Технологии получения пектинов из различных видов сырья

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО ВЫСШЕГО И СРЕДНЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ УЗБЕКИСТАНА

ТАШКЕНТСКИЙ ХИМИКО ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

Cпециальность 5А522904 "Биотехнология пищевых продуктов и кормов"

ДИССЕРТАЦИЯ

ПОЛУЧЕНИЕ ПЕКТИНА ИЗ ПЛОДО-ОВОЩНЫХ ОТХОДОВ

САФАЕВА НИГОРАХОН ЗАБИХУЛЛАЕВНА

Научный руководитель к.б.н. доц. Р.М.Артикова

Ташкент - 2012

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

ОБОСНОВАНИЕ И АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ

ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ЭКСПЕРИМЕНТА

ГЛАВА I. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1 История пектина

1.2 Строения и структуры пектиновых веществ

1.3 Изучение молекулярно-массовых и конформационных характеристик пектиновых веществ

1.4 Исследование степени этерификации

1.5 Способы получения пектинов

1.6 Биологическая активность пектинов

1.7 Производство пектина

1.8 Применение пектиновых веществ

ГЛАВА II МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

2.1 Условия проведения эксперимента

2.2 Основные объекты проводимого эксперимента

2.3 Методика проведения эксперимента

ГЛАВА III РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТА И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

3.1 Выделение пектиновых веществ из виноградных и яблочных выжимок

3.2 Гидролиз пектиновых веществ

3.3 Определение титрометрических показателей ПВ

3.4 Определение показателя вязкости

3.5 ИК-спектроскопия

3.6 Физико-химические свойства виноградных и яблочных выжимок

ВЫВОДЫ пектический молекулярный этерификация титрометрический

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

Неуклонно и в ощутимой степени возрастают авторитет и позиции Узбекистана на международной экономической арене. Тщательная разработка руководителем государства Исламом Каримовым стратегии социально- экономического развития, точное и правильное определение путей реализации целей и задач экономических реформ создали предпосылки для достижения весомых результатов на пути к главной цели.

В настоящее время социально-экономическое развитие государств мира по содержанию в корне отличается от предыдущих этапов прогресса. Главным и важнейшим аспектом этого является усиление интеграции и глобализации национальных экономик.

Отмечая итоги работы в сельском хозяйстве, показано, что несмотря на значительные проблемы и трудности, созданные сложными погодными и климатическими условиями, благодаря самоотверженному труду тружеников села в истекшем году не только выполнены, но и перевыполнены договорные обязательства по государственным закупкам важнейших сельскохозяйственных культур.

Собрано 6 миллионов 800 тысяч тонн зерна, почти 3,5 миллиона тонн хлопка, свыше 8,2 миллиона тонн овощей и бахчевых, около 3 миллионов тонн садоводческой продукции, произведено 6,6 миллиона тонн молока, свыше 1,5 миллиона тонн мяса, более 3,5 миллиарда штук яиц.

Так, по пищевой промышленности в 2011 году (по сравнению с 2010 годом) прирост ликеро-водочных изделий составил 105,6 %, коньяка - 125 %, безалкогольных напитков - 108,3 %, минеральных вод - 129,4%. Производство винограда в 2011 году составило 608 тыс. тонн, что по сравнению с 2010 годом увеличилось на 109,2 % [1].

В настоящее время ухудшение экологической обстановки связано с тем, что ежегодно в окружающую среду вводятся десятки тысяч веществ, характеризующихся токсическими свойствами для человека и влияющих на изменение пищевого статуса населения. В организм человека с водой и пищей поступает значительная часть веществ, обладающих канцерогенным и мутагенным действием.

Государственная политика направлена на то, чтобы снизить количество токсикантов в окружающей среде и уменьшить их проникновение в организм человека, в том числе и с продуктами питания. В этой связи использование пектиновых веществ как природных детоксикантов остается актуальным. Очевидно, что получение безопасных и биологически активных продуктов заключается в разработке оптимальных технологий не только в процессе переработки сырья" но и при его выращивании в условиях минимизации воздействия на него факторов, способных вызвать токсикацию тканей уже на этом этапе,

Для соблюдения перечисленных требований при выращивании и переработке растений с целью получения пектина большое значение имеют методы контроля конечного продукта. Совершенствование этих методов позволяет с учетом физико-химических показателей целевого продукта контролировать его качество на этапах выращивания, промежуточной переработки и при получении конечных оценочных характеристик.

Пектиновые вещества - это высокомолекулярные соединения углеводной природы. Главным компонентом пектиновых веществ является полигалактуроновая кислота, часть карбоксильных групп которой этерифицирована метоксильными группами. Степень этерификации или метоксилирования является важным показателем пектина и выражается отношением количества метоксилированных групп к их общему количеству в пектиновых веществах. Пектиновые вещества со степенью метоксилирования больше 50 % относят к высокометоксимированным, со степенью метоксилирования меньше 50 % - низкометоксилированным. Гидроксильные группы пектина могут быть частично ацетилированы. Содержание ацетильных групп в количестве более - 1 % понижает студнеобразную способность пектина. Кроме полигалактуроновой кислоты в составе пектиновых веществ обнаружены полисахариды арабинан и галактан, а также моносахара рамноза, галактоза, арабиноза, ксилоза [5].

В клеточных стенках растений пектин содержится в виде протопектина, химически связанного с фибриллами целлюлозы и гемицеллюлозами. Роль пектиновых веществ заключается в том, что вместе с гемицеллюлозами они образуют матрикс клеточной оболочки, скрепляющей фибриллы целлюлозы в жесткую структуру [7]. Пектиновые вещества, выделенные из растений, представляют собой порошки серого, бежевого или светло-коричневого цвета, без запаха, кисловатые на вкус. В присутствии воды они набухают, в избытке воды растворяются. Водные растворы пектиновых веществ довольно вязкие [2]. Пектин нерастворим в органических растворителях. Он может быть осажден из водных растворов добавлением смешивающихся с водой растворителей - метанола, этанола, изопропанола, ацетона.

Весьма ценным в практическим отношении свойством пектиновых веществ является их способность образовывать студни в присутствии сахара, кислоты, ионов металлов. В процессе желирования нитевидные молекулы пектина образуют трехмерный каркас [4]. С увеличением молекулярной массы и степени метоксилирования студнеобразующая способность пектина возрастает. Высокометоксилированный пектин образует студни в присутствии кислоты и при большом содержании сахара (55 - 65 %), низкометоксилированный - при низком содержании сахара (20 - 30 %) и при добавлении солей поливалентных металлов, например кальция [1].

Степень метоксилирования пектиновых веществ влияет и на скорость студнеобразования. Высокометоксилированные пектин с высокой скоростью образования студня используется в консервной промышленности для приготовления конфитюров, джемов и других продуктов с содержанием сухих веществ 50 - 60 %.

Пектиновые вещества содержатся в клеточных оболочках всех высших растений, но традиционно для получения пектина используют различные отходы перерабатывающих производств агропромышленного комплекса.

Сырьем для получения пектина являются кожура цитрусовых, яблочные и виноградные выжимки, свекловичный жом, корзинки подсолнечника, хлопковый шрот, кормовые арбузы, смородина, рябина, кожура картофеля, кора сосны, мякоть айвы, луковая шелуха, отходы кофе, ячменя, морских трав и т.д. [3-5].

На сегодняшний день, в виноделии, консервной промыщленности и других отраслях пищевой промышленности Узбекистана (перерабатывающих плодовое сырье), вторичные ресурсы для производства пектина используются крайне неудовлетворительно. Это связано с целым рядом причин, и в первую очередь с отсутствием высокоэффективных экологически чистых технологий получения пектина.

Современные экономические отношения, складывающиеся в сфере производства, способствуют внедрению новых технологий рационального использования первичных сырьевых ресурсов, комплексной переработки и безотходной утилизации вторичных сырьевых ресурсов на основе достижений науки и техники. Это обеспечит выпуск высококачественной, конкурентоспособной продукции по низким ценам.

Повышение эффективности использования вторичных ресурсов производства, в частности, отходов плодового виноделия и консервной промыщленности, с целью получения ценного пищевого продукта - пектина, на основе безотходных экологически чистых технологий, является важной и актуальной проблемой.

Первое связано с применением пектина в качестве желирующей добавки в пищевой промышленности. и др.

Несколько позднее получило распространение новое направление, основанное на протекторных свойствах пектина, связанных с функциональной активностью молекул галактуроновой кислоты. Обострение экологических проблем определило использование детоксицирующих свойств пектина в ряде задач по обеспечению статуса пищевой безопасности населения. Кроме того, пектиновые вещества используются в промышленном и аграрном секторе в качестве добавок в кремы и микробиологические среды, как консерванты почвы и в других целях .

Научные разработки этих направлений, подтверждаемые практическими результатами, должны закономерно привести к организации производства пектина и пектинопродуктов на территории, где в них высока потребность и существует достаточная сырьевая база.

Продолжает оставаться актуальным вопрос получения высокоочищенных пектинов, в том числе и низкометоксилированных. Ранее существовавшие мощности по получению пектинов, в силу нарушения межреспубликанских связей, были ликвидированы и не восстановлены до сих пор. Ситуация может измениться в том случае, если будут созданы эффективные высокотехнологичные производства, позволяющие получать высококачественный пектин из местного сырья.

Производство пектина может базироваться только па критериях комплексного подхода в решении научных, производственных и экономических вопросов по организации рынка сбыта пектина и пектинопродуктов. Для такого замкнутого цикла решения проблемы актуальным является дальнейшая разработка новых видов пектино содержащих продуктов и расширение области его агропромышленного использования.

ОБОСНОВАНИЕ И АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ

В настоящее время в ряду актуальных проблем - рациональное использование первичных сырьевых ресурсов, комплексная переработка и безопасная утилизация вторичных сырьевых ресурсов. Для ее решения требуются наращивание производственной базы перерабатывающей отрасли, а также улучшение использования сырья путем разработки и создания новых прогрессивных, энергоресурсосберегающих технологий комплексной переработки ценных вторичных сырьевых ресурсов на основе последних достижений науки и техники.

Одной из важных народнохозяйственных проблем увеличение выпуска пектина из различных видов растительного сырья, так как в настоящее время потребность в пектине намного превосходит его промышленное производство. Мировое производство пектина за последние составляет 24 тыс. тон. в год.

Вместе с тем встает необходимость повышения качества продукции, увелечения её ассортимента в связи с возрасающими требованиями народного хозяйства. Все большую острату приобретает вопросы поиска новых сырьевых ресурсов и разработки безотходного экологически чистого производства пектина.

Несмотря на то, что химия и технология пектина достаточно подробно изучается более 200 лет, из-за сложности структуры и неодродности химического состава пектина в различных видах растительного сырья, а также из-за трудности выделения в нативном виде, многие вопросы, связанные с установлением экстрагирования, концентрирования, осаждения и сушки в зависимости от вида сырья являются в настоящее время актуальными задачами.

Вышеизложенные обстоятельства определяют необходимость исследований технологических процессов получения высококачественных пектиновых веществ в зависимости от способов получения и технологических параметров, используемых в процессе выделения.

Развития промышленности, особенно химической, нефтехимической, фармацевтической, атомной, а также всех отраслей машиностроения привело к резкому ухудшению экологической обстановки. С каждым годом растет загрязнение окружающей среды различными промышленными выбросами, выхлопными газами транспорта, содержащими соли тяжелых металлов, радионуклиды и другие токсичные для животного и растительного мира вещества.

Пектин обладает способностью связывать эти вещества и выводить их из организма. На этом принципе основано использование пектина в качестве добавки в различные продукты лечебного и профилактического назначения, а также для изготовления лекарственных средств.

ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

Целью настоящей магистерской диссертационной работы являлась разработка технологии получения пектинов из различных видов сырья (из выжимки яблок и винограда) на основе комплексного изучения особенностей физико-химических показателей сухого пектина.

В задачи исследования входило:

- выделение пектиновые вещества из яблочных и виноградных выжимок ;

- гидролизовать пектиновых веществ методом кислотного гидролиза и установить моносахаридный состав;

- Определить вязкости виноградных и яблочных пектинов по методу Освальда;

- установить строение изучаемых ПВс помошью метода ИК -спектроскопии;

-проведение сравнительных исследований физико-химических свойств пектинов, выделенных из полученных концентратов, и их качественных характеристик.;

ГЛАВА I. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

В 1990 г. исследователи пектина могли отметить двухсотлетие его открытия. В 1790 г. ученый Ваклен (Vauquelin) выделил из фруктового сока водорастворимое вещество, обладающее гелеобразующей способностью. Через 40 лет Браконно (Braconnot) назвал его пектиновой кислотой (от греческого "pektos"- свернувшийся, застывший). В 1924 г. Смоленский первым предположил, что пектин состоит из остатков D-галактуроновой кислоты, соединенных через а-1,4-гликозидную связь в полимерную цепочку. В 1930 г. Майер (Meier) и Марк (Mark) подтвердили это предположение, экспериментально доказав существование полимерной молекулы пектина. В 1937 г. Шнайдер (Schneider) и Бокк (Bock) впервые установили структурную формулу пектина, однако промышленное производство высокоэтерифицированного пектина было начато только 50, а низкозтерифицированного - 26 лет назад. Неудивительно, что пектин впервые выделили из фруктового сока: это соединение содержится в большом количестве в ягодах, фруктах, клубнях и стеблях растений. Он локализован в первичной клеточной стенке всех высших растений. Через боковые цепочки пектин соединен с волокнами целлюлозы и рядом других гетсрополисахаридов, которые относятся к соединениям типа гемицеллюлозы.

Содержание этого вещества в клеточной стенке максимально в центральном слое, связывающем клетки между собой. Молекулы сахара рамнозы, соединенные с молекулой пектина, придают полимерной цепочке зигзагообразный вид. Наличие рамнозы в молекуле пектина обосновывает его другое более правильное название - рамногалактуронан. Другие нейтральные сахара - арабам, галактан и ксилоглюкан - образуют боковые цепочки, соединяющиеся с молекулами целлюлозы. Морфологическая и физиологическая роль пектина в растениях, как структурного элемента клетки, состоит в регулировании водного обмена растений.

В зависимости от количества замещенных корбоксильных групп пектин может обладать различной степенью этерификации. Если более 50% корбоксильных групп содержат остатки метилового спирта,то это высокоэтерифицированные пектины, если степень этерификации ниже 50% - низкоэтерифицированные. Они имеют разные механизмы желирования: первые образуют гели в присутствии сахара и кислоты, при этом содержание сухих веществ в среде должно быть не менее 50%, а рН 2,8...3,4. При одинаковых условиях и высоких температурах высокоэтерифицированные пектины желируют быстрее, чем низкоэтерифицированные. Время и температура желирования - важные критерии качества высокоэтерифицированных пектинов.

1.2 Строения и структуры пектиновых веществ

1.3 Изучение молекулярно-массовых и конформационных характеристик пектиновых веществ

Изучение пектинов как природных высокополимеров один из значительных разделов в структурных исследованиях, где широкое применение нашли традиционные методы химии высокомолекулярных соединений.

Известно, что молекулярная масса, дисперсность, а также стабильность растворов пектина в значительной мере зависят от природы и вида применяемого для его извлечения экстрагента и степени термического воздействия при его получении [37,]. Вязкость разбавленных растворов пектинов одна из важнейших характеристик, позволяющая оценить молекулярно-массовые, физико-химические и конформационные особенности пектиновых полисахаридов. Вязкость и плотность разбавленных растворов пектина исследованы в ряде работ [39].

Вискозиметрическим методом определены характеристические вязкости [ti] хлопкового, свекловичного, яблочного и лимонного пектинов, составляющие 0.6-1.29 [42]. С помощью этих показателей определены молекулярные массы некоторых пектинов: свекловичного 14000, хлопкового 15500, яблочного 37000, виноградного 21000, лимонного 25800.

Исследовано влияние температуры на вязкость водных растворов пектовой кислоты и ряда ее производных. Получены параметры активации для вязкого течения с учетом взаимодействия полимер-растворитель [43].

Надмолекулярная структура растворов различных образцов пектина установлена путем исследования спект_ра мутности, позволяющего судить о различиях в конформационной структуре биополимеров, характере растворимости и наличии гель-фракции. Особенно значительно содержание последней в пектиновых экстрактах из хлопковых створок [42]. Методом ультрацентрифугирования установлена молекулярная однородность и качественно оценена степень полидисперсности пектинов из различных растительных источников. Образцы хлопковых и яблочных пектинов имеют ярко выраженную монодисперсность и характеризуются отсутствием низкомолекулярных фракций.

По результатам седиментационных исследований проведен полный анализ молекулярно-массовых и конформационных характеристик лимонного пектина со степенью этерификации 64.5% и 1.849 дл/г [10]. Рассчитаны молекулярные массы различных степеней усреднения и степень полидисперсности: М_Z 2.25х10⁵, M_w =1.47х10⁵ и M _Z /M_w = 1.53. Проведена количественная оценка гибкости макромолекул лимонного пектина, установлены длина сегмента Куна (А = 120±4) и гидродинамический параметр цепи (d= 11.0±2) [44]. Изучена оптическая плотность рада образцов цитрусовых пектинов. Установлена прямолинейная зависимость значений этого показателя от концентрации -СООН в биополимере.

Методом светорассеяния исследованы тенденции к ассоциации в разбавленных растворах образцов высокометокеилированного коммерческого лимонного пектина в фосфатном буфере. Модельные расчеты подтвердили, что адекватным описанием образцов пектина является бимодальная система, состоящая из молекулярно-диспергированного главного компонента и небольших количеств частиц более высокомолекулярных компонентов [46].

Продолжаются исследования производных пектинов, в частности их металлопроизводных, для решения ряда структурных задач. Хотя первичная структура пектина широко изучена, вторичная, третичная и четвертичная структуры в гелях или растворах окончательно не установлены.

Кросс-связывание молекул пектинов ионами кальция играет большую роль в организации полисахаридов в стенках клеток растений. Структура агрегированных цепей описывается моделью "egg-box" [4]. В этой модели соединяемые сегменты находятся на одинаковых цепях и зоны спаривания образованы цепями галактуронана в 2₁-спиральной конформации (два моносахаридных остатка на поворот спирали), а ионы Са⁺² размещаются в пространстве между соседними спиральными цепями полисахаридов, подобно яйцу в решетке, образуя комплексы с атомами кислорода . Вследствие этого конформация кросс-связанных участков цепи в гелях отличается от таковой свободных цепей пектинов в растворе [5].

С помощью метода ЯМР¹³С показано, что структура гидратированного геля представляет собой 2₁-спираль, в отличие от 3₁-спирали сухого Са-полигалактуронана , причем в концентрированных образцах Са²⁺ пектата могут наблюдаться переходы от димера 2₁-спирали к олигомеру 3₁-спирали, через промежуточные спиральные агрегированные формы. Другие дивалентные катионы также образуют гели. Однако конформация цепей в этих гелях до конца не изучена.

Известно, что эфирные метальные группы сильно влияют на связывание ионов и проявление гелеобразующих свойств. Эфирные группы несут отрицательный заряд и стерически затрудняют образование агрегированных цепей. Степень выраженности этого эффекта, а также геометрия связанных фрагментов в основном зависят от природы (размера) катиона, а также вида пектина [13].

Конформация цепи в зоне кросс-связывания изучена с помощью различных методов кругового дихроизма, малоуглового рассеяния, масс-спекгрометрии, ИК-Фурье-спектроскопии [2]. Результаты исследования последним методом подтвердили, что координация металла с цепью пектина дивалентными катионами на примере пектатов и пектинатов калия соответствует модели "egg--box". По данным ИК-Фурье, слабое взаимодействие Mg⁺² с пектатом калия наблюдается даже в том случае, когда гель не образуется. Са²⁺ и Sr²⁺ образуют прочные комплексы с пектатом и низкометилированным пектинатом, Ni²⁺, Cu²⁺, Zn²⁺, Cd²⁺ и Pb²⁺ с пектинатом при СЭ 59.1 %, а РЬ²⁺ и Си²⁺ даже с высокоэтерифицированными пектинами [15].

Результаты исследования водных растворов пектата натрия методом ЯМР подтвердили совпадение предложенной модели вторичной структуры пектина с данными, полученными по гидродинамической теории и молекулярному моделированию. Оптимальная модель может быть описана как анизотропная реориентация двускладчатого спирального сегмента, содержащего 29 моносахаридных остатков. При этом средняя аксиальная длина спирального сегмента равна 13 нм, что превосходно согласуется со значениями, полученными по методу малоуглового рассеяния и молекулярной механики. Поперечный гидродинамический радиус спирального сегмента равен 0.8 нм, тогда как ковалентный радиус 0.4--0.45 нм. Увеличение гидродинамического радиуса по отношению к ковалентному свидетельствует о противоионной конденсации в поддержку полиэлекгролитной теории [47].

1.4 Исследование степени этерификации

Как упоминалось выше, анализ и оценка степени этерификации один из важнейших элементов структурных исследований пектинов вследствие тесной корреляции величины этого показателя, наряду с конформационными особенностями молекулы, с гелеобразующими свойствами пектинов и, следовательно, их пригодностью для нужд пищевой промышленности.

В настоящее время для определения СЭ пектинов наиболее широко применяется классический метод титрования [49]. Альтернативой ему является отщепление метанола путем деэтерификации с помощью энзимов, обработки щелочами или кислотами с последующим определением выделенного метанола хроматографически [51].

Недавно описан способ использования хроматографии исключенного объема (ХИО) с системой двойного определения последовательным мониторингом рефракции и проводимости для целей определения СЭ пектинов [15]. Количество корбоксилатов, определяемое как mmol корбоксильных групп пектина на грамм пектина, рассчитывается по сравнению со стандартом известным соединением. Способ, однако, ограничен необходимостью предварительной оценки содержания ангидрогалактуроновой кислоты в образце.

Предложен способ определения внутримолекулярного распределения СЭ, включающий анализ пектина ионообменной хроматографией с использованием буфера, с увеличивающимся градиентом по ионной силе и концентрации. Однако элюируемые фракции пектина полидисперсны по отношению к СЭ и, следовательно, распределение СЭ, зависящее от средних значений, является приблизительным [2].

Изучена возможность использования для определения СЭ капиллярного электрофореза [35], тем более, что пектин, в отличие от других полисахаридов, имеет в цепи заряды и УФ-хромофорные группы, что дает возможность прямого исследования его растворов. Методика определения СЭ разработана для водных растворов пектина в концентрации 0.5-5 мг/мл, с использованием фосфатного буфера (рН 7.0) и УФ-детектора (192 нм). В этом экспрессном методе количественного анализа используется линейная зависимость между электрофоретической подвижностью и средним зарядом на остаток моносахарида, рассчитанным как z = -(100--СЭ)/100. Для фиксированного заряда не найдена зависимость электрофоретической подвижности от внутримолекулярного распределения зарядов.

Способ определения СЭ пектина с помощью капиллярного электрофореза опробован на ряде его образцов, отличающихся строением и содержанием нейтральных Сахаров [42]. В качестве стандарта использован лимонный пектин со СЭ 31.1-75.8%. Показана возможность оценки внутримолекулярного распределения СЭ непосредственно по характеру пиков. Независимо от типа исследуемых пектинов (цитрусовый, яблочный, свекловичный), отличающихся СЭ и содержанием нейтральных Сахаров, получено хорошее совпадение с результатами титрования, а также результатами ИОХ и ХИО. Преимущество метода перед хроматографическими простота и экспрессность. Отмечено, что определение СЭ способом капиллярного электрофореза занимает не более 2 ч, включая подготовку образцов и калибрование, тогда как методы ХИО и ИОХ требуют не менее двух дней.

1.5 Способы получения пектинов

Значительный практический интерес представляют работы по способам получения и очистки пектинов. Несмотря на разработку современных мембранных технологий и выраженное стремление крупнейших производителей пектина к получению высокоочищенных его концентратов с помощью мембранной техники [6], ряд вариантов традиционных методов выделения и очистки пектинов все еще продолжает оставаться предметом исследования, совершенствования и патентования. Очевидно, это объясняется ограниченной доступностью упомянутой мембранной техники и, возможно, отсутствием потребности практического применения пектина столь высокой степени очистки.

Фирма "Мицубиси рэйен К.К " (Япония) продолжает исследование экстракции пектина из яблочцых выжимок раствором ортофосфорной кислоты с последующим нагреванием смеси и отделением пектинового экстракта. После удаления из экстракта твердых веществ произведена очистка пектина с использованием катионообменных и анионообменных смол [45].

В зависимости от желаемого комплекса свойств получаемого пектина растительное сырье подвергают предварительной обработке ?0.1 н. раствором кислоты в количестве, меньшем массы растительного сырья. В процессе такой обработки происходит частичное деметоксилирование пектина, последующее извлечение которого проводят также раствором кислоты указанной концентрации [7].

В зависимости от состава пектинового экстракта из различных источников использованы следующие варианты способов очистки:

очистка пектина из водного экстракта путем осаждения из него пектина действием кислоты в концентрации 0.05-1.0 н. или смешивающегося с водой органического растворителя в смеси с кислотой [32];

использование твердых материалов типа перлита, целлюлозы и других сорбирующих ингредиентов для облегчения осветления и фильтрования пектинового экстракта с адсорбцией мелких частиц экстракта. Эти вещества добавляют к пектиновому экстракту в количестве 100 г на 30-200г последнего, прессуют, отделяют нерастворимый продукт, жидкую часть осветляют обычным способом, после чего фильтруют повторно [17];

Обработка пектинсодержащего сырья соединениями щелочноземельного металла в условиях, способствующих протеканию химического взаимодействия. После разделения продукции на фракции, в различной степени обогащенные пектином, щелочноземельный катион в пектатах замещают на водород путем ионообмена. После удаления из фракции воды получают сухой продукт с высокой стабильностью при хранении [44];

Использование способности образовывать пектаты при взаимодействии с другими ионами металлов (А1³⁺, Cu²⁺, Fe ^{2+ (3+)}) для усовершенствования способа очистки пектина. Осадки пектатов А1, Си, или Fe, полученные обработкой пектинового экстракта растворами солей этих металлов, промывают смесью слабого раствора серной кислоты и органическими растворителями без растворения осадков. Очищенный осадок пектина отделяют. Из кислого промывного раствора осаждением гидроксидами кальция или бария получают дополнительные количества пектатов кальция и бария, из которых пектин выделяют действием кислот и органических растворителей .

Изучена экстракция пектиновых веществ из отшелушенных, обезжиренных и обработанных 80% этанолом семян рапса с целью изучения влияния на этот процесс природы экстрагирующих агентов, в качестве которых использованы циклогексан транс-1,2-диамин-N,N,N',N' -тетраацетат (ЦДТА), ацетатный или фосфатный буферы; рН экстрагирующего раствора и его ионной силы.

Экстракт подвергают последующей обработке раствором карбоната натрия. При этом наибольший выход пектина получен при рН 6.5 с ЦДТА, а пектин, извлеченный в этак условиях, имеет большее содержание уроновых кислот и наименее разветвленную вариацию основной цепи [45].

Альтернативным источником пектиновых веществ может служить жом плодов шиповника, остающийся после получения каротолина и масла шиповника. Показано, что плоды шиповника иглистого (Rosa acicularis Lindl), произрастающего на территории республики Хакасии, содержат 5,5 - 6,0 % пектиновых веществ.

Пектин, выделенный из жома плодов шиповника, не имея постороннего вкуса и запаха, обладал хорошей желирующей способностью, средней степенью метоксилирования, хорошими органолептическими показателями, необходимыми для пищевого пектина.

Кроме того, возможно получение пектиновых веществ из вегетативной части Rosa acicularis. Уничтожаемые в результате рубок ухода, побеги шиповника иглистого содержат около 4 % пектина на сухое вещество. Пектин из вегетативной части шиповника обладает хорошей растворимостью, хорошими желирующими свойствами, удовлетворяет требованием, предъявляемым на предприятиях пищевых производств.

Изучен процесс экстракции пектина из кожуры апельсинов кислотным гидролизом, исследовано влияние температуры, времени, рН и необходимого объема жидкости для экстракции. Установлено, что только температура оказывает влияние на статистически значимые показатели процесса [46].

В Институте химии и физики полимеров АН РУз созданы технологии получения пектинов из отходов цитрусовых, предусматривающие гидролиз-экстракцию сырья разбавленной соляной кислотой, отделение экстракта: фильтрование, нейтрализацию, осаждение пектина действием этилового спирта. С целью получения высокоэтерифицированного пектина, повышения выхода и качества целевого продукта гидролиз-экстракцию проводят 0.05-0.1% раствором соляной кислоты при нагревании до 81-87°С, причем кислоту вводят вначале в количестве 0.42-0.5 от общего количества с выдержкой реакционной массы до 50-80 мин, затем последовательно вводят по 0.2-0.3 части от общего количества соляной кислоты с выдержкой по 35-40 мин . С целью получения пектина, обладающего бактерицидной активностью, отходы цитрусовых предварительно обрабатывают паром, а гидролиз-экстракцию проводят при рН 1.0-1.5, температуре 92-96°С в течение 2.5-3.0 ч при гидромодуле 1:10-1:12. Решая задачу получения пектина более высокого качества со сниженной аллергенностью, предварительно проводят отгонку эфирных масел из отходов цитрусовых, используемых в качестве сырья, при температуре 110- 120°С, а гидролиз-экстракцию проводят в течение 1.5-2.0 ч .

Изучены химические и физические свойства пектина, полученного из Satsuva mandarine, кислотной экстракцией под давлением с использованием в качестве экстрагента раствора оксалата аммония. Это позволило получить пектин с наименьшей молекулярной массой, низким содержанием галактуроновой кислоты и метоксильных групп .

Этот же экстрагент использован для извлечения пектиновых полисахаридов из растения Lemna minor. Извлечено четыре полисахарида ПС-1, ПС-2, ПС-3 и ПС-4 с молекулярными массами соответственно 50200-75400, 18800-99700, 24200-50000 и 6170-16300. Установлено, что ПС-2 содержит галактуроновую кислоту, апиозу, ксилозу, арабинозу и рамнозу, тогда как ПС-4 галактуроновую кислоту, апиозу и ксилозу. В составе ПС-2 определены незначительные количества фруктозы, маннозы и глюкозы, а ПС-4 рамнозы, фруктозы, арабинозы, маннозы и глюкозы. Ранее в растительных источниках не найдены пектины, подобные ПС-4, со столь высоким содержанием галактуроновой кислоты (не менее 96%) и низкой степенью этерификации [47].

Исследован процесс экстракции пектинов из измельченной кожуры яблок, лимонов и апельсинов после предварительной обработки в поле сверхвысокой частоты (2450 МГц, мощность 0.5 кВ). Такая обработка обеспечила высокий выход массы пектина. Выделенный пектин имеет более высокую степень этерификации и прочность геля по сравнению с контрольными образцами. Эффект волнового нагрева зависит и от вида исходного сырья. Выход и качество пектина зависят от степени дезинтеграции растительной ткани и гидролиза протопектина, а также скорости инактивации пектолитических ферментов в сырье. Эти выводы подтверждены при проведении процессов экстракции на модельных соединениях. Результаты исследования могут послужить основой для улучшения качества пектина, производимого по применяемым технологиям. Заготовляемое впрок сырье может быть подвергнуто волновой обработке перед высушиванием.

Пектин хорошего качества и с высоким выходом выделен вместе с пигментами из кожуры белого винограда с использованием традиционной последовательности операций экстракции сырья в условиях нагрева, концентрирования, фильтрации и осаждения спиртом. Обесцвечивание пектина с освобождением от красителя производится обработкой ацетоном [49].

Исследован процесс гелеобразования высокометоксилированного пектина, индуцированного высоким давлением. Изучена структура образцов геля и стабильность межмолекулярных сил DSCтермическим методом. Показано, что на гелеобразование высокометоксилированного пектина давление и температура оказывают синергетическое воздействие. Наиболее устойчивый и прочный гель образуется при давлении 3.6-3.9 атм, концентрации пектина 1.5% и температуре 43-45° С .

1.6 Биологическая активность пектинов

Широко распространенные в природе пектиновые вещества играют важную физиологическую роль в жизнедеятельности растений, выполняя функции структурообразования, ионного и водного обмена. Являясь необходимыми элементами питания, эти соединения проявляют также разнообразную биологическую активность, благотворно влияя на метаболизм у человека и животных.

Последние годы характеризуются большим объемом экспериментальных и клинических исследований в области фармакологии и медико-биологического действия пектинов. Широко изучена их способность выводить из организма токсические соединения, в частности, связывать катионы поливалентных металлов, в силу чего высокоэтерифицированные, например цитрусовые, пектины могут быть использованы в качестве профилактического средства для работающих в условиях высокого загрязнения и экологического неблагополучия. Проявляя свойства пищевых волокон, пектины улучшают моторику желудочно-кишечного тракта, изменяя характер всасывания питательных веществ и примесей, способствуя нормализации обмена веществ, понижению уровня холестерина в крови, улучшению его метаболизма в печени, снижению процессов перекисного окисления липидов]. В экспериментах на животных показана эффективность снижения лимонным пектином глюкозы в крови и плазме. Не вызывает сомнения эффективность пектинов в лечении диареи у детей [50].

Наиболее ценным свойством пектинов представляется антиканцерогенное и/или антиметастатическое действие, выявленное на примере яблочного пектина в экспериментальных моделях карциногенезиса кишечника и метастазов печени . В Японии запатентовано использование метоксилированного яблочного пектина для лечения рака кишечника .

В экспериментах на животных обнаружена способность торможения метастазов первичной опухоли продуктами фрагментации молекулы цитрусового пектина в виде 0.1% раствора. Фрагментация (наряду с деметоксилированием) осуществляется путем попеременного воздействия растворами едкого натра и соляной кислоты с последующим доведением рН до 6.3. Средняя молекулярная масса полученных фрагментов составляет 10 кД. В отличие от контроля при использовании данного препарата не отмечено роста метастазов.

Исследовано действие цитрусового пектина и рН-модифицированного цитрусового пектина на свойства связанных с галестином-3 клеток меланомы. Модифицированный цитрусовый пектин ингибирует адгезию B16-F1 клеток меланомы к ламинину и их гомотипную ассоциацию [52].

Обращает на себя внимание использование пектина в качестве матрицы носителя для биологически активных компонентов или лекарственных препаратов. К таковым относятся продукты взаимодействия цитрусового пектина с антигельминтными препаратами . Изучена иммобилизация изониазида на пектиновых веществах, показано, что продукт обладает более высокой туберкулостатической активностью по сравнению с чистым изониазидом. Перспективно также использование химически модифицированных пектинов в качестве носителей лекарственных препаратов для лечения кишечника [23]. Эффективен для этих целей кросс-связанный пектин, менее растворимый и менее подверженный деградации в организме, который рекомендован для направленного введения лекарственных веществ в желудочно-кишечный тракт , а также кальций-пектинатный гель [26].