta e il miglioramento della digeribilità delle materie prime animali.

Struttura dell’emicellulosa

È costituita da monomeri pentosi ovvero xilosio e arabinosio, esosi ovvero galattosio, mannosio, glucosio e acidi zuccherini ovvero acido glucuronico, acido galatturonico, acido cinnamico e acido metil galatturonico.
L’emicellulosa è classificata sulla base dei polisaccaridi in essa contenuti in xilani, mannani, xiloglucani e β-1,3 e β-1,4 glucani.

Gli xilani sono presenti nella parete cellulare della pianta in diverse concentrazioni come componente dell’emicellulosa la cui struttura molecolare è formata da residui di xilosio con catene laterali ma sono rinvenuti anche in alcuni tipi di alghe. La funzione degli xilani all’interno della parete cellulare è determinata dall’identità, dalla quantità e dalla configurazione dei sostituenti presenti nella struttura.

Sono atossici, biodegradabili e biocompatibili e i suoi derivati hanno recentemente acquisito importanza come nuovi materiali a base biopolimerica e polimeri funzionali.

I mannani contengono il mannosio come componente principale e sono il materiale di riserva dominante nell’endosperma dei semi delle specie delle Palmae e presente anche nei semi di specie Apiacee e nei chicchi di caffè.

Sono costituiti da una catena principale β-mannopiranosio legato tramite con legami 1,4 e comprende quattro diversi tipi di mannano, cioè mannano lineare, galattomannano , glucomannano e galattoglucomannano.

Gli  xiloglucani sono un polisaccaridi ramificati non ionici costituiti da uno scheletro simile a quello della cellulosa a cui sono legati residui di xilosio e galattosio. Si ritiene che la struttura costituita da cellulosa e xiloglucano sia la principale struttura portante nella parete cellulare primaria.

Lo xiloglucano presente nei semi di tamarindo ha una struttura simile a quella della mucina, glicoproteina presente nei secreti mucosi del tratto respiratorio e gastro-intestinale. Lo xiloglucano si trova principalmente nelle piante dicotiledoni di cui rappresenta circa un quarto del peso a secco della parete cellulare.

I β-glucani hanno uno scheletro lineare costituito da glucosio in cui sono presenti legami β(1-3) e β(1-4) glicosidici, ma possono anche formare molecole ramificate grazie a legami β(1,6) glicosidici. Pertanto, a seconda della loro struttura presentano diversa solubilità e viscosità. Sono presenti nelle pareti cellulari di batteri, funghi, lieviti, alghe e licheni.

Sono stati studiati per le loro proprietà terapeutiche nella prevenzione e nel trattamento di alcune malattie dell’apparato digerente e come supporto del sistema immunitario. Riduce inoltre le concentrazioni di colesterolo e glucosio nel sangue e quindi il rischio di malattie cardiovascolari e diabete.

Applicazioni dell’emicellulosa

L’emicellulosa è altamente disponibile con potenziale applicazioni nella produzione di bioplastiche biodegradabili in grado di sostituire le plastiche convenzionali.

L’estrazione dell’emicellulosa dalla biomassa è un passaggio essenziale per la produzione di un’ampia gamma di combustibili, biomateriali e prodotti chimici. Sono stati utilizzati diversi metodi per estrarre l’emicellulosa come l’idrolisi acida, l’estrazione alcalina o con perossido, l’estrazione ad alta temperatura, il trattamento con vapore o con microonde.

Può essere utilizzata in applicazioni industriali a valore aggiunto tra cui idrogel, polimeri termoplastici, rivestimenti e additivi nella fabbricazione della carta, nei cosmetici e in applicazioni farmaceutiche come i trasportatori di farmaci.