Пектиновыми веществами называется комплекс углеводных веществ кислого характера, содержащий преимущественно цепи метилированной f-галактуроновой кислоты.

Пектиновые вещества широко распространены в природе. Онп встре­чаются в плодах и соке, в корнях, стеблях, листьях и одревесневших клет­ках большинства (а может быть, и всех) растений.

В растительных тканях пектиновые вещества откладываются по внеш­ней стороне клеточной стенки и между клетками, входя в состав так называемой срединной пластинки. Первичная стенка клетки тоже со­держит пектиновые вещества, но в меньшем количестве, чем срединная пластинка. Пектиновые вещества, находящиеся в этой пластинке, под­вергаются изменению по форме, количеству и характерным особенностям в течение развития растения f1]. Срединная пластинка должна рассмат­риваться не как интерцеллюлярный цемент, но скорее как пластическая область, приспосабливающаяся к изменяющейся форме и размеру прото­пласта живых клеток. Пластичность ее, обусловленная присутствием пектиновых веществ, имеет большое значение. Именно пектиновые ве­щества придают необходимую прочность и эластичность растительным тканям в период роста, но затем, оказавшись ненужными растению для данной функции, претерпевают необходимые изменения и уменьшаются в количестве. Во время созревания, например, многих плодов пектиновые цементирующие вещества в срединной пластинке претерпевают изменения, которые приводят к размягчению и разрушению связи между отдельными клетками плодов.

Пектиновые вещества могут задерживать в себе значительные коли­чества воды; при этом они сильно набухают. Поглощенная пектиновыми веществами вода испаряется значительно медленнее; в результате этого растение, содержащее больше пектиновых веществ, становится более устойчивым по отношению к засухе. Этим объясняется значительная засухоустойчивость некоторых богатых пектинами корнеплодов. Одно­временно увеличивается и устойчивость растительных тканей по отноше­нию к замерзанию [2].

Гидрофильные свойства пектинов, вероятно, играют роль в водном обмене молодых частей растений в период роста.

В растениях встречаются растворимые и не растворимые в холодной воде пектиновые вещества. Растворимые содержатся в соках растений, во фруктовых и ягодных соках, нерастворимые (называемые протопекти­ном) — в корнях, в мясистых питательных корнеплодах (морковь, свекла),
в плодах (яблоки, груши, лимон, вишни). Количество их может быть зна­чительно и составляет (в пересчете на сухое вещество) в мякоти свеклы около 25%, апельсинов приблизительно 12%, абрикосов 4—7%. Меньшее количество пектиновых веществ содержит мякоть яблок (1.6—5.6 °о) и морковь (2.4—4.8%). В волокнах льна, в соломе, в хлопке содержание их невелико, а в одревесневших клетках составляет 0.5—2%.

Относительно большие количества пектиновых веществ находятся в соч ных, мягких растительных тканях. В настоящее время, например, специ­ально выращиваются арбузы с высоким (около 30°/о) содержанием пектина.

Содержание пектиновых веществ в одревесневших мертвых тканях спелой древесины очень невелико и колеблется в среднем около 0.5—1.5%, Не превышая 3—4%.

Растворимые и нерастворимые пектиновые вещества взаимосвязаны и могут переходить друг в друга при соответствующих условиях [3].

Протопектин может быть переведен в раствор путем нагревания с во­дой при 100°. Этот процесс имеет место при приготовлении растительной пищи: при варке протопектин переходит в пектин, происходит мацерация (разделение) волокон клетчатки, и растительная пища становится более легко усвояемой.

Растворы пектиновых веществ имеют большую вязкость и обладают способностью желатинироваться (превращаться в студень) в присут­ствии небольших количеств органических кислот. На этом основано их большое практическое значение и применение в пищевой промышленности.

Пектиновые вещества были открыты в 1825 г. и послужили предметом многочисленных исследований на протяжении ста с лишним лет, однако химия растительных тканей и в настоящий момент не имеет в своем распо­ряжении достаточно точных и мягких методов выделения и очистки этих веществ. В соответствии с этим нет и полной ясности в вопросе о структуре их. Объясняется это тем, что пектины всегда встречаются в смеси с дру­гими веществами тоже углеводного характера, от которых могут быть отделены лишь с большим трудом. Разделение это и в настоящее время не всегда может быть осуществлено достаточно полно.

По современным взглядам, пектиновые вещества являются коллоидным углеводным комплексом, основную часть которого составляют связанные глюкозидной связью 1—4-молекулы а-/)-галактуроновой кислоты в пира- нозной конфигурации, образующие неразветвленные цепи различной длины. /)-галактуроновая кислота частично этерифицирована (примерно на 75%) и содержит метоксильные группы, связанные с карбоксильными группами сложноэфирной связью. Такая кислота называется пектиновой. Непременными спутниками полигалактуроновой кислоты в этом комплексе являются обычно арабан и галактан, которые могут быть в растении фи­зически тесно связаны с цепями галактуроновой кислоты или даже соеди­нены главными валентностями [4].

Ниже приводится формула пектиновой кислоты.

С одновалентными катионами пектиновая кислота образует раствори­мые в воде соли, с поливалентными — нерастворимые. Предполагают,

Что Са - или Mg-соли ввиду их двухвалентности могут образовывать мо­стики между параллельными цепями и тем снижать растворимость пекти­новых веществ.

В последнее время было найдено, что при действии щелочи глюкозид - ные связи в цепи полигалактуроновой кислоты быстро расщепляются, давая осколки более низкого молекулярного веса [5].

Содержание групп ОСН3 сильно колеблется. Обычно содержание мето - ксильных групп в препаратах пектина составляет 9—12% [6].

Свободные гидроксильные группы (у второго и третьего углеродного атома) отдельных звеньев цепи пектиновой кислоты могут быть этерифп - цированы уксусной кислотой. Это наблюдается у пектинов репы и льна [4|.

Молекулярный вес различных пектинов оказывается резко колеблю­щимся. Для пектиновой кислоты льна величина его составляет 3000— 30 000, апельсина — 50 000 [6]. Для различных препаратов пектина величина молекулярного веса составляет 90 000—280 000 [7]. Свойства полученных препаратов пектина обусловлены величиной молекулярного веса и степенью этерификации. Желатинирующая способность пектина появляется только при определенной величине молекулярного веса (не меньшей, чем 20 000). Растворимость пектина находится в прямой за­висимости от степени этерификации его. Тесно связаны с этой величиной также вязкость, способность коагулироваться, желеобразование и другие свойства пектина. Изменяя при помощи химических реакций макромо­лекулы пектина, можно получить препараты с различными свойствами [8].

Для пектиновых веществ характерно сильное вращение плоскости по­ляризации вправо.

Свойства пектиновых веществ льна, различных овощей, плодов, апель­синной корки оказываются несколько различными, но так как методы выделения пектинов из различных материалов пока еще недостаточно совершенны и в процессе выделения несомненно имеет место некоторое изменение свойств природных веществ, то трудно сказать, чем обуслов­лено это различие.

Интересным оказывается вопрос об усвоении пектинов животным орга­низмом, хотя он еще не вполне ясен. Обычно углеводы гидролизуются в пищеварительном тракте и всасываются в виде Сахаров. Пектины же, по-видимому, всасываются не в виде галактуроновой кислоты, а в виде каких-то других продуктов. Исследователи предполагают, что пектины не заменяют углеводов, но тем не менее оказывают какое-то положитель­ное влияние на рост и развитие животных.

Для извлечения пектиновых веществ растительное сырье обрабаты­вается горячей водой, слабыми растворами кислот или раствором щавелево­кислого аммония. По-видимому, (NH4)2C204 (как и кислоты) удаляет кальциевые мостики между цепями в пектинах, переводя нерастворимые Са-соли в легкорастворимые аммонийные и освобождая отдельные цепи. Подробное описание методов выделения пектиновых веществ из древе­сины дано нами в другой монографии [7|.

Из водных растворов пектиновые вещества обычно осаждают ацетоном или спиртом в виде белых хлопьевидных осадков. Очистка производится путем повторного растворения в горячей воде и осаждения в виде нераство­римых кальциевых солей (пектатов Са).

При анализе пектиновых веществ определяются содержание поли­галактуроновой кислоты (обычным методом окисления, по слизевой кислоте или хроматографически), содержание отщепляемой С02 и угол
вращения. Кроме того, определяется содержание метоксильных и свобод­ных карбоксильных групп.

Метоксильные группы пектинов легко отщепляются при действии слабой щелочи; полученный при этом метиловый спирт определяется колориметрически. Карбоксильные группы определяются в полученных из препаратов пектина пектатах Са (по содержанию Са).

При выделении пектиновых веществ труднее всего очистить их от сопутствующих им арабана или галактана, обладающих сходными с пек­тинами свойствами коллоид­ных соединений. Методы очистки основаны на способ­ности сопутствующих ве­ществ гидролизоваться легче пектинов.

В древесине пектиновые вещества содержатся в очень небольших количествах. Ис­следователи считают, что пектиновые вещества откла­дываются в древесине в на­чале роста. С этим согла­суется тот факт, что молодые растительные ткани (камбий, листья, побеги) содержат го­раздо больше пектиновых веществ, чем старые. Вовремя процесса лигнификации со­держание пектиновых ве­ществ обычно снижается, и в отмерших клетках спелой древесины они составляют только незначительную часть растительных веществ. Кора и камбий содержат пектинов больше, чем заболонь или ядро. Шарков [8] нашел в лубе ствола сосны и ели 14.8—16.2% пекти новых веществ, тогда как в древесине ствола содержание их составляло 0.5-1.0%.

То обстоятельство, что при старении растительных тканей имеет место уменьшение содержания пектиновых веществ в них наряду с увеличением содержания лигнина, дало основание Жеребову [10] и другим исследовате­лям высказать предположение о том, что лигнин в древесине образуется из пектиновых веществ. Эта гипотеза, однако, не получила эксперименталь­ного подтверждения, так же как и гипотеза об образовании из полига - лактуроновой кислоты гексозанов (путем биохимического восстановления) или пентозанов (путем декарбоксилирования указанной кислоты). Под­робнее об этом см. главу «Пентозаны».

Хвойные породы содержат несколько меньше пектиновых веществ, чем лиственные. По физическим свойствам и химическому составу пектиновые вещества хвойных ничем не отличаются от пектиновых веществ лиственных.

В табл. 125 приводятся данные по содержанию пектиновых веществ в различных древесных породах и других растениях f1, стр. 328—329].

Пектины древесины имеют и практическое значение. В литературе указывается [7], что получение пергамента из целлюлозы (бумаги) воз­можно только в присутствии пектинов. Пектиновые вещества древесины благодаря своей гидрофильности оказывают положительное влияние на размол бумажной массы и на сцепление волокон при формовании листа.