Гемицеллюлозы

Гемицеллюлозы(ГМЦ) — растительные гомо- и гетерополисахаридыс меньшей, чем уцеллюлозы, молекулярной массой (10000—40000), состоящие из остатков разныхпентозигексоз. Основные компоненты гемицеллюлоз — глюканы, ксиланы, маннаны, галактаны, фруктозаны, арабиногалактаны и т. д. Больше всего в растениях содержитсяксиланов. Много ГМЦ всеменах, косточках,соломе, подсолнечной лузге, шелухе семянхлопчатника, кукурузной кочерыжке. В среднем гемицеллюлозами представлено около 25 % (по массе) органического вещества однолетних растений.
При гидролизе ГМЦ дают разнообразный набор соединений: D-фруктозу, D-ксилозу, D-галактозу, D-маннозу, L-арабинозу, L-рамнозу, D-глюкозу, D-галактуроновую и 4-О-метил-D-глюкуроновую кислоты, которые присутствуют в виде боковых ответвлений. Моносахариды входят в состав ГМЦ в фуранозной и пиранозной формах, уроновые кислоты в пиранозной форме. Отдельные моносахариды в ГМЦ связаны β-1→2-, β-1→3-, β-1→4 и β-1→6-связями.
Полисахариды ГМЦ — обязательная составная частьклеточных стенокрастений, выполняют в основном конструктивные функции, инкрустируя целлюлозу. В ряде случаев наряду скрахмаломполисахариды ГМЦ являются запасными питательными веществами. Также они входят в составклеточных стенокразличныхмикроорганизмов.
В отличие от целлюлозы ГМЦ относятся к легкогидролизуемымполисахаридам. Их извлекают из измельчённых обезжиренных и обессмолленых тканей или делигнифицированного сырья водными растворами щелочей,диметилсульфоксидом. Из полученных растворов ГМЦ осаждаютспиртом,ацетоном,реактивом Фелинга, солями, отделяютцентрифугированием, промывают и лиофильно высушивают.
Полисахариды ГМЦ отличаются разнообразными свойствами, что обусловлено различным расположением звеньев в полимерной цепи, типом связи между остаткамимоносахаридов, степенью и характером ветвления звеньев, величиной молекулярной массы и содержанием различных функциональных групп.
Арабинаны— полисахариды, сопутствующие пектиновым веществам в растительных тканях. Выделенные из различных видов сырья (корнейсахарной свёклы,земляного ореха,яблок,цитрусовых). Они растворимы вводе, легкогидролизуются.
Ксиланы— наиболее распространённые полисахариды, входящие в группу гемицеллюлоз. Ихмолекулярная массапримерно 40000 Да.Макромолекулыразветвлены, основная наиболее длинная цепь сформирована из остатков D-ксилопираноз, соединённых между собой β-связью по месту 1→4 углеродных атомов. В составе боковых, менее разветвленных цепей найдены: L-арабиноза, D-ксилоза,глюкуроновая кислота, и еёметиловый эфир, реже D-глюкоза, и D-галактоза. Для разных видов растений и их анатомических частей характерны различные по составу боковых цепей полисахариды, что влияет и на качество пищевых продуктов.
Галактаны— их количества колеблются от 1 до 16 %, они формируют клеточные стенки разнообразных растений. Строение макромолекул галактанов зависит от вида растительного сырья.
Сульфированные галактаны, выделяемые из водорослей, обладают значительными желирующими свойствами и широко ис¬пользуются в кондитерском производстве. Они делятся на две группы агар и каррагинан.Агарявляется смесью двух полисахаридов — агарозы и а агропектина.Каррагинаныпостроены из звеньев сульфированной галактозы и 3,6-ангидрогалактозы. Сульфированные полисахариды широко применяются в кондитерской промышленности при производствежеле,мармеладов, киселей и др. пищевых продуктов.
Маннаны— формируют клеточные стенки хвойнойдревесины,дрожжей,водорослейи другого сырья. Они построены из остатков D-маннапираноз, соединённых 1 → 4 или 1 → 6 связями. К ним относятся галактоманнан, глюкоманнан, галактоглюкоман.Молекулымогут быть линейными или разветвленными, боковые цепи соединены с основной цепью связями 1→4 или 1→3.
Фруктаны— содержатся взернепшеницы,ячменяи других покрытосеменных растениях, втопинамбуре,травах,бактериях.
Фруктаны построены из остатковфруктозы, соединённых по месту 2 → 1 или 2 → 6углеродныхатомов. К их числу относятсяинулин, аспарагозин и другие вещества.
Роль гемицеллюлоз в питании человека разнообразна. Они безвредны для организма человека и перевариваются в зависимости от строения на 69 % − 95 %. ГМЦ служат источником энергии, влияют на липидный обмен, играют рольэнтеросорбентов, снижают содержаниехолестерина, сорбируютмикрофлору, соли тяжёлых металлов.
Гемицеллюлозы обеспечивают нековалентную сшивку отдельных фибрилл целлюлозы. В связи с чем, в современной биологии растений предлагается использовать функциональный термин: сшивочные гликаны (англ. cross-linking glycans).
Древесина, кроме целлюлозы, содержит другие полисахаридные вещества, которые включают гемицеллюлозы. Они характеризуются меньшей устойчивостью к действию разбавленных кислот, которые они гидролизуют и, в отличие от целлюлозы, растворяются в разбавленной щелочи. Поскольку гемицеллюлозы являются веществами, представляющими все полисахариды и их производные, присутствующие в древесине в дополнение к целлюлозе и крахмалу , было предложено много критериев для их классификации.
Наиболее общим является разделение на гемицеллюлозы, легко и трудно гидролизующиеся. В отличие от целлюлозы макромолекулы гемицеллюлозы состоят не только из остатков глюкозы, но и из других простых сахаров, таких какксилоза,маннозаигалактоза. Гемицеллюлозы имеют более низкую степень полимеризации (SP <300), чем целлюлоза, более низкую регулярность структуры и степень упорядоченности структуры, что делает их менее устойчивыми к деградации. Характерной особенностью всех гемицеллюлоз является хорошаярастворимостьв разбавленнойщелочи. Название гемицеллюлозы было введено Шульце в 1891 году для нецеллюлозной части углеводов, содержащихся в растениях. Рогвин представил общепринятую концепцию разделения гемицеллюлозы. В качестве критерия для разделения гемицеллюлоз он принял конструкцию их основных единиц и макромолекул.
Исходя из химической структуры гемицеллюлозы, её можно разделить на:
состоящий из остатка тех же простых сахаров
состоящий из остатков различных простых сахаров
Деление Шульце:
гексозаны с общими формулами:
В присутствии неорганических кислот пентозаны гидролизуются до пентоз :
(C 5 H 8 O 4 ) n + nH 2 O → n C 5 H 10 O 5
и гексозаны в тех же условиях гидролизуются до гексозов :
(C 6 H 10 O 5 ) n + nH 2 O → n C 6 H 12 O 6Гексозаныипентозаныпредставляют собой полимеры, состоящие из гликозидных остатков, связанных с пентозой или гексозой . Целлюлозаты являются частью гемицеллюлоз, которые труднее гидролизуются. Они состоят в основном из ксилана и маннана. Они также могут присутствовать в виде смешанных целлюлоз, например арабогалактан, галактоманнан, галактоманноксилат.
Иванова Л. А., Войно Л. И., Иванова И. С. Пищевая биотехнология. Кн. 2. Переработка растительного сырья / Под ред. И. М. Грачевой. - М.: КолосС, 2008. 472 с.: 212-214.