ksilanlar
| Yapısal formül | |||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| |||||||
| Genel | |||||||
| Soyadı | ksilan | ||||||
| CAS numarası | 9014-63-5 | ||||||
| Monomerler / alt yapılar | Ksiloz | ||||||
| polimer türü | |||||||
| Kısa açıklama |
açık bej toz |
||||||
| özellikleri | |||||||
| Fiziksel durum |
sabit |
||||||
| Erime noktası |
> 300°C |
||||||
| çözünürlük |
suda çözünmez |
||||||
| güvenlik talimatları | |||||||
| |||||||
| Olabildiğince ve alışılageldiği kadarıyla SI birimleri kullanılır. Aksi belirtilmedikçe, verilen veriler standart koşullar için geçerlidir . | |||||||
Ksilanlar olan bitkisel heteropolisakaritlerdir ve aittir hemiselülozlar , (ana tekrar birimi monomer ünitesi ) olduğu D - ksiloz . Hemiselülozlar, bitkilerin hücre duvarının bir parçasıdır. Doğada, ksilanlar en yaygın ikinci polisakkarittir. Modifikasyon için farklı olasılıklar nedeniyle, ksilanlar açıkça tanımlanabilir bir bileşen değildir.
Bitkilerden polisakkaritler olarak ksilanlar
Ksilanlara 1890 civarında EW Allen ve Bernhard Tollens tarafından bu isim verildi çünkü ksilozun bu doğal maddelerin tek hidroliz ürünü olduğunu varsaydılar . İle birlikte selüloz, bunlar muhtemelen en önemli polisakkarit bitki dünyasında. Ksilanlar hemiselülozların veya poliozların en önemli temsilcileridir.
Ksilanların işlevleri ve yapısal özellikleri, selülozla karşılaştırıldığında en açık şekilde gösterilebilir. Selülozun aksine, farklı derecelerde polimerize olan tek bir monomere dayanmazlar . Aksine, bitki familyalarına bağlı olarak oranlarında ve kimyasal yapılarında farklılık gösterirler . Bunların göre bir monosakkarit , üronik asit ve asetil yapı blokları, geniş bir ayrım yapılmaktadır arabino-4- O -methylglucuronoxylan gelen kozalaklı ve daha değişik bir şeklinde, gelen monokotiledonlar ve O -asetil-4- O -methylglucuronoxylan gelen sert ağaçların , yanı sıra diğer bazı daha az yaygın yapılar ve müteakip değişiklikler z. B. sindirim süreci ile . Monosakkaritler olarak D - ksiloz , D - mannoz , D - glikoz , D - arabinoz , D - galaktoz , D - glukuronik asit ve D - galakturonik hareket eder.
Selülozdan bir başka fark, lignoselülozlarda normalde maksimum 200 yapı taşı olan ksilanların çok daha kısa zincir uzunluğudur .
Yan grup ksilanlarm izin vermez kristal yapıları üretmek için, selüloz aynı ölçüde bu ksilan yani yalnızca amorf vivo selülozla karışık kristallerin oluşması da dikkate alınmalıdır, ancak. Ksilanın hemiselüloz olarak yapısal malzemeler çerçevesindeki görevleri de selülozdan farklıdır. Hemiselüloz söz konusu olduğunda , ön planda olan güç özellikleri değildir , daha ziyade selüloz ve lignin arasında bir aracı görevi görürler . Bu nedenle işlevleri, doğal bir plastikleştirici ve destek malzemesi işlevi olarak da tanımlanır . Seyreltik kostik ile odundan ekstrakte edilebilen madde veya maddeler karışımı (esas olarak ksilanlar) için geçmişte ağaç kauçuğu terimi kullanılmıştır.
Hemiselülozların ve dolayısıyla hücre duvarı bileşimindeki ksilanın dağılımını göstermek için, ortak olarak hemiselülozların selüloz fibrilleri etrafında selülozun gömülmesine izin veren bir bağlantı tabakası oluşturması olan bir dizi farklı model geliştirilmiştir. lignin matrisinde. Bu, pamuk gibi lignin içermeyen doğal selülozda hemiselülozların olmaması ile gösterilir . Hemiselülozların varlığının bir başka nedeni , hücre duvarında nem dengesine katkıda bulunabilecek higroskopik özelliklerini aramak olacaktır .
Ksilanların sadece kökenlerinden değil, izolasyon yöntemleri ve teknik süreçlerden de etkilenen farklı kimyasal ve fiziksel yapısal özelliklerinin toplamı çok karmaşık bir sistem oluşturur. Nihai özellikler ve varsa, kullanım amacına uygunluğu, ister selüloz ister izole formda olsun, ancak tüm bu noktaların etkileşimi ile elde edilebilir.
ksilanların oluşumu
Daha önce de belirtildiği gibi, ksilanlar doğada en yaygın hemiselülozlardır, tüm kara bitkilerinde ve ayrıca bazı alglerde bulunurlar . Yumuşak ve sert ağaçlarda, her biri ahşap maddenin yaklaşık %10-15'ini ve %10-35'ini oluşturur. Bununla birlikte, bu rakamların aralığı, farklı türler arasında, farklı dokularda ve hücre duvarının farklı katmanlarında düzeylerde önemli farklılıklar olduğunu göstermektedir. Tesiste yapılması gereken göreve göre ksilan içeriği z. B. farklı hücre duvarı katmanları üzerinde. Daha ksilanı bulunabilir içinde Trakeidlerin arasında latewood olanlardan daha earlywood .
Ksilanlar ayrıca monokotiledonların biyokütlesinde ve dolayısıyla tarımsal atık ürünlerinde de yüksek oranlarda (%40'a kadar) bulunduğundan, en azından teorik olarak hammadde olarak muazzam miktarlarda bulunurlar .
Ortalama polimerizasyon derecesi (DP)
İçin polimerizasyon derecesi ahşap ksilanlarm (Pn), orta değerler, 120 den ve ancak 200 O-asetil-4-O-methylglucuronoxylan için daha büyük bir arabino-4-O-methylglucuronoxylan için bulunan, büyük orada dikkate alınan ahşabın türüne bağlı olarak dalgalanma aralığı . İğne yapraklı ksilanlar için literatür değerleri 73 ile 185 arasında ve sert ağaç ksilanları için 86 ile 218 arasında değişmektedir. Monokotiledonlarda polimerizasyon dereceleri önemli ölçüde daha yüksek olabilir, çavdar kepeğinden suda çözünür ksilan için DP değerleri vardır. 418, karşılık gelen suda çözünmeyen fraksiyon için 674 bile. Ancak elde edilen değerler büyük ölçüde kullanılan yalıtım ve ölçüm yöntemlerinden etkilenir ve bu nedenle büyük dalgalanmalara maruz kalır.
Ana ve yan zincirler
Her zaman yalnızca β-D-ksilopiranoz birimlerinden (ksil) oluşan ana zincirin bağlantısı, β- (1 → 3) veya β- (1 → 4) glikozidik formda mümkündür, bu sayede β- ( 1 → 3) sadece algler ve deniz yosunları bulundu. Normalde, yaprak döken ve yumuşak ağaç ksilanlarının dalsız zincirlere sahip olduğu varsayılır, ancak molekül başına bir veya iki dal da oluşabilir.
Muhtemel dallara ek olarak, temel zincir üzerinde değişen derecelerde şekerlerin ve şeker türevlerinin yan grupları meydana gelir. Esparto-Xylan yalnızca daha fazla ksiloz birimlerinden, yani gerçek dallardan gelen yan zincirlere sahipken, en karmaşık xylans v. a. de özel dokularda (örneğin, tohum kabukları monokotiledon). Dallar çoğunlukla yalnızca monomerik birimlerden oluşur, ancak dimerik veya oligomerik de olabilir . L - arabinofuranoz (Ara), D - ksilopiranoz ve nadir durumlarda, şeker bileşenleri olarak heksozlar kullanılır . Ramnoz , ksilanda son grubun bir bileşeni olarak küçük miktarlarda bulunur. Diğer olası yan zincirler, üronik asitler D- glukuronik asit (GluA) ve 4-0 -metil- D- glukuronik asit (Me-GluA) ve ayrıca O- asetil grupları (Ac) tarafından oluşturulur.
Bu, yukarıda belirtildiği gibi olduğu O -asetil-4-O-Methylglucuronoxylan sert ağaç ve tipik arabino-4- O , yumuşak ağaçlarla için tipik -Methylglucuronoxylan. Ancak arabinoksilanlar aynı zamanda sert ağaçlardan da izole edilmiştir, örn. B. defne bitkisinden veya tarçın kabuğundan .
4- O -metilglukuronik asit yan zincirleri a- (1 → 2) -glikozidik olarak ksiloz halkasının 2. karbon atomuna , iğne yapraklı ve monokotiledon ksilanların arabinofuranoz yapı taşlarına a- (1 → 3) -glikosidik olarak karbona bağlıdır ksilozun 3. atomu. Sert ağaç ksilanlarında (tavlanmış bölge), ksiloz birimlerinin %50 ila %60'ı da O- asetil grupları taşır , ancak toplam içerik kütlenin yaklaşık %3'ü ila yaklaşık %12'si arasında değişebilir. Huş ksilan oranında sübstitüe edilmemiş , C2, C3 ve di- sübstitüe bloklar 44:24:22:10. Suda çözünürlük için yüksek derecede ksilanın asetilasyonu düşüktür. Ahşabın asetilasyon derecesi yaşla birlikte azalır , çünkü v. a. Formlar , asetik asit içinde öz odun asetil yan gruplardan bir asidik ortam üzerinden .
Yan grupların sıklığına ek olarak, yan grupların bileşimi ve zincir boyunca dağılımları , ksilanların özellikleri, özellikle çözünürlük için çok önemlidir , çünkü moleküller arası agregasyonlar , ikamelerin temsil ettiği "bozulmalar" tarafından önlenebilir . .
Sert ağaç ksilanı için, en sık bulunan ksilozun 4 - O -metil-glukuronik aside ortalama oranı 10:1'dir. Aralık 6:1 ila 11:1'dir ve 3:1 oranlı fraksiyonlar da bulunur. Bir bitkinin ksilanı içindeki yan zincirlerin dağılımı bu nedenle sabit değildir.
4 O -methylglucuronic asit oranlan yüksektir kozalaklı . Orada ksilanın 4 - O -metil-glukuronik aside oranı genellikle 5-6: 1 civarındadır ve 3 ila 4: 1 değerleri de meydana gelir. Arabinoz 6-10: (ara ksil): 1, ve böylece de büyük bir değişkenlik göstermektedir gruplar ortalama bir oranda ksilan oluşur. Yumuşak ağaçtaki üç bileşenin ortalama oranı 8:1.6:1 (Xyl:Me-GluA:Ara), değerler 10:3:1 ile 2.5:0.8:1 arasında dalgalanarak verilebilir. Çeşitli yumuşak ve sert ağaçlarda gösterilebileceği gibi , zincir boyunca 4- O -metilglukuronik asit kalıntılarının dağılımı , iki ağaç türü grubunda farklıdır. Yumuşak ağaç ksilanında, her 7-8 ksiloz ünitesinde ksilan temel zinciri boyunca yan grupların aşağı yukarı eşit dağılımı varken, yoğun ikameli (yaklaşık her ikinci ksiloz ünitesinde) sert ağaç ksilan alanlarında ve yan grupları olmayanlar düzensiz olarak değişir. . Hemiselülozlarda bulunan birçok hidroksil grubu ve amorf yapı nedeniyle, güçlü bir higroskopiklik gösterirler ve bu nedenle, hücre duvarı yapısına gömülmeleri nedeniyle lignoselüloz malzemelerinin şişmesinden ve büzülmesinden büyük ölçüde sorumludurlar.
biyolojik bozunma
Doğada, ksilanlar, ksilanazlar olarak bilinenler tarafından parçalanır. Bu enzimler, ana ve yan zincirlerin hidrolizini katalize eder. Ksilanazlar deniz yosunlarında, protozoalarda , kabuklularda , böceklerde , salyangozlarda ve kara bitkilerinin tohumlarında bulunmuştur. Esas olarak bozunma mikroorganizmalar tarafından gerçekleşir, bu nedenle biyolojik bozunmadan esas olarak filamentli mantarlar sorumludur. Salgılanan ksilanazların oranı, maya veya bakteri gibi diğer mikroorganizmalardan daha yüksektir.
Ksilanların homojen olmayan yapısı nedeniyle, bozunma bir ksilanaz tarafından değil, bir enzim kompleksi tarafından gerçekleştirilir. Endoksilanazlar ( EC 3.2.1.8 ) ve β- D- ksilosidazlar ( EC 3.2.1.37 ) burada özellikle önemlidir. Modifiye edilmiş yan radikalleri parçalamak için ayrıca ferulik asit - esterazlar , kumarik asit esterazlar, asetil ksilan esterazlar ( EC 3.1.1.6 ), a-glukuronidazlar ve arabinazlar ( EC 3.2.1.99 ) kullanıldı.
Bireysel kanıt
- ↑ a b c d e Data Xylane (PDF), Carl Roth'ta , 14 Aralık 2010'da erişildi.
- ↑ a b c d e Polizeli, ML. ve diğerleri . (2005): Mantarlardan ksilanazlar: özellikler ve endüstriyel uygulamalar . İçinde: Appl Microbiol Biotechnol . 67 (5); 577-591; PMID 15944805 ; doi : 10.1007/s00253-005-1904-7 .
Edebiyat
- Polizeli, ML. ve diğerleri . (2005): Mantarlardan ksilanazlar: özellikler ve endüstriyel uygulamalar . İçinde: Appl Microbiol Biotechnol . 67 (5); 577-591; PMID 15944805 ; doi : 10.1007 / s00253-005-1904-7
- York, WS. ve O'Neill, MA. (2008): Ksilan biyosentezinin biyokimyasal kontrolü - hangi son ? İçinde: Curr Opin Tesisi Biol . 11 (3); 258-265; PMID 18374624 ; doi : 10.1016 / j.pbi.2008.02.07
- TARAFINDAN. Wang: Çevresel biyolojik bozunma araştırma odağı . New York Nova Bilim Yayıncıları 2007; ISBN 9781600219047
İnternet linkleri
- İskele materyalleri TU-Darmstadt ( Memento 27 Mayıs 2005 yılında Internet Archive ) ( PDF , 164 KB)