CC BY
71
ЛИТЕРАТУРА
1. Ефимова И.Л., Дрофичева Н.В. Изучение сортов яблони белорусской селекции в Краснодарском крае / Материалы Меж-дунар. дистанцион. науч. конф. «Интенсификация плодоводства Беларуси: традиции, достижения, перспективы», декабрь 2010 г. - Са-мохваловичи, 2010.
2. ГОСТ 28561-90. Продукты переработки плодов и овощей. Методы определения сухих веществ или влаги. - М., 2003.
3. ГОСТ 8756.13-87. Продукты переработки плодов и овощей. Методы определения сахаров. - М., 1987.
4. ГОСТ 25555.0-82. Продукты переработки плодов и овощей. Методы определения титруемой кислотности. - М., 2001.
5. ГОСТ 24556-89. Продукты переработки плодов и овощей. Метод определения витамина С. - М., 2003.
6. ГОСТ 29059-91. Продукты переработки плодов и овощей. Титриметрический метод определения пектиновых веществ. -М., 1991.
7. Карпушина М.В, Чалая Л.Д., Смелик Т.Л. Формирование биохимического состава и лежкоспособных свойств плодов яблони в период выращивания // Пути реализации потенциала высокоплотных плодовых насаждений: Материалы Междунар. на-уч.-практ. конф., посвященной 85-летию со дня рождения А.С. Девя-
това, Самохволовичи, 1-15 августа 2008 г. / РУП «Ин-т плодоводства». - Самохваловичи, 2008. - С. 71-77.
8. Причко Т.Г., Чалая Л.Д. Формирование качественных показателей плодов яблони в зависимости от погодных условий периода вегетации / СКЗНИИСиВ // Плодоводство и виноградарство Юга России. - 2011. - № 5 (4).
9. Скурихин И.М. Химический состав пищевых продуктов. - М.: Пищевая пром-сть, 1979. - 247 с.
10. Причко Т.Г. Биохимические и технологические аспекты хранения и переработки плодов яблони. - Краснодар, 2002. -С. 148-172.
11. Скорикова Ю.Г. Полифенолы плодов и ягод и формирование цвета продуктов. - М.: Пищевая пром-сть, 1973. - 230 с.
12. Биохимия растительного сырья / В.Г. Щербаков, В.Г. Лобанов, Т.Н. Прудникова и др. - М.: Колос, 1999. - 276 с.
13. Мачнева И.А., Чалая Л.Д. Актуальные проблемы садоводства России и пути их решения // Биохимическая и технологическая оценка плодов редких культур, произрастающих на юге России. - Орел, 2007.
14. Седов Е.Н., Макаркина М.А., Левгерова Н.С. Биохимическая и технологическая характеристика плодов генофонда яблони. - Орел: ВНИИСПК, 2007.
Поступила 05.06.12 г.
BIOCHEMICAL COMPOSITION FEATURES OF FRUITS OF THE APPLE-TREES GROWING IN KRASNODAR TERRITORY
N.V. DROFICHEVA
North Caucasian Regional Research Institute of Horticulture and Viticulture of the Russian Academy ofAgricultural Sciences, 39, 40Let Pobedy st., Krasnodar, 350901;ph.: (861) 252-70-74, e-mail: [email protected]
Results of biochemical indicators researches of fruits of the apple-trees growing in Krasnodar territory, summer, autumn and winter terms of maturing are presented. Grades with the raised content of biologically active substances for the purpose of their various use and processing are allocated.
Key words: apples, chemical composition of fruits, biologically active substances, vitamins, polyphenols.
54-148:54-04:66.096.4
СОСТОЯНИЕ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ ГРУПП ПЕКТИНОВЫХ ВЕЩЕСТВ
В ВОДНЫХ СРЕДАХ
В.В. КОНДРАТЕНКО *, Т.Ю. КОНДРАТЕНКО2
1 Краснодарский НИИ хранения и переработки сельскохозяйственной продукции Россельхозакадемии,
350072, г. Краснодар, ул. Тополиная аллея, 2; факс: (861) 252-01-56, электронная почта: [email protected] 2 Кубанский государственный аграрный университет,
350044, г. Краснодар, ул. Калинина, 13; факс: (861) 221-59-04, электронная почта: [email protected]
Исследованы константы ионизации основных функциональных групп пектиновых веществ (свободных и амидирован-ных карбоксильных групп, свободных гидроксильных групп), участвующих в формировании сорбционных свойств. Определена математическая модель взаимосвязи констант ионизации. Установлено, что общий подход к исследованию пектиновых веществ в водных средах должен осуществляться не как к двухкомпонентной, а как к многокомпонентной системе, с учетом некоторой неопределенности, которую данная многокомпонентность вносит.
Ключевые слова: пектиновые вещества, сорбция катионов, диссоциация, константа ионизации, математическая модель.
Ухудшение экологического состояния окружающей без включения в их рецептурный состав ингредиентов,
среды под действием техногенных факторов обуслов- обладающих выраженными функциональными свой-
ливает необходимость повышения сопротивляемости ствами по отношению к организму человека. Одним из
организма и разработки в этой связи передовых техно- наиболее доступных и безопасных ингредиентов пологий производства и массового внедрения в ежеднев- добного рода являются пектиновые вещества (ПВ).
ный рацион питания людей пищевых продуктов функ- Природные гетерополимеры углеводной природы, ос-
ционального и специализированного назначения. Од- новными звеньями молекулярной цепи которых явля-
нако производство подобных продуктов невозможно ются остатки а-Б(+)-галактуроновой кислоты [1], ПВ
обладают рядом ценных функциональных свойств, главными из которых являются способность связывать воду с образованием желеобразной структуры, а также способность связывать ксенобиотики органической и неорганической природы с образованием малорастворимых комплексов. Последнее свойство определяет широкие перспективы использования ПВ в качестве природных энтеросорбентов.
В работе [2] экспериментально показано, что связывание отдельных ксенобиотиков неорганической природы (катионов поливалентных металлов) осуществляется тремя параллельно действующими путями: за счет хемосорбции катионов с образованием хелатных связей со свободными и амидированными карбоксильными группами пектиновых молекул, за счет адсорбции отдельных катионов на поверхности гидратных оболочек коллоидных частиц путем электростатического взаимодействия заряда катиона и собственного заряда частиц, формирующегося при диссоциации первичных функциональных групп (свободных и ами-дированных карбоксильных групп), а также вторичных функциональных групп (свободных гидроксильных групп) в водных средах. Третьим путем является пассивная абсорбция катионов с частью среды, «защемляемой» в ячейках между отдельными молекулами ПВ в процессе формирования оструктуренного осадка.
Цель настоящих исследований - определение состояния функциональных групп ПВ в водных средах по величине их констант ионизации, а также выявление функциональной взаимозависимости данных величин друг от друга.
Интенсивность проявления сорбционных свойств, реализуемых за счет первого и второго путей, определяется наличием и состоянием функциональных групп ПВ. Вклад каждой функциональной группы в общий процесс формируется как результат диссоциации с образованием частичных зарядов и свободных катионов Н+. Причем количество водородных катионов, образующихся в единице объема водного раствора ПВ с определенной концентрацией, пропорционально общему количеству образующегося заряда пектиновых молекул. Таким образом, данный процесс можно выразить уравнением
к оон а ООН
■ кАМ а АМ
- к он а он
АС
10С
(1)
В свою очередь, способность функциональных групп диссоциировать в водной среде с той или иной интенсивностью определяется таким фундаментальным показателем, как константа ионизации, являющаяся величиной, постоянной при данной температуре среды. В соответствии с теорией Аррениуса [3] константа ионизации Кх, степень диссоциации ах и молярная концентрация кх связаны друг с другом уравнением
которое может быть преобразовано в обратное:
лК
ПК,. — К, 2 к
(2)
(3)
Поскольку в явном виде решение уравнения (1) представляет собой достаточно сложную задачу, наиболее простым вариантом расчета констант ионизации каждого вида функциональных групп ПВ является получение поверхности решений, объединяющей в себе все три константы. Так, представляя уравнение (1) относительно аон и подставляя его и уравнение (3) в уравнение (2), после упрощения получим функциональную зависимость следующего вида:
К он =-
АС
5С
Г—А/К
2
оон
-4 К —
4 К оон
—К
2
АМ
4К
К
К
4—2
АС
5С
- — УІК
2
оон
—л/К
2
АМ
4К
4 К —
4 К оон —
К оон + К АМ
, (4)
где Кон, Коон, КАМ - константы ионизации свободных гидроксильных, свободных карбоксильных и амидированных карбоксильных групп.
Для изучения данных показателей нами было исследовано 57 образцов ПВ, полученных из различных видов растительного сырья по методике, описанной в работе [4]. Для каждого образца по методикам [5] экспериментально были определены основные аналити-
где коон, кАМ, кон - молярные концентрации свободных карбоксильных, амидированных и свободных гидроксильных групп соответственно, моль/дм3; АСн+- молярная концентрация катионов Н+, поступающих в раствор в результате диссоциации функциональных групп, моль/дм3; аоон, аАМ, аон - степени диссоциации свободных карбоксильных, амидированных и свободных гидроксильных групп соответственно, доли единицы; Ср - концентрация ПВ в водной среде, % мас./об.
Здесь молярные концентрации функциональных групп являются комплексными показателями, для расчета которых в случае ПВ необходимы значения таких аналитических характеристик, как доли свободных, амидированных и этерифицированных метанолом карбоксильных групп, уронидная составляющая, а также ацетильная составляющая.
Рис. 1
2
Рис. 2
ческие характеристики, перечисленные выше, а также определен рН 1%-го водного раствора.
Используя полученные значения, а также уравнение (4), для каждого из образцов была рассчитана поверхность множества решений значений констант ионизации функциональных групп. Пример такой поверхности, соответствующей одному из образцов, представлен на рис. 1.
Несмотря на то, что конкретный вид поверхности для каждого образца был уникален, общая форма всех полученных поверхностей была приблизительно идентичной. Ее особенность - выраженная антагонистичность констант ионизации свободных и амидирован-ных карбоксильных групп по отношению друг к другу и их синергичность по отношению к константе ионизации свободных гидроксильных групп. Это дает основание предполагать наличие сложных взаимосвязей между отдельными функциональными группами в пектиновых молекулах, что потенциально повышает порядок сложности процессов, идущих с участием данных групп.
Для получения комплекса частных решений, позволяющих оценить совокупную взаимосвязь констант ионизации в пектиновых молекулах, использовали способ пропорций максимумов, для чего на базе уравнения (1) для каждого образца были найдены макси-
мально возможные значения степеней диссоциации функциональных групп, а затем это же уравнение было решено с учетом пропорций между степенями диссоциации, соответствующих пропорциям их возможных максимумов. На основании полученных данных с использованием уравнения (2) были рассчитаны частные значения констант ионизации функциональных групп всех исследованных образцов ПВ (рис. 2).
Анализ полученных результатов показывает, что одни и те же функциональные группы пектиновых молекул при одной и той же температуре имеют различные значения констант ионизации. Это свидетельствует о том, что ПВ необходимо рассматривать как крайне гетерогенную структуру со сложными внутримолекулярными взаимосвязями. Следовательно, общий подход к исследованию ПВ в водных средах необходимо осуществлять не как к двухкомпонентной, а как к многокомпонентной системе с учетом некоторой неопределенности, которую данная многокомпонентность вносит. С другой стороны, такой подход позволит глубже понять фундаментальные процессы, происходящие в системе пектиновые молекулы-среда, что особенно важно при формировании представлений о технологических аспектах как извлечения ПВ из растительной ткани, так и разработки пищевых продуктов функционального и специализированного назначения.
ЛИТЕРАТУРА
1. If Homogalacturonan Were a Side Chain of Rhamnogalac-turonan I. Implications for Cell Wall Architecture / J.-P. Vincken, H.A. Schols, R.J. Oomen et al. // Plant Physiology. - 2003. - V. 132. -P. 1781-1789.
2. Kondratenko V.V., Kondratenko T.Y. Peculiarity of Cation Sorption by Pectin // The First North and East European Congress on Food NEEFood - 2012: Book of Abstract. - St. Petersburg, 2012. -P. 31-32.
3. Патров Б.В., Сладков И.Б. Физическая химия. Ч. 1. -СПб.: Изд-во политехи. ун-та, 2009. - 127 с.
4. Кондратенко В.В., Кондратенко Т.Ю. О влиянии молекулярной массы на проявление сорбционных свойств пектиновыми веществами // Новые технологии. - 2011. - № 2. - С. 20-26.
5. Нелина В.В., Донченко Л.В., Карпович Н.С., Игнатьева Г.Н. Пектин. Методы контроля в пектиновом производстве. - Киев: Наукова думка, 1992. - 96 с.
Поступила 05.06.12 г.
STATE OF THE PECTIN’S FUNCTIONAL GROUPS IN AQUEOUS MEDIA
V.V. KONDRATENKO \ T.YU. KONDRATENKO 2
1 Krasnodar Scientific Research Institute of Storage and Processing Agricultural Production,
2, Topolinaya av., Krasnodar, 350072; fax: (861) 252-01-56, e-mail: [email protected]
2 Kuban State Agrarian University,
13, Kalinina st., Krasnodar, 350044; fax: (861) 221-59-04, e-mail: [email protected]
The ionization constants of the pectin’s major functional groups (free and amidated carboxyl groups, free hydroxyl groups) involved in the sorption properties formation have been investigated. A mathematical model the interrelation between ionization constants has been discovered. It has been found that a common approach to the study of pectin substances in aqueous media should be implemented not just as a two-component, but as a multicomponent system, taking into account some uncertainty appearing due to this state.
Key words: pectin, sorption of cations, dissociation, ionization constant, mathematical model.
