Файл: 2 материалы и методы исследования 1 Общие представления об определении комплексообразующей способности пектина.docx

2 МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

2.1 Общие представления об определении комплексообразующей способности пектина

В присутствии поливалентных ионов металлов пектины осаждаются из растворов [47]. Стабильность комплекса пектиновых веществ с катионами зависит от наличия свободных карбоксильных групп, то есть степени этерификации, которая определяет линейную плотность заряда макромолекулы, а также, следовательно, силу и способ связи катионов. При высокой степени этерификации пектина кальциевые и стронциевые соли пектиновой кислоты практически полностью диссоциируют. С уменьшением степени этерификации, то есть при увеличении заряда макромолекулы, связь пектиновых веществ с катионами возрастает, а константа стабильности солей увеличивается в функции, близкой к логарифмической зависимости [42, 48]. При степени этерификации около 40% происходит изменение конформации, приводящей к агрегатированию пектиновых макромолекул и образованию прочной внутримолекулярной хелатной связи [43, 49].

Большое количество предлагаемых методик основано на образовании осадка пектината металла и его анализом: определение количества связанного металла в осадке. Ещё можно использовать метод определения по остаточному, не связанному, металлу в надосадочной жидкости. Анализирование осадка требует предварительной и длительной пробоподготовки, обычно используют «мокрое сжигание», а также проведения холостого опыта из-за возможного загрязнения пектиновых веществ определяемым элементом [50].

Проще всего с этой точки зрения использовать методики определения комплексообразующей способности по остаточному, то есть не поглощенному металлу, которые основаны на анализе надосадочной жидкости [31].

Многочисленные исследователи отдают предпочтение проверенным классическим методам комплексонометрии. Однако в последние годы широкое распространение получили такие методы анализа, как электрохимические и спектрофотометрические. Амперометрия, потенциометрия и кулонометрия позволяют проследить весь процесс образования пектата металла [46, 49]. К их достоинствам можно отнести доступность оборудования, простоту проведения эксперимента.

2.2 Методика определения комплексообразующей способности пектина по отношению к меди, свинцу, никелю

---

В данной работе исследовалась способность яблочного пектина связывать поливалентные катионы никеля, кобальта и меди и выяснялось влияние концентрации растворов пектина в продуктах питания с точки зрения выведения этих элементов из организма. Концентрацию пектина изменяли в диапазоне от 0,5% до 2,0%. Связывающую способность пектина определяли путем взаимодействия 15 мл раствора пектина с 5%-ыми растворами солей исследуемых металлов. С целью обеспечения полноты соединения пектина в виде соответствующих комплексов объем осаждающего реагента варьировали от 5 до 15 мл при увеличении концентрации пектина от 0,5 до 2,0%. Исследования проводились в кислой и щелочной средах. Реагирующие вещества и полученные растворы выдерживали в термостате в течении 30 мин и 1 ч и при разных температурах: 20°С, 37°С. Полученные осадки отфильтровывали, затем измеряли оптическую плотность фильтрата на фотоколориметре КФК-2МП, длину волны определяли по наибольшему показателю оптической плотности, путем измерения 1%-го раствора соли. Измерения проводились 3 раза, значения усреднялись.

2.3 Объекты, приборы и материалы исследования

Объект исследования: яблочный пектин, получен Всероссийским научно-исследовательским институтом консервной и овощесушильной промышленности (ВНИИКОП). Внесен Техническим комитетом по стандартизации ТК 93 "Продукты переработки плодов и овощей". Утвержден и введен в действие Постановлением Госстандарта России от 6 сентября 2002 г. N 326-ст.21.

Для определения физико-химических характеристик были использованы следующие приборы:

1. 
   весы аналитические 2-го класса точности с наибольшим пределом взвешивания 150 г по ГОСТ 24104;
   
2. 
   электротермостат, обеспечивающий температуру (103±2)ºС;
   
3. 
   фотоколориметр КФК-2МП, спектральный диапазон от 315 до 980 нм ГОСТ 15150-69;
   
4. 
   магнитная мешалка с подогревом ЭКРОСХИМ ПЭ-6110 по ТУ 4321-009-23050963-2007;
   
5. 
   кюветы прямоугольные кварцевые для спектрофотометров по ГОСТ 20903-75;
   
6. 
   пробирки по ГОСТ 19908-90;
   
7. 
   стаканы стеклянные по ГОСТ 19908-90;
   
8. 
   колбы плоскодонные по ГОСТ 19908-90;
   
9. 
   пипетки по ГОСТ 29227;
   
10. 
    цилиндры по ГОСТ 1770;
    
11. 
    бумага фильтровальная по ГОСТ 12026-76.
    

Реактивы:

1. 
   яблочный пектин по ГОСТ 29186-91;
   
2. 
   HCl конц. по ГОСТ 25794.1-83;
   
3. 
   HNO₃ конц. по ГОСТ 701-89;
   
4. 
   CuSO₄•5H₂O по ГОСТ 19347-2014;
   
5. 
   Ni(NO₃)₂•6H₂O по ГОСТ 4055-78;
   
6. 
   CoCl₂•6H₂O по ГОСТ 4525-77;
   
7. 
   NaOH по ГОСТ 25794.1-83;
   
8. 
   дистиллированная вода, ГОСТ 52501-2005.
   

---

3 РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Нами проведены исследования по установлению характера влияния определённых количественных соотношений металл–пектин на комплексообразование пектина. Экспериментальные исследования были проведены в лаборатории химии кафедры общей и биологической химии экологического факультета УлГУ.

Для проведения наших исследований в качестве анализируемого объекта был выбран пектин, выделенный из яблок. Мы выбрали данный объект исследований потому, что этот пектин обладает вы­сокой комплексообразующей способностью, уступая только свекловичному, свойства которого изучены очень подробно [32]. Комплексообразующая способность пектина, выделенного из яблок, ранее была изучена в небольшом объеме.

3.1 Изучение комплексообразующей способности пектиновых веществ с медью

Мы нашли оптические плотности пектин-медного комплекса при длине волны света 720 нм. Результаты измерений приведены нами в таблице 1 (Приложение А). На основе полученных результатов измерений построили градуировочный график зависимости концентрации ионов меди от их оптической плотности (рисунок 12). По найденным нами оптическим плотностям были определены их концентрации в растворах.



Рисунок 12. Градуировочный график зависимости концентрации ионов Cu²⁺ от оптической плотности.

По разности изначально взятого количества меди и не связавшегося с ним в комплекс пектином определили массу металла, связанного пектином. Результаты расчетов приведены в таблице 2 (Приложение Б).

Из полученных результатов мы узнали, что наибольшее связывание происходит при концентрации яблочного пектина 0,5% в кислой и щелочной средах. По этим данным мы построили графики зависимости связанного иона металла на 1 г пектина от объема раствора CuSO₄•5H₂O.

Результаты связывания пектина с медью в кислой среде представлены на рисунках 13 и 14:



Рисунок 13. Связывание меди 0,5%-ным пектином при температуре 20°С.



Рисунок 14. Связывание меди 0,5%-ным пектином при температуре 37°С.

На вышеприведенных графиках показано, что больше связывание происходит в течение 1 ч. Затем мы сравнили полученные данные связывания пектина с медью в комплекс в течение 1 ч при температурах 20°С и 37°С по графику (рисунок 15).

---

Рисунок 15. Сравнение связывания пектина в кислой среде при температуре 20°С и 37°С.

По графику на рисунке 15 видно, что в кислой среде яблочный пектин лучше связывается в комплекс с медью при температуре 37°С.

Результаты связывания пектина с медью в щелочной среде представлены на рисунках 16 и 17:



Рисунок 16. Связывание меди 0,5%-ным пектином при температуре 20^οС.



Рисунок 17. Связывание меди 0,5%-ным пектином при температуре 37°С.

По графикам на рисунках 16 и 17 можно наблюдать, что в щелочной среде связывание преимущественно происходит в течение 1 ч. Поэтому далее мы сравнили результаты связывания меди с пектином в комплекс в щелочной среде в течение 1 ч при температурах 20°С и 37°С по графику (рисунок 18):



Рисунок 18. Сравнение связывание пектина в щелочной среде при температуре 20°С и 37°С.

По полученному графику (рисунок 18) видно, что связывание при температуре 37°С происходит в большем объёме.

Наконец, мы сравнили полученные результаты связывания пектина в комплекс с медью в течение 1 ч при температуре 37°С, так как это наилучший нами выявленный показатель, в кислой и щелочной средах по графику (рисунок 19):



Рисунок 19. Сравнение связывания пектина с медью в кислой и щелочной средах.

По графику (рисунок 19) видно, что преимущественно наибольшее связывание происходит в щелочной среде.

Из полученных экспериментальным путём данных можно сделать вывод, что наибольшее связывание пектина с медью происходит в щелочной среде в течение 1 часа при температуре 37°С. Также было установлено, что пектин с медью образует комплекс состава 10:1 (одна молекула меди на десять моносахаридных фрагментов).

3.2 Изучение комплексообразующей способности пектиновых веществ с кобальтом

Мы нашли оптические плотности полученного комплекса пектин-кобальт при длине волны 540 нм. Результаты измерений приведены в таблице 3 (Приложение В). На основе полученных результатов построили градуировочный график зависимости концентрации ионов кобальта от оптической плотности (рисунку 20). По выше найденным нами оптическим плотностям определили их концентрации.

---

Рисунок 20. Градуировочный график зависимости концентрации Co²⁺ от оптической плотности.

По разности изначального количества кобальта и не связавшегося с пектином в комплекс определили массу металла, образующего с пектином комплекс. Результаты расчетов приведены в таблице 4 (Приложение Г).

Из полученных результатов можно сделать вывод, что преимущественное связывание кобальта с пектином в комплекс происходит при концентрации пектина 0,5% в кислой и щелочной средах. По этим данным мы построили графики зависимости массы связывающегося металла, в мг, на 1 г пектина от объема раствора CoCl₂•6H₂O.

Результаты связывания пектина в кислой среде представлены на рисунках 21 и 22:



Рисунок 21. Связывание кобальта 0,5%-ным пектином при температуре 20°С.



Рисунок 22. Связывание кобальта 0,5%-ным пектином при температуре 37°С.

Из выше приведенных графиков видно, что оптимальное связывание происходит в течение 30 мин. Мы сравнили эти данные связывания кобальта пектином в течение 30 мин при температурах 20°С и 37°С по графику (рисунок 23):



Рисунок 23. Сравнение связывания кобальта пектином в кислой среде при температуре 20°С и 37°С.

По графику (рисунок 23) видно, что в кислой среде больше всего пектин связывается в комплекс при температуре 20°С.

Результаты связывания пектина в щелочной среде представлены на рисунках 24 и 25:



Рисунок 24. Связывание кобальта 0,5%-ным пектином при температуре 20°С.



Рисунок 25. Связывание кобальта 0,5%-ным пектином при температуре 37°С.

По графикам (рисунки 24 и 25) наблюдаем, что в щелочной среде больше всего связывается в течение 30мин. Так же сравнили эти данные связывания кобальта с пектином в течение 30 мин при температурах 20°С и 37°С по графику (рисунок 26):

---