Влияние способ очистки пектинового гидролизата на молекулярные параметры пектина из яблок

УДК 547.458.88.05

ВЛИЯНИЕ СПОСОБ ОЧИСТКИ ПЕКТИНОВОГО ГИДРОЛИЗАТА НА МОЛЕКУЛЯРНЫЕ ПАРАМЕТРЫ ПЕКТИНА ИЗ ЯБЛОК

А.Х. Зумратов, А.С.Насриддинов,Ш.Е. Холов, З.К.Мухидинов

Институт химии им В.И. Никитина Национальной академии наук Таджикистана

Пищевые отходы и побочные продукты в настоящее время признаны серьёзной глобальной проблемой, которая ставит под угрозу долгосрочную устойчивость цепочки поставок продуктов питания. По оценкам Продовольственной и сельскохозяйственной организации Объединённых Наций (ФАО), около одной трети всего производимого в мире продовольствия ежегодно выбрасывается. Из 1,5 млрд тонн фруктов и овощей, производимых ежегодно, около 0,5 млрд тонн либо выбрасываются, либо превращаются в побочные продукты, такие как кожура, семена, скорлупа, стручки, жмых и т. д. во время переработки [1]. Эти отходы или побочные продукты могут быть превращены в ценные продукты, такие как полисахариды, полифенолы, эфирные масла, пищевые волокна, смолы, вкусовые соединения и пигменты, вместо сжигания или захоронения на свалке [2].

Пектиновые полисахариды (ПП) представляет собой полимеры клеточной стенки растений, который широко используется в пищевых и фармацевтических промышленностях в качестве стабилизатора и эмульгатора для улучшения стабильности продукта, как композиционного материала - носителя лекарств и пищевых нутриентов, благодаря их биобезопасности гелеобразующую и эмульгирующейся способности [2-10] имеют множество применений в пищевой промышленности, например, в качестве гелеобразователя, загустителя, стабилизатора и эмульгатора, а также в качестве пищевых волокон. Спрос на получение пектина из новых источников постоянно растёт. ПП обычно используется в пищевой промышленности в качестве добавки к таким продуктам, как джемы, желе, низкокалорийные продукты, стабилизирующие подкисленные молочные продукты, загустители и эмульгаторы. В фармацевтической промышленности ПП примененяют для приготовления препаратов, снижающих уровень холестерина и сахара в крови и для лечение желудочно-кишечные заболеваний. ПП показали высокую эффективность при заживлении ран и оказывали синергетическое действие на лекарства при лечении рака [3-11]. Полисахариды пектинового типа в качестве природного и нетоксичного вещества используются в пищевой и медицинской промышленности благодаря их биологической активности, в том числе анальгетической, анти-HBV и иммунологическую активность [6-10].

До сих пор экстракция полисахаридов в промышленности и исследованиях в основном проводятся в кислой среде при высоких температурах и длительного времени гидролиза, в то время как в экстрактах (гидролизатах), всегда присутствуют некоторое количество биологически активных веществ. Предыдущие исследования показали, что параметры внешнего раствора при гидролизе-экстракции ПП, оказали значительное влияние на их структуру и биологическую активность [12,13].

Расширяется применение ПП во многих других отраслях пищевой и фамацевтической промышленностей, например, при создании носителей лекарств и пищевых ингредиентов, пищевых плёнок и покрытий [4-12], заменителей бумаги, пеноматериалов и др.

Из-за такого разнообразного использования пектина, существует острая необходимость в изучении других нетрадиционных источников или модификации существующих источников для получения пектина с желаемыми качеством путём рациональной модификации пектина с помощью химической и ферментативной обработки.

Многофункциональность пектиновых полисахаридов (ПП) связана со структурным разнообразием этих полимеров клеточной стенки. Структурно полимеры пектина представляют собой гетерополисахариды, в основном состоящие из трех различных субдоменов: гомогалактуронана (HG), рамногалактуронана I (RG I) и рамногалактуронана II (RG II). Линейный субдомен HG состоит из α-1,4-связанных остатков GalA, карбоксильные группы, которые могут быть метил-этерифицирован по C6 пиранозного цикла. RG I состоит из повторяющихся [→α-D-GalpA-1,2-α-L-Rhap-1,4→] дисахаридных единиц, замещенных по остаткам рамнозы гетерогенными боковыми цепями, состоящими из остатков галактозы, арабинозы и ксилозы. RG II имеет более сложные разветвления, состоящие из 12 различных типов гликозильных остатков, соединённый на остове из семи-девяти остатков GalA [4, 14, 15].

Основными источниками коммерческого пектина являются цитрусовые, яблоки и побочные продукты, образующиеся после их переработки, в том числе кожура цитрусовых и яблочные выжимки. Альтернативы источники получение пектина включают шелуху какао, головки подсолнечника, сахарную свёклу, тыкву, арбуз, груши и картофельную мякоть [3,16]. Яблочные выжимки содержат около 10-15%, а кожура цитрусовых содержит около 20-30% пектина в пересчете на сухое вещество, в то время как в остатках корзинок подсолнечника и сахарной свекле присутствует около 10-20% пектина в пересчете на сухую массу [2,3,15-17].

Физико-химические характеристики, такие как рН, температура, концентрация ионов и присутствие соли, напрямую влияют на как выход ПП при гидролиза-экстракции, так и не его структуру и гелеобразующую способность. Химические и структурные особенности этого полисахарида позволяют ему взаимодействовать с широким спектром молекул, что позволяет формировать новые композиционные матрицы для целевой/контролируемой доставки терапевтических молекул, генов или клеток [2-4, 6-11]. Пребиотические свойства ПП как пищевые волокна соответствуют многим нормативным требованиям применяемые в медицине и фармацевтической промышленности [7-12].

Функциональность полисахаридов во многом зависит от их молекулярной массы и их гидродинамические поведения в растворе. Характеристика ПП в этом плане имеет важное значение, поскольку он потенциально может быть использован в производстве промышленных продуктов. Поэтому в данной работе было исследовано влияние способа очистки раствора пектинового гидролизата после экстракции из яблочных выжимок на молекулярную массу и гидродинамические свойства ПП в растворе.

Экстракцию ПП проводили флэш методом (быстрой) гидролиз - экстракции в автоклаве под давлением за короткий промежуток времени [18]. Сушёные выжимки яблок (из красных яблок Файзобадского района, Республики Таджикистан) набухают в воде, промывают водой и проводят гидролиз при Т=120-130^оС в течение 3-10 мин соляной кислотой в соотношении сырье кислота 1:20, при рН 2,0. Давление в автоклаве автоматически контролируется паровым генератором (Паровой генератор MBA – 20D, США).

Дальнейшее выделение фракций ПП проводили двум способами: спиртовым осаждением (СО) и диа-ультрафильтрационным методом (ДУФ) [19].

Молярную массу (M_w) и молекулярно-массовое распределение (ММР) образцов пектинов анализировали на высокоэффективной эксклюзионной жидкостной хроматографии (ВЭЭЖХ) с помощью системы доставки высокого давления (Waters, США), встроенного 2-канального вакуумного дегазатора, последовательно соединённого с дифференциальным вискозиметром модели ViscoStar (Wyatt Technology, США), дифференциальным рефрактометром (RI 2410, Waters, США), двумя эксклюзионной колонками PL-Aquagel OH-60 и OH-40, системой автоматического введения пробы (717 Plus Auto Injector, Waters).

Сухие образцы пектина (~2 мг/мл) растворяли в подвижной фазе (0,05 М NaNO₃), центрифугировали при 20000 g в течение 30 минут и фильтровали через мембранный фильтр (Millex HV 0,22 мкм, Millipore Corp., США). Скорость потока и объем инъекции составляли 0,8 мл/мин и100 мкл соответственно. Образцы анализировали в тот же день и в трёхкратной повторности.

Выход фракции ПП из колонки обнаруживали последовательно с помощью детекторов ViscoStar и RI 2410. Электронные выходы обоих детекторов были подключены к отдельным последовательным портам одного и того же персонального компьютера таким образом, чтобы данные могли одновременно собираться и обрабатываться программным обеспечением ASTRA 5.3.4.20 (Wyatt Technology) и Breez (Waters).

Колонки калибровали с использованием серии стандартных образцов Pullulan (Showa Denko K.K., Япония) со значениями Mw 788 кД; 667КД; 404КД; 112КД; 47,3кД и 22,8кД соответственно. Значения Mw, Mn и Mz для серицина были получены с использованием универсальной калибровки. Среднее значение приращения показателя преломления от концентрации (dn/dc), было взято из работы [17] равное 0,134 мл/г.

Образцы пектина были очищены СО соотношение раствра ПП и спирт 1:1; 1:2 и 1:3 и одно, двух и трёхкратным ДУФ способами и также анализированы на содержание галактуроновой кислоты (ГК) и степени их этерификации (СЭ) [17].

На рис 1. представлены ЭЖХ хроматограммы и кривые молекулярно-массового распределения (ММР) ПП яблок, полученные флэш методом гидролиза-экстракции при 130^оС в течение пяти минут и очищенные спиртовым осаждением при разные соотношение раствора ПП гидролизата и спирта. Весь образец элюировался в пределах свободного/общего объёма хроматографической колонки. Для всех образцов виден один широкий пик при объёме 12.5–18 мл. Из кривые ММР очевидно, что разница в молекулярной массе и их распределения для каждого образца пектина очень незначительна (рис. 1).

2

1

3

Рис.1. ВЭЭЖХ хроматограммы и кривые ММР ПП яблок, полученные флэш методом при 130^оС в течение 5 мин, очищены СО методом: 1- ЯП130-5 (1:1); 2-ЯП130-5 (1:2) и 3-ЯП130-5 (1:3).

Схожая картина наблюдается из хроматограммы образцов ПП полученные флэш методом при 130^оС в течение пяти минут при одно, двух и трёхкратным циклом ДУФ очистки.

11

2

3

Рис.2. ВЭЭЖХ хроматограммы и кривые ММР ПП яблок, полученные флэш методом при 130^оС в течение 5 мин, очищены ДУФ методом: 1- ЯП130-5 CO 1:2; 2-ЯП130-5 ДУФ1 и 3-ЯП130-5 ДУФ2.

Профиль ЭЖХ хроматографии образцов ПП, полученные обеими методами очистки представляют мономодальные и относительно широким (10 – 1000 кДа) распределение по молекулярной массы.

На рис. 3 и 4 представлены дифференциальные кривые ММР, из которых отчётливо видны максимумы молекулярной массы образцов ПП очищенные СО и ДУФ методами.

3

1

2

Рис.3. Диференциальные кривые ММР ПП яблок, полученные флэш методом при 130^оС в течение 5 мин., очищены СО методом: 1- ЯП130-5 (1:1); 2-ЯП130-5 (1:2) и 3-ЯП130-5 (1:3).

Если в первом методе максимальное значение молекулярной массы ПП приходится при соотношении раствора ПП и спирта 1:2, в случае ДУФ очистки двухкратный цикл считается оптимальным для данного пектина. Более того, отчистка ДУФ позволяет увеличить фракции со высоким молекулярным весом (рис. 4 линии 2 и 3) и тем самим повысить качество пектина (табл.1).

2

3

1

Рис.4. Сравнительные дифференциальные кривые ММР ПП яблок, полученные флэш методом при 130^оС в течение 5 мин и очищенные СО и ДУФ методами: 1- ЯП130-5 СО 1:2; 2-ЯП130-5 ДУФ1 и 3-ЯП130-5 ДУФ2.

Данные значение средневесовой молекулярной массы (M_w) и коэффициента полидисперсности (M_w/M_n,), найденные с помощью программы ASTRA 5.3.4.20 (Wyatt Technology) на основе профиля хроматограммы (рис.1 и 2) для пектиновых образцов, полученные разными методами очистки, представлены в таблице 1. В таблице 1 также приводится данные о содержантсе ГК в ПП иее степени этерификации.

Таблица 1.

Выход ПП, содержание ГК (%), СЭ (%), содержание микрогелы (МГ), молекулярная масса (M_w), показатель полидисперсности (M_w/M_n,), в ПП и их гидродинамические свойства

Из данных таблицы 1 видно, что выход пектина пропорционально растёт с увеличением соотношение раствора гидролизата к осадителя (этилового спирта), происходит само осаждение низкомолекулярных фракций в составе пектинового геля. Это приводит снижению содержание основного компонента ПП HG фракции. Наоборот, с ростом кратности ДУФ значение выхода ПП снижается, вследствие отщепления и фильтрации низкомолекулярных компонентов (сахара, олигосахариды, белки, полифенольные вещества и другие минеральные соединения), что приводит к заметному возрастание HG субдоменов, который повиляет на функциональные характеристики и качества пектина -гелеобразователя.

Анализ значения M_w и M_w/M_n, при СО методом очистки показывает, что с увеличением концентрации осадителя т.е. соотношение раствора пектинового гидролизата и осадителя от 1:1 к 1:2 значение M_w возрастёт от 97,4 до 108,6 кДа, а при соотношении 1:3 уменьшается до значения 99,7 кДа. При этом коэффициент полидисперсности ПП макромолекул высокие, и при соотношении раствор: осадителя 1:3 достигает значение 16,3. Это указывает на соосаждение низкомолекулярных продуктов гидролиза. Количества агрегированных частиц -микрогелей - (МГ) в данных образцах пектинов составляет более 15,4 %, а при увеличении соотношение раствор: осадителя несколько увеличивается до 22,1%. Это указывает на способности ПП цепей вновь объединятся посредством водородных связей, после гидролиза и очистки через боковые цепы и посредством других связанных спутников. Значение z- средней молекулярной массы (M_z) также параллельно увеличивается с ростом количество МГ частиц, что подтверждает предложенную гипотезу [20] о взаимосвязи значение M_z и степени агрегации ПП макромолекул.

При применении метода ДУФ в процессе очистки раствора гидролизата, полученные данные молекулярных параметров ПП имеют несколько превосходные результаты: M_w образцов ПП от первого этапа процесса диализа и ультрафильтрации (ДУФ1) к второму этапу (ДУФ2) возрастает: 99,5 КДа и 119,4 соответственно последующем выделение ПП из раствора спиртом при оптимальном соотношение раствора и осадителя 1:2. И в данном случае дальнейшее увеличение концентрации осадителя при выделении ПП из раствора концентрата (1:3) приводит к снижению значение M_w. Если у образцов ПП, полученные первичном ДУФ процессе при однократном и трёхкратном спиртовом осаждение значение M_w уменьшается от 119,3кДа до 67,4 кДа, в тоже время при втором ДУФ процессе M_w соответственно падает с 128,1 кДа до 76,5 кДа. Данные наблюдение указывает на то, что макромолекулы ПП в процессе ДУФ очищаются от низкомолекулярных фракции поли- и олигосахаридов и другие побочные продукты гидролиза. При чем значение коэффициента полидисперсности (M_w/M_n) снижается почти в 2 раза, что подтверждает высшее сказанного гипотезу. Более того достоверность этого высказывания было заверена данными 1D и 2D ЯМР спектроскопии, полученные для яблочного пектина из другого сорта на пилотной установке [19]. Из данных табл.1 таже видно, что значениеM_zпри втором процессе ДУФ уменьшается от 1126 кДа до 800 кДа, что говорит о преимуществе данного метода очистки по сравнению с СО способом [19]. Следовательно, применение соотношение раствора ПП и осадителя-этилового спирта 1:3 не желательно, так как приводит к потери качества пектина.

Исходя из сложности структурной организации ПП в клеточной стенке растений, процесс гидролиза - экстракции этих полисахаридов представляет собой гетерогенную реакцию параллельно протекающие процессы [13]. Принимая во внимание неоднородность пектиновых макромолекул по моносахаридному составу (линейные цепи HG и разветвлённые RG I и RG II), следует утверждать, что реакция гидролиза протекает более интенсивно на разветвлённые участки цепей богатых остатками нейтральных сахаров, а осколки ПП с высоким содержанием галактуроновой кислоты (HG), к тому же стабилизированные межмакромолекулярными связями, посредством ионов кальция переходят в раствор в нативном состоянии и практически неизменным остаётся до конца процесса гидролиза. Это даёт возможность путём тонкого регулирования не только процесса гидролиза [17,18], но и способа очистки (экстракция), что позволяет получить ПП с заданными физико-химическими характеристиками. Таким образом, из полученных резултатов молекулярных массс и их распределение в процессе очистки гиролизатов, в данном исследдвание, нами удалось найти оптимальные условия для полученния ПП с требуемыми свойстваи.

Другим важными параметрами, определяющие форму и размера полимерных цепей в растворе, влияющими на характеристики ПП кроме M_w и ММР, являются гидродинамические свойства, которые определяют качества конечного продукта при использовании пектина как загустителя и гелеобразователя в пищевой и фармацевтической промышленности.

Наиболее распространённым и простым методом определения гидродинамических свойств полимеров является характеристическая вязкость [] и коэффициент диффузии в разбавленном растворе. [η] раствора высокомолекулярного вещества имеет размерность удельного объёма и служит мерой дополнительных потерь энергии, связанных с вращением макромолекул в потоке. Благодаря методу ЭЖХ с применением дифференциального вискозиметрического детектора и компьютерной программы ASTRA (Wyatt Technology) можно определить не только характеристическую вязкость на линии (online) при разделении макромолекул на хроматографической колонке, но и удаётся определить и гидродинамический радиус (R_h), который даёт информацию о форме и размера макромолекулы в растворе (табл. 2).

Таблица 2.

Значение гидродинамических параметров ПП ([η], мл/г и Rh(w), нм)

Как видно из данных таблицы 2 значение [], по мере увеличение концентрации осадителя, проходит через максимум и находятся в переделах 87,8; 91,6; 72,9 мл/г и следует изменение значениям M_w и размеры молекулы (R_h(w)) соотвественно 8,9; 9,4 и 8,2 нм. После применение ДУФ способа отчистки происходдть следующие изменение в значениях M_w,[], и (R_h(w)): при первом цикле ДУФ значение этих параметров врзрастает, затем монотонно снижается при дальнейшего осаждения ПП с возрастанием соотношение раствора гидролизата к спирту; с увеличением кратности ДУФ значения [] и R_h(w) значительно возрастает от 92,7 до 107,7 г/мл и 9,7 до 11,0 нм соответственно. При очистке гиролизата ДУФ происходит удалении несвязанных с ПП низкомолекулярных веществ, что положительно влияет на своства ПП. Из анализа совокупности данных молекулярной массы и гидродинамические свойства вытекает что оптимальное соотношение раствор ПП: этиловый спирт является равное 1:2, а кратность ДУФ в двух цикла достаточно для эффективного выделение ПП с желаемыми свойствами.

Данные гидродинамические размеры изученных пектинов, полученные с помощью процедуры ASTRA вполне соответствуют гидродинамическим размерами пектинов, найденные другими методами [19-22]. Средний размер разветвлённого пектина, рассчитанный с помощью метода распределения по размерам с использованием технологий разделения по размерам в сочетании с детекторами, чувствительными к числу, массе и молекулярной массе из [22], составил 7,2 нм, и большинство образцов пектина показали основной пик вокруг этой области. Сообщалось о распределении пектина тыквы в двух отденых фракциях по размерам с пиком при R_h ~ 10 нм с молекулярной массой около 70 кДа и другой фракцией с более высокой молекулярной массой и размерами [20]. Различие может быть вызвано процесами формирование этих происахаридов в клеточную стенку любым или всеми образцами разных видов, степенью зрелости и методом экстракции ПП [14, 23].

Важнейшее свойство полимерных молекул - их способность сворачиваться, изменять свою конформацию от палочкообразной до клубковой при увеличении длины полимерной цепи, определяется их равновесной жёсткостью. Для определения конформационных характеристик полимерных цепей, разработан ряд физических методов, основанных на измерении поступательного и вращательного трения макромолекул. К числу этих методов следует отнести вискозиметрию, седиментацию и изотермическую поступательную диффузию, динамическое рассеяние света, электрическое и динамическое двойное лучепреломление и ряд других.

Данные Mw, [], и (Rh(w)), полученные с помощью программного обеспечения ASTRA, позволяют оценить форму молекулы на основе их измеренной. Наклон этого графика позволяет оценить форму однородного полимера [24] и является мерой его компактности. Кроме того, показатели наклона на этом графике представляют собой средние значения всех присутствующих форм и не обязательно измеряют молекулярные конформации отдельных присутствующих молекул. В случае гетерогенного полимера, такого как пектин, взаимосвязь между наклоном и формой молекулы несколько сложнее, как показано на рис. 4 и 5.

На рис. 4 показан график зависимость гидродинамического радиуса от молекулярной массы ПП (конформационный график), полученные флэш методом и очищенные спиртом (ЯПФ -130-5 СО). На этом графике чётко видно, что макромолекулы ПП в данном сырье в зависимости от их гидродинамического размера распределены в трех участках в виде низко-, средне- и высокомолекулярные фракции. Найденные усреднённый наклоны с коэффициентом «b» очень близкие и равное 0,67; 0,65 и 0,64 соответственно для образцов ПП экстрагированные спиртовым осаждением при соотношении раствора гидролизата: спирт 1:1; 1:2; и 1:3 соответственно. Это свидетельствует о том, что в растворе макромолекулы ПП находятся преимущественно в форме сегментированных стрежней или набухшего клубка.

Рис. 4. Зависимость гидродинамического радиуса от молекулярной массы ЯПФ -130-5 СО: первая, ЯПФ -130-5 СО 1:1 (b=0.67), вторая, ЯПФ -130-5 СО 1:2 (b=0.65) и третья ЯПФ -130-5 СО 1:3 (b=0.64).

На рис. 5 приводится конформационный график для образцов ПП, полученные ДУФ методом очистки. Характер кривой почти тоже, найденные значение коэффициента «b» равны 0,64 для ПП, очищенного одним циклом ДУФ и 0,63 для ПП выделенного дополнительным ДУФ способом. Как следует из численных значений коэффициента «b» из конформационного графика размеры макромолекулы ПП яблок мало отличается друг от друга.

Рис. 5. Зависимость гидродинамического радиуса от молекулярной массы ЯПФ -130-5 ДУФ, полученные флэш методом: первая,ЯПФ -130-5 ДУФ 1 (b=0.64), вторая, ЯПФ -130-5 ДУФ 2 (b=0.63).

Известно, то молекулярная структура пектиновых полиэлектролитов значительно сложнее, на что может влиять не только режим экстракции, способы его выделения и очистки, но и степень этерификации (СЭ) карбоксильных групп и способности макромолекул к межцепочечной агрегации, что важно контролировать при производственных процессах [4, 6, 13-17, 19-21, 25, 26].

Авторы [25] впервые с использованием атомно-силовой микроскопии показало, что ПП апельсина представляют собой смесь сферических и линейных молекул в форме стержней, изогнутых стержней, сегментированных стержней и разветвлённых стержней [13]. Кроме того, эти линейные молекулы могут собираться в сеть, форма, которая приближается по компактности к сфере.

В недавной работе [26] исследовано влияние СЭ, pH, температуры и концентрации на макромолекулярные поведения пектина в растворе. Малоугловое рассеяние рентгеновских лучей, дополненное атомно-силовой микроскопией и молекулярной динамикой, использовалось для исследования структуры, форм и размеров ПП в растворе. Наблюдались две формы структуры, характеризующим цепочечные кластеры размером от 100 до 200 нм. Второй уровень структуры возникает из одиночных биополимерных цепей с радиусом вращения (Rg) от ∼6 до 42 нм. Развитие ряда макромолекулярных пространственных моделей in vitro и in silico для ПП показывает, что гибкость цепи увеличивается с ростом СЭ и в кислом области pH, тогда как водородные связи являются ответственной термодинамической движущей силой для образования кластеров. ПП с высоким СЭ создают структуры более низкой фрактальной размерности с менее эффективной упаковкой. Полученные в данной работе численные значение конформационного параметра «b» хорошо согласуется с этой гипотезой для ПП яблок с высокой СЭ.

Авторами работы [26] было изучено эмульгирующие и стабилизирующее механизмы свойства субдоменов структуры ряд пектиновых экстрактов (яблочного, морковного ПП и ПП из томата и лука) в зависимости от их структуры и молкулярной массы. Оценка эмульгирующего и стабилизирующего потенциала образцов ПП в эмульсии маслов в воде (м/в) включала исследование их способности снижать межфазное натяжение наряду с исследованием стабильности при хранении стабилизированных пектином эмульсий. Поведение при расслаивании, а также изменение размера капель масла были тщательно изучены во время хранения с использованием нескольких аналитических методов. В целом, капли масла меньшего размера были получены при рН 2,5 по сравнению с рН 6,0, что указывает на лучшую эмульгирующую способность ПП при более низком значения рН. Самая низкая стабильность эмульсии наблюдалась в эмульсиях, приготовленных с томатным пектином, в которых слабая флокуляция и относительно быстрое образование сливок влияли на стабильность эмульсии. ПП из лука явно продемонстрировал наиболее многообещающий потенциал эмульгирования и стабилизации эмульсии. Наличие двух полимерных фракций в этом образце предположительно играють важную роль в стабильности эмульсии м/в. Эта работа показала, что образцы пектина, извлеченные из растений различного происхождения, демонстрируют различные структурные свойства, что приводит к различному потенциалу эмульгирования и стабилизации эмульсии. Они показали, что молярная масса полимера потенциально играет важную роль в его соотношении структура-функция. Основными структурными различиями между этими образцами пектина были СЭ пектиновых фракции, гидродинамический радиус (R_h) и значение М_w. Кроме того, значение R_h при рН 6.0 значительно (два раза) снизился для излированных фракции пектинов.

Экстракция ПП это физико-химический процесс включает гидролиз, растворению пектиновых полимеров и дифузии макромолекулы из растительных тканей под влиянием нескольких параметров процесса обработки. Кроме того, стадия выделения ПП и его очистки от низкомолекулярных продуктов гидролиза из раствора играет немаловажную роль в этом процессе. Знание физических свойств (молярная масса и гидродинамические свойства макромолекулы в растворе), важны при оценке качества пектина и разработки технологических процессов. Результаты показывают, что характеристическая вязкость растворов, молекулярная масса и гидродинамический размер макромолекулы ПП чувствительны к условиям экстракции и выделения ПП раствора гидролизата. Таким образом, анализ влияние этих параметров с условиями процессов экстракции и очистки, может привести к получению пектинов с особыми свойствами для конкретных применений. Флэш метод гидролиз и эффективный способ экстракции - ДУФ позволяет избежать длительного контактирования сырья с гидролизующим агентом и температуры, что предотвращает возможную деструкцию пектиновых молекул, перешедших в раствор.

Функциональные свойства ПП остаются все ещё неясными, и необходимы большие исследовательские усилия, чтобы разгадать взаимосвязь между структурой и функцией пектина, в частности, его роль в растениях. Качественные характеристики, особенно текстурные и реологические свойства, многих пищевых продуктов растительного происхождения в значительной степени зависят от содержания и состава пектина в сочетании с типом применяемых процессов обработки сырья. Тем не менее данная работа раскрыла конформационные поведение яблочного пектина при его выделении из раствора гидролизата двумя практическими способами, охватывающие большинство его промышленно и биологически значимых сред, что позволяет рационально разрабатывать передовые биоматериалы на основе этого ценного биополимера.

Литература

1. FAO, The State of Food and Agriculture 2019, Moving Forward on Food Loss And Waste Reduction, 2019.

2. Kumar S., Konwar J., Purkayastha M.D., Kalita S., Mukherjeea A., Dutta J. Current progress in valorization of food processing waste and by-products for pectin extraction. International Journal of Biological Macromolecules 239 (2023) 124332.https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2023.124332.

3. Herrera-Rodrıguez S.E., Pacheco N., Ayora-Talavera T., Pech-Cohuo S. and Cuevas-Bernardino J.C. Advances in the green extraction methods and pharmaceutical applications of bioactive pectins from unconventional sources: A review. Studies in Natural Products Chemistry, Chapter 7, 2022. https://doi.org/10.1016/B978-0-323-91097-2.00015-7

2. Pectin: Technological and Physiological Properties. Edit by Vassilis Kontogiorgos. Springer Nature Switzerland AG, 2020. рр. 125-188. https://doi.org/10.1007/978-3-030-53421-9

3. Пектин –основа для создания функциональной пищи.Мухидинов З.К., Бобокалонов Д.Т., Усманова С.Р.Душанбе, ООО «Сифат-Офсет» 2019. – 192с., 416 библиогр.

4. Ciriminna R., Fidalgo A., Scurria A., Ilharco L.M., Pagliaro M. Pectin: New science and forthcoming applications of the most valued hydrocolloid. Food Hydrocolloids 127 (2022) 107483.https://doi.org/10.1016/j.foodhyd.2022.107483.

5. Minzanova S.T., Mironov V.F., Arkhipova D.M., Khabibullina A.V., Mironova L.G., Zakirova Y.M., Milyukov V.A. Biological Activity and Pharmacological Application of Pectic Polysaccharides: A Review, 2018, pp. 1–31.

6. O. Zaitseva, A. Khudyakov, M. Sergushkina, O. Solomina, T. Polezhaeva, Pectins as a universal medicine, Fitoterapia 2020, 146, 104676.https://doi.org/10.1016/j.fitote.2020.104676

7. Олимов МА, Шарофова МУ, Ходжаева ФМ, Холбеков АД, Бобокалонов ДТ. Invivo исследование ранозаживляющей активности полисахаридного геля с инкапсулированным облепиховым маслом (Hippophaerhamnoides). Вестник Авиценны. 2023;25(1):84-93.https://doi.org/10.25005/2074-0581-2023-25-1-84-93

8. Zhua Y., Hea Z., Baoa X., Wanga M., Yinc S., Songd L., Peng Q. Purification, in-depth structure analysis and antioxidant stress activity of a novel pectin-type polysaccharide from Ziziphus Jujuba cv. Muzaoresidue. Journal of Functional Foods 80 (2021) 104439. https://doi.org/10.1016/j.jff.2021.104439

9. McClements D.J. Advances in nanoparticle and microparticle delivery systems for increasing the dispersibility, stability, and bioactivity of phytochemicals. Biotechnology Advances 38 (2020) 107287.https://doi.org/10.1016/j.biotechadv.2018.08.004.

10. Van Buggenhout, S., Sila, D.N., Duvetter, T., Van Loey, A. and Hendrickx, M. (2009) Pectin in Processed Fruits and Vegetables. Part III—Texture Engineering. Comprehensive Reviews in Food Science and Food Safety, 8, 105-117.https://doi.org/10.1111/j.1541-4337.2009.00071.x.

11. Халиков Д.Х., Мухидинов З.К. Физико-химические основы распада протопектина растительных клеток под действием кислотных катализаторов. Химия природных соединений. 2004, Том. 40, № 2, ст. 89-100. https://doi.org/10.1023/b:conc.0000033923.40665.7a

12. Voragen A.G.J., Coenen G-J., Verhoef R.P., Schols H.A. Pectin, a versatile polysaccharide present in plant cell walls. Struct Chem (2009) 20:263–275. https://doi.org/10.1007/s11224-009-9442-z.

13. Zdunek A., Pieczywek P.M., Cybulska J. The primary, secondary, and structures of higher levels of pectin polysaccharides. Compr. Rev. Food Sci. Food Saf. 2021. 20 (1). 1101–1117.

2. Muller-Maatsch J., Bencivenni M., Caligiani A., Tedeschi T., Bruggeman G., Bosch M., Petrusan J., Droogenbroeck B.V., Elst K., Sforza S. Pectin content and composition from different food waste streams. Food Chem. 2016, 201:37–45L.R.

3. Muhidinov Z.K., Teshaev Kh.I., Jonmurodov A.S., Khalikov D.Kh., Fishman M.L., Physico-chemical characterization of pectic polysaccharides from various sources obtained by steam assisted flash extraction (SAFE) Macromol. Symp. 2012. Vol. 317-318, p.142-148.https://doi.org/10.1002/masy.201100108

4. TJ 563 Флеш способ экстракции пектина из растительного сырья опуб. 29.12. 2012 бюл. № 86 НПЦ Р. Таджикистан.

5. MuhidinovZ.K.,IkromiK.I.,JonmurodovA.S.,NasriddinovaA.S.,UsmanovaS.R.,BobokalonovJ.T.,StrahanG.D.,LiuLS.Structural characterization of pectin obtained by different purification methods. International Journal of Biological Macromolecules, 2021, 183, р. 2227-2337. https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2021.05.094.

6. Djonmurodov A.S., MuhidinovZ.K., Strahan G. D., Kholov S.E., Teshaev Kh.I., Fishman M.L., Liu LS. Pectic polysaccharides from pumpkin fruit. In Gum and Stabiliser for Food Industry 18. Ed. P.A. Williams and G.O. Philips. RSC Publication, 2016. P. 23-36.https://doi.org/10.1039/9781782623830-00023.

7. Muhidinov Z.K., Fishman M.L., Avloev Ch.Ch., et. al. Effect of temperature on the intrinsic viscosity and conformation of different pectins. Polymer Sciences Journal, Series A, 2010, 52 (12), p.1257-1263.https://doi.org/10.1134/s0965545x10120035.

8. Vilaplana, F., & Gilbert, R. G. Characterization of branched polysaccharides using multiple-detection size separation techniques. Journal of Separation Science, 2010. 33 (22), 3537–3554.

9. Anderson C.T. Pectic Polysaccharides in Plants: Structure, Biosynthesis, Functions, and Applications. In: Cohen, E., Merzendorfer, H. (eds) Extracellular Sugar-Based Biopolymers Matrices. Biologically-Inspired Systems, (2019),vol 12. Springer, Cham. https://doi.org/10.1007/978-3-030-12919-4_12.

10. Podzimek, S. Light scattering, size exclusion chromatography and asymmetric flow field flow fractionation. (2011). Hoboken, NJ, USA: John Wiley & Sons, Inc. https://doi.org/10.1002/9780470877975.

11. Fishman M.L., Cooke P.H., Chau H.K., Coffin D.R. and Hotchkiss A.T. Global structures of high methoxyl pectin from solution and in gels. Biomacromolecules 2007, 8, p.573-578. https://doi.org/10.1021/bm0607729.

12. Alba K., Bingham R. J., Gunning P. A., Wilde P. J., and Kontogiorgos V. Pectin Conformation in Solution. The Journal of Physical Chemistry B 2018 122 (29), 7286-7294 https://doi.org/10.1021/acs.jpcb.8b04790.

2. Neckebroeck, B., Verkempinck, S., Van Audenhove, J., Bernaerts, T., de Wilde d'Estmael, H., Hendrickx, M., & Van Loey, A. (2021). Structural and emulsion stabilizing properties of pectin rich extracts obtained from different botanical sources. Food Research International, 141, 110087. https://doi.org/10.1016/j.foodres.2020.110087.

Адрес публикации: https://www.prodlenka.org/metodicheskie-razrabotki/574944-vlijanie-sposob-ochistki-pektinovogo-gidroliz