Исследование сорбционной способности пектина, полученного кислотным экстрагированием из клубней топинамбура (Helianthus tuberosus L. )

© КИСИЕВА М.Т., МЫКОЦ Л.П., ТУХОВСКАЯ Н.А., БОНДАРЬ С.Н., ЗЯБЛИЦЕВА Н.С., КОМПАНЦЕВ В.А., БЕЛОУСОВА А.Л. - 2010

ИССЛЕДОВАНИЕ СОРБЦИОННОЙ СПОСОБНОСТИ ПЕКТИНА, ПОЛУЧЕННОГО КИСЛОТНЫМ ЭКСТРАГИРОВАНИЕМ ИЗ КЛУБНЕЙ ТОПИНАМБУРА

М.Т. Кисиева1, Л.П. Мыкоц2, Н.А. Туховская3, С.Н. Бондарь2, Н.С. Зяблицева1, В.А. Компанцев1, А.Л. Белоусова1

Резюме. Цель данного исследования - изучение сорбционной способности пектина из клубней топинамбура, полученного кислотным экстрагированием по известной методике. Определение сорбционной емкости полученного пектина проводили комплексонометрическим методом с использованием метода изолирования Оствальда. Выявили выраженную комплексообразующую способность пектина (132,8 мг/г). Максимальная степень извлечения составила 25,52% от исходной концентрации свинец-ионов. Установлено, что процесс комплексообразования протекает по кинетике I-го порядка с величиной константы скорости равной 21,6х10-3мин-1, а процесс адсорбции лучше описывается уравнением Фрейндлиха. Влияние температуры на сорбционную способность пектина незначительно. Показана целесообразность применения полученного пектина в качестве детоксиканта.

Ключевые слова: клубни топинамбура, пектин, сорбционная способность.

THE STUDY OF PECTIN SORPTION ABILITY, OBTAINED BY ACID EXTRACTION FROM TUBERS OF JERUSALEM ARTICHOKE

M.T. Kisieva1, L.P. Mykoc2, N.A. Tuhovskaya3, S.N.Bondar2, N.S. Zyablitseva1, V.A. Kompancev1, A.L. Belousova1

Summary. The purpose of the work was to study the sorption ability of pectin, obtained by acid method from tubers of Jerusalem artichoke on the known methods. Determination of sorption capacities of obtained pectin has been conducted by complexometric method with the use of isolation method of Ostvald. Expressed complex-forming ability of the pectin (132.8 mg/g) has been determined. The maximum degree of the extraction amounted to 25,52% from initial concentration of lead-ion. It has been established that process of complex-forming runs on kinetics first order with the value of the constant of velocity equal to 21,6x10-3min-1 and adsorbtion process is better described by equation of Freyndlikh. The influence of the temperature on sorption ability of pectin is not significant. Expediency of use of pectin as a detoxicant has been shown.

Key words: tubers of Jerusalem artichoke, pectin, sorption ability.

Одним из путей решения проблем экологической медицины, обусловленных загрязнением окружающей среды и поступлением в организм человека избыточных количеств тяжелых металлов и радионуклидов, является создание препаратов детоксицирующего действия.

Эффективным антидотом для профилактики отравлений соединениями свинца, ртути, кадмия и других металлов является пектин, который оказывает благоприятное действие не только в условиях острого и подострого воздействия металлов, но и при длительном поступлении их в организм.

Комплексообразующие свойства пектина обусловлены наличием в молекуле этого полимера карбоксильных и гидроксильных групп галактуроновой кислоты. Активность и прочность комплексообразования зависит от степени этери-фикации пектина (соотношение между этерифицированны-ми и свободными карбоксильными группами). Чем меньше степень этерификации и больше свободных карбоксильных групп, тем активнее протекает комплексообразование.

Следует особо подчеркнуть, что пектины являются природными продуктами и не оказывают токсического действия на организм человека [3,4].

Цель работы: изучение сорбционной способности пектина, полученного кислотным экстрагированием из клубней топинамбура.

Материалы и методы

В качестве растительного сырья использовали высушенные измельченные клубни топинамбура (порошок). Сырье предоставлено ООО «Рязанские просторы» (г. Москва). Пектин получен кислотным экстрагированием по известной методике [2]. Определение сорбционной способности полученного пектина (сорбционная емкость, комплексообразующая способность, процент связывания свинец-инов) проводили комплексонометрическим методом с использованием метода изолирования Оствальда [1].

Схема выделения пектина представлена на рисунке 1.

При добавлении к раствору пектина солей металлов между ними происходит взаимодействие с образованием нерастворимых, устойчивых соединений - пектинатов металлов, которые не абсорбируются в кишечнике и выводятся из организма, на чем основано детоксицирующее действие

пектина.

Изучали кинетику и сорбционную способность полученного пектина in vitro по отношению к свинец-ионам, а так же влияние температуры на его сорбционную емкость.

Сорбционная емкость выражается количеством ионов тяжелого металла, связывающихся с 1 граммом пектина. Количество связавшихся ионов определяли по разнице между вносимым и остаточным количеством свинец-ионов.

При обработке пектина стандартным раствором свинца ацетата, образующийся рыхлый осадок свинца пектината отфильтровали, а в фильтрате определили содержание свинец-ионов.

Определение свинец-ионов в фильтрате проводили титрованием стандартным раствором трилона Б (0,01М раствором натрия эдетата) в среде ацетатного буферного раствора в присутствии ксиленолового оранжевого до перехода красной окраски в лимонно-желтую.

Анализируемый раствор разбавляли водой очищенной до метки в колбе на 100 мл. Для анализа отбирали аликвоту раствора (10 мл) в колбу для титрования, приливали 10 мл ацетатного буферного раствора, разбавляли водой очищенной до 100 мл, добавляли индикатор и титровали [1].

Расчет массы свинца в исследуемом растворе проводили по формуле:

таща»,™ 1000

и, -мг/г Ю00 10 >

где N - нормальная концентрация раствора трилона Б; V - объем раствора трилона Б, израсходованный на титрование, мл; Эрь2+ - молярная эквивалентная масса свинец-ионов, моль/л.

В реакции образования пектинатов металлов участвуют два вещества. Чтобы учесть изменение концентрации одного из реагирующих веществ (ионов металла), при минимальном влиянии концентрации другого вещества (пектина), использовали метод изолирования Оствальда [1].

Согласно этому методу, реакция проводится с избытком одного из реагентов (пектина) и тогда скорость сорбции пропорциональна концентрации другого реагента, взятого в недостатке (ионы металла).

Линейная зависимость ln C - t (мин) и постоянство кон-

Константа К зависит от природы адсорбента и адсорбата, колеблется в широких пределах. 1/п - адсорбционный показатель, зависящий от природы адсорбата.

Величины констант находили по графической зависимости

Х_

I» ш=

ЩпДС).

Рис. 1. Схема получения пектина из клубней топинамбура кислотным экстрагированием.

стант скорости рассчитываются по уравнению кинетики 1-го порядка:

К=-1п—

* с,,

где С0 - исходная концентрация свинец-ионов, ммоль/л; С( - оставшаяся непрореагированной ко времени 1 концентрация свинец-ионов, ммоль/л [5].

Адсорбционная способность сорбента может быть оценена на основе экспериментальных данных по величине адсорбции.

Расчет величины адсорбции проводили согласно зависимости:

^ (^0_Ц)аЕн)'^

Уравнение Ленгмюра:

А= Ь+С •

где А^, Ь - константы; С - равновесная концентрация.

Для нахождения констант использовали графическую зависимость 1/А = Ї(1/ДС).

Константа А^ представляет собой предельную емкость адсорбента и зависит от размеров молекул сорбента. Константа равновесия адсорбционного процесса «Ь» зависит от сродства адсорбата к адсорбенту. Чем она больше, тем сильнее выражено это сродство.

Результаты и обсуждение

Изменение концентрации свинец-ионов от времени сорбции в водной фазе растворов при контакте с пектином отражено в таблице 1.

Линейная зависимость 1п С -1 (мин) и постоянство констант

Изменение концентрации свинец-ионов в водной фазе растворов

Таблица 1

Время, мин. Количество свинец-ионов, мг/г Концентрация свинец-ионов в растворе, ммоль/л Процент связывания свинец-ионов, % Комплексо- образующая способность, мг/г

0 (станд. раствор) 86,38 41,69

10 66,20 31,95 23,36 132,80

20 64,35 31,05 25,52 132,80

30 64,35 31,05 25,52 132,80

40 64,33 31,05 25,52 132,80

60 64,33 31,05 25,52 132,80

60 (при 1=-180С) 66,20 31,95 23,36 126,96

60 (при 1=+100°С) 65,00 32,82 21,28 110,70

т

т

где С0, С авн - исходная (начальная) и равновесная концентрации свинец-ионов соответственно, ммоль/л; V - объем раствора, л; т - масса навески сорбента, г.

Теоретически адсорбционная способность может быть описана уравнениями Фрейндлиха (Аф) и Ленгмюра (Ал) и, в зависимости от природы адсорбента, подчиняется тому или другому.

Уравнение Фрейндлиха удобно использовать в логарифмической форме:

скорости свидетельствуют о том, что комплексообразование протекает по реакции 1-го порядка.

Средняя величина константы скорости равна: 21,6х10-3мин-1.

В течение 1 часа максимальное извлечение свинец-ионов

Определение константы скорости процесса комплексообразования

Таблица 2

1п

Х 1 — =1п

т

К + 1/п 1п С,

где К и 1/п - константы; С - равновесная концентрация; х

т

- адсорбция.

Время, мин. С 2+, ммоль/л АС, ммоль/л V, ммоль/л-1мин-1 К, мин-1

0 41,69

5 36,50 5,19 1,038 0,0266

10 31,95 9,74 0,974 0,0265

15 31,50 10,19 0,679 0,0187

20 31,05 10,64 0,532 0,0147

Среднее: 0,0216

Таблица 3

Результаты определения экспериментальной величины адсорбции

ДС, ммоль/л А , ммоль/г 1/ДС 1/А ІпДС ІпА

5,19 3,13 0,193 0,320 1,65 1,14

9,74 5,87 0,103 0,170 2,28 1,77

10,19 6,14 0,098 0,163 2,32 1,82

10,64 6,41 0,094 0,156 2,36 1,86

пектином составило 25,52% от равновесной концентрации, что в пересчете на 1 грамм сорбента равно 64,33 мг свинец-ионов.

Таблица 4

Соотношение экспериментальных величин адсорбции свинец-ионов с расчетными

Аэксп, ммоль/г Аф, ммоль/г Ал, ммоль/г АЭКсп Адксп

аф Ал

3,13 3,92 4,93 0,789 0,635

5,87 6,49 8,88 0,904 0,661

6,14 6,73 9,25 0,912 0,664

6,41 6,96 9,62 0,921 0,666

Коэффициенты уравнения Фрейндлиха, найденные по графической зависимости

X

1п ш= Д1/ЛС): К=1,105; 1/п=0,8.

111 А С

Рис. 2. Преобразованная изотерма сорбции свинец-ионов пектином из клубней топинамбура по Фрейндлиху.

Адсорбционная способность теоретически описана по уравнениям Фрейдлиха и Ленгмюра. Величины констант уравнений находили по соответствующим графическим зависимостям (рис. 2, 3).

Рис. 3. Преобразованная изотерма сорбции свинец-ионов пектином из клубней топинамбура по Ленгмюру.

Рис. 4. Изотермы сорбции свинец-ионов пектином из клубней топинамбура: 1 - экспериментальная, 2, 3 - расчетные по уравнениям Фрейндлиха и Ленгмюра соответственно.

Коэффициенты уравнения Ленгмюра, найденные по графической зависимости 1/А = £(1/ АС): А^ =100; Ь =100.

Большая величина константы «Ь» свидетельствует о хорошей способности пектина к сорбции свинец-ионов. Это подтвердилось экспериментально, так как образование пектината происходило быстро и равновесие в системе наступило через 20 мин (табл. 1).

В таблице 4 приведены найденные экспериментальные и расчетные величины адсорбции свинец-ионов пектином.

На рисунке 4 представлены соответствующие изотермы.

По характеру изученных изотерм и данным таблицы 4 можно сделать вывод, что функциональная зависимость величины сорбции от равновесной концентрации свинец-ионов больше подчиняется уравнению Фрейндлиха.

Очевидно, это связано с неоднородностью пористой поверхности пектина. Уравнение Ленгмюра менее точно описывает процесс.

Изучили влияние температуры на сорбционные свойства пектина.

Исследования показали, что процент связывания свинец-ионов пектином уменьшился на 4,24% при термической обработке в течение часа (1=100°С) и на 2,16% при замораживании (1=-180С) относительно той же величины при комнатной температуре (табл. 1).

В ходе исследования выявлена выраженная комплексообразующая способность пектина по отношению к свинец-ионам. Образование свинца пектината протекает по кинетике 1-го порядка с величиной константы скорости равной 21,6х10-3мин-1. Максимальная степень извлечения составила 25,52% от исходной концентрации свинец-ионов в течение 1 часа, а сорбционный процесс лучше описывается уравнением Фрейндлиха. Сорбционные свойства полученного пектина по отношению к свинец-ионам при термической обработке и консервировании холодом мало изменяются.

Таким образом, пектин, полученный кислотным способом из клубней топинамбура, может быть рекомендован в качестве детоксиканта.

ЛИТЕРАТУРА

1. Васильев В.П., Морозова Р.П., Кочергина Л.А. Аналитическая химия. Лабораторный практикум: учеб. пособие для вузов. - М.: Дрофа, 2006. - 416 с.

2. Зяблицева Н.С. Изучение полисахаридов клубней топинамбура и создание на их основе лечебно-профилактических средств: Дис. ... канд. фарм. наук. - Пятигорск, 1998. - 157 с.

3. НовосельскаяИ.Л., ВоропаеваН.Л., Семенова Л.Н., Рашидова С.Ш. Пектин. Тенденции научных

и прикладных исследований // Химия природных соедине- Полисорбовит: монография.- Томск: НТЛ, 2001. - 132 с. ний. - 2000. - №1. - С.3-11 5. Эмануэль Н.М., Кнорре Д.Г. Курс химической кинетики.

4. Хотимченко Ю.С., Одинцова М.В., Ковалев В.В. - 3-е изд. пер. и доп. - М.: Высш. школа, 1974. - 400 с.

Информация об авторах: 357500, Пятигорск, ул. Калинина 11, Пятигорская ГФА, тел. (8793) 32-33-36; e-mail: n.s.zyablitseva@yandex.ru, Кисиева Манана Тенгизовна - аспирант; Мыкоц Лилия Петровна - заведующая кафедрой, к.ф.н., доцент; Туховская Нина Александровна - старший преподаватель, к.ф.н.; Бондарь Светлана Николаевна -преподаватель; Зяблицева Надежда Сергеевна - старший преподаватель, к.ф.н.; Компанцев Владислав Алексеевич -заведующий кафедрой, д.ф.н., профессор; Белоусова Анна Леонидовна - преподаватель, к.ф.н.

СЛУЧАИ ИЗ ПРАКТИКИ

© ОНОПКО В.Ф. - 2010

ОСОБЕННОСТИ ЛЕЧЕНИЯ ОБСТРУКЦИИ ДИСТАЛЬНОГО ОТДЕЛА МОЧЕТОЧНИКОВ У БОЛЬНЫХ РАКОМ ШЕЙКИ МАТКИ

В.Ф. Онопко

Резюме. Проведено обследование и лечение 76 больных раком шейки матки с обструкцией тазового и поясничного отделов мочеточников и гидроуретеронефрозом. Обструкция правого мочеточника было у 36, левого - у 40 больных. Стриктура мочеточника развилась у 32 (42,1%) больных с прогрессирующим течением заболевания на фоне комбинированного лечения, у 20 (26,3%) - после лучевой гамма терапии. У 24 (31,6%) больных имела место интермиттирующая обструкция мочевых путей. Радикальная операция была выполнена 22 больным. У 8 из них в сроки от 12 до 18 мес. развился рестеноз мочеточника. У 54 больных лечебные вмешательства носили паллиативный характер. Успешное лечение развившейся обструкции мочеточников возможно только при излечении опухолевого процесса и стихании лучевой реакции в тканях.

Ключевые слова: рак шейки матки, обструкция мочеточников, гидроуретеронефроз, уретеро-уретероанастомиз.

THE CHOICE OF TREATMENT TACTICS IN CASE OF THE URETER DISTAL SECTION OBSTRUCTION OF THE PATIENTS WITH THE CANCER OF CERVIX OF THE UTERUS

V.F. Onopko

Summary. They carried out the check up and treatment of 76 patients (at the age from 26 to 74) with the cancer of cervix of the uterus with the obstruction of ureter pelvis section and hydroureteronephrosis. 36 patients had the injury of the right ureter and 40 women had the injury of the left ureter. 32 patients 32 (42,1%) with progressive passing of the cancer of cervix of the uterus against a background of combined treatment and 20 patients (26,3%) after gamma radiotherapy had the ureteric stricture. Radical operation of 22 patients was performed. During the period from 12 to 18 months eight operated patients had ureter restenosis. Operations of 54 patients were of palliative nature. Successful treatment of the developed ureter obstruction is possible only in case of extraction of the cancerous growth process and falling of radio reaction in tissues.

Key words: cancer shakes wombs, obstruction of the ureter, hydroureteronephrosis, uretero-ureteroanastomosis.

Среди урологических заболеваний все чаще встречается обструкция дистального и поясничного отделов мочеточников, развитие которой связано с возросшим числом заболеваний органов малого таза и забрюшинного пространства, а также анатомо-функциональными особенностями этих отделов мочеточников [6].

Причины развития обструкции тазового отдела мочеточников при раке шейки матки (РШМ) кроются как в клиническом течении самого заболевания, так и в осложнениях, возникших при его лечении, прежде всего комбинированном [3]. При РШМ у 15,0-35,7% больных в опухолевый процесс прямо или косвенно вовлекаются один или оба мочеточника, что приводит к развитию односторонней или двусторонней их обструкции (стеноз, стриктуры или облитерации) [2,7]. Лучевая терапия заболевания в 0,4-5,5% случаев осложняется повреждением мочеточников, развитием обструктивной нефропатии [7].

Несмотря на многочисленные исследования, многие проблемы обструктивной нефропатии при РШМ до настоящего времени не решены. И хотя реконструктивно-пластические операции остаются основным радикальным видом лечения как протяженных, так и коротких стриктур мочеточников, не всегда удается добиться их ликвидации и восстановить

функцию пораженной почки [1,2,10]. Нередко таким больным может быть оказана лишь паллиативная помощь ввиду распространенности патологического процесса или протяженности стриктуры мочеточников [7,8].

Целью настоящего исследования явилась оценка эффективности лечения обструкции мочеточников, развившихся в процессе течения заболевания РШМ и его лечения.

Материал и методы

В клиническую группу вошли 76 больных РШМ с обструкцией тазового и поясничного отделов мочеточников и развитием гидроуретеронефроза в возрасте от 26 до 74 лет. Повреждение правого мочеточника было у 36, левого - у 40 больных.

Диагноз заболевания устанавливался в соответствии со стандартами обследования онкологических больных и имел цитологическую и гистологическую верификацию. Критерием отбора больных служило наличие гидроурете-ронефроза и ретенции верхних мочевых путей различной степени тяжести, развившихся в процессе течения и лечения заболевания. Для выявления локализации обструкции, её протяженности и определения степени нарушения уродина-