Pentozanele

Pentozanele

Pentozanele se gasesc aproape in toate speciile lemnoase, cantitati mai mari existind in gumele si mucilagiile vegetale secretate de tesuturile lemnoase ranite sau vatamate. Continutul de pentozane din lemnul speciilor de foioase este cuprins intre 19 - 26 %, iar cel din lemnul speciilor de rasinoase intre 10 - 12 %. Studiindu-se continutul de pentozane s-a ajuns la concluzia ca cel mai bogat dintre conifere este molidul, iar dintre foioase mesteacanul. Paltinul si ulmul se situeaza in cadrul celor din urma, adica sarace in pentozane:

Tabelul 4.1

Continutul de pentozane in diferite specii lemnoase

Catenele macromoleculare ale pentozanelor au in general o structura lineara la fel ca celuloza, desi cercetarile au dovedit ca unele pentozane au si ramificatii laterale sub forma de lanturi scurte. Lungimile catenelor macromoleculare ale pentozanelor sint insa mult mai mici decit ale celulozei. Formula bruta a pentozanelor este (C₅H₈O₄)_n.

Comparativ cu celuloza, majoritatea pentozanelor se caracterizeaza printr-o mica stabilitate, respectiv rezistenta redusa fata de acizii minerali diluati. O parte din pentozane se hidrolizeaza mai usor, iar o alta parte - mai greu.

Pentozanele se deosebesc intre ele si prin solubilitatea diferita pe care o au in solutii alcaline diluate. In general, la incalzire sau chiar la racire, in solutii alcaline cu concentratie de 4 % pentozanele din lemn se dizolva destul de usor. Exista insa si asa-numitele pentozane rezistente, care ramin fixate de catenele celulozice, oricit de energice ar fi tratamentele alcaline de extractie a acestora din lemn, sau preparate holocelulozice. Cantitativ, continutul acestora este de numai cca. 1,5 - 2 %.

Gradul mediu de polimerizare a pentozanelor este cuprins intre 100 - 200. Dupa unii cercetatori, pentozanele indeplinesc in planta atit functia fiziologica de substante de rezerva, cit si cea mecanica de substante schelet, fiind puternic legate de celuloza si lignina. Din acest punct de vedere, de exemplu, plasticitatea lemnului depinde in mare masura de continutul lui in pentozane.

1. Arabanii

Arabanii sint polizaharide omogene care intra in componenta materiilor pectice, fiind intilniti insa in natura pretutindeni unde exista pectine. Catena lor are o structura complexa cu multe ramificatii. Catena principala este formata din unitati elementare de L-arabofuranoza reunite prin legaturi C₁ - C₅ b-glicozidice. Catenele laterale, alcatuite tot din unitati elementare de L-arabofuranoza sint legate de catena principala prin legaturi C₁ - C₂ sau C₁ - C₃ b-glicozidice:

Structura unei astfel de catene macromoleculare de araban poate fi redata mult mai simplificat  sub forma literala, in care unitatile de L-arabofuranoza sint notate prescurtat cu litera A. Cifrele indica numerele atomilor de carbon, intre care se realizeaza legaturile glicozidice, atit din catena principala, cit si din lanturile laterale:

Arabanul extras din lemn se prezinta sub forma de pulbere alba, care este usor solubila in apa rece si in solutii alcaline, fiind insolubila in majoritatea solventilor organici (alcool, eter, acetona). El este foarte higroscopic, in apa comportindu-se ca un coloid tipic hidrofil. Prin hidroliza acida totala sau enzimatica a arabanului rezulta L-arabinoza.

2. Xilanii

Dintre pentozane, xilanii sint cei mai raspinditi in natura. Ei intra in compozitia majoritatii materiilor vegetale. Continutul de xilani din lemnul arborilor este cuprins intre 7 - 10 %.

Catena macromoleculara de baza, lineara, este formata din unitati elementare de anhidro-b-D-xilopiranoza, reunite intre ele prin legaturi C₁ - C₄  b-glicozidice, la fel ca in celuloza:

Sub forma literala:  4 X 1 4 X 1 4 X 1 4 X 1

Xilanii nu au insa o constructie chimica omogena, deoarece in catenele lor laterale s-au gasit si unitati de L-arabinoza legate prin legaturi C₁ - C₃ a-glicozidice de o unitate de xiloza, cit si unitati de acid 4-O-metil-D-glucuronoc si de acid glucuronic, legate C₁ - C₂ sau C₁ - C₃ a-glicozidic de unitatile de xiloza din catena principala. Xilanul izolat din mesteacan, de exemplu, are formula literala:

Xilanii din lemn s-au dovedit a fi polimeri lineari, care contin de regula ramificatii formate numai dintr-o singura molecula. Xilanii din alte materiale vegetale, cum ar fi cei din: coceni de porumb, paie de griu, orz, ovaz etc., contin ramificatii scurte, alcatuite din citeva molecule de monozaharide sau acizi uronici.

Xilanii bine purificati se prezinta sub forma de pulberi albe, amorfe. Ei sint partial sau total solubili in apa rece si/sau calda si usor solubili in solutii alcaline diluate. Solutiile alcaline de xilan au o puternica rotatie levogira.

Prin hidroliza totala acida sau enzimatica a xilanilor se obtine aproape exclusiv D-xiloza, care este un produs valoros pentru industria alimentara, farmaceutica, obtinerea drojdiei furagere, a furfuralului si a xilitei etc.

Xiloza, ca toate pentozele, nu se poate fermenta pentru a se obtine alcool etilic, dar ea este un mediu foarte bun de cultura pentru obtinerea drojdiilor furagere, in care se pot inmulti microorganismele de tipul: Manilia murmanica, Torula 7a si Torula E₂₀.

3. Araboxilanii

Dintre polizaharidele neomogene (mixte) cel mai raspindit in materiile vegetale este araboxilanul. Structura lui este de tipul:

Dupa cum se observa din formula araboxilanul are o structura ramificata. El este constituit din cca. 10 - 20 unitati elementare de D-xilopiranoza, legate intre ele prin legaturi C₁ - C₄ b-glicozidice si o unitate marginala de L-arabofuranoza, legata prin acelasi tip de legatura glicozidica numai la primele molecule de D-xilopiranoza ale fiecarui lant. Catenele de baza sint legate lateral intre ele prin legaturi C₁ - C₃ a-glicozidice realizate intre doua unitati elementare de D-xilopiranoza aflate in doua lanturi vecine.

4. Arabogalactani

Este o polizaharida neomogena, constituita din pentoze si hexoze. Arabogalactanul exista in cantitati apreciabile, de cca. 10 - 12 %, in diferite specii de larice (Larix occidentalis, Larix decidua, Larix sibirica). In cantitati mai mici apar si in alte specii de foioase, precum si in unele specii de conifere (brad, molid, pin). Structura lor chimica variaza in functie de specia lemnoasa. Arabogalactanul din lemnul de molid, de exemplu, are structura:

Arabogalactanul este o polizaharida vegetala importanta, deoarece prin hidroliza si fermentatie se poate transforma in etanol. El poseda, de asemenea, proprietati adezive si alte proprietati tehnologice importante, motiv pentru care se foloseste de multe ori ca inlocuitor al gumei arabice sau a altor gume utilizate in industria textila.

5. Metilpentozanele

Alaturi de pentozani, in tesuturile vegetale apar si derivati metilati ai acestora, denumiti metilpentozane, care au formula empirica (C₅H₇O₄CH₃)_n. Continutul lor in lemnul de conifere poate ajunge pina la 3 %, pe cind in lemnul speciilor de foioase, fie ca lipsesc complet, fie ca sint intr-o cantitate mai mica de 1 %. Prin hidroliza lor totala acida sau enzimatica rezulta o metilpentoza. Aceasta, la rindul sau, poate deshidrata cu formarea de 5-metilfurfural:

Cele mai raspindite metilpentoze sint: D-izoramnoza sau 6-deoxi-D-glucoza, L-ramnoza sau 6-deoxi-L-manoza si D-fucoza sau 6-deoxi-D-galactoza, care apar in regnul vegetal numai sub forma de glicozide.

D-izoramnoza se gaseste in glicozida numita chinovit, care insoteste alcaloizii din coaja unor arbori orientali.

L-ramnoza se obtine prin hidroliza acida din gume si mucilagii vegetale. Ea este usor solubila in alcool, greu solubila in eter si nu este fermentata de drojdii.

D-fucoza este componentul de baza al unor glicozide, din care se obtine prin hidroliza acida. Ea este putin solubila in alcool.