4.1.4 Химический состав структурных элементов растительной ткани

Вакуоли являются наиболее гидратированными элементами тканей овощей и плодов (95 — 98)% воды. В состав сухого остатка клеточного сока входят в том или ином количестве практически все водорастворимые пищевые вещества.

Сахара, содержащиеся в овощах и плодах в свободном состоянии, растворимый пектин, органические кислоты, водорастворимые витамины и полифенольные соединения кон- центрируется в вакуолях.

В клеточном соке содержится примерно (60 — 80)% минеральных веществ от общего их количества в овощах и плодах. Соли однова- лентных металлов (калия, натрия и др.) практически полностью концентрируются в клеточном соке. Солей же кальция, железа, меди, магния содержится в нем несколько меньше, так как они входят в состав других элементов тканей овощей и плодов.

Клеточный сок содержит как свободные аминокислоты, так и белки (глобулярные), которые вследствие значительного содержа- ния воды в вакуолях образуют в них растворы относительно сла- бой концентрации.

В состав цитоплазмы входят в основном белки, ферменты и в небольшом количестве липиды (соотношение белковых веществ и липидов 90:1). По структуре молекул белки цитоплазмы относятся к глобулярным белкам. В цитоплазме, как и в вакуолях, они находятся в виде раствора, но более концентрированного (10%-ного). Мембраны содержат белки и липиды. Тонопласт и плазма лемма состоят из двух слоев глобулярного белка с бимолекуляр- ной прослойкой липидов. Другие цитоплазматические мембраны, построенные из двух простых мембран, практически не отличаются по химическому составу от последних. Белковые ве- щества в мембранах находятся в виде студней.

Пластиды бывают окрашенными и бесцветными. В зависимости от окраски их подразделяют на хлоропласты зеленые, хромо пласты — окрашенные в желтые и красные тона и лейкопласты - бесцветные.

Хлоропласты, состоящие из белков и липидов (в соотношении 40:30), содержат различные пигменты, но в основном хлорофилл, а также каротиноиды.

Хромопласты образуются, как правило, из хлоропластов или лейкопластов. В процессе их развития образуются крупные гло- булы или кристаллы, содержащие каротиноиды. - Обусловливающий желто-оранжевую окраску мно- гих овощей и плодов (морковь, абрикосы и др.). Однако не всегда оранжевая окраска указывает на высокое содержание их в плодах и овощах; например, окраска апельсинов, мандаринов обусловлена другим пигментом — криптоксантином. В то же время в зеленых овощах относительно высокое содержание каротина может быть замаскировано хлорофиллом.

В лейкопластах накапливаются запасные вещества, например крахмал в клетках клубня картофеля. Лейкопласты, содержащие крахмал, называются амилопластами. В растительных клетках крахмальные зерна находятся в пространстве, ограниченном обо- лочкой лейкопласта.

Клеточные стенки составляют (0,7 — 5)% сырой массы овощей и плодов. В состав клеточных оболочек и срединных пластинок вхо- дят в основном полисахариды (80 — 95)%, клетчатка, гемицел- люлозы и протопектин, поэтому их часто называют «углеводами клеточных стенок». В состав клеточных оболочек входят все пере- численные выше полисахариды. Считают, что срединные пластинки состоят в основном из протопектина.

Кроме углеводов, в клеточных стенках содержатся азотистые вещества, лигнин, липиды, воска, минеральные вещества.

Из азотистых веществ в клеточных стенках растительной ткани обнаружен структурный белок экстенсин, который в некоторых отношениях напоминает белок коллаген, выполняющий аналогичные функции в животных тканях. Содержание экстенсина в клеточных стенках различных овощей неодинаково. Клеточные стенки картофеля состоит примерно на 1/5 из экстенсина. В клеточных стенках моркови и свеклы содержание его составляет в среднем от 10 до 12%, дыни – не превышает 5%.

Размягчение овощей и плодов, происходящее в процессе их тепловой обработки, связывают с деструкцией клеточных стенок. Клеточная стенка состоит из различных полимеров (целлюлозы, гемицеллюлоз, пектиновых веществ, белков).

Первичная клеточная стенка состоит из волокон (микрофибрилл) целлюлозы, которые занимают менее 20% объема гидратированной стенки. Располагаясь в клеточных стенках параллельно, целлюлозные волокна образуют мицеллы, которые имеют правильную почти кристаллическую упаковку. Одна мицелла целлюлозы может отстоять от другой на расстоянии, равном ее десяти диаметрам. Пространство между мицеллами целлюлозы заполнено матриксом, состоящим из пектиновых веществ, гемицеллюлоз (ксилоглюкан и арабиногалактан) и структурного белка, связанного с тетрасахаридами.

Первичная стенка клетки рассматривается как целая макромолекула, компоненты которой тесно взаимосвязаны (рис 5.). Между мицеллами целлюлозы и ксилоглюканом имеется значительное количество водородных связей. В свою очередь ксилоглюкан ковалентно связан с пектиновыми веществами через их боковые галактановые цепи. С другой стороны, пектиновые вещества через арабиногалактан ковалентно связаны со структурным белком.

Рисунок 5 - Структура первичной клеточной стенки (по Альберсхейму):

1 – микрофибрила целлюлозы; 2 – ксилоглюкан; 3 – главные рамногалактуроновые цепи пектиновых веществ; 4 – боковые галактановые цепи пектиновых веществ; 5 - структурный белок с арабинозными тетрасахаридами; 6 – арабиногалактан.

Учитывая, что клеточные стенки многих овощей и плодов отличаются относительно высоким содержанием двухвалентных катионов, в основном Са и Мg (0,5 – 1%), между полимерами, содержащими свободные карбоксильные группы, могут возникать хелатные связи в виде солевых мостиков.

Ниже представлена схема образования солевого мостика между двумя молекулами пектиновых веществ. Жирной линией изображена цепочка рамногалактурона.

СОО ^- СОО

+ Са⁺⁺ (Мg⁺⁺ ) СА (Мg)

СОО ^- СОО

Вероятность образования солевых мостиков находится в обратной зависимости от степени этерификации полигалактуроновых кислот.