TH EN

องค์ประกอบทางเคมีของเนื้อไม้

เนื้อไม้ประกอบด้วยสารประกอบต่างๆ มากมาย ซึ่งจะแบ่งออกเป็นกลุ่มย่อยที่สำคัญได้ ดังนี้
ซึ่งสารประกอบต่างๆมีปริมาณ ดังกราฟ

เซลลูโลส (cellulose)

  • เป็นสารประกอบที่มีมากที่สุดของเนื้อไม้ คือประมาณ 40% ทั้งในไม้ใบแคบหรือไม้ตระกูลสน (softwood) และไม้ใบกว้าง (hardwood) มีโครงสร้างอัดกันแน่นเป็นเส้นตรงไม่มีกิ่ง

  • สูตรโครงสร้างทางเคมี (C6H10O5)n จะซ้ำกันใน 2 ลักษณะ เรียกว่า cellobiose unit ซึ่งส่วนปลายของทั้งสองข้าง คือ Reducing end group (C1) ส่วนที่ทำปฏิกิริยาได้ง่ายสุด และ Non-Reducing end group (C4) ส่วนที่ไม่ทำปฏิกิริยา

  • จำนวนโมเลกุลของ Glucose Unit (DP = Degree of Polymerization) เท่ากับ 1000-3000 หรือ 4000

  • แต่ละ Unit ยึดเกาะกันด้วยพันธะ “1, 4-B-D-anhydroglucosidic bonding”

  • เซลลูโลสจะไม่ละลายในน้ำ ตัวทำละลายอินทรีย์สะเทิน (neutral organic solvent) เช่น เบนซีน แอลกอฮอล์และอีเธอร์ เป็นต้น แต่จะละลายได้ดีใน กรดเกลือและกรดกำมะถันเข้มข้น

  • เซลลูโลสเมื่อนำไปทำปฏิกิริยาทางเคมีเปลี่ยนแปลงโครงสร้างสามารถผลิต พลาสติก น้ำตาล เจล ฟิล์ม เส้นใยชนิดใหม่ สารเคลือบ ระเบิด เป็นต้น

เฮมิเซลลูโลส (hemicellulose)

  • ไม้ในไม้ใบแคบหรือไม้ตระกูลสน (softwood) จะระมาณ 25-30% ส่วนในไม้ใบกว้าง (hardwood) มีประมาณ 30-35%

  • เป็นโมเลกุลขนาดเล็ก สีขาว

  • มีโครงสร้างลักษณะเป็นกิ่งจับกันอยู่แบบหลวมๆ

  • ประกอบด้วย น้ำตาล 5 ชนิด และกรดบางชนิด คือ
    Hexoses (จำนวน C = 6) : glucose,mannose, galactose
    Pentose (จำนวน C = 5) : xylose, arabinose
    Acid : 4-O-methyl-D glucuronic acid มีสูตรโครงสร้าง

  • จำนวนโมเลกุลของ Glucose Unit (DP = Degree of Polymerization) ต่ำกว่า 200
  • ประโยชน์ของ Hemicellulose

    1. ในรูป monomer สามารถแยกน้ำตาลโดยวิธี hydrolysis (Hydrolysis คือ การสลายโดยใช้น้ำเป็นตัวย่อยสลาย ทำให้โมเลกุลของสารเปลี่ยนแปลงไป คุณสมบัติก็เปลี่ยนแปลงไป) เรียกวิธีนี้ว่า wood saccharification (การทำน้ำตาลจากเนื้อไม้) และวิธี คือ stream explosion ใช้ไอน้ำไปแยกใช้ได้ดีและได้น้ำตาลมาก

    2. ในรูป polymer มีผลทำให้ผลผลิตเยื่อมากขึ้น ทำให้ความแข็งแรงของเยื่อและกระดาษเพิ่มมากขึ้น เนื่องจากมีโครงสร้างเป็น Amorphous (อยู่รวมกันแบบหลวมๆ) น้ำจึงเข้าไปได้ง่าย เกิดการพองตัวตัวเยื่ออุ้มน้ำได้ดี มีประโยชน์ในการตีเยื่อ คือ ทำให้ผิวของเส้นใยแตกออกเกิดการประสานตัวด้วย H-bond ทำให้เยื่อมีความแข็งแรงมากขึ้น

    3. เมื่อนำไปทำปฏิกิริยาทางเคมีสังเคราะห์ ได้ food additive (สารแต่งเติมทำให้อาหารข้น), jelly agent (ใช้ในเครื่องสำอาง เป็นตัว absorbent), adhesive (ตัวเชื่อมประสาน) เป็นต้น

ลิกนิน (lignin)

  • เป็นสารประกอบที่มีมากรองจากเซลลูโลสในไม้ใบแคบหรือไม้ตระกูลสน (softwood) จะมีลิกนินประมาณ 25-30% ส่วนในไม้ใบกว้าง (hardwood) มีลิกนินประมาณ 20-25%

  • เป็นสารโพลิเมอร์ที่ซับซ้อนกว่า cellulose กับ hemicellulose และเป็นโครงสร้างของผนังเซลล์ชนิดหนึ่ง พบใน ไม้ใบกว้าง (hardwood), ไม้ใบแคบ(softwood), พืชล้มลุก (grasses) และพืชชั้นต่ำทั่วๆไป แต่ไม่พบใน lichens, mosses, fungi, mushrooms

  • โมเลกุลใหญ่ค่า Glucose Unit (DP = Degree of Polymerization) เยอะ ลักษณะโครงสร้างเป็น 3 มิติ

  • ทำหน้าที่เป็น cell wall adhedsive ยึดเส้นใยที่อยู่รวมกันให้เป็นโครงสร้างของเนื้อไม้

  • สามารถพบลิกนินใน ผล, บาสท์ (bast), pith, เปลือก(bark) เช่นกัน

  • monomer ของลิกนิน

  • ชนิดของลิกนินแบ่งตามโครงสร้างเป็น 4 ประเภท คือ

    1. G type (Guaiacyl lignin) ประกอบด้วย coniferyl alc. พบในไม้ใบแคบที่ปกติ

    2. G-S type (Guaiacyl-Syringyl lignin) พบในไม้ใบกว้างทั้งปกติและไม่ปกติประกอบด้วย coniferyl alc. และ Sinapyl alc.

    3. H-G-S type (4-Hydroxylphenyl-Guaiacyl-Syringyl lignin) มี monomer ทั้ง 3 ชนิดอยู่รวมกัน พบในพืชตระกูล

    4. H-G type (Hydroxylphenyl-Guaiacyl lignin) โดยมากพบในไม้ไม่ปกติ ซึ่งส่วนใหญ่จะเป็น compression wood ประกอบด้วย coniferyl alc. และ p-cournaryl alc.

  • สูตรโครสร้างของลิกนิน
  • ประโยชน์ของ lignin

    1. ลิกนินที่ได้จากการต้มเยื่อกระดาษสามารถใช้เป็นเชื้อเพลงได้

    2. ลิกนินที่มี นน.โมเลกุลต่ำเมื่อนำมาสังเคราะห์จะได้สารอินทรีย์ เช่น วานิลลิน (vanillin), ไดเมธิลซัลฟอกไซด์ (dimethyl sulfoxide = DMSO)

    3. ลิกนินที่มี นน.โมเลกุลสูงมักใช้ในรูปของแหล่งลิกนิกที่ได้มาโดยตรง เช่น ลิกนินซัลโฟเนตหรือคราฟลิกนิน และลิกนินที่มี นน.โมเลกุลสูงใช้กันมากในอุตสาหกรรมการขุดเจาะน้ำมัน ทำสี ทำยาฆ่าแมลง ทำซีเมนต์ ทำยาง และอาจใช้เป็นตัวเพิ่ม (Extenders) ในกาวฟีนอล

สารแทรก (extractive)

สารแทรก คือ สารที่ไม่ใช่องค์ประกอบของโครงสร้างของผนังเซลล์ อาจเป็นกรดหรือเป็นกลางก็ได้ มีตั้งแต่ สารไอโซพรีน เทอร์ฟีน เฮตเตอโรไซคลิก กรดเรซินสารโพลีฟี-นอลต่างๆ และอัลคาลอยด์ เป็นต้น และเป็นสารประกอบที่เป็นคุณสมบัติของพันธุ์ไม้แต่ละชนิด สารประกอบเหล่านี้ จะทำให้พืชแต่ละชนิดมีสี กลิ่น รส และความแข็งที่แตกต่าง กันออกไป สารพวกนี้มีประมาณ 5-30% โดยมวล ซึ่งรวมไปถึง สารส่วนน้อย (minor constituent) เป็นสารประกอบที่ก่อให้เกิดเถ้า อันได้แก่ สารประกอบแคลเซียม โปแทสเซียม ฟอสเฟส และซิลิกา เป็นต้น สารพวกนี้มีประมาณ 0.1-3% โดยมวล

การใช้ประโยชน์ของสารแทรกขึ้นอยู่กับคุณสมบัติทางเคมีของสารนั้น เช่น สารแทรกพวกเทอร์พีนอาจใช้เป็นตัวทำละลาย ทำน้ำหอม ยา สบู่ กาว และใช้ในอุตสาหกรรมอื่นๆ พวกโพลีฟีนอลใช้ในการฟอกหนัง สังเคราะห์กาว ส่วนพวกอัลคา-ลอยด์ ส่วนใหญ่มีประโยชน์ทางเภสัชกรรม
ข้อมูล : ดร.ปรีชา เกียรติกระจาย. 2528. เคมีของเนื้อไม้. ภาควิชาวนผลิตภัณฑ์ คณะวนศาสตร์ มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์.
  : ผศ.ทรงกลด จารุสมบัติ ภาควิชาวนผลิตภัณฑ์ คณะวนศาสตร์ มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์
เรียบเรียง : สุรชัย ศรีชินราช บ.บูรณาพากรุ๊ป จก.