Blaues Wunder - Vom Lignin und anderen Holzbausteinen

Betrachtet man das Holz mit dem Mikroskop im UV-Licht, so erscheint eine blaue Fluoreszenz - ein Indiz für die Existenz aromatischer Bestandteile in der hölzernen Zellwand. Auslöser der Fluoreszenz ist das Lignin , ein dreidimensional vernetzter aromatischer Stoff aus vielen Phenylpropan-Elementen. Der genaue Polymerisationsgrad ist nicht bekannt. Man vermutet, dass das gesamte Holzgewebe möglicherweise von einem einzigen, riesigen Ligninmolekül durchzogen wird. Die "Erfindung" des Lignins hat erst die Entstehung mehrjähriger Samenpflanzen ermöglicht und damit der Evolution der Bäume den Weg bereitet. Das Holz der Laubbäume besteht zu 18-25% aus Lignin, das der Nadelhölzer zu 25-35%.

Neben dem Lignin bilden die Zellulose sowie die Hemicellulosen (Polyosen) weitere Gerüstbausteine der Zellwand. Zellulose besteht aus Strängen von bis zu 30.000 Glucose-Einheiten, die sich zu Mikrofibrillen verbinden und zum großen Teil eine kristalline Struktur aufweisen. Daneben finden sich parakristalline und amorphe Bereiche, in denen sich Wasser einlagern kann (Quellung). Zellulose stellt fast die Hälfte der Zellwandsubstanz. Zellulose ist zu 40-44% im Holz enthalten.

Hemizellulosen bestehen aus verzweigten Ketten von Glucose, Mannose, Xylose, Arabinose und anderen Einfachzuckern. Häufig sind Glucomannan im Nadelholz und Xylan im Laubholz. Die genaue Verbindung zwischen Zellulose, Hemicellulosen und Lignin ist nicht bekannt. Allerdings gibt es deutliche Indizien dafür, dass Hemicellulosen Brücken zwischen Lignin und Zellulose bilden und dadurch die hohe Festigkeit des Verbundwerkstoffes Holz gewährleisten. Eine schnelle Abnahme der Holzfestigkeit durch Degradation der Hemicellulosen bei enzymatischem oder thermischem Holzabbau sind dafür ein deutliches Indiz. Laubhölzer enthalten 15-35% Hemizellulosen, Nadelhölzer etwa 20-32%.

Neben diese Gerüstbausteinen finden sich in weitaus geringerem Umfang noch sogenannte Extraktstoffe im Holz - mehr oder weniger lösliche Bestandteile aus den Stoffgruppen der Kohlenhydrate, Proteine, Phenole und Phenylpropane, Terpene, Fette, Alkaloide.

Zahlreiche tropische Kernhölzer enthalten biozide oder allergene Inhaltstoffe (z.B. Teak und Makoré) die auch auf Menschen wirken. Bei europäischen Nutzhölzern sind derartige Inhaltsstoffe nicht bekannt. Unsinnigerweise wurde vor einigen Jahren Buchen- und Eichenholzstaub als krebserregend eingestuft. Dies entbehrt jeder wissenschaftlichen Grundlage, denn eine Gesundheitsgefährdung durch diese Holzarten konnte nicht nachgewiesen werden. Mögliche Risiken können aber von Fremdstoffen ausgehen, mit denen diese Hölzer behandelt wurden, z.B. von Holzschutzmitteln, Lacken oder Beizen. Chromhaltige Beizen sind sehr wahrscheinlich auch für die Krebsfälle bei Tischlern verantwortlich, die Eichen- und Buchenholz verarbeite haben.

Literatur:

FENGEL, D., WEGENER, G., 1989: Wood Chemistry. Ultrastructure, Reactions Berlin: de Gruyter Verl., 613 S.

SJÖSTRÖM, E., 1993: Wood Chemistry. Fundamentals and Applications. New York: Academic Press, 293 S.

HON, D.N.S. ; SHIRAISHI, N., 1991: Wood and cellulosic chemistry. New York [etc.] : Dekker, 1020 p.

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Die blaue Fluoreszenz zeigt die Verteilung des Lignins in der Zellwand. Die Mittellamellen und Zellzwickel (hell) enthalten die höchste Lignin-Konzentration.
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Holz nach partieller Bewitterung: Durch UV-Licht wird das Lignin oberflächlich abgebaut. Die weiße Farbe der Zellulose (re.) kommt zum Vorschein.
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Modell des Fichtenlignins
(zum Vergrößern anklicken)
 
 
Ausschnitt einer Zellulose-Kette
(zum Vergrößern
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Zellulose  
  Xylan <
Beispliel eines Laubholzxylans
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Das Holz des Goldregens (Laburnum anagyroides) enthält das giftige Alkaloid Cytisin.
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