Hình 2.5: Cấu trúc thành tế bào thực vật 2.4. PECTIN [13], [39], [43]
Hình 2.6: Mô hình cấu trúc pectin trong thành tế bào thực vật
2.4.1. Định nghĩa
Pectin là một phân tử tương tự như tinh bột, khác ở chỗ đơn vị tuần hoàn của pectin là acid galacturonic thay vì glucose ở tinh bột. Pectin là hợp chất cao phân tử mạch thẳng có cấu tạo từ sự kết hợp của các acid galacturonic qua các liên kết -1,4- glucoside.
Phiến giữa
Màng nguyên sinh
Trong thực vật, pectin có chức năng tự nhiên như một chất keo để giữ thành tế bào cũng như các tế bào lại với nhau. Tùy thuộc vào nguồn pectin mà pectin có khối lượng phân tử từ 80.000 – 200.000 Da.
Pectin không hòa tan trong rượu và các dung môi hữu cơ khác. Pectin tan trong nước, NH3, dung dịch kiềm, Na2CO3 và trong glycerin nóng.
2.4.2. Cấu trúc
Hình 2.7:Cấu trúc hóa học của phân tử pectin 2.4.3. Phân loại
Trong thực vật, pectin tồn tại dưới 3 dạng:
o Pectin hòa tan: là ester methylic của acid polygalacturonic.
o Pectinic acid: là polygalacturonic acid có một phần nhỏ các nhóm carboxyl được ester hóa bằng methanol.
o Protopectin: tạo độ cứng cho quả xanh, không tan trong nước. Trong thành phần có các phân tử pectin, các phân tử cellulose và các ion Ca2+, Mg2+, các gốc phosphoric acid, acetic acid và đường. Protopectin khi bị thủy phân bằng acid thì giải phóng pectin hòa tan.
2.5. CELLULOSE [12], [13],[23], [30]
Mỗi năm có khoảng 232 tỷ tấn chất hữu cơ được thực vật tổng hợp nhờ quá trình quang hợp. Trong số này có 172 tỷ tấn được tạo thành trên đất liền và 60 tỷ tấn
được tạo thành ở trong các đại dương. Trong số này có đến 30% là màng tế bào thực vật mà thành phần chủ yếu là cellulose. Cellulose chiếm đến 89% trong bông và 40 – 50% trong gỗ.
Ligno-cellulose là thành phần cấu trúc chính của cây gỗ và cây thân mềm (cỏ, rơm rạ,…) gồm cellulose, hemicellulose và lignin.
2.5.1. Định nghĩa
Cellulose là polymer thẳng của các đơn vị -D-glucose được nối với nhau qua liên kết -D-1,4-glucan. Nhờ phương pháp phân tích bằng tia Rơnghen người ta biết rằng cellulose có cấu tạo dạng sợi. Các sợi này liên kết lại thành những bó nhỏ gọi là các microfibril (vi sợi) có cấu trúc không đồng nhất, chúng có những phần đặc (phần kết tinh) và những phần xốp hơn (phần vô định hình).
2.5.2. Cấu trúc
Các phân tử cellulose kết hợp với nhau bằng lực hút Vanderwall và liên kết hydro. Chúng tạo nên sợi sơ cấp, sợi sơ cấp kết hợp với nhau tạo thành vi sợi.
Hình 2.8: Cấu trúc cellulose trong tế bào thực vật 2.5.3. Tính chất
Cellulose có trọng lượng phân tử từ 50.000 đến 2.500.000 Da.. Cellulose thường chứa 10.000 – 14.000 gốc đường.
Cellulose là một trong những hợp chất tự nhiên khá bền vững. Nó không tan trong nước mà chỉ có thể bị phồng lên do hấp thu nước, bị phân hủy khi đun nóng với acid hoặc kiềm ở nồng độ khá cao. Cellulose bị thủy phân ở nhiệt độ bình thường hoặc ở nhiệt độ 40 – 50o
C nhờ các enzyme thủy phân cellulose – được gọi chung là cellulase.
Trong điều kiện tự nhiên, cellulose bị phân hủy bởi vi sinh vật cả trong điều kiện hiếu khí lẫn yếm khí. Các loài vi sinh vật thay phiên nhau phân hủy cellulose đến sản phẩm cuối cùng là glucose. Tuy nhiên, sự phân giải cellulose trong điều kiện tự nhiên thường rất chậm và thường không triệt để.
Trong tế bào thực vật, cellulose liên kết chặt chẽ với hemicellulose (chiếm 20 – 40% trọng lượng khô) là một loại heteropolymer chứa nhiều loại monosaccharide như galactose, mannose, glucose, xylose, arabinose và các nhóm acetyl. Do bản chất không kết tinh nên hemicellulose tương đối dễ bị thủy phân. Cellulose còn liên kết chặt chẽ với lignin (10 – 25% trọng lượng khô). Đây là thành phần ảnh hưởng rất nhiều đến sự thủy phân cellulose của enzyme. Chỉ trong một số trường hợp (ví dụ trong sợi bông) cellulose tồn tại ở trạng thái một polymer gần tinh khiết.
Việc sử dụng cơ chất lignocellulose để sản xuất các enzyme thủy phân cơ chất này có tiềm năng ứng dụng trong nhiều ngành công nghiệp như hóa chất, nhiên liệu, thực phẩm, rượu bia, thức ăn gia súc, vải sợi, bột giặt, giấy, bột giấy,…
2.5.4. Vị trí
Cellulose là nguồn hữu cơ nhiều nhất trong thực phẩm, chất đốt và hóa chất. Cellulose tồn tại một lượng rất lớn trong thực vật, không đều ở các cơ quan khác nhau, ít nhất ở lá và nhiều nhất là ở thân cây.
Sự hiện diện của cellulose đóng vai trò là một vật liệu phổ biến của vách tế bào thực vật được phát hiện lần đầu tiên bởi Anselm Payen vào năm 1838. Nó tồn tại ở hầu hết những hình thức nguyên trong sợi cotton và trong tổ hợp với những vật liệu khác, như lignin và hemicellulose, trong gỗ, lá và thân … Mặc dù, nhìn chung được xem như vật liệu thực vật nhưng cellulose cũng được sản xuất bởi một số vi khuẩn.
Cellulose là nền tảng bộ xương của thành tế bào thực vật. Ngoài ra người ta còn thấy chúng có nhiều ở tế bào một số loài vi sinh vật (cellulose ở vi sinh vật thuộc loại vô định hình, việc phân hủy thường dễ thực hiện). Cellulose không có trong tế bào động vật.