Химический состав растительного сырья

Общая характеристика основных компонентов растительных субстратов

Растительное сырье как биологический объект имеет сложное анатомическое строение и химический состав. Так как 95% массы растений создается в процессе фотосинтеза, то их главными компонентами являются органические вещества и лишь небольшую часть составляют минеральные вещества, которые при сжигании образуют золу. Основную сухую массу растительных клеток составляют четыре типа органических соединений это углеводы,липиды,белкиинуклеиновые кислоты.Углеводы самые распространенные в природе органические вещества. В растениях их содержание иногда доходит до 90-95% сухой массы. Жиры - важнейшие запасные вещества. Некоторые растения накапливают жиры (масла) в больших количествах, особенно в семенах и плодах. Растения содержат также воска, которые защищают ткани растении от потери влаги и часто затрудняют процесс увлажнения растительного сырья, например, соломы. Самая высокая концентрация белков у растений обнаружена в семенах (более 40% сухой массы), вегетативные части содержат невысокий уровень белка (2 - 5%).Растительные субстраты существенно различаются по содержанию основных органических компонентов: углеводов, жиров, белков. Вегетативные части растений - древесина, соломина, стебли, листья - содержат небольшое количество белка и жиров, а так же высокий уровень трудноразлагаемых соединений: целлюлозы, гемицеллюлозы и лигнина. Генеративные части растений - плоды, семена - содержат много белка и жиров, высокий уровень легко доступных углеводов (крахмал, моносахара, дисахариды) и низкий уровень трудно доступных полимеров - целлюлозы, гемицеллюлозы и лигнина.

Растительные ткани однолетних и многолетних растений состоят преимущественно из полисахаридов — 60‑70%, лигнина — 20‑28% и незначительного количества экстрактивных и минеральных веществ (табл. 2).

Таблица 2

Химический состав растительного сырья

Растительное сырье	Содержание компонентов, %
Целлюлоза	Гемицеллюлоза	Лигнин	Зольные в‑ва
Сосна	47,0	17,8	19,7	0,2
Береза	39,4	26,5	19,7	0,4
Пшеничная солома	39,0	23,4	24,5	5,9
Тростник	40,0	20,4	24,5	2,6
Подсолнечная лузга	27,0	21,5	27,4	2,4
Кукурузная лузга	33,5	37,7	15,1	1,3
Рисовая лузга	29,0	18,1	19,0	16,0
Хлопковая шелуха	41,5	26,4	28,0	2,8
Гузапая	20,5	38,3	25,5	3,5
Верховой торф	20-24	16-36	—	—

Органические компоненты растительной биомассы при фракционировании разделяют на три основные группы: углеводную, ароматическую и экстрактивные вещества.

Углеводная часть — это гидролизуемая часть растительных субстратов, состоящая из целлюлозы и гемицеллюлоз. По способности к гидролизу углеводную часть подразделяют на легкогидролизуемые полисахариды (ЛГП), которые гидролизуются разбавленными минеральными кислотами, например 2‑5%-ной НСl при температуре около 100°С, и трудногидролизуемые полисахариды (ТГП), которые гидролизуются концентрированными минеральными кислотами, например 72%‑ной Н₂SO₄ при комнатной температуре. К легкогидролизуемым полисахаридам относятся гемицеллюлозы и аморфная часть целлюлозы, к трудногидролизуемым полисахаридам — целлюлоза (кристаллическая часть) и незначительная часть гемицеллюлоз, закристаллизованных совместно с целлюлозой.

Экстрактивные вещества — это вещества, которые извлека­ются из субстрата нейтральными растворителями (водой или ор­ганическими растворителями). Состав их очень разнообразен, несмотря на малую массовую долю. Скапливаются экстрактив­ные вещества в полостях клеток, но частично могут пропиты­вать и клеточные стенки.

После удаления экстрактивных веществ и полного гидролиза углеводной части в остатке содержится лигнин, составляющий ароматическую часть.

Большая часть растительных отходов состоит, главным обра­зом, из клеточных стенок высших растений.

Наличие прочной оболочки — характерная черта раститель­ной клетки, отличающая ее от животной. Клеточная стенка яв­ляется опорой, скелетом растительной клетки. Она защищает клетку от проникновения крупных частиц, микроорганизмов, предохраняет от потерь воды и сама служит резервуаром влаги, так как до 25% всей воды клетки находится в ее стенке. Клеточная стенка, как правило, бесцветна и прозрачна, легко пропускает солнечный свет. По ней могут передвигаться вода и растворенные низкомолекулярные вещества. Наиболее подробно она изучена у древесных растений.