Изучение металлсвязывающей способности некрахмальных полисахаридов (на примере пектина, хитозана и альгината натрия). Изучение металлсвязывающей способности некрахмальных полисахаридов (на примере пектина, хитозана и альгината натрия) Выпускная квалификационная работа по специальности
 Скачать 451.9 Kb.
|
|
Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Новгородский государственный университет имени Ярослава Мудрого» Институт сельского хозяйства и природных ресурсов Кафедра фундаментальной и прикладной химии УТВЕРЖДАЮ Зав. кафедрой ФПХ Зыкова И.В. «» 2019 г. Изучение металлсвязывающей способности некрахмальных полисахаридов (на примере пектина, хитозана и альгината натрия) Выпускная квалификационная работа по специальности 04.05.01 – Фундаментальная и прикладная химия
Великий Новгород 2019 ОглавлениеВведение 3 1 Литературный обзор 5 1.1 Характеристика пектина 5 1.1.1 Номенклатура и химическая структура пектинов 5 1.1.2 Основные свойства пектинов 9 1.1.3 Производство и применение пектина 16 1.2 Характеристика хитозана 22 1.2.1 Строение и основные свойства хитина и хитозана 22 1.2.2 Получение и применение хитозана 29 1.3 Характеристика альгинатов 37 1.3.1 Химическая структура и основные свойства альгинатов 37 1.3.2 Получение и применение альгинатов 40 1.4 Механизм связывания ионов металлов из водных растворов полисахаридными материалами 44 2 Экспериментальная часть 50 2.1 Характеристика объектов исследования 50 2.2 Методы исследования 51 2.2.1 Модифицирование полисахаридов 51 2.2.2 Определение массовой концентрации иона меди фотометрическим методом с образованием аммиачного комплекса 51 2.2.3 Методика определение координационных параметров комплексов полисахаридов с ионами меди (II) 52 3 Обсуждение результатов 54 3.1 Исследование равновесия и кинетики связывания ионов меди из водных растворов пектином, хитозаном и альгинатом натрия 54 3.2 Исследование влияния рН, температуры, исходной концентрации иона металла в растворе и модификации полисахаридов на эффективность связывания ионов меди 66 3.2.1 Влияние температуры 66 3.2.2 Влияние рН 68 3.2.3 Влияние концентрации модельного раствора 70 3.2.4 Влияние модификации полисахаридов 72 3.3 Определение координационных параметров комплексов полисахаридов с ионами меди (II) 75 Заключение 82 Список литературы 83 Введение В настоящее время всё большее внимания уделяется изучению взаимодействия полисахаридов с ионами тяжелых металлов. Это объясняется несколькими причинами. Во первых, металл-полисахаридные комплексы находят применение во многих сферах человеческой деятельности, например в качестве фармацевтических средств, мембран, загустителей, катализаторов и т.д. [26]. Во вторых, некрахмальные полисахариды, благодаря своей высокой сорбционной и комплексообразующей способности, могут быть использованы при очистке сточных вод от ионов металлов, при определении металлов в сточных водах и при очистке пищевых сред. Такой способ очистки является не только экологически чистым, но и сравнительно дешевым, ведь в качестве сорбентов используются природные материалы, зачастую представляющие собой отходы агропромышленного комплекса [19]. В третьих, из-за своей способности образовывать комплексы, полисахариды (особенно альгинат натрия) применяются в качестве энтеросорбентов при очистке организма человека от ионов тяжелых и радиоактивных металлов [12]. Актуальность проблемы обусловила выбор темы ВКР: «Изучение металлсвязывающей способности некрахмальных полисахаридов (на примере пектина, хитозана и альгината натрия)». Объекты исследования – некрахмальные полисахариды: пектин, хитозан и альгинат натрия. Цель: исследование возможности комплексообразования некрахмальных полисахаридов с катионами меди (II). Задачи: - Изучить кинетику связывания Cu2+ с пектином, хитозаном и альгинатом натрия в статических условиях. - Изучить влияние на процесс связывания температуры, времени процесса, рН, исходной концентрации катиона в растворе, модификации полисахаридов. - Определить константы устойчивости и связывания образовавшихся комплексов. 1 Литературный обзор1.1 Характеристика пектина 1.1.1 Номенклатура и химическая структура пектинов Пектиновые вещества были открыты ученым Вакленом в 1790 г. как полисахаридный компонент растительного сырья в виде гидратопектина, выделенного из фруктового сока [7]. Пектины присутствуют в подавляющем большинстве растений, морских трав и в ряде пресноводных водорослей [12]. В 1944 г. Комитетом Американского химического сообщества разработана и официально принята номенклатура пектиновых веществ, которая утверждена в настоящее время: - пектин – свободное от целлюлозы, водорастворимое вещество, которое состоит из полностью или частично метоксилированных остатков полигалактуроновой кислоты; пектиновые вещества – физические смеси пектинов с сопутствующими веществами (к примеру с гексозанами и пентозанами); пектовые кислоты – представляют собой полностью деметоксилированные пектины с нетронутой цепью. Соли пектовых кислот в совю очередь называются нормальными или кислыми пектатами; пектиновые кислоты – высокомолекулярные полигалактуроновые кислоты, в которых некоторая часть карбоксильных групп этерифицирована метиловым спиртом. Соли пектиновых кислот в свою очередь называются нормальными или кислыми пектинатами; протопектин – природный пектин растений, который нерастворим в воде и состоящий в основном из сети пектиновых цепей, образованных в результате соединения многовалентных ионов металла с неэтерифицированными группами COOH (образование ионных мостиковых связей), и в незначительном количестве при помощи эфирных мостиков с H3PO4; производные пектина – пектины с различными группами, связанными по главным валентностям ( к примеру, ацетилпектин) [20]. В зависимости от степени полимеризации и числа метоксильных групп, выделяют следующую классификацию пектинов: - низкоэтерифицированный пектин – L-пектин, который имеет степень этерификации, т.е. отношение числа этерифицированных карбоксильных групп на каждые 100 карбоксильных групп пектиновой кислоты, менее 50 %. - высокоэтерифицированный пектин – Н-петкин, которые имеет степень этерификации более 50 % [7]. Пектин представляет собой линейную структуру. В ней остатки D-галактуроновой кислоты имеют пиранозную конфигурацию (рисунок 1).  Рисунок 1 Структурная формула пектина [20] Пектины - полисахариды, в основе молекул которых лежит главная цепь из 1→4-связанных остатков α-D-галактуроновой кислоты, содержащая некоторое количество 2-О-замещенной L-рамнопиранозы . D-Галактуроновая кислота в пектине находится в конформационной форме «кресла». Пектин можно рассматривать как цепь с ограниченной гибкостью, так как свободное вращение групп вокруг гликозидной связи затруднено вследствие того, что гидроксильные группы при атомах С1 и С4 находятся в аксиальном положении. Гидроксильные группы при С2 и С3 могут быть ацетилированы, а карбоксильные группы остатков галактуроновой кислоты часто существуют в виде метиловых эфиров. Остатки рамнозы обычно образуют единичные включения в главную цепь, но изредка могут быть соединены друг с другом [12]. Гетерополисахаридный характер пектина обусловлен присутствием трех структурных единиц: галактана, арабинана и пектовой кислоты [7]. Для ряда пектинов с высоким содержанием рамнозы доказано строгое чередование остатков α-D-галактуроновой кислоты и рамнозы в главной цепи [12]. Длина полигалактуроновых последовательностей между звеньями L-рамнозы составляет 25 единиц и она не меняется [7]. В положении С4 остатков рамнозы, а иногда и в других положениях главной цепи могут присоединяться более или менее сложные боковые цепи, построенные из остатков L-арабинозы, D-галактозы, реже D-ксилозы, D-апиозы, L-фукозы, D-глюкуроновой кислоты и др. моносахаридов; содержание этих дополнительных моносахаридов колеблется в широких пределах (до 50%). Небольшая часть гидроксильных групп молекул некоторых пектинов может быть этерифицирована феруловой кислотой [12]. В растительных тканях пектины могут находиться в виде нерастворимого протопектина, представляющего собой цепочки пектина, связанные через ионы кальция, магния и фосфорнокислотные мостики. В эту молекулу могут входить остатки моносахаридов, целлюлозы, уксусной кислоты. Построение крупных молекул протопектина, как и пектина, происходит путем образования различного типа связей – лактонных, эфирных. Для разрушения протопектина при экстракции применяют кислоты или комплексоны, связывающие катионы двухвалентных металлов. Однако состав и структуру пектиновых веществ нельзя считать окончательно установленными. Исследования последних лет показали, что пектин, содержащийся в растительной клеточной стенке, состоит из разных типов полисахаридов: гомогалактуронана, ксилогалактуронана, апиогалактуронана, рамногалактуронана I и рамногалактуронана II. Соотношение пектиновых полисахаридов в различных растительных источниках варьирует, при этом превалирующим компонентом всегда является гомогалактуронан (примерно 65% пектина), в то время как рамногалактуронан I составляет от 20% до 35% пектина; на долю минорных компонентов ксилогалактуронана и рамногалактуронана II приходится менее 10% . Пектиновые полисахариды являются не отдельными молекулами, а ковалентно связанными ассоциатами. Гомогалактуронан представляет собой разветвленную цепочку гомополимера, образованную α-1,4-связанными остатками D-галактуроновойкисло D-галактуроновойкисло -галактуроновой кислоты, которые могут быть присоединены в различных положениях к остаткам других сахаров, включая D-ксилозу (ксилогалактуронан) и D-апиофуранозу (апиогалактуронан). Несмотря на сложность структуры, рамногалактуронан II чрезвычайно распространен у сосудистых растений. Зачастую рамногалактуронан II представляет собой связанный борат ионом димер, присоединенный к основной цепи. Бор является важным эссенциальным микронутриентом растений вследствие его способности к димеризации при формировании рамногалактуронана II, обеспечивающего целостность клеточной стенки. Рамногалактуронан I, в отличие от других пектиновых полисахаридов, представляет собой разветвленный полимер, структурным звеном которого является дисахарид – α-1,4-D-галактуроновая кислота-α-1,2-L-рамноза. Остатки рамнозы могут быть связаны с β-1,4-галактаном, разветвленным арабинаном и/или арабиногалактаном боковых цепочек. В отличие от рамногалактуронана II, структура боковых цепочек рамногалактуронана I значительно варьирует в зависимости от видов растений и может состоять от 1 до 50 и более гликозильных остатков. Степень этерификации вариабельна и существенно влияет на физико-химические свойства пектина, особенно на взаимодействие цепочек гомогалактуронана с ионами кальция. Например, при димеризации ионами кальция цепочек гомополигалактуронана в связывании одного иона металла задействован фрагмент каждой цепочки, состоящей, как минимум, из 9 остатков галактуроновой кислоты. Состав пектиновых полисахаридов высших растений приведен в таблице 1. Таблица 1 – Состав пектиновых полисахаридов в растениях
1.1.2 Основные свойства пектинов Рассмотрим несколько основных свойств пектинов: 1. Вязкость растворов пектинов Пектиновые вещества являются лиофильными коллоидами, и их водные растворы характеризуются повышенной вязкостью. В растворе молекулы пектина без затруднений ассоциируются друг с другом или с крупными молекулами сопутствующих веществ. Пектины не диффундируют из водных растворов через клеточные мембраны растений, являясь высокомолекулярными веществами. Вокруг молекул пектина в воде образуется жидкостный слой, более рыхлый на участках, удаленных от частиц пектина и более плотный в первых слоях (сольватация). Взаимное расположение пектиновых молекул в оводненных структурах меняется в зависимости от химической природы растворителя, и тем самым влияет на вязкость коллоида. На вязкость водных растворов пектина оказывают влияние различные факторы: длина молекулярной цепи, присутствие электролитов, концентрация, степень этерификации, температура. При прочих равных условиях с увеличением молекулярной массы пектина вязкость увеличивается. Если молекулярная масса постоянна, вязкость возрастает с увеличением электрического заряда макромолекулы, который определяется количеством свободных карбоксильных групп. При различной степени этерификации вязкость пектина максимальна при рН 6-7 и минимальна при рН 4. При добавлении небольших количеств NaCl в растворы пектина их вязкость заметно снижается вначале, а после для любого образца пектина принимает постоянное значение. Явление сольватации обуславливает высокую относительную вязкость. При изменении температура и вида растворителя равновесие, существующее между взаимной ассоциацией и сольватацией цепных молекул петкина, смещается в ту или иную сторону. Вязкость снижается при повышении температура из-за разрушения суперструктуры пектиновых веществ. При добавлении спирта или сахара происходит увеличение взаимной ассоциации молекул пектина и образуются стойкие агрегаты молекул – золь переходит в гель. Во время застудневания пектиновых гелей структурирование идет непрерывно и сопровождается постепенным увеличением относительной вязкости системы. При этом различные сахара по разному оказывают влияние на вязкость раствора. Увеличивают приведенную вязкость глюкоза, сахароза и мальтоза, снижают – декстрины. При формировании пространственных агрегатов между пектиновыми молекулами обязательно наблюдается увеличение вязкости. На вязкость также оказывает существенное влияние содержание метоксильных групп в молекуле пектина. При содержании метоксильных групп в интервале от 20 до 50 %, поведение пектина соответствует поведению высокомолекулярных веществ, а при содержании групп выше 50 %, пектины в растворах проявляют свойства низкомолекулярных соединений. 2. Полиэлектролитные свойства растворов пектинов Пектины являются полиэлектролитами благодаря присутствию в молекуле уроновых кислот. Электростатические свойства частиц пектиновых веществ определяются величиной отрицательного заряда, который является функцией степени этерификации карбоксильных групп пектовой кислоты. Электростатические свойства существенно зависят от длины пектиновой цепи (степени полимеризации) и от содержания свободных карбоксильных и метоксильных групп. Высокую чувствительность к электролитам имеют пектовые кислоты с низким содержанием метоксильных групп. Также чувствительность к электролитам повышается с увеличением содержания карбоксильных групп в пектиновой молекуле и степени её полимеризации. Способность к образованию структурированных гелей почти не изменяется при добавлении электролитов к золям пектинов. При смешении полярных органических растворителей (спирт, ацетон) с водными пектиновыми растворами пектин выделяется в виде коагулированного осадка, что используется при очистке и фракционировании пектиновых препаратов. 3. Растворимость пектинов Если в среде существуют условия для студнеобразования, то пектин в ней растворяться не будет. Вода является наиболее хорошим растворителем пектиновых веществ. При нахождении в водном растворе пектиновая молекула имеет форму спирали и её карбоксильные группы располагаются в соседних витках. Помимо воды, пектиновые вещества хорошо растворяются в жидком аммиаке и 84% - ной фосфорной кислоте. В формамиде и глицерине они набухают. Карбоксильные группы пектина обладают способностью к диссоциации. Пектиновые вещества, являющиеся полиэлектролитом, имеют константу диссоциации в пределах 0,1 * 10-4– 10 * 10-4. Чем сильнее ионная сила заряда, тем выше плотность заряда нитевидной молекулы и, соответственно, меньше константа диссоциации [7]. Спиральная конформация молекул пектиновых веществ нарушается в результате взаимодействия одноименных заряженных электрических центров, которое наблюдается при высокой степени диссоциации карбоксильных групп; при этом линейные размеры молекул возрастают. Водные растворы пектиновых веществ характеризуются структурной, аномальной и высокой относительной вязкостью, которая резко увеличивается при повышении концентрации. Степень этерификации и полимеризации пектина влияют на его растворимость. При уменьшении молекулярной массы и повышении степени этерификации растворимость пектина в воде увеличивается. Пектины со степенью этерификации 39,6 малорастворимы в воде, при 66% - хорошо [7]. 4. Ионная селективность пектинов Пектины функционируют как природные ионообменные материалы. Установлено, что сродство катионов к карбоксильным группам пектатов изменяется в ряду кальций < стронций << магний. Пектиновые вещества связывают в 2 раза больше кальция, чем магния, вследствие того, что ионы кальция образуют устойчивую структуру по карбоксильным группам («решетка для яиц»). Ионная селективность пропорциональна количеству совобных карбоксильных групп. Низкометоксилированный пектин сорбирует ионы в ряду медь > цинк > кадмий. 5. Студнеобразующая способность пектинов Наиболее практически ценным свойством пектинов является склонность к образованию студней, обусловленная способностью участков молекул, построенных из остатков α-D-галактуроновой кислоты, к межмолекулярной ассоциации [12]. Студнеобразование пектина определяется многими факторами, в их числе: степень этерификации его молекулы и содержание функциональных групп, количество балластных веществ, молекулярная масса, концентрация сахара в растворе, температура и рН среды и т.д. [7]. Образование студней низкометилированными пектинами в кислой среде происходит за счет координации остатков галактуроновых кислот пектинов с ионами кальция, в результате чего снижается степень диссоциации карбоксильных групп. В образовании студней высокометилированными пектинами большое значение приобретают гидрофобные взаимодействия. В обоих случаях сильное влияние на свойства студней оказывает характер распределения отдельных структурных элементов молекулы пектина вдоль цепи полимера. В студнях пектинов узлы образованы кристаллитами – правильным образом упакованными участками разных молекул с регулярной структурой, подобными по упаковке кристаллическим участкам элементарных фибрилл целлюлозы. В кристаллитах связи цепей сравнительно слабы и легко разрываются за счет гидратации моносахаридных остатков. Поэтому прочные студни образуются только при условии снижения термодинамической активности воды за счет растворения хорошо гидратируемых низкомолекулярных веществ, например, сахарозы. В растительных тканях пектиновые студни служат связующим межклеточным материалом и цементирующей основой клеточной стенки [11]. Для высокоэтерифицированных пектинов характерно образование кислотно-сахарных студней при участии недиссоциированных свободных карбоксильных групп водородными связями. Для низкоэтерифицированных пектинов характерно образование студней только в присутствии иона Ca2+, а именно ионосвязанных студней, которые образуются путем взаимодействия молекул пектина между собой за счет свободных карбоксильных групп, связываемых ионом кальция в прочный каркас. Для свекловичного пектина со степенью этерификации 50 % возможно образование промежуточных студней, которые содержат и сахар, и Са-ион. Наиболее прочные студни образуются в присутствии триоксиглуатаровой, винной и лимонной кислот, которые при добавлении вытесняют катионы из пектиновой молекулы, создают свободные карбоксильные группы, уменьшают их диссоциацию, нейтрализуя электростатические силы отталкивания между молекулами пектовой кислоты. Сахар выполняет дегидратирующую роль в процессе студнеобразования. Для образования прочного студня в трехкомпонентной системе петкин-сахар-кислота необходимо их оптимальное соотношение, чаще всего его принимают равным - 1:60:1. При рН 3,0 – 3,3 достигается максимальная прочность студня для высокоэтерифицированного пектина, а при рН 2,5 – 2,8 – для низкоэтерифицированного. Содержание метоксильных групп определяет механизм студнеобразования. С повышением степени этерификации, повышается доля гидрофобных сил в желировании. Вместе с этим доля водородных связей, которые образуются по свободным карбоксильным группам, уменьшается. Чем выше степень этерификации, тем больше значение рН, при которой начинается желирование. При снижении степени этерификации происходит уменьшение температуры желирования [7]. 6. Действие кислот и щелочей на пектины Пектовая высокоэтерифицированная кислота под действием сильных минеральных кислот гидролизуется уже при комнатной температуре. Если температуре повысить – процесс ускоряется, причем настолько, что начинает преобладать деградация пектина. Деполимеризация при низком значении рН является следствием гидролиза гликозидной связи. Гидролиз эфирных групп катализируется также и основаниями. Они вызывают деэтерификацию молекулярных цепей, сопровождающуюся реакцией β - элиминирования. Растворы пектина со значением рН = 5 стабильны только при комнатной температуре. Если температура повышается, то помимо гидролиза наблюдается расщепление полимерной цепи. При рН 6 деполимеризация и деэтерификация ускоряются даже при комнатной температуре, с повышением рН увеличивается скорость этих реакций. Разрушение пектиновой молекулы происходит интенсивно при повышении температуры [7]. Пектины наиболее устойчивы при рН ∼ 4,0; в более кислой среде наблюдается гидролиз сложноэфирных групп, в щелочной среде – омыление сложноэфирных групп и расщепление главной цепи в результате β-элиминирования [12]. 1.1.3 Производство и применение пектина Мировое производство пектинов составляет свыше 80 тысяч тонн в год. Основным видом промышленного сырья, используемого для производства пектина, являются выжимки плодов цитрусовых: лимонов, грейпфрутов, мандаринов, апельсинов, помпельмусов. Цитрусовый пектин составляет примерно 60 % объёма производимого в мире пектина, в его свежей корочке содержится 4-6% пектина, в сухой – 9-30%. Следующий наиболее используемый продукт для получения пектина – яблоки (5-15% пектина). Третьим по популярности видом сырья является сахарная свекла (20-25%). Также источниками коммерческого пектина являются: корзинки подсолнечника, створки коробочек хлопчатника, кора кормового арбуза [17]. В 1908 г. в Германии впервые началось промышленное производство пектина, он выпускался в виде пектинового концентрата для изготовления джемов и желе [6]. Процесс получения пектина условно можно разделить на следующие группы: 1 группа - подготовка сырья, кислотный гидролиз протопектина, экстрагирование пектина из ткани сырья в водную массу, очистка и концентрирование пектинового экстракта; 2 группа - спиртовое выделение пектина из экстракта в виде коагулята, его сушка и стандартизация; 3 группа - процесс регенерации отработанных спиртов и утилизация или обезвоживание твердых отходов и стоков пектинового производства [6]. Этап подготовки сырья к гидролизу-экстрагированию предусматривает измельчение пектиносодержащего сырья, промывку от балластных веществ и набухание. Процесс экстрагирования целесообразно вести при размере частиц свекловичного жома - 1,5 мм, яблочных и лимонных выжимок - 0,2-0,4 мм [4]. Важное значение имеет процесс набухания сырья перед экстрагированием пектина. Наибольший выход пектина с высокой студнеобразующей способностью наблюдается при температуре набухания 45°С и продолжительностью 1 ч [35]. Предварительное набухание яблочных выжимок в среде уксусной кислоты с pH 4 при температуре 55°С позволяет получить пектин с повышенным содержанием карбоксильных групп [25]. Ферментативная обработка сырья позволяет увеличить выход пектиновых веществ на 10-15% по сравнению с традиционным [9]. В подготовке пектиносодержащего сырья особое место занимает его консервация. Как известно, срок хранения яблочных выжимок после отжима сока ограничивается 2 часами, а свекловичного жома - 3 ч. Существуют различные способы консервации сырья, при которых используют различные виды сушки и химической обработки. Наиболее распространенный вид консервации - сульфитирование. Применяемый антисептик – диоксид серы. Наиболее прогрессивным и эффективным видом консервации сырья является его сушка после прессования. Выход икачество пектина зависит от режима сушки, способа сушки и аппаратуры . Оптимальная температура сушки яблочных выжимок по мнению отдельных исследователей не должна превышать 80-90°С, так как повышение температуры выше 90°С приводит к снижению выхода пектина в 1,1 раза, уронидной составляющей на 3,5-3,8 пункта, студнеобразующей способности на 6,3- 10,1 кПа [8]. При температуре выше 95°С происходит деструкция молекулы пектина [4]. Согласно анализу промышленных способов консервирования пектиносодержащего сырья для производства пектина использование сушеного сырья целесообразнее, чем свежего, однако, выделенные из свежего сырья пектиновые препараты характеризуются более высоким содержанием метоксильных групп и большей молекулярной чистотой [6]. На выход высокожелирующего пектина, кроме способа подготовки сырья, оказывают влияние рН среды, продолжительность экстрагирования, температура и вид применяемой кислоты, причем эти факторы взаимосвязаны. Опытным путем установлено, что при увеличении времени экстракции целесообразно понижать температуру реакционной среды до 70 – 80 °С. Однако, при понижении рН до 1,0 и повышении температуры выше 50°С наблюдается гидролиз гликозидных связей, вследствие чего, образуется пектин с более низкой молекулярной массой и ухудшенной желирующей способностью [10]. Пектиновые вещества содержатся в растительном сырье в двух формах: растворимого пектина, входящего в состав клеточного сока и представляющего часть общего содержания пектиновых веществ, и нерастворимой формы, входящей в состав клеточных стенок в связанном состоянии с целлюлозой, гемицеллюлозой и белками, не выделяемую в нативном состоянии и определяемую как протопектин. Содержание протопектина в растительном сырье составляет 75% от общего содержания пектиновых веществ. Это обуславливает двухстадийность процесса получения пектиновых веществ из сырья. На первой стадии проводят гидролиз протопектина, в результате которого протопектин переводится в растворимую форму пектина. На второй стадии происходит процесс экстракции или диффузии молекул растворимого пектина из сырья в раствор. Для гидролиза протопектина используют водные растворы минеральных (серной, соляной, азотной) и органических (лимонной, молочной, щавелевой) кислот, а также щелочи – растворы солей в сочетании с повышенной температурой. Под действием кислот (или щелочей) природный протопектин превращается в растворимую форму пектина и экстрагирует в раствор [18]. Наиболее перспективным способом получения пектина из сырья считается ферментативный гидролиз, проходящий в более мягком режиме и обеспечивающий максимальное извлечение пектиновых веществ. Ферментные препараты, применяемые для ферментативного гидролиза, разделяются условно на три группы: - первая - препараты, гидролизующие структурные полисахариды растений, в основном целлюлозу и гемицеллюлозы. Их действие проявляется в разрушении внутренних связей в молекулах полисахаридов. Кроме того, они разрушают кальциевые мостики и другие боковые цепи, соединяющие пектиновые вещества с другими полисахаридами растительной ткани - вторая группа - это мацерирующие ферменты, которые действуют непосредственно на структуру самой молекулы пектина. При этом выделяют два основных фермента: полиметилгалактуронатлиазу (или пектаттрансэлиминазу), которая катализирует расщепление а-1-4 гликоздных связей пектина с образованием ненасыщенной связи между четвертым и пятым атомами углерода в молекуле галактуроновой кислоты; и эндополиметилгалактуроназу, которая относится к гидралазам и осуществляет разрыв линейных связей в молекулах полигалактуроновой кислоты внутри цепи. - третья группа - ферменты, отщепляющие метоксильные группы в молекуле пектина. При этом происходит накопление свободных карбоксильных групп, способных связывать ионы тяжелых металлов и радиоактивных элементов. Ферментные препараты, применяемые для производства пектиновых веществ, получают обычно из плесневых грибов [4]. В настоящее время пектин используется человеком во множествах сферах его деятельности, среди них можно выделить следующие: 1. Производство кондитерских изделий. Пектин активно используется при производстве конфет (желейных) и кондитерских изделий пастиломармеладной группы (желейного мармелада, зефира). 2. Производство консервных изделий. Пектин в консервной промышленности применяют для выработки таких желейных изделий, как конфитюры, повидло, джемы, желе, продукты лечебно – профилактического назначения (кисели, соки, пюре и др.). 3. Хлебобулочные и макаронные пектиносодержащие изделия. При внесении пектина в тесто повышается его начальная кислотность и процесс брожения идет активнее; наблюдается укрепление клейковины и т.д. 4. Производство безалкогольных и слабоалкогольных напитков. В ассортименте безалкогольных напитков функционального назначения всё большее внимание уделяют продукции, обогащенной пектиновыми веществами, так как именно в гидратированной форме пектин оказывает на организм человека наиболее эффективное физиологическое воздействие. 5. Получение экологически безопасной животноводческой продукции. Для получения экологически чистого мяса в рацион животных вводят добавки пектина, который снижает содержание нитратов в организме и других вредных веществ. 6. Производство косметических изделий. Хорошо известное свойство пектинов быстро впитываться кожей и усиливать биодоступность различных ингредиентов косметических средств, предопределили широкое применение пектиновых препаратов в дерматологии и косметологии. 7. Использование в медицине. Пектины, благодаря их сорбирующим и комплексообразующим свойствам, используются в качестве детоксикантов. Детоксиканты – соединения, способные связывать и выводить из организма тяжелые металлы, нитраты, пестициды и другие токсические вещества, попавшие извне, а также токсины внутреннего происхождения. Их называют энтеро – или фитосорбентами. Они регулируют обменные процессы, нормализуют содержание холестерина, улучшают работу печени и почек и выводят ядовитые вещества из организма [7]. При попадании пектина в желудочно-кишечный тракт, он образует гели. Разбухшая масса пектина обезвоживает пищеварительный канал и захватывает токсичные вещества, продвигаясь по кишечнику. Высокоэтерифицированный пектин обволакивает кишечную стенку и снижает всасывание малых молекул, таких, как тяжелые металлы и радионуклиды, посредством механизма гель-фильтрация. Низкоэтерифицированный пектин легко образует пектинаты металлов, в том числе и свинца [28]. | ||||||||||||||||||||||||||