Спектроскопическое исследование таутомерных превращений в водных растворах D-глюкозы в широком интервале рН Текст научной статьи по специальности «Химические науки»

2. Singh H.P., Ramana Rao M.V., Dutta S.M. / / Milchwiss, 1979, 34, 475.

3. Wartak J. // Postepy Biochemii, 1964. 4, 371.

4. Tinson W., Hiller A.J., Jago G.R. / / Austr. J. Dairy Technol, 1982, 37, 8.

5. Tinson W„ Broome M.C., Hiller A.J., Jago G.R. // Austr. J. Dairy Technol, 1982, 37, 14.

i Greenberg N.A., Mahoney R.R. // J. Food Sei,, 1982. 47, 1824.

7, Kandier O. // Antonie van Leeuwenhoek, 1983,49.209.

8. Me.Kay., Miller A., Sandine W.E., Elliker F.R. // J. Bacteriol, 1970. 102. 802.

9. Thompson J. // J. Bacteriol, 1979, 140, 774.

10. Jagota S.K., Ramana Rao M.V., Dutta S.M. // J. Food Sei., 1981. 46. 161.

I I. Rymaszewski J.: Zesz. Nauk. ART Olsztyn, 1978, 13, 3.

12. Rymaszewski J., Cichosz G., Kujawski M. // Acta Alim. Pol on, XI, 1985, 4. 449.

13. Lowry O.M., Rosenbrough N.J., Farr A.L., Randall R.J. // J. Biol. Chem., 1951, 193, 265.

14. Hemme D., N'ardi M., Jette D. / / Le Lait LX, 1980, 595.

Поступила 09.04.92

[543.06:547.455.623 1:664.1

СПЕКТРОСКОПИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ТАУТОМЕРНЫХ ПРЕВРАЩЕНИЙ В ВОДНЫХ РАСТВОРАХ Р-ГЛЮКОЗЫ В ШИРОКОМ ИНТЕРВАЛЕ pH

Л.Д. БОБРОВНИК, В.М. КЛИМОВИЧ,

В.Н. РУДЕНКО, И.А СОВЕРШЕННАЯ

Киевский технологический институт плцевой промышленности

О-глюкоза — полиоксиальдегид, в изобилии встречающийся в природе как в свободном виде, так и в составе многочисленных полисахаридов и других соединений.

Карбонильная группа обладает высокой реакционной способностью, в частности, с таким нуклеофильным агентом, как ОН-группы. В результате этой реакции из открытой формы О-глюкозы получается циклический полуацеталь, находящийся в равновесии со свободной альдегидной формой. Таким образом, из чрезвычайно неустойчивой реакционноспособной альдегидной формы образуются более устойчивые циклические (пиранозные и фу-ранозные) таутомеры О-глюкозы.

При циклизации О-глюкозы возникает новый хиральный центр при аномерном атоме углерода, ранее входившем в состав карбонильной группы. Равновесие в данной реакции для О-глюкозы, как и для большинства сахаров, сдвинуто в сторону образования циклических форм. Для О-глюкозы при 25°С в воде при pH 7 в равновесии содержится 0,02 свободного альдегида, 38 с-пиранозной и 61 /?-пиранозной форм и менее 0,5% каждой из менее устойчивых фуранозных форм [1].

Хотя большая часть молекул сахаров в растворе находится в циклических, более устойчивых формах, в большинстве реакций метаболизма и деградации участвует, как правило, более реакционноспособная открытая форма.

Моносахариды и глюкоза в условиях пищевых производств подвергаются химическим превращениям в широком интервале pH [2, 3].

Так, в свекла лхарном производстве глюкоза, составляющая более половины редуцирующих веществ, испытывает воздействие среды от нейтральной реакции до сильнощелочной, характеризуемой pH 12—13 в условиях основной дефекации, а в крахмалопаточном производстве находится в условиях слабой и сильнокислой среды (pH 1). Изучение превращений глюкозы и фруктозы в кислой и щелочной средах свидетельствует об их различном химизме [З/.

Цель нашей работы — исследование таутомер-ных превращений циклическая — открытая формы О-глюкозы при изменении pH от 1 до 12.

Спектры комбинационного рассеяния с лазерным возбуждением регистрировались с помощью спектрометра ДФС-24 ЛОМО с двойным монохроматором, дифракционными решетками — 1200 штрих/мм, системой счета фотонов, опорным и измерительным каналами. Прибор управляется с помощью ПВМ ДВК-3. Лазер Аг+, ЛГ-106М, «Плазма», мощность излучения 1,28и> на 488,0 и

514.5 нм, излучение линейно поляризованное, электрический вектор его перпендикулярен плоскости рассеяния. Все спектры записаны с использованием в качестве полосы возбуждения линии

514.5 нм и скорости сканирования 0,12 нм/мин. Спектральная ширина щелей 3 см* .

В работе использованы О-глюкоза ХЧ, дистиллированная вода, фиксанал НС1 и №ОН 0,1 н. соответственно. Концентрацию водородных ионов измеряли рН-метром со стеклянным и каломельным электродами.

Линейную форму О-глюкозы, имеющуюся в растворе [1], фиксировали спектрально по полосе валентных колебаний свободной карбонильной группы. Количество линейного конфомера оценивали, учитывая интегральные интенсивности данной полосы валентных колебаний карбонильной группы.

спектра при pH 7 заметна интенсивная полоса с максимумом при г - ¡732 см' , имеющая полуширину 15 см’ и небольшое плечо, максимум испускания которого сдвинут в сторону меньших волновых чисел на 10 см' . Это подтверждает результаты [4], что полоса с V ~ 1732 см’ относится к валентному колебанию карбонильных групп, принадлежащих линейной форме О-глюкозы. Имеющееся небольшое возмущение можно объяснить образованием водородных связей, в которых карбонильная группа выступает в качестве донора электронов. При этом происходит некоторое смещение электронной плотности, в результате уменьшается значение силовой постоянной С=0 связи, что и наблюдается экспериментально. Донорами протона в указанных водородных связях являются преимущественно молекулы воды.

Изменение pH на единицу в любую сторону (6 или 8) значительно меняет контур данной полосы С=0 групп, которая в результате становится шире.

При увеличении щелочности раствора, pH от 8 цо 10, наблюдается низкочастотный сдвиг максимума полосы С = О доу = 1710 см" , т.е. на 22 см , что можно объяснить совместным влиянием двух факторов. Первым является ассоциация по типу водородной связи карбонильной группы и иона гидроксила^С = О .... Н—О , вторым — индукционный эффект [5], возникающий от ионизации в щелочной области гидроксильной группы при а-углеродном атоме молекулы глюкозы по схеме

И — НС - .

V 41

При уменьшении pH до 4 испускание в области 1700—1720 см' возрастает и одновременно снижается интенсивность полосы в интервале 1740— 1760 см’ . Дальнейшее уменьшение pH до 2 ведет к перераспределению интенсивностей спектра: падению в интервале 1700—-1-720 и увеличению в интервале 1740—1780 см’ (рис. 1). При pH 1 наблюдается некоторое увеличение интенсивности в интервале 1690—1720 см’ и снижение ее в области 1740—1780 см" .

Проинтегрировав полученные спектральные кривые, определили интегральные интенсивности / для каждого значения pH.

На рис. 2 приведена зависимость / полосы валентных колебаний карбонильной группы О-глю-козы от pH,

Обращает внимание незначительное изменение / в кислой области (pH 1—6). Учитывая это и перераспределение интенсивностей в интервале 1740—1780 см’ , можно предположить, что расщепление полос здесь вызывается резонансом Ферми между основным колебательным уровнем С = О группы и обертоном деформационного колебания <>= 1738 смЛ ).

Значительный рост интегральной интенсивности в щелочной области (pH 8—10) свидетельствует об ионизации молекул О-глюкозы. Выпадение точки для pH 12 можно объяснить нестабильно-

17го

рис. 1

Рис. 2

На рис 1 представлены спектры КР водных растворов О-глюкозы при различных pH, значениям которых соответствуют цифры на кривых. У

-ihm с* i-ч 1

стью и химическими превращениями О-глюкозы при указанном pH [3].

С использованием данных работы [1] рассчитана концентрация линейной формы О-глюкозы при различных значениях pH: / — 0,0208; 2 — 0,0203; 4 — 0,0202; 6 — 0,0196; 8 — 0,0285; 10 — 0,0418; /2 — 0,0331%.

вывод

Методом спектроскопии комбинационного рассеивания установлено, что содержание оксикарбо-нильного таутомера глюкозы зависит от pH среды.

ЛИТЕРАТУРА

1. Мецлер Д. Биохимия. — М.: Мир, 1980. — С. 606.

2. Нахмановнч М.И. Реакции моносахаридов. — М.: Пи-шепромиздат, 1960. — С. 69.

3. Сапронов А.Р., Колчева P.A. Красящие вещества и их влияние на качество сахара. — М.: Пищевая пром-сть 1975. — С. 348.

4. Свердлов Л.М., Ковнер М.А., Кретнов Е.П. Колебательные спектры многоатомных молекул. — М.: Наука, 1970. —

С. 559.

5. Беллами Л. Новые данные по ЯА'-спектрам сложных молекул. — М.: Мир. 1971. — С. 318.

Кафедра органической химии

Поступила 25.11.92

664.121:543.865

РАСТВОРИМОСТЬ СВЕКЛОВИЧНЫХ БЕЛКОВ

В.А. ЛОСЕВА

ВЛгкшежский технологический институт

Состав и количество азотсодержащих веществ — важные критерии оценки технологического качества свеклы, так, из 2,5 кг несахаров, имеющихся в 100 кг свеклы, 1,1 кг приходится на азотсодержащие вещества [1]. До последнего времени считали [2] белковый азот свеклы безвредным для технологии свеклосахарного производства, поскольку белки при нагревании и обработке известью диффузионного сока удаляются. Однако продукты неполного гидролиза свекловичных белков — пептиды — при очистке сока удаляются неполностью. До сих пор в чистом виде не выделены свойства свекловичных белков. Считают, что они представляют собой альбумины, но в основном глобулины. Однако глобулярные белки также могут быть разделены на несколько классов по их реакции на экстремальные pH; сохраняющие свою структурную целостность, увеличивающиеся в объеме и диссоциирующие белки [3].

Цель нашей работы — изучение растворимое^ свекловичных белков в широком интервале pH и влияния на нее температуры и длительности нагревания.

Белки представляют собой макромолекулярную группу: совокупность объединенных пептидными связями аминокислот, которые образуют цепи, соединенные водородными дисульфидными, ионными, Ван-дер-Ваальса и прочими связями. В образовании последних участвует и небелковая группа которая по своей природе может быть углеводной, липидной, фосфорной и т.п. [4].

Растворимость белков в воде определяется их химической структурой, т.е. типом и числом ами-

нокислот, образующих молекулу, и характером свертывания пептидных цепей. Их поведение определяется некоторыми факторами, зависящими от самого белка и параметров среды, а именно: pH, ионной силы, диэлектрической постоянной, присутствия неионных полимеров или полиэлектролитов, температуры и т.п.

На рисунке представлены кривые растворимости свекловичного белка в зависимости от pH при 20 (/) и 50°С (2). Максимальная растворимость — 86,4% — наблюдается при pH 7,0. С обеих сторон от этого максимума она тем ниже, чем дальше находится pH от данной точки. При естественном значении pH сока растворимость уже весьма велика — около 65%. Она представляет собой результирующую характеристику поведения всех содержащихся в свекловичном соке белков. Некоторые вариации могут предопределяться их природой, присутствием других компонентов, сортом свеклы, условиями ее возделывания, хранения и экстрагирования сахара.

йж-ги i1: м a. iMi

“ч I i;.| I 1:И,'Jг11. |:-.Г

i'.w.vrr --R.

fcQtHSt fei

V Ч К

иьк- г ic OrKrt’-i;! Г Jvyr'JJI H сумюрн MHl'i jil “Rfip-H 4ir.

И:сьн, ИНН ^

и

ü

19

Щ

Sil

w

BO

Кик-:л, p]I г OhCühdki

KnUtllOjiN pJi-ЧКЛЬ I

pH J.ö й\ Пешни

6СЛК£ Я ИЗЕЛЕ-КЛЧ

мер, PR1K

ГО ВдШС белКОЕ У* .10 врС.Ч? ■: (1И буд! же.7 yneJ

рЗСТ'ЧГОН?

[ÜeVHäfl 1 ягуляц'нй п средств положен:! Cvi'T :i

цняй H'llj

см tu :ля