Исследование сорбционной способности пектина, полученного кислотным экстрагированием из кожуры семян люпина

Васина Татьяна Михайловна; Мыкоц Лилия Петровна; Туховская Нина Александровна; Зяблицева Надежда Сергеевна; Белоусова Анна Леонидовна; Компанцев Владислав Алексеевич

ИССЛЕДОВАНИЕ СОРБЦИОННОЙ СПОСОБНОСТИ ПЕКТИНА, ПОЛУЧЕННОГО КИСЛОТНЫМ ЭКСТРАГИРОВАНИЕМ ИЗ КОЖУРЫ СЕМЯН ЛЮПИНА

Татьяна Михайловна Васина, Лилия Петровна Мыкоц, Нина Александровна Туховская,

Надежда Сергеевна Зяблицева, Анна Леонидовна Белоусова, Владислав Алексеевич Компанцев (Пятигорская государственная фармацевтическая академия, ректор - д.ф.н., проф. М.В. Гаврилин, кафедра неорганической химии, зав. - д.ф.н., проф. В.А. Компанцев, кафедра физической и коллоидной химии, зав. - к.ф.н., доц. Л.П. Мыкоц, кафедра аналитической химии, зав. - к.х.н., доц. В.П. Зайцев)

Резюме. Цель исследования - изучение сорбционной способности пектина, полученного из кожуры семян люпина экстрагированием раствором кислоты лимонной. Определение сорбционной емкости пектинов проводили комплексонометрически с использованием метода изолирования Оствальда. Установлено, что комплексообразующая способность пектина, полученного экстрагированием раствором кислоты лимонной, и процент связывания свинец-ионов составляют 141,3 мг/г и 20,3% соответственно. Комплексообразование протекает по кинетике I-го порядка. Процесс адсорбции лучше описывается уравнением Ленгмюра. Показана возможность применения полученного пектина в качестве детоксиканта.

Ключевые слова: кожура семян люпина, пектин, сорбционная способность.

THE STUDY OF SORPTION ABILITY OF THE PECTIN, OBTAINED BY LEMON ACID EXTRACTION FROM THE SKIN OF LUPINE'S SEEDS

T.M. Vasina, L.P. Mykoc, N.N. Stepanova, N.S. Zyablitseva, A.L. Belousova, V.A. Kompancev (Pyatigorsk State Pharmaceutical Academy)

Summary. The purpose of the work was to study the sorption ability of the pectin, obtained by lemon acid method from the skin of lupine’s seeds. The determination of sorption capacity of pectins was conducted by complexometric method with the use of isolation method of Ostvald. It has been established that complex formative ability of the pectin, obtained by extraction with solution of lemon acid and per cent of binding lead-ions amount to 141,3 mg/g. The maximum degree of the extraction amounts to 20,3% from source of concentration of lead-ion. It has been established that the process of complex formation runs on the kinetics of the first order. The adsorbtion process is better described by equation of Lengmur. The practicability of the use of obtained pectin as detoxicant has been shown.

Key words: skin of lupine’s seeds, pectin, sorption ability.

Кожура семян люпина (Lupinus) представляет значительные отходы при производстве семян и может быть использована для промышленного получения пектинов при комплексной переработке сырья [2]. Пектины относятся к числу наиболее эффективных природных детоксикантов. При добавлении к раствору пектина солей тяжелых металлов образуются нерастворимые устойчивые соединения - пектинаты металлов, которые не абсорбируются в кишечнике. Комплексообразующие свойства пектина обусловлены наличием в молекуле этого полимера карбоксильных и гидроксильных групп кислоты галактуроновой. Активность и прочность комплексообразования зависит от степени этери-фикации пектина (соотношения между этерифицированны-ми и свободными карбоксильными группами). Чем меньше степень этерификации и чем больше свободных карбоксильных групп, тем активнее протекает процесс комплексообра-зования [4].

Цель данной работы - изучение сорбционной способности пектина, полученного из кожуры семян люпина экстрагированием раствором кислоты лимонной.

Материалы и методы

Для получения пектина из кожуры семян люпина применили известную методику экстрагирования раствором кислоты лимонной [3].

Изучалась кинетика и сорбционная способность полученного пектина in vitro по отношению к свинец-ионам, а также влияние температуры на сорбционную емкость энтеросорбента.

В реакциях образования пектинатов металлов участвуют два вещества. Чтобы учесть изменение концентрации одного из реагирующих веществ (ионов металла) при минимальном влиянии другого вещества (пектина) использовался метод изолирования Оствальда [1]. Согласно этому методу реакция проводится с избытком одного из реагентов (пектина), и тогда скорость сорбции пропорциональна концентрации другого реагента, взятого в недостатке (ионы металла).

Сорбционная емкость выражается количеством ионов тяжелого металла, связывающихся с 1 граммом пекти-

на. Количество связавшихся ионов определяли по разнице между вносимым и остаточным количеством свинец-ионов. Определение свинец-ионов в растворе проводили титрованием стандартным раствором ЭДТА (натрия этилендиа-минтетраацетат двузамещенный 0,01М) в среде ацетатного буферного раствора (рН~5) в присутствии ксиленолового оранжевого до перехода малиновой окраски в лимонножелтую [1]. При обработке пектина стандартным раствором свинца ацетата образующийся рыхлый осадок свинца пекта-та отфильтровывали, содержание избытка свинец-ионов в надосадочной жидкости определяли комплексонометриче-ским титрованием.

Расчет массы свинца в исследуемом растворе проводили по формуле:

gpi

где N - нормальная концентрация раствора трилона Б; V - объем раствора трилона Б, израсходованный на титрование, мл; Эрь2+ - молярная эквивалентная масса свинец-ионов, моль/л.

Константа скорости процесса комплексообразования рассчитывается по уравнению кинетики 1-го порядка:

К=-1п— .

* С,

где С , С - исходная и непрореагировавшая ко времени I концентрации свинец-ионов соответственно, ммоль/л [5].

Адсорбционная способность пектина может быть оценена на основе экспериментальных данных по величине адсорбции. Расчет величины адсорбции проводили согласно зависимости:

А

(Cq — Cpauj.J'V

где С0, С авн - исходная (начальная) и равновесная концентрации свинец-ионов соответственно, ммоль/л; V - объ-

ем раствора адсорбтива из которого происходит адсорбция, л; т - масса навески сорбента, г.

Теоретически адсорбционная способность может быть описана уравнениями Фрейндлиха (Аф) и Ленгмюра (Ал) и, в зависимости от природы адсорбента, подчиняется тому или другому.

Уравнение Фрейндлиха удобно использовать в логарифмической форме:

X

1п — = 1п К + 1/п 1п С, т

где К и 1/п - константы; С - равновесная концентрация;

X

— - адсорбция.

Константа К зависит от природы адсорбента и адсорба-та, колеблется в широких пределах. 1/п - адсорбционный показатель, зависящий от природы адсорбата. Величины констант находят по графической зависимости X

1п — = ЩпАС). т

Теория Ленгмюра описывает, с известными ограничениями, явления как физической, так и химической адсорбции. Расчет величины адсорбции ведется по уравнению:

Аэ=.хС

Зависимость логарифма концентрации (С, моль/л) от времени оказалась линейной. Это позволило предположить, что комплексообразование протекает по реакции 1-го порядка.

Постоянство рассчитанных констант скорости подтверждает то, что комплексообразование действительно протекает по реакции 1-го порядка.

Средняя величина константы скорости процесса ком-плексообразования пектина, полученного из кожуры семян люпина экстрагированием раствором кислоты лимонной, -8,62-10-3мин-1.

Экспериментальные величины адсорбции представлены в таблице 2.

Таблица 2

Результаты определения экспериментальной величины адсорбции

ммоль/л А , ммоль/г 1/йС 1/А іплЄ 1пА

6,0 4,00 0,17 0,25 1,79 1,39

8,1 5,40 0,12 0,19 2,09 1,69

9,0 6,00 0,11 0,17 2,20 1,79

11,0 7,33 0,09 0,14 2,40 1,99

Изотермы сорбции свинец-ионов пектином из кожуры семян люпина по Фрейндлиху и Ленгмюру представлены на рисунке 1.

Коэффициенты уравнений Фрейндлиха и Ленгмюра для пектина из кожуры семян люпина: К=0,8; 1/п=0,86; А =31,25; Ь=41,66.

А =

Ь+С

где А^ - предельная емкость адсорбционного слоя, ь - адсорбционный коэффициент, показывающий сродство адсорбата к адсорб-тиву; С - равновесная концентрация адсорбтива в объеме.

Константы уравнения Ленгмюра (А^ и ь) легко находятся путем его преобразования в уравнение прямой. При этом используется графическая зависимость 1/А = А[1/ДС).

(1)

(2)

Рис. 1. Преобразованные изотермы сорбции свинец-ионов пектином из кожуры семян люпина по

Фрейндлиху (1) и Ленгмюру (2).

Результаты и обсуждение

Изменение концентрации свинец-ионов от времени

Таблица 1

Изменение концентрации свинец-ионов в водной фазе растворов при контакте с пектином

Время, мин. Количество свинец-ионов, мг/г Концентрация свинец-ионов в растворе, ммоль/л Процент связывания свинец-ионов, % Комплексо- образующая способность, мг/г

0 (станд. раствор) 104,2 50,0

10 91,2 44,0 12,5 86,7

20 87,0 41,9 16,5 114,7

30 85,0 41,0 18,4 128,0

40 82,9 39,0 20,3 141,3

60 82,9 39,0 20,3 141,3

сорбции в водной фазе растворов при контакте с пектином отражено в таблице 1.

В течение 60 минут максимальное извлечение свинец-ионов пектином составило 20,3% от равновесной концентрации, а равновесие наступает через 40 минут.

Найденные экспериментальные и расчетные величины адсорбции исследуемого пектина приведены в таблице 3.

Итак, в ходе исследования выявлена выраженная комплексообразующая способность пектина из кожуры семян люпина (141,3 мг/г) по отношению к свинец-ионам.

Образование свинца пектината протекает по кинетике 1-го порядка с величиной константы скорости 8,62-10-3мин-1. Процент связывания свинец-ионов составил 20,3%, а сорбционный процесс лучше описывается уравнением Ленгмюра.

Очевидно, что физическая сорбция предшествует химической. Адсорбтив, адсорбированный под действием физических сил, затем связывается с пектином уже химическими силами, но в то же время поверхностные атомы сорбента сохраняют связь с остальными его атомами. Десорбция ионов свинца протекает с большим трудом и в незначительных количествах. Однако, и соотношение величин адсорбции уравнения Фрейндлиха близко к единице, что может свидетельствовать о неоднородности, хорошей пористости поверхности сорбента, обеспечивающей активное протекание процесса.

Таким образом, проведенное исследование сорбционной

тивного детоксиканта и возможного компонента в продуктах, используемых в лечебно-профилактических целях.

ЛИТЕРАТУРА

1. Васильев В.П., Морозова Р.П., Кочергина Л.А. Аналитическая химия. Лабораторный практикум: уч. пособие для вузов. - М.: Дрофа, 2006. - 416 с.

2. Зяблицева Н.С., Васина Т.М., Щербакова Л.И. и др. Изучение количественного состава пищевых волокон кожуры семян люпина // Разработка, исследование и маркетинг новой фармацевтической продукции: сб. науч. тр. / Под ред. М.В. Гаврилина. - Пятигорск: Пятигорская ГФА, 2010. - Вып. 65. - С.324-325.

3. Карпович Н.С., Донченко Л.В., Нелина В.В. и др. Пектин. Производство и применение. - Киев: Урожай, 1989. - 88 с.

4. Комиссаренко С.Н., Спиридонов В.Н. Пектины - их свойства и применение // Растительные ресурсы. - 1998. - Т. 34. Вып. 1. - С.111-119.

5. Эмануэль, Н.М., Кнорре Д.Г. Курс химической кинетики: 3-е изд. перераб. и доп. - М.: Высшая школа, 1974. - 400 с.

Информация об авторах: Васина Татьяна Михайловна - преподаватель, к.ф.н., 357532, Россия, Ставропольский край, г. Пятигорск, пр. Калинина, 11; Мыкоц Лилия Петровна - заведующий кафедрой, к.ф.н., доцент; Степанова Наталья Николаевна - преподаватель, к.ф.н.; Зяблицева Надежда Сергеевна - старший преподаватель, к.ф.н.; Белоусова Анна Леонидовна - преподаватель, к.ф.н.; Компанцев Владислав Алексеевич - заведующий кафедрой, д.ф.н., профессор.

СЛУЧАИ ИЗ ПРАКТИКИ

ХИРУРГИЧЕСКОЕ ЛЕЧЕНИЕ БОЛЬНЫХ С ПЕРЕЛОМАМИ КОСТЕЙ ГОЛЕНИ, ОСЛОЖНЕННЫМИ ХРОНИЧЕСКИМ ТРАВМАТИЧЕСКИМ ОСТЕОМИЕЛИТОМ

Светлана Николаевна Леонова, Алексей Владимирович Рехов, Алексей Леонидович Камека (Научный центр реконструктивно-восстановительной хирургии СО РАМН, директор - чл.-корр. РАМН Е.Г. Григорьев)

Резюме. Работа основана на анализе результатов обследования и лечения 71 больного из Иркутской области, поступивших в клинику НЦРВХ СО РАМН в плановом порядке с переломами костей голени, осложненными хроническим травматическим остеомиелитом. У больных с риском замедленного сращения перелома кроме стандартной операции дополнительно проводилась внеочаговая костная аутотрансплантация, при риске формирования ложного сустава выполнялась продольная кортикотомия зоны перелома. Установлено, что внеочаговая костная аутотрансплантация и продольная кортикотомии зоны перелома являются эффективными хирургическими методиками лечения пациентов с переломами костей голени, осложненными хроническим травматическим остеомиелитом, которые позволяют снизить риск замедленного сращения перелома и формирования ложного сустава, купировать некротически-гнойный процесс к 4-й неделе после операции и сократить сроки лечения в среднем на 4-5 месяцев.

Ключевые слова: хронический травматический остеомиелит, внеочаговая костная аутотрансплантация, продольная кортикотомии зоны перелома.

SURGICAL TREATMENT OF PATIENTS WITH FRUCTURES OF SHIN BONES COMPLICATED WITH CHRONIC TRAUMATIC OSTEOMYELITIS

S.N. Leonova, A.V. Rekhov, A.L. Kameka (Scientific Center of Reconstructive and Restorative Surgery SB RAMS)

Summary. The work is based on the analysis of the results of examination and treatment of 71 patients with fractures of shin bones complicated with chronic traumatic osteomyelitis treated in the clinic of SCRRS SB RAMS. Patients with risk of delayed union of the fractures had extrafocal bone autotransplantation in addition to the standard operation and also they had longitudinal corticotomy of fracture zone at the risk of forming the false joint. It was determined that extrafocal bone autotransplantation and longitudinal corticotomy of fracture zone were effective surgical methods of treatment of patients with fractures of shin bones complicated with chronic traumatic osteomyelitis that allowed to decrease the risk of delayed union of fractures and forming the false joint, to stop necrotic-purulent process to the 4th week after the operation and to shorten terms of treatment for 4-5 months at the average.

Key words: chronic traumatic osteomyelitis, extrafocal bone autotransplantation, longitudinal corticotomy of fracture zone.

Таблица 3

Соотношение экспериментальных и расчетных величин адсорбции свинец-ионов

Аэксп,

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

эксп

ммоль/г

Аф,

ммоль/г

Ал,

ммоль/г

4,00

3,73

3,93

1,072

1,015

5,40

4,83

5,09

1,118

1,061

6,00

5,29

5,55

1,134

1,081

7,33

6,29

6,53

1,165

1,123

Средняя величина

1,122

1,070

способности пектина, полученного из кожуры семян люпина экстрагированием раствором кислоты лимонной, показало, что данный пектин обладает достаточно высокой сорбционной способностью. Это позволяет рассматривать его в качестве эффек-

The study of sorption ability of the pectin, obtained by lemon acid extraction from the skin of lupine's seeds

Текст научной работы на тему «Исследование сорбционной способности пектина, полученного кислотным экстрагированием из кожуры семян люпина»