헤미셀룰로오스

Hemicellulose

헤미셀룰로오스(폴리오스로도 알려져 있음)는 아라비녹실란과 같은 헤테로폴리머(매트릭스 다당류) 중 하나로, 거의 모든 육상 식물 세포벽[1]셀룰로오스와 함께 존재한다.셀룰로오스가 결정적이고, 강하고, 가수 분해에 강한 반면, 헤미셀로스는 강도가 거의 없는 무작위 비정질 구조를 가지고 있다.그것들은 희석산이나 염기뿐만 아니라 무수한 헤미셀룰라아제 효소에 의해 쉽게 가수분해된다.

헤미셀룰로오스의 가장 일반적인 분자 모티브

구성.

다양한 종류의 반혈당이 알려져 있다.중요한 예로는 자일란, 글루쿠론옥실란, 아라비녹실란, 글루코만난, 자일로글루칸 등이 있습니다.

헤미셀룰로스는 종종 셀룰로오스와 관련다당류이지만 뚜렷한 구성과 구조를 가지고 있다.셀룰로오스는 포도당에서만 유래하는 반면, 헤미셀룰로스는 다양한 당으로 구성되며 5탄당 자일로스아라비노오스, 6탄당 포도당 만노스갈락토오스, 6탄당 디옥시당 람노스를 포함할 수 있다.헤미셀룰로스는 대부분의 D-펜토오스 당을 포함하고 있으며, 때로는 소량의 L-당도 포함하고 있습니다.자일로스는 대부분의 경우 가장 많은 양의 설탕 단량체이지만, 부드러운 나무의 만노스는 가장 풍부한 설탕일 수 있다.헤미셀룰로오스에는 일반당뿐만 아니라 글루쿠론산, 갈락투론산 등 산성화된 형태도 존재할 [2][3]수 있다.

셀룰로오스와의 구조 비교

셀룰로오스와는 달리, 반혈당은 더 짧은 사슬 – 500-3,000개의 당 단위로 구성됩니다.반면 셀룰로오스의 각 중합체는 7,000~15,000개의 포도당 [4]분자로 구성된다.또, 헤미셀룰로스는 분지형 폴리머이며, 셀룰로오스는 비분지형 폴리머일 수 있다.헤미셀룰로스는 식물의 세포벽에 내장되어 있고, 때로는 ''을 형성하는 사슬에 내장되어 있습니다. – 그것들은 가교 섬유망을 형성하기 위해 셀룰로오스에 펙틴과 결합합니다.

세포벽 단면, 녹색의 헤미셀룰로오스

헤미셀룰로스는 골격 연결 및 측부 그룹과 같은 구조적 차이와 식물의 풍부함 및 분포와 같은 다른 요인에 기초하여 1) 자일란, 2) 만난, 3) 혼합 결합 β-글루칸, 4) 자일로글루칸의 4가지 그룹으로 분류할 수 있다.[3]

자일란스

자일란은 일반적으로 β-(1→4)-연결 자일로스 잔기의 골격으로 구성되며, 호목실란과 헤테록실란으로 더욱 나눌 수 있다.호목실란은 β(1→3) 또는 혼합, β(1→3, 1→4)-포도상 결합에 의해 결합된 D-자일로피라노스 잔기의 골격을 가진다.호목실란은 주로 구조적인 기능을 가지고 있다.글루쿠론옥실란, 글루쿠론아라비녹실란, 복합 헤테로옥실란 등의 헤테로옥실란은 D-자일로피라노스의 골격과 짧은 탄수화물 가지를 가지고 있다.예를 들어 글루쿠론옥실란에는 α-(1→2)-결합글루쿠로노실 및 4-O-메틸글루쿠로노실 잔기가 치환되어 있다.아라비녹실란과 글루쿠로노아라비녹실란은 등뼈에 부착된 아라비노오스 잔기를[5] 포함한다.

목재의[6] 자일란

만인

마난형 헤미셀룰로오스는 주쇄차에 따라 갈락토만난과 글루코만난 두 가지로 분류할 수 있다.갈락토만난은 선형사슬에 β-(1→4) 결합 D-만노피라노스 잔기만을 가지고 있다.글루코만난은 주쇄에서 β-(1→4) 결합 D-만노피라노스와 β-(1→4) 결합 D-글루코피라노스 잔기로 구성되어 있다.측쇄는 [1]D-갈락토피라노스 잔기가 여러 가지 양의 단일 측쇄로서 양쪽 모두에 6-연결되는 경향이 있다.

혼합결합β-글루칸

혼합 결합 글루칸 사슬의 배치는 일반적으로 단일 β-(1→3) D-글루코피라노스로 분리된 β-(1→4) D-글루코피라노스 블록을 포함한다.β-(1→4)와 β-(1→3)의 모집단은 약 70%와 30%이다.이러한 글루칸은 주로 셀로트리오실(CHO183216)과 셀로트라오실(CHO244221) 세그먼트로 무작위 순서로 구성됩니다.귀리 (2.1-2.4), 보리 (2.8-3.3), 밀 (4.2-4.5)[1][4]의 셀로트리오실/셀로트라오실 몰 비율을 보여주는 연구가 있다.

탄소 위치를 가진 베타-D-글루코피라노스.

자일로글루칸스

자일로글루칸스는 위치 6에 α-D-자일로피라노스 잔기를 가진 셀룰로오스와 유사한 골격을 가진다.다양한 사이드 체인을 더 잘 설명하기 위해 각 사이드 체인 유형에 대해 단일 문자 코드 표기법이 사용됩니다.G-미분기 Glc 잔기, X-α-d-Xyl-(1→6)-Glc. L-β-Gal, S-α-l-Araf, F-α-l-Fuc.이것들은 가장 일반적인 사이드 [4]체인입니다.

식물 세포벽에서 가장 일반적인 두 가지 유형의 자일로글루칸은 XXXG와 [1]XXGG로 식별됩니다.

생합성

헤미셀룰로스는 세포의 골지 [7]장치에서 당 뉴클레오티드에서 합성된다.두 가지 모델은 합성을 설명한다. 1) 두 개의 막간 단백질에서 변형이 일어나는 '2 성분 모델'과 2) 하나의 막간 단백질에서만 변형이 일어나는 '1 성분 모델'이다.합성 후 반혈당은 골지소포를 통해 혈장막으로 운반된다.

각 종류의 헤미셀룰로오스는 특화된 [7][8]효소에 의해 생합성된다.

마난사슬백본은 셀룰로오스합성효소유사단백질패밀리A(CSLA) 및 셀룰로오스합성효소유사단백질패밀리D(CSLD)[7][8]의 효소에 의해 합성된다.CSLA의 특정 효소인 마난합성효소는 골격에 만노스유닛의 [7][8]첨가를 담당한다.일부 만난의 갈락토오스 측쇄는 갈락토만난 갈락토실전달효소에 [7][8]의해 첨가된다.만난의 아세틸화는 만난 O-아세틸전달효소에 의해 매개되지만, 이 효소는 확실히 [8]확인되지 않았다.

자일로글루칸 골격 합성은 셀룰로오스 신타아제 유사 단백질 패밀리 C(CSLC), 특히 [7][8]포도당 단위를 사슬에 추가하는 글루칸 신타아제에 의해 매개된다.자일로글루칸의 골격 합성도 자일로실전달효소에 의해 어떤 방식으로든 매개되지만, 이 메커니즘은 전달효소 기능과 별개이며 불분명하다.[8]단,[7][8] 트랜스페라아제 기능 중의 자일로실트랜스퍼라아제는 측쇄에 자일로스를 첨가하는데 이용된다.자일로글루칸의 측쇄 합성에 이용되는 다른 효소로는 갈락토실전달효소(갈락토스의 첨가를 담당하며 두 가지 다른 형태가 이용됨), 푸코실전달효소(푸코스의 첨가를 담당함) 및 아세틸전달효소([7][8]아세틸화를 담당함)가 있다.

자일란 골격 합성은 다른 헤미셀룰로오스와는 달리 셀룰로오스 합성효소 유사 [8]단백질에 의해 매개되지 않는다.대신 자일란 합성효소는 골격 합성을 담당하여 자일로스의 [8]첨가를 촉진한다.자일란 합성효소에 대한 [8]몇 가지 유전자가 확인되었다.글루쿠로노실전달효소([글루쿠론산 단위 추가]), 자일로실전달효소([글루쿠론산 단위 추가]), 아라비노실전달효소(아라비노오스 추가), 메틸전달효소(메틸화를 담당하는) 및 아세틸전달효소 등 여러 다른 효소들이 자일란의 곁사슬 단위 추가 및 변형을 위해 사용된다.(아세틸화를 [8]담당합니다).혼합결합글루칸은 포도당의 비가지 호모폴리머이므로 측쇄 합성은 없고, β1-3과 β1-4의 [8]두 가지 결합에서 포도당을 골격에 첨가할 뿐이다.골격 합성은 셀룰로오스 합성효소 유사 단백질 패밀리 F 및 H(CSLF 및 CSLH), 특히 글루칸 합성효소에 의해 매개된다.[7][8]CSLF 및 CSLH로부터 글루칸 합성효소의 여러 형태가 확인되었다.[7][8]이들 모두 골격에 포도당을 추가하는 역할을 하며 모두 β1-3 및 β1-4 결합을 모두 생성할 수 있지만, 각 특정 효소가 β1-3 및 β1-4 [7][8]결합의 분포에 얼마나 기여하는지는 알려져 있지 않다.

적용들

아황산펄프공정에서 헤미셀룰로오스는 발효성 헥소스당(약 2%)을 에탄올 제조에 사용할 수 있는 갈색액에 의해 크게 가수분해된다.이 과정은 주로 아황산칼슘 갈색 [citation needed]리큐어에 적용되었습니다.

아라비노갈락탄은 연방 식품, 의약품 및 화장품법에 따라 유화제, 안정제 바인더로 사용될 수 있습니다.아라비노갈락탄은 [9]감미료의 결합제로도 사용될 수 있다.

  • 자란

자일란을 기반으로 한 필름은 낮은 산소 투과성을 보여 주므로 산소에 [10]민감한 제품의 포장재로 잠재적인 관심사가 됩니다.

한천은 젤리와 푸딩을 만드는 데 사용된다.그것은 또한 [11]미생물의 다른 영양소와 함께 성장배지입니다.

한천배지에 세균집락이 있는 페트리 접시

커들란은 실제 지방을 함유한 제품의 [11]맛과 입감을 느끼면서 다이어트 식품을 만드는 데 지방 대체에 사용할 수 있다.

B-포도탄은 음식 보충제에서 중요한 역할을 하는 반면, B-포도탄은 건강 관련 문제, 특히 면역 반응과 [12]암 치료에서 유망하다.

크산탄은 다른 다당류와 함께 용액 점도가 높은 겔을 형성할 수 있으며 석유 산업에서 시추 진흙을 걸쭉하게 만드는 데 사용될 수 있다.식품 산업에서 크산탄은 드레싱이나 [13]소스와 같은 제품에 사용된다.

알긴산염은 환경 친화성과 지속 가능한 생체 [14]고분자로서의 높은 산업화 수준으로 인해 항균성 섬유 개발에 중요한 역할을 한다.

자연 기능

식물 세포 내 구조적 지원에 대한 헤미셀룰로오스 기여

식물 세포의 헤미셀룰로오스

  • 식물 세포벽의 셀룰로오스와 함께 헤미셀룰로오스는 세포벽을 강화하는데 도움을 준다.
    • 헤미셀룰로오스 또한 셀룰로오스와 유사한[5] 식물 세포벽에 있는 다당류 화합물이다.
  • 헤미셀룰로오스 화합물은 셀룰로오스 미세섬유의 가교로 셀룰로오스와 상호작용한다.
    • 헤미셀룰로오스는 형성 과정에서 세포벽의 틈새를 탐색하고 셀룰로오스 섬유[5] 주위에 지지대를 제공할 것입니다.
      • 이 과정은 세포벽이 제공할 수 있는 최대 강도를 갖추기 위해 헤미셀룰로오스에 의해 수행됩니다.
    • 헤미셀룰로오스는 주로 2차 층에서 발견되는 셀룰로오스와는 달리 식물 세포의 중간 을 지배합니다.
      • 이것은 헤미셀룰로오스가 식물 세포의 바깥쪽 층에 셀룰로오스를 중간에서 지지할 수 있게 해준다.
  • 몇 개의 세포벽에서, 헤미셀룰로오스는 또한 리그닌과 상호작용하여 더 많은[2][15] 혈관식물의 구조적 조직을 지지할 것이다.

추출.

헤미셀룰로오스를 얻는 방법은 여러 가지가 있습니다.이러한 방법들은 모두 경목이나 연목에서 추출하는 방법을 사용하여 더 작은 샘플로 가공합니다.경목에서 주요 헤미셀룰로오스 추출물은 글루쿠로녹슬리안(아세틸화된 자일란)이며, 갈락토글루코만난은 [16][17]연목에서 발견된다.추출하기 전에 목재는 일반적으로 사용된 원자로에 따라 다양한 크기의 목재 칩으로 제분되어야 한다.그 후, 자기 가수 분해 또는 열수 처리라고도 하는 온수 추출 공정을 이용하여 산과 염기를 첨가하여 수율 [16][17]크기와 특성을 변화시킨다.온수 추출의 주요 장점은 필요한 화학물질이 물밖에 없는 방법을 제공하므로 친환경적이고 [18]저렴하다는 것입니다.

온수 처리의 목적은 목재에서 가능한 한 많은 헤미셀룰로오스를 제거하는 것입니다.이것은 더 작은 올리고머와 자일로스를 얻기 위해 헤미셀룰로오스의 가수분해를 통해 이루어진다.탈수되면 자일로스가 [19]푸르푸랄이 된다.자일로스와 푸르푸랄이[check spelling] 목표일 때 포름산과 같은 산성 촉매가 첨가되어 다당류의 단당류로의 전환을 증가시킨다.이 촉매는 [19]또한 반응을 돕기 위해 용매 효과를 이용하는 것으로 나타났습니다.

전처리 방법 중 하나는 나무를 희석산(농도 약 4%)에 담그는 것입니다.이것은 헤미셀룰로오스를 단당류로 전환시킨다.염기(예: 나트륨 또는 수산화칼륨)로 전처리를 하면 리그닌의 [17]구조가 파괴됩니다.이것은 구조를 결정에서 비정질로 변화시킨다.열수 전처리는 또 다른 방법이다.[further explanation needed]이를 통해 독성 또는 부식성 용제가 필요하지 않으며 특수 원자로도 필요하지 않으며 유해 [16]화학물질을 폐기하는 데 추가 비용이 들지 않는다는 이점이 있습니다.

온수 추출 과정은 배치 원자로, 반연속 원자로 또는 슬러리 연속 원자로에서 이루어진다.배치 및 반연속 원자로의 경우 나무 샘플은 칩이나 펠릿 등의 조건에서 사용할 수 있으며 슬러리 원자로는 200~300마이크로미터의 [17]입자를 가져야 한다.입자의 크기가 감소하는 동안 수율 [20]생산도 감소합니다.이것은 [citation needed]셀룰로오스의 증가 때문이다.

온수 공정은 액상을 유지하기 위해 섭씨 160도에서 240도의 온도 범위에서 작동됩니다.이는 헤미셀룰로오스의 가용화와 다당류의 [19]탈중합성을 증가시키기 위해 물의 정상 끓는점 이상으로 이루어집니다.이 과정은 시스템의 [17]온도와 pH에 따라 몇 분에서 몇 시간 정도 걸릴 수 있습니다.온도가 높을수록 추출 시간이 높을수록 수율이 높아집니다.최대 수율은 pH 3.5에서 [16]구한다.아래일 경우 추출 수율이 기하급수적으로 감소합니다.pH를 제어하기 위해 일반적으로 중탄산나트륨을 [16]첨가한다.중탄산나트륨은 글리코실 결합을 억제할 뿐만 아니라 아세틸기의 자가 분해를 억제합니다.온도와 시간에 따라 헤미셀룰로오스는 올리고머, 모노머 및 리그닌으로 [16]추가로 전환될 수 있습니다.

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

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외부 링크