Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Динамика накопления пектиновых веществ в корнеплодах свёклы (Beta vulgaris L.) в онтогенезе

ВАК РФ 03.01.05, Физиология и биохимия растений

Автореферат диссертации по теме "Динамика накопления пектиновых веществ в корнеплодах свёклы (Beta vulgaris L.) в онтогенезе"

005009901

Пискурева Валентина Александровна

Динамика накопления пектиновых веществ в корнеплодах свёклы (Beta vulgaris L.) в онтогенезе

Специальность 03.01.05 - Физиология и биохимия растений

диссертации на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

Орел -2012

го

005009901

Работа выполнена в ФГБОУ ВПО «Орловский государственный аграрный университет»

Научный руководитель:

доктор биологических наук, профессор Павловская Нинэль Ефимовна

Официальные оппоненты:

доктор сельскохозяйственных наук, профессор

Наумкина Татьяна Сергеевна

кандидат биологических наук Голышкпиа Людмила Владимировна

Ведущая организация: ФГОУ ВПО «Брянская

сельскохозяйственная академия»

Защита диссертации состоится « & ъг ILi’J' h /у 2012г. на заседании диссертационного совета ДМ 220.(^5.01. в Орловском государственном аграрном университете по адресу: 302019 г. Орел, ул. Генерала Родина, 69.

С диссертацией можно ознакомиться в читальном зале библиотеки ОГАУ (г. Орел, Бульвар Победы 19)

Автореферат разослан « ^ & Я Л________2012г. и

размещен на официальном сайте ФГБОУ ВПО «Орловский государственный аграрный университет» http://www.orelsau.ru и сайте ВАК при Минобрнауки РФ http://vak.ed.gov.ru.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные гербовой печатью, просим направлять ученому секретарю диссертационного совета ДМ 220.052.01.

Факс 8 (486-2) 43-13-01, e-mail: dissovet-orelsau@yandex.ru

Ученый секретарь

диссертационного совета, ^—ч

доктор сельскохозяйственных наук/

профессор (__-р ___________Л. П. Степанова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы.

В настоящее время все большее внимание уделяется продуктам питания, которые способствуют профилактике и улучшению здоровья человека. К важнейшим продуктам растениеводства, обладающим высокой биологической активностью, относится пектин, физиологическая ценность которого состоит в нормализации биохимических процессов и предотвращении негативного воздействия токсических веществ на организм человека.

Пектин является одним из основных полимеров, который участвует в формировании клеточной стенки, способствует повышению её прочности и растяжению, а также влияет на процессы первичного поглощения минеральных веществ. В то же время актуален и прикладной аспект исследования клеточной стенки, поскольку её параметры вынуждены в том или ином виде учитывать все переработчики растительного сырья (Горшкова,2007).

Изучению свойств пектиновых веществ посвящены работы Аймухамедовой Г.Б.(1974), Шелухиной Н.Щ1988), Карповича

Н.С.(1992), Донченко Л.В.(2007) и других. Однако до сих пор остаются недостаточно изученными вопросы накопления пектиновых веществ в процессе онтогенеза и связи с синтезом моносахаридов и компонентов клеточной стенки растений, а также химические и бактерицидные свойства полисахаридов.

Традиционными источниками получения

пектиносодержащего сырья являются яблочные и цитрусовые выжимки. Для Орловской области рационально использовать отходы сахароперерабатывающего производства — свекловичный жом.

Сведения о содержании и сравнительных аналитических характеристиках пектиновых веществ сортов и гибридов сахарной и столовой свеклы, возделываемых в регионе, отсутствуют, что и определило необходимость проведения данных исследований. Контроль качества пектиновых веществ необходимо начинать не с момента переработки жома, а с выращивания сахарной свеклы в максимально контролируемых условиях, обеспечивающих не только высокий выход сахара, но и производство вторичных ценных продуктов.

Цель и задачи исследований. Цель работы: Сравнительное изучение динамики накопления пектиновых веществ в онтогенезе

\

сахарной и столовой свеклы и комплексного использования отходов производства. В соответствии целью решались следующие задачи

• Исследовать динамику накопления моносахаридов и сахарозы в листьях и корнеплодах свёклы;

• Исследовать динамику накопления целлюлозы, пектина и протопектина в корнеплодах в онтогенезе свёклы различных сортов и гибридов;

• Выявить соотношение сахарозы и пектиновых веществ в клеточных оболочках корнеплода в процессе хранения свёклы;

• Изучить минеральный состав корнеплодов;

• Изучить комплексообразующие и бактерицидные свойства пектиносодержащего концентрата свёклы столовой и сахарной;

• Дать обоснование использования отходов сахарного производства для получения вторичных ценных продуктов.

Научная новизна работы. Впервые установлена взаимосвязь синтеза моносахаров, сахарозы и пектинов у различных сортов и гибридов отечественной и зарубежной селекции свёклы столовой и сахарной. Выявлена динамика накопления различных форм пектиновых веществ в корнеплоде свёклы в онтогенезе. Изучены закономерности изменения биохимических показателей в процессе длительного хранения корнеплодов свёклы.

Установлена фаза развития сахарной и столовой свеклы максимального накопления пектина и протопектина в корнеплодах.

Практическая значимость работы: Исследование

соотношения синтеза моносахаров, сахарозы и пектиновых веществ корнеплодов сахарной свёклы необходимо для обоснования задач комплексной переработки на сахароперерабатывающем производстве. Получены: пектиносодержащий концентрат, белково-углеводные добавки, биоэтанол и биоудобрения.

Апробация работы. Материалы диссертации были доложены: на XI международной научно-производственной

конференции «Проблемы сельскохозяйственного производства на современном этапе и пути их решения» (Белгород, 2007,), на I международной Интернет-конференции «Фундаментальные и прикладные исследования в АПК на современном этапе развития

химии» (Орел, 2008), на международной конференции молодых ученых «Фундаментальные и прикладные аспекты современной биотехнологии» (Брянск, 2008), на II Международной Интернет-конференции «Фундаментальные и прикладные исследования в АПК на современном этапе развития химии» (Орел, 2009), на Всероссийской научно практической конференции «Биотехнологии Биомедицинская инженерия и технологии современных социальных практик» (Курск 2009), на V Международном конгрессе «Биотехнологии: состояние и перспектива развития» (Москва, 2009), на Международной научно-практической конференции (Смоленск, 2009 г), на научно-практической конференции «Теоретические основы применения биотехнологий, генетики и физиологии растений в современной селекции растений и растениеводстве» (Брянск, 2009), на II Международной научно-практической конференции «Конгресс, партнеринг и выставка по биотехнологии и биоэнергетике» (Москва, 2010), на Межрегиональной конференции «Организация и регуляция физиолого-биохимических процессов» (Воронеж, 2010), на Международной конференции «Организация и рефляция физиологобиохимических процессов» (Воронеж, 2011), на IV Международной заочной Интернет-конференции «Инновационные фундаментальные и прикладные исследования в области химии сельскохозяйственного производства» (Орел, 2011).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 23 печатных работы, из которых 2 в журналах, рецензируемых ВАКом, и патент №2411879.

Объем и структура диссертации. Диссертация изложена на 142 листах машинописного текста и состоит из введения, обзора литературы, материалов и методов исследований, результатов собственных исследований и их обсуждения, выводов, предложений для производства, приложения, списка литературы, включающего 135 отечественных, 22 иностранных источников и 9 источников интернет-порталов. Работа иллюстрирована 19 таблицами и 42 рисунками.

Положения, выдвигаемые на защиту.

• Накопление сахарозы и пектиновых веществ

корнеплодов свёклы столовой и сахарной определяется фазой развития растения;

. • Комплексообразующие и бактерицидные свойства

пектинов свёклы определяются степенью этерификации и количеством галактуроновой кислоты;

• Пектиносодержащий концентрат обладает свойствами чистого пектина;

• Обоснование получения новой полезной продукции из отходов сахарного производства.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Диссертационная работа выполнена в Орловском региональном биотехнологическом центре сельскохозяйственных растений лаборатории биотехнологии и молекулярной экспертизы Орел ГАУ в 2007-2011 гг.. Работа проводилась, в рамках федеральной целевой программы Российской Федерации, исходя из «Перечня критических технологий РФ», От 21.05.2006 ФЦП « Живые системы».

Растения для исследования выращивали в 2009-201! гг.. на полях ЗАО «Березки», Орловского района Орловской области. Почвенно-климатические условия соответствуют технологии возделывания сахарной и столовой свёклы. Повторность опыта четырехкратная, расположение вариантов рендомизированное шахматное. Агротехника возделывания свёклы столовой и сахарной общепринятая в Орловской области. Для изучения биохимических характеристик использовали следующие сорта и гибриды свёклы столовой: Двусеменная ТСХА, Бордо 237, Египетская плоская, Цилиндра (селекции России и Голландии), и сахарной: Шериф, Мелюзин, У рази, Маша (селекции Франции и Германии).

Морфологические параметры исследовали методом поляризационной микроскопии с использованием микроскопа (K.Zeiss, Jena, Германия). Толщину целлюлозной основы клеточной стенки измеряли с помощью микроскопа проходящего света фирмы «Nikon» (Япония, тип Eclipse Soi). Количественное определение сахарозы и фруктозы проводили спектрофотометрически резорциновым методом (Туркина, Соколова, Красавина, 1971). Редуцирующие вещества определяли фотометрическим методом. Сырую клетчатку определяли по стандарту ГОСТ 13496,2-91. Пектин, протопектин и сумму пектиновых веществ определяли карбозальньш

спектрофотометрическим методом (Ермаков, 1987). Физикохимические свойства пектинов проводили методом фармакопейного кодекса США, включающим получение очищенного пектина, определение степени этерифИкации, молекулярной массы, содержания метоксильных групп. (United States Pharma Korea USA - XXII, official monographs, 1991). Детоксицирующие свойства пектина и пектиносодержащих продуктов определяли титриметрическим методом (Ермаков, 1987). Анализ элементного состава определяли с использованием рентгено-спектрального анализатора на сканирующем электронном микроскопе «JEOL» модели JSM-6390.

Схема опыта

Достоверность экспериментальных данных оценивали методом математической статистики с привлечением современных программных средств. Расчеты, построение графиков и их описание осуществляли с помощью приложений Microsoft Office Word 2007 и Excel 2007.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Динамика накопления сахарозы в листьях и корнеплодах свёклы столовой и сахарной

Накопление пектиновых веществ в онтогенезе непосредственно связано с увеличением в корнеплоде сахарозы. Рост и развитие свёклы в первый год жизни принято делить на три этапа. На первом этапе (V-VI месяцы) растение энергично формирует рабочие органы (листья и корни), а рост корнеплода отстает. Поэтому количество сахарозы накапливается практически одинаково в листьях и в корнеплодах, когда образуется три пары настоящих листьев, первичная кора корня постепенно сбрасывается ( «линька» ) и появляется вторичная, одетая слоем пробковой ткани. После «линьки» корень и гипокотиль начинают утолщаться.

А

ВШзриф | ВМелюзин!

□ Урази

□ Маша |

VI VII VIII месяцы

Рисунок 1 - Накопление сахарозы в корнеплодах (А) и листьях (Б) гибридов сахарной свёклы (% сухого вещества).

На втором этапе (УП-УШ месяц), когда происходит смыкания листьев в рядках и междурядьях, идет интенсивное утолщение и формирование корнеплодов и в них увеличивается, соответственно, количество сахарозы, а в листьях накопление сахарозы идет значительно медленнее. На третьем этапе (IX месяц) при размыкания листьев их прирост и, следовательно, накопление сахаров замедляется, а в корнеплодах сахарной свёклы количество сахара продолжает увеличиваться (рис. 1).

У свёклы столовой накопление сахарозы аналогично, но происходит медленнее.

Выявлено различие по изменению содержания редуцирующих веществ в сахарной и столовой свёкле в зависимости от сорта. Так, количество растворимых веществ среди гибридов сахарной свёклы постоянно растет, и наибольшая их величина отмечена у гибрида Мелюзин (5,45%).

Сахаристые сорта свёклы постоянно накапливают сумму сахаров с резким возрастанием в процессе роста до (24,5%), в то время как в столовых сортах эти процессы происходят более равномерно и в меньшем количестве до (11,1%).

Клеточная стенка как место локализации нерастворимого пектина

Если сахара накапливаются, в основном, в цитоплазме клеток листьев и корнеплодов, то полисахариды (целлюлоза и пектины) - в клеточных стенках. Пектин является одним из основных полимеров, участвующих в формировании клеточной стенки растений. При делении клеток формируется первичная клеточная стенка, состоящая только из целлюлозы. По мере увеличения размеров клеток в процессе развития проростков растений формируется вторичная клеточная стенка и образуются срединные пластинки, состоящие из целлюлозы и пектина. На рисунке 2 в поляризованном свете наблюдается увеличение размеров клеток корня и утолщение клеточной стенки.

В корне пятидневного проростка наблюдается начало закладки линейных структур целлюлозы и небольшое утолщение клеточных стенок за счет появления пектиновых веществ. В 10-ти дневных проростках количество микрофибрилл целлюлозы клеточных стенок увеличивается, что регистрируется усилением свечения в поляризованном свете, и клетки при этом укрупняются. В 15-дневном проростке свёклы наблюдается хорошо сформированная

линейная структура целлюлозы клеточной стенки. Клетки более крупные со значительным утолщением.

Рисунок 2 - Микрофотографии клеток корня свёклы столовой (Бордо 237) в поляризующем свете (А-5-дневные проростки, Е-10-дневные, В-15-дневные).

Сахарная и столовая свекла в фазе технической спелости различаются размерами клеток и толщиной клеточной стенки. Самой мелкоклеточной с меныпей толщиной клеточной стенки является сахарная свёкла. Более крупные клетки у столовой свёклы сорта «Цилиндра», которая содержит меньше сахарозы на 2,1%, по сравнению с другими сортами.

Динамика накопления пектинов в корнеплодах свёклы в процессе роста и развития

Процесс синтеза пектинов ещё не до конца изучен. Исходными веществами для биосинтеза пектина в растительной клетке являются галактуроновая и глюкуроновая кислоты, а местом синтеза фрагментов молекул пектина - аппарат Гольджи. Процесс образования пектинов сложен и неоднозначен, на что указываю!' особенности превращения пектиновых веществ в онтогенезе растений, и отличия, зависящие от фазы развития и органа, где накапливается пектин.

Растворимый пектин и протопектин локализованы в разных частях растительной клетки, и выполняют различные функции. Протопектин входит в состав клеточной оболочки, из него в основном состоят срединные пластинки, а растворимый пектин находится в соке вакуоли зрелых плодов. Особенности накопления пектина и протопектина в онтогенезе сахарной и столовой свёклы заключаются в том, что в период образования двух-четырех-шести пар листьев (нарастание листовой массы), количество растворимого и нерастворимого пектина увеличивается незначительно, как у сахарной (рис.З), так и у столовой свёклы (рис.4).

%

И I

-•-Шериф —4— Мелюзж Ураэи Маша 1

V) VII VIII IX

Рисунок 3 - Накопление пектина (А) и протопектина (Б) в корнеплодах сахарной свёклы (% сухого вещества)

Во втором этапе (VII-VIII) при утолщении корнеплодов свёклы количество растворимого пектина возрастает до максимального значения (12,5%), а протопектина - уменьшается. Его количество изменяется по сортам и гибридам, так в корнеплодах сахарной свёклы больше пектина содержит гибрид Шериф (12,5%) и протопектина -(7.1%), а меньше - Урази (5,4 и 4.3% соответственно). В столовой свёкле сортовые отличия незначительны (рис. 4).

Рисунок 4 - Накопление пектина (А) и протопектина (Б) в корнеплодах свёклы столовой (% сухого вещества).

В фазе технической спелости уменьшается количество растворимого пектина, но резко увеличивается количество

Свекла сахарная —Свекла столовая I

Рисунок 5 — Динамика накопления целлюлозы в корнеплодах сахарной и столовой свёклы (% сухого вещества).

Особенностью накопления пектиновых веществ в процессе вегетации свёклы является то, что в отличие от плодовых культур, у которых по мере созревания увеличивается количество растворимого пектина, корнеплоды сахарной и столовой свёклы накапливают больше протопектина. Это подтверждает, что роль пектиновых веществ в жизнедеятельности растений разнообразна и обуславливает различие технологических приёмов их извлечения и физикохимических свойств.

Изменение содержания сахаров и полисахаридов в процессе

хранения

Для сахарного производства и питания населения особенно важным является разработка условий хранения корнеплодов, способствующих лучшему сохранению питательных свойств сельскохозяйственной продукции. Это обуславливает необходимость установить изменения содержания запасных веществ в процессе

протопектина (рис. 4Б) и целлюлозы (рис. 5).

VI! | VIII Месяцы

хранения. Для сахарной и столовой свёклы особенно актуальным является потеря сахаров и полиоз.

%

18

16

' гЪ

до хранения ! 2 месяца I 5 месяцев | 9 месяцев

Рисунок 6 - Изменение содержания сахаров и пектинов в процессе хранения свёклы столовой (% сухого вещества).

При хранении корнеплодов свёклы жизненные процессы,

связанные с притоком ассимилятов, затухают (рис. 6). За время хранения, в течение 2-9-ти месяцев, общее количество сахаров плавно уменьшается. Это можно объяснить тем, что одна часть сахарозы тратится на дыхание, а другая - превращается в моносахара, количество которых возрастает. Количество сухого вещества

уменьшается, так как основную его часть (около 70%) составляют нерастворимые сахара. Содержание пектиновых веществ у всех сортов уменьшается через 6 месяцев хранения. Это снижение особенно существенно у сортов Двусемянная ТСХА и Бордо 273 (с 14,9 до 10,5% и с 13,7 до 10,3% соответственно).

Минеральный состав корнеплодов свёклы

Пектины в клеточной стенке находятся в виде солей Са2+ и

М§2' (пектаты) и обеспечивают механическую прочность. Вместе с

тем полисахаридам клеточной стенки отводится роль адсорбентов химических элементов.

Корнеплоды свёклы столовой и сахарной содержат много разнообразных макро- и микроэлементов, таких как кальций, калий, магний, медь, марганец, фтор, цинк, железо, йод, кобальт и другие, которые принимают участие в процессах метаболизма (рис.7). В тканях сахарной свёклы значительная часть кальция и магния содержится в форме нерастворимых в воде соединений.

У всех исследованных гибридов сахарной свёклы калия содержится значительно больше, чем магния, натрия и кальция в отличие от столовых сортов. Это подтверждает, что содержание калия влияет не только на массу корнеплода, но и на сахаристость. При переработке свёклы соли калия и натрия не удаляются из диффузионного сока, в результате чего увеличивается патокообразование и снижается выход сахара.

2100

1800

1500

i:oo

900

и Я. *а>

Ж ri гг

5 * & йй

и г N б

II II II III

7.00 S.00 9.00

0.00 L00 2.00 3-00 4-00 5.00 6.С«

Рисунок 7 - Рентгенограмма элементного состава корнеплодов сахарной свёклы гибрида Маша на сканирующем электроном микроскопе (% в золе)

Вместе с тем, гибриды сахарной свёклы избирательно накапливают и тяжелые металлы. Максимальное количество свинца и ртути содержат гибриды Урази и Мелюзин, минимальное - Маша и Шериф. По содержанию цинка и меди гибриды, в основном, одинаковы. Содержание тяжелых металлов и искусственного радионуклида в корнеплодах свёклы было существенно ниже контрольных уровнеГг, используемых для оценки безопасности кормов и пищевых продуктов.

Комтексводразующие и бактерицидные свойства пектинов и Iюмтпосодержащих концентратов

Для объективной оценки детоксицирующих свойств пектинов используют показатель «комплексообразующая способность», которая основана на взаимодействии молекул пектина с ионами тяжелых и радиоактивных металлов. Свекловичный нектин относится к ккзкоэтерифицирозанным пектинам, содержащим большое количество свободных от эфирных связей карбоксильных групп галактуроновой кислоты. Комплексообразующие свойства пектина зависят не только от степени этерификации, но и от pH среды, концентрации и природы металла (Донченко Л.В., Губенкова Е.Н., 2007 и др.).

Однако, детоксицирующие свойства пектиносодержащих продуктов, полученных на основе свёклы столовой и отходов сахароперерабатывающей промышленности свекловичного жома, изучены недостаточно.

Пектиносодержащий концентрат, полученный из свекловичного жома, характеризуется меньшим содержанием галактуроновой кислоты (на 21,2%) и степенью этерификации (на 5,5%) по сравнению с пектином свёклы (таблица I).

В ходе осаждения и очистки пектинов от балластных веществ в значительной степени может измениться их комплексообразующая способность, поэтому изучение этого показателя проводили без выделения пектина из сырья. Сравнение же адсорбционной способности гидролизованных и негидролизованных пектинов свекловичного концентрата по отношению к ионам свинца и цинка показало преимущество перл iro (209,3 и 235,3 мг) по сравнению с негидролизаванным (173,5 и 200,1 мг).

Таблица 1 — Физико-химические характеристики

гидролизованных пектинов и пектиносодержащих продуктов свёклы столовой

Наименование показателей Г идролизованн ый пектин свёклы Пектиносодер жащий концентрат свёклы

Галактуроновая кислота, % 64,7 43,5

Метоксильные группы, % 1,55 1,47

Степень этерификации, % 50,0 45,5

Для исследования бактерицидной способности пектинов и пектиносодержащего концентрата столовой свёклы использовали тест-культуры (Proteus Vulgaris и Escherichia Coli). Готовили раствор пектина разной концентрации и замеряли диаметры зон угнетения роста соответствующих тест-культур (рис.8).

Зона угнетении тест-культур пектинами, мм

4,00

0,00 ----------,---------1---------,--------,-----------,-------,----------■---------,---------.--------

D.003 0,006 0.012 0,025 0,050 0.100 0200 0.400 0,800 1,600

Концентрация пектина, %

і - E.Coli, обработанные пектином свёклы, III - Prot. vulgaris, обработанные пектином свёклы

II - E.Coli, обработанные свекловичным концентратом IV - Prot,vulgaris, обработанные свекловичным концентратом)

Рисунок 8 - Бактерицидная способность активированного пектина и свекловичного концентрата

Результаты эксперимента подтвердили бактерицидную способность как пектинов так и пектиносодержащего концентрата свеклы столовой по отношению к патогенной микрофлоре.

Новые возможности сахароперерабатывающего производства

Сахар - основной продукт переработки сахарной свёклы, который широко используется в народном хозяйстве. Однако в этом производстве выход сахара составляет всего около 16,3%, а 83,7% от количества исходного сырья приходится на отходы производства, которыми являются меласса -3,5% и свекловичный жом - около 80,283% (по весу свёклы) и др. (рис. 9).

Меласа

3,5%

Ш Меласса 1Жом

1 Выход сахара

Рисунок 9 - Отходы сахарного производства в условиях Орловской области.

К сожалению, на сахарных комбинатах отходы перерабатываются недостаточно, в связи с чем предложена технология получения разнообразной продукции.

Получение пектиносодержащего концентрата, белково-кормовых добавок и биоэтанола из отходов сахарного производства

Свекловичный жом - один из ценных источников, используемых для получения пектиновых веществ. Получение очищенного пектина - довольно дорогостоящий процесс, и в настоящее время предпочтение отдается технологиям, предусматривающим получение активных пектинов из протопектинов,

содержащихся непосредственно в растительном сырье. Исследования разных видов жома показало, что наибольшее количество пектиновых веществ содержит «свежий жом», что на 23,5% больше по сравнению с сухим жомом (рис. 10).

Из жома методом гетерофазной ферментации получен пектиносодержащий концентрат, выход которого составил 15%. Установлено, что концентрат содержит на 14,% больше пектина по сравнению со «свежим жомом».

Жом (свежий) Пектиносодержащий Сухой остаток после концентрат ферментации

Рисунок 10 - Содержание пектиновых веществ в продуктах

ферментации (% сухого вещества)

Вместе с тем, из свекловичного жома получены также белково-углеводные кормовые добавки, из мелассы - биоэтанол, а из свёклы столовой - пектиносодержащий концентрат, используемый как основа для приготовления соусов (имеется патент №2411879).

ВЫВОДЫ

1. Установлено, что в процессе развития сахарной и столовой свёклы происходит убыль моносахаридов и сахарозы в листьях и их накопление в корнеплодах.

2. Выявлены сортовые различия в скорости синтеза и общем количестве пектинов сахарной (10.4-16,5%) и столовой свёклы (9,113,7%).

3. В процессе роста и развития свёклы происходит накопление целлюлозы и протопектина в корнеплодах. Количество пектина к

моменту созревания уменьшается. Сортовые различия не существенны.

4. Установлены сортовые различия между размерами клеток и толщиной клеточной стенки у столовой свёюты в фазе технической спелости.

5. В процессе 9-месячного хранения, происходит значительная

убыль сахарозы и незначительное уменьшение количества пектиновых веществ у свёклы столовой.

6. Выявлены различия в минеральном составе корнеплодов

сахарной и столовой свёклы. По содержанию калия и магния гибриды сахарной свёклы превосходят столовую (на 24,6% и 3,1% соответственно).

7. Комплексообразующие и антимикробные свойства пектина

саязаны с низкой степенью этерификации, высоким содержанием

галактуроновой кислоты и повышенным содержанием свободных карбоксильных групп. Пектиносодержащий концентрат обладает свойствами чистого пектина.

8. Дано обоснование использования отходов

сахароперерабатывающего производства для получения ценных вторичных продуктов: пектиносодержащего концентрата, белковоуглеводных кормовых добавок и биоэтанола.

ПРЕДЛОЖЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВУ

• Отходы сахароперерабатывающего производства: свекловичный

жом, мелассу рекомендуется использовать для получения пектиносодержащих пищевых продуктов профилактического и

функционального назначения (соусов, киселей, йогуртов) а также биоэтанола.

• После получения пектиносодержащих концентратов оставшийся рецикл рекомендуется реализовать в качестве кормовых добавок, биоудобрений и субстрата для выращивания комнатных и тепличных растений.

СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ

!. Пискурева, В.А. Биотехнологические аспекты производства продуктов на плодоовощной основе, обладающих повышенной активностью к токсичным веществам /В.А. Пискурева,

B.C. Житникова //Материалы XI Международной научно-

производственной конференции «Проблемы сельскохозяйственного производства на современном этапе и пути их решения»,— Белгород, 2007,- с.46-47.

2. Пискурева, В.А. Отходы сахарного производства, как сырье для получения биологически ценных продуктов /В.А. Пискурева //Сборник докладов IV Международной научно-практической конференции «Потребительский рынок, качество и безопасность товаров и услуг».- Орел, 2007 - с.429-431.

3. Пискурева, В.А. Новые возможности сахароперерабатывающей промышленности в Орловской области /В.А. Пискурева, Н.Е. Павловская //Материалы I Международной итернет-конференции «Фундаментальные и прикладные исследования в АПК на современном этапе развития химии».- Орел, 2008 - с. 112114.

4. Пискурева, В.А. Плодоовощные концентраты радиозащитного действия /В.А. Пискурева, Н.Е. Павловская, B.C. Житникова // Материалы I Международной итернет-конференции «Фундаментальные и прикладные исследования в АПК на современном этапе развития химии»,- Орел, 2008 - с.293-296.

5. Пискурева, В.А. Концентрат радиозащитного действия /В.А. Пискурева, B.C. Житникова // Материалы Всероссийской научнопрактической конференции «Биотехнологии. Биомедицинская инженерия и технология современных социальных практик. - Курск.-2009.- с. 80-83.

6. Пискурева, В.А. Бактерицидные свойства пектинов плодоовощного концентрата /В.А. Пискурева, B.C. Житникова.// Материалы Всероссийской научно-практической конференции «Биотехнологии. Биомедицинская инженерия и технология современных социальных практик. - Курск.-2009.- с. 83-85.

7. Пискурева, В.А. Биоконверсия растительного сырья в Орловской области с применением инновационных технологий /Н.В. Парахин, Н.Е. Павловская, И.В. Горькова, И.Н. Гагарина, В.А. Пискурева // Материалы V Международного конгресса «Биотехнологии: состояние и перспектива развития».(16-20 марта 2009 г.). - Москва, 2009. - с. 342-343.

8. Пискурева, В.А. Комплексообразующие свойства пектинов плодоовощного концентрата на основе моркови /В.А. Пискурева, Н.Е. Павловская, B.C. Житникова //Материалы Международной научно-практической конференции. - Смоленск- 2009. - с.33-34

9. Писиурева, В.А. Бактерицидные и комплексообразующие свойства пектинов плодоовощного концентрата / Н.Е. Павловская, И.В. Горькова, B.C. Житникова// Пищевая промышленность. Москва. -2.009 г. №6. -с. 50-51.

10. Пискурева, В.А. Актуальность безотходного использования мелассы / В.А. Пискурева, Н.Е. Павловская, И.В. Горькова, И.В. Яковлева // Материалы Международной Интернет конференции «Фундаментальные и прикладные исследования в АПК на современном этапе развития химии», - Орел. -2009. - с.181-183.

П. Пискурева, В.А. Интеграция пищевой и перерабатывающей промышленности с целью получения биоэтанола /В.А. Пискурева, Н.Е. Павловская, И.В. Горькова, И.Н. Гагарина//Материалы научнопрактической конференции «Теоретические основы применения биотехнологий, генетики и физиологии растений в современной селекции растений и растениеводстве». - Брянск. -2009. - с. 201-203.

12. Пискурева, В.А. Изменение биохимических свойств природных красителей плодоовощного концентрата /В.А. Пискурева, Н.Е. Павловская, И.В. Яковлева, B.C. Житникова //Материалы Международной научно-практической конференции «Научное обоснование агропромышленного производства». - Курск. -2010.-е. 174-175.

13. Пискурева, В.А. Биотехнологическая переработка отходов производства гречихи и сахароперерабатывающих предприятий для получения полезных продуктов /Н.В. Парахин, Н.Е. Павловская, И.В. Горькова, И.Н. Гагарина, В.А. Пискурева// Материалы Мсяедународной научно-практической конференции «Биотехнология: экология крупных городов». - Москва. -2010.-е. 189-190.

14. Пискурева, В.А. Биотехнологическая переработка отходов сахароперерабатывающих предприятий./Н.В. Парахин, Н.Е. Павловская, И.В. Горькова, И.Н. Гагарина, В.А. Пискурева// Материалы тезисов II Международной научно-практической конференции «Конгресс партнеринг и выставка по биотехнологии и биоэнергетике». - Москва. - 2010.-е 161 -162

15. Пискурева, В.А. Использование отходов сельскохозяйственного производства для получения белковоуглеводных кормовых добавок с различными функциональными свойствами./В.А. Пискурева, И.А. Гнеушева, Н.Е. Павловская, Г.А. Игнатова// Вестник Орел ГАУ. -2010. -№6. - с. 109-1 И.

16. Пискурева, В.А. Получение альтернативного топлива из отходов сахарного производства / В.А. Пискурева, Н.Е. Павловская,

И.В. Горькова, И.Н. Гагарина // Материалы Международной телеконференции «Фундаментальные медико-биологические науки и практическое здравоохранение». - Томск. - 2010. - с. 198.

17. Пискурева, В. А. Структурные и биохимические особенности клеточной стенки корнеплодов свёклы столовой / В.А. Пискурева, Н.Е. Павловская, Л.В. Голышкин //Материалы Межрегиональной конференции «Организация и регуляция физиолого-биохимических процессов». - Воронеж. - 2010. - с. 166-170.

18. Пискурева, В.А. Образование пектиновых веществ в онтогенезе сахарной свёклы / В.А. Пискурева // Материалы Международной конференции «Организация и регуляция физиологобиохимических процессов». - Воронеж. - 2011. - с. 132-134.

19. Пискурева, В.А. Альтернативный способ получения

пектиносодержащего концентрата из свекловичного жома / В.А. Пискурева, Н.Е. Павловская, И.А. Гнеушева, И.В. Яковлева // Материалы IV Всероссийской научно-практической конференции с международным участием: «Биомедицинская инженерия и

биотехнология». - Курск. - 2011.- с.74-78.

20. Пискурева, В.А. Содержание тяжелых металлов в сахарной свекле и отходах производства / В.А. Пискурева, Н.Е. Павловская, И.В. Яковлева // Материалы Международной научно-практической конференции. - Курск. - 2011. - с. 132-134.

21. Пискурева, В.А. Количественное соотношение сахаров и пектиновых веществ в корнеплодах свёклы столовой / В.А. Пискурева //Материалы IV Международной заочной Интернет-конференции «Инновационные фундаментальные и прикладные исследования в области химии сельскохозяйственного производства». - Орел. - 2011. -с. 18-22.

22. Пискурева, В.А. Накопление и локализация пектиновых веществ в корнеплодах свеклы столовой /В.А. Пискурева // Материалы IV Международной заочной Интернет-конференции «Инновационные фундаментальные и прикладные исследования в области химии сельскохозяйственного производства». - Орел. - 2011. - с. 22-27.

23. Пат. 2411879 Российской Федерации, МПК А 23Ь, 1/39(2006. 01), А 23Ь 1/29 (2006/ 01). Способ получения основы для соуса / Пискурева В.А., Житникова В.С., Иванова Т.Н., Агашков Е.М.; заявитель и патентообладатель Орловский государственный технический университет,- №20091298/13; заявл. 29.07.2009; опубл. 20.02.2011, Бюл. №5 — 5с.: ил.

Журналы «Пищевая промышленность» и Вестник Орел ГАУ являются изданиями, рецензируемыми ВАК.

Подписано в печать 2.02.2012 г.

Формат 60x90/16. Бумага офсетная. Гарнитура Таймс. Уел. печ. л. 1,0. Заказ 22. Тираж 100 экз.

Отпечатано в издательстве Орел ГАУ, 2012, Орел, Бульвар Победы, 19

Текст научной работыДиссертация по биологии, кандидата сельскохозяйственных наук, Пискурева, Валентина Александровна, Орел

61 12-6/263

ФГБОУ ВПО ОРЛОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ

УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи

Пискурева Валентина Александровна Динамика накопления пектиновых веществ в корнеплодах свёклы (Beta

vulgaris L.) в онтогенезе

Специальность 03.01.05 - Физиология и биохимия растений

ДИССЕРТАЦИЯ

На соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

Научный руководитель доктор биологических наук, профессор Павловская Н. Е.

Орёл - 2012

Содержание

Введение. 4

1.1. Значение и применение пектиновых веществ. 8

1.2. Характеристика клеточной стенки растений. 19

1.3. Происхождение культурных сортов свёклы, генетические и морфологические особенности. 24

1.4. Питательная ценность и народнохозяйственное значение свёклы столовой. 30

1.5. Питательная ценность и народнохозяйственное значение сахарной свёклы (Beta vulgaris L. sp vulgaris var, altissima Doll). 31 Глава 2. Объекты и методы исследования. 46

2.1. Материалы исследования. 46

2.2. Место и условия выращивания. 50

2.3. Биохимические методы исследования. 56 Глава 3. Исследования динамики содержания моносахаридов, сахарозы и полисахаридов в листьях и корнеплодах свёклы столовой и сахарной различных сортов и гибридов отечественной и зарубежной селекции. 61

3.1. Накопление моносахаридов и сахарозы в листьях и корнеплодах свёклы в процессе вегетации. 62

3.2. Клеточная стенка как место локализации нерастворимого пектина. 70

3.3. Содержания пектиновых веществ в корнеплодах свёклы. 74

3.4. Динамика накопления пектиновых веществ в процессе роста и развития свёклы столовой и сахарной. 76 Глава 4. Динамика изменения Сахаров и полисахаридов корнеплодов свёклы в процессе хранения. 84

4.1. Динамика изменения сахарозы и моносахаров корнеплодов свёклы столовой в процессе хранения. 86

4.2. Количественное соотношение полисахаридов свёклы в процессе хранения корнеплодов. 91

Глава 5. Минеральный состав корнеплодов свёклы. 93

5.1. Минеральный состав свёклы столовой в зависимости от сорта. 94

5.2. Минеральный состав корнеплодов гибридов сахарной свёклы. 96

5.3. Содержание тяжелых металлов в отходах сахароперерабатывающего производства. 99

5.4. Комплексообразующие и бактерицидные свойства пектиносодержащих концентратов свёклы. 101 Глава 6. Новые возможности сахароперерабатывающего производства в Орловской области. 107

6.1. Исследование отходов сахарного производства - свекловичного 110 жома. 110

6.2. Получение пектиносодержащего концентрата из свекловичного жома. 113

6.3. Использование отходов сахароперерабатывающего производства для получения белково-кормовых добавок. 117

6.4. Использование мелассы свекловичной для получения биоэтанола. 121 Выводы. 125 Предложения производству. 126 Список литературы. 127

Введение.

В настоящее время все большее внимание уделяется продуктам питания, которые способствуют профилактике и улучшению здоровья человека. Одним из важнейших продуктов растениеводства, обладающих высокой биологической активностью, является пектин. Физиологическая ценность пектина состоит в том, что он способствует нормальному протеканию биохимических процессов и предотвращению негативного воздействия токсических веществ на организм человека. Изучению свойств пектиновых веществ посвящены работы ученых (Аймухамедовой, 1974; Шелухиной, 1988; Карповича, 1992; Донченко, 2007, и др.). Однако до сих пор остается недостаточно изученным вопрос накопления пектиновых веществ в онтогенезе и их взаимосвязь с другими компонентами клеточной стенки растительной клетки.

Пектин является одним из основных полимеров, которые участвуют в формировании клеточной стенки, способствуют повышению её прочности и растяжению, а также влияет на процессы первичного поглощения минеральных веществ. В тоже время актуален и прикладной аспект исследования клеточной стенки, поскольку её параметры вынуждены в том или ином виде учитывать все переработчики растительного сырья (Горшкова, 2007).

Традиционными источниками получения пектиносодержащего сырья являются яблочные и цитрусовые выжимки. Для Орловской области рационально использовать отходы сахароперерабатывающего производства -свекловичный жом. Современное свекловодство направлено на получение наибольших показателей по сбору сахара. Однако в результате переработки свёклы образуется комплекс побочных продуктов: дефекат, жом, сточные воды, которые имеют высокий энергетический потенциал и могут перерабатываться далее с целью получения удобрений, пищевых продуктов,

таких как пектиновые вещества, что в свою очередь снижает себестоимость в целом и повышает рентабельность сахарного производства.

Контроль качества пектиновых веществ необходимо начинать не с момента переработки жома, а с выращивания сахарной свёклы в максимально контролируемых условиях, обеспечивающих не только высокий выход сахара, но и в дальнейшем получение пектина из свекловичного жома.

Актуальной проблемой является изучение накопления пектиновых веществ в корнеплодах сахарной и столовой свёклы, как в состоянии технической спелости, так и в онтогенезе.

Цель и задачи исследований. Целью настоящей работы является сравнительное изучение динамики накопления пектиновых веществ в онтогенезе сахарной и столовой свёклы и комплексного использования отходов производства. Для достижения данной цели были поставлены следующие задачи:

• исследовать динамику накопления моносахаридов и сахарозы в листьях и корнеплодах свёклы;

• исследовать динамику накопления целлюлозы, пектина и протопектина в корнеплодах в онтогенезе свёклы различных сортов и гибридов;

• выявить соотношение сахарозы и пектиновых веществ в клеточных оболочках корнеплода в процессе хранения свёклы;

• изучить минеральный состав корнеплодов;

• изучить комплексообразующие и бактерицидные свойства пектиносодержащего концентрата свёклы столовой и сахарной;

• дать обоснование использования отходов сахарного производства для получения вторичных ценных продуктов.

Научная новизна работы. Впервые установлена взаимосвязь синтеза моносахаров, сахарозы и пектина у различных сортов и гибридов отечественной и зарубежной селекции свёклы столовой и сахарной.

Выявлена динамика накопления различных форм пектиновых веществ в корнеплоде свёклы в онтогенезе. Изучены закономерности изменения биохимических показателей в процессе длительного хранения корнеплодов свёклы.

Установлена фаза развития максимального накопления пектина и протопектина в корнеплодах сахарной и столовой свёклы.

Практическая значимость работы. Исследование соотношения синтеза моносахаров, сахарозы и пектиновых веществ корнеплодов сахарной свёклы необходимо для обоснования задач комплексной переработки данного вида сырья на сахароперерабатывающем производстве. Получены: пектиносодержащий концентрат, белково-углеводные кормовые добавки, биоэтанол и биоудобрения.

Апробация работы. Основные результаты исследований докладывались и обсуждались: на XI Международной научно-производственной конференции «Проблемы сельскохозяйственного производства на современном этапе и пути их решения» (Белгород, 2007,), на I Международной Интернет-конференции «Фундаментальные и прикладные исследования в АПК на современном этапе развития химии» (Орел, 2008), на Международной конференции молодых ученых «Фундаментальные и прикладные аспекты современной биотехнологии» (Брянск, 2008), на II Международной Интернет-конференции «Фундаментальные и прикладные исследования в АПК на современном этапе развития химии» (Орел, 2009), на Всероссийской научно- практической конференции «Биотехнологии; биомедицинская инженерия и технологии современных социальных практик» (Курск 2009), на V Международном конгрессе «Биотехнологии: состояние и перспектива развития» (Москва, 2009), на Международной научно-практической конференции (Смоленск, 2009), на научно-практической конференции «Теоретические основы применения биотехнологий, генетики и физиологии растений в современной селекции

растений и растениеводстве» (Брянск, 2009), на II Международной научно-практической конференции «Конгресс, партнеринг и выставка по биотехнологии и биоэнергетике» (Москва, 2010), на Межрегиональной конференции «Организация и регуляция физиолого-биохимических процессов» (Воронеж, 2010), на Международной конференции «Организация и регуляция физиолого-биохимических процессов» (Воронеж, 2011), на IV Международной заочной Интернет-конференции «Инновационные фундаментальные и прикладные исследования в области химии сельскохозяйственного производства» (Орел, 2011).

Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано 23 печатных работы, в том числе две в изданиях, рекомендованных ВАК и 1 патент РФ №2411879.

Положения, выдвигаемые на защиту:

• накопление сахарозы и пектиновых веществ корнеплодов свёклы столовой и сахарной определяется фазой развития растения;

• комплексообразующие и бактерицидные свойства пектинов свёклы определяются степенью этерификации и количеством галактуроновой кислоты;

• пектиносодержащий концентрат обладает свойствами чистого пектина;

• обоснование получения новой полезной продукции из отходов сахарного производства.

Глава 1. Обзор литературы.

1.1. Значение и применение пектиновых веществ.

Впервые в 1790 г. ученый Ваклен выделил из фруктового сока водорастворимое вещество, обладающее гелеобразующей способностью. Через 40 лет Браконно назвал его пектиновой кислотой (от греческого «свернувшийся, застывший»). Смоленский первым предположил, что пектин состоит из остатков Б-галактуроновой кислоты, соединенных через а-1,4-гликозидную связь в полимерную цепочку. В 1930 г. Майер и Марк подтвердили это предположение, экспериментально доказав существование полимерной молекулы пектина. В 1937 г. Шнайдер и Бокк впервые установили структурную формулу пектина, однако промышленное производство высокоэтерифицированного пектина было организованно - 60, а низкоэтерифицированного - 36 лет назад. Свойства пектинов растительного сырья широко освещены в работах ученых (Юлдашев, 1983; Ашубаева, 1984; Карпович, 1989). Пектины относятся к классу полисахаридов и входят в состав клеточной стенки высших растений, где они выполняют функции цементирующего материала для волокон целлюлозы. Многие растения содержат пектины в межклеточном слое между первичными клеточными стенками, где они участвуют в регуляции движения воды и клеточных соков (МигаПкпз1та, 1994; Кочетков, 1995; Нечаев, 1997; Тужилкин, 1999). Будучи частью клеточной стенки и основным компонентом срединной пластинки, пектины обеспечивают межклеточную адгезию в растительных тканях подобно коллагену в животных тканях. В зависимости от количества замещенных карбоксильных групп пектин может обладать различной степенью этерификации. Если более 50% карбоксильных групп содержат остатки метилового спирта, то это высоэтерифицированные пектины, если степень этерификации ниже 50% - низкоэтерифицированные (Курбатов,

1977). Они имеют разные механизмы желирования: первые образуют гели в присутствии сахара и кислоты, при этом содержание сухих веществ в среде должно быть не менее 50%, рН 2,8 -3,4. При одинаковых условиях и высоких температурах высокоэтерифицированные пектины желируют быстрее, чем низкоэтерифированные (Ермаков 1972; Кочетков, 1992). Содержание пектинов в растениях различается и составляет, например, в яблоках 0,5-1,6% (от сырой массы), в бананах - 0,7-1,2%, в плодах томатов - 0,2-0,6%, в ананасах - 0,04-0,13%, в мякоти лимонов - 2,5-4,0%, в свекле - около 1%, в кожуре апельсинов - 3,5-5,5% (Renard, 1993; Thakur, 1997).

Зрелые головки подсолнуха содержат 3,3-5,0% водорастворимого высокометокселированного пектина и 11,9-14,3% нерастворимого низкометокселированного пектина (Lin, 1975).

Несмотря на то, что пектины встречаются практически во всех растениях, источники коммерческого пектина ограничены главным образом выжимками яблок и кожурой плодов цитрусовых (Thakur, 1997).

Основная область использования пектинов - пищевая промышленность, и их применение разрешено во всех странах. Объединенный комитет экспертов ФАО/ВОЗ по пищевым добавкам рекомендует пектин как безопасную добавку без ограничения приемлемой дозы ежедневного потребления . Во многих продуктах пектин используется как желеобразователь, загуститель, эмульгатор и стабилизатор, а также как заменитель жира или сахара в диетах с низкой энергетической ценностью. Одно из направлений пектинов связано с их использованием в фармацевтических технологиях (Sriamornsak, 1999; Semde, 2000).

Пектины как химические соединения относятся к классу полимерных углеводов (полисахаридов). Как и большинство полисахаридов, пектины являются гетерогенными в отношении химической структуры и молекулярной массы. Их состав различается в зависимости от источника сырья, места произрастания растения и условий выделения (Chang, 1994).

Первичными блоками полимерной цепочки пектинов являются остатки Б-галактуроновой кислоты, которые соединены друг с другом. Образованные таким образом цепочки насчитывают несколько сотен галактуроновых блоков. Коммерческие пектины имеют молекулярную массу около 80 ООО дальтон, что соответствует приблизительно 400 остаткам галактуроновой кислоты.

По способности растворяться пектины бывают двух типов: водорастворимые (или свободные) и водонерастворимые. Растворимость в воде зависит от степени полимеризации, количества и распределения метоксильных групп. Растворимость увеличивается с уменьшением молекулярной массы и увеличением этерификации карбоксильных групп. На растворение влияют рН раствора, температура, природа и концентрация растворяемых веществ (Донченко, 2007).

Одним из важных свойств пектинов является их способность образовывать гель в присутствие ионов кальция, сахара и кислоты. Гель формируется в результате образования непрерывной трехмерной сети полимерных молекул, поперечно связанных друг с другом в жидкой среде (Ьо12каг, 1946). В чистых пектиновых гелях такой жидкой фазой является вода. Прочность геля зависит от степени полимеризации, этерификации и ацетилирования, и от наличия боковых цепей из нейтральных Сахаров. Но механизм образования гелей различен у высокоэтерифицированных и низкоэтерифицированных пектинов. Первые образуют гели в присутствии кислоты (при рН ниже 3,6) и сахара (обычно сахарозы в концентрации более 55% по массе), вторые — в присутствии кальция.

Образование геля в высокоэтерифицированных пектинах обеспечивают водородные связи и гидрофобные взаимодействия между галактуронановыми цепями (Вау1ез, 1980; Walkinshaw, 1981). Роль сахара в формировании гелей этих пектинов состоит в стабилизации соединительных

зон за счет поддержания гидрофобных взаимодействий между эфирными группами (Oakenfull, 1984).

Желирование низкоэтерифицированных пектинов происходит в результате образования в зоне контакта ионных связей через кальциевые мостики между карбоксильными группами, принадлежащими двум разным цепям. Прочность контакта пектиновых цепей усиливается благодаря образованию водородных связей между кислородными атомами гидроксильных групп и пиранозного кольца, с одной стороны, и ионами кальция — с другой. Взаимодействие между ионами кальция и цепями полигалактуроновой кислоты описывается моделью «egg-box» («упаковка для яиц»), предложенной для альгинатов (Kohn, 1987).

Присутствие метиловых групп предотвращает образование зон контакта, а боковые цепи на молекулах пектина препятствуют их агрегации (Smidsrod, 1971). И наоборот, чем больше свободных карбоксильных групп и чем меньше боковых цепей, тем более вероятно, что образуются кальциевые мостики. В целом скорость образования геля и его прочность зависят от степени этерификации пектина, концентрации кальция и рН раствора, хотя при избыточных концентрациях кальция и рН от 3,0 до 5,0 гель разрушается, а пектин осаждается в виде пектата кальция. Взаимодействие пектина с ионами кальция становится незначительным при степени этерификации более 45% (Thibault, 1985), при этом резко уменьшается прочность геля, либо он вообще не образуется. С уменьшением степени этерификации прочность геля повышается (Kim, 1978).

Выяснение механизмов гелеобразования пектинов необходимо для понимания их фармакологических свойств и, прежде всего, такого важного свойства, как способность связывать в желудочно-кишечном тракте и выводить из организма тяжелые металлы, в том числе радионуклиды. Эти металлы, например, свинец, кадмий, ртуть и другие, так же как и ионы кальция, взаимодействуют с молекулами низкоэтерифицированного пектина

и образуют с ними прочные комплексы. Для других сорбентов, например желчных кислот, характерны механизмы сорбции, в частности, гидрофобные механизмы, взаимодействие через кальциевые, алюминиевые или железные мостики, либо связывание с высвобождающимися протонами (Воп£о\¥з1а, 1995).

Имея р�