Об углеводном составе свеклы и коллоидно

Об углеводном составе свеклы и коллоидно-диспергированных веществ
продуктов производства
С. П. Олянская, К. Д. Жура, Л. И. Загородняя, А. А. Герасименко, Б. Шапошникова
Для выделения углеводов из свекловичной стружки были использованы
обычные методы их определения в растительном сырье [1], а разделение и
идентификацию их проводили методом хроматографии на бумаге [2].
Выделение углеводов состояло из двух последовательных операций:
фиксации растительного материала и экстракции сахаров. Наиболее распространенным и удовлетворительным способом подготовки растительной ткани
для анализа растворимых углеводов является фиксация кипящим 96 %-ным
этиловым спиртом.
Измельченная свекловичная стружка обрабатывалась кипящим 96 %-ным
этиловым спиртом, который в течение 2–3 м и н денатурировал ферменты, способствуя, таким образом, сохранению первоначального соотношения свободных и связанных форм углеводов. Для полного извлечения сахаров свекловичную стружку экстрагировали 3–4 раза 80 %-ным этиловым спиртом при температуре кипения в колбе с обратным холодильником. Затем экстракты сливали
вместе и сгущали при 35–40 °С под вакуумом (во избежание разложения сахаров).
Полученный сироп растворяли в небольшом количестве воды и переносили в мерную колбочку. Для хорошего растворения сахаров на бумаге экстракт осаждали от спирторастворимых белков 10 %-ным раствором
Рb(СН3 СОО)2 с последующим удалением избытка свинца насыщенным раствором Na 2 SO 4 .
Разделение и последующее качественное определение сахаров проводили
методом хроматографии на бумаге. В качестве растворителя использовали
смесь н-бутанол–вода. После первого разделения хроматограмму высушивали
на воздухе до удаления растворителя и повторно помещали в камеру. После
трехкратного пропускания растворителя (по 24 ч ) хроматограмму вынимали,
высушивали и проявляли анилинфталатом в сушильном шкафу 10 м и н при
105 °С. В качестве свидетелей использовали 1 %-ные стандартные растворы
наиболее распространенных моносахаров: D-глюкозы, D-галактозы, Dфруктозы, D-ксилозы, D-рамнозы, D-рибозы, D-арабинозы, D-маннозы, галактуроновой кислоты, а также их смеси.
На рис. 1 А представлена хроматограмма спиртового экстракта углеводов, а на рис. 2 Б – гидролизата спиртового экстракта.
Гидролиз спиртового экстракта осуществляли 1 н серной кислотой [3] в
запаянной ампуле в течение 6 ч на кипящей водяной бане. После охлаждения
ампулу открывали и ее содержимое нейтрализовали карбонатом бария.
В спиртовом экстракте углеводов (рис. 1 А ) обнаружены (считая от стартовой линии): D-галактоза (пятно 2 ) , D-глюкоза ( 3 ) , L-арабиноза ( 4 ) , Dксилоза (5), D –рамноза (7). Содержание этих сахаров в свекле довольно незначительно, о чем свидетельствует очень слабая интенсивность окраски пятен
на хроматограмме. После кислотного гидролиза (рис. 1 Б ) в составе спиртового экстракта обнаружены: галактуроновая кислота (1), D-галактоза (2) и D-
глюкоза ( 3 ) (слившиеся в одно пятно), L-арабиноза (4 ), D-ксилоза (5), Dрибоза (6), D -рамноза (7) и два пятна ( 8 и 9 Н ) неидентифицированных вещество 9. Интенсивность окраски пятен моносахаридов гидролизата спиртового экстракта (рис. 1 Б) значительно превосходит интенсивность окраски пятен на хроматограмме спиртового экстракта без гидролиза (рис. 1 А ) .
При непосредственном хроматографировании проб диффузионного,
преддефекованного и дефекованного сока, а также сока II сатурации (после
предварительного их осветления нейтральным уксуснокислым свинцом) обнаруживаются лишь галактоза, арабиноза и галактуроновая кислота.
В состав сахарной свеклы входит довольно значительное количество гетерогенных полисахаридов, известных как пектиновые вещества. Согласно [4,
5], они состоят из кислот и нейтральной фракции. Основой пектиновой молекулы является полигалактуроновая кислота (α-1,4-D-галактуронан), которая
ковалентной связью [6] связана с сильно разветвленным L-арабаном и мало
разветвленным α-1,4-D-галактаном.
Установлено [7] также, что пектиновые вещества, выделенные из различных растительных материалов, содержат в своем составе нейтральные сахара.
Существует несколько способов экстракции полисахаридного комплекса
из растительного сырья. Нас интересовал в первую очередь состав полисахаридного комплекса, который может быть экстрагирован из свекловичной
стружки горячей водой и 1 %-ной соляной кислотой.
После предварительного экстрагирования кипящим этиловым спиртом
свободных углеводов свекловичную стружку заливали горячей водой и извлекали водорастворимый полисахарид в течение 2 ч при 95 °С. Полученный экстракт отфильтровывали и обрабатывали тремя объемами 96 %-ного этилового
спирта. Выпавший осадок отделяли, промывали этанолом и высушивали.
300 м г этого осадка гидролизовали 6 ч 1 н серной кислотой в запаянной
ампуле [3]. После охлаждения ампулу открывали и ее содержимое нейтрализовали карбонатом бария, осадок отфильтровывали, а полученный гидролизат
упаривали под вакуумом при 35–40 °С.
Для определения качественного состава полисахарида упаренный гидролизат наносили на хроматограмму. Приведенные на рис. 1 В данные показали,
что в состав полисахарида, извлекаемого из свекловичной стружки горячей
водой, наряду с D-галактуроновой кислотой ( 1 ) входит значительное количество моносахаров: D-галактоза ( 2 ) , L-арабиноза ( 4 ) , D-ксилоза (5), D-рамноза
(6), а также два неидентифицированных вещества: одно расположено на хроматограмме выше пятна галактуроновой кислоты, другое – выше рамнозы.
В последующих опытах для идентификации пятна, расположенного выше
рамнозы, в состав смеси был введен глицеринальдегид, R f которого выше, чем
R f рамнозы. Значение R f глицеринальдегида оказалось равным R f неидентифицированного вещества 8 , однако окраска пятна глицеринальдегида (лимонная)
отличалась от окраски неидентифицированного вещества 8 (коричневая).
В полисахариде, экстрагированном из свекловичной стружки 1 %-ной
соляной кислотой, оказалось больше галактуроновой кислоты и меньше нейтральных сахаров по сравнению с полисахаридом, экстрагированным из
стружки горячей водой. Качественный состав углеводов в обоих полисахаридах был одинаков.
Чтобы установить, сопутствуют ли выделенному нами полисахаридному
комплексу азотсодержащие соединения, 100 м г полисахарида, экстрагированного из стружки горячей водой, растворяли в 5 мл дистиллированной воды,
раствор отфильтровывали и наносили, на хроматограмму. Как растворитель
использовали смесь н-бутанол-уксусная кислота – вода [9], в качестве свидетелей на хроматограмму была нанесена смесь из 16 аминокислот. После проявления хроматограммы в нижней части ее было обнаружено интенсивное неразделившееся пятно, которое, по нашему предположению, могло соответствовать полипептидам. Для идентификации состава полипептида неразделившееся пятно вырезали из хроматограммы и гидролизовали 8 ч 6 н соляной кислотой в запаянной ампуле на кипящей водяной бане.
На хроматограмму наносили гидролизат полисахаридного комплекса Б ,
спиртовый экстракт А и смесь аминокислот в качестве свидетеля. Из рис. 2
видно, что полипептиды действительно сопутствуют полисахаридам. В состав
полипептидов входят следующие аминокислоты: цистин ( 1 ) , лизин ( 2 ) , гистидин (3), аргинин ( 4 ) , аспарагиновая кислота ( 5 ) , серин (6), глютаминовая
кислота ( 8 ) , аланин ( 1 0 ) , тирозин ( 1 1 ) , метионин ( 1 3 ) , фенилаланин ( 1 5 ) ,
лейцин ( 1 6 ) .
Полипептиды, сопутствующие полисахаридному комплексу, состоят
примерно из тех же аминокислот, которые присутствуют в свекле в свободном
виде (рис. 2 A), и экстрагируются спиртом. В наибольшем количестве в полипептидах содержится аспарагиновой и глютаминовой кислот и лейцина.
Представляло интерес также исследовать углеводный состав полисахаридов в продуктах свеклосахарного производства. Для этого на Саливонковском сахарном заводе были отобраны пробы диффузионного сока, сиропа и
мелассы, из них были выделены коллоидно-диспергированные вещества по
методике [8]. Гидролиз этих веществ проводили 6 ч 1 н серной кислотой, гидролизаты нейтрализовали карбонатом бария и после отфильтровывания осадков наносили на хроматограммы.
На рис. 3 представлены хроматограммы соответствующих гидролизатов.
Полученные данные показывают, что в состав коллоидно-диспергированных
веществ диффузионного сока А , сиропа Б , мелассы В входят те же моносаха-
риды, которые присутствуют в полисахаридном комплексе, выделенном из
свеклы.
В составе полисахаридов коллоидно-диспергированных веществ в наибольшем
количестве содержатся: галактуроновая кислота ( 1 ) , L-арабиноза ( 4 ) , Dгалактоза ( 2 ) , в меньшем количестве – D-ксилоза (5), D-рамноза ( 6 ). Во всех
гидролизатах присутствует неидентифицированное вещество – H расположенное на хроматограмме выше галактуроновой кислоты.
ВЫВОДЫ
1. В состав сахарной свеклы, кроме сахарозы, глюкозы и фруктозы, входят моносахариды: D-галактоза, L-арабиноза, D-ксилоза, D-рамноза.
2. В состав гетерогенного полисахаридного комплекса, экстрагируемого
из свекловичной стружки горячей водой и 1 %-ной соляной кислотой, наряду с
D-галактуроновой кислотой входят нейтральные моносахариды: D-галактоза,
L-арабиноза, D-ксилоза, D-рибоза, D-рамноза. Аналогичный качественный состав моносахаридов имеют коллоидно-диспергированные вещества диффузионного сока, сиропа и мелассы.
3. Полисахаридному комплексу свеклы сопутствуют белковые соединения в виде полипептидов, в составе которых преобладают аспарагиновая и
глютаминовая кислоты, аланин и лейцин.
4. Учитывая сложность химического состава полисахаридного комплекса
и то, что часть полисахаридов проходит через весь производственный процесс
и доходит до мелассы в виде коллоидно-диспергированных веществ, следует
особое внимание уделить их накоплению при экстрагировании сахарозы на
диффузии.
ЛИТЕРАТУРА
1. Белозерский А. Н., Проскуряков Н. И. Практическое руководство по биохимии растений. «Советская наука», 1951.
2. Зайцева Г. Н., Афанасьева Т. П. Биохимия, 22, вып. 3, 1967.
3. Хайс И. М., Маце к К. Хроматография на бумаге. ИЛ, М., 1962.
4. Нirst Е. L., Jоnеs J. К. N. Advances in Carbohydr. Chem., № 2, 235, 1946.
5. Jоs1уn M. A. Advances Food Res., 11, 1, 1962.
6. Neukom H., Deuel H, Kündig W. Helv. Chim. Acta, 43, 64, 1960.
7. Me Сreadу R. М., GeeM. J. Agric. Food Chem., 8, 510, 1960.
8. Думанский А. Д., Xарин С. Е. Влияние коллоидов на процессы сахароварения. Изд. АН УССР, Киев, 1950.
9. Олянская С. П., Жура К. Д. Изв. вузов СССР, Пищевая технология, № 1, 49,
1969.