Т. В. Матвеева, С. Я. Корячкина физиологически функциональные пищевые ингредиенты для хлебобулочных
 Скачать 6.19 Mb.
|
|
ГЛАВА 2. ДЕТОКСИЦИРУЮЩАЯ И БИОЛОГИЧЕСКАЯ АКТИВНОСТЬ ПЕКТИНОВЫХ ВЕЩЕСТВ И ИХ ЗНАЧЕНИЕ В ЛЕЧЕБНО-ПРОФИЛАКТИЧЕСКОМ ПИТАНИИ 2.1 Физико-химические и физиологические свойства пектинов Реабилитация и профилактика населения, проживающего и работающего в экологически загрязненных зонах, является одной из крайне важных задач. В качестве профилактических средств наиболее эффективны природные карбоксиполисахариды - пектины, обладающие выраженным детоксицирующим действием, которые сорбируют и прочно удерживают токсины, радионуклиды, ионы тяжелых металлов, холестерин, мочевину, желчные кислоты и выводят их из организма. Пектинами называется группа высокомолекулярных гетерополисахаридов, входящих, наряду с целлюлозой, гемицеллюлозой и лигнином, в состав клеточных стенок и межклеточных образований высших растений, а также присутствующих в растительных соках некоторых из них. Свойства пектинов растительного сырья широко освещены в работах отечественных и зарубежных учёных [23, 114, 169]. По химической природе пектины представляют собой гетерополисахариды, основу которых составляют рамногалактуронаны. Главная полимерная цепь состоит из остатков Д-галактуроновой кислоты (или ее метиловых эфиров), соединенных α-1,4-гликозидной связью. В полимерную линейную молекулу основной цепи встроены через α-1,2-гликозидную связь молекулы рамнозы, вызывающие ее изгибы. В состав боковых цепочек пектиновых молекул входят нейтральные полисахариды - арабаны, ксилоглюканы, галактаны, через которые молекулы пектина связываются с молекулами целлюлозы в растительных тканях, где выполняют функции структурного элемента. Имея различное строение, пектиновые вещества обладают различными физическими и химическими свойствами. Степень этерификации (метоксилирования) неодинакова у пектинов различных плодов, ягод и овощей. Различают высокоэтерифицированные (степень этерификации более 50 %) и низкоэтерифицированные (степень этерификации менее 50 %) 279 пектины. В высокоэтерифицированных пектинах наблюдается равномерное распределение карбоксильных групп по всей длине пектиновой молекулы, тогда как в низкоэтерифицированных карбоксильные группы распределяются неравномерно (блочно). Формирование трехмерной пространственной структуры может происходить двумя путями: за счет изменения сил электростатического отталкивания молекул в присутствии дегидротирующих веществ в кислой среде или с участием ионов поливалентных металлов. Высокоэтерифицированные пектины образуют гели в присутствии кислоты при содержании сахара более, 50 %. Для желирования имеет значение рН среды. Оптимум плотности при желировании с лимонной кислотой считается 3,3, с винной - 3,2. В соответствии с современными теориями образования гелей и пространственных структур взаимодействию молекул высокоэтерифицированных пектинов предшествует сближение гидрофобных метоксильных групп, стремящихся к гидрофильной водной среде и минимальной поверхности контакта с ней. Чем выше степень этерификации, то есть, чем больше гидрофобных групп, тем больше число возможных точек сближения полимерных цепей, которое облегчается добавлением дегидратирующих сахаров. Образование гелей из низкометаксилированного пектина происходит в присутствии кальция или других поливалентных металлических ионов посредством главных валентностей пектиновой молекулы. Свободные карбоксильные группы связываются между собой ионами металла (ионосвязанные гели). В этом случае сближение и взаимодействие зигзагообразных полимерных цепей осуществляется в ходе реакции между карбоксильными и гидроксильными группами пектиновых молекул и бивалентных катионов с образованием хелатных соединений кальция и так далее. Способность низкоэтерифицированных пектинов образовывать гели не зависит от содержания сухих веществ, сахара и рН и возрастает со снижением степени этерификации. Чувствительность по отношению к бивалентным ионам повышается при неравномерном (блочном) распределении карбоксильных групп по макромолекуле [62]. В одинаковых условиях высокоэтерифицированные пектины желируют быстрее, чем пектины низкой степени этерификациии. Пектиновые вещества, перешедшие в раствор, при нагревании 280 фруктовоягодного и овощного сырья, при создании разных температур могут отличаться степенью полимеризации и этерификации. Пектиновые вещества при нагревании выше 80°С имеют более высокую молекулярную массу и метоксильную составляющую, чем при более низких температурах [87]. Однако при длительном нагревании пектиносодержащего сырья происходит деградация пектиновых молекул, что сопровождается снижением вязкости и желирующей способности растворов [87]. Вместе с тем доказано, что растворы пектина, обработанные в автоклаве, несмотря на глубокую деградацию и потерю образовывать студень сохраняют антибактериальные свойства [45]. Свойство пектинов давать студни в присутствии кислот и сахара широко используется в кондитерской и консервной промышленности при производстве желе, джема, конфитюра, мармелада, пастилы и фруктовых карамельных начинок [45,114]. Наличие в молекулах пектинов карбоксильных и гидроксильных групп обуславливает их свойства связывать тяжелые металлы в нерастворимые комплексы и выводить их из организма. Под действием пектиновой кислоты наблюдается снижение токсичности свинца, стронция, мышьяка, цинка и так далее [144]. Аналогичные комплексы образуются в организме и с органическими токсинами: фенолами, пестицидами и так далее. Благодаря своим уникальным свойствам пектин находит широкое применение в качестве лечебно- профилактических препаратов. Отмечено, что пектиновые вещества по своей ценности для жизнедеятельности человека уступают только хлорофиллу - незаменимому веществу для производства гемоглобина [3]. С физиологической точки зрения пектиновые вещества относятся к пищевым волокнам - ценным регуляторам пищеварительных процессов. Они нормализуют нарушенный углеводный и липидный обмен, положительно влияют на перестальтику кишечника, кроме того, обладают явно выраженным гипотоксическим и антисклеротическим действием, снижают аллергическую реакцию. Пектин, являясь составной частью многих натуральных продуктов питания, обладает высокой биодоступностью и практически безвреден для организма, попадая в кишечник, пектиновые вещества сдвигают рН среды в более кислую сторону, оказывая тем самым бактерицидное действие на болезнетворные бактерии. Установлено, что пектин является эффективным комплексообразователем для 281 профилактики отравлений свинцом, ртутью, кадмием, молибденом, марганцем, оказывает благоприятное действие не только в период острого отравления организма металлами, но и его регулярный прием положительно сказывается на самочувствии. Доказано, что эти вещества снижают калорийность пищи и отрицательные метаболические эффекты, обусловленные избыточным содержанием в продуктах питания жиров и простых углеводов, эффективно способствуют уменьшению концентрации глюкозы в крови, частично снабжают организм энергией, регулируют моторную функцию кишечника, влияют на усвоение белков, жиров, углеводов, минеральных солей и витаминов. Их недостаток в питании может обусловить возникновение полипов и рака кишечника, является одним из факторов риска при развитии раннего атеросклероза, ишемической болезни сердца, сахарного диабета, желчно - каменной болезни, приводит к уменьшению сопротивляемости человеческого организма к воздействию неблагоприятных условий окружающей среды. Пектиновые вещества ингибируют канцерогенное действие полициклических углеводов, нитрозаминов, продуктов перекисного окисления холестерина [162]. После приема пектина в желудке происходит его набухание вследствие большой гигроскопичности. Происходящее в желудке набухание пищевых волокон пектина вызывает ощущение сытости и приводит тем самым к снижению количества потребляемой пищи. В результате пассажа кишечного содержимого по пищеварительному тракту снижается всасывание углеводов и жиров. При введении в пищу больных сахарным диабетом пектина у них снижалось содержание сахара в моче, и увеличивалась эффективность использования инсулина в крови [171]. Кроме того, физиологические свойства пектиновых веществ обуславливают их способность в сочетании с антибиотиками пролонгировать действие лекарственных форм. Введение пектина в лекарственные формы снижает токсичность лекарств, повышает их биодоступность и растворимость, улучшает их высвобождаемость из лекарственных форм [58]. Лечение больных сахарным диабетом показало, что применение пектинов в качестве диетической добавки приводит к стабилизации сахара в крови, снижению веса тела, улучшению субъективных ощущений (уменьшается головная боль, головокружение, слабость, снижается гликемия). 282 Даже в тех случаях, где сахарный диабет выступает в качестве сопутствующего заболевания, детоксикационные способности пектина приводят к более ранним положительным результатам [84]. Включение в рацион больных сахарным диабетом пектинового киселя позволяет затормозить высвобождение и быстрое всасывание моносахаров, уменьшить гиперосмоляемость кишечного содержимого, снизить пик концентрации глюкозы в крови, активность ферментов, тем самым, моделируя энтороинсулярное взаимодействие. Это имеет значение при начальных стадиях диабета, для которых характерно нарушение секреции инсулина в ранней ее фазе [115]. Совместное применение классической терапии и специальных пектинов в лечении синдрома дисбактериоза позволяет быстро добиться стабилизации показателей кишечной флоры и получить стойкий положительный результат лечения [115]. Пектины обладают бактерицидным действием по отношению к стафилококкам, сальмонеллам и применяются при лечении желудочно-кишечных заболеваний [127]. По мере изменения экологической ситуации среда обитания человека и пища загрязняется целым рядом токсичных веществ. Полнота и скорость их выведения из пищеварительного тракта зависит от содержания в продуктах питания пектина. Прием пектина в чистом виде (порошка) весьма неудобен, так как он плохо растворим в воде и не очень приятен на вкус. Плодоовощная продукция (пасты, джемы, конфитюры, повидло и др.), являясь важным поставщиком биологических веществ, в последнее время рассматривается как основной поставщик элементов, обладающих профилактическими, в том числе радиопротекторными свойствами. Поэтому актуальны поиск и разработка консервов и продуктов, удобных для применения с сохранением лечебно-профилактических и де-токсицирующих свойств пектинов. 2.2 Способы активирования (увеличения адсорбционной способности) пектиновых веществ Пектины растительного сырья представляют собой весьма гетерогенную группу полимеров (полисахаридов). Различают нерастворимые пектины (протопектины), которые входят в состав 283 первичной клеточной стенки и межклеточного вещества, и растворимые, содержащиеся в клеточном соке растений. В тканях растений протопектин связан с геммицеллюлозой, а отдельные молекулы пектина ассоциированы друг с другом. Связь с геммицеллюлозой может быть кова-лентной и ионной, ассоциация пектина основана на образовании перекрестных ионных связей с участием свободных карбоксильных и ацетильных групп и ионов поливалентных металлов. Пектиновые вещества являются полиэлектролитами. Методы гидролиза (активирования) пектинов разнообразны. Существует щелочной, кислотный и ферментативный способы. Механизм гидролиза протопектина недостаточно изучен. Известно, что многие микроорганизмы, в частности обширное семейство бацилл, образует фермент протопектинэстеразу. Последний не разрушает полигалактуроновую кислоту, но действует на арабиногалактан, соединяющий полигалактуроновую кислоту с геммицеллюлозами типа - ксилоглюкана. Гидролиз протопектина - несомненно, важное звено цепи ксилоглюкана [79]. Значительный теоретический и практический интерес в расширении ассортимента пектиносодержащих продуктов представляют разработки технологий активирования пектина, содержащегося непосредственно в растительном сырье, путем гидролиза протопектина и перевода пектина в активное состояние с содержанием значительного количества функционально активных свободных карбоксильных групп. Полученные таким образом продукты обладают повышенной сорбционной способностью по отношению к тяжелым металлам и радиоактивным веществам [47, 118]. При контакте со щелочами пектиновые вещества подвергаются деэтерификации, заключающейся в основном в отщеплении метоксильных групп. Под действием кислот (лучший эффект в случае с лимонной) молекулы пектина переходят в пектиновую кислоту. Используемое в технологии консервирования разнообразное пектинсодержащее растительное сырье, в том числе овощи и фрукты, почти не связывают в комплексы ионы тяжелых металлов и радионуклидов, так как пектины в сырье и консервированной продукции находятся в неактивной форме, т.е. большинство карбоксильных групп полисахаридной цепочки уже связано либо с ионами металлов, либо с остатками метилового и этилового спиртов. Вид молекулы пектиновых веществ в неактивной форме: 284 Суть технологии активирования пектина заключается в следующем. Под действием щелочного раствора, создающие затруднения пектиновым веществам арабинаны и галактаны растворяются и подход к активным функциональным группам пектинового комплекса облегчается. Сами же пектиновые вещества при контакте со щелочами подвергаются деэтерификации, заключающейся в основном в отщеплении метоксильных групп. Пример щелочного гидролиза молекул пектина: Под действием кислот молекулы пектина переходят в пектовую кислоту, которая, даже находясь в гетерофазной системе, активно взаимодействует с ионами тяжелых металлов и радионуклидами, образуя с ними водонерастворимые полимерные комплексы. Пример реакции взаимодействия ионов тяжелых металлов с пектинами: Изменение пектиновой молекулы при обработке пектина 285 кислотой зависит от концентрации водородных ионов, температуры, продолжительности воздействия. При высокой концентрации водородных ионов (рН=3) омыление этерифицированных групп происходит лучше, чем при низкой, и повышение температуры сильно ускоряет реакцию. При рН равной единице и выше, омыление эфирных групп происходит намного быстрее, чем размыкание цепи. Декарбоксилирование пектина начинается при высокой концентрации кислоты и температуре выше 100 °С. Гидроксиды расщепляют эфирные группы пектинов значительно быстрее, чем кислоты. Даже при комнатной температуре разбавленные гидроксиды легко удаляют метильноэфирные группы. Скорость омыления возрастает с увеличением концентрации гидроксильных ионов. К пектолитическим ферментам, катализирующим превращения пектиновых веществ, относится пектинэстераза, полига-лактуроназа и пектатлиаза. Пектинэстераза катализирует расщепление сложноэфирных связей пектина и протопектина. В результате ее действия образуются пектины с более низкой степенью этерификации. Полигалактуроназа катализирует расщепление гликозидных связей, гидролизирует α-1,4-D-гликозидные связи в полигалактуронидах. Пектатлиаза катализирует разрыв α-1,4- гликозидных связей путем реакции трансэлиминирования: происходит удаление активированного протона от 5 -го углеродного атома, образование двойной связи между четвертым и пятым атомами углерода в кольце у нередуци-рующего конца и разрыв цепи. Технология активирования пектина позволяет резко снизить себестоимость пектинсодержащих лечебно-профилактических продуктов, так как отпадает необходимость внесения в их состав дорогостоящих пектинов. 2.3 Плодоовощные пасты и пюре с активированным пектином Активный пектин содержат плодоовощные пасты. Наибольшее распространение получили способы изготовления паст из яблочных выжимок. Яблочные выжимки подвергаются гидролизу различными способами. Разработана технология получения яблочно - пектиновой пасты путем гидролиза яблочных выжимок с добавлением лимонной кислоты в количестве 0,4-0,8 % от массы выжимок. Полученная паста содержит 9-11 % пектиновых веществ, имеет коричневый цвет, пастообразную массу, текучую в горячем состоянии консистенцию, 286 имеет вкус яблок с легким запахом миндаля. Исследование комплексообразующей способности данной пектиновой пасты по отношению к свинцу позволяет рекомендовать ее в качестве профилактического средства вместо пектина для людей, чья работа связана со свинцом. Для профилактического питания яблочно - пектиновую пасту применяют как самостоятельно, так и в виде блюд, приготовленных на основе самбука, мусса, желе, в составе мороженого [16]. При получении яблочно - пектиновой пасты из выжимок применяют раствор сернистой кислоты, которая также создает кислую среду, что способствует переводу нерастворимого протопектина в растворимый. Кислая среда при рН=1 и действие высокой температуры позволяет получить конечный продукт с высоким содержанием активного пектина 66,9 - 67,2 %. Одновременно с содержанием большого количества пектина после обработки выжимок острым паром, в них повышается содержание клетчатки, которая затем участвует в студнеобразовании и позволяет получить студни с меньшим содержанием сахара. Яблочно-пектиновая паста имеет светло-кремовый оттенок, пастообразующую текучесть в горячем состоянии, имеет вкус яблок, может, применяться для производства мармелада и других кондитерских изделий. Разработана технология производства яблочно - пектиновой пасты путем гидролиза пектино-содержащих яблочных выжимок смесью лимонной и аскорбиновой кислот. Гидролиз выжимок ведут при рН 2,0-2,3, что увеличивает диссоциацию ионизированных остатков галактуроновой кислоты, увеличивает растворимость структурных элементов протопектина, то есть значительно интенсифицирует процесс извлечения пектиновых веществ. Кроме того, лимонная кислота является синергнетом аскорбиновой кислоты. Аскорбиновая кислота выполняет роль сильного восстановителя фенольных веществ, что предотвращает потемнение яблочно-пектиновой пасты. Данная смесь способствует сохранению натурального цвета готового продукта. Так как яблочно - пектиновая паста используется в кондитерской промышленности в качестве добавки, обладающей студнеобразующей способностью, а студень образуется при значении рН продукта 3,0 - 3,2, в способе предусматривается введение пищевой соды для нейтрализации избыточной кислотности до нужного значения рН яблочно-пектиновой пасты. 287 Разработан способ производства пектиновой пасты из выжимок клюквы крупноплодной путем гидролиза их молочной сывороткой. Полученный продукт имеет приятный кисловатый вкус и розово- малиновый цвет. Содержит достаточное количество пектиновых веществ (2,0-2,7 %), разнообразный витаминный состав (аскорбиновая кислота, витамины группы В, рутин, β-каротин), фенольные соединения (антоцианы, фловонолы, лейкоантоцианы) и другие соединения, которые являются биологически активными веществами лечебно-профилактического действия. Благодаря высокому содержанию пектиновых веществ, кислот, витаминов и биологически активных веществ, полученный продукт применяется в лечебно-профилактических целях, предназначенных для профилактики злокачественных новообразований или для получения радиозащитных продуктов питания. Кроме того, значение рН среды, которое создается в процессе гидролиза молочной сывороткой, способствует сохранению нативных свойств и структуры молекулы пектина клюквенных выжимок, что обеспечивает высокую желирующую способность пасты. В настоящее время разработаны технологии производства яблочно-морковных, яблочно-абрикосовых, морковно-сливовых, яблочно-тыквенных и других паст, содержащих активированный пектин. С помощью гидролиза яблочных выжимок сернистой кислотой с последующим добавлением яблочного сока получают яблочно-пектиновое пюре и повидло, которое также содержит активный пектин. Плодовое пюре, содержащее после гидролиза сырья активный пектин, получают путем обработки мезги сернистой кислотой. Для повышения питательной ценности готового продукта - пюре в горячую массу вносят 2 % биологически активных добавок, в качестве которых используют винные дрожжевые осадки. Полученное пюре обладает профилактическим действием и хорошо желируется. Обогащенное пектином пюре получают не только из яблок, но и из груш, айвы и других плодов путем гидролиза пищевыми кислотами (в частности лимонной кислотой) при значении рН среды 2,2 - 3,0 при температуре 80 - 90 °С в течение 30 мин. Предложенные параметры гидролиза позволяют получить полуфабрикат с увеличенным содержанием нативного пектина с высокой студнеобразующей способностью. Хорошей профилактической способностью и приятным вкусом 288 обладает продукт (пюре), полученный путем гидролиза выжимок красной свеклы 1-2 %-ным раствором молочной кислоты с добавлением сахарного экстракта выжимок красных сортов винограда. Использование экстракта красной виноградной выжимки в качестве добавки к свекловичному жому повышает биологическую и пищевую ценность продукта, так как виноградные выжимки представляют собой богатый по составу биологически полноценный продукт, содержащий сахар, азотистые, пектиновые и красящие вещества, клетчатку, органические кислоты, минеральные вещества. Полученный полуфабрикат рекомендовано использовать в кондитерском производстве в качестве сырья для выработки кондитерских изделий (мармеладно-пастильных изделий, карамели, пряников, вафель и других продуктов). Из яблочных выжимок получают и сухой пектинсодержащий порошок, который содержит в конечном продукте достаточно большое количество пектиновых веществ от 13 до 16,2 %. Его используют в последствии при производстве кондитерских изделий. Производство паст и пюре не предусматривает введение в их рецептуру сахара, в соответствии с этим не могут быть получены продукты желеобразной структуры, такие как джемы, конфитюры, повидло и т.д. Сахар является натуральным продуктом и может при его высоком содержании обеспечить длительное хранение консервов даже без стерилизации, не подвергаясь микробиологической порче. Это издавна применяемый метод, основанный на создании высокого осмотического давления и высокой концентрации сахара. Сахар, добавленный к плодам при варке продукта, не только улучшает его вкус, но и способствует желированию, т.к. адсорбирует влагу, покрывающую частицы пектина. Перспективным способом производства джемов и конфитюров является использование нативных свойств пектинов растительного сырья посредством проведения гидролиза протопектина в кислой или щелочной среде. Для производства продуктов питания специального назначения, не предусматривающего стадию выделения пектина в чистом виде, разработаны методы гидролиза с помощью кислот преимущественно органического происхождения. В качестве катализатора для получения желейной продукции из овощей предложен новый вариант: сочетание лимонной и фосфорной кислот в соотношении 3:0,05. 289 Кислоты выбирали с учётом совмещения их физико-химических свойств и взаимозаменяемости. Как лимонная, так и фосфорная кислоты используются при производстве пищевых продуктов в качестве подкислителей, влияют на повышение активности антиокислителя, действуют как желирующий агент и комплексообразователь [61]. В соответствии с технологическими инструкциями и требованиями нормативных материалов по безалкогольной промышленности, лимонную кислоту можно заменить фосфорной в следующем соотношении: вместо одного грамма обезвоженной лимонной кислоты можно ввести 0,766 грамм 100 %-ной фосфорной кислоты [126]. Поскольку при производстве конфитюров наряду с проведением гидролиза преследовалась цель маскировки вкуса и запаха овощей, лимонная кислота взята в значительно большем количестве, как корректор вкуса. Второй компонент смеси - фосфорная кислота - обладает более высокой степенью диссоциации и применение её как подкисляющего агента, позволяет сократить расход дорогостоящей лимонной кислоты на 15 %. Применение фосфорной кислоты не ухудшает свойства конечного продукта, поскольку она является естественным продуктом обмена в клетках живого организма. Она входит в состав костей и ряда ферментативных систем ДНК и РНК. Всасывание фосфора происходит в кишечнике и зависит от потребности организма. По заключению ФАО ВОЗ по пищевым добавкам фосфорную кислоту допускается вносить в консервированные продукты в количестве не более 600 мг/кг готового продукта [166]. Таким образом, взятая нами доза фосфорной кислоты в количестве 500 мг/кг конфитюра обусловлена влиянием её на органолептические показатели и рекомендуемыми нормами ФАО ВОЗ. Гидролиз испытуемых овощей проводился в течение 80 минут. Пробы для анализа раствора на содержание в них растворимых пектинов отбирали через каждые 20 минут. Количественное содержание пектинов определяли карбазольным методом. Расчёт общих пектинов проводился с учётом содержания растворимых пектинов, находившихся в овощах до гидролиза. Как показали результаты исследований наибольшим суммарным содержанием пектиновых веществ отличается морковь (37,5 %), 290 наименьшим - топинамбур (12,5 %). Содержание растворимого пектина в моркови составляет 44,0 % от суммы пектиновых веществ, в свекле столовой 38,4 %, в топинамбуре 53,0 %. Через 20 и 40 минут количество растворимого пектина возрастает в моркови соответственно на 18,4 и на 24,0 %, свекле столовой на 34,8 и на 41,6 %, в топинамбуре на 19,0 и на 33,2 %. Максимальный выход пектинов из протопектинов достигается через 60 минут и составляет 72,0; 86,6 и 92,3 % соответственно. Дальнейший гидролиз приводит к уменьшению содержания общей суммы растворимого пектина в гидролизате, что можно объяснить их разрушением в кислой среде до низкомолекулярных фрагментов, что согласуется с литературными данными [20]. Представляет интерес математическая модель процесса гидролиза пектинов. За основу её взяты известные представления о скоростях прохождения реакций, как результатов диффузионных процессов на молекулярном уровне: W = A·C a , где W — скорость прохождения реакции (диффузионного процесса; А, а - некоторые постоянные; С - концентрация реагента или компонента. В модели различают процесс гидролиза и распада пектинов. Тогда совместное протекание процессов может быть описано системой линейных дифференциальных уравнений: ⎜ ⎜ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ ⋅ − ⋅ − = ⋅ − = , 2 2 1 1 1 1 1 1 C A C A dt dC C A dt dC где t - время, мин; А 1 и А 2 - некоторые постоянные, подлежащие определению в результате эксперимента и являющиеся характеристиками скорости развития процесса для конкретного пектина; С 1 (t) - условная концентрация связных пектинов в клетчатке; С 2 (t) - концентрация пектинов в растворе (при этом C 1 (0)+C 2 (0)=1). При решении этой системы уравнений, используя коэффициент корреляции (свыше 0,95) получили следующие значения коэффициентов скоростей развития процесса, представленные в таблице 20. 291 Таблица 20 Коэффициенты скоростей развития процесса Коэффициенты скоростей процесса Название овощей Морковь Свекла Топинамбур А 1 0,0240 0,0460 0,0364 А 2 0,0045 0,0030 0,0014 Зная эти коэффициенты, можно определить оптимальное время варки, при котором содержание пектинов в растворе достигает максимума: 0 2 = dt dC Анализ основных физико-химических свойств гидролизованных пектинов проводили по методу фармакопейного кодекса США, включающего этапы: выделения пектина - получение очищенного пектина - определение первичного титра V 1 – проведение деэтерификации - расчёт содержания галактуроновой кислоты - расчёт общего содержания метоксильных групп – расчёт степени этерификации, определение молекулярной массы. Полученные данные приведены в таблице 21. Таблица 21 Физико-химические характеристики гидролизованных пектинов Наименование показателей Гидролизованные пектины моркови свеклы топинамбура Очищенный пектин, % Галактуроновая кислота, % Метоксильные группы, % Степень этерификации, % Молекулярная масса, у.е. рН 0,5 % водного раствора 64,77 75,5 6,89 42,85 23300 2,45 68,79 64,71 5,17 49,2 3900 3,12 67,03 43,14 3,44 50,0 5600 3,03 На основе проведённых исследований установлено, что максимальным содержанием очищенного пектина отличается пектин свекольный (68,8 %), наименьшим пектин моркови (64,77 %). В очищенном препарате пектина содержание галактуроновой кислоты у пектинов моркови и составляет 75,5 %, наименьшее у пектинов топинамбура - 43,14 %. Количество метоксильных групп наименьшее 292 у топинамбура (3,44 %), наибольшее у моркови (6,89 %). Метоксильные группы отрицательно влияют на процессы гелеоб- разования, затрудняя ассоциацию молекул высокоэтерифицированных пектинов. Метоксильные группы снижают комплексообразующие свойства пектинов, т.к. они связаны с карбоксильными группами полисахаридной цепочки пектинов. Степень этерификации определяет физико-химические свойства пектинов и зависит от содержания в галактуроновой кислоте остатков этилового, метилового спиртов, а также ионов металлов - кальция и магния. Результаты исследований свидетельствуют, что наименьшей степенью этерификации обладают пектины моркови (42,9 %), наибольшей пектины топинамбура (50 %). Исходя из литературных данных [113], пектины в исследуемых сортах овощей имеют более низкую уроновую составляющую и более высокую степень этерификации.В изученных пектинах, подвергающихся гидротермической обработке в кислой среде, вышеуказанные показатели понижены в следствие деэтерификации пектинов и приближаются по ценности к профилактическому пектину марки «Классик АИ-701», что увеличивает их потенциальную возможность к комплексообразованию. Комплексообразующая способность - одна из важнейших свойств пектиновых веществ, основанная на взаимодействии молекулы пектина с ионами тяжёлых и радиоактивных металлов. Комплексообразующие свойства пектиновых веществ зависят от содержания свободных карбоксильных групп, т.е. степени этерификации. Сорбционная способность пектинов не зависит от молекулярной массы пектина и определяется коэффициентом селективности катионного обмена, являющимся характеристикой насыщения пектиновых веществ двухвалентным катионом [114]. Как видно из таблицы 31, наибольшей адсорбционной потенциальной возможностью обладают пектины моркови. Повышенное содержание карбоксильных групп 75,5 %, и естественно пониженная степень этерификации 42,85 % предполагает образование труднорастворимых солей с ионами тяжёлых металлов и вывод их из организма. Высокая кислотность (рН 2,45) подтверждает высокий процент содержания галактуроновой кислоты в молекулах «морковных» пектинов. Кажущееся противоречие между высоким содержанием метоксильных групп (6,89 %) и процентным 293 содержанием галактуроновой кислоты на фоне степени метаксилирования пектинов свеклы (5,17 %) и топинамбура (3,44 %) объясняется тем, что согласно методике процент содержания метоксильных групп относится к молекулярным массам соответствующих молекул пектинов, а молекулярные массы сравниваемых пектинов свеклы и топинамбура низки 3900 и 5600 у.е. соответственно. Потенциальные адсорбционные способности пектинов свеклы и топинамбура понижены по сравнению с пектинами моркови, что согласуется с процентным содержанием галактуроновой кислоты, т.е. незамещённых карбоксильных групп 64,71 % и 43,14 % соответственно. Низкая степень этерификации пектинов моркови и высокое содержание свободных от эфирных связей карбоксильных групп галактуроновой кислоты придаёт пектинам моркови повышенную адсорбционную способность по сравнению с исследованными пектинами свеклы и топинамбура. Это свойство подтверждено экспериментальными данными, специально поставленным опытом, на полученных активных пектинах моркови, свеклы и топинамбура. Адсорбционную активность пектинов определяли статически стандартным комплексонометрическим способом на примере ионов цинка. Степень комплексообразования определяли на пектинах гидролизованного и негидролизованного сырья. Полученные данные степени поглощения ионов цинка водными экстрактами до и после гидролиза представлены в таблице 22. Таблица 22 Комплексообразующие способности активированных и неактивированных пектинов Наименование сырья Содержание ионов Zn + в стандартном образце, мг Остаточное количество ионов Zn 2+ в экстракте, мг до гидролиза после гидролиза Морковь 8,2 2,5 0,31 Свекла 8,2 3,2 0,53 Топинамбур 8,2 3,4 1,13 Анализ степени поглощения ионов цинка водным экстрактом до и после гидролиза показал, что поглощающая способность последних (т.е. подвергшихся гидролизу) увеличилась у топинамбура в три раза, 294 у свеклы в шесть раз, у моркови в восемь раз. Адсорбционную способность гидролизованных пектинов к витаминам определяли методом ВЭЖХ на приборе «Миллихром 4 УФЭ». Гидролизаты испытуемого растительного материала (морковь, свекла, топинамбур) фильтровали, в фильтрат вносили модельные растворы витаминов с точно известной концентрацией, настаивали двое суток. Количественно содержание витаминов определяли по высоте пиков на хроматограмме. Данные по адсорбции витаминов гидролизатами овощей представлены в таблице 23. Таблица 23 Исследования адсорбционной способности активированных пектинов к водорастворимым витаминам Название витаминов Содержание витаминов в модельном растворе, г Содержание витаминов в гидролизате, г Тиамин бромид (В 1 ) 0,003 0,0028 Рибофлавин (В 2 ) 0,0011 0,001 Пиридоксин (В 6 ) 0,003 0,0029 Аскорбиновая кислота (С) 0,005 0,0047 Никотиновая кислота (РР) 0,001 0,001 Проведённые испытания показали, что активные пектины практически не адсорбируют исследуемые витамины. Наиболее вероятное объяснение пониженной адсорбционной способности пектинов к витаминам - отсутствие в последних активных группировок и зарядов, инициирующих образование координационных, ионных и других химических связей. |