التمثيل الغذائي للمواد الحاملة للطاقة

التمثيل الغذائي للمواد حاملة الطاقة

طرق فصل اللجنين:

في المعمل:

تنقسم طرق فصل اللجنين في المعمل لغرض البحث العلمي إلى طريقتين،

مائيا دون تأثير

وتعتمد الاولي على استعمال الأحماض لتحليل الكربوهيدرات

تحليلا

على اللجنين أو بإستعمال مواد مؤكسدة للكربوهيدرات فتحدث لها تكسير كيميائي

وغالبا

دون التأثير على الجنين وتعتمد الطرقة الثانية على استعمال مذيبات عضوية

تاركا المواد الكربوهيدراتية.

في وجود عامل ملامسة فتذيب اللجنين

يستعمل في الطريقة الاولي حامض كبريتيك %٧٢-٦٤أو حامض كلوردريك %٤٢أو حامض ايدرفلوريك أو مخلوط من هذه الأحماض أو تذاب الكربوهيدرات في محلول هيدروكسيد النحاس النشادري أو تؤكسد المواد الكربوهيدراتية بواسطة حامض فوق الايوديك أو املاحة ثم يجرى التحليل المائي للسكر عديد الالدهيد

بالماء الساخن.

وفي جميع هذه الحالات يتبقي اللجنين على صورة غير ذائبة في المحلول ،يتم في الطريقة الثنائية استخلاص اللجنين بالمذيبات العضوية في وجود عامل مساعد

مكوننا مشتق لجنين Lignin

وفي جميع هذه الحالات يتكثف المذيبات مع اللجنين

derivativesيطلق علية اسم المذيب فيستعمل كحول الايثايل في وجود HCl ) 50%يد كل( للحصول على مشتق اثانول اللجنين الذي يحتوي على مجموعة ايثوكسيل ethoxyle groupنتجت من تفاعلات التكثيف الذى تم بين الكحول واللجنين وقد أمكن استعمال عدة مذيبات مختلفة منها المثانول والبيوتانول وايزوبيوتانول وكحول الامايل ،الهكسانول الحلقي ،والكلور هيدرين ،وكحول الين اززيل، الايثانول امين ،الفينول وغيرها ،ويمكن التخلص من المجموعات التي نتجت بالتكثيف إذا عومل المشتق اللجنينيى بحامض معدني حيث ينفرد اللجنين مع تغير

-١١٠-

المواد الحاملة للطاقة )الوحدات البنائية(

جميعا إلى ذوبان اللجنين وبقاء المادة

بسيط في طبيعتع ،وتؤدي هذه المذيبات

الكربوهيدراتية غير ذائبة مع ما قد يحدث لها من تكسير كيميائي.

في الصناعة:

يستعمل في صناعة تحضير اللب ثلاث طرق رئيسية هي السلفيت ،والسلفات، والصودا )الطريقة القلوية( وفي هذه الطرق الثلاث يتفاعل اللجنين مع المواد المستعملة ويتحول إلى مشتق لجنين ذائب في المحلول المائي أو القلوي.

ففي طريقة السلفيت sulphite processيستعمل محلول من بيكبريتيت الصوديوم أو الكالسيوم أو المغنسيوم أو الالمونيوم في وجود كمية زائدة من ثانى اكسيد الكبريت لهضم المادة الخشبية وخلال عملية الهضم يتحول اللجنين إلى محلول ملح ذائب من املاح حامض اللجينوسيلفونيك Lignosulphonic acid يذوب في المحلول الهضمي ومنه يفصل اللجنين بترسيبة على صورة ملح لجنوسلفونات lignosulphonaleبعملية تمليح بواسطة كلوريد الصوديوم أو بالترسيب على صورة لجنوسلفونات كالسيوم بواسطة ماء الجير أو بالترسيب بواسطة قواعد عضوية مثل الكينولين والنفثالين امين وخلافة.

وفي طريقة السلفات أو الكرافت ) sulphate process (kraftيستعمل محلول %٥من مخلوط كبريتيد الصوديوم والصودا الكاوية لهضم المادة الخشبية وخلال عملية الهضم يتحول اللجنين إلى مخلوط ذائب من اللجنين القلوي alkali lignin والميثولجنين ،ويفصل اللجنين من مخلوط الهضم الاسود black liquorبالتحميض

بحامض معدني.

اما في طريقة الصودا الكاوية فيستعمل محلول قلوي لهضم المادة الخشبية ويتحول اللجنين إلى ملح لجنات صوديوم sodium ligniteذائب في المحلول

ويفصل منه بالتخحميض كما سبق في طريقة الكرفت.

-١١١-

التمثيل الغذائي للمواد حاملة الطاقة

التركيب الكيميائي:

التركيب الكيميائي للجنين لم يثبت بعد بحيث يمكن من وضع رمز كيميائي ثابت له ،ووجود عدة رموز كيميائية مقترحة بواسطة فون فاسيك von wacek وفرويد نبريج freudennbergوكلاسون klasonوغيرهم يؤكد هذه الحقيقة، والتركيب الاولي الذي تدل علية نتائج التحليل الكمي لعناصر الكربون والايدروجين تبعا لمصدر اللجنين وطريقة فصلة ،ووجود نسبة عالية من الكربون إلى نسبة

يختلف

منخفضة من الايدروجين في تكوين اللجنين تدل إما على أنه مركيب غير مشبع بدرجة كبيرة أو أن له تركيب عطري وبالرغم من أن وجود الروابط الاليفاتية غير مشبعة قد تم تأكيده فإن وجود المجموعات العطرية أصبح لا يحتاج إلى دليل.

وبتطبيق العمليات الكيميائية المختلفة مثل صهر اللجنين مع القلويات أو التحليل المائي القلوي أو بعمليات الاكسدة أو التقطير الجاف أمكن الحصول على مركبات حلقية عطرية مثل بيروكاتيكول ،وحامض جاليك والرافانيلين الجواباكول وغيرها كثير.

وأمكن بعمليات تقدير الميثوكسيل من التعرف على هذه المجموعات في اللجنين وعددها وبطرق كيميائية مماثلة يمكن التعرف على كثير من المجموعات الفعالة في

الجزئي ووحداته البنائية.

ولقد اصبح من الواضح الآن أن اللجنين يتكون من وحدات بنائية من برويان

-١١٢-

المواد الحاملة للطاقة )الوحدات البنائية(

الفنايل المحتوي على مجموعات ايدروكسيل فينولية حرة أو متحدة في الوضع با را، ومجموعة ميثوكسيل في الوضع ميتا – بالنسبة للسلسلة الجانبية ،ويقترح فرويد نبرج وغيره Freudenbergأن جزئ اللجنين عبارة عن سلسلة طويلة ناتجة عن تكثيف أو بلمرة Condensation or Polymerizationالوحدات البنائية السابقة كما في

الرموز الآتية:

وتجمعه النظريات والفروض المقترحة لجزء اللجنين على أنه ينبنى على أساس وحدات من برويان الفينايل التي تحتوي على مجموعة ميثوكسيل واحدة من الجواياسيل guaicylكما في لجنين معراة البذور coniferousومجموعتين ميثوكسيل في السرنجيل Syringylكما في لجنين مغطاة البذور deciduousوهذه الوحادت تصنع مع بعضها السلسلة الطويلة للجزئ عن طريق عمليات التكثيف condensationأو بلمرة polymerizationونظ ار لوجود العديد من المجموعات الفعالة على هذه الوحدات سواء كانت وحدات اليفاتية غير مشبعة أو مجموعات ايدروكسيل محولية اولية وثانوية أو مجموعات كربونيل الدهيدي فإن ذلك يسمح بتكوين التركيب المتفرع والمعقد لجزئ اللجنين نتيجة ارتباط هذه المجموعات عن طريق الروابط الثانوية مثل روابط الأيدروجين والإسيتال والهيمي اسيتال وفان

-١١٣-

التمثيل الغذائي للمواد حاملة الطاقة

درفالس ..إلخ يؤكد ذلك أن التكسير الكيميائي لهذه السلاسل المتفرعة والمعقدة يعطى وحدات مجمعة من نوع المونوميرات mononersثنائية dimmersإلخ واليجو (Nimz 1994) ،(alder 1977) oligomerكما يتضح ذلك من رمزى الدروينمز

).(Nimz 1974

استعمالات اللجنين:

ادخل اللجنين حديثات في صناعة البلاستيك حيث الحصول على راتنجات صناعية بتكثيف اللجنين مع الفورفورال أو الانيلين أو الفينول.

يستعمل في صناعة المطاط )الصناعي والطبيعي( حيث يكسبة القدرة والمتانة

بديلا من الكربون الاسود في هذه الصناعة علاوة

فقد وجد أنه من الممكن أن يصبح

على أنه مثبت فعال.

يدخل في صناعة البطاريات وفي تسميد التربة حيث يعزى إليه تكوين مادة أيضا في صناعة الراتنجات المستعملة في التبادل الأيوني

الدبال في التربة humus

وكمرسب للانزيمات والبروتينات في محاليلها المائية فيستعمل لترسيب البروتين من

عصير القصب والمحاليل المختمرة وشرش اللبن.

-١١٤-

المواد الحاملة للطاقة )الوحدات البنائية(

للحامض لجنوسلفونيك واللجنين القوي تأثير ضعيف في الدباغة كما يستعملان

في صناعة حبر الطباعة.

اللجنين في الطبيعة :Lignin

يوجد اللجنين في الأنسجة الخشبية كالقوالح ،وقشور البذور ،والجذور ،والسيقان، والأوراق وهو مركب معقد في تركيبه الكيميائي ،وعديم الهضم تقر يبا وعن تركيبه غامضا ،ورغم الاختلاف في التركيب الكيميائي لللجنين .إلا أن

الكيميائي فلا يزال

الأنواع المختلفة منه كلها تحتوي على التركيب الأساسي.

Phenyl Propane

CH2 – CH2 – CH3

أما عن النواة العطرية فقد تحتوي أو لا تحتوي على مجموعة أو أكثر من مجموعات ال CH3O Methoxyلهذا التركيب الكيميائي لللجنين ،والذي يحتوي على مجموعة ميثوكسيل واحدة يسمى أحادي اللجنين Lignin Monmerأو"جوايا كابل"ويوجد في لجنين النباتات معراه البذور ،أما التركيب الآخر الذي يحتوي على

مجموعتين

ميثوكسيل ..يسمي"سيرانجايل"ويوجد مع التركيب الآخر"جواياكايل"في

لجنين النباتات المغطاة البذور.

-١١٥-

التمثيل الغذائي للمواد حاملة الطاقة

CH2

CH2

CH2

CH2

CH2

CH2

OCH3

OCH3

OR

جواياكايل

H3CO

OH

سيرانجايل

واللجنين عامة مقاوم شديد للتكسير بالكيماويات أو الانزيمات ،وكلما زاد عمر النبات أصبحت الجدر النباتية ملجننة Lignifiedوبالتالي يصعب جدا هضم هذه الأنسجة.

ويحتوي الدريس وأنواع القش على نسبة عالية من اللجنين لذلك فهي قليلة الهضم ويعطي كل جرام من اللجنين ٦,٢٧٧كيلو كالوري عند حرقه ،أي يعطي ح اررة أقل من الدهن وأعلى من البروتين ،وبعد تحضير عينات نقية من اللجنين من مواد العلف المختلفة ثبت أن هذه العينات تتقارب في محتواها من نسبة الميثوكسيل، وتحتوي في المتوسط على %١٨من الميثوكسيل ) (OCH3وقد استخدمت هذه الخاصية في التقدير باستخدام الحامض المركز %٧٢ H2SO4وضرب الكمية الناتجة في عامل ثابت أو Factorهو .٥,٥= ١٨/١٠٠

-١١٦-

المواد الحاملة للطاقة )الوحدات البنائية(

وعند تحضير اللجنين نجد أن جزء منه لا يذوب في (%٧٢) H2SO4ويسمي "غير الذائب"ويذوب جزء آخر في هذا الحامض المركز ،ويسمي اللجنين الذائب وبإجراء مقارنة بين المصادر المختلفة .وجد أن أغلب لجنين الخشب لا يذوب في الحامض ،أما في مواد العلف فأنها تختلف في النسبة بين اللجنين الذائب واللجنين غير الذائب .وقد ثبت من تجارب الهضم أن اللجنين غير الذائب لا يهضم بالمرة، بينما يهضم جزء قليل من اللجنين الذائب ،كذلك ثبت أن لجنين البقوليات يقاوم الإذابة بالقلوي ،لذلك نجد أن أغلب لجنين تبن الفول يتركز في الألياف الخام .أما المواد النجيلية فإن أغلب اللجنين بها يذوب في القلوي .وبذلك يتركز أغلب اللجنين بها في المستخلص الخالي من الأزوت .يتضح أن اللجنين يتوزع جزء منه في الألياف الخام، وجزء آخر يوجد مع الكربوهيدرات الذائبة ،وحيث أن اللجنين مادة عطرية Aromatic

جدا لذلك فإن الاتجاهات الحديثة

ولا تتبع الكربوهيدرات ،ولا يهضم منه إلا جزء قليل في التحليل الغذائي تتجه إلى فصل اللجنين وحده كما اقترح أبوريه ) ،(١٩٥١وعززه ريد ) ،(١٩٥٣مما يؤدي إلي تقسيم الكربوهيدرات من وجهة النظر الغذائية ،خاصة بعد معرفة مكانة وأهمية اللجنين وأهميته كمركب كيميائي يوجد في بعض مواد العلف.

تشتمل المادة الغذائية على ) (٦مركبات غذائية هي الرطوبة ،الرماد الخام، البروتين الخام ،الدهن الخام ،الألياف الخام ،والمستخلص الخالي من الأزوت ومن الوجهة الغذائية فقد قسمت الكربوهيدرات الخام الي كربوهيدرات ذائبه ،وأخري غير ذائبه وذلك في محاليل حامض (%١,٢٥) H2SO4والغليان نصف ساعة ،ثم في محاليل (%١,٢٥) NaOHوالغليان نصف ساعة أخري ،وسمي هذا التقسيم تقسيم Weendeوفيه عرف الجزء غير الذائب في المحاليل السابقة بأنه الألياف الخام ) Crude Fiber (CFوعرف الجزء الذائب في المحاليل نفسها ب المستخلص الخالي من الآزوت ) ،Nitrogen Free Extract (NFEبعد ذلك أمكن تحليل

-١١٧-

التمثيل الغذائي للمواد حاملة الطاقة

الكربوهيدرات الخام الي مكاناتها التفصيلية من :لجنين ،سيليلوز ،بنتوزان ،بكتين ،ج أز آخر غير مقدر ،على أن يكون مجموع هذه المكونات مساويا لمجموع .NFE + CF ونظ ار لاختلاف البناء الكيميائي للجنين عن البناء الكيميائي لبقية الكربوهيدرات بسبب تركيبه العطري ،ونظ ار لاختلاف قيمته الح اررية عن القيمة الح اررية للكربوهيدرات ..فقد رؤي تقسيم الكربوهيدرات الخام إلي:لجنين وكربوهيدرات أخري، وسمي هذا ب"التقسيم المقترح"عن أبوريه ) (١٩٥١وعززه ريد) (١٩٥٣والتلتي ) ،(١٩٧٣وأبوريه والتلتي) ،(١٩٧٦ويمكن تلخيص هذه المقترحات المختلقة في

الرسم التالي:

الكربوهيدرات الخام Crude Carbohdrate

التقسيم التفصيلي

Weendeتقسيم

كربوهيدرات ذائبة

NFE

التقسيم المقترح

لجنين

كربوهيدارت

كربوهيردات

غير ذائبة

لجنين

سليلوز

اخرى

بنتوزان

بكتين

جزء غير

مقدر

-١١٨-

المواد الحاملة للطاقة )الوحدات البنائية(

أمكن فصل اللجنين إلي جزء ذائب ،وآخر غير ذائب في (%٧٢) H2SO4 وفي عام ١٩٧١استحدث العالم Van Soestنظاما آخر لتحليل الكربوهيدرات الخام يعتمد على فصل مكونات الخلايا عن جدرانها ،وذلك باستخدام محاليل تختلف في درجة الحموضة:حيث سمي الجزء من الكربوهيدرات الذي يتبقي أو ينفصل بمحلول متعادل باسم Neutral Detergent, Fiber, NDFكذلك سمي الجزء الذي ينفصل ،أو يتبقي بعد الغليان لمدة ساعة في محلول حامضي باسم Acid Detergent Fiber , ADFوبمعاملة الجزء الأخير ADFبمحلول حامض كبريتيك %٧٢فتبقي جزء من اللجنين سمي )،Acid Detergent Lignin (ADL هذه الأجزاء الثلاثة التي انفصلت بمحاليل مختلفة الحموضة هي:

جدول رقم )(٧

NDF

لجنين +سليلوز +هيمي سليلوز +جزء من الرماد

ADF

لجنين +سليلوز +جزء من الرماد

ADL

لجنين +جزء من الرماد

يمكن تقدير المكونات الثلاثة اللجنين ،السليلوز ،الهيمي سليلوز كما يلي:

الهيميسليلوز = ADF – ADF

السليلوز

= ADL – ADF

وكل من هذه الأجزاء التي تتخلف منها ADL, NDF, ADFذات تركيب غير ثابت ،ويختلف من نبات لأخر ،ويختلف أكثر مع المكونات المأخوذة من الروث ويجب أن تقتصر طريقة فإن سوست للتوصيف النباتي على المواد الخضراء فقط .دون التجاوز الذي أطلقه بعض الباحثين على هذه المركبات من روث الحيوان

-١١٩-