Кислотный гидролиз протопектина корзинок подсолнечника и некоторые характеристики продуктов его распада тема автореферата и диссертации по химии, 02.00.06 ВАК РФ

РГб од

1 У г'г-'ч "

с 1С II ¡Ь.' О На правах рукописи

АВЛОЕВ ХАКБАРКУЛ ХАЙДАРОВИЧ

КИСЛОТНЫЙ ГИДРОЛИЗ ПРОТОПЕКТИНА КОРЗИНОК ПОДСОЛНЕЧНИКА И НЕКОТОРЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПРОДУКТОВ ЕГО РАСПАДА

02.00.06.- ХИМИЯ ШСОКОМОЛЕКУЛЯРНЫХ' СОЕДИНЕНИЙ

АВТОРЕФЕРАТ

диссертаяки на соискание ученой степени кандидата химических наук

ДУШАНБЕ -1998

Работа выполнена в отделе хкыш меднко-биошгическнх сседкяеинЯ Института Химии имЛВЛЛиккпша АН Республики Таджикистан

Научные руководители: доктор шапесш Еаук,чл.-корр.АН

Республики Таджикистан, профессор Д.Х.ХАЛИКОВ, кандидат химических наувдтарший научный сотрудних З.К.МУХИДДИ-

иов

Официальные оппоненты: доктор химических тук, чл.-корр, АН

Республики Таджикистан, профессор Б.Х.К5ШСАНОВ, кандидат химических ааук/гтарший научный сотрудник З.Б.ШАРИФОВА

Ведущая организация: Институт ф юно логик растений и

генетики АН Реаспублики Таджикистан

Зашита состоится 16 сентября 1998 г.в 11.00. часов на заседания диссертационного Совете К 013.02.02. по защите диссертации на соусканне ученой степени кандидата наук при Институте Химии кы.В.И.Нкпгпша АН Республики Таджикистан оо адресу: 734063 г Душанбе - бЗ.улЛЙ^. 299/2. '

E-Mail, guli(a academy uMilk.org.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института химии нмЛ.И.11нккпша АН Республики Таджикистан.

Автореферат разослан 15 августа 1998 года

Ученый секретарь

диссертационного Совета у,

кандидат химических наук КАСЫМОВА Г.Ф.

ОВДАЯ ХАРАКХКРКСТМСЛ РАБОТЫ'

АЛуааьность проблеын. Несмотря на многочисленные исследования поизученио пектиновых веществ, до настоящего времени состав и структура протопектина (Ш) растительных клеток однозначно не установлены. В то же время, этот вопрос является принципиальным, поскольку ■ знание структуры и способа расположения ПП в клетках растений позволяет разработать научно обоснованные способы гидролиз-экстракции пектиновых веществ (ПВ) с заданными структурными и физико-химическими параметрами.

В настоящее время существуют две рабочие модели, которые, при определенных допущениях, позволяют разработать стратегию гидролиза Ш. Согласно модели Альберсхейма, Ш представляет собой двойной слой пектинового полисахарида - привтгой сополимер рамногалактуронана, связанный с ксилоглюканом, находящимся во внешней сфера целлюлозных микрофибрил и белками, расположенными между пектиновыми полисахаридами, соответственно, через галакта-новыэи арабиногаяактановые боковые ответвления. Другая, так называемая модель "яичной коробки", детализирует способ организа-. ции пектиновых компонентов, согласно этой модели, гомогалактуро-нан представляет собой блонсополимер, состоящий из остатков га-лактуроновой кислоты и. ее метоксильш& производных, причем, пер* вые блоки. различных цеЬей связаны между собой с помощь» ионов кальция в виде иммобилизованной жёсткой структуры "яичной коробки", в ячейках которых располагается ионы металлов..

, В связи с этим, для составления реальной модели Ш и разработки эффективной технологии получения ПВ является актуальным . установление механизма распада отдельных монссахаридных остатков путем изучения количественного состава продуктов, выделенных из раствора гиролизата при различной продолжительности реакции.

Вьйор объекта исследования обуславливается' тем, что в цент-ральноазиатском региояе, в связи с установлением новых мощностей по производству подсолнечного масла,.ожидается значительное возрастание вторичных"ресурсов - корзинок подсолнечника, которые могут быть переработаны в пектин.

ц&аьп настоящей работы является изучение кинетики гидролиза протопектина корзинки подсолнечника и разработка условий получения высококачественного пектина. ' В соответствии с поставленной

г г -

целью, задачи исследования растадагтся ва ряд этапов, которые были решены в ходе выполнения дайной диссертационной работы:

- изучение кислотного гидролиза корзинок подсолнечника ■ в фракционирование продуктов распада Ш;

. - изучение качественного и количественного маносахариднаго состава отдельных , фракций продуктов гидролиза корзинок подсолнечника;

- изучение кинетики выделения ионов кальция в разработка способа освобождения иэ них фракций пектинового гидролиэата;

- изучение некоторых физико-химических свойств и испольао-вание продуктов распада Ш корзинки подсолнечника.

Настоящее исследование выполнено в соответствии с планом НИР Института химии км. В.Н.Никитина АН РТ 'Тазработка и опытно-про-мнтп пенное испытание полимерных систем на основе производных эти-нил-пиперидола и пектиновых веществ". (Номер госрегистрация 000000358 от 15.03.96 г.).

Научная новизна работ Изучена кинетика гидролиза корзинки подсолнечника и впервые установлено, что распад моносахаридных остатков Ш описывается последовательной необратимой реакцией первого порядка.

Осуществлено фракционирование раствораггидролиэата, выделены три фракции, в том числе впервые микрогель, представлявший собой сетчатый сополимер, значительно обогащенный остатками га-лактуронана и высокомолекулярными линейными соединениями, пектиновые вещества и олигосахариды. Определены выход, состав кислых и нейтральных остатков моносахаридов в выделенных веществах и установлена динамика их изменения от продолжительности реакции гидролиза.

Впервые показана взаимосвязь содержания ионов кальция в выделенных фракциях и изменения рН раствора-гидроли:ата, свидетельствующая не только о каталитическом действии соляной кислоты, но и о ее участии в химической реакции, проводящей к освобождению ионов кальция из матрицы полимера, подчиняющейся закономерности необратимой последовательной реакции второго порядка.

Практическая значимость работы. Использование в работе корзинок подсолнечника позволило осуществить гидролиз-экстракции, с получением широкого круга новых веществ, отличающихся по составу, структуре и молекулярной массе, которые могут найти применение в различных отраслях народного хозяйства в качестве сорбен-

- з -

тов. носителей лекарственных препаратов, лидирующих агентов и т.д. Ыикрогелъ может являться потенциальным гедеобразующим веществом и депо конов кальция. Пектиновое вещество, в сочетании с антибиотиками, успешно использовано для профилактики и лечения острых кишечных инфекций.

Пуйликации: Основное содержание диссертации изложено в 6 статьях, 7 тезисах докладов.

Апробация работа: Результаты работы Сшш доложены на Международном симпозиуме по химии и технологии полимеров ( Тегеран 1997 г.), на XVI Менделеевском съезде по общей и прикладной химии ( Санкт-Петербург, 1998 г), на научной конференции, посвященной 50-летка Института химии им. В.И.Никитина АН РТ (Душанбе 1996), юбилейной научной конференции, посвященной 95-летив академика АН РТ В.И.Никитина (Душанбе 1997), Международной научно-практической конференции "Химия и проблемы экологии" (Душанбе 199Э), • научной конференции, посвященной 60-летию М.Курбоналиева (Душанбе'1998), научной конференции, посвященной памяти чл.-корр АН РТ О.Ш.Шукурова'(Душанбе 1998).

Структура и объеи работы. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, экспериментальной части, результатов исследо^ валял и их обсуждения, выводов, списка литературы и'приложения;' Работа изложена на<(Ц страницах машинописного текста, иллюстрирована 17 рисунками и 7 таблицами. Список цитируемой литературы вкшчает 8/ наименований.

■ Во введении иелагаются предпосылки и основные проблемы исследования, обосновывается актуальность работы, раскрывается 'структура диссертации.

Литературный обзор - составляет первую главу, диссертации!!, включает четыре раздела: "Гидролиз протопектина подсолнечника и экстракции пектиновых веществ", "Некоторые подходы в исследовании кинетики процесса'гидролиза-экстракции пектиновых веществ", "Технологические Еопекты получения пекаинового вещества из корзинок подсолнечника", и "О применимости подсслнечяикового пектина". В них проведен анализ исследований отечественных и зарубежных ученых по указанным выие проблемам.

В экспериментальной части, представляющей вторую главу диссертации, приведена характеристика исходных веществ и использованных реагентов, сбор и подготовка пектинсодержащего сырья, ме--тодкка гидрсхиза-экетракции корзинки подсо. ;ечнцка и способы

фракционирования продуктов гидролиза, использование газо-жидкости ой хроматографии для определения остатков нейтральных Сахаров, методики определения ионов кальция, а также физико-химичес-^ кая характеристика порученных фракций.

В третьй главе "Результаты я их обсуждение" излажены данные, полученные в результате проведённых исследований, а соответствии с целы) работы.

ОСВОВШЖ С0ДКИШШ8 РАБОТЫ 1. Шктагшй гядродиа протопектина корзинки падссдзвчшха

Получению пектиновых веществ из растительного сырья посвящены многочисленные исследования, в том числе монографии и обзоры. Однако, из-за сложности идентификации конкретных реакций при гидролизе растительной клетки, работы, посвященные изучению последовательности химических процессов распада протопектина, немногочисленны. В то же время изучение кинетики распада протопектина под действием кислотных катализаторов и расчет соответствуем констант скоростей химической реакции Дают ценную информации о механизме образования продуктов гидролиза.

Лля исследования были использованы измельченные образцы корзинок подсолнечника, которые обрабатывали горячей ведой (8Ь°С) в течение 30 мин, с последующей трехкратной декантацией. При этом выделяются водорастворимые вещества (42 I), которые, в свою' очередь, содержат пектиновые вещества (4 X), имеющие низкие химические показатели: содержание, галактуроновой кислоты (ГК) 44,4 X, степень этерификашш (СЭ) 74,5 X и характеристическая вязкость СиЗ я 0,14 дл/г. Высушенные остатки образцов корзинок подсолнечника экстрагировали изолропиловым спиртом. При этом выделялось 5,5 I слкрторзстворимьсс веществ. Счищенную таким обра-:см клетчатку подвергали гидролизу с псыоздю соляной кислоты при исходном значении рН = 1,2 з течении различной продолжительности реакции. Соответствующие раствора отделяли от остатков клетчатки и разделяли на три фракции путем последовательного центрифугирования при 7200 е, осаждением трехкратным количеством изопрспано-ла и высушиванием оставшегося маточного раствора.

Первая фракция, условно названная "микрогель" (КГ), представляет собой сетчатые компоненты протопектина. Вторая фракция,

- Б -

названная "пектиновые вещества" (ИВ), состоит в основном из линейных сополимеров ЕЬгалактуроновой кислоты и нейтральных Сахаров. Третья, условно названная "олигосахаридами" (ОС), является относительно низкомолеьулярным продуктом распада ЫГ и ПЗ. Для каждой фракции определяли содержание звеньев гадактуроновой кислоты и нейтральных Сахаров. Моносахаридный состав фракции определяли методом ГЕХ, используя метод внутреннего стандарта. Характеристическую вязкость растворимых фракций измеряли в IX растворе ^лсрк^з натрия в вискозиметре УСеллоде. Содержание га--лактуронг^с,: кислот!»- 5 ЛВ сг^-деляли карбозольным методом, влажность дериватографически, а »■ етсксшгьную группу - титрометрически.

Таблица 1

Каиосаха1ШднцЛ состав и некоторые характеристики ыикрогаля, Б X касс.

Шифр Т....... 1Время i —i i-----1----- 1 1 ! ! 1 f I - IСодер- i 1

образ- !гидр., Ifflis ¡Ara 1 Xyl | Maní Gal Glel L IGal ¡жание |Ca

цов I мин. i í 1 1 1 1 1111« i HC | A i t воды 1 1 i

МГ15 15 5,04 0,9 1,75 1,3 2,6 1,5 12,19 66,0 6,5 3,9 ,

ЫГЗО 30 4.75 0,12 1..79 5,7 1,9 3,7 17,89 71,3 3,9 4,03

ЫГ50 60 5,60 0,73 0,25 2,1 2,3 2,8 13,70 77,Э 5,7 3,95

ыгео . до 6,40 0,88 0,10 1,9 2,1 2,2 12,56 72,6 7,8 4,00

ЫГ120 120 4,15 0,92 0,05 1,6 1,8 2,0 10,50 83,1 5,4 4,22

НИ 50 150 3,60-1,03 - 0,5 1,5 1,9 8,51 '81,8 5,9 4,10

МГ180 180 1.32 1.40 - - 1,9 0,6 5,27. 82,1 6,0 4,05

В таблицах 1-3 представлены некоторые характеристики мг, Ш, ОС, полученных из корзинок подсолнечника при различной про-должителности гидролиза. Представленные таблицы свидетельствуют, что закономерности изменения всех компонентов ШЗ в выделенных фракциях от продолжительности гидролиза практически одинаковы:' в МГ экстремально, а в ПВ и ОС - возрастает. Аналогично изменяется от продолжительности гидролиза и выход соответствующих фракций (рис.1). Полученные результаты свидетельствуют о том, что процесс гидролиза Ш растительной клетки'можно предстоять, как сочетание сложных параллельных и последовательных химических реакций. Одну из реакций гидролиза можно представить в виде следующих последовательных процессов:

-в -

Ei se Кз

ш-> иг-* пв --> ОС

I /|\

1 I-1

На основании данных грав ометрического анализа Сило установ-

ТаАлвда 2 состав и доктора» каранмвисяпая шовшш пеадветв, з Z масс.*

i i i i i i i i ti i

Шифр |Время 1111 1 1 II |Седер-|

образ-|гидр., |Rha |Ага |Ху1 |Ыап|Ба1 |61с | С |(3al |хаш» |Са

цов I ыин. • 1111 I 1 1 вс | А |вода" 1

ПВ16 15 3,87 0,12 4,13 - 7,2 18,5 33,3 47,Б ..1.62 3.32

ПВЗО 20 4,1 0,42 4,9 - 14,54 6,4 28,05 50,5 12,31 3,35

ПВ60 60 2,1 0;Б8 1,70 - 18,1 2,6 25,15 51,6 16,80 3,05

ПВ90 90 1,08 0,25 1,38 - 10,4 1,56 23,67 50,8.19,4 2,00

ПВ120 120 0,85 0,19 0,41 - 11,2 1,32 13,97 62.4 17,0 3,18

ПВ150 150 0,46 0,18 0,81 - 11,3 0,96 12,6 63,6 17,8 2,42

ЕВ180 180 0,96 0.51 1.84 - 9.5 0.72 13.5 63.6 16.7 3,8

Твйвица 3

Воносввавждамй состав и нгжотодаэ хаггадтврисхиян оямгосагародов, в X масс.*

-1-;-1-1-1-1-1-1-1-1-1-

Шифр -¡Время I I I I I I I I | Ьодер-1 обра-|гидр.í|Eha |Ага |Xyl |Man |Gal |В1о I Е |Gal |какие |Са вдоа | шш. | | | | | " | | не | А |воды**| _i_i_—j_i_i_■ ■_i_i_i_i__

0С15 1S - - - 1,2 2,42 27,7 31,3 11,2 32,2 3,3

0С30 20 2,1 5,52 46,3 52,9 10,8 25,4 3,9

0С60 60 ' 5,2 13,7 4,32 8,В 6,72 18,5 55,7 12,0 22,1 4,72

0С90 30 15,60 9,6 4,48 6¿45 6,3 25,1 66,6 9,8 18,3 4,5

0С120 120 15,04 4,8 2,7 4,7~ 5,2 23,0 55,5 10,8 24,0 4,0

00150 150 14,5 2,9 1",3 3,0 4,5 24,9 52,2 12,0 26,2 5,0

COI80 180 13.8 1.18 0.52 2.7 2,40 31.5 52.2 1S..0 27.0 3.3 * Отличие от 100% суммы составляющих фракции - неидентифицирован-чые вещества.

"'Суммарное содержание влажности <102 и гядратная вода.

лено процентное содержание продуктов гидролиза, а также соотно-сение ыассы остатков корзинок подсолнечника й ПЛ. Рассчитанная таким образом масса Ш составляет 45,0 % от. очишенной массы корзинки подсолнечника. Для дальнейших расчетов массу ЫГ, ПВ и ОС соотносили к массе Ш. Как видно из рис.1, изменение содержания Ш в клетчатке описывается экспоненциальный законом, а остальные фракции раствора гидролизата подчиняются степенным законам различного порядка. Экстремальное изменение содержания !.!Г в растворе гидролизата от продолжительности процесса является основным аргументом в пользу описания гидролиза Ш, как последовательной ренкщги. Принимая распад Ш и МГ, как две последователь-

о is зо м ба 75 еа «5 im ms iso íes iso

время, ми» .

Рис.1. Кинетика распада протопектина корзинки подсолнечника (1) и выход продуктов кислотного гидролизауикрогель (2), пек-..тинсвыэ вещества (3), -'олигосакариды (4), рНкак ■ 1>2; Т = , 558,15 К; гидромодуль =20.

• ' . ' Xi К2-

кые мономоле!?улярные реакции (Ш -> 1Я1——•>), из условии

экстремальности нами расчитаны константы Ki и Кг» используя следующие уравнения: ; . . ' . ' a ln г lnr

Wúax (МГ) я—:— ísxp(-r --) - вхр(—:—)> (1)

1-г

г-1

г-1

1п г

Ki

К2

(г-rKi

D'tuax

(2) <з>;

в

гае: У^ах (МГ) ~ максимальное содержание МГ, X;

а - исходное содержание Ш, принято за 100Х;.

1иах - время достижения максимального содержания 1ЕГ в растворе»-.-'

Используя экспериментальную величину (1£Г), 'с помощью компьютерного диалога по формуле (1) Сала подобрана величина г « 0,962, которая дала возможность определить величину К1 « 2,83- 10~4 сек и Кг = 2,72'10~4 сек. Полученные величины К1 и Кг являются усредненными величинами констант распада различных связей, образованных остатками как галактуроновой кислоты, так и нейтральных Сахаров. Обращает внимание близость величин К1 и Кг , что обусловлено, по-видимому, схожестью механизмов гидролиза Ш и 1!Г, которые могут происходить по случайному закону.

Таким образом, полученные вкспериментальные данные по изучения гидролиза протопектина корзинки подсолнечника дают , ценные сведения о возможности получения ряда продуктов, в", том числе' сетчатого полисахарида, в такхэ регулирования напрааления реакции, приводящего к обогащению раствора гидролизата отдельно взятыми компонентами.

2. Взаимосвязь содержания весньсв галаотуроиовоЯ кислота и ионов калырщ в протопоютшо и проекта* его распада

Одним из основных показателей, определяющих качество ПЗ, является содержание зв&кьев ГК и его метоксильных производных в полисахаридах. Поэтому, особое внимание привлекает ¡(величание его'доли в ПВ, которое достигается путем многократной очистки раствора гидролизата от присутствия нейтральных полисахаридов. В Ш звенья ГК посредством ионов кальция связываатся между собой с образованием сетчатого полимера. В связи с этим, изучение юше-тики выхода ионов кальция из Ш и его распределения в продуктах гидролиза способствует получению ПЗ, обогащенных звеньями ГК.

Содержание ионов кальция в ЫГ, ПВ и ОС устанавливали путем титрования соответствующих образцов 0,05 N раствором трилона Б, используя в качестве индикатора эриохрем черный Т в аммиачном буфере (таблицы 1-3). Известно, что в протопектин растительных веществ помимо ионов кальция в небольшом количестве (около ЮХ по отношению к ионам кальция) содержатся ионы магния, которые в настоящей работе не принимались во внимание. Исходное количество ионов кальция в Ш (и°са(ПП)) в 2 от массы ПП считалось равным

его суммарному содержания в КГ,; ПВ, ОС в образце, подвергнутом no;..'!i му кислотному гидролизу (и°са(ПП)=3,895* от кассы ПП). Эта величина была использована для расчета распределения ионов кальция в образцах Ш, ¡Я1, ГШ и ОС при различной продолжительности гидролиза по формуле: «(Х)-»°саОО

ü(Ca) в-— (4)

и°Са(Ш) •

где X - Ш, НГ, Ш и ОС;

и(X)- выход соответствующих фракций, Z;

wca(X) - содержание кальция в образце ( ПП, НГ, ТВ.и ОС);

в данный момент времени гидролиза, %; р(Са) - распределение ионов кальция во фракциях, Z;

'■ Cyiaia ыпп(Са) + «цг(Ca) + «лв(Са)+ иос(Са) - 100 Z

Изменение содержания ионов кальция в ИГ, ПВ и ОС от времени гидролиза аналогично выходу соответствующих фракций. И в зтсм случае изменение- содержания ионов кальция в МГ имеет экстремальный характер, что-свидетельствует о возможности последовательной ' реакции перехода ионов кальция от ПП к КГ, ЛВ и ОС. Такой ход Изменения содержания кальция з продуктах гидролиза ПП, достаточ-; но хорошо описывается уравнением последовательной химической рэ^ акции 1-го порядка. Из условий экстремума (имг(Са) = 23,75 ~ ; t,-ax =.ES мия). по способу, описанному в предыдущей главе (уравнения 1-3), били расчитаны константы мономолекулярной реакции перехода кальция из ПП к ЦТ (Ki> и из 1,!Г в ПВ и' ОС (Кг), разные, соответственно, Kt = 3,14-Ю"4 сек и Ко = 2,82-Ю-4 сек при величине.г = 0,90. Величины Kj: и.Кг как и в предыдущем случае, достаточно близки, что свидетельствует о схожести процессов, происходящих при гидролизе ПП к Ш1.- Однако, при низких значениях pH под действием кислоты в.протопектине мокет происходить разрушение межмакрсмолекулярных связей, образованных кона«® кальция и карбонильными .группами полигалзктуронана по следующей, схемэг

-С-0-Ca-О-С- + 2 Нз0+ —-> 2 -СООН + С+ 2 Н20 (Б)

В ■ 5 '

0.0

Свободные ионы кальция, образовавшееся в результате ¡этой реакции, накапливается,:по-видимому, во фракции ОС, а во фракциях -ЫГ и ПВ образуются относительно крушшэ частицы, состояпц» из-макромолекул полотадактуронана, свяэанньпг ме^цу Собой различны.«..

количеством ионов кальция.

На основании данных по содержанию галактуроновых звеньев, их степени этерификащи, а также количественного состава ионоа кальция е выделенных фракциях (таблицы 1-3) была рассчитана эквивалентная масса ГК и ее отношение к эквивалентной ыгссе конов кальция.

Одним из важнейших компонентов при получении пекгиновыз веществ, является ИГ - сетчатый сополимер гадактуронана и нейтральных Сахаров, связанных между собой межмолекулярными связями - выход которого в точке максимума достигает до 40 X. Предполагается, что указанные межмолекулярные связи образованы посредством ионов кальция и карбоксильной группы звеньев галактуронана и гидролизу подвергаются в первую очередь звенья нейтральных Сахаров. Действительно, как видно из рисунка 2, все три параметра Ш1 в зависимости от продолжительности гидролиза возрастают незначительно и стабилизируются вокруг определенных значений. В частности, эквивалентная масса ГК галеблется около 400 г\дкв. (рис 2), а содержание ионов кальция в НГ>47. (табл. 1) и отношение его эквивалентов к эквивалентам ГК (табл 4).

Полученные результаты свидетельствуют о том, что ИГ преде--тавляет собой сетчатый сополимер, где сшвки осуществляются посредством ионов кальция.

Рис.2. -Содержание звеньев галактуронана (1), степени его атерифи- ; кации (2) и эквивалентная масса звеньев галактуроновой кислоты в ИГ, в зависимости от продолжительности гидролиза протопектина подсолнечника.

В процессе гидролиза растительного сырья возрастает значение рН раствора (табл.4). Отсюда следует, что соляная кислота не только обладает каталитически.! действием, но и участвует в химической реакции, которая описывается уравнением (5).

Для проверки данного предположения экспериментальные данныэ были обработаны на основании уравнения необратимой реакции 2-го порядка. Значения концентраций иоясз кальция С(Сз) в соответствующих компонентах реакции были рассчитаны по формуле (б), а ионоз водорода из вначения рН (табл. ,4). ь5са(Х)*и(Х)*и(Ш)

С(Са) " -- (ыэкв/литр) ' (5)

3(Са)'3 " ..:

где оса(Х)' - содержание иоков кальция а продуктах гкдрасаа (Ш, Ж1, ПВ, ОС) в данный момент времени, и(Х) - выход фракции в данный момент времени, X; и(ПП) - содержанке протопектина в счизенных корзинках подсолнечника (0КП7; Э(Са) - эквивалентная масса ионоз кальция; , 3 - величина гидромодуля.

° Таблица 4.

Кислотность раствора гидролизата, отноиениэ згазсзалаптса ненов кальция и ГК в НГ, значения констант скорости авдешнкя ксноз кальция в ааннскмости от продолжительности гидролиза

.........— 1 Время • I гидролиза,I нин I 1 i 1 РН I 1 i Э(Са) i I К х i 105 литр/(моль • сек)

Э(ГК) ~ 1 i 1 Ш 1 •" i i 1 ( ИГ 1 ' i | ПВ 1

0 - - - -

15 1,30 0.884 3,18 - -

SO 1,35 0,770 1,93 - -

60 1,40 0,989 1,81 0,43. 2,6

ВО 1,45 1,025 1,0В 0,49 1,34

120 1,50 1,030 0,92 0,28 0,69

150 1,55 0,905 - 0,21 0,49

180 - 1.042 - " -

Соответствующие конст.анты скорости реакции гидролиза представлены в табл.4, из которой следует, что величина константы для всех компонентов гвдролиэата достаточно резко уменьшается й на-

" 12 "

чале процесса, а затем стабилизируется, (например, для ЫГ). ; • Изменение вэличикы константы, скорее всего, связано с неоднородностью локальной концентрации компонентов в фракциях раствора пектин-гвдролизата по сравнения с со средней, обусловленной • непрерывным изменением структуры 1£Г, ПВ и других компонентов. •'Соотношение величин константы свидетельствует о малой скорости выделения ионов кальция из ЫГ, что обуславливает значительное накопление микрогеля в ходе реакции.

Такш образом, представленные в данном разделе экспериментальные данные свидетельствуют о наличии взаимосвязи между содержанием звеньев галактуроковой кислоты и ионов кальция, а также о важной роли последних в стабилизации различных структур продуктов гидролиза протопектина^ и возможности регулирозаыя процесса, путем селективного удаления ионов кальция. .

3. ШтсахармднцЯ состав протопйгаа;а н продуктов его раеггада

Ыоносахаридный состав является основным параметром протопектина и продуктов его распада ^фактически определяет возможность их использования в той или иной отрасли промышленности. Этот параметр является производным от условий проведения гидро' доза протопектина растительного сырья. Поэтому, изучение распределения остатков 'нейтральных и кислых Сахаров от продолжитель-, ности гидролиза и расчет численных значений констант соответствующих реакций позволяют разработать оптимальные условия лолу.. чения продуктов с заданным моносахариднкм составом и физико-химическими свойствами.

В таблицах 1-3 представлен моносахаридкш состав 1С, ПВ и ОС. По выходу фракций (рис.1) расчитано распределение содержания нейтральных и кислых остатков Сахаров, а по суммарному содержанию, после полного завершения процесса гидролиза, эти параметры установлены для ПП (величина "а" в уравнении 1).

Содержание остатков галактуроновой кислоты в продуктах рас-лада Ш является основным параметром, определяющим их келеобра-зующие свойства. Регулированию этого параметра особое внимание уделено при изучении гидролиза .ПП и в настоящей работе. Ка рис.3 представлены изменения содержания остатков ГК и сумма нейтральных Сахаров в зависимости от продолжительности гидролиза сот^ ветствет-ю в ЫГ и ПВ. Для первого этот параметр в начале процес-

са увеличивается, достигая максге^ума примэрно через час, затем немного падает и принимает постоянное вначение. Для ПВ содержанке ГК непрерывно возрастает, достигая значительной величины, принерно через 2_часа»

5 ,

я ,и I» т

Ррвмя.им«

Время.»»*»

А в

Рис.3. Содержание ГК (1) и сумма нейтральных сахароз (2) в НГ (А) и ПВ (Б) з зависимости от продолзтсгельности гидролзтга.

Содеркгнг.о с'Л--^ нейтральных сахароз з газис5смсста от времени гидролиза для 1£Г проходит через максимум, а для ПВ остаётся практически постоянным. Важным является тот факт, что временной интервал, гдэ достигается максимальнее значение ГК для Я1 и ПВ отличается прнмэрко па один час, что позволяет направлять процесс гидролиза по гигргинсму направленно реакции.

На физика-химические свойства и применимость пектиновых веществ существенное влияние, окагыззэт также состаз и природа остатков нейтрально сахароз. В качества примера, на рис.4, представлена динамика изменения содер:яанкя эзеньез нейтральных сахароз в микрогеле. Как видно, все кривые, за исключением содержания остатков арабкнс^ы, ¡мепт максимум. Постоянство в содержали сстат;«зэ арабкнозы в ЫГ, наряду с остатками ГК (табл.1) свидетельствует о том, что основная цепь полисахарида микрогеля обрэ-зсаадз из остатков этих сахароз и представляет собой. арабинога-лактуронан, а остатки других сахароз составляют 6скоеыэ ответвления. Используя данные, представленные на рисунке 3, из условий экстремальности определяли константы последовательной реакции гидролиза остатков моносахаридов, которые, наряду с значениями

150 200

Время. <и«ч

Рис.4. Моносахарадкый состав микрогелей, выделенных из продуктов гидролиза корзинки подсолнечника.ГО1а-1; Ага-2; Мал-4; Ба1-5; Ио-6; (рНИсх = 1,2; Т «= 85°С, гидромодуль = 2и).

Таблица 5

Параметра уравнеззий 1-3 и значения констант К1 и Кг для распада связи, образованной различными моносахаридами

Остатки 'моносахаридов 1 |»(макс) 1 х . ■ 1 1 и(макс) i мин. .......-1 1 а | г i, г г.....— ■■' |104-К1'сек 1 1 ' "чю^Кг'сек"1 1

Ба1 А 26,943 65,11 43,75 0,271 4,59 1,24

Й1а и 2,057 67,30 4,726 0,700 2,95 2,06

Ху1 0,500 26,52 :1,165 0,720 . 7,37 5,31

Ыап ' .10,830 61,20 2,139 0,896 2,88 2, £8

6а1 1,113 50,00 3,00 0,980 3,37 3,30

(в!о

1.076 61,20

"а" и "г", представлены в табл.Б.

' . Результаты,'представленные на рис.3 и в табл.Б, свидетельствуют о возможности распада моносахаридных связей на основании последовательной необратимой реакции 1-го порядка." При этом ско-

рость распада связи, образованной нейтральными сахарами, вначи-- тельно болыае, чей скорость разруоения связя, образованной остатками ГК. Одной иэ причин упрочнения связи, обрадованной ГК, может быть ее способность образовывать компл&кс о ионсми кальция. Различие в скоростях распада, какэ прадеда* остатков нейтральных Сахаров, так и в пределах кислых я нейтральных Сахаров, определяется обогащением состава ПВ и, в особенности ИР, звень-ямп ГК, что позволяет при определенном регулировании физико-химических параметров реакции получить высококачественные продукты распада Ш. •

Состав Ш несколько отличается от состава ЫГ. С увеличением продолжительности гидродива состав Ш претерпевает слакныэ изменения, при которых наряду со звеньями ГК он обогащается остатками арабинозы и ксилозы, что позволяет заключить о образования араби-ноксилогалактуронааа, причем, остатки ксилозы скорее всего входят в боковую часть макромолекулы. Следствием суммарного процесса ..гидролиза является обогащение-фракция ОС низкомолекулярными остатками, главным образом, нейтральными сахарами и ионами кальция.

Тагам образом, установленные закономерности изменения качественного и количественного составов ПП и е?о продуктов распада позволяют путем воздействия на отдельные физико-химические параметры регулировать процесс -гидролиза для получения соответствующих продуктов, с определенными структурными характеристиками.

4. Наяэторьш бэгзя*о-гзсозчосяис гараятериотии и испшэзовамнэ гтродуятеа распада протопектина кораинся подсолнечника.

Одним иэ основных параметров пектинового полисахарида, благодаря которому ПВ приобретают желеобразутщие свойства, является молекулярная масса или эквивалентная ей величина характеристической вязкости.

В связи с тем, что в составе как МГ, так и ПВ присутствуют ионы кальция (табл.1,2), для этих образцов прямое измерение величины СпЗ невозможно. Для измерения характеристической вязкое??, в первую очередь освобождались от ионов кальция путем связывания раствором трялона "Б". Связь ионов кальция с.полимерными матрицами может иметь случайный или кооперативный характер. В зависимости от типа связи, при ограниченном связывании ионов кальция трилоном "В," изменяется и характер набухания. Если соответству-

цие свявв обрадованы по случайному закону, то при постепенном извлечении ионов кальция трилоном "Б" происходит постепенное увеличение набухаемости ИГ, вплоть до растворения. При кооперативном связывания ионов кальция часть МГ полностью растворяется, а другая часть не изменяет свою степень набухания. Для 1С было обнаружено, что при добавлении раствора трилона "Б" в количествах, эквивалентных содержанию кальция, степень набухания 1£Г возрастает от 15,5 до 57,0, после чего наступает растворение полисахарида. Для полного освобождения МГ от ионов кальция добавляли троон "Б" в количествах, в 1,5 раза превыпащих содержание кальция . Полисахарид от комплекса освобождали мембранной очисткой, выделяли полимер ив раствора и проводили измерение характеристической вязкости в О,IX растворе КС1, используя вискозиметр Уббелоде. освобождение ПВ от ионов кальция проводили аналогичным способом.

На рис.5 представлены виачэши Ст)] для ИГ и ПВ. Как видно,,, величина [ц] для ИГ, независимо от продолжительности гидролиза, остается практически постоянной в пределах СпЗ « 2,10 дл/г, а для ПВ, в зависимости от времени гидролиза, уменыаается от 4,2 до 1,5 дл/г. Последняя величина достигается через 1,5 часа и практически остается без изменения до окончания гидролиза. Полученные данные свидетельствует о тш, что МГ не только однороден но покосахаридному составу, но и по молекулярной массе, которая выше, чем у ПВ..

О SO 1W IB 200 "

ерсвдят

Рис.5. Зависимость характеристической вязкости продуктов распада протопектина корзинок подсолнечника от времени гидролиза: шпфогель Ц), пектиновые вещества (2).

В ПВ происходит постоянное изменение величины СпЗ. что укаг зьшает на распад основной цепи полисахарида при гидролизе. Иовы кальция а ЫГ выполняют стабилизирующую роль, а распаду, по-видимому, подвергаются, в основной боковые ответвления полисахарида.

Другой важной характеристикой * ПП в продукта его распада, является их гидратирующая способность. Активность и количество воды в полисахарид0 не только характеризует ыояосахаридный состав и структуру полимера, во и влияет на протекание соответствующих реакций. Содержание влаги определяли путем высушивания образцов при 105°С, а гядратпой Воды - дериватографически. Показано, что в ПП и ИГ в области 100-110°С, наблюдается эндоэффект, свидетельствующий о выходе сорбционной воды в количестве около' 102. (табл. 1). Аналогичный эффект с таким не содержанием воды наблю-; дается и для ПВ и ОС (табл.2,3). Однако, для этих систем имеется также эндозффект в области 125-134°С (ИВ а ОС) и при 170-180°С (ОС). где суммарный выход гидратироавиной воды достигает до 2СХ (ПВ) и ЗОХ (ОС) соответственно.

Полученные результаты указывает на то, что в случае жесткой структуры Ш и НГ, стабилизированной ионами кальция, наблюдается минимальная гидратация, которая в даа-три раза возрастает при освобождении функциональных групп полисахарида от межмолевдяр-ных связей.

Таким образом, экспериментальные данные, представленные в настоящей .лаве, несомненно свидетельствуют о взаимосвязи состава и структуры пектиновых полисахаридов и их физико-химическими свойствами.

Полученные пектиновые вещества были использованы для профилактики и лечения острых килечных инфекций", з которых ведущее место занимает амебиоз гашэчника и острая дизентерия. Больные с первым диагнозом, соответственно по 8 и Ю человек, подвергались лечению протизсамебиоэным препаратом - метронидазолоном, а больные второй группы, кроме того, принимали "о 200 мл IX -го водно- . го раствора пектина.

Показано, что нормализация частоты стула наб^лядя^ь у од-

:сльзован;ге пектина при лечении остшх кишечных инфекций пр-овсдилось сотрудниками кафедры инфекционных бо-.еанеД Тадяикс-кгго Госмедуниверсятета км. Абуаш ибн Сто под руководством профессора Л. К. Камариддинова.

вого больного ва 2-3-ft день после приема ыетронвдазола, у другого ва 2-4-й день лечения, только на 7-8-й день полностью нормализовался стул у sees обследованных' пациентов. В отличие от этой группы, у больных второй группы, при назначении пектина, щрходиаа нормализация стула: у одного больного на 1-2-й день, у четырех на 1-3-й день, а у остальных - на 3-5-й день лечения. Причем, восстановление побочных симптомов на&шодалось на 1-2 дня раньше, нормализация стула. Необходимо отметить, что на фоне лечения пектином, прекращение рвоты наступало сразу на 1-й день у трех пациентов, на 3-й день Вольные не жаловались на рвоту.

Аналогичная картина наблюдалась у больных с острой дизентерией, которых лечили в двух группах по 10 больных с применением левомицетина и левомицетина с добавкой пектина. Использование пектина совместно с антибиотиками,' приводило к ускорению нормализации температуры тела.и других симптомов.

выводи

1. Изучен кислотный гадролиз корзинки подсолнечника, представляющий собой последовательный распад протопектина на предукты реакций, состоящие из трех фракций. Установлен моносахарвдный состав, исследованы некоторые, физико-химические и молекулярные свойства, позволяющие рассматривать полученные полисахариды, как потенциальный желе образующем агент и лекарственное средство.

2. Впервые из продуктов гидролиза протопектина корзинки подсолнечника выделен мккрогель, представляющий собой сетчатый сополимер галактуроновой кислоты, его метоксильное производное с небольшим содержанием нейтральных Сахаров, межмолекулярныв связи которого осуществляются посредством ионов кальция и карбоксильных групп галактуронана.

3. Впервые изучена кинетика выделения ионов кальция из протопектина и распределение их в продуктах гидролиза. Показана эквимолекулярное ть соотношения ионов кальция и остатков галак-. туроновой кислоты в микрогеле, что является основным фактором стабилизации его структуры. По данным концентрации ионов кальция в различных фракциях и по изменению рН раствора гид-ролизата описан процесс выделения ионов кальция через после-дователныэ реакции второго порядка, рассчитаны численные зна-

- 19 -

чения констант соответствующих скоростей реакций.

4. Установлены экстремальные изменения параметров михрогеля ох продолжительности реакции гидролиза. Используя максимальное значение выхода звеньев нейтральных Сахаров н галахтурояовой кислоты, время гидролиза, описан процесс распада соответствующих связей, как последовательной реакции первого порядка. Определены численные значения констант скорости реакция.

5. Разработан способ получения ыикрогеля и пектинового вещества из корзинки подсолнечника с высоким содержанием галактроновой кислоты и способ селективного удаления ионов кальция из миж-рогеля, приводящего к получению высокоочнаеиного линейного полисахарида, содержащего более 80S галактурснана с высоким значением молекулярной массы. * *

8. Определена характеристическая вязкость пектиновых ведаств в мнкрогелей, а также их гидратация в зависимости от продолжительности гидролиза и изучена их применимость для профилактики и лечения острой гашечной- инфекции.

Оснознсо ссдерзияяэ дяссертш^га опубликовано а следукгрп {»ботах:

1. Халиков Д.Х., Цухиддиной 3.R., Азлоев Х.Х. Кислотный гидролиз протопектина корзинки подсолнечника. // Докл. АН Респ.Тади.,

• 1990.- т.39, N 11-12.- с.76-80.

2. Авлоев Х.Х., Мухиддинов З.К., Хадиков Д.Х.-Изучение структурной неоднородности низкеметилированного пектина. // Тез. докл. научной конфр., посвященной 50-летгао Института химии км. В.И.Никитина АН РТ. Дупаябе, 1998, с.8.

3. Myhyddlnov Z..K., Khallkov J.Kh., Asoev M.Q., Avloev Ch.Ch. Seme Anomalous Phenomena In Hydrodynamlc properties of pektlns // Proceeding of the International Seminar on Pollmer Science Technology.- Tehran,I.R. Iran, - 1997, vol.1, p.213-220.

4. Авлоез Х.Х., Мухиддинов З.К., Халиков Д.Х. Изучение гидролиз-экстракции пектина из керзкнок подсолнечника..// Материалы юбилейной науч.конф., посвященной 95-летит академика АН РТ В.И.Никитина.- Душанбе, 1997. с.50.

5. Халиков Д.Х., Мухиддинов З.К., Авлоев Х.Х. -Распределение ионов кальция в продуктах гидролиза протопектина корзинки под-

- w 20 -

солнечника. ✓/ Докл. АН Респ.Тад*.-.1998. - т.41, N 1-2. -

- 0.65-68 ■

6. Халиков Д.Х., Мухиддинов З.К., Авлоев Х.Х. Влияние полива' левтных металлов на процесс гедеобразования ниэксметилирован-

ного пектиьа. Доклады научной конференции, посвященной 60-летию профессорам. Курбонадиева.- Душанбе, 1998, с.52-55.

7. ХаликовД.Х., Мухкддинов З.К., Авлоев Х.Х. Кинетика выделения ионов кальция при гидролизе протопектина корзинки подсолнечника. // Докл. АН Респ.Тадж.- 1998. - т.41, N 1-2. - с.69-73.

8. Халиков Д.Х., Цухиддинов З.К. Авлоув Х.Х. Гидролиз протопектина подсолнечника // XVI Менделеевский съезд по общей и

■ прикладной химии. Тез. докл.- М. 1993. с. 317.

9. Мухиддинов З.К., Авлоев Х.Х., Абдусамиев Д.Т. Химическая не однородность пектиновых макромолекул. // Вестник Тадж. Госна-цуниверситета.-.Душанбе, . 1998, N 6, Серия естественных'наук, с.3-5.

10. Мухиддинов З.К., Авлоев Х.Х., Халиков Д.Х. Влияние конформа-ции пектиновых макромолекул на производительность и селективность ультрафильтрационных мембран. // Вестник Пед.Университета серия естественных наук, Душанбе 1993. с. 146.

11. Авлоев Х.Х., Мухиддинов З.К., Халиков Д.Х. О механизме геле-образования низкометилированного пектина в присутствии ионов кальция. // Вестник Пед.Университета, серия естественных наук, Душанбе, 1998, с. 145.

12.- Авлоев Х.Х., .Мухиддинов З.К., Халиков Д.Х. Моносахаридный состав пектиновых веществ подсолнечника...// Матер. Международ. научно-практической конференции "Химия и проблемы экологии", посвященной 80-летию со дня рождения Сулейманова A.C. тезисы докладов, Душанбе 1998, с.36.

13. Мухиддинов З.К., Авлоев, Х.Х., Халиков Д.Х. Структурная организация протопектина подсолнечника // Матер, междунар. научно-практической конференции "Химия и проблемы экологии", посвященной 80-летию со дня рождения Сулейманова A.C. Тезисы докладов, Душанбе 1998, с.46. !