Клітковина

Клітковина (целюлоза) складається із залишків b-D-глюкопіранози, що поєднані 1, 4-глікозидним зв'язком:

Фрагмент молекули клітковини

Клітковина має молекулярну масу від 100 тис. до 1 млн. Вона не розчиняється у воді. Завдяки своїй стійкості це найбільш поширений в світі біополімер. Характерною особливістю клітковини, яка визначає в основному її механічні, фізико-хімічні та хімічні властивості, є лінійна конформація її молекул, яка зміцнена внутрішньомолекулярними водневими зв'язками. Лінійні макромолекули клітковини, розташовуючись приблизно паралельними пучками, утворюють за рахунок додаткових міжмолекулярних водневих зв'язків структури, регулярні у трьох вимірах, що характерно для кристалів. У волокні клітковини між кристалічними фрагментами розташовуються аморфні, наявністю яких обумовлена висока механічна міцність і нерозчинність волокон. Набрякання і реакційна здатність також пов'язані з більш легко проникними для хімічних реагентів аморфними фрагментами.

Клітковина виконує роль опорного матеріалу і є складовою частиною оболонок рослинних клітин. Клітковина має високу механічну міцність, розщеплюється спеціальним ферментом целюлазою в організмі травоїдних тварин. Ферменти шлунково-кишкового тракту людини не розщеплюють клітковину, тому її відносять до баластних речовин або харчових волокон. Клітковина посилює виділення жовчі, що сприяє кращому виведенню з організму холестерину. Ця її властивість використовується в лікувальному харчуванні при захворюваннях печінки, жовчного міхура, а також при атеросклерозі. ЇЇ призначають призначають при надмірній повноті та цукровому діабеті через здатність викликти відчуття ситості.

Клітковина – це волокниста речовина, міцна, без кольору, без запаху, не дає забарвлення з йодом, не розчиняється у воді і органічних розчинниках. Розчиняється в деяких розчинниках (наприклад, реактив Швейцера).

Геміцелюлози — гетерополісахариди із порівняно невисокою молекулярною масою. Вони мають більш менш лінійну структуру молекул, але не утворюють фібрилярних структур і разом з пектиновими речовинами, які побудовані в основному з залишків уронових кислот, відіграють у клітинній стінці рослини роль матеріалу – цементу. До геміцелюлоз відносяться такі гетерополісахариди, як глюкоманани, галактоманани, ксилани, що містять у бокових ланцюгах залишки манози, галактози, арабінози, ксилози, глюкози та інших моносахаридів. Геміцелюлози широко використовуються для одержання кормових та харчових продуктів. Геміцелюлози відносяться до групи харчових волокон, які необхідні для нормального травлення. Вони впливають на ліпідний обмін, грають роль ентеросорбентів, знижують вміст холестерину, сорбують мікрофлору, солі важких металів.

Фрагмент молекули геміцелюлози глюкоманану

До пектинових речовин відносяться поліуроніди, які присутні у розчинній або нерозчинній формі практично у всіх рослинах та деяких водоростях. Нерозчинні пектинові речовини, такі як протопектин, скидають більшу частину міжклітинної речовини і первинної стінки молодих рослинних клітин. Особливо багаті протопектином тканини, клітини яких не мають вторинної стінки, наприклад м'якоть плодів. Розчинні пектинові речовини містяться в основному у соках рослин. При дозріванні і зберіганні плодів нерозчинні форми пектину переходять в розчинні, з цим пов'язано пом'якшення плодів при дозріванні і зберіганні. Перехід нерозчинних форм пектину в розчинні відбувається під час теплової обробки рослинних продуктів. '

Найбільша кількість пектинових речовин знаходиться в плодах і коренеплодах. Отримують пектини з яблучних вичавків, буряка, кошиків соняшнику, цитрусових.

Головним моносахаридом, який входить до складу пектинових речовин, є D-галактуронова кислота, присутніми у меншій кількості є L-арабіноза і
D-галактоза, рідко – D-ксилоза, L-фруктоза та ін. Частина залишків уронових кислот у пектинових речовинах естерифікована метиловим спиртом. Такі частково естерифіковані поліуроніди називають пектиновими кислотами, якщо ж карбоксильні групи вільні, сполуки називають пектовими кислотами.

Фрагмент молекули пектинової кислоти

Фрагмент молекули пектової кислоти

Важли вою властивістю пектинових речовин є утворення їх розчинами міцних гелів або драглів. Драглеутворення обумовлено міжмолекулярною асоціацією. Цьому процесу сприяє наявність у розчині сахарози й органічних кислот (лимонної, винної та ін.), що пов'язано з порушенням сольватації полімерних молекул у присутності цих сполук. Сильний вплив на властивість до драглеутворення має наявність у розчині неорганічних солей і ступінь етерифікації карбоксильних груп полісахаридів.

Пектинові речовини як драглеутворювачі широко використовуються у виробництві мармеладу, пастили, желе і джемів, а також в хлібопеченні, сироварінні. У харчовому виробництві джерелом пектинових речовин є яблука або лимони.

До фітополісахаридів відносяться також слизи, гуми (камеді). Камеді – це полісахариди, які виділяються у вигляді в'язких розчинів і утворюють склоподібну масу при порушенні цілісності кори багатьох дерев, оболонки рослин. Властивість утворювати камеді розповсюджена у рослин дуже широко. Найбільш відомі камедоносні рослини відносяться до родини бобових, трояндоквітних та ін. Камеді є гетерополісахаридами, які складаються з декількох моносахаридів, серед яких може бути одна або кілька уронових кислот. Завдяки підвищеній в'язкості, клейкості, набряканню та іншим цінним властивостям, камеді широко використовуються у харчовому виробництві як емульгатори, згущувачі, зв'язуючі речовини та стабілізатори.

Слизи – полісахариди, подібні до камедей, але містяться у непошкоджених рослинах. Джерелом слизів є кора, коріння, листя, насіння тощо. Значну кількість слизів містять зерна жита та льону, звідки їх екстрагують водою. Слизи і камеді практично не розрізняють за хімічною будовою, але відмічають, що серед слизів більше полісахаридів з відносно простою структурою. Серед слизів зустрічаються багато нейтральних гетеро- і гомополісахаридів. Слизи набухають у воді і утворюють в'язкі розчини, Слизи овочевих рослин – гідрофільні полісахариди, за хімічним складом нейтральні слизи подібні до геміцелюлози, а кислі – до камедей.

Овочеві рослини з великою кількістю слизу дуже корисні для приготування дієтичних страв, які лікують гастрити та виразки шлунку.

Полісахариди морських водоростей за своєю будовою суттєво відрізняються від полісахаридів наземних рослинних організмів. Хоча клітковина, яка приймає участь у побудові клітинних стінок водоростей, подібна звичайній клітковині, основну масу цих стінок і міжклітинної речовини складають так звані слизи водоростей — агар, карагінан, альгінова кислота та ін. Агар і карагінан одержують у промисловому масштабі з багатьох видів червоних водоростей. Агар є сумішшю полісахаридів агарози та агаропектину. Агароза побудована з D-галактози і 3, 6-ангідро-L-галактози. Альгінову кислоту одержують з бурих водоростей.

Фрагмент молекули альгінової кислоти

Полісахариди водоростей широко використовуються у харчовій промисловості.

Сполучна тканина тваринних організмів містить значну кількість кислих мукополісахаридів. Це лінійні полімери з молекулами, які побудовані з залишків аміносахарів та уронових кислот. Кислі властивості багатьох з них обумовлені наявністю карбоксильних груп і присутністю залишків сульфатної кислоти. Кислі мукополісахариди у сполучній тканині утворюють комплекси з білками. До таких полісахаридів відноситься гіалуронова кислота. Повний кислотний гідроліз цього полісахариду дає глюкозамін, оцтову кислоту, оксид карбону в результаті декарбоксилування уронової кислоти.

Фрагмент молекули гіалуронової кислоти

Важливою властивістю гіалуронової кислоти є утворення розчинів високої в'язкості. На цю властивість сильно впливає іонна сила і рН розчину.