Hemicelulozele (HMC) sunt homo- și heteropolizaharide vegetale cu o greutate moleculară mai mică decât cea a celulozei ( 10.000-40.000 ), constând din reziduuri de diferite pentoze și hexoze . Principalele componente ale hemicelulozelor sunt glucanii, xilanii, mananii, galactanii, fructozanii, arabinogalactanii etc. În primul rând, plantele conțin xilani . O mulțime de HMC în semințe , semințe, paie , coji de floarea soarelui, coji de semințe de bumbac , știuleți de porumb. În medie, hemicelulozele reprezintă aproximativ 25% (în greutate) din materia organică a plantelor anuale.
Hidroliza HMC dă un set divers de compuși: D-fructoză, D-xiloză, D-galactoză, D-manoză, L-arabinoză, L-ramnoză, D-glucoză, D-galacturonic și 4-O-metil-D- acizi glucuronici, care sunt prezenți sub formă de ramuri laterale. Monozaharidele fac parte din HMC sub formă de furanoză și piranoză, acizii uronici sub formă de piranoză. Monozaharidele individuale din HMC sunt legate prin legături β-1→2-, β-1→3-, β-1→4 și β-1→6.
Polizaharidele HMC sunt o componentă esențială a pereților celulelor vegetale [1] și îndeplinesc în principal funcții structurale prin încrustarea celulozei. În unele cazuri, împreună cu amidonul , polizaharidele HMC sunt nutrienți de rezervă. De asemenea, fac parte din pereții celulari ai diferitelor microorganisme .
Spre deosebire de celuloză, HMC sunt polizaharide ușor hidrolizabile . Acestea sunt extrase din țesuturi zdrobite degresate și dezinizate sau din materii prime delignificate cu soluții apoase de alcalii, dimetil sulfoxid . Din soluțiile rezultate, HMC este precipitat cu alcool , acetonă , reactiv Fehling , săruri, separat prin centrifugare , spălat și liofilizat.
Polizaharidele HMC se disting printr-o varietate de proprietăți, care se datorează aranjamentului diferit al legăturilor în lanțul polimeric, tipului de legătură între reziduurile de monozaharide , gradului și naturii de ramificare a legăturilor, greutății moleculare și conținutului diferitelor grup functional.
Arabinanii sunt polizaharide care însoțesc substanțele pectinice în țesuturile plantelor. Izolat din diverse tipuri de materii prime ( rădăcini de sfeclă de zahăr , alune , mere , citrice ). Sunt solubile in apa , usor de hidrolizat .
Xilanii sunt cele mai comune polizaharide aparținând grupului hemicelulozelor. Greutatea lor moleculară este de aproximativ 40.000 Da. Macromoleculele sunt ramificate, cel mai lung lanț principal este format din resturi de D-xilopiranoză interconectate printr-o legătură β la locul a 1→4 atomi de carbon. Ca parte a lateral, s-au găsit lanțuri mai puțin ramificate: L-arabinoză, D-xiloză, acid glucuronic și esterul său metilic , mai rar D-glucoză și D-galactoză. Diferitele tipuri de plante și părțile lor anatomice se caracterizează prin compoziția diferită a lanțurilor laterale de polizaharide, care afectează și calitatea produselor alimentare.
Galactani - cantitățile lor variază de la 1 la 16%, formează pereții celulari ai diferitelor plante. Structura macromoleculelor de galactan depinde de tipul de material vegetal. Galactanii sulfatați izolați din alge au proprietăți gelificante semnificative și sunt utilizați pe scară largă în industria de cofetărie. Ele sunt împărțite în două grupe agar și caragenan. Agarul este un amestec de două polizaharide, agaroză și agropectină. Caragenanii sunt formați din unități de galactoză sulfonată și 3,6-anhidrogalactoză. Polizaharidele sulfatate sunt utilizate pe scară largă în industria de cofetărie în producția de jeleuri , marmelade , kissels și alte produse alimentare.
Mananele - formează pereții celulari din lemn de conifere , drojdie , alge și alte materii prime. Sunt construite din reziduuri de D-manapiranoză conectate prin 1 → 4 sau 1 → 6 legături. Acestea includ galactomanan, glucomanan, galactoglucoman. Moleculele pot fi liniare sau ramificate, lanțurile laterale sunt legate de lanțul principal prin legături 1→4 sau 1→3.
Fructani - se găsesc în boabele de grâu , orz și alte angiosperme, în anghinare , ierburi , bacterii . Fructanii sunt formați din reziduuri de fructoză conectate la locul 2 → 1 sau 2 → 6 atomi de carbon . Acestea includ inulină , asparagozina și alte substanțe.
Rolul hemicelulozelor în alimentația umană este divers. Sunt inofensive pentru corpul uman și sunt digerate în funcție de structură cu 69% - 95%. HMC-urile servesc ca sursă de energie, afectează metabolismul lipidelor, joacă rolul de enterosorbanți , reduc colesterolul , absorb microflora , sărurile metalelor grele.
Hemicelulozele asigură reticulare necovalentă a fibrilelor de celuloză individuale. În acest sens, în biologia modernă a plantelor se propune utilizarea termenului funcțional: glicani de reticulare. [2]
Lemnul , pe lângă celuloză, conține și alte substanțe polizaharide, care includ hemiceluloze. Sunt mai puțin rezistenți la acizii diluați, pe care îi hidrolizează și, spre deosebire de celuloză, se dizolvă în alcalii diluați. Deoarece hemicelulozele sunt substanțe care reprezintă toate polizaharidele și derivații acestora prezenți în lemn pe lângă celuloză și amidon, au fost propuse multe criterii pentru clasificarea lor.
Cea mai frecventă este împărțirea în hemiceluloze, ușor și greu hidrolizate. Spre deosebire de celuloză, macromoleculele de hemiceluloză sunt compuse nu numai din reziduuri de glucoză, ci și din alte zaharuri simple, cum ar fi xiloza , manoza și galactoza . Hemicelulozele au un grad de polimerizare mai mic (SP<300) decât celuloza, regularitate structurală și ordine structurală mai scăzute, ceea ce le face mai puțin rezistente la degradare. O trăsătură caracteristică a tuturor hemicelulozelor este solubilitatea lor bună în alcalii diluate . Denumirea hemiceluloză a fost introdusă de Schulze în 1891 pentru partea non-celulozică a carbohidraților care se găsește în plante. Rogwin a introdus conceptul general acceptat de separare a hemicelulozei. Ca criteriu de împărțire a hemicelulozelor, el a adoptat construcția unităților și macromoleculelor lor de bază.
Pe baza structurii chimice a hemicelulozei, aceasta poate fi împărțită în:
constând din restul de aceleași zaharuri simple
constând din reziduuri de diferite zaharuri simple
Divizia Schulze:
hexozani cu formulele generale:
În prezența acizilor anorganici, pentozanii sunt hidrolizați în pentoze:
(C 5 H 8 O 4 ) n + nH 2 O → n C 5 H 10 O 5 și hexozanii în aceleași condiții sunt hidrolizați în hexoze:
(C 6 H 10 O 5 ) n + nH 2 O → n C 6 H 12 O 6 Hexozanii și pentozanii sunt polimeri constând din reziduuri glicozidice asociate cu pentoză sau hexoză. Celulozele fac parte din hemicelulozele care sunt mai greu de hidrolizat. Ele constau în principal din xilan și manan. Ele pot fi prezente, de asemenea, sub formă de celuloze mixte, de exemplu arabogalactan, galactomanan, galactomanoxilat.
Ivanova L. A., Voino L. I., Ivanova I. S. Biotehnologia alimentară. Carte. 2. Prelucrarea materiilor prime vegetale / Ed. I. M. Gracheva. - M.: KolosS, 2008. 472 p.: 212-214.