Химическая модификация пектиновых веществ из Amaranthus cruentus Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

УДК 577.11.633.2/3

ХИМИЧЕСКАЯ МОДИФИКАЦИЯ ПЕКТИНОВЫХ ВЕЩЕСТВ ИЗ AMARANTHUS CRUENTUS

Костин Владимир Ильич, доктор сельскохозяйственных наук, профессор, зав. кафедрой «Биология, химия и технология хранения и переработки продукции растениеводства», ФГБОУ ВПО «Ульяновская ГСХА им. П.А. Столыпина»

432017, г. Ульяновск, бульвар Новый Венец, 1 тел.8(8432) 55-95-16, E-mail: bio-kafedra@yandex.ru

Михеева Лариса Алексеевна, кандидат химических наук, доцент кафедры «Химия» ФГБОУ ВПО «Ульяновский государственный университет»

432063, Ульяновск, Л. Толстого, 42. E-mail: mla-63@mail.ru тел: 8(8422) 405540 Офицеров Евгений Николаевич, доктор химических наук, академик РАЕН, профессор кафедры «Химия и технология биомедицинских препаратов»

ФГБОУ ВПО «Российский государственный химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева»

Тел: 8(499)9786132, Москва, 125047,1-я Миусская площадь, д.3

Ключевые слова: однородный порошок, пектин, диэтиламин, пиперидин, изопропи-ланилин, пектат натрия, пиридин.

Исследована химическая модификация амарантного пектина. Получены соли пектина с гидроксидом натрия, аммония и некоторыми аминами, определен элементарный состав, со всеми веществами получены однородные порошки, за исключением диэтаноламина. Установлено, что введение в молекулу дополнительных групп не нарушает 4С-конформации пира-нодных колец пектиновых веществ и а-конформации гликозидных связей.

Почему амарант? Сообщим, что это слово имеет греческое происхождение: от двух слов «бессмертный» и «неувядающий», индейское название - ромадан, то есть дарованный богом. Ни одно растение Земли не имеет таких торжественных названий - это подчеркивает качество и значение данной культуры для человека.

С химической точки зрения к наименее изученным веществам относится выделенный из амаранта пектин. Основным компонентом пектиновых веществ является галактуроновая кислота.

Впервые пектин из Amaranthus сгиеп-^ был выделен традиционным способом и описан Р.Ш. Хадиевым [1]. Первое сообщение о выделении пектина из амаранта было опубликовано в 1995г [2].

Амарант и его углеводный состав и перспективы практического исследования описаны в монографии [3].

Пектины, выделенные из различных источников сырья, различаются молекулярной массой, степенью метилирования, количеством карбоксильных групп, составом

нейтральных боковых цепей, присоединенных к основной цепи макромолекулы [4]. Все это обуславливает разнообразие свойств пектиновых веществ, которые перспективны как в создании пищевых добавок для продуктов питания, так и разработке новых лечебно-профилактических препаратов и лекарственных веществ. Для решения этих проблем необходим дальнейший поиск сырьевых источников пектинов с новыми физико-химическими свойствами, что даст возможность расширить область их применения.

Разнообразие свойств пектиновых веществ может быть достигнуто не только за счет использования разных сырьевых источников, но и за счет химической модификации пектинов. Это направление исследований позволяет получать пектины с новыми физико-химическими, комплексообразующими и биологическими свойствами. Примером успешного развития данного направления служит многообразие новых соединений на основе нейтральных полисахаридов: целлюлозы, крахмала, декстрана.

Производные на их основе используются в медицине в качестве пролонгаторов лекарственного действия, заменителей плазмы крови, бактерицидных препаратов и других полезных веществ. Кислые полисахариды, в частности пектины, изучены в меньшей степени, чем нейтральные, но число примеров исследований по химической модификации пектинов в последние годы заметно возросло, что связано с иммуномодулирующей активностью пектинов и препаратов, полученных на их основе [5,6].

В настоящей работе предпринято исследование разных подходов к созданию пектиновых производных с новыми свойствами.

Как известно из литературных данных [7, 8, 9], пектины содержат два типа функциональных групп: карбоксильные и гидроксильные и образуют производные по обоим типам этих функциональных группировок. Карбоксильные и вторичные гидроксильные группы полигалактуроновой кислоты независимо друг от друга могут вступать в химические взаимодействия. Хорошо известно влияние структурных изменений, происходящих в молекуле, на ее физико-химические свойства [10].

Цель исследования - получение солей пектина с гидроксидом натрия, гидроксидом аммония и некоторыми аминами: ди-этиламином, триэтиламинами, пиридином, пиперидином, диэтиланилином, изопро-пиламином, третбутиламином, триэтано-ламином, диэтаноламином, изопропила-нилином и изучение их физико-химических характеристик.

Материалы и методы. Для препаративной работы использовалась надземная часть Amaranthus сгиеп^, выращенного на агробиостанции Ульяновского государственного педагогического университета им. И.Н. Ульянова, и листьестеблевая часть амаранта производства концерна "Отечественные инновационные технологии" (г. Липецк).

Для определения рН среды, потенциометрических титрований использовали рН-метр - 340. Для снятия спектрофотометрических характеристик выделенных пектинов и комплексов на их основе использовались

спектрофотометры КФК-3 и СФ-46. Температуру плавления продуктов определяли в нагревательном блоке Кофлера. ИК-спектры записывались на ИК-спектрометрах ИКС-29 и '^ресо^"- 80 М.

Выделение пектиновых веществ проводилось по методике [11]. Для работы полученный пектин был деминерализован соляной кислотой в соответствии с методикой, описанной в работе [12].

Результаты и обсуждение. В ходе работы были получены соли пектина с гидроксидом натрия, гидроксидом аммония и некоторыми аминами: диэтиламином, триэтиламинами, пиридином, пиперидином, диэтиланилином, изопропиламином, трет-бутиламином, триэтаноламином, диэтаноламином, изопропиланилином и изучены их физико-химические характеристики.

Взаимодействие пектина с гидроксидом натрия и гидроксидом аммония можно представить следующей схемой:

Взаимодействие пектина с аминами:

где I К=К'=С2Н5 К"=Н

II Я=Е'=Е"=С2Н;

III К=И'=С2Н5 К"=С6Нэ

IV И=К'=К,,=С:Н5ОН

V ІІ=ІІ'=СіН50Н И"=Н

VI И=(СНз)гСН

VII И=С4Н9

VIII 1{=С;Н;

IX ІІ=С;Ніо

X К=(СНз):СН

К’=СбН; Н"=Н

Для всех полученных соединений были сняты ИК спектры поглощения и определен элементный состав.

При взаимодействии пектина с гидроксидом натрия был получен однородный порошок светло-кремового цвета с выходом 96±1%. Не имеет температуры плавления, при нагревании до 2500С происходит обугливание образца без изменения структуры.

С гидроксидом аммония получили однородный порошок бежевого цвета с выходом 90±2%. Не имеет температуры плавления, при нагревании до 2500С происходит обугливание образца без изменения струк-

туры. Найдено содержание: С - 40,35% , Н

- 5,63%, N - 4,23%. Вычислено: С - 39,03%,

Н - 5,93%, N - 3,80%. Положение максимумов полос пектата натрия и пектата аммония приведено в таблице 1.

С диэтиламином получили однородный порошок бежевого цвета с выходом 73±2%. Не имеет температуры плавления, при нагревании до 2300С происходит обугливание образца без изменения структуры. Найдено содержание: С - 42,34%, Н -6,89%, N - 2,34%. Вычислено: С - 43,93%,

Н - 6,82%, N - 2,33%.

С триэтиламином получили однородный порошок светло-кремового цвета с выходом 75%±2%. Не имеет температуры плавления, при нагревании до 2750С начинается обугливание без изменения структуры. Найдено содержание: С -43,79%, Н - 5,98%, N - 2,03%. Вычислено:

С - 44,72%, Н - 6,33%, N - 1,80%.

С изопропиламином получили однородный порошок светло-кремового цвет с выходом 83±2%. Не имеет температуры плавления, при нагревании до 2300С начинается обугливание образца без из-

Таблица 2

Положение максимумов полос (см *) модифицированного пектина

Пектин + диэти-ламин Пектин + триэ-тиламин Пектин + трет-бутил-амин Пектин + изопропил-амин Преимущественные типы колебаний

3360 3375 3380 3380 п(ОН)с, п(Н2О)

перекрывание 3000-3400 перекрывание 3000-3400 перекрывание 3000-3400 перекрывание 3000-3400 п^Н)

2910 2900 2920 2920 вазелиновое масло

2830 2830 2840 2840 п(СН2)

2720 2700 2720 2720 п(ОН)с

1625 1620 1625 1630 п(С=0)

1490 1490 1510 1520 па5(СОО-)

1445 1440 1450 1460 ^(СНв)е

1410 1400 1390 1400 п, d(С-ОН)А

1365 1360 1360 1375 ^СНв)е

1310 1305 1310 1325 п(С^)

1140 1140 1130 1150 п(С-О-С)

1085 1070 1085 1100 п(С-С, С-О)К

1000 990 1005 1020 п(С-С, С-О)К

950 950 950 970 g(ОН)с

890, 830, 770, 725, 640, 500 895, 830, 720, 610, 530 890, 830, 760, 722, 640, 535 910, 850, 790, 750, 650, 610, 530 Пульсационные колебания пи-ранозных колец

Пектат натрия Pect-COONH4 Преимущественные типы колебаний

3390 3400 п(ОН)с, п(Н2О)

перекрывание 30003400 п^Н)

2900 2940 вазелиновое масло

2700 2718 п(ОН)с

1620 1630 п(С=0)

1450 1440 ^(СНв)е

1390 1400 п, d(С-ОН)А

1360 1360 ^СНв)е

1310 1312 п(С-С)

1140 1140 п(С-О-С)

1090 п(С-С, С-О)К

1075 1075 п, d(С-ОН)С

995 1000 п(С-С, С-О)К

945 950 g(ОН)с

890, 830, 800, 779, 715, 638 892, 830, 770, 725, 640 Пульсационные колебания пиранозных колец

Пектин + три-этаноламин Пектин + ди-этаноламин Преимущественные типы колебаний

3375 3370 п(ОН)с, п(Н2О)

перекрывание 30003400 перекрыва- ние 3000-3400 п^Н)

2900 2900 вазелиновое масло

2720 2720 п(ОН)с

1650 п(С=0)

1625 1620 d(Н2О)

1585 1590

1450 1445 ^(СНв)е

1360 1360 ^СНв)е

1315 1315 п(С^)

1205 1185 d(СН)к, d(ОН)с, d(ОН)А

1060 1060 п, d(С-ОН)С

920 930 g(ОН)с

890, 850, 820, 725, 675, 650, 520, 500 890, 855, 820, 720, 670, 645, 520, 505 Пульсационные колебания пира-нозных колец

менения структуры.

Найдено содержание: С - 44,67%, Н -6,42%, N - 2,97%. Вычислено: С -44,18%, Н

- 6,57%, N - 3,41%.

С третбутиламином получили однородный порошок светло-кремового цвета с выходом 73±2%. Не имеет температуры плавления, при нагревании до 2300С начинается обугливание образца без изменения структуры. Найдено содержание: С - 45,03%, Н - 6,34%, N - 2,76%. Вычислено: С - 44,93%, Н - 6,32%, N - 2,33%.

Положение максимумов полос модифицированного пектина приведено в таблице 2.

С триэтаноламином получили однородный порошок светло-кремового цвета с выходом 36±2%. Не имеет температуры плавления, при нагревании до 2300С начинается обугливание образца без изменения структуры. Найдено содержание: С - 43,79%,

Таблица 4

Положение максимумов полос (см-1) модифицированного пектина

Пектин + пиридин Пектин + пиперидин Преимущественные типы колебаний

3390 3380 п(ОН)с, п(Н2О)

перекрывание 30003400 п^Н)

2910 2940 вазелиновое масло

2840 2840 п(СН2)

2710 2720 п(ОН)с

2520 п(СН2)

1650 п(С=^

1625 1625 п(С=0)

1525 Плоскостные колебания скелета(С=С)

1440 1440 ^(СНв)е

1360 1365 ds(CH3)Е, d(СН)К

1310 1320 п(С^)

1210 d(СН)к, d(ОН)с, d(ОН)А

1130 1130 п(С-О-С)

1080 1090 п, d(С-ОН)С,n(С-С, С-°)к

1000 1000 п(С-С, С-О)К

950 950 g(ОН)с

890, 832, 750, 720, 685, 628, 500 890, 820, 780, 725, 640, 540, 500 Пульсационные колебания пиранозных колец

Н - 5,98%, N - 2,03%. Вычислено: С - 43,11%, Н - 7,18%, N - 2,19%.

С диэтаноламином получили плохо растирающееся парафинообразное вещество коричневого цвета с выходом 72±2%. Не имеет температуры плавления, при нагревании до 2200С начинается обугливание образца без изменения структуры. Найдено содержание: С - 46,8%, Н - 7,82%, N - 2,92%. Вычислено: С - 46,78%, Н - 7,48%, N - 3,05%.

Положение максимумов полос модифицированного пектина приведено в таблице 3.

С пиридином получили однородный порошок светло-кремового цвета с выходом 70±2%. Не имеет температуры плавления, при нагревании до 2350С начинается обу-

гливание образца без изменения структуры. Найдено содержание: С - 47,03%, Н - 5,24%, N - 2,56%. Вычислено: С - 47,33%, Н - 5,33%, N - 3,25%.

С пиперидином получили однородный порошок кремового цвета с выходом 75%±2%. Не имеет температуры плавления, при нагревании до 2100С начинается обугливание образца без изменения структуры. Найдено содержание: С - 45,37%, Н - 6,5%, N - 2,89%. Вычислено: С - 45,02%, Н - 6,69%, N - 2,88%. Положение максимумов полос модифицированного пектина приведено в таблице 4.

С диэтиланилином получили однородный порошок кремового цвета с выходом 77±2%. Не имеет температуры плавления, при нагревании до 2400С начинается обугливание образца без изменения структуры. Найдено содержание: С - 52,34%, Н - 6,89%, N - 2,34%. Вычислено: С - 52,69%, Н - 6,90%, N - 2,49%.

С изопропиланилином получили однородный порошок кремового цвета с выходом 75±2%. Не имеет температуры плавления, при нагревании до 2500С начинается обугливание образца без изменения структуры. Найдено содержание: С - 52,03%, Н -6,79%, N - 2,54%. Вычислено: С - 52,04%, Н

- 6,84%, N - 2,68%. Положение максимумов полос модифицированного пектина приведено в таблице 5.

Как видно из приведенных спектров, каких-либо значительных изменений в молекулах модифицированных пектинов не наблюдается. Однако следует отметить, что во всех спектрах с аминами в районе 2800-3500 см-1 присутствует очень широкая интенсивная полоса, обусловленная как валентными колебаниями N-Н групп, так и колебаниями п(ОН), 5(Н2О).

Спектры полученных солей, за исключением солей с диэтиланилином и пиридином, не имеют полос в области 1720 см-1, характеризующих колебание неионизирован-ной карбоксильной группы галактуронового фрагмента пектина. Из этих данных можно сделать вывод, что с диэтиланилином и пиридином образование солевых структур происходит не по всем карбоксильным цен-

Петин + диэти-ланилин Пектин + изопропи- ланилин Преимущественные типы колебаний

3360 3370 п(ОН)с, п(Н2О)

перекрывание 3000-3400 пере- крывание 3000-3400 п^Н)

2920 2920 вазелиновое масло

2840 2840 п(СН2)

2720 2720 п(ОН)с

1715 1720 п(С=°)а

1650 1650 d(Н2О)

1622 1630 d(Н2О)

1510 1520 Плоскостные колебания скелета (С=С)

1440 1445 ^(СНз)е

1360 1370 ds(CHз)Е, d(СН)к

1310 1315 п(С^)

1260 1260 d(СН)к, d(ОН)с, d(ОН)А

1140 1150 п(С-О-С)

1090 1100 п, d(С-ОН)С,n(С-С, С-°)к

1005 1000 п(С-С, С-О)К

950 960 g(ОН)с

890, 830, 770, 722, 700, 640, 620, 500 890, 830, 775, 725, 690, 640, 620, 500 Пульсационные колебания пиранозных колец

трам. Часть центров остается свободными от взаимодействия.

Выделенный деминерализованный пектин в области 1600-1750 см-1 имеет три полосы: 1625, 1650 и 1720 см-1. При солео-бразовании исчезает полоса 1720 см-1 и появляется новая полоса при 1600 см-1.

Вывод. На основании стабильности спектра в области 650-900 см-1 для пектина и его солей можно утверждать, что введение в молекулу дополнительных групп не нарушает ^-конформации пиранозных колец пектиновых веществ и а-конформации гликозидных связей.

Библиографический список

1. Хазиев, Р.Ш. Изучение биологически активных веществ растений рода Amoran-thus L./Р.Ш. Хазиев//Дисс. канд. Биол. Наук.

- Казань КГУ - 1993. - 20с.

2. Цепаева, О.В., Пектины растений вида Amoranthus cruentus / О.В. Цепаева,

Н.А. Соснина, Е.Н. Офицеров и др. // Материалы I Междн. Симпозиума «Новые и нетрадиционные растения и перспективы их практического использования. - Пущино. -1995. Т.1. - с.32

3. Офицеров, Е.Н. Углеводы амаранта и их практическое использование / Е.Н. Офицеров, В.И. Костин. Изд. РАН Уральское отд. Ульяновск, 2001. - 182с.

4. Химическая энциклопедия. 1992. -T.3. - C.895-897.

5. Голубев, В.Н. Пищевые и биологически активные добавки / В.Н. Голубев, Л.В. Чичева-Филатова, Т.В. Шленская. - М.: Издательский центр «Академия», 2003. - 208 с.

6. Ильина, И.А. Научные основы технологии модифицированных пектинов. - Краснодар, 2001. - 312с.

7. Brigand, G. Insight into the structure of Pectic by High performance chromatographic

methods /G. Brigand, A. Denis //Carbohydrate Polymers. - 1990. - V.12, N 1. - P.61-77.

8. Hourdet, D. Solution of Pectin Polysaccharides - III: Molecular Size of Heterogeneous Pectin Chains. Calibration and Application of SEC to Pectin Analysis / D. Hourdet, G. Muller //J. Carbohydrate Polymers. - 1991. - № 16. -P.409-432.

9. Nicolas, C.C. Structural models of primary cell walls in flowering plants: consistency of molecular structure with the physical properties of the walls during growth / C.C. Nicolas, M. David //The Plant Jornal. - 1993. - V.3, №

1. - P.1-30.

10. Голубев, В.Н. Пектин: химия, технология, применение/ В.Н. Голубев, Н.П. Шелу-хина - Москва, 1995. - 317 с.

11. Михеева, Л.А. Получение и некоторые химические свойства пектинов растений рода амарант/Л.А. Михеева//Диссерта-ция на соискание ученой степени кандидата химических наук. - Ульяновск, 2001. 205 с.

12. Василенко, Ю.К., Кайшева Н.Ш., Компанцев В.А. и др. Сорбционные свойства пектиновых препаратов/ Ю.К. Василенко, Н.Ш. Кайшев, В.А. Компанцев и др. //Химико-фармацевтический журнал. - 1993. - С.44-46.

УДК 612.753:619

ФУНКЦИОНАЛЬНОЕ СОСТОЯНИЕ СИСТЕМЫ АНТИОКСИДАНТНОЙ ЗАЩИТЫ И СВОБОДНОРАДИКАЛЬНОГО ОКИСЛЕНИЯ У СВИНЕЙ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ПРИМЕНЕНИЯ РАЗЛИЧНЫХ ФОРМ ВИТАМИНА А И БЕТА-КАРОТИНА

Любин Николай Александрович, доктор биологических наук, профессор Стеценко Ирина Игоревна, доктор биологических наук, профессор Любина Екатерина Николаевна, кандидат биологических наук, доцент ФГБОУ ВПО «Ульяновская ГСХА им. П.А. Столыпина»

432017 г. Ульяновск, бульвар Новый Венец, 1 тел. 8(8422)55-95-68

Ключевые слова: свиноматки, питание, витамин А, бета-каротин, перекисное окисление липидов, антиоксидантная система защиты организма

В статье рассматривается влияние применения различных форм ретинола и бета-каротина на состояние антиоксидантной системы и интенсивность реакций перекисного окисления липидов в организме свиноматок и полученных от них поросят в разные физиологические периоды. Показано, что витамин А и его источники действуют как антиоксиданты в биологических системах, обеспечивая защитный эффект.