Полісахариди

Олігосахариди. Олігосахариди – це зазвичай білі кристалічні речовини. Вони добре розчиняються у воді і мають більш-менш солодкий смак. Олігосахариди містяться в рослинах у вільному стані, входять до складу вищих полісахаридів, глікозидів, глікопротеїдів. Іх молекули мають від двох до десяти залишків моносахаридів, але частіше зустрічаються цукри із 2-5 залишками. За числом залишків олігосахариди поділяють на ди-, три-, тетра- та пентасахариди тощо.

Д исахариди. Це найбільш поширена група олігосахаридів. Їх молекули складаються з двох залишків гексоз, із двох пентоз або з гексози і пентози. Частіше зустрічаються дві гексози.

Дисахариди побудовані за типом глікозидів, тобто з'єднання двох молекул моносахаридів відбувається за рахунок глікозидного гідроксилу одного моносахариду і одного з гідроксилів іншого. Найбільш важливі дисахариди рослин складаються із залишків таких моносахаридів:

Із наведеного складу дисахаридів зрозуміло, що різні цукри можуть будуватися з однакових залишків. При цьому неоднакові властивості таких дисахаридів обумовлюються, по-перше, тим, що до їх складу входять різні ізомери моносахариду (α-форми або β-форми), по-друге, різними зв'язками між залишками.

Дисахариди поділяють на дві групи: відновні і невідновні.

Відновні дисахариди мають вільний глікозидний гідроксил, тому що зв'язок між залишками моносахаридів здійснюється за рахунок одного глікозидного, а іншого звичайного гідроксилу. У невідновних дисахаридів у зв'язку зайняті обидва глікозидні гідроксили. З перерахованих вище дисахаридів невідновними є сахароза і трегалоза, інші – відновні.

Відновні дисахариди, як і всі моносахариди, відновлюють фелінгову рідину, можуть існувати у формі α-і β-стереоізомерів, отже, виявляти в розчині мутаротацію.

Сахароза (буряковий, або тростинний цукор) – найбільш поширений і важливий рослинний дисахарид. Молекула сахарози побудована із залишків α-глюкози і β-фруктози, зв'язаних (α1→β2)-зв'язком. Оскільки у зв'язку беруть участь два глікозидні гідроксили, сахароза не відновлює фелінгову рідину.

Сахароза добре зброджується дріжджами і засвоюється людським організмом. Кут питомого обертання розчину сахарози +66,5°. У невеликих кількостях сахароза міститься в усіх тканинах рослин. Вона є основним транспортним цукром, що рухається ситоподібними трубками флоеми. Крім того, сахароза може накопичуватися в клітинному соку в плодах, коренях, бульбах як запасний вуглевод. Найбільше сахарози міститься в коренеплодах цукрового буряка (14-20 %) і в соку стебел цукрової і ростини (14-25 %).

Сахароза має найбільше практичне значення серед інших цукрів, тому що вона є основним цукром, який використовується людиною в їжу. Сахарозу одержують із цукрової тростини (65 % світової потреби) і з цукрового буряка (30-35 %).

Джерелом цукру в тропіках для місцевого населення є пальми – кокосова, цукрова і винна. Перед цвітінням у пальм підрізають головну вісь суцвіття і збирають сік, що витікає. Його випарюють і одержують коричневий цукор. Сік також зброджують у вино.

Цукрова кукурудза і цукрове сорго в стеблах містять 10-12 % сахарози. Використовувати ці рослини для виробництва цукру нівигідно, але з них готують солодкий сироп, який використовують у кондитерській промисловості.

У Північній Америці росте цукровий клен. Навесні з підрізаного стебла збирають солодкий сік, що містить близько 4 % цукру. Сік упарюють до сиропу, що нагадує мед, і застосовують його як загальнозміцнювальний засіб.

Очищена сахароза негативно впливає на кровоносні судини, викликаючи їхній склероз, тому не рекомендується вживати більше двох столових ложок цукру на день. Жовтий і коричневий цукор менш шкідливий, бо дія сахарози у них пом'якшується домішками.

Сахароза легко гідролізується при нагріванні з кислотами або під дією ферменту сахарази. При цьому утворюється суміш рівних кількостей глюкози і фруктози. Цю суміш називають інвертним цукром, тому що в результаті гідролізу праве обертання розчину змінюється на ліве. Кут питомого обертання розчину сахарози +66,5°, а глюкози і фруктози, що утворилися, відповідно +52,5° і -92,4°. Звідси кут питомого обертання суміші буде негативним, дорівнюватиме -39,9°. Крім того, інвертний цукор більш солодкий (на 30 %), ніж сахароза, тому в кондитерській промисловості його часто використовують замість сахарози.

Мальтоза (солодовий цукор) складається з двох залишків глюкози з (α1→4)-зв'язком. Вона міститься у солоді – пророслому зерні. Мальтоза має вільний глікозидний гідроксил, отож відновлює фелінгову рідину. Вона зброджується дріжджами.

Трегалоза (грибний цукор) має два залишки α-глюкози, пов'язаних (α1→α1)-зв'язком, у якому зайняті обидва глікозидні гідроксили, тому цей цукор є невідновним. Трегалоза міститься у грибах, водоростях, деяких вищих рослинах. У дріжджах кількість трегалози досягає 18 %.

Целобіоза – це основна структурна одиниця целюлози. У вільному стані вона зустрічається у пасоці деяких дерев. Якщо целобіоза в рослинах виявляється рідко й у невеликих кількостях, то фермент целобіаза, що її гідролізує, досить поширений. Мабуть, целобіоза дуже швидко розщеплюється, тому визначити її відчутний вміст в тканинах рослин важко. Молекула целобіози складається з двох залишків глюкози, пов'язаних (β1→4)-зв'язком. При цьому один залишок повернутий на 180°. Целобіоза є відновним цукром. Вона не зброджується дріжджами і не засвоюється тваринним організмом.

Лактоза (молочний цукор). Молочним цукром лактозу навівають тому, що вона міститься у молоці ссавців (4-5 %). При цьому молоко не має солодкого смаку, тому що лактоза в 6 разів менш солодка, ніж сахароза. У рослинах лактоза частіше знаходиться у зв'язаному стані (глікозиди, глікопротеїди).

Молекула лактози складається з β-галактози і глюкози, (β1→4)-зв'язок. Це відновний цукор, що зброджується дріжджами.

Одержують лактозу на сироварних заводах із сироватки, яка є відходом виробництва. Її використовують для приготування живильних мікробіологічних середовищ, у фармацевтичній промисловості в якості наповнювача при виготовленні порошків і таблеток. У Норвегії із сироватки, що багата на лактозу, готують сир брюност. Він має коричневий колір тому, що при тривалому кип'ятінні сироватки відбувається карамелізація лактози.

Рутиноза – це дисахарид, що зустрічається тільки у глікозидах, її молекула складається з β-L-рамнози і глюкози, (β1→6)-зв'язок.

Дисахариди, що мають у своєму складі рамнозу, гіркі на смак і додають гіркості глікозидам. Наприклад, гіркі глікозиди, що містять рамнозу, характерні для грейпфрутів.

Самбубіоза – дисахарид, до складу якого входить β-ксилоза і глюкоза, (β1→2)-зв'язок. Вона також зустрічається тільки у глікозидах.

Трисахариди. Найбільш поширений у рослинах трисахарид – рафіноза. Молекула рафінози має залишки α-галактози, α-глюкози і β-фруктози, (α1→6) і (α1→β2)-зв'язки.

Інакше кажучи, у молекулі рафінози галактоза пов'язана із залишком сахарози. Рафіноза – невідновний цукор, тому що глікозидні гідроксили всіх трьох моносахаридів зайняті у зв'язках. Рафіноза – другий за значенням транспортний цукор у флоемі рослин. Вона зустрічається в насінні (бавовник), у «манні» на корі дерев (евкаліпт). Багато рафінози міститься у коренеплодах цукрового буряка (до 1 % від кількості сахарози). При зберіганні коренеплодів вміст рафінози у них зростає. У процесі виробництва цукру рафіноза накопичується у меласі, звідки її й одержують.

Тетрасахариди. Найвідоміший у рослинах тетрасахарид – стахіоза. До складу її молекули входять два залишки галактози, залишок глюкози і фруктози. Зв'язки – (α1→6), (α1→6), (α1→β2). Інакше кажучи, до молекули рафінози приєднується ще один залишок галактози.

Уперше стахіозу одержали з коренів чистецю (Stachys), звідси її назва. Цей тетрасахарид міститься в насінні багатьох бобових (соя, горох, квасоля, сочевиця, люпин), у «манні» деяких видів ясеня, у зернах жита. Стахіоза є третім за значенням (після сахарози і рафінози) транспортним цукром у ситоподібних трубках флоеми.

Ряд харчових продуктів містить багато стахіози (до 1,0 - 1,5 %) – житній хліб, квасоля, горох, боби. У деяких людей відсутній фермент, що розщеплює цей цукор. Тому, коли вони вживають продукти, де багато стахіози, виникає дискомфорт у кишечнику. У таких випадках варто утримуватися від споживання цих продуктів.

Пентасахариди. Вербаскоза уперше виділена з коров'яку (Verbascum). До її молекули входять три залишки α-галактози, α-глюкоза і β-фруктоза, зв'язки (α1→6), (α1→6), (α1→6), (α1→β2). Отже, у молекулі цього цукру до стахіози приєднується ще один залишок галактози.

Вербаскоза – теж транспортний цукор, але її в ситоподібних трубках мало, за значенням вона йде за стахіозою.

Солодкість цукрів

Солодкий смак – одна з найважливіших ознак цукрів та їхніх похідних, які до того ж розрізняються за ступенем солодкості. Було складено таблиці солодкості цукрів та їх похідних, де стандартом для порівняння є сахароза, солодкість якої приймають за 100 одиниць. Нижче наведені показники солодкості деяких цукрів та їхніх похідних:

сахароза		ксилоза
фруктоза		мальтоза
інвертний цукор		рамноза
глюкоза		галактоза
сорбіт		рафіноза
гліцерин		лактоза

Слід сказати, що солодкий смак не є абсолютною ознакою цукрів. Існує ряд сполук, що не мають нічого спільного з цукрами за хімічною природою, але в той же час солодкі на смак. Наприклад, D-амінокислоти чи солі свинцю.

Існують природні речовини і хімічні сполуки, що мають сильний солодкий смак. Деякі з них нешкідливі для людського організму і використовуються як замінники цукру в кондитерській промисловості, при виготовленні напоїв і фруктових вод, при лікуванні діабету. Звичайно солодкий смак таких речовин у багато разів перевищує солодкість сахарози.

Сахарин – це імін сульфобензойної кислоти, але частіше використовують кристалогідрат його натрієвої солі, який за аналогією до цукрів називають кристалозою.

Сахарин у 400-500 разів солодший за сахарозу. Він не засвоюється людським організмом, його використовують як замінник цукру для надання солодкого смаку без збільшення калорійності їжі, а також у тих випадках, коли вживання цукру неприпустимо, наприклад, при діабеті. Інший відомий синтетичний замінник сахарози – аспартам. До його складу входять залишки двох амінокислот– аспарагінової та фенілаланіну. Він солодший за цукор у 180 разів. В організмі людини аспартам розщеплюється на вказані амінокислоти, які використовуються у синтезі білка. Однак при розпаді аспартаму утворюється формальдегід, що є дуже отруйною речовиною.

В результаті численних перевірок вчені дійшли висновку, що кількість формальдегіду, який виникає з дози аспартаму, необхідної для підсолоджування однієї склянки чаю, дуже мала. Наприклад, в одному апельсині його у 600 разів більше. Тому аспартам в Європі вважають одним з найбезпечніших підсолоджувачів і широко використовують у виготовленні фруктових вод, кондитерських виробів тощо.

У рослинах зустрічаються речовини невуглеводної природи, солодкість яких надзвичайно велика. Прикладом може бути глікозид стевіозид, або, за аналогією до цукру, його називають стевіозою. Він міститься в листках південноамериканської трав'янистої рослини стевії. Глікозид стевіозид у 300 разів солодший за сахарозу і використовується як її замінник.

Інший глікозид – гліциризинова кислота – в 100 разів солодший за сахарозу. Він міститься в коренях тропічної ліани хеквериті. Корінь цієї рослини називають «індійською лакрицею».

Вищі полісахариди

Вищі полісахариди – високомолекулярні речовини, молекули яких містять від декількох десятків до багатьох тисяч залишків моносахаридів. Вивчення цих полісахаридів ускладнюється труднощами їх очищення і одержання у чистому вигляді, оскільки в клітині вони звичайно зв'язані з іншими вуглеводами, білками, мінеральними речовинами. При вивченні вищих полісахаридів використовують метод введення в їхні молекули різних радикалів (–СН₃, –СОСН₃), що дозволяє легше очистити отриманий препарат, вивчити його будову і зв'язки між залишками моносахаридів. Використовують також метод м'якого кислотного або ферментного гідролізу полісахаридів, що дозволяє встановити склад їх мономерів.

Вищі полісахариди поділяють на дві групи: гомо- і гетерополісахариди. Молекули гомополісахаридів побудовані із залишків одного цукру. Так, із залишків глюкози складаються крохмаль, целюлоза, глікоген, калоза, ліхенін, а із залишків фруктози – інулін, леван. До складу молекул гетерополісахаридів входять залишки різних моносахаридів та їхніх похідних – геміцелюлози, гумі, слизи.

Молекули вищих полісахаридів можуть бути як лінійними, так і розгалуженими. Усі полісахариди цієї групи не мають відновних властивостей, тому що у зв'язках між залишками цукрів беруть участь глікозидні гідроксили.

Крохмаль – головний запасний полісахарид рослин, який відкладається у клітинах органів у вигляді крохмальних зерен (насіння, плоди, корені, бульби, кореневища, стебла). Особливо багато крохмалю в насінні рису (60-80 %), кукурудзи (65-75 %), пшениці (60-70 %), менше у бульбах картоплі (12-22%).

Крохмальні зерна не розчиняються у воді, а тільки набрякають. Якщо завись крохмальних зерен у воді поступово нагрівати, і о може бути досягнута температура, при якій крохмаль утворює дуже в'язкий колоїдний розчин – крохмальний клейстер. Температура клейстеризації неоднакова для крохмалю різних рослин. Крохмаль картоплі клейстеризується при температурі 55-65 °С, кукурудзи – при 64-71 °С, пшениці – при 60-80 °С, рису – при 70-80 °С.

Характерною властивістю крохмалю є його здатність давати синій колір при додаванні розчину йоду в йодистому калії.

Крохмаль на 96-98 % складається з вуглеводів. Інше становлять домішки – мінеральні речовини і жирні кислоти.

Вуглеводна частина крохмалю складається з двох полісахаридів: амілози і амілопектину.

Амілоза являє собою довгий нерозгалужений ланцюг із залишків α-глюкози, поєднаних (α1→4)-зв'язками. Ланцюги амілози утворюють спіраль, кожен виток якої має 6 залишків глюкози. У молекулі амілози звичайно містяться декілька паралельно розташованих спіралей.

Молекулярна маса амілози від 100 000 до 1 000 000. При дії на амілозу розчину йоду його молекули вбудовуються у витки спіралі, утворюючи комплексну з полісахаридом хімічну сполуку, що має синє забарвлення.

Амілопектин побудований із залишків α-глюкози, поєднаних (α1→4)- і (α1→6)-зв'язками, тобто молекула амілопектину має розгалужену структуру. Точки розгалуження зустрічаються через 25-30 глюкозних залишків.

Зовнішні ланцюги амілопектину, якщо вони мають більше шести залишків глюкози, можуть утворювати витки спіралі. Молекулярна маса амілопектину вища, ніж у амілози – від одного до декількох мільйонів.

Амілопектин з йодом дає червоно-фіолетове забарвлення, що є результатом адсорбції молекул йоду на полісахариді без утворення хімічних зв'язків.

Як правило, крохмаль містить 10-30 % амілози і 70-90 % амілопектину. Однак це співвідношення може змінюватися в залежності від виду або сорту рослин, а також від органа, з якого отриманий крохмаль. Так, у крохмалі з бульб картоплі міститься 22 % амілози, а з листків – 46 %. Крохмаль з воскоподібних сортів кукурудзи, рису, ячменю складається майже цілком з амілопектину і забарвлюється йодом у червоно-коричневий колір. У той же час крохмаль деяких сортів кукурудзи, гороху і ряду видів лілійних містить більше амілози – 50-70-80 %. Крохмаль яблук має тільки амілозу.

При кип'ятінні з кислотами крохмаль гідролізується до глюкози. При більш слабкому впливі – 7,5 % НС1 при кімнатній температурі протягом 7 днів – утворюється так званий «розчинний крохмаль», який часто застосовується у лабораторіях.

Крохмаль має широке практичне використання:

- він складає велику частину їжі людини (хліб, крупи, овочі, фрукти, кондитерські вироби) і кормів сільськогосподарських тварин;

- використовується у багатьох галузях харчової промисловості;

- з нього одержують глюкозу, спирт, клей, пластмаси;

- його використовують у текстильній промисловості.

Глікоген (тваринний крохмаль) міститься в тканинах тварин, у грибах, у ряді рослин (зерно цукрової кукурудзи). У дріжджах глікогену до 40 %. За складом і структурою молекул він близький до амілопектину, але відрізняється від нього більшою розгалуженістю і компактністю молекули, тому що точки розгалуження у глікогену розташовані через 10-18 залишків глюкози. Молекулярна маса його також вища, ніж в амілопектину. Глікоген розчиняється у гарячій воді, створюючи ко­оїдний розчин, що опалесціює.

Глікоген відіграє важливу роль у вуглеводному обміні тварин, грибів, дріжджів, при спиртовому бродінні.

Фруктозани – полімерні сполуки, що складаються із залишків β-фруктози. Існує два типи фруктозанів – інуліноподібні й леваноподібні. Вони розчиняються у воді й містяться в клітинному соку вакуолі. В інуліноподібних фруктозанах залишки фруктози зв'язані (β2→1)-зв'язками, а у леваноподібних – (β2→6)-зв'язками. Обидва фруктозани на початку молекули мають залишок глюкози.

Інуліноподібні фруктозани відкладаються у кореневищах, коренях, бульбах рослин із родини айстрових, дзвоникових (топінамбур, жоржини, цикорій, артишоки, кульбаба). Головним фруктозаном цієї групи є інулін, він містить 30-35 залишків фруктози.

Інулін часто супроводжується більш низькомолекулярними фруктозанами. Вони утворюють гомологічний ряд, на початку якого знаходиться дисахарид із двох залишків фруктози – β-левулін, а наприкінці – інулін. З інуліну шляхом кислотного гідролізу одержують фруктозу.

Леваноподібні фруктозани характерні для однодольних, у тому числі для рослин з родин лілійних і злакових. Левани містяться в листках, стеблах, коренях і насінні. У злаків левани функціонують як тимчасові запасні полісахариди.

У достигаючому насінні злаків (жито, пшениця, овес, ячмінь) левани містяться у великій кількості (до 30 % на суху речовину), у процесі достигання вони поступово перетворюються на крохмаль, що свідчить про легкість перетворення в рослинах фруктози на глюкозу.

Левани мають менше залишків фруктози, ніж інулін (від 7-8 до 13-24). Деякі левани утворюють слабке розгалуження із 2-3 ланцюжків.

Крохмаль, глікоген, інулін – це запасні полісахариди. Далі буде розглянута група полісахаридів, що виконують у рослині структурну функцію – компонентів клітинної оболонки. Це целюлоза, геміцелюлози і пектини.

Целюлоза (клітковина) – вищий полісахарид, основний компонент клітинної оболонки, що утворює її каркас.

У рослинах клітковина завжди пов'язана з іншими речовинами – геміцелюлозами, лігніном, пектином, ліпідами, смолами тощо. Для видалення цих сполук з клітковини вихідну речовину обробляють сумішшю NaHSO₃ і Н₂SO₃. При цьому супутні речовини переходять у розчин, і залишається чиста целюлоза – біла волокниста речовина.

Основним джерелом одержання целюлози є волокна бавовнику, луб'яні волокна прядив'яних рослин (льону, коноплі, джута, рамі), а також солома і деревина. Бавовняне волокно містить 95-98 % клітковини, лляне – 80-90 %, деревина – 40-50 %.

Целюлоза не розчиняється у воді, а тільки набрякає. Вона є дуже стійкою речовиною: не змінюється під дією слабких кислот і лугів навіть при кип'ятінні, не розчиняється в більшості звичайних розчинників. Клітковина розчиняється тільки в реактиві Швейцера [Сu(NH₃)₄]•(ОН)₂ – розчині комплексної сполуки, що утворюється при розчиненні гідроксиду міді в аміаку. З цього розчину клітковина випадає в осад при підкисленні.

Гідролізується клітковина до глюкози при кип'ятінні з концентрованою НСl або Н₂SO₄.

Молекула целюлози побудована із залишків β-глюкози, з'єднаних (β1→4)-зв'язками. Причому кожний другий залишок і глюкози повернений щодо попереднього на 180°. Це сприяє утворенню водневого зв'язку між гідроксильною групою при С-3 одного глюкозного залишку і киснем сусіднього піранозного кільця. Це перешкоджає обертанню розташованих поруч глюкозних залишків навколо їхніх глікозидних зв'язків і унеможливлює утворення спіралі, подібної до амілози. У результаті утворюється жорстка лінійна структура, у якій усі піранозні кільця розташовуються в одній площині. Це дуже важливо для речовини, що утворює каркас клітинної оболонки та забезпечує її міцність. Целюлоза являє собою суміш гомологічних молекул з молекулярною масою від декількох сотень тисяч до декількох мільйонів.

У клітинних стінках молекули целюлози зібрані у пучки – мікрофібрили, у яких вони розташовані паралельно одна до одної та пов'язані водневими зв'язками. У поперечному розрізі мікрофібрила має овальну форму.

У центрі мікрофібрили молекули (їх приблизно 50) складають так зване «ядро». У ньому молекули розташовані упорядковано, утворюючи кристалічну решітку. Навколо «ядра» приблизно 100 молекул також розташовані паралельно, але менш упорядковано. Це паракристалічна ділянка. У ній міститься деяка кількість молекул матриксу оболонки, частіше геміцелюлоз. Причому вміст їх збільшується у напрямку від «ядра» до периферії паракристалічної зони. У цю зону можуть проникати і молекули води.

Лише деякі молекули целюлози проходять по всій довжині мікрофібрили. Тому в мікрофібрилі є місця, де одні молекули закінчуються, а інші починаються. У цих місцях порушується кристалічна решітка.

Целюлоза знаходить вельми широке застосування. її використовують у целюлозно-паперовій промисловості. У текстильній промисловості з неї виготовляють бавовняні і лляні тканини. Целюлозу розчиняють у мідно-аміачному розчині, а потім його продавлюють крізь тонке сито у кисле середовище, де вона випадає в осад у вигляді дуже тонких ниток. Із них виробляють натуральний шовк – віскозу. Однак у ньому нитки складаються не з білка, а з вуглеводу – целюлози.

У молекули целюлози вводять різні радикали та одержують метил-, ацетил- або нітроцелюлозу, які є сировиною для багатьох галузей хімічної промисловості. З них виготовляють штучне волокно і тканини, шкіру, пластмаси, фарби, лаки, вибухові речовини тощо.

Целюлозу почали використовувати для виготовлення целюлозобетону, який одержують змішуванням цементу з волокнистою рослинною сировиною – рисовою соломою, бамбуком, сезалем, кокосовими волокнами, коноплями, джутом. Із суміші готують панелі, що мають усі якості залізобетону, але дешевші, легші й зручніші у житловому будівництві.

Геміцелюлози (напівклітковина) – це група вищих полісахаридів, що поряд з целюлозою входять до складу клітинних оболонок, створюючи їх матрикс. У насінні вони можуть частково використовуватися в якості запасних речовин. Досить високий вміст цих сполук у насінні, соломі, деревині, кукурудзяних качанах, висівках.

Геміцелюлози нерозчинні у воді, але розчиняються в лугах і гідролізуються кислотами легше, ніж клітковина. При кислотному гідролізі геміцелюлоз утворюються глюкоза, галактоза, маноза, ксилоза, L-арабіноза й уронові кислоти. Молекулярна маса геміцелюлоз складає декілька десятків тисяч.

Їх поділяють на три групи, кожна з яких розрізняється за складом та структурою полісахаридів. Групи одержали назву за домінуючим у них моносахаридом: манани, галактани, ксилани. Всі вони відносяться до гетерополісахаридів.

Манани містять β-манозу, β-глюкозу і β-галактозу у співвідношенні 3:1:1. Основний ланцюг складається з β-манози і β-глюкози (співвідношення 3:1), поєднаних (β1→4)-зв'язками. До деяких залишків манози приєднані (β1→6)-зв'язками поодинокі залишки галактози. Ряд залишків манози ацетильовані за С-2, рідше за С-3. Такі манани зустрічаються, наприклад, у деревині хвойних і папоротей.

Галактани в основному ланцюгу мають залишки β-галактози, поєднані (β1→3)-зв'язками. До залишків галактози (β1→6)-зв'язками приєднуються залишки дисахаридів з двох β-галактоз або двох L-арабіноз. Галактани звичайно містяться в деревині.

Ксилани різноманітніші за структурою, у них переважає ксилоза, незалежно від того чи складає вона головний ланцюг, чи розгалуження. Існує декілька груп ксиланів.

1. Основний ланцюг складається з β-ксилози, (β1→4)-зв'язки, 7 з кожних 10 залишків ксилози ацетильований за С-3, рідше за С-2. До деяких ксилозних залишків приєднана галактуронова кислота (α1→2)-зв'язком, яка містить метоксильну групу біля С-4. Іноді такі ксилани у відгалуженнях мають α-L-арабінозу за (α1→3)-зв'язком. Подібні ксилани зустрічаються у хвойних і папоротей.

2. Інший вид ксиланів містить ксилозу головним чином у бічних гілках. Такі ксилани характерні для клітинних стінок дводольних. Вони поділяються на такі підгрупи:

а) основний ланцюг складається із залишків глюкози, (β1→4)-зв'язок. Відгалуження – поодинокі залишки ксилози, (α1→6)-зв'язок;

б) деякі залишки глюкози основного ланцюга мають розгалуження у вигляді трисахариду з α-ксилози, α-L-фукози, α-галактози. Зв'язок з основним ланцюжком через ксилозу, (α1→6);

в) деякі залишки глюкози основного ланцюга мають два відгалуження: зазначений вище трисахарид і L-арабіноза, (α1→2)-зв'язок. Іноді цей ксилан пов'язаний через глюкозу з пектином.

Пектини – компоненти матриксу первинних клітинних обо­лонок. Звичайно вони також є міжклітинною речовиною, що ут­ворює серединну пластинку, яка склеює стінки сусідніх клітин. Вміст пектинів у клітинній оболонці невеликий – менше 5 %.

Характерною властивістю пектинів є здатність утворювати гелі при низькій концентрації. Тому їх використовують у харчовій промисловості як желеутворювальні агенти при виготовленні фруктових желе, мармеладу, пастили, джемів, фруктових карамельних начинок і в домашніх умовах при готуванні варення і повидла.

Вміст пектинів, %:

Яблука	0,82 – 1,29
Абрикоси	1,03
Сливи	0,96 – 1,14
Чорна смородина	1,52
Морква	2,5
Цукровий буряк	2,5

Для утворення пектинового желе необхідні певні умови: 65-70 % цукру (сахарози або гексози), рН 3,1 – 3,5 та від 0,2 до 1,5 % пектину.

У стеблах льону, як і в деяких інших прядивних рослин, луб'яні волокна склеєні пектинами. Для їх роз'єднання необхідно зруйнувати пектин, що досягається в процесі вимочування. На рослинах при цьому розвиваються бактерії, які виділяють ферменти, що розщеплюють пектини.

В основі структури молекул пектинових речовин лежить пектинова кислота. Вона побудована із залишків галактуронової кислоти, поєднаних (α1→4)-зв'язками.

Пектинова кислота може знаходитися в клітинних стінках у цільному стані або у вигляді солей і складних ефірів. У вільному стані пектинова кислота не має желеутворювальних властивостей. Солі пектинової кислоти частіше є пектатами Са і Mg. Причому зв'язки карбоксильних груп з металами можуть утворюватися в одній молекулі й у двох, поруч розташованих молекулах. Тоді зв'язуються два ланцюжки пектинових кислот.

Карбоксильні групи в пектиновій кислоті легко утворюють ефіри з метиловим спиртом. Метильована пектинова кислота називається розчинним пектином. Саме розчинний пектин і має желеутворювальні властивості. Його одержують у великих кількостях і використовують у кондитерській промисловості. При одержанні розчинного пектину уникають лужного середовища, яке може викликати омилення ефірів, а також інгібують активність ферменту пектинази, що розщеплює ефірні зв'язки, бо з цих причин втрачаються желеутворювальні властивості.

Серед пектинових речовин є також рамногалактурони – пектини, що містять L-рамнозу. Рамногалактурони складаються із фрагментів, що мають 8 залишків галактуронової кислоти, які поєднані трисахаридом із двох залишків галактуронової кислоти і рамнози. Причому рамноза пов'язана з галактуроновою кислотою (α1→2)-зв'язком. Присутність у полісахариді L-рамнози змушує ланцюжок вигинатися.

У пектинах у невеликій кількості зустрічаються арабінани і галактани. Арабінани складаються з L-арабінози, (α1→5)-зв'язок. Основний ланцюжок має поодинокі відгалуження із залишків арабінози, (α1→3)-зв'язок. Галактани – лінійні ланцюжки з β-галактози, (β1→4)-зв'язок. Звичайно арабінани і галактани пов'язані з рамногалактуроном.

Камеді (гумі) і слизи. Ці полісахариди розчиняються у воді й утворюють дуже в'язкі колоїдні розчини.

Камеді (гумі), наприклад, виділяються на гілках і стовбурах вишневих, сливових, абрикосових дерев при їх ушкодженні, утворюючи так званий клей. Слизи містяться у великій кількості в насінні ряду рослин (льону, жита, конюшини, люпину, люцерни та ін.).

Будова цих вищих полісахаридів ще не встановлена. Відомо, що при гідролізі вони утворюють глюкозу, галактозу, манозу, ксилозу, арабінозу й уронові кислоти. Причому склад різних камедей і слизів значно різниться. Так, полісахариди вишневого клею складаються із залишків галактози, манози, арабінози, глюкуронової кислоти і незначної кількості ксилози. Слизи житнього зерна майже на 90 % складаються із ксилози й арабінози і дуже невеликої кількості галактози.

Саме наявністю слизів пояснюється висока в'язкість відвару з льняного насіння і водяної бовтанки житньої муки. Останню використовують в медицині як кровоспинний і в'яжучий засіб.

Калоза – полісахарид, що міститься в ситоподібних трубках флоеми. Він відкладається на ситоподібних пластинках і в перфораціях, перетворюючи останні на вузькі канальці. Восени канальці цілком закупорюються і утворюється наплив калози – калюс. Якщо ситоподібні трубки даної рослини функціонують не один, а два-три сезони, навесні калюс розчиняється.

Калоза складається із залишків β-глюкози, пов'язаних (β1→3)-зв'язками.

Калоза відкладається в стінках клітин насіння, що розвивається, і пилкових зерен, коли відбувається формування генеративних ядер (яйцеклітина, генеративна клітина пилкового зерна). При цьому калоза виконує захисну й ізолюючу функції до завершення формування генеративной клітини, а потім полісахарид гідролізується і зникає. Відкладається калоза і в оболонці пилкового зерна, яке потрапило на приймочку несумісної з ним маточки. Калоза ізолює пилок і унеможливлює його проростання. Вона також утворюється в оболонках клітин ушкоджених тканин, ізолюючи рану.

Ліхенін – запасний полісахарид лишайників. Вміст його в деяких видах досягає 45-50 % («ісландський мох»). Молекулярна маса ліхеніна близько одного мільйона. Він розчиняється в гарячій воді і має желеутворювальні властивості. Мономером ліхеніна є глюкоза. Припускають, що залишки глюкози в полісахариді пов'язані (1→4)-зв'язками (73 %) і (1→3)-зв'язками (27 %).

Лишайники і їх полісахарид ліхенін є основним кормом північних оленів. їхній шлунково-кишковий тракт перетравлює ліхенін завдяки присутності в ньому мікрофлори, що виділяє спеціальні ферменти. Людський організм ліхенін не засвоює.

Деякі полісахариди водоростей

Мова йтиме лише про полісахариди, що мають практичне застосування.

Агар-агар – високомолекулярний полісахарид, який міститься в деяких водоростях, в основному в червоних. Агар складається, принаймні, з двох полісахаридів – агарози й агаропектину. Вважають, що агароза містить галактозу, зв'язки (α1→3) і (β1→4). Зовсім мало відомо про будову агаропектину. Припускають, що він складається з ланцюгів галактози. Деякі галактозні залишки мають складноефірні зв'язки із залишками Н₂SO₄.

Агар-агар розчиняється у воді при нагріванні, а при наступному охолодженні утворює гель. Цей полісахарид у якості желеутворювального агента використовується в кондитерській промисловості при виготовленні желе, пастили, мармеладу, джемів, у парфумерній промисловості при виготовленні кремів, у хлібобулочній – для запобігання швидкого черствіння виробів, у мікробіологічній і біотехнологічній – для приготування твердих живильних середовищ.

Альгінова кислота – компонент клітинної стінки багатьох водоростей, особливо бурих. Вона, мабуть, є аналогом пектинової кислоти, але вміст її в клітинній оболонці вище – до 30 %. Побудована альгінова кислота із залишків мануронової та L-гулуронової (уронова кислота з глюкозаміну) кислот, пов'язаних (β1→4)-зв'язками. Альгінова кислота та її солі – альгінати, особливо натрієва, широко застосовуються як стабілізатори емульсій при виготовленні морозива, лаків, фарб.

Хітин – головний полісахарид клітинних стінок більшості грибів і основний компонент панцира багатьох безхребетних. Молекули хітину являють собою довгі нерозгалужені ланцюжки, що складаються із залишків N-ацетилглюкозаміну, з'єднаних (β1→4)-зв'язками. Ланцюжки хітину, подібно до целюлози, зібрані в мікрофібрили, де вони пов'язані водневими зв'язками і мають напівкристалічну структуру. Але молекули хітину в мікрофібрилі, на відміну від целюлози, антипаралельні у кристалічному ядрі й паракристалічній зоні.

Дата добавления: 2014-01-07