2.3.4. Ферментативное расщепление целлюлозы

Многие виды бактерий и грибков, а также млекопитающие, способны разлагать целлюлозу на составные части и вовлекать ее в обмен в целом ряде ферментативных реакций. Некоторые низшие живые организмы, например улитки, также производят ферменты, расщепляющие целлюлозу, и способны использовать этот полисахарид как пишу. Гниение растительных остатков в почве и гниение древесины – важные примеры таких процессов. Имеются, например, два типа гниения древесины – бурое и белое. Оба типа гниения вызываются грибками, причем первое – видами грибка, которые предпочитают целлюлозу и не действуют на лигнин, а второе – микроорганизмами, которые используют лигнин и оставляют видоизмененную белую целлюлозу. Эти реакции очень сложны и носят ферментативный характер. Очевидно, что при правильном использовании грибков или вырабатываемых ими ферментов они могут служить средствами удаления нежелательного лигнина из содержащих целлюлозу растительных материалов.

2.3.5. Гемицеллюлозы

В противоположность целлюлозе, представляющей химически вполне определенное вещество, гемицеллюлоза включает целый ряд полисахаридов. Приставка «геми» по-гречески означает «половина», что указывает на меньший размер молекул. Термин «гемицеллюлоза» фактически относится к несколько неопределенному классу полисахаридов, которые наряду с лигнином сопутствуют целлюлозе в растительных тканях. Макромолекулы гемицеллюлоз значительно меньше макромолекул нативной целлюлозы. Одним из факторов, облегчающих растворимость гемицеллюлозы в щелочах, является присутствие в ней кислого компонента, который образует растворимую соль со щелочью; другим фактором, способствующим растворению, является относительно низкая молекулярная масса гемицеллюлозы (обычно между 10000 и 40000).

Основные компоненты в экстрактах гемицеллюлозы: ксиланы и другие пентозаны, уроновые кислоты (например, полиглюкуроновая), маннаны, арабогалактаны и лигнин.

Г емицеллюлозы исследованы еще не полностью. Это объясняется рядом причин: очень трудно изолировать чистый ксилан или арабан; их состав зависит от источника; некоторые из продуктов следует рассматривать как продукты окислительного расщепления целлюлозы. Последнее замечание применимо к некоторым кислым компонентам гемицеллюлозы. Известно, что частичное окисление целлюлозы может происходить под влиянием кислорода воздуха, особенно при облучении ультрафиолетовым светом, а также при отбеливании окислительными агентами – при таком окислении образуются карбоксильные группы. В некоторых гемицеллюлозах, например в соломе, также найдена полиглюкуроновая кислота. По химической структуре полиглюкуроновая кислота очень похожа на целлюлозу, но углерод в положении 6 окисляется в карбоксильную группу в каждом ангидроглюкозном остатке:

К силаны более распространены, чем полиглюкуроновые кислоты. Большая часть цепи ксилана состоит из D-ксилопиранозных остатков, которые соединены 1,4--связями:

Наиболее богаты ксиланом кукурузные кочерыжки, овсяная шелуха и древесина бука (28 – 34%).

Чистый маннан представляет собой стереоизомер целлюлозы, т.е. в цепи связаны не ангидроглюкозные, а ангидроманнопиранозные остатки. Маннаны не волокнисты, они представляют собой белые порошки, что указывает на умеренную степень полимеризации. Согласно Хуземану [32], степень полимеризации маннанов ели равна только 160.

При производстве бумаги и целлюлозы часть гемицеллюлоз наряду с лигнином растворяется и таким образом отделяется от целлюлозы; однако другая часть остается. Существует мнение, что определенное количество гемицеллюлозы полезно для качества бумажной пульпы. Для производства волокон и пластмасс гемицеллюлоза не имеет большого значения, так как ее макромолекулярные цепи относительно короткие. В определенных случаях применения очищенной целлюлозы и ее производных, как, например, в случае ДЭАЭ-целлюлозных ионообменников, присутствие растворимой целлюлозы (гемицеллюлозы) очень нежелательно. Очень тщательная обработка производных целлюлозы щелочью и кислотой требуется для удаления последних следов растворимых полисахаридов.