Сопоставительная оценка антиоксидантной активности пектинов, полученных из разных источников сырья

11

Содержание

АННОТАЦИЯ

Учебная исследовательская работа студентов (УИРС)  на тему: «Оценка антиоксидантных свойств пектинов разной природы» содержит введение, в котором отражена актуальность исследования, литературный обзор отечественной и зарубежной литературы, методическую часть, экспериментальную часть с обсуждением результатов, выводы по работе и список используемой литературы.

Представленная работа УИРС включает определение антиоксидантной активности пектинов из травянистых растений и сопоставление данной величины с результатами, полученными для традиционно-используемых пектинов.

Основная часть работы изложена на 14 страницах, содержит  3 таблицы, 2 рисунка и 7 литературных источника.

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время повышается потребность в использовании пектина, являющегося ценным природным продуктом, обусловленная расширением кондитерского производства и отраслей народного хозяйства, в которых он используется. Основными отраслями народного хозяйства, в которых активно применяется пектин, являются медицина и пищевая промышленность. Это обусловлено проявлением у данного продукта таких ценных свойств как способность к образованию гелей и проявление высокой физиологической активности, в том числе антиоксидантных свойств. Традиционное применение в качестве источников сырья для производства пектина яблочных выжимок, жома сахарной свеклы, корзинок подсолнечника и корочек цитрусовых, а также отсутствие на территории Российской Федерации производства пектина обусловливает его высокую стоимость.

Организация производства дешевого пектина на территории России возможна при условии предварительного подбора дешевой сырьевой базы для извлечения данного продукта. В частности северные районы страны обладают обширными запасами ежегодно обновляющегося сырья, которое могло бы стать альтернативным вариантом получения высококачественных видов пектина. При этом выделение ценного продукта должно осуществляться с максимальным сохранением его ценных свойств, в частности проявлением антиоксидантной активности, которая является одним из важных условий применения данного вещества в медицинских целях.

1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

Пектиновые вещества представляют собой разветвленный полиуглеводный комплекс. В процессе роста растения состав этого комплекса и массовое его содержание постоянно меняется за счет взаимных превращений с нейтральными полисахаридами.

Согласно современным представлениям пектин имеет линейную структуру. Основой пектиновых веществ является молекулярная цепь из остатков D - галактуроновой кислоты, имеющих пиранозную конфигурацию и соединенных 1,4 - L-глюкозидной связью.

Способность участков молекул пектина, построенных из остатков α-D-галактуроновой кислоты, к межмолекулярной ассоциации, определяют склонность данного полисахарида к образованию гелей.

Пектиновые вещества присутствуют практически во всех растениях, при этом они различаются своими химическими свойствами и соотношением функциональных групп в макромолекулах пектина. В связи с этим у пектинов, полученных из разных источников сырья, варьируется степень полимеризации от 10000 до 250000-360000 [1, 2]. Имеющиеся в составе пектинов карбоксильные группы частично этерифицированы метиловым спиртом. Содержание метоксильных групп колеблется в пределах 9 – 12% [3]. В зависимости от количества замещенных карбоксильных групп пектин может обладать различной степенью этерификации. Различают высокоэтерифицированный пектин, который характеризуется содержанием более 50% карбоксильных групп замещенных остатками метилового спирта и низкоэтерифицированный, у которого степень этерификации ниже 50 [4]. В зависимости от степени этерификации варьируются свойства пектинов, что обусловливает их использование в разных отраслях народного хозяйства.

В частности наиболее распространенными областями использования ценного продукта являются пищевая и фармацевтическая промышленности. При этом использование пектина в медицинской практике основано, в том числе, и на проявлении им антиоксидантных свойств [5, 6].

Антиоксидантная активность (АОА) проявляется в способности веществ  тормозить процессы радикального окисления органических и высокомолекулярных соединений, и тем самым снижать выход продуктов этого окисления: гидроперекисей, спиртов, альдегидов, кетонов, жирных кислот и т. д. Антиоксидант соединяется со свободным радикалом и ставит заслон разрушительному действию лишнего электрона [7].

В научной литературе имеются ссылки описывающие способность пектинов проявлять антиоксидантные свойства. В тоже время  оценка АОА пектинов в зависимости от источников сырья, из которого он выделен,  проводится разными методами, а именно амперометрическим, вольтамперометрическим, кулонометрическим и т. д. Однако в научных публикациях отсутствует информация об антиоксидантных свойствах пектинов разной природы, выраженных в единой системе измерения.   Поэтому сопоставить имеющиеся в литературе данные между собой сложно. Более удобным и менее трудоёмким является аналитический метод определения АОА.

2. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ

Расширение числа сфер применения пектина повышает рост объема рынка пектинов. Россия не имеет собственного производства данного продукта на своей территории вследствие отсутствия сырьевой базы. Все это приводит к удорожанию пектина. Для насыщения Российского рынка дешевым пектином необходимо провести поиск новых отечественных нетрадиционных источников сырья. При этом выделение продукта должно осуществляться с максимальным сохранением его ценных свойств.

В научной литературе предложено производство пектинов в основном из плодов и корнеплодов растений. В тоже время Россия богата сырьевыми ресурсами, ежегодно обновляющимися и произрастающими без вмешательства человека. В частности присутствие пектиновых веществ зарегистрировано в некоторых лекарственных растениях (амарант) и древесине (лиственница сибирская). Вместе с тем в научной литературе имеется лишь незначительная часть публикаций, которая посвящена изучению антиоксидантной активности (АОА) пектинов, полученных из разных источников сырья. При этом для определения АОА пектинов разной природы использованы методы, основанные на использовании амперметра, вольтметра, кулонометрического анализатора и т.д. Сущность этих методов заключается в оценке изменения параметра, в процессе использования антиоксиданта.

Цель исследований заключается в сопоставительной оценке антиоксидантной активности пектинов, выделенных из разных растительных источников сырья методом титрования.

Для достижения цели определены следующие задачи экспериментальных исследований:

оценка антиоксидантных свойств пектиновых веществ, выделенных из травянистых растений, произрастающих на территории Ивановской области и сопоставление результатов с данными, полученными для промышленно выделенных свекольного и яблочного пектинов.

3. МЕТОДИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

3.1. Характеристика объектов исследования и используемых химических материалов

В качестве объекта исследования в работе использованы травянистые растения, произрастающие на территории Ивановской области и собранные  в  2011 г.

Таблица 1.

Характеристика объектов исследования

Исследуемые растворы включали традиционно используемые химические реагенты

Таблица 2.

Характеристики химических реагентов

3.2. Метод определения антиоксидантной активности

В стакан вместимостью 50 мл вносят 8 мл свежепрокипячённой и охлаждённой дистиллированной воды, 1 мл 20% серной кислоты, 1 мл 0,05 Н раствора перманганата калия, перемешивают и титруют раствором пектина. Расчёт показателя АОА объекта, которому соответствует концентрация биологически активного вещества восстанавливающего характера (В) исследуемого объекта (мг/мл), проводят по формуле:

где 0,27 – коэффициент, рассчитанный с учетом экспериментальных данных, мг;

Vx – объём раствора исследуемого объекта, израсходованного на титрование 1мл 0,05 Н раствора перманганата калия, мл.

4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

4.1.Сопоставительная оценка антиоксидантной активности пектинов, полученных из разных источников сырья

Пектиновые вещества широко распространены в природе. Они встречаются в плодах, соках, корнях, стеблях большинства растений. Строение молекул пектинов, полученных из разных растительных источников, имеет свои отличительные признаки: характеризующиеся величиной молекулярной массы, степенью этерификации, наличием ацетилированных гидроксильных групп и т.д. Отличия в химических и физических свойствах пектинов, выделенных из разных источников сырья, будут отражаться на проявляемой ими антиоксидантной активности (АОА).

Для оценки АОА пектинов, выделенных из травянистых растений , использовались 1%-ные растворы. Данная концентрация была подобрана в ходе эксперимента и является оптимальной для всех анализируемых объектов.

Полученные данные оценки антиоксидантных свойств пектинов представлены в таблице 3.

Таблица 3

Антиоксидантная активность пектинов:

Как видно из таблицы, пектин, выделенный из травы толокнянки, листьев ревеня, цветков зверобоя и корня солодки, обладает более выраженными антиоксидантными свойствами. При этом максимальной АОА обладает пектин, полученный из листьев толокнянки. Наблюдаемый уровень показателя на данном этапе исследования объяснить пока сложно, так как даже в научной литературе отсутствует единое мнение о структурных компонентах пектинов, обусловливающих их АОА [6].

На рисунке 1сопоставлены величины АОА для пектинов, выделенных из травянистых растений и традиционно используемых в пищевой и медицинской промышленности.

Рис. 1. Сопоставление величин АОА пектинов, выделенных из травянистых растений и традиционно используемых в пищевой и медицинской промышленности: 1 – трава толокнянки; 2 – листья ревеня; 3 – цветки зверобоя; 4 – корни солодки; 5 – яблочный жом; 6 – свекольный жом.

Нетрудно видеть, что данная величина АОА в 62,6 и в 40,5 раза больше по сравнению с величиной, полученной соответственно для свекольного и яблочного пектинов. Величина АОА для остальных представленных на рисунке объектов находится примерно на одном уровне. При этом она в 20 раз больше по сравнению со значением для свекольного и яблочного пектинов. Такой высокий уровень проявления пектинами антиоксидантных свойств может способствовать их применению в медицинской области народного хозяйства.

Пектин, выделенный из листьев крапивы и лопуха, соломы льна проявляет антиоксидантные свойства, близкие к величине для традиционных полисахаридов. Об этом наглядно свидетельствуют данные, представленные на рисунке 2.

Рис. 2. Изменение показателя АОА по сравнению с его значением для свекольного и яблочного пектина: 1 – солома льна; 2 – листья лопуха; 3 –листья крапивы; 4 – яблочный жом; 5 – свекольный жом.

В тоже время, величина параметра АОА для анализируемых полисахаридов все же в 2 раза больше по сравнению с результатами, полученными для свекольного и яблочного пектинов. Стоит отметить, что в данной группе объектов наибольшими антиоксидантными свойствами обладают пектины, выделенные из соломы льна. Данный факт может служить одной из причин использования отходов льняного производства в качестве источника сырья для производства пектина.

ВЫВОДЫ

1.     Выявлено, что пектин, выделенный из травы толокнянки, листьев ревеня, цветков зверобоя и корня солодки, обладает высокими антиоксидантными свойствами. При этом величина АОА в 62,6 и в 40,5 раза больше по сравнению с величиной, полученной соответственно для свекольного и яблочного пектинов.

2.     Установлено, что пектин, выделенный из листьев крапивы, листьев лопуха и соломы льна проявляет менее выраженную антиоксидантную активность по сравнению с другими объектами исследования, но в 2 раза большую по сравнению с результатами, полученными для промышленно выделенных яблочного и свекольного пектинов

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1.               Грачева И. М., Кривова А. Ю. Технология ферментных препаратов  – 3-е изд., // перераб. и доп. – М.: Элевар. 2000. – 512 с.

2.               Ефремов А.А., Кондратюк Т.А. Выделение пектина из нетрадиционного растительного сырья и применение его в кондитерском производстве. // Химия растительного сырья. 2008. №4. С. 171-176.

3.               Кочеткова А.А. Некоторые аспекты применения пектина. // Пищевая промышленность, №7, 1992. 432 с.

4.               Белов Н.В. Большая Энциклопедия траволечения - М. 2001. С.37-46.

5.               Yang S.S., Cheng K.T., Lin Y.S., Liu Y.W., Hou W.C. Pectin hydroxamiс acids exhibit antioxidant activities in vitro// Agree. Food Chem. 2004 .V. 52. №13. P. 4270-4273.

6.               Колесниченко Е.А., Сонина Л.Н., Хотимченко Ю.С. Сравнительная оценка антиоксидантной активности низкоэтерифицированного пектина из морской травы. Zostera marina и препаратов – антиоксидантов in vitro//Биология моря. 2005.Т.31.№5.С.380-383.

7.               Брайнина Х.З., Иванова А.В., Шарафутдинова Е.Н. Оценка антиоксидантной активности пищевых продуктов методом потенциометрии // Известия высших учебных заведений // Пищевая технология. 2004. №4. C. 73–75.