Сравнительное изучение сорбционной способности пектина, полученного различными способами из клубней топинамбура (Helianthus tuberosus L. )

Кисиева Манана Тенгизовна; Мыкоц Лилия Петровна; Туховская Нина Александровна; Бондарь Светлана Николаевна; Зяблицева Надежда Сергеевна; Компанцев Владислав Алексеевич; Белоусова Анна Леонидовна

for chronic allograft dysfunction // НАЗВАНИЕ ИЗДАНИЯ. -

2002. - supp.1.80. №61. - Р.1523-1528.

12. Gazza R., Medina R., Basu S., et al. Predictors of the rate of renal function desline in non-insulin-dependent diabetes mellitus // Amer. J. Nephrol. - 1997. - Vol. 17. №1. - Р.59-67.

13. Ikeda Y., Suchiro T., Takamatsu K., et al. Effect of smoking on the prevalence of albuminuria in Japanese men with non-insu-

lin-dependent diabetes mellitus // Diabet. Res. Clin. Pract. - 1997. - Vol. 36. №1. - Р.57-61.

14. Patterson J.E., Andreole V.T НАЗВАНИЕ // Infect. Dis. Clin. North. Am. - 1995. - Vol. 9. - Р.25-51.

15. Tobias K., et al. НАЗВАНИЕ // J. Amer. Sc. Nephrol. -

2003. - №8. - Р. 112-115.

Информация об авторах: 670047, Улан-Удэ, ул. Павлова, 12, Республиканская клиническая больница им. Н.А. Семашко, т.8-(3012)23-36-24, Шоболова Надежда Андреевна - врач-диабетолог; Бальжиров Доржи Баирович - аспирант; Прокаева Татьяна Александровна - аспирант; Назарова-Рыгдылон Алима Николаевна - зав. эндокрин. отд.;

Жигаев Геннадий Федорович - д.м.н., профессор

СРАВНИТЕЛЬНОЕ ИЗУЧЕНИЕ СОРБЦИОННОЙ СПОСОБНОСТИ ПЕКТИНА, ПОЛУЧЕННОГО РАЗЛИЧНЫМИ СПОСОБАМИ ИЗ КЛУБНЕЙ ТОПИНАМБУРА [НЕИЛЫТНиБ ТиВЕЙОБиБ и

Манана Тенгизовна Кисиева1, Лилия Петровна Мыкоц2, Нина Александровна Туховская3, Светлана Николаевна Бондарь2, Надежда Сергеевна Зяблицева1, Владислав Алексеевич Компанцев1, Анна Леонидовна Белоусова1 (Пятигорская государственная фармацевтическая академия, ректор - д.ф.н., проф. М.В. Гаврилин, кафедра неорганической химии, зав. - д.ф.н., проф. В.А. Компанцев, кафедра физической и коллоидной химии, зав. - к.ф.н., доц. Л.П. Мыкоц, кафедра аналитической химии, зав. - к.х.н., доц. Л.И. Иванова)

Резюме. Цель исследования - изучение сорбционной способности пектинов, полученных кислотным экстрагированием и ферментативным извлечением из клубней топинамбура. Определение сорбционной емкости пектинов проводили комплексо-нометрически с использованием метода изолирования Оствальда. Установлены комплексообразующие способности пектинов, полученных кислотным экстрагированием (132,8 мг/г) и ферментативным извлечением (298,92 мг/г), а также проценты связывания свинец-ионов пектином, полученным кислотным экстрагированием (25,52%), и пектином, полученным ферментативным извлечением (57,45%). Комплексообразование протекает по кинетике I-го порядка. Процесс адсорбции лучше описывается уравнением Фрейндлиха. Влияние температуры на сорбционную способность пектина незначительно.

Ключевые слова: клубни топинамбура, пектин, сорбционная способность, кислотное экстрагирование, ферментативное извлечение.

THE COMPARATIVE STUDY OF SORBTION ABILITY OF PECTIN, OBTAINED BY DIFFERENT WAYS FROM TUBERS OF JERUSALEM ARTICHOKE (HELIANTHUS TUBEROSUS L.)

M.T. Kisieva1, L.P. Mykoc2, N.A. Tuhovskaya3, S.N.Bondar2, N.S. Zyabliceva1, V.A. Kompancev1, A.L. Belousova1

(Pyatigorsk State Pharmaceutical Academy)

Summary. The purpose of the work was to study the sorption ability of pectins, obtained by acid method and enzymatic extraction from tubers of Jerusalem artichoke. Determination of sorption capacities of pectin was conducted by complexometric method with use of the isolation method of Ostvald. There were established complexing abilities of pectins, obtained by acid method (132,8 mg/g) and of pectins, obtained by enzymatic extraction (298,92 mg/g). The maximum degree of the extraction has formed 25,52% from source concentration lead-ion (pectin, obtained by acid method) and 57,45% (pectin, obtained by enzymatic extraction). It has been established that process of complexing runs on kinetics of first order and absorption process is better described by equation of Freyndlikh. The influence of the temperature on sorption ability of pectin is insignificant.

Key words: tubers of Jerusalem artichoke, pectin, sorption ability, acid extraction, enzymatic extraction.

Пектин является одним из наиболее эффективных средств детоксикации организма от вредного воздействия тяжелых металлов, радионуклидов и других токсичных соединений. Наличие в молекуле полимера свободных карбоксильных и гидроксильных групп галактуроновой кислоты обуславливает его свойство связывать в желудочно-кишечном тракте ионы токсичных металлов (свинец, ртуть, кобальт, кадмий, цинк, хром и др.) с последующим образованием нерастворимых комплексов (пектаты, пектинаты), которые не всасываются и выводятся из организма [4].

Цель данной работы - сравнительное изучение сорбционной способности пектинов, полученных кислотным экстрагированием (ПК) и ферментативным извлечением (ПФ) из клубней топинамбура.

Материалы и методы

Пектин получили из высушенных измельченных клубней топинамбура (порошка) по известной методике кислотного экстрагирования [2], а также по разработанной нами методике ферментативного извлечения.

В проведенных исследованиях по разработке методики ферментативного извлечения пектина из клубней топинамбура выявлен наиболее эффективный ферментный препарат - Максазим ЫЫР К (грибная протеаза). Установлены опти-

мальные условия его действия: цитратный буферный раствор для поддержания оптимального рН среды 4,5; соотношение сырье - буфер 1:6; соотношение фермент - сырье 1:10; время извлечения - 48 часов и температура - 600С.

Предварительно из сырья экстракцией водой ^=70-80°С) выделили инулин и растворимый пектин [3]. Шрот подвергли ферментативной экстракции. Полученное извлечение профильтровали через слой бязи, упарили под вакуумом до 1/10 от первоначального объема. Из упаренного извлечения осадили пектин трехкратным объемом спирта этилового 95%. Выпавший осадок перенесли на бумажный фильтр, промыли спиртом этиловым 70% и 95%, высушили на воздухе в течение 12 часов и измельчили.

Определение сорбционной емкости проводили комплек-сонометрически с использованием метода изолирования Оствальда [1,5].

Сорбционная емкость выражается количеством ионов тяжелого металла, связывающихся с 1 г пектина. Количество связавшихся ионов определяли по разнице между вносимым и остаточным количеством свинец-ионов.

Расчет массы свинца в исследуемом растворе проводили по формуле:

V • N • Эк2+ мг/г = --------------

'b , Mi/i 1 0 0 0

100 1 0

1000,

g

где N - нормальная концентрация раствора трилона Б;

V - объем раствора трилона Б, израсходованный на титрование, мл; Эрь2+ - молярная эквивалентная масса свинец-ионов, моль/л.

Провели сравнительное изучение кинетики и сорбционной способности ПК и ПФ по отношению к свинец-ионам, а также исследовали влияние температуры на их сорбционную емкость (проводили замораживание модельных растворов при -180С и температурную обработку при 1000С в течение 1 ч).

Константа скорости процесса комплексообразования рассчитывается по уравнению кинетики 1-го порядка:

К = 1 1п ,

^ t где С0, Ц - исходная и непрореагировавшая ко времени t концентрации свинец-ионов соответственно, ммоль/л [5].

Адсорбционная способность пектина может быть оценена на основе экспериментальных данных по величине адсорбции.

Расчет величины адсорбции проводили согласно зависимости:

(С - С

4 0___р

т

Таблица 1

Изменение концентрации свинец-ионов в водной фазе растворов при контакте с ПК и ПФ

Время, мин. Количество свинец-ионов, мг/г Концентрация свинец-ионов в растворе, ммоль/л Процент связывания свинец-ионов, % Комплексообразующая способность, мг/г

ПК

0 (станд. раствор) 86,38 41,69

10 66,20 31,95 23,36 120,96

20 64,35 31,05 25,52 132,80

30 64,35 31,05 25,52 132,80

40 64,33 31,05 25,52 132,80

60 64,33 31,05 25,52 132,80

60 (при t=-180C) 66,20 31,95 23,36 126,96

60 (при t=+1000С) 65,00 32,82 21,28 110,70

Время, мин. ПФ

0 (станд. раствор) 86,38 41,69

10 38,60 18,63 55,31 287,80

20 36,76 17,74 57,45 298,92

30 36,76 17,74 57,45 298,92

50 36,76 17,74 57,45 298,92

60 36,76 17,74 57,45 298,92

60 (при t=-180C) 34,92 16,85 59,58 310,00

60 (при t=+1000С) 38,60 18,63 55,31 287,80

А

:

т

1-У

где С0, С авн - исходная (начальная) и равновесная концентрации свинец-ионов соответственно, ммоль/л; V - объем раствора, л; т - масса навески сорбента, г.

Теоретически адсорбционная способность может быть описана уравнениями Фрейндлиха (Аф) и Ленгмюра (Ал) и, в зависимости от природы адсорбента, подчиняется тому или другому.

Уравнение Фрейндлиха удобно использовать в логарифмической форме:

Результаты и обсуждение

Изменение концентрации свинец-ионов от времени сорбции в водной фазе растворов при контакте с ПК и ПФ отражено в таблице 1.

На ПФ процесс адсорбции идет интенсивнее и быстрее, равновесие наступает уже через 20 мин. В случае с ПК равновесие наступает через 30 мин. Процент связывания свинец-

1п

X

: 1п К +— 1п С, п

где К и 1/п - константы; С - равновесная концентрация; Х/т - адсорбция.

Константа К зависит от природы адсорбента и адсорба-та, колеблется в широких пределах. 1/п - адсорбционный показатель, зависящий от природы адсорбата. Величины констант находят по графической зависимости

1 2

її - = Г(1п АС)

т

Уравнение Ленгмюра: А =

А х С

Ь + С

где А^, Ь - константы; С - равновесная концентрация.

Рис. 1. Графики зависимости концентрации свинец-ионов от времени сорбции в водной фазе растворов при контакте с ПК (1) и ПФ (2).

ионов ПФ составил 57,45%, что на 31,93% больше, чем процент связывания свинец-ионов ПК (25,52%).

Процент связывания свинец-ионов ПК при замораживании уменьшился на 2,16% (23,36%), а при термическом нагревании - на 4,24% (21,28%). Процент связывания свинец-ионов ПФ при замораживании увеличился на 2,13% (59,58%), а при термическом нагревании уменьшился на 2,14% (55,31%).

На рисунке 1 представлены графики зависимости кон-

Константа А^ представляет собой предельную емкость адсорбента и зависит от размеров молекул сорбента. Константа равновесия адсорбционного процесса «Ь» зависит от сродства адсорбата к адсорбенту. Чем она больше, тем сильнее выражено это сродство. Для нахождения констант используют графическую зависимость 1/А = Д1/ЛС).

Определение константы скорости процесса комплексообразования ПК и ПФ

Таблица 2

Время, мин. ПК ПФ

Срь2+, ммоль/л м Д м, о л / л V, ммоль/ л-1мин-1 К, мин-1 Срь2+, ммоль/л ДС, ммоль/л V, ммоль/ л-1мин-1 К, мин-1

0 41,69 41,69

5 36,50 5,19 1,038 0,0266 30,00 11,69 2,338 0,0658

10 31,95 9,74 0,974 0,0265 18,63 23,06 2,306 0,0805

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

15 31,50 10,19 0,679 0,0187 18,00 23,69 1,580 0,0560

20 31,05 10,64 0,532 0,0147 17,74 23,95 1,200 0,0427

Среднее: 0,0216 0,06125

т

Таблица 3

Результаты определения экспериментальной величины адсорбции ПК и ПФ

Пектины ДС, ммоль/л А , эксп ммоль/г 1/ДС 1/А эксп ІпДС ІпА эксп

ПК 5,19 3,13 0,193 0,320 1,65 1,14

9,74 5,87 0,103 0,170 2,28 1,77

10,19 6,14 0,098 0,163 2,32 1,82

10,64 6,41 0,094 0,156 2,36 1,86

ПФ 11,69 7,04 0,0860 0,140 2,460 1,95

23,06 13,89 0,0430 0,072 3,138 2,63

23,69 14,27 0,0420 0,070 3,165 2,66

23,95 14,43 0,0417 0,069 3,176 2,67

центрации свинец-ионов от времени сорбции в водной фазе растворов при контакте с ПК и ПФ.

Рис. 2. Преобразованные изотермы сорбции свинец-ионов ПК по Фрейндлиху (1) и Ленгмюру (2).

Линейная зависимость 1п С - 1 (мин) и постоянство констант скорости свидетельствуют о том, что комплексообра-зование ПК и ПФ протекает по реакции 1-го порядка.

Так как скорость сорбции ПФ велика, то для нахождения применимости уравнений Фрейндлиха и Ленгмюра начальный промежуток времени раздробили на более мелкие шаги измерений по 5 мин.

Средние величины констант скорости процесса комплек-сообразования ПК - 21,6*10-3мин-1, а ПФ - 61,25*10-3мин-1 (табл. 2).

Экспериментальные величины адсорбции ПК и ПФ представлены в таблице 3.

Изотермы сорбции свинец-ионов ПК и ПФ по Фрейндлиху и Ленгмюру представлены на рисунках 2 и 3.

Коэффициенты уравнений Фрейндлиха и Ленгмюра следующие: К=1,105; 1/п=0,8; А =100; Ь =100 - для ПК; К=0,67; 1/п=0,97; А^ =142,86; Ь =166,67 - для ПФ.

Найденные экспериментальные и расчетные величины адсорбции ПК и ПФ приведены в таблице 4, а на рисунке 4 представлены соответствующие изотермы.

Функциональная зависимость величин сорбции ПК и ПФ от равновесной концентрации свинец-ионов больше подчиняется уравнению Фрейндлиха.

Итак, в ходе исследования выявлены выраженные комплексообразующие способности ПК (132,8 мг/г) и ПФ (298,92 мг/г) по отношению к свинец-ионам. Образование свинца пектината в обоих случаях протекает по кинетике 1-го порядка с величинами констант скорости - 21,6*10-3мин-1 (ПК) и 61,25*10-3мин-1 (ПФ). Проценты связывания свинец-ионов ПК и ПФ составили 25,52% и 59,74% соответственно, а сорбционный процесс лучше описывается уравнением Фрейндлиха. Сорбционные свойства полученных пектинов по отношению к свинец-ионам при термической обработке и консервировании холодом мало изменяются.

Таким образом, пектин, полученный ферментативным извлечением, обладает более высокой сорбционной способностью, чем пектин, полученный кислотным экстрагированием, что свидетельствует о преимуществе ферментативного способа получения пектина. Данный пектин может быть рекомендован в качестве более эффективного детоксицирующего средства.

ЛИТЕРАТУРА

1. Васильев В.П., Морозова РП., Кочергина Л.А. Аналитическая химия. Лабораторный практикум: учеб. пособие для вузов. - М.: Дрофа, 2006. - 416 с.

Таблица 4

Соотношение экспериментальных и расчетных величин адсорбции свинец-ионов ПК и ПФ

Пектины А , эксп' ммоль/г Аф, ммоль/г Ал, ммоль/г А /Аф эксп ф А /А эксп л

ПК 3,13 3,92 4,93 0,789 0,635

5,87 6,49 8,88 0,904 0,661

6,14 6,73 9,25 0,912 0,664

6,41 6,96 9,62 0,921 0,666

ПФ 7,04 7,28 9,36 0,967 0,755

13,89 14,06 17,36 0,988 0,800

14,27 14,43 17,78 0,978 0,803

14,43 14,59 17,95 0,989 0,804

1п А,

3,0 —

2.5 2,0

1.5 1,0 0,5 0,0 -0,5 -1,0 (1)

1^?5_

_3^5

1п А

0,00

2)

0,04

0,08

1,20 1 /АС

Рис. 3. Преобразованные изотермы сорбции свинец-ионов ПФ по Фрейндлиху (1)

и Ленгмюру (2).

2. Голубев В.Н., Волкова Н.В, Кушалаков Х.М. Топинамбур. Состав, свойства, способы переработки, области применения. -М., 1995. - 81 с.

3. Зяблицева Н.С. Комплексная переработка клубней топинамбура для получения биологически активных веществ // Актуальные проблемы фармации: Межвуз. сб. науч. тр. - Тюмень, 1994. - С.93.

4. Комиссаренко С.Н., Спиридонов В.Н. Пектины -их свойства и применение // Растительные ресурсы. - 1998. - Т. 34. Вып. 1. - С.111-119.

5. Эмануэль Н.М., Кнорре Д.Г. Курс химической кинетики. - 3-е изд. пер. и доп. - М.: Высш. школа, 1974. - 400 с.

Л

< I

(1)

Рис. 4. Изотермы сорбции свинец-ионов ПК (1) и ПФ (2): 1 - экспериментальная; 2, 3 - расчетные по уравнениям Фрейндлиха и Ленгмюра соответственно.

Информация об авторах: 357500, Пятигорск, ул. Калинина 11, Пятигорская ГФА, тел. (8793) 32-33-36, e-mail: n.s.zyablitseva@yandex.ru, Кисиева Манана Тенгизовна - аспирант; Мыкоц Лилия Петровна - заведующий кафедрой, к.ф.н., доцент; Туховская Нина Александровна - старший преподаватель, к.ф.н.; Бондарь Светлана Николаевна - преподаватель; Зяблицева Надежда Сергеевна - старший преподаватель, к.ф.н.; Компанцев Владислав Алексеевич - заведующий кафедрой, д.ф.н., профессор; Белоусова Анна Леонидовна - преподаватель кафедры

неорганической химии, к.ф.н.

ОПЫТ КЛИНИЧЕСКОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ РАСТИТЕЛЬНЫХ АДАПТОГЕНОВ В КОМПЛЕКСНОЙ ТЕРАПИИ ВНЕБОЛЬНИЧНЫХ ПНЕВМОНИЙ

Сергей Тихонович Кохан, Евгений Владимирович Намоконов (Читинский государственный университет, ректор - д.т.н., проф. Ю.Н. Резник, кафедра основ медицины и физического воспитания, зав. - к.м.н., доц. С.Т. Кохан)

Резюме. Использование растительных адаптогенов в комплексной терапии внебольничных пневмоний позволяет нормализовать у больных баланс в системе «перекисное окисление липидов - антирадикальная защита», способствует купированию воспалительного процесса в легочной ткани.

Ключевые слова: адаптогены, внебольничная пневмония, перекисное окисление липидов.

EXPERIENCE OF CLINICAL USE OF VEGETATIVE ADAPTOGENS IN COMPLEX THERAPY OF COMMUNITY-ACQUIRED PNEUMONIA

S.T. Kokhan, E.V. Namokonov (Chita State University)

Summary. Use of vegetative adaptogens in complex therapy of community-acquired pneumonia allows to normalize in patients the balance of system «lipid peroxidation - antiradical protection», promotes cupping inflammatory process in pulmonary tissue.

Key words: adaptogens, community-acquired pneumonia, lipid peroxidation.

Для военной медицины проблема внебольничной пневмонии (ВП) является одной из самых актуальных. По большинству критериев оценки (тяжесть течения, число дней трудопотерь, осложнения, увольняемость, смертность, темпы прироста) пневмония в настоящее время превосходит острые респираторные заболевания (ОРЗ) и все другие заболевания респираторного тракта [6,9]. Широкая распространённость ВП, значительные трудности верификации раннего этиологического диагноза, постоянно расширяющийся спектр микробных агентов, способных явиться причиной инфекционно-воспалительного процесса в лёгочной паренхиме [3,6], - очевидные, но не единственные причины того, что проблема терапии, несмотря на столь существенный прогресс фармакологии и фармации, ещё далека от разрешения. Это в свою очередь предопределяет интерес к различным звеньям патогенеза данного заболевания.

В настоящее время не вызывает сомнений, что ВП, связаны с развитием окислительного стресса, который сопровождаясь деструктивным воздействием свободнорадикального окисления (СРО), может стать причиной развития иммунной недостаточности и как следствие хронизации патологического процесса в легких [5,13,14]. Основным фактором регуляции процессов СРО является состояние антиокси-дантной системы органов и тканей. Именно оно определяет, насколько будут выражены патологические изменения, вы-

званные активацией процессов перекисного окисления липидов (ПОЛ). В свою очередь активность ферментативного звена антирадикальной защиты (АРЗ) зависит от содержания в организме селена, компонента глутатионпероксидазы [3,11,12,15]. Дефицит этого микроэлемента в Забайкалье и доказанная способность препаратов селена стимулировать адекватный ответ со стороны ферментативного звена анти-оксидантной системы [2,8] делают актуальным изучение возможности использования последних в лечении ВП.

В связи с этим целью работы явилось патогенетическое обоснование применения растительных адаптогенов с анти-оксидантными свойствами с целью уменьшения патологического воздействия окислительно-восстановительного стресса на основе выявленных закономерностей нарушений в системе «ПОЛ - АРЗ» в комплексной терапии ВП.

Материалы и методы

Проведено комплексное клинико-лабораторное обследование 75 военнослужащих, проходящих военную службу по призыву в возрасте от 18 до 24 лет, с диагнозом ВП, нетяжелое течение, лечившихся стационарно в пульмонологическом отделении 321 ОВКГ СибВО г. Чита. Диагноз выставлялся на основании клинической картины, рентгенологических данных и биохимических показателей крови.

The comparative study of sorbtion ability of pectin, obtained by different ways from tubers of Jerusalem artichoke (Helianthus tuberosus L.)

Текст научной работы на тему «Сравнительное изучение сорбционной способности пектина, полученного различными способами из клубней топинамбура (Helianthus tuberosus L. )»