موقع المهندس موقع المهندس بيت كل مهندس التركيب الكيميائي تتكون المادة العضوية (المخلفات الحيوانية) من حوالي %75ماء والباقي مادة جافة عبارة عن الأنسجة النباتية وافـرازات الحيوانـات وتتركـب كيميائيـا مـن الكربـون والأوكسـجين والهيـدروجين والنتـروجين وعناصـر معدنيـة أخـرى والتـي تكـون علـى هيئة ثلاث مركبات رئيسية هي:
I – الســكريات المتعــددة Polysaccharides
تشــمل قســم كبيــر مــن المــواد الكاربوهيدراتيــة الطبيعيــة التــي تشــتق جزيئاتها من عمليـة بلمـرة Polymerizationلعـدد مـن السـكريات البسـيطة أو السـكريات الأحاديـة Monosaccharides مثــــل الكلوكــــوز ،Glucose مــــانوز ،Manose ارابينــــوز ،Arabinose زايلــــوز ،Xylose ريبــــوز ،Ribose حــــامض كلوكيورونيك ،Glucuronic حامض كالاكتيورونيك ،Galacturonic كلوكوز أميني Glucose aminوكالاكتوز أميني Galactose mainوغيرها. وتتضمن السكريات المتعددة:
أ- السيليلوز Cellulose
مـادة كاربوهيدراتيـة معقـدة تشـكل مـا نسـبته %60-15مـن المخلفـات النباتيـة وتـزداد نسـبته فـي الأعضـاء النباتيـة بتقـدم عمر النبات لذلك تعتبر المخلفات النباتية أهم مصدر كاربوني ومصدر طاقة للأحياء الدقيقة، والسيليلوز يدخل في تركيـب جـدر خلايـا النباتـات الراقيـة والطحالـب وعـدد مـن الفطريـات وبعـض أنـواع البكتريـا كـالجنس ،Acetobacter وربمـا يعتبـر أكثر المركبات العضوية انتشار في الطبيعة ويتركب من وحدات كلوكوز مرتبطة مع بعضها في سلاسـل طويلـة ومسـتقيمة
بواسطة رابطة من نوع β- Linkage) β)عند ذرة الكاربون 1,4في جزيء السكر.
ويتـراوع عــدد جزيئــات الســكر فــي جـزيء الســيليلوز مــا بــين 10.000-1400جـزيء ويختلــف ذلـك بــاختلاف النبــات، ويتراوع الوزن الجزيئي للسيليلوز ما بين 2000.000-200.000ويتركز وجود السيليلوز في جدر الخلايا. وهـو لا يوجـد بشكل سلاسلبسيطة وانما يكون بشكل سلاسل متحدة في وحدات دقيقة تسمى Micellesومجاميعها تترتب بشكل خاص لتكـوين تركيــب أكبــر يســمى Microfibril حيــث تترسـب هــذه التراكيــب فــي الجــدار الخلـوي ويوجــد بينهــا مــادة اللكنــين مــع سكريات معقدة بنسب أقل.
والسيليلوز من الكاربوهيدرات المقاومة للتحلل بواسطة الأحيـاء الدقيقـة والأنزيمـات ويعتمـد تحللـه علـى عـدد مـن العوامـل البيئيـة مثـل الحـرارة، التهويـة، الرطوبـة، درجـة الحامضـية ،pH المحتـوى النتروجينـي ونسـبة اللكنـين الموجودة.
ب- أنصاف السيليلوز Hemi cellulose
هـي مـواد كاربوهيدراتيـة معقـدة توجـد بنسـبة تصـل بـين %30-10مـن تركيـب المخلفـات النباتيـة حيـث يـدخل فـي جـدر الخلايـا المســنة للأنســجة النباتيـة. وعلـى الـرغم مـن التشــابه الكبيـر فـي التسـمية بــين السـيليلوز وأنصــاف الســيليلوز إلا ان تركيبهما يختلف تمامـاً ولا يوجـد تشـابه بينهمـا فأنصـاف السـيليلوز عبـارة عـن بعـض السـكريات المتعـددة عديمـة الـذوبان فـي المــاء وعنــد تحللهــا مائيــاً بالحــامض المعــدني الســاخن المخفــف تعطــي ســكريات سداســية Hexoses وســكريات خماســية Pentoses وحامض Uronic acidويعتمد تحلله على عدد من العوامـل البيئيـة كمـا هـو الحـال فـي السـيليلوز، وأنصـاف الســيليلوز عبــارة عـــن سلســلة معقـــدة يــدخل فيهـــا الســكريات وحــامض يورونيــك أو بدونــه واعتمــاداً علــى ذلــك تقســم إلــى مجموعتين هما:
- مركبات اليورونيدات المتعددة Polyuronidesتتكون من وحدات متكررة من السكريات وأحماض اليورونيك.
- مركبات Cellulosansوتتكون من وحدات السكريات فقط.
إن أكثــر الســكريات السداســـية وجـــودا فـــي تركيـــب أنصـــاف الســـيليوز هــي الكلوكـــوز Glucoseوالفركتـــوز Fructose والكــالكتوز Galactoseوالمـــانوز Mannoseأمـــا الســكريات الخماســـية فتتضــمن ســـكر الزايلـــوز Xyloseوالاربينـــوز arabinoseوان الآصـرة التـي تـربط بـين سلاسـل سـكر الزايلـوز مـن نـوع β– 1,4مـع وجـود سلاسـل جانبيـة مـن حـامض الكلوكيورونيــك ( Glucuronic acidوهــو حــامض يورنيــك نــاتج عــن أكســدة ســكر الكلوكــوز) كمــا قــد تحتــوي السلاســل الجانبية على سكر الاربينوز.
جـ- النشأ Starch
من السكريات المتعددة التي تتكون من تكاثف السكريات السداسية وفي النبات تمثل مخزنا للكاربوهيدرات حيث يوجد في الأوراق لأداء عملية التمثيل الضوئي ويتكون النشأ من مجموعتين من المركبات هما:
1 – مركب الاميلوز Amyloseوهـو مركـب يتكـون مـن سلاسـل مسـتقيمة مـن سـكر الكلوكـوز (بحـدود 500-200وحـدة) ترتبط مع بعضها بروابط كلايكوسيدية Glycosidic linkageمن نوع ⋊-1.4
2 – مركـب الأميلـوبكتين Amylopectinوهـو مركـب يتكـون بالإضـافة إلـى السلاسـل المسـتقيمة مـن سـكر الكلوكـوز مـن سلاسل متفرقة التـي تـرتبط بـروابط كلايكوسـيدية Glycosidic linkgeمـن نـوع ⋊-1.6عنـد التفـرع وتكـون عـدد وحـدات سكر الكلوكوز أكثر بكثير مما هو عليه في جزء الأميلوز.
د- المواد البكتينية Pectic-substances
هـي سـكريات متعـددة معقـدة مكونـة مـن وحـدات مـن حـامض الكالاكتويورونيـك Galacturonic acid تـرتبط مـع بعضـها بشـكل سلاسـل طويلـة وتـرتبط مجـاميع الكاربوكسـيل للحـامض كليـاً أو جزئيـاً بـروابط إيسـتر مـع مجـاميع المثيـل Methyl ،ester أما مجاميع الكاربوكسيل غير المرتبطة بروابط ايستر فقد تكون متحدة كلياً أو جزئياً مع كاتيونـات مختلفـة مثـل K أو ،Mgوتعتبر المواد البكتينية قسماً من أقسام أنصاف السيليلوز.
والمركبات البكتينية تضم ثلاثة مكونات أساسية هي:
- البروتـوبكتين Protopectinوهـي مـواد غيـر ذائبـة فـي المـاء تتكـون مـن وحـدات مـن حـامض الكالاكتويورونيـك بشـكل بولمرات محتوية على مجاميع الايستر والبروتوبكتين مكون من مكونات جدار الخلية.
- البكتـين Pectinيشـابه المركـب الأول فـي تركيبـه إلا انـه قابـل للـذوبان فـي المـاء ونسـبة مجـاميع الأيسـتر فيـه بحـدود %8.
- حـامض البكتيـك Pactic acidوهـو عبـارة عـن عـدد مـن وحـدات حـامض الكالاكتويورونيـك Galacturonic acid خاليـة مـن روابـط المثيـل ايسـتر. وهـذا المركـب قابـل للـذوبان فـي المـاء ويتميـز بأنـه يكـون هـلام البكتيـك Pactic gelعنـد معاملته بالكالسيوم، كما ان معاملة المواد البكتينية لمادة قلوية مخففة يؤدي إلى تحللها وتنفصل مجاميع الايستر كما تنفرد مجاميع الكاربوكسيل في سلاسل حامض الكالاكتويورونيك فيتكون حامض البكتيك.
هـ- الكيتين Chitin
من أكثر السكريات المتعددة شيوعا يحتوي في تركيبه على السكريات الأمينيـة Amino sugarوهـو مكـون بنـائي يعطـي القوة الميكانيكية للأحياء التي يدخل فـي تركيبهـا فهـو نـاتج عمليـات التمثيـل الغـذائي للفطريـات والخمـائر فتسـتعمله فـي بنـاء جـدر خلاياهـا فـي حـين لا يـدخل فـي بنـاء جـدر خلايـا البكتريـا وهـو عـديم الـذوبان فـي المـاء والمـذيبات العضـوية والقلويـات المركزة أو الأحماض المعدنية المركزة. ويتركب الكيتين من سلاسل مستقيمة طويلة من وحدات
.N-acetylglucose amine
و- الانيولين Inulin
مركبات كاربوهيدراتية تخزنها بعض الأجناس النباتية في جذورها أو درناتها أو سيقانها أو الأوراق بدلا من النشأ، ويتكون الأنيولين من مادة سكرية معقدة تتألف مـن وحـدات سـكر الفركتـوز Fructoseيتـراوع عـددها بـين 28-25جـزيء فركتـوز لكـل جـزيء أنيـولين تـرتبط جزيئـات الفركتـوز فيمـا بينهـا برابطـة مـن نـوع β بـين ذرتـي كـاربون 2،1أو بـين ذرتـي كـاربون .6،2
II – اللكنين Lignin
مركب يتكون جزيئـه مـن ثلاثـة عناصـر هـي الكـاربون والهيـدروجين والأوكسـجين إلا ان تركيبهـا حلقـي Aromatic ولـيس كما هو الحال في مركبي السيليلوز وأنصاف السيليلوز. ويأتي اللكنين في المرتبة الثالثة من ناحية انتشاره كمكون لأنسجة النبات بعد السيليلوز وأنصاف السيليلوز. وتختلف نسبته من نبـات إلـى آخـر وبـاختلاف عمـر النبـات أيضـاً وعمومـاً تتـراوح نسبته من %30-5من تركيب النبـات علـى أسـاس الـوزن الجـاف. واللكنـين مـادة غيـر متجانسـة التركيـب الكيميـائي ولـيس لهـا تركيـب واحـد، وهـو مقـاوم للتحلـل بواسـطة الأحمـاض Acid hydrolysisحيـث ان تـأثير الأحمـاض المعدنيـة المركـزة عليه بسيط كما انه عديم الذوبان في الماء الساخن والمذيبات العضوية المتعادلة إلا انه يذوب في القلويات ومن الخـواص المميــزة جــداً للكنــين مقاومتــه للتحليــل الانزيمــي، ويــتم تحللــه فــي وجــود أو غيــاب الأوكســجين غيــر ان معــدل التحلــل فــي الحالتين أقل بكثير من معدلات تحلل السيليلوز وأنصاف السيليلوز والمركبات الكاربوهيدراتية الأخرى.
إن التركيــب الكيميــائي للكنــين صــعب فهــو يحتــوي علــى نــواة تتكــون مــن مركبــات عطريــة مــن مشــتقات Phenyl Propanseوتحتوي المركبات العطريـة علـى عـدد كبيـر مـن مجـاميع الميثوكسـيل (- Methoxyl )CH3Oوتختلـف نسـبة هذه المجاميع من نبات إلى آخر حيث تصل إلى %21من تركيب اللكنين في الأشجار متساقطة الأوراق و %16-5في النباتات النجيلية، وبناء النواة العطرية للكنين هو:
وتتواجد بثلاث حالات هي:
الحالة الأولى -يكون فيها R ،Rعبارة عن .H
الحالة الثانية -يكون فيها Rالأولى عبارة عن Hوالـ Rالثانية عبارة عن ميثوكسيل .CH3O
الحالة الثالثة -يكون فيها R ،Rعبارة عن ميثوكسيل .CH3O
وتختلـف نسـبته وجـود أي مـن الحـالات الثلاثـة بـاختلاف الأنـواع النباتيـة والتـي بالنتيجـة تـؤدي إلـى اخـتلاف فـي نسـب مجاميع الميثوكسيل وتتكرر النواة العطرية في جزئي اللكنين ويكون الارتباط أمـا بـين الوحـدات – –C-O-Cأو -–C-C فقد يتم الارتباط بين حلقتي بنزين متجاورتين أو بين حلقة بنزين وسلسلة بروبان في الوحدة التالية أو بين سلسلتي البروبان في الوحدتين.
III – البروتينات Proteins
هي المواد الأساسية التي تحتوي علـى النيتـروجين وتتكـون مـن ارتبـاط الأحمـاض الأمينيـة Amino acidsويتـراوع وزنهـا الجزيئـي بـين بضـعة آلاف إلـى العديـد مـن الملايـين والأحمـاض الأمينيـة الداخلـة فـي تركيـب البروتينـات مـن نـوع Amino acid-Lوتقسم الأحماض الأمينية إلى ثلاثة أقسام هي:
أ- المجموعـة الألفاتيـة : Aliphatic Amino Acidsمثـل كلايسـين ، الأنـين ، فـالين ، ليوسـين ، سـيرين ، سيسـتين ، ميثيونين ، لايسين أل .
ب- المجموعة الحلقية العطرية : Aromatic Amino Acidsمثل فينيل ، الأنين ، نيروسين .
ج- المجموعة المختلفة : Heterocyclic Amino Acidsمثل البرولين، الهيدروكسي ، برولين .
كما يدخل في تركيب المادة العضوية الجافـة بعـض الأحمـاض العضـوية مثـل حـامض السـتريك ، Citric acidحـامض الاوكزاليـك Oxalic acidوحـامض الماليـك Malic acidويـدخل فـي تركيبهـا بعـض الأمـلاع مثـل كاتيونـات الكالسـيوم والمغنسـيوم والبوتاسـيوم والحديـد وأنيونـات الفوسـفات والكلوريـد والسـلفات والسـيليكات وتختلـف نسـبة المركبـات الداخلـة فـي تركيب المادة العضوية حسب طبيعة المادة العضوية نفسها، وتقدر النسبة المئوية لهذه المركبات في المواد النباتية بالآتي:
