CC BY
71
псевдоглобулины)1г.ее доля в сумме белковых фракций составляет 68,43-75,27%. Доля истинных глобулинов 12,37-19,59%, глютелинов - 7,30-8.08%, проламинов -1,18-5,74%.
2. Качество соевых продуктов (соевого молока, обезжиренной муки, белковых концентратов) в значительной степени определяется содержанием и составом азотсодержащих соединений в исходном сырье.
Наиболее питательное молоко с высоким содержанием СВ белка можно получить из семян с самым высоким содержанием сырого белка, особенно его водо-
растворимой фракции. Из отечественных сортов сои селекции ВНИИМК наилучшими в этом отношении являются Фора и Валента.
3. При использовании традиционных сортов сои с содержанием сырого белка в семенах менее 41% и содержанием белковых фракций ниже 31% невозможно получить соевую муку и белковые концентраты соответствующие требованиям стандартов.
Кафедра технологии хранения и переработки сельскохозяйственной продукции
Поступила ОЛ'ЙУ.ОЗ г.
664.8.047.02:621.5
МЕТОДОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПРОЦЕССА КОМПЛЕКСООБРАЗОВАНИЯ ПЕКТИНОВ
И.А. ИЛЬИНА, Ю.А. САПЕЛЬНИКОВ, О.П. МИРОНОВА,
З.Г. ЗЕМСКОВА
Северо-Кавказский зональный научно-исследовательский институт садоводства и виноградарства Кубанский государственный университет
Концепцией государственной политики в области здорового питания населения на период до 2005 г., принятой Правительством Российской Федерации (Постановление № 917 от 10 августа 1998 г.). предусматривается разработка научных основ создания качественно новых продуктов питания целевого назначения для улучшения пищевого статуса населения.
В условиях ухудшающейся экологической обстановки комплексообразующие свойства пектиновых веществ привлекают к себе все большее внимание исследователей. Эго связано с поиском специальных средств, обладающих радиопротекторными и детокси-кационным свойствами, предпочтение среди которых отдается веществам природного происхождения, не дающих побочных эффектов в организме человека.
Медико-биологические исследования подтвердили способность пектинов - природных ВЫСОКОПОЛИхМерОВ - снижать содержание в организме радионуклидов, де-карпорировать тяжелые металлы. Известно, что такие свойства в основном обусловлены наличием свободных карбоксильных групп, образующих с ионами металлов стойкие малодиссоциирующие соединения хе-латного типа. В связи с этим особый интерес представляют пектины с низким содержанием метоксильных групп, обладающие высокой комплексообразующей способностью, что позволяет использовать их для профилактического и лечебного питания в условиях экологического загрязнения. Для этого необходима информация о влиянии на связывающую способность пектина его свойств, характера контактирующих с ним сред, а также сведений о механизме его взаимодействия со связываемым веществом и превращениях полученного продукта в процессе метаболизма.
Противоречивые данные в оценке так называемой «комплексообразующей способности» пектинов по отношению к поливалентным металлам требуют раскрытия механизма их взаимодействия в условиях близких к естественным. Строение пектиновых молекул таково, что с поливалентными металлами они могут образовывать различные виды химических связей:
ионные - между свободными карбоксильными группами мономеров галактуроновой кислоты и двухвалентными атомами металла;
донорно-акцепторные - между многочисленными электроно-донорами, имеющимися в пектиновой макромолекуле, и ионами (/-элементов поливалентных металлов, предоставляющих для образования координационных связей свободные с/-орбигали.
Кроме того, в ряде работ отмечается высокая сорбционная способность пектинов.
Модель металл-пектиновой связи представлена на рисунке.
Пектины представляют собой неоднородные гетерогенные высокомолекулярные соединения, которые различаются между собой не только природой (свекловичный, яблочный, цитрусовый, подсолнечный и другие пектины), но и фракционным и функциональным составом, претерпевающим изменения в процессе тех-
нологической обработки исходного материала, поэтому литературные данные по комплексообразующей способности столь противоречивы. Кроме того, на процесс комплексообразования пектина с поливалентными металлами помимо химического состава и структуры пектиновых молекул оказывают существенное влияние внешние условия, а именно реакция среды, температура, продолжительность, наличие посторонних примесей, протекание одновременно энзиматического гидролиза пектиновых молекул и т. д. В связи с этим проведены исследования влияния нй комплексо" образующие свойства пектина внешних условий про-цесса комплексообразования.
На первом этапе экспериментов был взят свекловичный пектин, представляющий интерес для использования в медицинских (профилактических и лечебных) целях. Это связано, во-первых, с ограниченным спектром его применения в пищевой промышленности при неограниченных сырьевых ресурсах в России, во-вторых, с характерным функциональным составом и структурой свекловичного пектина, создающими оптимальные предпосылки для высокоэффективного протекания процесса его комплексообразования с поливалентными металлами.
Для исследований свекловичный пектин получали путем очистки сухого пектинового экстракта от балластных веществ, которую осуществляли спиртовыми растворами с использованием минеральных кислот. Исследования комплексного влияния внешних условий процесса взаимодействия пектина с поливалентными металлами на комплексообразующие свойства пектинов с различной степенью этерификации проводили с использованием солей меди.
Пекгаты меди получали путем введения растворов сульфата меди различной концентрации в заранее подготовленный раствор пектина. Концентрацию пектина в растворе варьировали от 0,15 до 1,50%. Для создания заданной pH среды пектины соответственно растворяли в слабокислых растворах соляной кислоты или в слабощелочных растворах гидроксида натрия. Реакционную смесь выдерживали в течение определенного времени при температуре 36-37°С, имитируя температуру человеческого организма. По окончании времени реакции растворы фильтровали, в фильтрате определяли концентрацию несвязанной меди и рассчитывали констант}' связывания пектином металла.
Для установления влияния условий процесса комплексообразования на константу связывания пектином металла использовали метод наименьших квадратов по оптимальному двухуровневому плану. На основе предварительных опытов и известных литературных данных были выбраны следующие основные факторы процесса:
СПгкт - концентрация пектина в растворе, %;
Ссий04 - концентрация сульфата меди в растворе, г-экв/л;
pH - реакция среды;
т - продолжительность взаимодействия, ч; t = const - соответствовала 36-37°С..
Для выбранных факторов установили уровни и интервалы варьирования (табл. 1).
Таблица 1
Условия эксперимента Обозначения Факторы
г ''-’ПОСТ CcuS04 рн X
Основной уровень XiO 0,825 0,255 4,6 3,25
Интервал варьирования Ax'j 0,625 0,245 3,8 2,75
Верхний уровень Ън 0,150 0,010 0,8 0,50
Нижний уровень Xfa 1,500 0,500 8,4 6,00
Нижний и верхний пределы концентраций пектина были выбраны исходя из растворимости высокомолекулярного пектина, а также на основе ранее полученных данных по комплексообразованию. Выбор нижнего предела концентрации сульфата меди в растворе связан с чувствительностью метода определения содержания ее ионов, а верхнего - с предельным содержанием соотношения контактирующих групп СОО" и Си1"2. Нижний и верхний уровни pH растворов связаны с различной кислотностью среды пищеварительного тракта человеческого организма. Верхний предел продолжительности взаимодействия установлен на основе эмпирических литературных данных, свидетельствующих, что пектиновые вещества находятся в неизменном виде в организме в течение 6-8 ч. Результаты экспериментов представлены в табл. 2.
Методом наименьших квадратов найдены уравнения регрессии, описывающие поверхности функций отклика в факторном пространстве, для константы связывания пектином меди:
по эквивалентной составляющей:
У, = 44,31 - 36,30 X] + 42,41 х2 - 34,72 х,х2; по весовой составляю щей
>2= 1417,92- 1161,6 X! + 1357,12 х2- 1111,04 ад,
где г, = (Спеет-0,825)/0,675; *2 = (00*04 - 0,255)/0,245; х} = (pH - 4,6) / 3,8; х4 = (х - 3,25) / 2,75.
При этом оказались малозначимыми коэффициенты при х3 (pH) и х4 (т).
Дта изученга влияния функциональных характеристик пектинов, в частности степени этерификации, на их комплексообразующие свойства были подготовлены образцы очищенного свекловичного пектина. Очистку сухого пектинового экстракта осуществляли спиртово-водными растворами различной концентрации и pH. В результате очистки выделены пектины со степенью этерификации 59,0; 67,8 и 80,5%. ■
Для исследований влияния степени этерификации на способность очищенных пектинов связывать ионы меди были выбраны следующие условия процесса комплексообразования: концентрация пектиновых веществ в растворе 0.15 и 0,7%, концентрация сульфата
Таблица 2
II 1| h № n/n Варьируемые факторы Константа связывания Эквивалентное соотношение групп [COO'] / [Си+:], мг-экв / мг-экв
Cm, % QmS04, г-экв/л pH t, ч эквивалентная, мг-экв Ме/г пектина весовая, мг Ме/г пектина
1 0,15 0,01 0,8 0,5 3,33 106,5 0,0307/0,15
ftljll-, г 2 0,15 0,01 0,8 6,0 3,33 106,5 0,0307/0,15
3 0,15 0,01 8,4 0,5 4,00 128,0 0,0307/0,12
т 4 0,15 0,01 8,4 6,0 3,22 103,0 0,0307/0,145
[ 11?' 5 0,15 0,05 0,8 0,5 165,00 5280,0 0,0307/7,43
2,75 6 0,15 0,05 0,8 6,0 166;00 5321,0 0,0307/7,48
■].?3 7 0,15 0,05 8,4 0,5 141,00 4512,0 0,0307/6,35
8 0,15 0,05 8,4 6,0 159,00 5088,0 0,0307/7,15
9 1,5 0 01 0,8 0,5 0 33 ' 10,6 0,0307/0,15
:г-!пц 10 1,5 0,01 0,8 6,0 0,33 10,6 0,0307/0,15
ГЯСЛ5' 11 1,5 0,01 8,4 0,5 0,33 10,6 0,0307/0,15
(Vr JJL- 12 f,5 0,01 8,4 6,0 0,33 10,6 0,0307/0,15
13 1,5 0,05 0,8 0,5 16,4 524,8 0,0307/7,33
Cjtfjpc 14 1,5 0,05 0,8 6,0 16,5 528,0 0,0307/7,43
co- 15 1,5 0,05 8,4 0,5 15,02 480,6 0,0307/6,76
UJUS|> 16 1,5 0,05 8,4 6,0 14,88 476,4 0,0307/06,70
t>T н (4) 0,70 0,25 3,7 3,0 3,24 103,6 0,0307/0,68
меди в растворе 0,25 г-экв/л, pH .среды 4,15, продолжительность взаимодействия 0,5 ч.
Таблица 3
Степень ЭТернфилаЦИИ НеКГИНОВ, %
Показатель
59,0
67,8
80,5
Константа связывания меди пектином:
по эквивалентной составляющей,
мг-экв Ме/г пектина по весовой составляющей, мг Ме/г пектина Эквивалентное соотно шение [СОО~]:[Си мг-экв/мг-экв
10,02
858,3
320,6
23,5
у
752,6
305,9
20,2
6,24
647,1
199,6
+2j 0,029:1,207 0,018:0,909 0,022:0,909
0ДЗЗ:2,104 0,084:1,919 0,143:1,701
Примечание. Концентрация пектинового раствора, %: числитель - 0,15; знаменатель - 0,7.
Полученные результаты (табл. 3) показывают, что во всех случаях наблюдается довольно высокая способность пектина связывать ионы двухвалентной меди. Снижение степени этерификации пектинов приводит к увеличению констант связывания металлов пектинами при обеих концентрациях пектинового раствора. Комплексообразующие свойства у пектинов со степенью этерификации 59,0 и 67,8% имеют близкие значения как по весовой, так и по эквивалентной составляющей. Эти данные подтверждают, что с точки зрения коллоидной химии преобладающий характер связывания пектином ионов меди - сорбция. Пектиновые растворы являются высокомолекулярными коллоидными растворами. При введении в указанные растворы солей поливалентных металлов происходит понижение агре-гативной устойчивости дисперсных (пектиновых) систем и образуется коагуляционная (тиксотропно-обра-
тимая) гетерогенная система. При коагуляции пектиновые молекулы лишаются фактора устойчивости (гид-ратной оболочки) и слипаются друг с другом. Достигнув определенной величины, эти агрегаты теряют кинетическую устойчивость и образуют осадок (коа-гель). В процессе введения в пектиновый раствор сульфата меди происходит неполная астабилизация системы. Фактор устойчивости снят только с некоторых участков поверхности пектиновых частиц, в результате этого частицы, слипаясь по этим местам, образуют пространственную сетку, в петлях которой будет находиться дисперсионная среда. Происходит образование лиогеля. При достаточно сильном падении агрегатив-ной устойчивости между частицами, образующими коагуляционную структуру, возникает непосредственный контакт, а при более слабой астабилизациив месте контакта остаются слои дисперсионной среды. Чем выше концентрация дисперсионной фазы, тем больше прослойка между высокомолекулярными частицами. Поэтому наблюдается высокое соотношение эквивалентов карбоксилат-анионов, характеризующих пектиновые макромолекулы, и ионов меди, характеризующих дисперсионную фазу.
На следующем этапе исследований методом постановки полного факторного эксперимента выявлены аналитические зависимости комплексообразующей способности пектинов- со степенью этерификации 78,12% от внешних условий процесса комплексообра-зования. В результате проведенных экспериментов и регрессивного анализа получены уравнения регрессии, которые имеют вид для константы связывания меди пектином:
по эквивалентной составляющей:
' = 41,12 - 34,34 + 39,50 х2 - 33,06 х&г,
ИЗВЕС
по весовой составляющей У2 - 1315,84 - 1098,88 х-, + 1264,00 х2 - 1057,92 Х]Х2.
Сравнительный анализ аналитических зависимостей, описывающих процесс комплексообразования пектина с медью, показывает одни и те же закономерности влияния внешних условий на процесс взаимодействия металла с макромолекулами пектина независимо от степени этерификации.
В ходе исследований комплексных соединений ионов меди обнаружено возрастание устойчивости этих соединений с ростом pH. При этом в кислой среде диссоциация оксигрупп затруднена. Поэтому при данных условиях образуются преимущественно комплексы с участием карбоксильных групп. Повышение pH приводит к ослаблению связей между7 водородным и кислородным атомами в оксигруппах и способствует частичному или полному замещению водорода на ион металла. В щелочной области обычно получаются соединения, в которых металл связан уже только с кислородным атомом оксигруппы, образуя замкнутые пятичленные циклы, более устойчивые, чем аналогичные с кар-боксигру ппами.
выводы
1. На константы связывания пектином меди не оказывает существенного влияния pH среды и продолжительность взаимодействия, т. е. химическая реакция между макромолекулами пектина и сульфатом меди протекает в первые минуты и в течение 6 ч существенных изменений не происходит. Образовавшийся комплекс достаточно устойчив как в слабощелочной (pH 8,4), так и в кислотной среде (pH 0,8).
2. Велико влияние концентрации пектина в растворе на константу связывания им меди. Причем отрицательные значения коэффициента в аналитических зависимостях при указанном факторе свидетельствуют, что в более разбавленных растворах пектин проявляет повышенную способность к комплексообразованию. Наилучшеи тфмплексообразукщеи способностью обладают пектины с концентрацией 0,15%. С увеличением концентрации пектина в растворе наблюдается снижение скорости комплексообразования, что можно
объяснить увеличением вязкости раствора, затрудняющей продвижение ионов к карбоксильным группам пектина и электронодонорным центрам, способным принимать участие в образовании координационных
связей.
3. Основное влияние на константу связывания пектином меди оказывает концентрация соли меди в растворе. Возрастание концентрации меди приводит к резкому7 увеличению константы связывания. Повышенная константа связывания пектином ионов меди, превышающая полную обменную емкость пектина, объясняется эффектом сорбции многоядерных ком-плексных ионов.
4. Существенное влияние оказывает парный эффект концентрации растворов пектина и сульфата меди. Одновременное снижение концентрации пектина при увеличении концентрации меди приводит к значительному возрастанию константы связывания пектином меди. С уменьшением концентрации пектина в растворе происходит постепенная раскрутка его макромолекул. Наличие диссоциированных карбоксильных групп СОО", образующихся при обратимой диссоциации групп -СООН, приводит к все увеличивающемуся эффекту отталкивания отрицательно заряженных карбоксилат-анионов за счет электростатических сил. При этом происходит деформация полисахаридных цепей и освобождение СООН-групп, а также электроно-доноров пектиновых макромолекул из труднодоступных полостей сорбента. Кроме того, высокая степень разбавления пектиновых растворов препятствует сближению молекул и образованию между ними водородных связей, затрудняющих доступ ионов меди к центрам химического и координационного связывания, а также центрам сорбции. Введение концентрированного раствора меди в разбавленный раствор пектина приводит к заполнению катионами меди пространства между' молекулами пектина, в результате чего образуются крупные агломераты, представляющие собой многоядерные комплексные ионы.
Работа выполнена е рамках конкурса РФФИ и АКК, «рЮОЗюг», грант N° 03-03-96613.
Межотдельческая проблелшо-псследовательская лаборатория
Постутта 17.06.03 г.
66.063.67:639.382
ПИЩЕВЫЕ ЭМУЛЬСИИ НА ОСНОВЕ РЫБНОЙ ИКРЫ
л.с. АБРАМОВА
Всероссийский научно-исследовательский институт рыбного хозяйства и океанографии (ВНИРО)
Значимость продуктов из гидробионтов в организации рационального питания обусловлена тем, что они содержат белки животного происхождения (16-20%),
жиры - единственные природные источники непредельных жирных кислот (эйкозапентаеновой и докоза-гексаеновой), необходимые для организма минеральные вещества, витамины группы В, и, РР, А, В, Е, ряд биологически активных веществ. С точки зрения снабжения населения продуктами функционального питания представляет интерес разработка технологии
эму ЛЬ' растиі имеюі том, ч эмуль спосої ций ж сионн сьпцеї
ТТ1ЛО\Т/-П
лотия
личны
дляпр
компл
Пр
СИОНН]
также
ЖИМ0І
COCeBtj
струга
НИИ С ]
Изі
ВЫЮЛ риды, ва лип показь липид эмулы СИСТЄІ1:
липид давать ДЛ! и лили имеж^ исслед ные р< творы Измері водног
ДИЛИ Ik HOCTIICj
нияга:
тяжені
са-гек<
Уст]
верхно
Н0Є ЗН£
Разно:
Кета Горбуші Нерка Джус ию
