Распад протопектинов при кислотном гидролизе растительных материалов

ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК РЕСПУБЛИКИ ТАДЖИКИСТАН ______________________________________2007, том 50, №4_________________________________

ФИЗИЧЕСКАЯ ХИМИЯ

УДК 541.127:661.183.123.2

Академик АН Республики Таджикистан Д.Х.Халиков, Р.М.Горшкова, С.Халикова, Х.Х.Авлоев, З.К.Мухиддинов РАСПАД ПРОТОПЕКТИНОВ ПРИ КИСЛОТНОМ ГИДРОЛИЗЕ РАСТИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ

Разработка условий проведения гидролиза протопектина (1111) растительного сырья представляет собой достаточно сложную проблему, ибо для получения пектиновых веществ с заданными структурными параметрами и определенными физико-химическими свойствами необходимо очень тонкое и согласованное регулирование многочисленных параметров процесса [1,2]. Сложность проблемы усугубляется еще тем обстоятельством, что идентификация конкретных химических реакций при гидролизе растительной клетки существенно зависит от вида растительного сырья, сорта, степени его зрелости и условий хранения, а также от параметров процесса. В то же время знание механизма деградации протопектина под действием кислотных катализаторов способствует оптимизации параметров реакции получения пектина и разработки технологии, приводящей к получению конечного продукта с определенными свойствами.

Целью настоящей работы является сравнительное изучение продуктов распада протопектинов яблок, апельсина и корзинки подсолнечника (КП). Выбор объектов исследования обуславливается тем, что сырьевые ресурсы первого и последнего в значительном количестве имеются в виде отходов консервной промышленности в Республике Таджикистан, а второй является традиционным материалом для получения пектина.

Выжимки перечисленных продуктов получали из свежих фруктов - яблок сорта «Ренет Симиренко», зеленого цвета, урожая осени 2006 г., выращенного в Файзабадском районе Республики Таджикистан, апельсинов, привезенных из Турции, а также высушенных и измельченных корзинок подсолнечника, выращенного на опытном участке Института химии.

Очищенный и измельченный растительный материал в виде выжимок апельсина, яблок и корзинки подсолнечника подвергали гидролизу с помощью соляной кислоты при исходном значении рН=1.2 и 1.8 и при объемном соотношении сырья и гидролизата 1:20 в течение различной продолжительности реакции. Растворы гидролизата отделяли от остатков клетчатки (ОК) и разделяли на три фракции путём последовательного центрифугирования при скорости 7200 об/мин, осаждением трёхкратным количеством этанола и высушиванием оставшегося маточного раствора, которые условно после деления названы, соответственно, "микрогель" (МГ), "пектиновые вещества" (ПВ) и "олигосахариды" (ОС). Данные по выходам перечисленных продуктов распада ПП представлены в табл. 1.

Из данных табл. 1 видно, что количество МГ увеличивается в направлении выжимок апельсина, яблок и корзинки подсолнечника, а содержание пектина в обратной последовательности, причем уменьшение величины рН усиливает этот эффект, одновременно увеличивая суммарный выход продуктов распада ПП.

Таблица 1

Выход продуктов распада 1111 из различного сырьевого материала

Исходное сырьё, выжимки: рН исх. рН конеч. Выход фракций, г

МГ ПВ ОС Сумма ОК

Яблочная 1.80 3.54 1.50 11.79 10.06 23.35 50.74

Апельсиновая 1.80 3.60 0.36 11.39 14.06 23.35 48.36

КП 1.80 3.6 0.915 4.13 9.69 14.745 60.77

Апельсиновая 1.20 1.65 0.60 15.60 20.33 36.08 37.95

Яблочная 1.20 1.50 3.53 12.75 18.30 34.58 39.45

КП 1.20 1.80 3.22 7.68 10.02 20.92 52.93

Выход фракций, %

Яблочная 1.80 3.50 2.00 15.72 13.41 31.13 67.65

Апельсиновая 1.80 3.50 0.48 15.19 18.75 34.41 64.48

КП 1.80 3.6 1.22 5.51 12.93 19.66 81.03

Апельсиновая 1.20 1.65 0.80 20.80 27.10 48.10 50.60

Яблочная 1.20 1.50 4.70 17.00 24.40 46.10 52.60

КП 1.20 1.80 4.29 10.24 13.36 27.89 70.54

Масса исходных материала - 75 г, гидромодуль - 1:20, Т=85оС, продолжительность для первых двух 60 мин, для КП - 90 мин.

Наибольшее количество ОС получается при гидролизе апельсиновой выжимки. Уменьшение величины рН раствора гиролизата приводит к увеличению выхода, как МГ, так и ПВ. Из табл. 1 видно, что для всех исследованных объектов в процессе гидролиза происходит возрастание величины рН, что ранее нами было объяснено расходом кислоты для удаления ионов кальция из матрицы 1111 [3].

В табл. 2 представлены важнейшие характеристики полученных ПВ. Видно, что наибольшее количество галактуроновой кислоты (ГК), показывающее качество пектиновых веществ, имеется пектине, полученном из выжимок апельсина, в то же время они наиболее эте-рифицированы, то есть для них характерно большее значение степени этерификации (СЭ). Наибольшее значение кислотного числа (Кс) характерно для пектина КП, то есть этот пектин наименее этерифицирован, что также следует из численного значения эфирного числа (Кэ).

Потенциометрические исследования показали, что при прочих равных условиях необходимый объем щелочи для достижения точки эквивалентности увеличивается в ряду пектинов апельсина, яблок и корзинок подсолнечника [3]. В этом же ряду увеличивается и содержание карбоксильных групп, что подтверждают данные потенциометрического титрования.

Таблица 2

Основные показатели ПВ, полученных из различного сырьевого материала

Пектины рН исх. ГК, % Kc Кэ СЭ

Яблочный 1.80 64.8 6.12 3.6 70.18

Апельсиновый 1.80 84 5.4 7.92 72.73

КП 1.80 46.2 4.76 10.53 70.3

КП 1.20 69.6 10.8 6.48 62.5

Апельсиновый 1.20 77.76 5.04 9.36 74.07

Яблочный 1.20 64.80 5.76 5.04 71.43

Таким образом, проведено сравнительное изучение трех видов растительного материала с целью получения пектиновых веществ. Показано, что, несмотря на идентичность условий гидролиза, структурные параметры полученных веществ значительно отличаются друг от друга, что дает возможность использования их в различных отраслях производства. Если пектин апельсина является высококачественным продуктом для пищевой отрасли, то пектин подсолнечника может быть с успехом использован в качестве носителя лекарственного препарата.

Acknowledgment: Investigation was done under the USDA ISTC Grant Project T-1420.

Институт химии им В.И.Никитина Поступило 25.07.2007

АН Республики Таджикистан

ЛИТЕРАТУРА

1. Renard C.M.G., Crepeau M.J., Thibault J.F. - Carbohydr.Res., 1995 275(1), 155.

2. Renard C.M.G., Lahaye M., Mutter M., Voragen A.G.J., Thibault J.F. - Carbohydr Res., 1997, 305(2), 271.

3. Халиков Д.Х., Мухиддинов З.К. - Химия природных соединений, 2004, №2, с.118.

4. Джураева Ф. Н., Мухиддинов З.К., Халиков Д.Х. - ДАН РТ, 2007, т.50, №1, с.41-45.

Ч,.Х.Холи^ов, Р.М.Горшкова, С.Холи^ова, Х.Х.Авлоев, З.К.Мухиддинов ТАЦСИМШАВИИ ПРОТОПЕКТИН ДАР НАТИ^АИ ГИДРОЛИЗИ КИСЛОТАВИИ МАТЕРИАЛ^ОИ РАСТАНИЯВЙ

Дар макола натичаи гузаронидани гидролиз вобаста аз рН дар махлули обии бокимондаи апельсин, себ ва сабатаи офтобпараст оварда шудааст. Кисми обии махлули гидролизат ба се фраксия, дар асоси сентрифуга кардан дар гардиши 7200 дар як сек, бокимондаашро бо этанол шинондан ва бухор кардани махлул баъди чудо кар-

дани такшин таксим карда шудааст. Нишон дода шудааст, ки пектини баландсифат аз бокимондаи апелсин хосил мешавад, лекин пектини гурухи кислотагиаш баланд, ки ба-рои хосил кардани комплекси доруворй истифода бурда мешавад, аз бокимондаи саба-таи офтобпараст гирифта мешавад.

D.Kh.Khalikov, R.M.Gorshkova, S.Khalikova, Kh.Kh.Avloev, Z.K.Muchiddinov PROTOPEKTIN DEGRADATION OF RAW MATERIAL BY THE ACID HYDROLYSIS

The article presented results of hydrolysis protopektin apples, an orange and a basket of sunflower depending on рН a solution. The reaction products are divided into three fractions conditionally named as microgel, pectin substances and oligosacheride. It is shown, that the high-qualitiest pectin extracted from orange, but high percentage of carboxylic group in the sunflower pectin allow it to by used as a drug delivery materials.