Целлюлоза (клетчатка), лигнин и пектиновые вещества
9-05-2017, 15:12
Примерно пятую часть мякоти сахарной свеклы составляет клетчатка (целлюлоза). У сахарной свеклы, как и у всех высших растений, внешняя оболочка клеток состоит из целлюлозы, придающей прочность стенкам клеток.
Целлюлоза представляет собой линейный полимер, построенный из остатков глюкозы, соединенных между собой ?-глюкозидной связью, что и делает ее чрезвычайно устойчивой.
Целлюлоза нерастворима в горячей воде, практически не разлагается под действием слабых кислот и оснований. Поэтому целлюлозная часть клеток полностью сохраняется в жоме. Ее содержание в жоме составляет примерно 30 % к массе сухих веществ мякоти.
В сахарной свекле содержится небольшое количество лигнина, который связан с целлюлозой, что способствует повышению прочности клеточных стенок. Он представляет собой полимер несахаридного происхождения с очень сложной структурой, которая до настоящего времени окончательно еще не выяснена. Предполагают, что этот полимер образуется в результате полимеризации производных фенола под действием ферментов.
Пектиновые вещества.
Пектиновые вещества составляют примерно одну треть от суммарного содержания несахаров (растворимых и нерастворимых) сахарной свеклы. Растворимые пектиновые вещества (примерно 0,15%) находятся в клеточном соке, а нерастворимые - большая часть (около 2,5 %) - содержатся в мякоти свеклы.
Пектиновые вещества широко распространены в природе. Они встречаются почти во всех растениях. Эти вещества играют важную роль в жизнедеятельности растений: являются цементирующими соединениями, скрепляющими растительные клетки; благодаря своим гидрофильным свойствам предохраняют растение от высыхания.
С химической точки зрения пектиновые вещества представляют собой полисахариды, состоящие из цепей полигалактуроновой кислоты, которая является линейным полимером и состоит из остатков D-галактуроновой кислоты, соединенных глюкозидной связью 1->4.
В сахарной свекле, как и в других растениях, основную массу пектиновых веществ представляют нерастворимые в воде пектиновые вещества, получившие название протопектина.
Считается, что молекула протопектина представляет собой гетерополимер, имеющий сложную структуру. Главная цепь этого полимера состоит из большого числа молекул галактуроновой кислоты. Отдельные цепи полимера соединены моносахаридом рамнозой. К главной же цепи ковалентными связями присоединены боковые цепи гемицеллюлоз - галактанов и арабанов.
Под действием температуры, ферментов, щелочей и кислот протопектин гидролизуется с образованием растворимых веществ.
Считается, что свекловичный пектин очень чувствителен к действию щелочей. В щелочной среде происходит полная деэтерификация пектина с одновременным снижением его молекулярной массы, примерно на одну треть. На первой стадии гидролиза (в мягких условиях процесса) или под действием фермента пектиназы образуется пектин, представляющий собой частично этерифицированную полигалактуроновую кислоту, или так называемую пектиновую кислоту, содержащую группы О-СН3 - около 7 % по массе, и гемицеллюлозы (арабан и галактан), которые называют сопутствующими веществами, так как они связаны с собственно пектином непрочными ковалентными связями и освобождаются при гидролизе протопектина.
Свекловичный пектин содержит также еще около 6% по массе ацетильных групп СН3СО - в виде сложных эфиров с гидроксильными группами пектина. Поскольку свекловичный пектин содержит и свободные карбоксильные группы, то он обладает свойствами кислоты и образует соли, которые называются пектинатами. Кальциевая его соль нерастворима в воле. Именно в виде этой соли он частично осаждается на преддефекации.
Гидролиз протопектина с образованием растворимых веществ (свекловичного пектина, арабана, галактана, уксусной кислоты и метилового спирта) протекает в процессе извлечения сахара из стружки и зависит от условий протекания этого процесса - температуры, величины рН среды, продолжительности процесса.
Количество растворимых пектиновых веществ в диффузионном соке зависит от качества перерабатываемой свеклы и условий процесса извлечения сахара из стружки. При переработке незрелой и хранившейся свеклы содержание растворимых пектиновых веществ выше, поскольку в самой свекле их содержание уже изначально выше.
Расщепление пектиновых веществ под действием отдельных видов ферментов:
• пектаза (пектинэстераза) - отщепление метальных и этильных групп (деэтерификация пектина);
• пектолаза (полигалактуроназа) - гидролиз пектина с образованием галактуроновой кислоты;
• пектат-лиаза (пектиназа) - гидролиз пектина с образованием цепей полигалактуроновой кислоты.
В процессе диффузии, наряду с гидролизом протопектина, происходит под действием фермента пектазы и процесс деэтерификации пектина, т. е. отщепление эфирных групп с образованием метилового спирта, уксусной кислоты и полигалактуроновой кислоты с меньшей степенью этерификации.
На дефекации под действием высокой температуры и щелочности происходит полная деэтерификация пектина и расщепление полигалактуроновой кислоты на фрагменты с меньшей молекулярной массой (см. табл. 17).
Деэтерифицированная полигалактуроновая кислота называется постовой кислотой, а ее соли - пектатами. С известью она дает желатинозный, трудноотфильтровываемый осадок кальциевой соли, поскольку в процессе сатурации этот осадок не разлагается, так как угольная кислота является более слабой по сравнению с полигалактуроновой кислотой.
Деэтерификация пектина происходит главным образом на дефекации, на преддефекации она еще незначительна, именно поэтому на этой ступени и происходит осаждение основной части пектиновых веществ в виде нерастворимого осадка пектината кальция. Это подтверждается данными Ф. Шнайдера, приведенными в табл. 17.
Арабан и галактан под действием извести не осаждаются и полностью переходят в мелассу.
Поскольку в процессе очистки пектиновые вещества удаляются частично, то они влияют не только на процесс фильтрации (как это отмечалось выше), но и повышают вязкость продуктов, затрудняя процесс уваривания утфелей, увеличивают выход мелассы и потери сахара в ней.
Поэтому переходу пектиновых веществ в сок в процессе экстрагирования сахара из стружки необходимо уделять самое пристальное внимание, т. е. проводить процесс экстрагирования сахара при параметрах, обеспечивающих минимальный переход пектиновых веществ в сок.
Целлюлоза представляет собой линейный полимер, построенный из остатков глюкозы, соединенных между собой ?-глюкозидной связью, что и делает ее чрезвычайно устойчивой.
Целлюлоза нерастворима в горячей воде, практически не разлагается под действием слабых кислот и оснований. Поэтому целлюлозная часть клеток полностью сохраняется в жоме. Ее содержание в жоме составляет примерно 30 % к массе сухих веществ мякоти.
В сахарной свекле содержится небольшое количество лигнина, который связан с целлюлозой, что способствует повышению прочности клеточных стенок. Он представляет собой полимер несахаридного происхождения с очень сложной структурой, которая до настоящего времени окончательно еще не выяснена. Предполагают, что этот полимер образуется в результате полимеризации производных фенола под действием ферментов.
Пектиновые вещества.
Пектиновые вещества составляют примерно одну треть от суммарного содержания несахаров (растворимых и нерастворимых) сахарной свеклы. Растворимые пектиновые вещества (примерно 0,15%) находятся в клеточном соке, а нерастворимые - большая часть (около 2,5 %) - содержатся в мякоти свеклы.
Пектиновые вещества широко распространены в природе. Они встречаются почти во всех растениях. Эти вещества играют важную роль в жизнедеятельности растений: являются цементирующими соединениями, скрепляющими растительные клетки; благодаря своим гидрофильным свойствам предохраняют растение от высыхания.
С химической точки зрения пектиновые вещества представляют собой полисахариды, состоящие из цепей полигалактуроновой кислоты, которая является линейным полимером и состоит из остатков D-галактуроновой кислоты, соединенных глюкозидной связью 1->4.
В сахарной свекле, как и в других растениях, основную массу пектиновых веществ представляют нерастворимые в воде пектиновые вещества, получившие название протопектина.
Считается, что молекула протопектина представляет собой гетерополимер, имеющий сложную структуру. Главная цепь этого полимера состоит из большого числа молекул галактуроновой кислоты. Отдельные цепи полимера соединены моносахаридом рамнозой. К главной же цепи ковалентными связями присоединены боковые цепи гемицеллюлоз - галактанов и арабанов.
Под действием температуры, ферментов, щелочей и кислот протопектин гидролизуется с образованием растворимых веществ.
Считается, что свекловичный пектин очень чувствителен к действию щелочей. В щелочной среде происходит полная деэтерификация пектина с одновременным снижением его молекулярной массы, примерно на одну треть. На первой стадии гидролиза (в мягких условиях процесса) или под действием фермента пектиназы образуется пектин, представляющий собой частично этерифицированную полигалактуроновую кислоту, или так называемую пектиновую кислоту, содержащую группы О-СН3 - около 7 % по массе, и гемицеллюлозы (арабан и галактан), которые называют сопутствующими веществами, так как они связаны с собственно пектином непрочными ковалентными связями и освобождаются при гидролизе протопектина.
Свекловичный пектин содержит также еще около 6% по массе ацетильных групп СН3СО - в виде сложных эфиров с гидроксильными группами пектина. Поскольку свекловичный пектин содержит и свободные карбоксильные группы, то он обладает свойствами кислоты и образует соли, которые называются пектинатами. Кальциевая его соль нерастворима в воле. Именно в виде этой соли он частично осаждается на преддефекации.
Гидролиз протопектина с образованием растворимых веществ (свекловичного пектина, арабана, галактана, уксусной кислоты и метилового спирта) протекает в процессе извлечения сахара из стружки и зависит от условий протекания этого процесса - температуры, величины рН среды, продолжительности процесса.
Количество растворимых пектиновых веществ в диффузионном соке зависит от качества перерабатываемой свеклы и условий процесса извлечения сахара из стружки. При переработке незрелой и хранившейся свеклы содержание растворимых пектиновых веществ выше, поскольку в самой свекле их содержание уже изначально выше.
Расщепление пектиновых веществ под действием отдельных видов ферментов:
• пектаза (пектинэстераза) - отщепление метальных и этильных групп (деэтерификация пектина);
• пектолаза (полигалактуроназа) - гидролиз пектина с образованием галактуроновой кислоты;
• пектат-лиаза (пектиназа) - гидролиз пектина с образованием цепей полигалактуроновой кислоты.
В процессе диффузии, наряду с гидролизом протопектина, происходит под действием фермента пектазы и процесс деэтерификации пектина, т. е. отщепление эфирных групп с образованием метилового спирта, уксусной кислоты и полигалактуроновой кислоты с меньшей степенью этерификации.
На дефекации под действием высокой температуры и щелочности происходит полная деэтерификация пектина и расщепление полигалактуроновой кислоты на фрагменты с меньшей молекулярной массой (см. табл. 17).
Деэтерифицированная полигалактуроновая кислота называется постовой кислотой, а ее соли - пектатами. С известью она дает желатинозный, трудноотфильтровываемый осадок кальциевой соли, поскольку в процессе сатурации этот осадок не разлагается, так как угольная кислота является более слабой по сравнению с полигалактуроновой кислотой.
Деэтерификация пектина происходит главным образом на дефекации, на преддефекации она еще незначительна, именно поэтому на этой ступени и происходит осаждение основной части пектиновых веществ в виде нерастворимого осадка пектината кальция. Это подтверждается данными Ф. Шнайдера, приведенными в табл. 17.
Арабан и галактан под действием извести не осаждаются и полностью переходят в мелассу.
Поскольку в процессе очистки пектиновые вещества удаляются частично, то они влияют не только на процесс фильтрации (как это отмечалось выше), но и повышают вязкость продуктов, затрудняя процесс уваривания утфелей, увеличивают выход мелассы и потери сахара в ней.
Поэтому переходу пектиновых веществ в сок в процессе экстрагирования сахара из стружки необходимо уделять самое пристальное внимание, т. е. проводить процесс экстрагирования сахара при параметрах, обеспечивающих минимальный переход пектиновых веществ в сок.