Xilano

Lo xilano, è un importante polisaccaride strutturale nelle cellule vegetali che si trova nelle pareti cellulari delle piante nelle quali può costituire più del 30% del peso secco. È presente come componente dell’emicellulosa ed è probabilmente il secondo polimero più abbondante nelle piante dopo la cellulosa rappresentando circa un terzo di tutto il carbonio organico rinnovabile sulla terra.

L’assenza di tossicità, l’abbondanza e la biodegradabilità delle emicellulose ne fanno un potenziale substrato per la produzione di oligosaccaridi e altri prodotti a valore aggiunto utilizzati in campo biomedico e farmaceutico.

Le maggiori fonti di xilano sono molte colture agricole come paglia, sorgo, canna da zucchero, stocchi di mais e pannocchie, nonché prodotti di scarto e della polpa da legni duri e teneri. La depolimerizzazione dello xilano che è un polimero complesso diventa un prerequisito per il suo utilizzo efficiente in diverse applicazioni industriali.

Struttura dello xilano

Lo xilano è un polisaccaride la cui struttura, che costituisce il substrato delle xilanasi, è formata da residui di xilosio collegati da legame glicosidico β-(1,4) e recanti catene laterali di acido 4-O-metil glucuronico. La catena principale dello xilano è analoga a quella della cellulosa ma composta da D-xilosio invece che D-glucosio.

Le ramificazioni sono costituite da L-arabinofuranosio legato alle posizioni 0–3 dei residui di D-xilosio e da acido D-glucuronico o acido 4-O-metil-D-glucuronico legati alla posizione 0–2. Entrambi gli zuccheri presenti nella catena laterale sono legati tramite legame α-glicosidico. Il grado di ramificazione varia a seconda della fonte e gli xilani di diverse specie legnose, in particolare di legni duri, sono acetilati.

Nella struttura dello xilano in cui è presente principalmente D-xilosio come unità monomerica vi sono anche tracce di L-arabinosio. Inoltre, alcuni sostituenti, ovvero i gruppi acetile, arabinosile e glucuronisile si trovano sullo scheletro dello xilano. Si è riscontrata una relazione tra la struttura chimica degli xilani e le loro origini botaniche che comporta un certo grado di complessità dei materiali contenenti xilani che possono differire per caratteristiche più o meno importanti.

Degradazione dello xilano

La depolimerizzazione di questo polimero complesso è un prerequisito per il suo utilizzo efficiente in diverse applicazioni industriali. Analogamente alla cellulosa, la completa degradazione dello xilano richiede anche l’attività sinergica di molti enzimi xilanolitici.

La conversione della biomassa lignocellulosica richiede trattamenti che possono essere fisici, chimici, enzimatici o una combinazione delle diverse metodologie. I trattamenti enzimatici sono sicuri dal punto di vista ambientale e quindi più interessanti, e vi è quindi la necessità di caratterizzare gli enzimi e identificare la loro diversità funzionale. Questi enzimi sono prodotti da numerosi organismi, come batteri, alghe, funghi e protozoi.

Le xilanasi sono ampiamente utilizzate come enzimi di degradazione dell’emicellulosa e in processi quali la saccarificazione, la lavorazione dei succhi di frutta, la produzione di carta, di etanolo di seconda generazione, di xilooligosaccaridi e di xilitolo.

Le endo-l,4-β-xilanasi, analoghe alle endoglucanasi, separano la struttura polimerica in xilosio e i suoi oligomeri. Le 1,4-β-xilosidasi idrolizzano gli xilo-oligosaccaridi o i frammenti di xilano in xilosio. L’α -glucuronidasi separa le catene laterali del 4-0-metilglucurone dallo scheletro dello xilano e rilascia unità di acido glucuronico mentre l’α -arabinosidasi rimuove le catene laterali dell’l-arabinosio, aumentando notevolmente l’efficacia delle endoxilanasi. Infine l’acetil esterasi rimuove i gruppi sostituenti acetilici dallo xilosio.

Usi

I settori delle biotecnologie di prossima generazione basate sullo xilano sono i biocarburanti, i biomateriali e le applicazioni mediche.

Gli xiloligosaccaridi possono essere prodotti mediante idrolisi enzimatica dello xilano estratto dai rifiuti agricoli e hanno applicazioni in campo medico nel controllo del livello dello zucchero nel sangue, aumentando le difese immunitarie, migliorando la funzione intestinale e riducendo l’affaticamento.

I materiali a base di xilano come idrogel e biofilm sono efficaci nell’immobilizzazione cellulare, nella medicazione delle ferite, nella somministrazione di farmaci, nella prevenzione di malattie neurodegenerative e cardiovascolari e nel trattamento di varie malattie croniche.

Inoltre idrogel e particelle a base di xilano vengono esplorati come prodotti chimici agricoli. Le pellicole hanno dimostrato buone proprietà di barriera ai gas come l’ossigeno, grassi e aromi e pertanto hanno il potenziale per l’applicazione su imballaggi di carta alimentare, in particolare in prodotti lattiero-caseari sensibili all’ossigeno, alimenti grassi, nonché prodotti come spezie e caffè. Inoltre, all’interno degli imballaggi di carta, può impedire la migrazione degli oli minerali dalle fibre riciclate o dagli inchiostri da stampa nei prodotti confezionati.

Uno degli usi meno conosciuti è nel settore automobilistico: quando viene applicato un rivestimento sottile sulla vernice di un’auto, crea uno strato protettivo e ciò fa sì che l’auto sembri più pulita molto più a lungo, ne facilita la pulizia e aiuta anche a proteggere l’auto dalla corrosione.