Hemicellulosen sind ein Bestandteil pflanzlicher Zellwände, deren Matrix aus fibrillärer, teilweise kristalliner Cellulose besteht. Bei Verholzung ist diese Matrix zusätzlich von dem Makromolekül Lignin durchdrungen und bildet so Lignocellulose. Die Hemicellulosen bilden somit einen Teil der Stütz- und Gerüstsubstanz von Zellwänden und macht 1/4 bis 1/3 der Pflanzenmasse aus. Sie ist amorph und bildet keine höheren Strukturen aus.
Die Vielfalt der Kohlenhydrate bzw. Monosaccharide in der Natur ist sehr groß. Zudem können sie auf unterschiedliche Weise (über glycosidische Bindungen) zu Polymeren (Polysacchariden) verknüpft werden, welche sich zudem noch in der Anzahl der Monomere unterscheiden können. Auch bei Hemicellulosen findet sich diese große Vielfalt, so dass eine allgemeine Definition anhand des chemischen Aufbaus nur vage möglich ist.
Physik
Die Hemicellulosen sind in alkalischer oder leicht saurer Umgebung löslich. Die physikalischen Eigenschaften der Trockensubstanz werden durch die Mischung bestimmt. Hemicellulosen sind in ihren mechanischen und anderen physikalischen Eigenschaften vor allem von der Kettenlänge der Zuckermoleküle abhängig.
Hemicellulosen sind der Bestandteil der Zellwand, der sich durch Alkalibehandlung oder kurzzeitige Extraktion mit verdünnter, heißer Säure lösen lässt. Andere Bestandteile, wie Lignin und die durch ihre hochgeordnete Struktur schwer zugängliche Cellulose, gehen dabei nicht in Lösung. Diese Methoden werden z. B. auch in der Futtermittelanalytik zur Ermittlung der Anteile bestimmter Fraktionen (Cellulose, andere Kohlenhydrate) verwendet.
Chemie
Monosaccharide und Derivate
Die Polysaccharide der Hemicellulosen bestehen aus verschiedenen Monosacchariden. Häufig vertreten sind die Pentosen (Zucker mit 5 Kohlenstoffatomen) Xylose und Arabinose. Auch Hexosen (Zucker mit 6 Kohlenstoffatomen), wie Glucose, Mannose und Galactose, finden sich. Mit Zuckern verwandte Verbindungen, wie Uronsäure (bestimmte Zuckersäuren), z. B. aus der Gruppe der Hexuronsäuren (Glucuronsäure, Methylglucuronsäure, Galacturonsäure) und spezielle Zucker wie Desoxyhexosen (Hexosen, bei denen eine Alkohol-Gruppe (-OH) durch ein Wasserstoffatom (-H) ersetzt ist), z. B. (Rhamnose), kommen vor.
Polymere
Die Monosaccharide sind zu Polymeren (genauer: Polysacchariden) verknüpft. Bei Homopolymeren kommt nur ein Monosaccharid im jeweiligen Polymer vor, bei Heteropolymeren (Heteroglykanen) finden sich zwei oder mehr verschiedene Monosaccharide. Teilweise wird dies im Namen des Polymers verdeutlicht, das den Namen des einzigen oder eines häufigen Monosaccharids, versehen mit der Endung ane, trägt. Beispiele sind Xylane, Mannane und Galactane, bzw. die übergeordneten Bezeichnungen, wie etwa Pentosane und Hexosane.
Meist stellt die Hauptkette ein Homopolymer, bei Xylan beispielsweise aus Xylose, oder ein Heteropolymere aus zwei oder mehr Bausteinen dar. Daran sind verzweigend weitere Zucker gebunden und bilden so ein unregelmäßiges Makromolekül.
