Особенности состава и строения макромолекул гемицеллюлоз недревесной биомассы

К гемицеллюлозам относят группу нецеллюлозных полисахаридов клеточных стенок высших растений, способных извлекаться из них водными растворами щелочей и гидролизоваться разбавленными растворами кислот при кипячении. Вследствие меньшей, по сравнению с целлюлозой, устойчивости к гидролизу, гемицеллюлозы относят к легкогидролизуемым полисахаридам [15].

Под гемицеллюлозами понимают не индивидуальное вещество, а группу веществ, легко растворимых в холодном или горячем водном растворе щелочи, но нерастворимых в холодной воде. В клеточной стенке они образуют с лигнином аморфное вещество, которое придает прочность клеточным стенкам. [16].

Гемицеллюлозы — нецеллюлозные полисахариды, макромолекулы которых построены из звеньев ксилозы, маннозы, глюкозы, галактозы, рамнозы и 4-О-метилглюкуроновой кислоты [17].

Макромолекулы гемицеллюлоз разветвлены и построены из пентоз (ксилозы, арабинозы) или гексоз (маннозы, галактозы, фруктозы); степень полимеризации 50−300; молярная масса значительно меньше, чем у целлюлозы. В древесине хвойных пород преобладают полисахариды, состоящие из гексоз (гексозаны, чаще глюкои галактоглюкоманнаны), в лиственных — из пентоз (пентозаны, преимущественно ксилан). Гемицеллюлозы лиственной древесины близки по составу гемицеллюлозам других растительных материалов [18].

Значительный вклад в изучение гемицеллюлоз недревесного растительного сырья был внесен целым рядом исследователей [19]. Филлипс и Дэвис показали, что в некоторых фракциях гемицеллюлоз люцерны содержатся значительные количества ксилозы, заметные количества уроновой кислоты и небольшое количество арабинозы. Те же исследователи выделили из волокон сахарного тростника гемицеллюлозную фракцию, в которой после гидролиза содержалось около 22 молей ксилозы, 1 моль арабинозы и около 0,9 моля D-глюкуроновой кислоты. Вейе и Филлипс, изучавшие гемицеллюлозы стеблей кукурузы, показали, что в одной из полученных ими фракций содержалась глюкуроновая кислота, арабиноза и ксилоза в молярном соотношении 2:7:19.

Следует отметить, что во всех этих случаях преобладала ксилоза и обычно в небольших количествах присутствовала также арабиноза. Присутствовавшая уроновая кислота оказалась в большинстве случаев глюкуроновой. Таким образом, и в составе многих гемицеллюлоз однолетних растений имеется, по крайней мере, внешняя закономерность.

Однако изучая гемицеллюлозы овсяной лузги, Андерсон обнаружил иную картину. В продуктах, полученных им путем гидролиза, содержалась Dксилоза, L-арабиноза и альдотриуроновая кислота, состоявшая из 2 молей галактозы и 1 моля D-глюкуроновой кислоты [20].

В работе W. Klyne [21] приведены результаты исследования структуры ксиланов из стеблей растений, принадлежащих к двум родам семейства Fagopyrum sagittatwn Gilib (общий гречихи), широко распространенных и экономически важных сельскохозяйственных культур. Арабиноглюкуроноксиланы являются преобладающими среди гемицеллюлоз, выделенных из стеблей Fagopyrum sagittatum и Polygonum weyrichi. Полимеры были получены разбавленным раствором гидроксида калия и были очищены с помощью медных комплексов. Однородность полисахаридных препаратов показал электрофорез и хроматография на геле.

Таблица 2 — Моносахаридный состав ксиланов, (в %).

Ксиланы Fagopyrum sagittatum и Polygonum weyrichi сложны по мономерному составу и отличаются от ксиланов ряда других однолетних растений высоким содержанием уроновых кислот в сочетании с небольшим количеством арабинозы. Степень полимеризации арабиноглюкуроноксиланов Fagopyrum sagittatum и Polygonum weyrichi соответственно, 164 и 137. Полисахариды были метилированы и метиловые эфиры подвергались гидролитической деструкции. Состав гидролизатов определялся гель-хроматографическим методом.

Таблица 3 — Состав гидролизатов ксиланов Fagopyrum sagittatum и Polygonum weyrichi, (молярные коэффициенты).

Преобладание в гидролизатах метилированных продуктов 2,3-ди-Ометилксилозы дает основания предполагать, что основной цепи макромолекулы построены из ксилопиранозных остатков и связаны друг с другом в 1>4 образом.