Hemicelulózy (HMC) jsou rostlinné homo- a heteropolysacharidy s nižší molekulovou hmotností než má celulóza (10 000-40 000), sestávající ze zbytků různých pentóz a hexóz . Hlavními složkami hemicelulóz jsou glukany, xylany, mannany, galaktany, fruktosany, arabinogalaktany atd. Xylany obsahují především rostliny . Hodně HMC v semenech , semenech, slámě , slunečnicových slupkách, slupkách bavlníkových semen , kukuřičných klasech. V průměru představují hemicelulózy asi 25 % (hmotnostních) organické hmoty jednoletých rostlin.
Hydrolýzou HMC vzniká rozmanitá sada sloučenin: D-fruktóza, D-xylóza, D-galaktóza, D-manóza, L-arabinóza, L-rhamnóza, D-glukóza, D-galakturonová a 4-O-methyl-D- glukuronové kyseliny, které jsou přítomny ve formě postranních větví. Monosacharidy jsou součástí HMC ve formě furanózy a pyranózy, uronové kyseliny ve formě pyranózy. Jednotlivé monosacharidy v HMC jsou spojeny vazbami β-1→2-, β-1→3-, β-1→4 a β-1→6.
Polysacharidy HMC jsou nezbytnou součástí rostlinných buněčných stěn [1] a plní především strukturální funkce inkrustací celulózy. V některých případech, spolu se škrobem , jsou HMC polysacharidy rezervními živinami. Jsou také součástí buněčných stěn různých mikroorganismů .
Na rozdíl od celulózy jsou HMC snadno hydrolyzovatelné polysacharidy . Extrahují se z rozdrcených odtučněných a odresinovaných tkání nebo delignifikovaných surovin vodnými roztoky alkálií, dimethylsulfoxidu . Z výsledných roztoků se HMC vysráží alkoholem , acetonem , Fehlingovým činidlem , solemi, oddělí se odstředěním , promyje se a lyofilizuje.
Polysacharidy HMC se vyznačují řadou vlastností, které jsou způsobeny různým uspořádáním vazeb v polymerním řetězci, typem vazby mezi monosacharidovými zbytky , stupněm a povahou větvení vazeb, molekulovou hmotností a obsahem různých funkční skupiny.
Arabinany jsou polysacharidy doprovázející pektinové látky v rostlinných pletivech. Izolováno z různých druhů surovin ( kořeny cukrové řepy , arašídy , jablka , citrusové plody ). Jsou rozpustné ve vodě , snadno hydrolyzovatelné .
Xylany jsou nejběžnější polysacharidy patřící do skupiny hemicelulóz. Jejich molekulová hmotnost je přibližně 40 000 Da. Makromolekuly jsou rozvětvené, hlavní nejdelší řetězec tvoří zbytky D-xylopyranózy propojené β-vazbou v místě 1→4 atomů uhlíku. Jako součást vedlejších nalezených méně rozvětvených řetězců: L-arabinóza, D-xylóza, kyselina glukuronová a její methylester , méně často D-glukóza a D-galaktóza. Různé druhy rostlin a jejich anatomické části se vyznačují různým složením postranních řetězců polysacharidů, což má vliv i na kvalitu potravinářských výrobků.
Galaktany – jejich množství se pohybuje od 1 do 16 %, tvoří buněčné stěny různých rostlin. Struktura makromolekul galaktanu závisí na druhu rostlinného materiálu. Sulfátované galaktany izolované z řas mají výrazné gelující vlastnosti a jsou široce používány v cukrářském průmyslu. Dělí se do dvou skupin agar a karagenan. Agar je směs dvou polysacharidů, agarózy a agropektinu. Karagenany jsou vyrobeny z jednotek sulfonované galaktózy a 3,6-anhydrogalaktózy. Sulfátované polysacharidy jsou široce používány v cukrářském průmyslu při výrobě želé , marmelád , kissels a dalších potravinářských výrobků.
Mannany - tvoří buněčné stěny jehličnatého dřeva , kvasinek , řas a dalších surovin. Jsou sestaveny ze zbytků D-mannapyranózy spojených 1 → 4 nebo 1 → 6 vazbami. Patří mezi ně galaktomannan, glukomannan, galaktoglukoman. Molekuly mohou být lineární nebo rozvětvené, postranní řetězce jsou spojeny s hlavním řetězcem 1→4 nebo 1→3 vazbami.
Fruktany - vyskytují se v zrnech pšenice , ječmene a dalších krytosemenných rostlin, v topinamburu , bylinách , bakteriích . Fruktany jsou vytvořeny ze zbytků fruktózy spojených na místě 2 → 1 nebo 2 → 6 atomů uhlíku . Patří mezi ně inulin , asparagosin a další látky.
Role hemicelulóz v lidské výživě je různorodá. Pro lidské tělo jsou neškodné a tráví se v závislosti na struktuře na 69% - 95%. HMC slouží jako zdroj energie, ovlivňují metabolismus lipidů, hrají roli enterosorbentů , snižují cholesterol , sorbují mikroflóru , soli těžkých kovů.
Hemicelulózy poskytují nekovalentní zesítění jednotlivých celulózových fibril. V této souvislosti se v moderní biologii rostlin navrhuje používat funkční termín: zesíťující glykany. [2]
Dřevo kromě celulózy obsahuje další polysacharidové látky, mezi které patří hemicelulózy. Jsou méně odolné vůči zředěným kyselinám, které hydrolyzují a na rozdíl od celulózy se rozpouštějí ve zředěné alkálii. Protože hemicelulózy jsou látky představující kromě celulózy a škrobu všechny polysacharidy a jejich deriváty přítomné ve dřevě, bylo navrženo mnoho kritérií pro jejich klasifikaci.
Nejběžnější je dělení na hemicelulózy, snadno a obtížně hydrolyzovatelné. Na rozdíl od celulózy jsou makromolekuly hemicelulózy složeny nejen ze zbytků glukózy, ale také z jiných jednoduchých cukrů, jako je xylóza , manóza a galaktóza . Hemicelulózy mají nižší stupeň polymerace (SP<300) než celulóza, nižší strukturní pravidelnost a strukturní řád, což je činí méně odolnými vůči degradaci. Charakteristickým znakem všech hemicelulóz je jejich dobrá rozpustnost ve zředěných alkáliích . Název hemicelulóza zavedl Schulze v roce 1891 pro necelulózovou část sacharidů nacházející se v rostlinách. Rogwin představil obecně přijímaný koncept hemicelulózové separace. Jako kritérium pro dělení hemicelulóz přijal konstrukci jejich základních jednotek a makromolekul.
Na základě chemické struktury hemicelulózy ji lze rozdělit na:
sestávající ze zbytku stejných jednoduchých cukrů
sestávající ze zbytků různých jednoduchých cukrů
divize Schulze:
hexosany s obecnými vzorci:
V přítomnosti anorganických kyselin se pentosany hydrolyzují na pentózy:
(C 5 H 8 O 4 ) n + nH 2 O → n C 5 H 10 O 5 a hexosany se za stejných podmínek hydrolyzují na hexózy:
(C 6 H 10 O 5 ) n + nH 2 O → n C 6 H 12 O 6 Hexosany a pentosany jsou polymery sestávající z glykosidických zbytků spojených s pentózou nebo hexózou. Celulózy jsou součástí hemicelulóz, které se obtížněji hydrolyzují. Skládají se převážně z xylanu a mananu. Mohou být také přítomny jako směsné celulózy, např. arabogalaktan, galaktomannan, galaktomannoxylát.
Ivanova L. A., Voino L. I., Ivanova I. S. Biotechnologie potravin. Rezervovat. 2. Zpracování rostlinných surovin / Ed. I. M. Gracheva. - M.: KolosS, 2008. 472 s.: 212-214.