Публикация доступна для обсуждения в рамках функционирования постоянно действующей
интернет-конференции “Химические основы рационального использования возобновляемых природных ресурсов”. http:///natural_resources/
УДК: 582.977. Поступила в редакцию 13 декабря 2009 г.
Экстракция пектиновых веществ из различных частей
растения топинамбур (Helianthus tuberosus L.)
© ,*+ , Панчев Ив. Н. и
_______________________________________________
*Ведущий направление; +Поддерживающий переписку
Ключевые слова:
Аннотация
Получены характеристики полиуронидного содержания (ПУС) отдельных частей (соцветий, листьев, стебля, корней и клубней) растения белого топинамбура (Helianthus tuberosus L.). Было установлено, что ПУС варьируется в широких пределах (от 8.6% в корневище – до 13.5% в клубнях).
Методом экстракции 0.075 моль/л оксалатом аммония получены пектиновые вещества и приведены характеристики их выхода, этерификационной степени и чистоты пектина, вязкость водных растворов и молекулярные массы.
Введение
Топинамбур (Helianthus tuberosus L.), известный у нас как кольраби или земляная груша – многолетнее растение из семьи сложноцветных (Compositae), широко распространенный в умеренных и северных широтах. Его стебель и его листья похожи на стебель и листья подсолнуха. Сердцевина его клубней белого, желтого или красного цвета. Для него характерно наличие сухих веществ, которые содержатся в клубнях – 22-30%, богатых инулином (12-18%), сравнительно высоко содержание белков (до 3.2% по отношению к сухому веществу). Характерная особенность – высокое содержание органических оксокислот таких как: лимонная, яблочная, винная, также встречаются дикарбоксильные кислоты (малоновая, янтарная и фумаровая), которые в комбинации с содержащейся L-аскорбиновой кислотой обладают антиоксидантным действием [1-5].
Содержание пектиновых веществ в клубнях топинамбура по отношению к сухому веществу от 8 до 11%. Надо подчеркнуть, что описание пектиновых веществ (обнаружение и их выделение) впервые приводится в [6]. Несмотря на то, что содержание пектина в топинамбуре высокое, в литературе имеются только отрывочные данные о способе его экстракции и нет никакой его характеристики.
Цель настоящей работы – определение полиуронидного содержание (ПУС) в разных частях растения (соцветие, листья, стебель, корневище и клубни), обнаружение самого подходящего экстрагента для выщелачивания пектиновых веществ и получение химической и физикохимической характеристики пектиновых препаратов.
Экспериментальная часть
Полиуронидное содержание (ПУС) и степень этерификации (СЕ) пектиновых веществ, содержа-щихся в разных частях растения определяли модифицированным ранее нами методом Mc Cready [7].
Степень этерификации (СЕ) и чистота полученных пектинов определяли ранее описанным нами методом [8].
Вязкость водных растворов определяли по [9].
Молекулярную массу очищенных пектинов можно определить методом, разработанным Anger и сотрудниками [10].
Экстракция пектина. 100 г промытого, воздушно осушенного прессованного вещества сухого материала заливают 200 см3 дистиллированной воды при температуре 85-90 оС и содержании оксалата аммония – 18.8 g (0.750 моль/л). Смесь экстрагируется в течение 45 мин при T = 85 оС и периодически перемешивается. Фильтрацию осуществляют в горячем состоянии, измеряют объем фильтрата и охлаждают его до комнатной температуры. Потом добавляется 20 см3 концентрированной соляной кислоты и равный объем 95% этанола. Хорошо перемешивают и оставляют на два часа при комнатной температуре.
Полученный коагулят фильтруют, промывают несколько раз 70% этанолом до тех пор пока уже не будет хлорных ионов, затем промывают два раза 95% этанолом и сушат при 40 оC до постоянного веса.
Результаты и их обсуждение
В табл. 1 представлены данные по полиуронидному содержанию (ПУС) и степени этери-фикации пектиновых веществ разных частей растения (для опытов использовали белый топинамбур).
Табл. 1. Полиуронидное содержание и степень этерификации
пектина в разных частях белого топинамбура
№ опыта | Часть растения | *ПУС, % | *СЕ, % |
1 | Соцветие | 11.2 | 51.4 |
2 | Листья | 10.8 | 60.1 |
3 | Стебель | 12.4 | 52.4 |
4 | Корневище | 8.6 | 61.6 |
5 | Клубни | 13.5 | 64.8 |
*Данные по отношению к абсолютному сухому веществу
Из данных в табл. 1 видно, что пектин содержится во всех частях растения, а его коли-чество наиболее минимально в корневищах, а его самое высокое содержание – в клубнях (опыты 4 и 5).
У пектина самая низкая степень этерификации в соцветиях и в стебле (опыты 1 и 3), что логично, если предположить сходство топинамбура с подсолнухом.
Были сделаны опыты для нахождения самого подходящего экстрагента пектиновых веществ из клубней. С этой целью мы использовали эквимолярные концентрации водных растворов соляной, азотной и оксаловой кислоты, в том числе и оксалат аммония. Данные из этих опытов представлены в табл. 2.
Табл. 2. Экстракция пектина из клубней H. tuberosus L разными экстрагентами
(продолжительность 45 мин, T = 85 oC, соотношение с водой 1: 20)
№ опыта | Вид экстрагента | Выход пектина, % | СЕ, % | Чистота |
1 | Соляная кислота | 10.6 | 61.4 | 65.0 |
2 | Азотная кислота | 10.8 | 61.0 | 64.1 |
3 | Оксаловая кислота | 11.0 | 62.9 | 66.3 |
4 | Оксалат аммония | 12.2 | 63.9 | 70.2 |
Опыты проведены с клубнями белого топинамбура
Табл. 3. Экстракция пектина из разных частей H. tuberosus L. 0.075 mol/l
оксалатом аммония (время 45 мин, Т = 85 oC, соотношение с водой 1: 20)
№ | Часть растения | Выход пектина | СЕ, % | Чистота | Вязкость [η] | Молекулярная масса |
1 | Соцветие | 9.1 | 49.8 | 66.6 | 5.70 | 293 000 |
2 | Листья | 9.0 | 56.7 | 60.1 | 5.40 | 266 000 |
3 | Стебель | 10.2 | 50.1 | 65.4 | 6.61 | 327 000 |
4 | Корневище | 5.4 | 58.4 | 60.0 | 4.18 | 188 000 |
5 | Клубни | 12.2 | 63.9 | 70.2 | 6.81 | 349 000 |
Из предоставленных в табл. 2 данных видно, что самый высокий выход пектина можно достигнуть путем экстракции оксалатом аммония (опыт 4), результат в среднем на 10-11% лучшее. Поэтому дальше в опытах мы использовали этот экстрагент. Кроме того, экстракция с оксалатом аммония обеспечивает пектин с самой высокой степенью экстракции и лучшей чистотой, что вероятно происходит из-за более мягких условий, в которых осуществляется экстракционный процесс.
Были выполнены опыты для получения пектиновых веществ из разных частей растения. Данные о результатах сведены в табл. 3.
Выводы
Как и ожидалось, самый высокий выход, самая высокая степень экстракции и самая высокая чистота была получена для пектина, экстрагированного из клубней топинамбура, поэтому последующие исследования, связанные с извлечением пектина, следует производить с использованием разных сортов клубней.
Литература
[1] , , Химия растительного сырья. 1998. №2. С.53-57.
[2] , Тез. докл. Всесоюзной науч.-производ. конф. Одесса. 7-11 окт., 1991. С.131.
[3] Barta J., Fodor P., Torok Sz., Vukov K. Acta Alimentaia. 1990. Vol.19(I). P.41-46.
[4] Asgeli I., Barwald G. Gordian. 1985. 85. P.239-244.
[5] Hohn E., Lebensmittel Technol. 1986. 19(2). P.32-36.
[6] Kertesz Z. I. The pectin substances. New York: Academic Press Inc. 1951.
[7] Oweus H. S., Mc Cready R. M. Shepherd A. D. Methods used of western regional research laboratory for extraction and analysis of pectin materials. A. I.C. Report, 340, Albany, CA, Western Regional Research Laborator. 1952.
[8] Крачанов Хр. Научни трудове на ВИХВП. 1982. Т. XXIX. Св. II. С.151-161.
[9] Morawetz H. “Macromolecules in solution” Iner Science Publishers. New York. 1965.
[10] Anger H., Berth G. Carbohydrate Polymers. 1986. Vol.6. P.193-202.
