Hemicellulose vertegenwoordigt 20–30% van het droge gewicht van de plantaardige celwand en is het op één na meest voorkomende polysaccharide na cellulose. Het heeft een heterogene structuur opgebouwd uit diverse pentose- en hexose-suikers en vormt een vertakte matrix die cellulose-microfibrillen kruisverbindt met lignine via waterstofbruggen en ferulazuurbruggen. Deze interacties dragen bij aan de flexibiliteit en mechanische sterkte van de plantaardige celwand.

Moleculaire samenstelling

Hemicellulosen hebben β-(1→4)-gekoppelde ruggengraten van xylose, mannose of glucose, met zijketens waaronder arabinose, galactose, glucuronzuur en andere. Hun polymerisatiegraad ligt meestal tussen 80 en 200, aanzienlijk korter dan die van cellulose. Belangrijke typen zijn:

• Xylanen: Dominant in loofhout, gekenmerkt door β-D-xylopyranose-ruggen met verschillende substituties.
• Glucomannanen: Overvloedig in naaldhout en opgebouwd uit glucose- en mannose-eenheden.
• Arabinoxylanen: Veel voorkomend in graankorrels en rijk aan arabinose-gesubstitueerde xylan-ketens.

De hemicellulose-samenstelling varieert tussen plantensoorten — xyloglucanen overheersen bijvoorbeeld bij tweezaadlobbigen, terwijl gemengde glucanen kenmerkend zijn voor grassen.

Structurele en functionele eigenschappen

In tegenstelling tot de lineaire en sterk kristallijne cellulose is hemicellulose vertakt en heeft het een lager molecuulgewicht. Deze eigenschappen zorgen voor oplosbaarheid in alkalische omstandigheden terwijl het onoplosbaar blijft in water. Hierdoor kan hemicellulose cellulose-microfibrillen omhullen en bijdragen aan de vorming van een samenhangend en flexibel celwandnetwerk. Bij hydrolyse door de darmmicrobiota of enzymsystemen levert hemicellulose fermenteerbare suikers op die bijdragen aan de voordelen van voedingsvezels, zoals het reguleren van de darmtransit.

Het vermogen om via ferulazuur-kruisbindingen met lignine te interageren, verhoogt ook de structurele stabiliteit van lignocellulosische biomassa.

Biologische synthese en toepassingen

Hemicellulose wordt gesynthetiseerd in het Golgi-apparaat, vervolgens getransporteerd en afgezet in de celwand, waar het helpt bij celuitzetting en pathogenenverdediging door continue remodeling. Industrieel heeft hemicellulose aanzienlijke waarde: het dient als grondstof voor biobrandstofproductie, als oplosbare voedingsvezel in voedingsmiddelen en als grondstof voor biobased textiel en biologisch afbreekbare materialen. Landbouwbijproducten zoals graanzemelen zijn bijzonder rijk aan arabinoxylanen die worden gebruikt in gezondheidsbevorderende supplementen.