Комплексы пектинового биополимера с дикарбоновыми кислотами и способ их получения

Описаны комплексы пектинового биополимера с дикарбоновыми кислотами общей формулы I

а также способ получения комплекса пектина с дикарбоновой кислотой общей формулы I, заключающийся в том, что нагретый до температуры 55-60°С водный раствор пектина формулы II подвергают взаимодействию при нагревании с дикарбоновой кислотой - янтарной или фумаровой, взятой в количестве 0.13-0.55 г кислоты на 1 г пектина, образовавшийся комплекс осаждают этиловым спиртом и сушат

Комплексы оказывают меньшее токсическое воздействие и раздражающее действие на слизистую желудка по сравнению со свободными янтарной и фумаровой кислотами. 2 н.п. ф-лы.

 

Изобретение относится к пектиновым биополимерам, а именно комплексам пектинового биополимера с дикарбоновыми органическими кислотами - янтарной и фумаровой и способу их получения.

Комплексы пектина с янтарной и фумаровой кислотами содержат два биологически активных вещества - пектин и дикарбоновую кислоту и могут быть использованы как биологически активные продукты, сочетающие их свойства. Комплексно связанные дикарбоновые кислоты не оказывают раздражающего действия на слизистую оболочку желудка, в связи с этим комплексы их с пектиновым биополимером могут быть использованы как препараты мягкого биологического действия.

Известны нерастворимые комплексы пектина с катионами металлов и способ их получения обработкой пектина солями металлов (А.с. СССР №1776656 А1, кл. С 08 В 37/06, БИ N43, 1992).

Известны водорастворимые би- и полиметаллические комплексы полигалактуроновой кислоты, стимулирующие процесс кроветворения (патент РФ №2219187 С2) и способ их получения (патент РФ №2220981 С2) взаимодействием водных щелочных растворов пектина с солями металлов.

Вышеуказанные комплексы и способы их получения относятся к соединениям пектинов с металлами, в данном изобретении предлагаются новые комплексы пектина с органическими соединениями - янтарной и фумаровой кислотами и способ их получения, что расширяет ассортимент и область использования пектиновых биополимеров.

Цель изобретения - новые комплексы пектинового биополимера с органическими кислотами и способ получения новых, полезных соединений, расширяющих число известных средств воздействия на организм.

Поставленная цель достигается предлагаемыми соединениями и способом получения комплексов пектина с янтарной и фумаровой кислотами общей формулы I

Способ заключается в том, что пектин общей формулы II подвергают взаимодействию при нагревании в водном растворе с дикарбоновой кислотой, осаждают этиловым спиртом и сушат

Способ осуществляется следующим образом:

Нагретый до температуры 55-60°С водный раствор пектина формулы II обрабатывают янтарной или фумаровой кислотой, взятых в количестве 0.13-0.55 г кислоты на 1 г пектина, выдерживают 0.5 часа при 55-60°С, после чего комплекс формулы I осаждают этиловым спиртом, осадок отфильтровывают, сушат и измельчают.

Представленные результаты получены при использовании цитрусового пектина марки "Classic С-401" производства фирмы "Herbstreith & Fox" (Германия) со средней молекулярной массой М_n 17600.

Степень полимеризации n исходного пектина рассчитывают по формуле:

n=М_η/М_Г.К.,

где М_η - молекулярная масса исходного пектина, М_Г.К. - молекулярная масса остатка частично этерифицированной галактуроновой кислоты со степенью этерификации 60% (180).

Молекулярную массу исходного пектина определяют методом вискозиметрии по уравнению Куна-Марка, которое устанавливает зависимость средневесового молекулярного веса от характеристической вязкости

[η]=kM^α;

где [η] - внутренняя или характеристическая вязкость; k и α - константы, зависящие от структуры полимера и его взаимодействия с растворителем. Для пектинов по Гликману и Орлову уравнение Куна-Марка (растворитель - 1% раствор NaCl) выглядит следующим образом (Шелухина Н.П., Абаева Р.Ш., Аймухамедова Г.Б. Пектин и параметры его получения. Фрунзе: Илим. 1987):

[η]=1.1·10^-5·M^1.22.

В связи с этим n=17600:180=98.

Доказательство образования комплекса пектин - дикарбоновая кислота и определение числа m, соответствующего количеству молекул янтарной или фумаровой кислот, связанных в комплекс с одной молекулой пектинового биополимера, проводят на основе разработанной нами методики количественного определения дикарбоновой кислоты, связанной с пектиновым биополимером, заключающейся в следующем:

Водный раствор пектина нагревают с дикарбоновой кислотой при 55-60°С, охлаждают до комнатной температуры и осаждают образующийся комплекс пектина с дикарбоновой кислотой этиловым спиртом. Осадок отделяют центрифугированием, растворяют в воде при 55-60°С и добавляют NaOH в количестве, необходимом для достижения рН 8, нагревают в течение 15 минут, пектин осаждают этиловым спиртом и сушат. Получают сухой пектин А (г). Из фильтрата концентрированием и сушкой получают натриевую соль дикарбоновой кислоты, по количеству которой находят количество дикарбоновой кислоты В (г), связанной в комплекс. Далее, используя найденные значения А (г) и В (г), из нижеприведенных соотношений а) и в) определяют m:

а) А (г) пектина -	В (г) дикарбоновой кислоты
17600 (молек. вес пектина) -	Х (г) дикарбоновой кислоты

в) 1 моль дикарбоновой кислоты -	М (молекулярный вес)
m молей дикарбоновой кислоты -	Х (г) дикарбоновой кислоты

Строение полученных комплексов подтверждено также данными спектроскопии ЯМР ¹³С. Так в комплексе пектина с янтарной кислотой (m=43) имеются следующие сигналы (приведены наиболее интенсивные сигналы, относящиеся к полигалактуроновой кислоте, в скобках дана мультплетность сигнала в спектре ЯМР ¹³C) (D₂O, δ_с м.д., J Гц): 178.67 уш. с (с) (СООН, янтарная кислота), 30.43 с (т. т) (СН₂, янтарная кислота, ¹J_HC 130.7, ²J_нсс 5.0); 174.91, 174.82, 174.77, 174.66, 174.63, 172.33, 172.29, 172.25 восемь с (два уш.с) (СООН, СООМе); 101.20, 101.13, 101.10, 101.05, 100.99, 100.93, 100.88, 100.81, 100.77, 100.67, 100.64, 100.51, 100.49, 100.46 четырнадцать с (один уш. д) (С¹, ¹J_HC 169.0-172.0); 69.80, 69.77, 69.74, 69.67, 69.56, 69.49, 69.45, 69.28, 69.16, 69.11, 69.08, 69.02 двенадцать с (один уш. д) (С², С³, ¹J_HC 141.0-143.0); 80.22, 80.10, 80.06, 79.97, 79.91 пять с (один уш. д) (С⁴); 72.12, 72.07, 72.03, 71.95, 71.86, 71.12, 71.06 семь с (один уш. д) (С⁵, ¹J_HC 141.0-143.0). Комплекс пектина с фумаровой кислотой, кроме перечисленных сигналов пектина, содержит следующие сигналы, относящиеся к фумаровой кислоте (D₂O, δ_с м.д., J Гц): 169.83 с (д. д) (СООН, ²J_нсс=³J_нссс 5.3); 134.61 с (уш. д) (СН=СН, ¹J_HC 167.5).

Способ поясняется следующими примерами его выполнения.

Пример 1.

Получение комплекса пектин - янтарная кислота.

а) 0.35 г янтарной кислоты растворяют при 55-60°С в 500 мл воды, прибавляют порциями при перемешивании 2.7 г пектина (0.13 г кислоты на 1 г пектина), перемешивают 0.5 часа при 55-60°С. Образовавшийся комплекс осаждают добавлением 500 мл этилового спирта. Осадок отделяют центрифугированием и сушат. Получен комплекс общей формулы Ia. Вес комплекса 1.93 г. ИК спектр (ν, см^-1), 1637, 1735 (С=О), 1017, 1050, 1104, 1149 (пиранозный цикл).

Для установления структуры комплекс растворяют в 400 мл воды при 55-60°С, добавляют 1%-ный раствор NaOH до рН 8. Пектин осаждают 500 мл этилового спирта, отделяют центрифугированием, промывают спиртом и сушат. Выход пектина 1.72 г. Из фильтрата получают 0.29 г натриевой соли янтарной кислоты (соответствует 0.21 г янтарной кислоты), m=18, n=98.

б) Аналогично примеру 1 из 1.2 г янтарной кислоты и 2.7 г пектина (0.44 г кислоты на 1 г пектина) получают 2.58 г комплекса пектин - янтарная кислота, дающего при обработке NaOH 2.01 г пектина и 0.78 г натриевой соли янтарной кислоты (соответствует 0.56 г янтарной кислоты), m=42, n=98.

в) Аналогично из 0.7 г янтарной кислоты и 2.7 г пектина (0.37 г кислоты на 1 г пектина) получают 2.07 г комплекса пектин - янтарная кислота, дающего при обработке NaOH 1.67 г пектина и 0.56 г натриевой соли янтарной кислоты, m=36, n=98.

г) Аналогично из 1.5 г янтарной кислоты и 2.7 г пектина (0.55 г кислоты на 1 г пектина) получают 2.17 г комплекса пектин - янтарная кислота, дающего при обработке NaOH 1.68 г пектина и 0.67 г натриевой соли янтарной кислоты, m=43, n=98.

Пример 2.

Получение комплекса пектин - фумаровая кислота.

1.2 г фумаровой кислоты растворяют при 55-60°С в 500 мл воды, прибавляют порциями при перемешивании 2.7 г пектина (0.44 г кислоты на 1 г пектина), перемешивают 0.5 часа при 55-60°С. Образовавшийся комплекс осаждают добавлением 500 мл этилового спирта. Осадок отделяют центрифугированием и сушат. Получен комплекс общей формулы 16. Вес комплекса 2.12 г. ИК спектр (v, см^-1), 1676, (С=O), 1012, 1050, 1105, 1151 (пиранозный цикл).

Для установления структуры комплекс растворяют в 400 мл воды при 55-60°С, добавляют 1%-ный раствор NaOH до рН 8. Пектин осаждают 500 мл этилового спирта, отделяют центрифугированием, промывают спиртом и сушат. Выход пектина 1.6 г. Из фильтрата получают 0.72 г натриевой соли фумаровой кислоты (соответствует 0.52 г фумаровой кислоты), m=50, n=98.

Таким образом, заявляемые комплексы пектина с дикарбоновыми кислотами являются новыми соединениями, способ их получения также является новым. Предлагаемый способ получения комплексов прост в исполнении, не требует специальных условий и оборудования и может быть осуществлен на любом производстве по получению пектина.

Учитывая, что составляющими заявляемых комплексов являются широко используемые в пищевой и фармацевтической промышленности пектин и дикарбоновые органические кислоты (янтарная и фумаровая), можно с уверенностью ожидать полезного применения от заявляемых комплексов.

Пектины используют в качестве студне-, структуре- и комплексообразователей, эмульгаторов при производстве кондитерских изделий, джемов, конфитюров, желе, фруктовых напитков, соков, майонезов и других масложировых и молочных продуктов. Многочисленные исследования подтвердили способность пектинов снижать накопление радионуклидов в организме и декорпорировать тяжелые металлы. Янтарная и фумаровая кислоты активизируют обменные процессы живых организмов, повышая их энергетические возможности и сопротивляемость различным неблагоприятным воздействиям. Они поддерживает высокий уровень активности гидролитических и протеолитических ферментов, улучшают сохранность витаминов С, Р, PP. Это естественные продукты обмена веществ, обладающие повышенной биологической активностью. На основании проведенных токсико-гигиенических исследований ГК СЭН РФ разрешено использование янтарной (Е 363), фумаровой (Е 297) кислот и их солей в качестве пищевых добавок в дозах, регламентируемых в технологических инструкциях по изготовлению пищевых продуктов и напитков. Согласно данным ФАО/ВОЗ суточная потребность человеческого организма в янтарной кислоте составляет 60-120 мг.

Предлагаемое изобретение ставило целью получить соединения, сочетающие полезные свойства его составляющих элементов и свободные от таких недостатков кислот, как отрицательное влияние на стенки желудка.

Пример 3.

Биологические испытания комплексов пектинов с дикарбоновыми кислотами.

Проведено исследование биологической активности комплексов пектинов с дикарбоновыми кислотами - фумаровой и янтарной. На белых лабораторных мышах исследовали токсичность (ЛД₅₀) комплексов и ульцерогенное их воздействие на слизистую оболочку желудка. Исследуемые показатели комплексов сравнивали с соответствующими показателями для свободных янтарной и фумаровой кислот.

Методика экспериментов на лабораторных мышах. Для эксперимента брали лабораторных мышей массой 18-22 г. Для определения токсичной дозы (ЛД₅₀) животным через зонд в желудок вводили растворы веществ - комплексы пектиновых полисахаридов с янтарной и фумаровой кислотами, а также растворы исследуемых дикарбоновых кислот в свободном виде. Наблюдали за состоянием животных в течение трех дней. Кроме того, исследовали раздражающее воздействие веществ на желудок. Мышам вводили однократно янтарную или фумаровую кислоту в дозе, соответствующей ЛД₅₀, или комплекс с указанными кислотами в эквимолярных дозах. Через 4-6 часов животных умерщвляли, извлекали желудок и исследовали слизистую под бинокуляром при 10-кратном увеличении.

Результаты. Были получены следующие результаты.

1. Токсичность. Установлено, что для янтарной кислоты ЛД₅₀ 1500 мг/кг, для фумаровой - 1000 мг/кг. В эквимолярных дозах, соответствующих тем же дозам органических кислот, с учетом их процентного содержания в комплексах (24.5-25%), исследованные комплексы пектиновых полисахаридов с органическими кислотами (комплекс с янтарной кислотой 6000 мг/кг, с фумаровой кислотой 4000 мг/кг) не проявляли токсичности на лабораторных мышах.

2. Ульцерогенное действие - повреждающее влияние на слизистую желудочно-кишечного тракта. У животных после введения кислот (1500 мг/кг янтарная и 1000 мг/кг фумаровая) на слизистой желудка наблюдали признаки раздражающего влияния вводимых веществ, проявляющиеся в появлении гиперемии, точечных кровоизлияний, а в отдельных случаях эрозий. У животных после введения комплексов пектиновых полисахаридов с кислотами (6000 мг/кг) отсутствовали признаки раздражающего воздействия на слизистую. Лишь в единичных случаях наблюдали отдельные точечные кровоизлияния и отечность слизистой.

Согласно полученным результатам, комплексообразование дикарбоновых кислот - янтарной и фумаровой кислот с пектиновыми полисахаридами приводит к четкому снижению их токсического воздействия на организм и снижает раздражающее влияние кислот на слизистую желудочно-кишечного тракта.

1. Комплексы пектинового биополимера с дикарбоновыми кислотами общей формулы I

2. Способ получения комплексов пектина с дикарбоновой кислотой общей формулы I, заключающийся в том, что нагретый до температуры 55-60°С водный раствор пектина формулы II подвергают взаимодействию при нагревании с дикарбоновой кислотой - янтарной или фумаровой, взятой в количестве 0,13-0,55 г кислоты на 1 г пектина, образовавшийся комплекс осаждают этиловым спиртом и сушат.