Гемицеллюлозы

В статье не хватает ссылок на источники (см. рекомендации по поиску). Информация должна быть проверяема, иначе она может быть удалена. Вы можете отредактировать статью, добавив ссылки на авторитетные источники в виде сносок. (19 марта 2014)

Гемицеллюлозы (ГМЦ) — растительные гомо- и гетерополисахариды с меньшей, чем у целлюлозы, молекулярной массой (10000—40000), состоящие из остатков разных пентоз и гексоз. Основные компоненты гемицеллюлоз — глюканы, ксиланы, маннаны, галактаны, фруктозаны, арабиногалактаны и т. д. Больше всего в растениях содержится ксиланов. Много ГМЦ в семенах, косточках, соломе, подсолнечной лузге, шелухе семян хлопчатника, 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 часть клеточных стенок растений^[1], выполняют в основном конструктивные функции, инкрустируя целлюлозу. В ряде случаев наряду с крахмалом полисахариды ГМЦ являются запасными питательными веществами. Также они входят в состав клеточных стенок различных микроорганизмов.

В отличие от целлюлозы ГМЦ относятся к легкогидролизуемым полисахаридам. Их извлекают из измельчённых обезжиренных и обессмолленых тканей или делигнифицированного сырья водными растворами щелочей, диметилсульфоксидом. Из полученных растворов ГМЦ осаждают спиртом, ацетоном, реактивом Фелинга, солями, отделяют центрифугированием, промывают и лиофильно высушивают.

Полисахариды ГМЦ отличаются разнообразными свойствами, что обусловлено различным расположением звеньев в полимерной цепи, типом связи между остатками моносахаридов, 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 (корней сахарной свёклы, земляного ореха, яблок, цитрусовых). Они растворимы в воде, легко гидролизуются.

Ксиланы — наиболее распространённые полисахариды, входящие в группу гемицеллюлоз. Их молекулярная масса примерно 40000 Да. Макромолекулы разветвлены, 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 её метиловый 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. Агар является смесью двух полисахаридов — агарозы и а агропектина. Каррагинаны построены из звеньев сульфированной галактозы и 3,6-ангидрогалактозы. Сульфированные полисахариды широко применяются в кондитерской промышленности при производстве желе, мармеладов, киселей и др. пищевых продуктов.

Маннаны — формируют клеточные стенки хвойной древесины, дрожжей, водорослей и другого сырья. Они построены из остатков D-маннапираноз, соединённых 1 → 4 или 1 → 6 связями. К ним относятся галактоманнан, глюкоманнан, галактоглюкоман. Молекулы могут быть линейными или разветвленными, боковые цепи соединены с основной цепью связями 1→4 или 1→3.

Фруктаны — содержатся в зерне пшеницы, ячменя и других покрытосеменных растениях, в топинамбуре, травах, бактериях. Фруктаны построены из остатков фруктозы, соединённых по месту 2 → 1 или 2 → 6 углеродных атомов. К их числу относятся инулин, 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 роль энтеросорбентов, снижают содержание холестерина, сорбируют микрофлору, 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).^[2]

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.

• Деление из-за легкости гидролиза:

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 как ксилоза, манноза и галактоза. 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 хорошая растворимость в разбавленной щелочи. 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.

• Разделение по химической структуре

Исходя из химической структуры гемицеллюлозы, её можно разделить на:

• гомогенный:

состоящий из остатка тех же простых сахаров

• состоящий из полиуроновых кислот
• неоднородный:

состоящий из остатков различных простых сахаров

• состоящий из остатков различных простых сахаров и уроновых кислот.

Деление Шульце:

• Целлюлозаты - они включают полисахариды с относительно короткой цепью (SP 150-200) и делятся на пентозаны и

гексозаны с общими формулами:

• пентозаны - (C 5 H 8 O 4 ) n
• гексозаны - (C 6 H 10 O 5 ) n

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 6 Гексозаны и пентозаны представляют 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.

• Полиурониды - это аморфные вещества, содержащие значительные количества гексауроновых кислот, некоторые метоксигруппы, ацетильные группы и свободные карбоксильные группы. Гидролиз полиуронидов приводит к образованию уроновых кислот. Наиболее распространённые уроновые кислоты включают β-D-глюкуроновую кислоту , β-D-маннуроновую кислоту и α-D-галактуроновую кислоту . Наиболее важными реакциями уроновых кислот являются декарбоксилирование, которое происходит при нагревании с неорганическими кислотами. Tогда возникают coответствующие пентозы.

• Structure and Properties of Hemicellulose Архивная копия от 25 мая 2015 на Wayback Machine / David Wang’s Wood Chemistry Class  (англ.)

Для улучшения этой статьи желательно: Найти и оформить в виде сносок ссылки на независимые авторитетные источники, подтверждающие написанное. Оформить статью по правилам. После исправления проблемы исключите её из списка. Удалите шаблон, если устранены все недостатки.

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.