Гемицеллюлозы и пентозаны
Под термином «гемицеллюлозы» в биохимии зерна подразумевают обычно не растворимые в воде, в кислотах и щелочах полисахариды, содержащиеся в клеточных стенках оболочек и эндосперма зерновок. При гидролизе их молекулы образуются пентозы (d-ксилоза и l-арабиноза) и некоторое количество гексоз и их производных: d-галактоза, d-глюкоза, d-глюкуроновая кислота и 4-0-метил-d-глюкуроновая кислота. Наиболее высокое содержание гемицеллюлез отмечается в клеточных стенках обол очечных частиц; в отрубях сортового помола количество их доходит до 40%, в муке высшего сорта — от 1,5 до 2,0%. По-видимому, гемицеллюлозы могут расщепляться соответствующими ферментами, однако эти ферменты зерна мало известны.
За последнее время большое внимание уделяется пентозанам — растворимым в воде полисахаридам, состоящим в основном из пентоз, но содержащих также и остатки гексоз. Характерной особенностью пентозанов является их способность давать очень вязкие водные растворы, которые при воздействии окислителей превращаются в прочные студни. Общее содержание растворимых пентозанов, называемых нередко также слизями и гумми, в муке сортового помола невелико (от 0,8 до 1—5% массы муки). Эти вещества играют значительную роль в технологическом процессе выработки пшеничного и ржаного хлеба.
Прежде всего, растворимые пентозаны обладают очень высокой способностью поглощать воду — 1 г пентозанов поглощает около 15 г воды; следовательно, суммарная величина водопоглотительной способности всей муки в значительной степени зависит и от содержания в ней пентозанов. Далее, уже 4%-ный раствор пентозанов в воде имеет консистенцию плотного студня. Если пересчитать общее количество воды, поглощенной тестом при его замесе (в среднем, 65% массы муки), на ту ее часть, которая поглощена пентозанами, то окажется, что раствор последних будет иметь концентрацию около 4%, иначе говоря, они образуют студень, укрепляющий всю структуру теста.
Детальные исследования строения и свойств водорастворимых пентозанов муки наталкивается на большие трудности вследствие того, что в раствор переходит также ряд веществ как углеводного, так и неуглеводного характера. Применяя методы последовательного осаждения, растворения и обработки амилолитическими и протеолитическими ферментами, оказалось возможным выделить и исследовать препараты собственно пентозанов, свободные от крахмала и значительной части белков. Хроматографией этих препаратов на колонках с ДЕАЕ-целлюлозой (анионит) было выделено пять различных фракций (рис. 16, табл. 36). Первая фракция представляла собой чистый арабиноксилан, имеющий линейную цепочку остатков ксилозы, к которой прикреплены боковые группы — остатки арабинозы (рис. 17). Наличие этих остатков арабинозы препятствует ассоциации цепей ксилана и обусловливает растворимость молекулы этого соединения в воде; при отщеплении арабинозы ферментом d—l-арабинофуранозадаза оставшийся ксилан выпадает из раствора.
Остальные четыре фракции пентозанов, полученные при хроматографии, кроме арабиноксилана, содержали еще арабиногалактан и прочно связанный с углеводными цепочками белок. Таким образом, около половины водорастворимых пентазонов представляет собой гликопротеин. Дальнейшее исследование показало, что прочный гель при воздействии окислителей образует именно эта гликопротеиновая фракция, арабиноксилан, не содержащий белка, не реагирует с окислителями. Было показано также, что гликопротеин содержит некоторое количество феруловой кислоты, которая очень легко окисляется. На основании этих данных можно представить гипотетическую структуру гликопротеина пентозановой фракции пшеничной муки в следующем виде.
При этом имеются не менее трех возможных путей соединения белка с молекулой арабиноксилана, содержащей, кроме того, и феруловую кислоту. По-видимому, именно последняя и принимает участие в изменении свойств раствора гликопротеина при окислении, образуя внутримолекулярные поперечные связи. Изучение условий образования геля под действием таких окислителей, как перекись водорода, йодаты и хлораты, показало, что наиболее быстрое превращение раствора пентозанов в студень происходит в кислой среде (pH 5,0-4,0), значительно медленнее в нейтральной и не происходит совсем при pH 9,0, Ряд органических соединений (аскорбиновая кислота, ариламины и алкиламины) ингибируют реакцию образования студня, так же как некоторые соли тяжелых металлов. Образовавшийся студень эластичен, нерастворим в воде и необратимо разрушается под действием высокой температуры.