Поняття пектинів

Размещено на http://www.allbest.ru

2

Вступ

Пектин (від грец. pektos - згорнувся, замерзлий) - полісахариди, утворені залишками, головним чином, галактуронової кислоти.

Пектин використовується як в харчовій, так і в косметологічній промисловості. У косметиці пектин застосовується як стабілізатор і емульгатор паст, мазей, кремів і масел, що мають рослинну основу. У дезодорантах і зубних пастах - для надання аромату свіжості. У лосьйонах і шампунях - як тонізуючий стабілізатор і згущувач. У харчовій промисловості пектин використовується як драглеутворювач при виробництві кондитерських виробів, джемів, фруктових напоїв, соків, молочних продуктів та ін. Окрім желюючих властивостей, пектин має цінні біологічні ефекти, найбільш відомі з яких являються знешкоджуючі дії при попаданні в організм свинцю і інших токсичних металів. Він виводить з організму також радіонукліди металів, є хорошим засобом при лікуванні захворювання травного каналу, виразковій хворобі шлунку, рекомендований для дитячого і лікувального харчування.

Пектинові речовини знаходяться практично в усіх рослинах. Промислове значення мають шкірка цитрусових плодів, яблучні вичавки, буряковий жом, кошики соняшнику, на переробці яких засновано сучасне вітчизняне і зарубіжне виробництво.

Потреба в пектині значно перевищує обсяги його виробництва. Так, враховуючи профілактичну норму споживання пектину (2 г на людину в добу), його кількість при цілорічному споживанні профілактичних харчових продуктів тільки 100 млн. чол. складе понад 70 тис. т в рік [1].

Розділ 1. Застосування пектинів для прискореного виведення радіонуклідів з організму людини в регіонах, постраждалих від чорнобильської катастрофи

пектин радіонуклід хімічний

В ході операцій по гасінню пожежі в реакторі ЧАЕС в нього було скинуто з вертольотів від 2400 до 6720 тонн свинцю, який після розплавлення і випару потрапив в атмосферу, викликавши забруднення земель за декілька сотень кілометрів від Чорнобиля. Дослідження, проведені НДІ радіаційної медицини і ендокринології (НИКИ РМиЭ), показали велике збільшення вмісту свинцю в крові у людей. Таке забруднення по свинцю за наявності радіоактивного забруднення є поєднаним чинником, що посилює вплив малих доз радіації на живий організм.

У основі організації профілактичних і лікувальних заходів були рекомендовані природні ентеросорбенти - пектинові препарати.

Опісля багато років після аварії на Чорнобильській АЕС головне дозове навантаження (>80%) жителі отримують за рахунок споживання продуктів харчування місцевого виробництва, що мають значне забруднення радіонуклідами цезію-137 або стронцію-90. Більшу частину колективної дози опромінення отримують сільські жителі. Існуюча система радіаційного контролю продуктів харчування охоплює тільки державний сектор виробництва і залишає без контролю приватний сектор.

Відмічена поєднана дія радіаційного і хімічного чинників радіоцезію. Радіоцезій потрапляє в організм людини з харчовими продуктами і інтенсивно поглинається клітинами життєво важливих органів - серця, щитовидної залози, печінки, нирок, нервової системи. Найбільшою дією піддаються інтеграційні системи, передусім, серцево-судинна і ендокринна. Інкорпорований цезій-137 руйнує енергетичний апарат (передусім, мітохондрії), що забезпечує функціонування високодиференційованих клітин. Наслідком цього є виникнення патологічних змін у вигляді дистрофії і некрозу, що призводять у ряді випадків до загибелі організму.

Очищення організму людини від радіонуклідів йде через нирки і шлунково-кишковий тракт. Час виведення з організму половини усього цезію-137 у дорослої людини складає 100-150 днів, у дітей - 15-90 днів (залежно від віку дитини). Процес виведення радіонуклідів можна істотно прискорити при застосуванні ентеросорбентів у вигляді харчових добавок на основі пектинів, які відносяться до натуральних продуктів і сприяють нормалізації роботи системи травлення.

Дослідження, проведені українськими ученими в Київському НДІ гігієни харчування, в НДІ мікробіології і вірусології, в НДІ ентеросорбентів АН України, в НДІ промислової медицини показали, що пектин, маючи властивості харчових волокон, може використовуватися як добавка до харчового раціону. Клінічне вивчення ефективності пектиновмісного препарату "Яблопект" показало, що він стимулює виведення радіонуклідів з організму людини на 28% більше, ніж в контрольній групі, знижує вміст солей важких металів в крові досліджуваних до 35-70%. Були проведені клінічні випробування впливу прийому пектинових препаратів (вітапектин, пектин) на динаміку мікроелементного складу крові дітей. Ці дослідження виявили зниження вмісту свинцю в організмі дітей на 53,5%, ртуті - на 24%. Паралельний контроль вмісту в крові заліза, міді, цинку показав, що життєво необхідні мікроелементи з організму не виводяться і їх зміст в крові зберігається незмінним.

Пектин сприяє виведенню з організму радіонуклідів, солей важких металів, інших токсичних речовин, покращує обмін холестерину. На думку провідних дієтологів, людина повинна щодня вживати з їжею 15 г пектину профілактично, проте дослідження по вивченню фактичного живлення показали, що наші раціони украй бідні пектином і клітковиною. Оскільки пектин є природною речовиною, які-небудь істотні обмеження по дозуваннях не потрібно, якщо йдеться про сухий яблучний концентрат, збагачений вітамінами, вміст яких в продукті в десятки разів менше за допустимих значень.

Дослідження в області розробки харчових добавок, що дозволяють значно зменшити абсорбцію радіонуклідів (цезію-137 і стронцію-90) в організмі, що покращують їх вивід з організму, є фундаментальною заклопотаністю громадської гігієни в нинішніх умовах і могли б надати істотну допомогу жителям. З урахуванням тривалості прийому рекомендується добова профілактична доза для дорослих 2-4 г, для дітей 1-2 г. В щоденний раціон харчування така кількість пектину може включатися у складі готових пектиномісних препаратів промислового виробництва або у вигляді порошку, розведеного в кип'яченій воді, який додається в їжу після його набрякання. Добова доза пектину може бути розрахована на 1-3-разовий прийом. Оскільки пектинові речовини є природними органічними сполуками - полісахаридами, то і містяться вони в різних кількостях в плодах, овочах, коренеплодах. Найбільш багаті пектинами буряк, морква, перець, гарбуз, баклажани, яблука, айва, вишня, слива, груші, цитрусові, ягоди. Високим вмістом пектинів характеризуються також фруктові і овочеві соки з м'якушем (яблучний, морквяний, яблучно-морквяний, яблучно-журавлинний, айвовий, персиковий, томатний), фрукти і ягоди, протерті з цукром і його замінником (яблука, полуниця, агрус, слива, смородина і інш). Рекомендуються і готові плодоовочеві консерви, збагачені пектином (перець різаний з овочами, ікра баклажанова), фруктові пюре, напої, киселі, сиропи, мармелад, драже, желе [2].

Розділ 2. Стан пектинового виробництва в Україні

Цивілізація незалежно від рівня культури промислового виробництва і землеробства неминуче веде до збільшення забруднення навколишнього середовища. У зв'язку з цим їжа повинна задовольняти більш жорстким вимогам, ніж у минулі роки, коли в рослинній і тваринній сировині, воді і повітрі були набагато менше чужорідних для людини речовин. Їжа повинна бути не тільки повноцінною, смачною, але і нешкідливою, профілактичним засобом, що запобігає хворобам людини, обумовленим шкідливим впливом навколишнього середовища.

Рішення цієї проблеми сучасна харчова технологія пов'язує із створенням комбінованих продуктів харчування, що відповідають всім традиційним і сформованим вимогам до їжі.

Майже всі комбіновані продукти, не дивлячись на виняткову різноманітність хімічної природи і складу інгредієнтів, є складними системами з єдиною внутрішньою структурою і загальними фізико-хімічними властивостями. Створення необхідних структурно-механічних властивостей можливо тільки за умов використання харчових добавок, які спеціально вводяться в продукти під час рішення технологічних завдань.

Для додання продуктам необхідних органолептических показників у них вводять драглеутворювачі різного походження. До драглеутворювачів слід віднести агар, агароїд, каррагинан, фурцелларан, желатин і пектин.

Агар виготовляють на двох підприємствах Росії (Архангельськ і Дальній Схід). Агароїд і каррагинан раніше випускали в Україні (Одеса), в останні 8 років завод не функціонує. Фурцелларан виготовляють в Латвії та Естонії. На сьогоднішній день єдиний драглеутворювач, який випускається в Україні, желатин; виготовляють його два підприємства (Лісичанськ Луганської області і Шостка Сумської області). Проте використовування його істотно обмежено, особливо в кондитерській промисловості, через низькі функціональні властивості.

Поза сумнівом, що в Україні є всі необхідні умови для виробництва пектину. Консервне виробництво з фруктової та овочевої сировини є сезонним. 3…5 зимових місяців основне технологічне устаткування багатьох заводів простоює. Не кожний може дозволити собі заготівку і зберігання сировини про запас для подальшої переробки після сезону. Саме про один з варіантів рішення проблеми завантаження виробничих потужностей цілий рік і йдеться.

Створення безвідходних, енерго- і ресурсозберігаючих технологій, широке використання під час переробки рослинної сировини - є одним з найважливіших напрямків підвищення ефективності виробництва консервної галузі.

Найбільшою мірою цим вимогам відповідає виробництво пектину і пектинопродуктів, що передбачає виробництво біологічно цінного комплексо- і драглеутворювача з вторинних сировинних ресурсів (яблучних, виноградних, цитрусових вичавлювань, бурякового жому і т. д.).

Щорічно цукрова промисловість в Україні переробляє на корм худобі близько 6 000 тис. тонн бурякового жому, який є одним з найперспективніших джерел отримання пектину, разом з яблучним вичавлюванням.

Щорічно в Україні не використані майже 100 тис. тонн яблучних вичавлювань, які частково йдуть на корм худобі. Виробництво пектину на підприємствах Росії, України, Молдови складало до розпаду СРСР 350...400 тонн у рік, 1,5…2,0 тис. тонн щорічно закуплялося за рубежем. Сьогодні потреба в пектині значно перевищує об'єми його закупівель за рубежем. Враховуючи потребу харчової промисловості (консервна, кондитерська, хлібобулочна, молочна), а також потреба в пектинопрофілактиці - для населення, яке проживає в екологічно несприятливих умовах з розрахунку 40 млн. чоловік мають потребу в 30 тис. тонн пектину і пектинопродуктів щорічно. Згідно з медичними рекомендаціями ВІЗ добова профілактична потреба в пектині в умовах радіоактивних забруднень складає для дорослих 2…4 г, для дітей - 1…2 г.

Погіршення екологічних умов у багатьох регіонах СНГ (особливо після Чорнобильської катастрофи), що супроводжується забрудненням навколишнього середовища і харчових продуктів токсичними речовинами і радіонуклідами, вимагає крім забезпечення безпеки продуктів харчування, також проведення профілактичних заходів, що, у свою чергу, обумовлює необхідність застосування пектину, як природного детоксиканту. Пектин називають іноді даром рослинного царства, основним благодійником і санітаром людського організму. Результати, отримані під час лікування препаратами, що містять пектин, учасників ліквідації аварії на ЧАЕС, виявилися настільки значними, що привернули увагу багатьох західних фармацевтичних компаній і стали об'єктом пильної уваги і вивчення міністерств оборони і національної безпеки.

Пектини мають багато корисних властивостей - нормалізують кількість холестерину, підвищують стійкість організму до алергії, сприяють відновленню слизистої оболонки дихальних шляхів і травних після захворювань, добре впливають на загальний обмін речовин, є імуноукріплюючими засобами [3].

За даними різних НДІ медичного профілю в продуктах, що містять пектини, найбільш гостро мають потребу жителі техногенних районів, деякі категорії військовослужбовців і особливо діти, що проживають в екологічно несприятливих регіонах України.

В Україні виробництво пектину було налагоджено в м. Бар (Вінницька область), де виробляли яблучний пектин, і на дослідному пектиновому заводі з випуску бурякового пектину в м. Гайсине (Вінницька область). Все виробництво було припинено в 1990 році через економічні умови, що склалися. В 1993 році Летичевським заводом продтоварів (Хмельницька область) і Яреськовським заводом (Полтавська область) здійснений випуск досліджених партій пектинопродуктів - пектинових екстрактів і концентратів, рідкого цукру, що містить пектин, з яблучних вичавлювань і бурякового жому.

Світове виробництво пектину в даний час складає 80 тис. тонн з щорічним збільшенням на 1…2 тис. тонн. Найбільшими виробниками пектину є фірми «Gerkules Ink.» (США), «Herbstreit und Fox До G» (Німеччина), «Grill & Grossman» (Австрія), «Кореnhagen рекtin fabrik» (Данія), «Pectowin» (Польща), продукція яких представлена і на українському ринку.

У даний час в Україні освоєна технологія концентрату пектинового яблучного , в якому міститься 2,5…5,0% пектину, рН 2,2...4,0 і вміст сухих речовин не менше 7%. Крім безпосередньо пектинових речовин концентрат містить також цілий комплекс таких біологічно активних речовин як амінокислоти, легкозасвоювані вуглеводи (глюкоза, фруктоза), органічні кислоти, мікро- і макроелементи. Концентрат пектиновий яблучний може виступати і як загусник і емульгатор для отримання виробів у кондитерській, хлібопекарській, молочній, рибній і м'ясній промисловостях.

На основі концентрату розроблено нові технології желейних виробів з урахуванням його функціональних властивостей .

Желейні вироби пройшли апробацію на технологічних лініях декількох підприємств, оснащених сучасним устаткуванням, де отримали позитивні відгуки фахівців.

Принципова технологічна схема приготування желейних виробів відрізняється від традиційної і включає наступні основні стадії (рис. 1).

Упроваджено технологію отримання концентрату пектинового яблучного. Розроблено і затверджено в установленому порядку нормативний документ на новий драглеутворювач. Концентрат пектиновий яблучний може виконувати не тільки роль драглеутворювача, але також емульгатора і стабілізатора в консервній, кондитерській, хлібопекарській, молочній, рибній і м'ясній промисловості.

Концентрат пектиновий яблучний апробований на підприємствах з випуску харчових продуктів, де отримав позитивні відгуки фахівців [3].

2.1 Номенклатура і хімічна структура пектинових речовин

Згідно з сучасними уявленнями пектин має, лінійну структуру. Основою пектинових речовин є молекулярний ланцюг із залишків D -галактуроновой кислоти, що мають піранозну конфігурацію і сполучених 1,4-а-глікозидним зв'зком (рис.2).

Пектин - водорозчинна речовина, що вільна від целюлози і складається з частково або повністю метоксильованных залишків полігалактуронової кислоти. Залежно від кількості метоксильних груп і міри полімеризації існують різні пектини. Н-пектин високоетерифікований пектин. Має міру етерифікації, тобто відношення числа этерифікованих карбоксильних груп на кожні 100 карбоксильні групи пектинової кислоти, більше 50 %; L -пектин - низкоетерифікований пектин. Має міру етерифікації менше 50 %

Рис. 2 Структурна формула пектину

Пектинові речовини - фізичні суміші пектинів з супутніми речовинами (наприклад, пентозанами і гексозанами);

пектинові кислоти - высокомолекулярні полігалактуронові кислоти, невелика частина карбоксильних груп яких етерифікована метиловим спиртом. Солі пектинових кислот називаються нормальними або кислими пектинатами.

Пектові кислоти - повністю деметоксильовані пектини з незайманим ланцюгом. Солі пектових кислот називаються нормальними або кислими пектатами.

Протопектин- нерозчинний у воді природний пектин рослин, що складається в основному з мережі пектинових ланцюгів, утворених в результаті з'єднання багатовалентних іонів металу з неетерифікованими групами СООН (утворення іонних мосткових зв'язків), і в незначній кількості за допомогою ефірних мостиків з Н3РО4; похідні пектину - пектини з різними групами, пов'язаними по головних валентностях, наприклад ацетил пектин.

Пектинові речовини мають величезне значення при зберіганні і консервуванні рослинних продуктів. Під дією пектолітичних ферментів і неферментативних гідролітичних процесів нерозчинні форми пектинів переходять в розчинні, внаслідок чого в процесі дозрівання, зберігання плодів і овочів і їх промислової переробки тканина розм'якшується. Окрім фізіологічних властивостей, пектинові речовини мають цінні біологічні властивості.

Останніми роками вченими доведено, що пектин є важливим компонентом для життєдіяльності людського організму і поступається по своїй цінності тільки хлорофілу - незамінній речовині для виробництва гемоглобіну. Наявність в пектинових речовинах вільних карбоксильних груп галактуронової кислоти обумовлює їх властивість зв'язувати в травному тракті іони важких металів (свинець, ртуть, кобальт, кадмій, цинк, хром, нікель і їх з'єднання) з наступним утворенням нерозчинних комплексів (пектинати, пектати), які не всмоктуються і виводяться з організму. Тому на виробництві, де є небезпека отруєння свинцем, введення в раціон пектинів може зробити ефективну профілактичну дію.

Встановлено, що пектини соняшнику і буряка здатні зв'язувати певні кількості стронцію : 1 г пектину здатний зв'язати від 160 до 420 міліграма стронцію; при взаємодії однієї частини кобальту з 100 частинами пектину може бути пов'язаний більше 89 % металу в нерозчинному комплексі .

Пектинові речовини регулюють вміст холестерину, добре впливають на внутрішньоклітинні реакції дихання і обміну речовин, підвищують стійкість до алергічних чинників.

Завдяки своїм властивостям пектин використовується в медицині для виготовлення антисептиків, кровоспинних препаратів, при лікуванні дизентерії.

Адсорбційні властивості пектинів по відношенню до важких металів визначили їх цінність в профілактичному і дієтичному харчуванні.

Пектинові речовини стимулюють загоєння ран, прискорюють лікування опіків, чинять лікувальну дію при виразковій хворобі [1].

2.2 Фізико-хімічні властивості пектинових речовин і їх використання в процесі виробництва

Пектини, пектинові речовини і протопектин - це природні речовини рослин, які є фрагментами протопектину і утворюються при його розпаді. Властивості пектину як ліофільного колоїду визначають його роль в рослині і в технологічних процесах при переробці плодів. Слід зазначити, що пектини досі не синтезовані, вони також не виділені в нативній формі.

Розчинність. Для досягнення повного використання і уникнення неоднорідного гелетвірності пектин має бути повністю розчинений. Повне розчинення припускає відсутність згустків. Якщо пектин утворив згустки, їх дуже важко розчинити.

Пектин, як і інші гелеутворюючі агенти, не розчиняється в середовищі, де існують умови для гелеутворення. Высокометоксильований пектин особливо важко розчинити, коли збільшується кількість розчинної твердої речовини в середовищі.

Найкращим розчинником пектинових речовин є вода. Вони також розчиняються в 84% -ій фосфорній кислоті і рідкому аміаку; у гліцерині і формаміді набрякають. У інших органічних і неорганічних розчинниках вони практично нерозчинні.

Розчинність пектину залежить від міри полімеризації і етерифікації. Розчинність у воді збільшується при підвищенні міри етерифікації і зменшенні розміру молекули. Пектинові кислоти, повністю позбавлені метоксильних груп, навіть при невеликій молекулярній масі нерозчинні у воді. З двох пектинів з різними молекулярними масами легше розчиняється пектин з меншою довжиною ланцюга, але з великою кількістю метоксильних груп. Для отримання однорідного розчину порошок пектину необхідно розтерти з цукром або заздалегідь змочити спиртом. При кімнатній температурі можна отримати водні розчини, що містять не більше 2-3 % пектинових речовин. Найпростіший спосіб розчинення порошку пектину - використання міксера з великою кількістю оборотів. Змішаний в сухому виді з 5-6 частинами цукру тонко подрібнений пектин легко розчиняється у воді.

Щоб пектин розчинився повністю, рекомендується прокип'ятити суспензію впродовж 1 хв. Оскільки розчинення пектину утруднюється в міру збільшення вмісту розчинних твердих речовин, велику частину цукру в рецептурі слід додавати лише після розчинення пектину.

Причиною нерозчинності пектинової кислоти є наявність в ній невеликої кількості зольних складових, які дають з пектовою кислотою нерозчинні з'єднання . Інші вважають, що вона викликається дією асоціюючих сил (наприклад, водневих) між малодиссоційованими молекулами, внаслідок чого утворюються великі багатомолекулярні агрегати.

Пектинові розчини оптично активні, обертають площину поляризованого світла вправо. Питоме обертання високополімеризованої пектинової кислоти складає [Dа] =280-290° . Розчини пектинів мають здатність до подвійного променезаломлення. Із зменшенням довжини пектинового ланцюжка (при дії лугу) спостерігається падіння подвійного променезаломлення. При очищенні пектину і нейтралізації карбоксильних груп подвійне заломлення збільшується .

В'язкість є однією з найхарактерніших особливостей пектинових розчинів, як і інших ліофільних колоїдів. Вона зростає при збільшенні концентрації пектину. Молекули пектину легко асоціюються один з одним і з великими молекулами супутніх речовин. Будучи високомолекулярними речовинами пектини не дифундують з розчинів через клітинні мембрани рослин. Цю властивість використовують для відділення від пектинових низькомолекулярних речовин, наприклад, в процесі дифузії бурякового цукру. Воно може і повинно бути використано в пектиновому виробництві, зокрема, при отриманні пектиновмісних драглеутворювачів з високим вмістом чистого пектину.

Створення великомасштабного пектинового виробництва може бути засноване передусім на глибокому знанні і вивченні фізико-хімічних властивостей пектинів і пектиновмісної сировини, особливо «в'язкосних». Молекули пектину у воді піддаються сольватації, тобто утворюється рідинний шар, щільніший в перших шарах і рихлий в ділянках, віддалених від часток. Взаємне розташування пектинових молекул може змінюватися в широких межах залежно від хімічної природи ліофіла, розчинника, температури і т. д. Золам ліофільних колоїдів властиві висока відносна в'язкість (що різко зростає при збільшенні концентрації) і явище структурної або аномальної в'язкості . В'язкість водних розчинів пектинів залежить від різних чинників: концентрації, довжини молекулярного ланцюга, міри етерифікації, присутності електролітів і температури. Із збільшенням молекулярної маси за інших рівних умов в'язкість збільшується.

Висока відносна в'язкість пояснюється явищем сольватації. Для роз'яснення структурної в'язкості була запропонована гіпотеза про існування усередині золя сітки з часток, що з'єднуються між собою. Пружні сили колоїдної сітки перешкоджають течії зола по капіляру віскозиметра, що обумовлює більше значення в'язкості при досвіді, чим у неструктурованих золів тієї ж концентрації. Якщо еластична структура порушується під тиском, в'язкість розчину швидко падає.

При зміні складу розчинника і температури рівновага, існуюча між сольватацією ланцюгових молекул і їх взаємною асоціацією, зміщується в ту або іншу сторону. З підвищенням температури в'язкість знижується внаслідок руйнування суперструктури пектинових речовин. При збільшенні взаємної асоціації молекул пектину при додаванні цукру, спирту утворюються стійкі агрегати молекул - зол переходить в гель. Структуризація під час застигання пектинових гелів йде безперервно, супроводжуючись поступовим збільшенням відносної в'язкості системи.

Вологозв'язуючу здатність пектину використовують в харчовій промисловості, застосовуючи його в якості емульгатора при отриманні емульсій у виробництві майонезів. В процесі емульгування пектин утворює навколо жирових кульок мембрани. При цьому молекули пектину в пограничній зоні відповідним чином орієнтуються і сольватують воду, що і призводить до підвищення в'язкості. В'язкість пектинового розчину можна визначити виміром молекулярної маси пектину або по згущуючому ефекту пектину. В'язкість визначається в розчині, що не містить кальцію, оскільки він збільшує в'язкість розчинів пектину.

Відношення до електролітів визначається величиной негативного заряду часток пектинових речовин в розчині, що є функцією міри етерифікації карбоксильних груп пектинової кислоти. Кислоти, що містять невелику кількість метоксильних груп, мають підвищену чутливість до електролітів. Солі полівалентних металів мають велику облягаючу дію, оскільки нейтралізується негативний заряд пектинової молекули і утворюється нерозчинна сіль . Збільшення електролітів до золів пектинів майже не змінює здатність до утворення структурованих гелів.

При змішуванні водних пектинових розчинів з полярними органічними розчинниками (ацетон, спирт) пектин виділяється у вигляді коагульованого осаду. Ця властивість всюди використовується як у виробництві, так і в лабораторній практиці для очищення і фракціонування пектинових препаратів.

Дія кислот і лугів. Під дією кислот природний протопектин розчиняється навіть при низьких температурах. Механізм цієї дії не з'ясований. Одні дослідники вважають, що кислота видаляє з протопектину багатовалентні катіони, інші - що спостерігається гідроліз комплексу целюлоза - пектин. При дії сильної мінеральної кислоти на пектинову високоетерифіковану кислоту остання при кімнатній температурі омилюється ( омилюються метоксильні і ацетилові групи пектинової молекули). При підвищенні температури процес прискорюється. Причому швидкість процесу кислотного омилення може збільшитися настільки, що молекули пектину починають розщеплюватися.

Встановлено, що в пектиновому екстракті, отриманому з сушеного бурякового жому, при температурі 78- 80 °С і рН 0,8-1 впродовж 12 ч відбувається повна деградація пектинових молекул. Реакція взаємодії пектинових речовин з кислотами широко використовується при промисловому отриманні драглеутворюючого пектину з рослинної сировини, пектинового клею і D -галактуроповой кислоти. Для гідролізу протопектину застосовують різні мінеральні (соляна, азотна, фосфорна та ін.) і органічні (винна, лимонна, молочна та ін.) кислоти.

Під дією лугів навіть при кімнатній температурі пектинові речовини омилюються. Причому лужне омилення протікає набагато швидше, ніж кислотне. Під дією надлишку лугу протопектин розкладається.

За певних умов луг може викликати руйнування зв'язків пектинового ланцюга молекул і зміну колоїдних властивостей розчинів. З підвищенням температури руйнування відбувається інтенсивно.

Якщо до розбавлених пектинових розчинів обережно додавати гідроокис калію або натрію, утворюються спочатку кислі, а потім нейтральні пектинати, які широко використовуються в практиці.

Дія ферментів. Ферменти - білки-каталізатори, які активізують багато біологічних процесів. Велике значення для ферментативного процесу має рН середовища і температура.

Дія ферментів сурово виборча. Для пектинових речовин специфічні наступні ферменти: протопектиназа, пектиназа, полігалактуроназа і пектинестераза.

Препарати, що містять ферменти, що гідролізують пектинові речовини, отримують зазвичай з різних плісневих грибів.

Під дією протопектинази протопектин по мірі дозрівання плодів перетворюється на розчинний в плодовому соку пектин.

Пектинестераза гідролізує глікозидні зв'язки і відщеплює метоксильні групи від розчинного пектину, утворюючи метиловий спирт і полігалактуронову кислоту. Оптимальні умови для дії пектинестерази : рН 3,5-4,2; t=40 °С. Фермент не діє при рН біля одиниці і вище семи. При пониженні температури зменшується швидкість гідролізу, а при підвищенні (більше 40 °С) руйнується сам фермент.

Полігалактуроназа каталізує гідроліз глікозидних зв'язків між залишками галактуронової кислоти, що не містять метоксильних груп.

Переваги застосування ферментів для гідролізу протопектину очевидні: незначна концентрація ферментів сприяє взаємодії величезної кількості по відношенню до них реагуючих речовин; в порівнянні з кислотним гідролізом ферментативний відбувається м'якше і за оптимальних умов веде до майже кількісного отримання пектинових речовин; значно спрощується апаратурне оформлення виробництва.

Драглетвірна здатність - ця найважливіша і характерніша властивість пектину. Драглетвірність залежить в основному від молекулярної маси, ступеня етерифікації, концентрації цукру, кількості баластних речовин, супутніх цьому пектину, температури і рН середовища. Для того, щоб драглетвірність було можливим, пектинова молекула повинна мати певні розміри. Встановлено, що пектин з молекулярною масою від 150 000 до 200 000 має хороші драглетвірні властивості .

Умови драглетвірності пектину визначаються мірою етерифікації. З урахуванням цього найважливішого чинника розрізняють два види драглів: з побічною валентністю і з основною. Кислотно-цукрові пектинові драглі утворюються побічною валентністю, а саме: водневим зв'язком за участю недисоційованих вільних карбоксильних груп. Такий тип драглів характерний для високоиетоксильованого пектину. Міцність таких драглів залежить головним чином від молекулярної маси, пектину, кількості цукру і наявності кислоти.

Драглетвірність високометоксильованого пектину відбувається тільки нижче певного значення рН. Це критичне значення рН зростає із збільшенням вмісту сухих речовин. Швидкість драглетвірності збільшується зі зниженням рН або із збільшенням вмісту сухих речовин. У кондитерській промисловості для утворення міцного драглю підтримують рН 3,1-3,6. При такому рН драгль формується без передчасного драглеутворення при температурі відливання 85 °С впродовж 20 хв. Якщо формування драглю необхідно прискорити, то рН драглю знижують. На швидкість драглетвірності високометоксильованого пектину впливає температура. Для уникнення передчасного драглеутворення при зниженні температури процесу зменшують вміст редукуючих речовин або підвищують рН продукту.

Драглетвірність низькометоксильованих пектинів, на відміну від високометоксильованих, не залежить від рН і вмісту сухих речовин.

Низькометоксильовані пектини драглеутворюють тільки у присутності іонів Са . Молекули пектину взаємодіють між собою за рахунок вільних карбоксильних груп, що зв'язуються Са-іоном в міцний каркас, що утримує досить рідини. Ці драглі називають іоннозв'язаними.

Температура драглетвірності низькометоксильованих пектинів підвищується із збільшенням концентрації кальцію.

Окрім основних, є драглі проміжні, що містять і цукор і Са-іон. Такі драглі характерні для пектинів із ступеню етерифікації 50 %.

Таким чином, залежно від умов, при яких утворюється драгль, його скелет створюється при неоднаковій кількісній участі різних зв'язків. Додана для драглеутворення кислота витісняє катіони з пектинової молекули, створює вільні карбоксильні групи, зменшує дисоціацію цих карбоксильних груп, і, отже, нейтралізує електростатичні сили відштовхування між молекулами пектинової кислоти. Цукор в процесі драглеутворення виконує роль дегідратуючого засобу. Молекули пектинових речовин з'єднуються один з одним через дегідратовані ділянки і утворюють скелет желе. Проте інші дослідники стверджують, що цукри утворюють містки між досить жорсткими пектиновими молекулами, створюючи драглевий каркас.

Для утворення міцного драглю в трикомпонентній системі (пектин - цукор - кислота) потрібне їх оптимальне співвідношення. Таким умовам приблизно відповідає 58,8 % цукрів, рН 3,1, пектину не менше 1 %. При збільшенні кількості цукру для отримання драглів однакової щільності знижують кислотність; при підвищенні кислотності зменшують кількість цукру, що додається. Слід зазначити, що оптимальне співвідношення частин пектин - цукор - кислота не носить абсолютного характеру, але показує можливі межі співвідношення частин. Велике значення в драглетвірності пектину має його походження, спосіб виділення і очищення. Для кожного зразка пектину існують свої оптимальні співвідношення.

Комплексотвірна здатність заснована на взаємодії молекули пектину з іонами важких металів, що дає основу рекомендувати пектин для включення в раціон харчування осіб, що знаходяться в середовищі, забрудненому радіонуклідами металів. Завдяки цій хімічній властивості пектин віднесен до незамінних речовин для використання в виробництві харчової продукції профілактичного призначення [1].

Розділ 3. Використання низькоетерифікованого пектину в косметології

Пектин порівняно широко використовують в косметології в якості структурогелеутворювача і емульгатора природного походження [4]. За кордоном використовують переважно високоетерифіковані пектини (міра етерифікації > 50%). Високоетерифіковані пектини по сукупності споживчих властивостей відповідають вимогам, що висуваються до косметичної сировини, проте характеризуються незадовільним співвідношенням "ефективність-витратна норма-ціна".

Була розглянута можливість використання низькоетерифікованих пектинових речовин (міра етерифікації < 50%) в якості активно діючого компонента в рецептурах шампунів і рідкого мила спеціального призначення для осіб, професійна діяльність яких пов'язана з використанням солей важких металів. Слід зазначити, що низькоетерифіковані пектини значно доступніші і їх виробництво в Україні має практично необмежену сировинну базу. Крім того, низькоетерифіковані пектини містять велику кількість вільних карбоксильних груп, здатних до міцного зв'язування солей важких металів. Останні, передусім свинець, цинк і олово, широко використовують в металообробній, скляній, текстильній, фарфоро-фаянсовій і інших областях промисловості. Шкідливий вплив солей важких металів на здоров'я людини значною мірою залежить від їх розчинності у воді і жирах, тривалості і шляхів надходження в організм. Окрім аварійних випадків, які обумовлюють гострі отруєння, серйозну небезпеку представляють хронічні отруєння внаслідок багаторічного контакту організму з субтоксичними дозами солей важких металів, у тому числі при вступі через неушкоджену шкіру і волосяний покрив.

У виробничих умовах профілактика інтоксикацій, пов'язаних зі вступом солей важких металів через шкірний і волосяний покриви, базується на застосуванні засобів індивідуального захисту (спеціальний одяг, захисні креми, мазі і т. д.) і неухильному дотриманні вимог особистої гігієни. При проведенні гігієнічних процедур, як правило, застосовують звичайні шампуні і рідке мило, основним миючим компонентом якого є аніонні поверхнево-активні речовини, включаючи лаурилсульфат натрію і його аналоги. Проте лаурилсульфат натрію і його аналоги можуть полегшувати транспорт іонів важких металів, адсорбованих на волоссі, через неушкоджений епідерміс [5]. У цьому плані видаються перспективними розробки нових рецептур шампунів і рідкого мила спеціального призначення, що включають пектинові речовини, які мають здатність блокувати механізм перенесення молекулами поверхнево-активних речовин крізь трансдермальний бар'єр іонів важких і радіоактивних металів [6].

Пектин за рахунок комплексоутворення зв'язує іони важких металів в стійкі комплекси, нерозчинні у воді. Комплекси, що утворилися, метал-пектин є високомолекулярними речовинами і, як наслідок, через епідерміс проникати не здатні. Окрім гелеутворюючих властивостей, однією з основних характеристик пектину є його здатність до колоїдоутворення. Остання істотно впливає на комплексоутворюючі, а також миючі властивості пектинових речовин. Потрібно підкреслити, що комплексо- і колоїдоутворення в розчинах пектатів - з'єднань пектину з іонами металів - є чинником, сприяючим видаленню іонів металів із забруднених ділянок волосся і шкіри. У роботі вивчена ефективність шампунів, що включають низькоетерифіковані пектини, при видаленні солей важких металів з поверхні волосся і шкіри голови.

Використані пектинові речовини були отримані методом дигестії за модифікованою технологією з жому цукрового буряка - багатотоннажного відходу виробництва цукру. Технологія отримання високо чистих пектинові речовини включала такі етапи: кислотну екстракцію пектинових речовин; очищення пектину від іонів металів шляхом додавання трилону Б; осадження пектинових речовин етанолом; обробку пектинового коагулята ацетоном і висушування продукту. В результаті був отриманий низькоетерифікований пектин. Міру етерифікації препарату встановлюють методом рН-метричного титрування лугом.

Отримані пектинові речовини мають високу здатність до колоїдоутворення - каламутність реєструють в розведених розчинах пектину, починаючи з концентрації 0,01-0,02 мг/мл. Із збільшенням змісту пектинові речовини колоїдоутворення збільшувалося.

Колоїдоутворення в розчинах пектатів є сприятливим чинником, сприяючим поліпшенню виведення важких металів із забруднених ділянок шкіри і волосся, а також загущенню шампунів і рідкого мила. Було встановлено, що введення іонів Pb2+, Cd2+ і Zn2+ в розчини пектинових речовин внаслідок комплексоутворення додатково збільшує їх каламутність і зменшує седиментаційну стійкість. Найбільше збільшення каламутності у присутності іонів свинцю. При цьому каламутність істотно залежала від кислотності, концентраційних умов і часу витримки розчинів. Так, із збільшенням змісту іонів Pb2+ в системі при проведенні вимірів через 1 хв. після приготування каламутність розчинів пектину збільшувалася і при певному змісті іонів свинцю виходила на плато. Ця крива відповідала зв'язуванню пектину в менш розчинний і, відповідно, більше агрегуючий пектат свинцю. Проте при проведенні вимірів за годину після приготування каламутність розчинів із збільшенням концентрації свинцю швидко зменшувалася. Такий хід залежності пояснюється розглянутій на прикладі розчинів самого пектину швидкою седиментацією найбільших колоїдних агрегатів пектата свинцю і, як наслідок, швидким зменшенням каламутності розчинів в часі.

У кислих діапазонах рН утворення пектата свинцю знижене. При підвищенні рН з початком комплексоутворення в системі каламутність швидко зростала і при рН > 7,5 виходила на плато. У лужних розчинах при рН > 12 каламутність знову зменшувалася внаслідок руйнування комплексу і деструкції пектину. Іони Cd2+ і Zn2+ менше впливали на каламутність розчинів пектину в порівнянні з іонами свинцю. Проте і ці розчини характеризувалися колоїдною мірою дисперсності в широкому інтервалі концентрацій і кислотності.

Отримані дані показали доцільність використання низькоетерифікованих пектинових речовин в якості активної миючої добавки до шампунів і рідкого мила, рН яких знаходиться в межах від 5,5 до 7,5.

Отримані пектинові речовини були використані в якості активного компонента в рецептурі шампуню, призначеного для миття шкіри і волосся, забруднених солями важких металів.

Пектин вводили в рецептуру шампуню в концентрації 1%. Дослідження були виконані на 20 морських свинках масою 400-450 г. В експерименті на ділянку шерсті ( 5 см) піддослідних тварин наносили по 1,0 см3 1 % водно-гліцеринового розчину форміату свинцю. Після цього піддослідних тварин розподіляли на дві групи - по 10 тварин в кожній. Шерсть морських свинок першої групи відмивали від забруднення 500 см3 розчину звичайного шампуню на основі поверхнево-активних речовин (контрольна група), шерсть морських свинок другої групи - 500 см3 розчином того ж шампуню, який додатково містив 1% бурякового пектину (піддослідна група). Шерсть тварин висушували на повітрі, підстригали і визначали залишковий вміст свинцю на шерсті методом атомної абсорбції.

Було встановлено, що застосування шампуню спеціального призначення, який містив пектинові речовини, істотно зменшувало забруднення волосся піддослідних тварин свинцем. Залишковий вміст свинцю на волосі контрольних морських свинок складав 21,57 ± 6,28 мкг/г, а на волосі піддослідних тварин істотно менше - 1,98 ± 1,58 мкг/г (t = 3,02).

Аналіз отриманих даних підтверджує доцільність введення низькоетерифікованих пектинових речовин в рецептури шампунів і рідкого мила з метою ефективного зв'язування іонів важких металів в комплексні з'єднання і наступного видалення їх водою.

Низькоетерифіковані пектини можуть бути рекомендовані до використання в якості косметичної сировини при виробництві шампунів і рідкого мила спеціального призначення [4].

Висновок

Пектин - це очищений полісахарид. Він є гелеутворювачем, стабілізатором, згущувачем, вологоутримуючим агентом, освітлювачем. Пектин використовують у виробництві цукерок, фруктових начинок, кондитерських желейних і пастильних виробів, мармеладу, активованого вугілля. Пектин сприяє виведенню з організму радіонуклідів, солей важких металів, інших токсичних речовин, покращує обмін холестерину. Тому його застосовують для профілактики та виведення радіонуклідів з організму людини[1].

В косметології пектин використовується в якості структорогелеутворювачів та емульгаторів. На основі практичних дослідів було виявлено доцільність використання низькоетерифікованих пектинових речовин в якості активної миючої добавки до шампунів і рідкого мила спеціального призначення з метою ефективного зв'язування іонів важких металів в комплексні з'єднання і видалення їх з водою. Було доведено, що застосування шампуню спеціального призначення, який містив пектинові речовини, істотно зменшувало забруднення волосся піддослідних тварин свинцем.

В косметології використовують морський пектин який може входити до складу кремів, гелів, масел для ванн. Він також дуже ефективний при процедурах для корекції фігури в вигляді обвертування. Він покращує стан шкіри, тому пектин можна використовувати в якості додавання до масок лиця, шиї. Якщо використовувати в складі маски для волосся, то він проявляє зміцнюючі властивості [6].

Отже пектиновмісні продукти, косметичні засоби дуже позитивно впливають на людський організм. Тому потрібно розвивати виробництво пектину та його використання в різних галузях.

Список використаної літератури

1. Карпович Н.С., Донченко Л.В., Нелина В.В. Пектин: производство и применение. Киев, 1989. 88 с.

2.www.newchemistry.ru

3. www.nbuv.gov.ua

4. Голубев В. Н., Шелухина Н. П. Пектин: химия, технология, применение.-- М., 1995.-- 317 с.

5. Канетоші А., Катсура Е. Гостра токсичність, підшкірне поглинання і дія пектинів людську діяльність. Arch Enyiron Contam Toxicol 1992; 23(1): 91-98.

6. Децина А., Бондаренко К. Подходы к расчету питательной ценности косметических композиций//Косметика & Медицина.-- 1998.-- № 6.-- 46 с.

Размещено на Allbest.ru