Пектинові речовини рослин роль пектинових речовин в рослинах

Першорядну роль у виробництві мармеладо-пастильних виробів грає процес студнеобразования, від якого залежить своєрідна структура-мармеладов і пастили.

Процес студнеобразования визначається в першу чергу властивостями пектинових речовин, що входять до складу переробляється фруктово-ягідної сировини. Тому знання фізико-хімічних властивостей пектинових речовин, їх складу і будови є ключем до розуміння технології даної групи виробництв.

Пектинові речовини являють собою складову частину рослинної тканини. Речовина стінок клітин останньої складається з целюлози в шарі, зверненому до протоплазмі. У напрямку до зовнішнього шару целюлоза переходить в гемицеллюлозу. У зовнішньому ж шарі клітинних стінок відкладається скорозшивач, яке частково розташовується в міжклітинних просторах, утворюючи серединні пластинки рослинної тканини. Це речовина отримала назву пектин (від грецького слова рektos - студнеобразная, що згорнувся), так як воно має здатність утворювати холодець.

Таким чином, плодова тканину складається з окремих клітин або клітинних волокон, з'єднаних між собою природним цементуючим розчином,

Роль цього цементу в даному випадку виконує пектин або, вірніше, пектинові речовини, так як ми маємо тут справу з сумішшю речовин.

Було б, однак, неправильно уявляти собі пектинові речовини плодів тільки як сполучні речовини, так як, крім їхньої присутності в клітинних стінках і в межклетниках, відоме кількість пектинових речовин міститься нерідко в розчиненому вигляді і в клітинному соку (особливо в зрілих плодах).

Пектинові речовини зустрічаються як в зелених, так і в бесхлорофіллових частинах рослин: в листі і плодах дерев і кущів, в бадиллі і в м'ясистих стовщеннях коренеплодів. Є свідчення про присутність їх в камбіального шарі молодих дерев.

Пектинові речовини виконують певну роль в процесі обміну речовин рослинної тканини. Вони мають здатність зв'язувати воду і набухати. Тому призначення їх в рослинах полягає ще і в тому, що вони є одним з носіїв запасу води. Зв'язування води на пектинові речовини обмежує розвиток ферментативних і хімічних процесів в плодової тканини. Пектинові речовини сприяють утриманню води в різних органах рослини, оберігаючи їх від висихання. Цими властивостями пектинових речовин, наприклад, визначається значною мірою «лежкість» фруктів і ягід, т. Е. Їх здатність до тривалого зберігання після збору.

У процесах переробки рослинної сировини пектинові речовини відіграють важливу роль: іноді позитивну - в виробничих процесах завяливания чайного листа, ферментації тютюну; іноді негативну, наприклад, у виробництві фруктово-ягідних соків, при обробці льону, дифузії цукрового буряка і ін., де пектинові речовини є небажаними супутниками целюлози в волокнах або діють як мутеобразующіе або патокообразующіе агенти.

Більшість дослідників характеризують пектинові речовини як продукти розпаду целюлози і геміцелюлози.

Пектинові речовини в рослинах знаходяться в стані постійних змін. Вони безперервно змінюють свій хімічний склад і фізичні властивості в процесі розвитку рослини, зростання плодів і їх дозрівання, переходячи з однієї форми в іншу.

Протопектин і його гідроліз

Протопектин -предшественнік «істинних» пектинів в рослинах. У плодах недозрілих або знаходяться в періоді зростання, пектинові речовини містяться переважно у вигляді протопектину. Під цією назвою позначають нерозчинний в холодній воді пектинові речовини, що входить до складу матеріалу клітинних стінок і серединних пластинок, на відміну від розчиненого, так званого вільного пектину, що входить до складу клітинного соку зрілих плодів. Назва «протопектину» пояснюється тим, що ця речовина розглядається як первісна, початкова форма пектинових речовин.

У чистому вигляді протопектину до сих пір не був ізольований, так як, користуючись відомими в даний час способами виділення пектинових речовин, ми завжди отримуємо частково гідролізований протопектину поряд з продуктами його гідролізу.

Подібно целюлози, протопектин не розчиняється в холодній воді, але на відміну від целюлози він легко гідролізується гарячою водою і не розчиняється в реактиве Швейцера (розчиннику для клітковини). Він не має здатності до студнеобразованию, яка властива лише деяким продуктам його неглибокого гідролізу.

Гідроліз протопектину в воді починається з температури 80- 85 °. При цьому протопектин розщеплюється на розчинна пектинові речовини (ця речовина і є власне пектин) і целюлозу.

При обробці протопектина слабкими розчинами кислот і лугів відбувається кислотний або лужний гідроліз протопектину. В результаті такого гідролізу виходить також суміш розчинених пектинових речовин, склад яких не збігається зі складом пектину, отриманого в результаті гідролізу гарячою водою.

Про склад і будову протопектина в даний час поки що немає єдності думок. Хімічні та мікроскопічні дослідження ряду авторів приводять до припущення, що протопектину представляє з'єднання пектину з целюлозою, будучи як би проміжною формою між цими речовинами.

Дослідженнями ботаніків за допомогою х-променів і кольорових реакцій встановлено, що протопектину рослинної тканини, особливо той різновид його, яка зустрічається в межклетниках, складається переважно з нерозчинних полігалактуронатов кальцію або з кальцієвих і магнієвих солей пектинових і пектовой кислот (пектинати і пектати Са і Mg).

Жорсткість недозрілих плодів пояснюється присутністю в них протопектину. Природний гідроліз протопектину відбувається в живій рослинної тканини головним чином під дією ферментів. Цей процес аналогічний описаному вище тепловому гідролізу. Передбачається, що при цьому діє фермент протопектіназа.

Є вказівки, що природні перетворення протопектину розвиваються під дією перекису водню, що утворюється в тканини плодів. А освіта перекису каталізу дегідрогеназ, присутніми в рослинній тканині. Ця гіпотеза не отримала повного підтвердження.

Важливе значення для протікання природного гідролізу протопектину має дію сонячних променів (теплове і хімічне) і дію кислот, що містяться в складі плодів. Чим більше плоди піддаються дії сонячних променів і чим вища кислотність плодів, тим інтенсивніше проходить природний гідроліз протопектину, а також і подальший розпад пектинових речовин.

Гідроліз протопектину найбільш вивчений в плодах. Цей процес, що відбувається в свіжих плодах, викликає ті зовнішні зміни, якими характеризується дозрівання плодів.

У міру того як протопектину переходить в розчинний пектин, клітини м'якоті, які раніше були міцно склеєні між собою, виявляються оточеними більш ніжною студнеобразной масою розчинної пектину. Плоди поступово стають м'якше, завдяки роз'єднання клітин тканини відбувається розпушення м'якоті, характерне для дозрівання плодів. Цей процес протилежний процесу росту плодів. У період зростання зелені плоди, так само як і інші зелені частини рослини, виконують відомі творчі функції (явище фотосинтезу і ін.). Процес дозрівання є в основному процес руйнування плода, в якому переважають явища розпаду первісного речовини (розщеплення вуглеводів, кислот і ін.). Гідроліз пектинових речовин є одним з найбільш яскравих проявів цього розпаду.

Сказане вище стосується в основному до плодів або до частин рослин, які піддаються дії сонячних променів (плоди дерев і чагарників, кошики соняшнику). Пектинові речовини коренеплодів (буряка, моркви та ін.) Не схильні до дії кислот і прямих сонячних променів, тому гідроліз їх в тканини рослини розвивається набагато повільніше і в складі їх переважає нерозчинна протопектіновая фракція.

Склад пектинових речовин. Будова молекули пектину

У зв'язку з труднощами виділення пектинових речовин в чистому вигляді до останнього часу існувала низка неясностей і протиріч з питання про хімічний склад їх.

Еволюція поглядів з цього питання може бути зараз коротко представлена ​​в наступному вигляді.

Ранніми дослідженнями було встановлено присутність у складі пектинового комплексу Арабаев і галактан.

При дослідженні золи пектинових речовин (протопектину) було встановлено, що вона в основній масі складається з кальцію і магнію, з переважанням кальцію.

Було також показано, що при обробці пектину їдким натром відбувається відщеплення метоксільних груп СН30. У розчині при цьому виходить натрієва сіль органічної кислоти пектину і метиловий спирт (відбувається омилення пектину). Таку ж дію, як і їдкий натр, на пектин надають інші луги і лужно реагують речовини. Після повного омилення пектину лугом і після видалення іонів металу з отриманої солі залишається вільна кислота, яку спочатку називали пектиновой кислотою.

На підставі зазначених спостережень був зроблений висновок, що пектин є метиловим ефіром пектиновой кислоти.

Надалі в зв'язку з виявленням в складі пектинових речовин Арабаев, кальцію і магнію було припущено, що вони представляють суміш Арабаев з кальцієво-магнієвої сіллю пектиновой кислоти.

Обидві ці складові частини відрізняються один від одного за своїми хімічними і фізичними властивостями. Так, наприклад, Арабан є левовращающего, в той час як вся інша частина комплексу є правовращающей. Арабан розчиняється в спирті, а кальцієво-магнієва сіль пектиновой кислоти нерозчинні в ньому. Остання властивість було використано для помсти Арабаев від основного комплексу пектину. Арабан витягується з пектину шляхом тривалої обробки останнього 70% - іим спиртом. В осаді при цьому залишається кальцієво-магнієва голота пектиновой кислоти. Додатком НCl до спирту при добуванні Арабаев досягається видалення Са і Мg з вказаною солі. Отриманий таким чином нерозчинний залишок розглядали як пектинову кислоту.

В подальшому з спіртонерастворімой частини пектинового комплексу було виділено кристалічна речовина, близьке за своїми властивостями до галактози і до глюкуроновою кислоті. Це речовина, що становить основну масу пектину, було ідентифіковано як галактуроновая кислота.16.1

Галактуронова кислота є альдегідокіслот, яка виходить при обережному окисленні галактози аналогічно тому, як при такому ж окисленні глюкози з останньої виходить її ізомер-глюкуронова кислота.

Галактуронова кислота під дією кислоти при нагріванні відщеплює СО2 і утворює фурфурол.

Спочатку вважали, що галактуроновая кислота становить основу пектинового комплексу у вигляді полимеризованной молекули тстрагалактуроновой кислоти.

Остання має в своєму складі 4 молекули d-галактуроновой кислоти, від яких відібрано 4 молекули води.16.2

При цьому передбачалося, що тетрагалактуроновая кислота, яка утворює ядро ​​пектиновой молекули, має будова замкнутого кільця.

Результати нових робіт показали, що основне ядро ​​пектиновой молекули складається не менше ніж з 8-10 залишків галактуроновой кислоти і що неуронідние складові частини пектину, т. Е. Галактоза і арабиноза, є лише супутніми речовинами по відношенню до пектину. Вони не знаходяться в стехіометричних відносинах з полігалактуронових ядром і слабо пов'язані з останнім.

Пізніше було встановлено, що пектиновий комплекс насправді має в основі своїй полігалактуронових ядро, що складається з багатьох залишків галактуроновой кислоти, але що останні з'єднані між собою у відкритій ланцюга. Так, наприклад, за допомогою рентгенографічних і рефрактометричних досліджень нитро- і ацетілоефіров пектину було доведено, що молекула пектину має цепеобразность будова зразок молекули крохмалю і целюлози.

За своєю довжиною молекула у пектинових ефірів менше, ніж у ефірів целюлози, і більше, ніж у ефірів крохмалю.

Карбоксильні групи залишків галактуроновой кислоти насичені радикалами метилового спирту.

Полігалактуронових ланцюг метоксильованих пектину представляється за новітніми стандартів у галузі наступному вигляді:16.3

Кожна ланка ланцюга являє собою шестичленное кільце, що складається з п'яти вуглеців і одного кисню. Окремі ланки з'єднані між собою в положеннях 1: 4.

За наявними даними молекулярна вага очищеного пектину досягає 100 000 і вище, а полігалактуронових ланцюг містить не більше 12 залишків галактуроновой кислоти-метоксильованих або позбавлених метоксілов (М відповідно дорівнює 190 або 176). Звідси випливає, що близько 80 ланцюгів повинні бути пов'язані між собою в одному пучку, щоб утворити молекулярний агрегат пектину.

На підставі того, що полігалактуронових ядро ​​пектину відрізняється стійкістю проти дії гидролизующих агентів і володіє позитивним обертанням, передбачається, що беруть участь в пектиновом ядрі радикали d-галактуроновой кислоти мають пиранозного структуру.

Кількісний вміст СН30 в пектин становить 10-12% за вагою полігалактуронідной частини. Це зміст СН30 відповідає ступеню метоксилювання, рівній 75% по відношенню до всієї кількості карбоксильних груп полігалактуронової ланцюга.

Ряд авторів виявив присутність в пектинових препаратах різного походження до 13,0% оцтової кислоти. Інші автори заперечують наявність оцтової кислоти в складі пектину. В даний момент можна вважати, що оцтова кислота і вигляді ацетильних ефірних груп СН3СО бере участь лише в складі бурякового пектину.

Мінеральні складові частини представлені в пектиновом комплексі у вигляді Са, М £ і їх солей. У процесі природного освіти пектинового комплексу відбувається приєднання катіонів Са і Мg до політалактуроновой ланцюга шляхом заміщення водню карбоксильних груп.

Передбачається, що іони Са і (і ін. Полівалентних металів), перебуваючи в пектиновой молекулі, пов'язують карбоксильні групи суміжних ланцюгів головних валентностей і з'єднують останні між собою.

Крім Са і Мg, в складі золи пектинів знайдені незначні кількості Fе, А1 і SiO2.

Кількісний вміст зольних елементів в нативному пектине не могло бути точно визначено в зв'язку з тим, що витяг пектину з рослинної тканини відбувається зазвичай при впливі кислот, що веде до більш-менш сильною демінералізації пектину.

Слід зазначити, що наявні розбіжності щодо окремих складових частин пектинових речовин викликаються різницею в методах вилучення останніх з вихідного матеріалу. Необхідно вказати також, що відмінності в хімічному складі пектинів залежать ще й від походження їх.

Додати коментар

Вашу адресу електронної пошти не буде опублікований. Обов'язкові поля позначені *