1.1.2.Целлюлоза. Гемицеллюлоза. Инулин. Пектиновые вещества
Полисахариды представляют собой высокомолекулярные углеводы, образованные разнообразными моносахаридами и олигосахаридами в разных
сочетаниях и количествах. В отличие от моно- и олигосахаридов некоторые из них нерастворимы в воде (клетчатка), другие только набухают в теплой воде (крахмал), третьи образуют своеобразные растворы, занимающие среднее положение между истинными и коллоидными растворами (слизи, пектины, камеди).
Также полисахариды можно классифицировать по функции (запасные, структурные, защитные), по происхождению (фитополисахариды, зоополисахариды, полисахариды микроорганизмов), по кислотности (нейтральные и кислые), по характеру скелета (линейные и разветвленные).
Целлюлоза представляет собой биополимер, который характеризуется высокой механической прочностью. Вещество образует стенку клеток растений и выполняет функцию опорного материала растительных организмов. Высокомолекулярное соединение является углеводом, полисахаридом в виде твердого вещества с белой окраской, которое плохо растворяется в воде.
Крахмал и целлюлоза различаются по строению и свойствам. Амилоза крахмала (линейная составляющая крахмала) характеризуется молекулами, сворачивающимися в спираль. Макромолекула целлюлозы принимает вытянутую стержневую конформацию.
Характеристикой целлюлозы, обусловленной наличием прочных межмолекулярных водородных связей, также является плохая растворимость в воде.
Молекулы целлюлозы характеризуются линейной (неразветвленной) структурой, что отличает их от молекул крахмала, в особенности от его разветвленной части – амилопектина. В связи с этим, целлюлоза достаточно легко образует волокна.
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: Dфруктозу, D-ксилозу, D-галактозу, D-маннозу, L-арабинозу, L-рамнозу, Dглюкозу, 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.
Гемицеллюлозы – смесь сложных линейных и разветвленных полисахаридов, сопутствующих целлюлозе, пектиновым веществам и другим структурным полисахаридам клеточных стенок растений. Встречаются в значительном количестве (10 – 40%) в одревесневших частях лиственных и хвойных деревьев, а также в других органах высших и низших растений (соломе, шелухе семян, кукурузных кочерыжках и т.п.), водорослях и др.
Инулин не переваривается пищеварительными ферментами организмачеловека и относится к группе растворимых пищевых волокон, обладающихпребиотическим эффектом. Он является сложным углеводом. Молекулаинулина - это цепочка из 30-35 остатков фруктозы в фуранозной форме (т.е. ввиде фуранов, 5-членных гетероциклов с одним атомом кислорода - сформулой C4H4O.
Гетероциклы – это циклы, в состав которых нарядус углеродом входят и атомы других элементов) (Рисунок 11).
Рисунок 11. – Структура инулина и 3Д-модель молекулы инулина
Бутират – это короткоцепочечная жирная кислота (КЦЖК), которая обладает многими полезными свойствами, в т.ч. противовоспалительным эффектом. Совокупное действие инулина и КЦЖК приводит к нормализации кишечной микрофлоры и состояния слизистой оболочки толстого кишечника.
Пектиновые вещества –это соединения, состоящие главным образом, из метоксилированной полигалактуроновой кислоты. Остатки галактуроновой кислоты соединены a-1,4 гликозидной связью. Вместе с целлюлозой, гемицеллюлозой и лигнином пектиновые вещества образуют клеточные стенки растений, являясь цементирующим материалом этих стенок, объединяют клетки в единое целое в том или ином органе растений:
Различают три основные группы пектиновых веществ: протопектины, пектиновая кислота, пектаты, пектин.
Пектиновая кислота – это цепь, состоящая из остатков Дгалактуроновой кислоты. Соли пектиновых кислот (чаще всего Са или Mg) называют пектатами. Большинство пектиновых кислот содержит от 5 до 100 этих остатков.
На желирующей способности пектиновых веществ основано использование их в качестве студнеобразующего компонента в кондитерской промышленности для производства конфитюров, мармелада, пастилы, желе, джемов, а также в консервной промышленности, хлебопечении.
Пектиновые вещества играют в пищевой промышленности и отрицательную роль. В свеклосахарном производстве пектиновая кислота и пектин из свекловичной стружки переходят в диффузионный сок, в котором при его дальнейшей очистке с помощью известкового молока образуются пектаты кальция, в результате чего резко возрастает вязкость очищенного сока, что затрудняет его фильтрацию.
Пектиновые вещества расщепляются под действием ряда ферментов: протопектиназы, пектинэстеразы, полигалактоуроназы.
Ферментативный гидролиз пектина может протекать с участием двух ферментов: пектинэстеразы и полигалактуроназы.
Метоксилированная полигалактуроновая кислота Пектинэстеразы удаляют метильные группы, гидролизуя сложноэфирные связи, находящиеся рядом со свободными карбоксильными группами, т.е. идет реакция:
пектин + n Н2О = n метанол + пектин (менее этерифицированный).
Таким образом, пектиновые вещества ответственны за содержание токсичного вещества метанола во фруктовых соках, плодово-ягодных винах.