Глюкани

Целюлоза (від cellula — клітина), або клітковина (С₆Н₁₀О₅)_n —складова частина оболонок рослинних клітин. Її вміст залежить від виду рослини. Насіння бавовнику на 98 % складається з целюлози, деревина листяних та хвойних порід дерев — на 40–50, зерно пшениці — на 1, 9 %.

Целюлоза — лінійний полісахарид, побудований із залишків β -D-глюкопіранози, що поєднані 1 → 4 глікозидними зв’язками. Ланка, яка повторюється у ланцюгу клітковини, є залишком целобіози.

Целюлоза являє собою жорстку спіраль, крок якої дорівнює 2–3 елементарним ланкам. Гідроксильні групи беруть участь в утворенні внутрішньо- та міжмолекулярних водневих зв’язків. Кожна макромолекула целюлози (міцелла) складається приблизно з 60 молекул глюкози. Міцели орієнтовані так, що утворюють сітчасті структури. Основа надмолекулярної структури целюлози — елементарні високовпорядковані мікрофібрили, асоційовані в агрегати — целюлозне волокно. У середньому на мікрофібрилу целюлози припадає декілька сотень одиниць макромолекул.

Целюлоза — біла речовина. У більшості відомих розчинників не розчиняється, розчиняється з частковою деструкцією в концентрованих розчинах мінеральних кислот і деяких солей, наприклад у перхлораті берилію. При повному кислотному гідролізі целюлози утворюється тільки глюкоза, при частковому — олігосахариди целобіоза, целотріоза, целотетроза, які є проміжними продуктами розпаду.

Після кислотного гідролізу бавовняної целюлози отримують мікрокристалічну целюлозу (ступінь кристалічності 70–85 %). Вона складається з окремих агрегатів макромолекул, які мають певне співвідношення між довжиною та товщиною. Цю целюлозу використовують для освітлення соків, прискорення екстрагування ефірних олій, як наповнювач при виготовленні лікарських засобів (таблетки, емульсії), як каталізатор, стабілізатор тощо.

Сировиною для виробництва целюлози є деревина, трави, відходи сільського господарства. Подрібнену біомасу нагрівають з хімічними реагентами (кислотними, лужними, комбінованими), які переводять лігнін та геміцелюлози в розчин або частково їх деструкують. Нерозчинну целюлозу відділяють, відбілюють та використовують у виробництві паперу, картону, штучних волокон, для синтезу, у фармацевтичній та харчовій промисловості.

Целюлоза позитивно впливає на перистальтику кишечника, нормалізує травлення. Вона не засвоюється у травному каналі людини і має велику адсорбуючу здатність.

Багаті на целюлозу різноманітні види бавовнику (Gossypium, род. Malvaceae). Рід бавовнику налічує 30 дикорослих видів, що зростають у тропічних областях, і 5 культурних. З культурних видів найпоширеніший бавовник шорсткий — Gossyrium hirsutum L., який вирощують на всіх континентах.

Найкраще за якістю волокно дає бавовник барбадоський, або перуанський, — Gossypium barbadense L. Вирощують його переважно в Єгипті, південних районах Туркменії, Таджикистану, Узбекистану. Він дає близько 10 % світового виробництва бавовни-сирцю.

Бавовна-сирець на 30–40 % складається з волокна, решта — насіння. Для використання в медицині бавовну-сирець оббирають, знежирюють, відбілюють, відмивають і розчісують на спеціальних пристроях. Лікарська сировина, вата, за ступенем знежирювання і чистоти поділяється на гігроскопічну очну, гігроскопічну хірургічну, компресну. Вона містить 98 % целюлози. Це класичний хірургічний та перев’язний матеріал. Поглинанню рідини сприяє не тільки будова мікрофібрил, але й капілярність самих волокон клітковини. Вату та бинти іноді просочують антисептичними розчинами. З вати виробляють колодій і різні похідні целюлози (метилцелюлозу, карбоксиметилцелюлозу тощо), які використовують як допоміжний засіб при виготовленні деяких лікарських форм.

З насіння бавовнику отримують жирну олію, госипол та його похідні. Госипол — це токсичний димер сесквітерпенової природи. Його виділяють також з коріння. Як противірусний засіб при лишаях та псоріазі застосовують 3 % лінімент госиполу.

Декстрини — це низькомолекулярні глюкани, що утворюються внаслідок часткового розщеплення крохмалю або глікогену під впливом ферментів (амілаз, фосфорилаз), кислот або нагрівання до 180–200 °С. Вони мають змінний склад. Термоліз і гліколіз призводять до випадкової деполімеризації полісахаридів з утворенням широкого набору сполук. Ендоферменти (α -амілаза) переважно розщеплюють α -1 → 4 зв’язки в крохмалі і глікогені з утворенням крім мальтози і мальтотриози α -декстрину. Це більш-менш низькомолекулярні лінійні або розгалужені олігосахариди, що містять поряд з α -1 → 4 зв’язками один-два зв’язки α -1→ 6 між залишками глюкози. Амілаза із Bacillus macerans перетворює крохмаль на циклічні олігосахариди з 6, 7 і 8 залишками D-глюкопіранози, з’єднані α -1 → 4 зв’язками, що отримали назву відповідно α, β і γ -циклодекстринів, або декстрини Шардингера.

Декстрин — білий або жовтуватий порошок, солодкуватий за смаком, розчинний у холодній воді, важкорозчинний у розведеному спирті, нерозчинний в абсолютному алкоголі. Водні розчини відхиляють площину поляризованого світла праворуч, звідки й походить їхня назва (dexter — правий). Декстрини розчиняються у лугах при нагріванні. При цьому вони набувають жовтого забарвлення. Амілодекстрини, продукти початкових стадій гідролізу крохмалю, з йодом стають синіми, а декстрини з середньою молекулярною масою — червоними. Подальший розклад декстрину призводить до появи дисахаридів, головним чином мальтози, а згодом — глюкози. Декстрини утворюються в організмах тварин і рослин під час ферментативного розпаду запасних вуглеводів.

Подібні до декстринів полісахариди синтезуються бактеріями Leuconostoc mesenteroides із сахарози. Їх називають декстрани. Ці полімери глюкози, що мають молекулярну масу 107–108, побудовані із залишків α -D-глюкопіранози з 1 → 6 зв’язками на лінійних ділянках і зв’язками 1 → 3 або 1 → 4 — на розгалужених. Частково гідролізовані декстрани з молекулярною масою 40 000–80 000 використовують як кровозамінники, а зшиті декстрани (сефадекси) — як сорбенти для гель-фільтрації.

Суміш глюканів амілози та амілопектину містить крохмаль.

Фармакопея дозволяє використання декількох сортів крохмалю:

§ крохмаль картопляний — Amylum Solani, який одержують з бульб картоплі — Solanum tuberosum L. род. пасльонові — Solanaceae;

§ крохмаль пшеничний — Amylum Tritici з пшениці літньої, або м’якої, — Trіticum vulgare L., род. злакові (м’ятликові) — Gramineae (Poaceae);

§ крохмаль кукурудзяний — Amylum Maydis з зернівок кукурудзи звичайної — Zea mays L., род. злакові — Gramineae;

§ крохмаль рисовий — Amylum Oryzae з зернівок рису посівного—Оryza satіva L., род. злакові — Gramineae.

Окрім того, крохмаль отримують з батату, сагової пальми тощо. Крохмаль утворюється внаслідок фотосинтезу в листках зелених рослин, там під впливом ферментів амілаз і фосфорилаз перетворюється на розчинні сполуки і надходить в інші органи (насіння, плоди, бульби, стовбури), відкладаючись у вигляді крохмальних зерен, специфічних за формою і розміром для кожного виду рослин. Найбільше крохмалю міститься у зерні рису (62–86 %), пшениці (57–75 %), кукурудзи (62–70 %), у бульбах картоплі (14–24 %). Виробництво крохмалю в світі становить близько 20 млн. т на рік.

Виробництво крохмалю. Картопляний крохмаль отримують механічним шляхом. Бульби миють, подрібнюють механічними тертушками. Отриману мезгу змішують з водою, декілька разів проціджують крізь спеціальні сита. Крохмаль у вигляді «крохмального молока» проходить крізь отвори, а клітковина затримується. Крохмальну суспензію відстоюють у чанах; крохмаль завдяки великій питомій вазі (1, 5–1, 6 г/см3) осідає; забруднену воду зливають. Для кращого очищення крохмаль вдруге збовтують з водою, відстоюють, центрифугують і досушують в сушарках до вологості близько 20 %.

Зерна злакових містять більше крохмалю, але виробництво його утруднене внаслідок великого вмісту білкових речовин (клейковини). Крохмаль злакових отримують збродженням, в результаті якого клейковина руйнується, а крохмаль залишається незмінним.

Розчинний крохмаль отримують частковим гідролізом крохмалю 7 % розчином хлористоводневої кислоти або при нагріванні з гліцерином до 90°С.

Властивості крохмалю. Крохмаль — білий або з жовтуватим відтінком хрусткий, гігроскопічний порошок без смаку й запаху; складається з простих і складних зерен. Вони мають характерний вигляд, що дає змогу ідентифікувати крохмаль при мікроскопічному дослідженні. Крохмаль не розчиняється в спирті, хлороформі, холодній воді (до 55°С); в гарячій (55–70 °С) утворює в’язкий колоїдний розчин; перетворюється на клейстер при температурах, притаманних кожному виду крохмалю; гідролізується розчинами кислот до декстрину і далі до D-глюкози; фермент амілаза розщеплює крохмаль до мальтози та ізомальтози.

Розчинний крохмаль розчиняється в окропі з утворенням прозорого розчину, який після охолодження не гусне до консистенції клею, розчин Фелінга відновлює повільно; утворює синє забарвлення з розчином йоду при нагріванні з α -нафтолом та концентрованою сірчаною кислотою набуває червоно-фіолетового кольору.

Будова крохмалю. Крохмаль складається з двох полісахаридів — амілози й амілопектину.

Амілоза — це суміш нерозгалужених полісахаридів, у яких від 100 до декількох тисяч залишків D-глюкопіранози з’єднані між собою 1 → 4 зв’язками у ланцюги різної довжини. Під впливом ферментів розщеплюється до мальтози, починаючи з невідновного кінця. У просторі амілаза утворює спіраль, кожний виток якої складається з 6 залишків глюкози. Молекулярна маса 50 000–160 000. Легко розчиняється у воді; з розчином йоду набуває характерного синього забарвлення, інтенсивність якого залежить від молекулярної маси амілози; під час набухання крохмалю у теплій воді утворює розчинну частину клейстеру.

З дослідницькою метою амілозу виділяють з крохмалю гарячою водою або висаджують у вигляді комплексів з бутанолом або тимолом.

Амілопектин — основна складова крохмалю. Є сумішшю полісахаридів, в яких залишки глюкози з’єднані в розгалужені ланцюги. Молекулярна маса (162, 1)n становить близько 1 000 000. Іноді містить до 50 000 залишків глюкози, з’єднаних 1 → 4, а в місцях розгалуження 1 → 6 зв’язками. Молекула включає незначну кількість фосфорної кислоти (близько 0, 2 %), що поєднана з молекулами глюкози складноефірним зв’язком. З розчином йоду набуває червоно-фіолетового забарвлення; майже не розчиняється у холодній воді, у гарячій — утворює драглисту частину клейстеру.

Крохмальні зерна більшості рослин містять від 15 до 25 % амілози, решта — амілопектин. Це співвідношення залежить від виду рослини і перебуває під генетичним контролем.

Застосування. У фармації крохмаль використовують як обволікаючий засіб: зовнішньо — у вигляді присипок та пудр з оксидом цинку, або тальком, внутрішньо та в клізмах — як клейстер для захисту вразливих нервових закінчень від впливу подразнюючих речовин та для уповільнення всмоктування ліків.

Крохмаль і розчинний крохмаль використовують у виробництві таблеток як зв’язуючий, обпудрюючий засіб та наповнювач, в хірургії — для нерухомихпов’язок. Крохмаль є індикатором у йодометричному аналізі.