Захарова Н.Г. Полифункциональные биосовместимые материалы на основе магнетита и пектина (1006298), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Технология экстракции-гидролиза и очистки пектина высокойчистоты не менее 90 %.2. Концентрационная зависимость изменения размеров наночастицмагнетита в среде пектинового полимера и характера распределения частицпо размерам;83. Сорбционные свойства нанокомпозитов на основе магнетита ипектина.Работа выполнялась в рамках проекта Международного научнотехнического центра КР-1880 "Создание композиционных материалов наоснове пектиновых веществ для биомедицинских целей".Апробация работы. Основные результаты диссертационной работыбыли представлены на российских и международных конференциях в видедокладов, в том числе «Электронные и оптические свойства наноразмерныхматериалов»(Испания,2011),Макромолекулярныеметаллокомплексы(MMC-14, Финляндия, 2011), «Структурные аспекты биосовместимыхферроколлоидов: стабилизация, контроль свойств и применение» (Дубна,2011), на 2-ой Международной школе «Наноматериалы и нанотехнологии вживых системах» (Московская область, 2011), XIX Менделеевском съезде пообщей и прикладной химии (Волгоград, Россия, 2011), Международнойконференции «Биополимеры и композиты» (Венгрия, 2012), «НаноБиоТех»(Швейцария, 2013).
Материалы работы использованы при чтении курсалекций"Нанотехнологиивбиомедицине"длястудентов4курсаспециализации "Инженерное дело в медико-биологической практике" МАИ.9ГЛАВА 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР 1.1. Общая характеристика пектиновых веществПектиновые вещества (пектины) - собирательное название для группыполисахаридов - входят в большую группу гликаногалактуронанов, кислыхрастительных полисахаридов, главную углеводную цепь которых составляют1,4–связанныевеществаостаткивключаютα-D-галактуроновойпротопектин,кислотыпектиновые[6].Пектиновыеполисахаридыисопутствующие арабинаны, галактаны и арабиногалактаны [3].Рисунок 1.1.
Структурная единица макромолекулы пектинаПолигалактуроноваякислотачащевтойилиинойстепениметоксилирована (этерифицирована метиловым спиртом). В состав боковыхцепей пектиновых веществ наряду с мономером D-галактуроновой кислотывходят сахара D-галактоза, L-рамноза, L-арабиноза, D-ксилоза.
В некоторыхпектиновых веществах обнаружены D-глюкоза, D-фруктоза, 2-0-метил-Lфруктоза, 2-0-метил-D-ксилоза и др., содержание которых колеблется вшироких пределах (до 50 %) [7-9]. Отдельные участки галактуронана связанымеждусобойостаткамиα-L-рамнопиранозыиобразуютлинейныйрамногалактуронан, при этом на один остаток рамнозы может приходитьсяот 25 до 200 остатков α-D-галактуроновой кислоты [10].Протопектинвысокомолекулярный[3]представляетпектиновыйкомплекс,собойнерастворимыйобразующийвместесцеллюлозой и гемицеллюлозами каркас клеточной стенки и дающий при10обработкеразбавленнымикислотамирастворимыйпектин,обычноизвлекаемый из растительного материала. Пектиновые полисахаридывключают в себя как компоненты нерастворимого протопектина, так ирастворимые биополимерные составляющие соков растений.Для свекловичного пектина характерно чередование линейной 1,4связанной цепи α-D-галактуронана и разветвленной области, содержащейбольшинство нейтральных моносахаридов [3, 11].
Из свекловичного пектинавыделен гомогалактуронан со степенями полимеризации 91-108 кД. Всоставе пектина сахарной свеклы обнаружены остатки феруловой кислоты,которые присоединены к нейтральным моносахаридам боковых цепей (костаткам L-арабинофуранозы) сложноэфирной связью [12].Гомогалактуронаны отличаются друг от друга своими заместителями:остатками галактуроновой кислоты (GalA) и могут содержать свободныекарбоксильные группы или этерифицированные метанолом (СМ - степеньметоксилирования), а также ацетилированные группы в положениях C2 и C4.Физическиесвойствакоммерческихпектиновзависятотихмолекулярной массы и степени метоксилирования, которое определяетсяколичеством молей метанола на 100 моль галактуроновой кислоты [16, 17].Пектины с высокой степенью метоксилирования (ВМ) содержат 50 %или более этерифицированных остатков GalA.
Низкометилированныепектины (НМ) получают деэтерификацией пектинов в определенныхконтролируемых условиях (pH, температура, время). Обе группы пектиновыхполисахаридов дают гели, но в разных условиях: НМ пектины при низкихзначениях pH или в присутствии катионов кальция и других металлов, а ВМпектины образуют гели за счет гидрофобных взаимодействий, особенно вприсутствии сахарозы [13, 14].Пектины из отходов переработки сахарной свеклы характеризуютсяневысокой гелеобразующей способностью из-за их низкой молекулярноймассы и высокого содержания ацетильных групп.
Обработка кислымметанолом удаляет ацетильные группы и увеличивает СM, но существенно11снижает молекулярную массу [15]. Тем не менее, ацетилированные пектинынаходят применение благодаря эмульгирующим свойствам.Пектин сахарной свеклы содержит остатки феруловой кислоты [16],связанные сложноэфирными связями в основном с O2 остатков арабинозы и сO6 остатков галактозы нейтральных углеводных цепей. Боковые цепиарабинана и галактана состоят из остатков α–1,5- связанной L–арабинозы иβ–1,4–связаннойD–галактозысоответственно.Этимолекулылегкообъединяются в димеры при обработке смесью H2O/пероксидаза илиперсульфатомаммония,итакимпутемувеличиваетсявязкостьигелеобразование пектина сахарной свеклы.
Около 20 % общего числаостатков феруловой кислоты в пектине присутствуют в форме димера.Структурная идентификация полученных из пектина сахарной свеклыдимерных олигосахаридов, связанных остатками феруловой кислоты,показала наличие ковалентных (внутри- и межмолекулярных) поперечныхсвязей пектиновых арабинанов и галактанов через диферулоильные мостикив клеточных стенках сахарной свеклы [16].1.2. Получение и производство пектина из свеклыВ процессе кислой экстракции свеклы получают пектины, которыепреимущественно представляют собой гомогалактуронаны и содержатнебольшие количества нейтральных боковых цепей.
Коммерческие пектиныпо американской фармакопее должны содержать более чем 74 % остатковGalA на сухой вес образца.Весь пектин, представленный на российском рынке, импортный, таккакпроизводствопектинавРоссииотсутствует.Несовершенствотехнологии, моральный и физический износ оборудования привели к тому,что в настоящее время в России нет ни одного завода или предприятия,вырабатывающего пектин, как для пищевых целей, так и для предприятиймногоотраслевого народного хозяйства, фармацевтики и медицины [17].12Растущий спрос на пектин полностью обеспечивается иностраннымипроизводителями. Крупнейшими поставщиками являются компании Cargill(Франция), CP Kelco (Дания, Германия) и Herbstreith & Fox (Германия).В большинстве случаев производители для получения пектинаиспользуют классическую технологию.
Она базируется на применениисильных кислот (НСl, НNО3, Н3РО4, Н2SО4), хлористого алюминия,гидроокиси аммония, смеси спирта с кислотой и спиртов различныхконцентраций. Процесс протекает при повышенных температурных режимах(45–120 °С) в кислой среде при рН 0,5–2,0 с колебаниями времениэкстракции и гидролиза от 3 до 6 часов и общим циклом процесса до 12 иболее часов.Выделение пектина из растительного сырья проводится такжеферментативным путем с последующим осаждением хлоридом кальция илиэтанолом, в результате чего частично разрушается исходная структуранативного пектина.
Однако выделенный пектин в той или иной степениоказывается загрязненным балластными веществами- ионами поливалентныхметаллов, белками, сахарами. Дальнейшая очистка пектина может быть проведена различными физико-химическими методами - переосаждением,действием комплексонов, мембранными [18] и сорбционными методами [19].Показано, что метод ультрафильтрации с последующей диафильтрациейпозволяет снизить содержание сахаров и зольных элементов в пектине.Однако при этом, наряду с удалением балластных веществ, происходитчастичная конверсия пектина в пектин-пектатные смеси за счет повышенияселективности мембран к ионам водорода по сравнению с ионами натрия.Поэтому для кондиционирования пектина его переводят в кислотную форму,которое может быть осуществлено обработкой растворов Н-формойкатионита.
Катионитная обработка, однако, не решает проблемы удаления изпектина остатков белков [20].Перспективность практического использования пектиновых веществ вкачестве экологически безопасных природных биоматериалов определяется13значительными объемами сырьевых ресурсов, к которым относятся яблочныевыжимки, сердцевины корзинок подсолнечника, свекловичный жом – отходыконсервной, сахарной и масложировой промышленностей. По подсчетамспециалистов, только в рамках крупных и средних предприятий консервнойотрасли в последние годы образовывались отходы в количествах, эквивалентных производству пектина до 30 тыс. тонн в год.
Так, в Краснодарском краевыход отходов побочных продуктов переработки растительного сырьяежегодно составляет более 40 млн. тонн [1]. Однако направленное получениеиприменениепектиновыхматериаловзатрудняетсяотсутствиемтехнологических линий по производству пектинов.1.3. Физиологические свойства пектиновПектины являются неотъемлемой частью пищи человека на всех этапахего эволюционного развития, что обусловило практически идеальнуюадаптацию к ним человеческого организма [21]. Всемирной ОрганизациейЗдравоохранения пектин признан абсолютно безопасным продуктом.Пектины обладают широким спектром физиологической активности[21], в том числе иммуномодулирующим действием [22].
Хорошо известно игастропротективноеоказываютдействиепектиновгипохолестеринемический[23].[24],Пектиновыевеществаантикоагулянтный[25],энтеросорбционный [26, 27], противовирусный [28] эффекты.Биоадгезивная способность пектинов использована для получениялекарственного препарата на основе лактоферрина, гликопротеина молока,который обладает бактерицидным действием в лечении хроническоговоспаления при стоматите [29]. При этом было показано, что НМ-пектинылучше всего подходят для получения биоадгезивных таблеток, поскольку,нарядусвысокойбиоадгезивнойсилой,освобождать действующее лекарственное начало.обладаютспособностью14Гелеобразующая способность пектинов зависит от многих факторов,включая степень метоксилирования (СМ), локализацию сложноэфирныхметильных групп, рН, концентрацию биополимера, концентрацию ионовкальция, ионную силу раствора, температуру и т.д.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
