Изучение сорбционной способности пектина из лука медвежьего (черемши) (Allium ursinum L.) по отношению к ионам свинца (II)
Автор: Манукян Карина Артуровна, Мыкоц Лилия Петровна, Компанцева Евгения Владимировна
Журнал: Известия Самарского научного центра Российской академии наук @izvestiya-ssc
Рубрика: Биологические ресурсы: флора
Статья в выпуске: 1-9 т.14, 2012 года.
Бесплатный доступ
Изучена сорбционная способность пектина из лука медвежьего (черемши) (Allium ursinum L.) по отношению к ионам свинца (II). Связывающую способность пектина по отношению к иону свинца определяли титриметрическим методом. Наблюдалось изменение концентрации свинца (хода сорбции) в зависимости от времени. Результаты исследования свидетельствуют о неоднородности, хорошей пористости поверхности сорбента, обеспечивающей активное протекание процесса сорбции. Полученные характеристики, отсутствие токсичности, позволяют рекомендовать пектин, полученный из черемши, в качестве энтеросорбента для выведения ионов свинца из организма при свинцовой интоксикации. Также это свойство можно рассматривать составляющим общего антиоксидантного действия извлечений из лука медвежьего (Allium ursinum L.)
Сорбционная способность, пектин, лук медвежий, ионы свинца
Короткий адрес: https://sciup.org/148201050
IDR: 148201050
Текст научной статьи Изучение сорбционной способности пектина из лука медвежьего (черемши) (Allium ursinum L.) по отношению к ионам свинца (II)
Лук медвежий, черемша (Allium ursinum L.) – это многолетнее растение рода Allium, обладающее широким спектром действия за счет группы биологически активных веществ. Основными из них являются серосодержащие соединения, аскорбиновая кислота, флавоноиды, поли-ненасыщенные жирные кислоты, пектины, которые оказывают комплексное антиоксидантное, гиполипидемическое, улучшающее работу сердечно-сосудистой системы действие. Пектины – ценнейшие компоненты пищи. Они присутствуют почти во всех видах растений, плодов, овощей. Известно, что пектины являются хорошими нетоксичными энтеросорбентами. Пектины черемши вносят свой вклад в общее анти-оксидатное действие растения, связывая ионы тяжелых металлов, приостанавливая процесс появления свободных радикалов. Являясь природными ионообменниками, они способны сорбировать на своей поверхности катионы тяжелых металлов, детоксицируя организм после его попадания внутрь. Так, ионы свинца, связываясь с карбоксильными сульфгидрильными, фосфатными группами биомолекул, снижают активность ферментов, купируют метаболические процессы, интоксицируя организм [2].
Цель исследования: получение и изучение сорбционной способности пектина лука медвежьего по отношению к ионам свинца in vitro.
Мыкоц Лилия Петровна, кандидат химических наук, доцент, заведующая кафедрой физической и коллоидной химии
Компанцева Евгения Владимировна, доктор фармацевтических наук, профессор кафедры фармацевтической химии
Материалы и методы исследования . В качестве растительного сырья использовали свежесобранную надземную часть лука медвежьего (черемшу), собранную на Северном Кавказе. Пектины получали трехкратной экстракцией сырья водой и экстрагирующим агентом – щавелевой кислотой при 70-75oС в течение 3-х часов с последующим осаждением целевого продукта водным раствором ацетона или этанола. Определение сорбционной способности (сорбционная емкость, процент связывания свинец-ионов) проводили комплексонометрическим методом. Сорбционная емкость пектина выражается количеством ионов металла, связывающимся с 1 г пектина.
При обработке пектина стандартным раствором ацетата свинца, образуется рыхлый осадок пектината свинца, который не адсорбируется в кишечнике и выводится из организма. Осадок свинца пектината отфильтровывали, а в фильтрате определяли содержание свинец-ионов. Определение основано на титровании стандартным раствором ЭТДА в среде ацетатного буферного раствора (pH=5) в присутствии ксиленолового оранжевого до перехода малиновой окраски в лимонно-желтую [1]. В реакциях образования пектинатов металлов участвуют два вещества. Чтобы учесть изменения концентрации одного из реагирующих веществ (ионы металла) при минимальном влиянии концентрации другого вещества (пектина) мы использовали метод изолирования Оствальда [1]. Согласно этому методу реакция проводится с избытком одного из реагентов (пектина) и тогда скорость процесса пропорциональна концентрации другого реагента, взятого в недостатке (ионы металла).
На следующем этапе исследований оценивали количество адсорбтива, находящегося в объеме адсорбционного слоя, отвечающего единице массы адсорбента, т.е. величину адсорбции (А). На основе полученных экспериментальных данных рассчитывали величину экспериментальной адсорбции согласно зависимости:
A эксп
К С * V
, m где С – изменение концентрации свинец-ионов в растворе, ммоль/л; V – объем раствора, л; m – масса навески сорбента, г.
Согласно теории адсорбции процесс ее протекания может описываться уравнениями Ленгмюра и Фрейндлиха [3], причем теория Ленгмюра охватывает с известными ограничениями явления как физической, так и химической адсорбции. Расчет величины адсорбции проводили согласно зависимости:
А А = —-- b + c где А∞ - емкость адсорбционного монослоя; В – адсорбционный коэффициент, где К – константа адсорбционного расновесия); С – равновесная концентрация адсорбтива в объеме фазы.
Адсорбция может быть описана и уравнением Фрейндлиха:
A=KC1/n, где K и 1/n – эмпирические константы; С – равновесная концентрация.
Чаще уравнение используется в расчетах при исследовании адсорбции на пористых адсорбентах. Для поиска подчиненности изучаемого процесса сорбции, находили константы указанных уравнений, проводили сравнительный аннализ с величинами экспериментальной адсорбции. На рис. 1 представлены соответствующие изотермы сорбции. Нахождение констант Ленгмюра и констант уравнения Фрейндлиха осуществляли по графическим зависимостям: 1/ А эксп =f (1/∆C), lg А эксп =f (lgC), соответственно[4].
Результаты и обсуждение. Изменение концентрации свинец-ионов от времени сорбции в водной фазе растворов при контакте с пектином отражено в таблице 1.
Таблица 1. Изменение концентрации ионов свинца в водной фазе раствора
Время, мин |
Количест во свинец-ионов, мг/г |
Концентрация свинец-ионов(ХХ) в растворе, ммоль/л |
Процент связывания свинец-ионов,% |
станд р-р |
310,8 |
150 |
- |
5 |
265,8 |
105 |
63,8 |
10 |
111,9 |
54 |
64 |
15 |
110,6 |
54,5 |
64,2 |
20 |
109,8 |
53 |
64,7 |
30 |
107,7 |
52 |
65,3 |
40 |
107,7 |
52 |
65,3 |
60 |
107,7 |
52 |
653 |
Таблица 2. Соотношение экспериментальных величин сорбции свинец-ионов на пектине с расчетными
AC, ммоль/л |
А лэкс , ммоль/г |
А л , ммоль /г |
А ф , ммоль /г |
А экс /А л |
А экс /А ф |
95 |
62,3 |
63,5 |
61,4 |
0,981 |
1,015 |
96 |
64 |
65,4 |
62,8 |
0,979 |
1,019 |
97 |
64,7 |
65,8 |
63,3 |
0,983 |
1,022 |
98 |
65,3 |
66,2 |
63,7 |
0,986 |
1,025 |
Ср=0,983 |
Ср=1,021 |
В течение 30 минут максимальное извлечение свинец-ионов составило 65,3% от равновесной концентрации. В течение следующих 30 минут процент связывания остался прежним, что в пересчете на 1 г сорбента равно 107,7 мг свинец-ионов. В таблице 2 приведены найденные экспериментальные и расчетные величины адсорбции свинец-ионов пектином. На рис. 1 представлены соответствующие изотермы сорбции.
Величины констант уравнения Ленгмюра находили по графической зависимости (рис. 2). Найденные константы составили: А=142,8; b=113,6. Константы уравнения Фрейндлиха, найденные по графической зависимости lnA от ln∆C составили: К=2,718;1/n=0,68.

Рис. 1. Изотермы сорбции ионов свинца пектином из черемши:
1 – экспериментальная; 2 – по уравнению
Фрейндлиха; 3– по уравнению Ленгмюра
Большая величина константы «b» свидетельствует о хорошей способности пектина к сорбции свинец-ионов. Это подтвердилось результатами эксперимента (таблица 1).

Рис. 2. Преобразованная изотерма сорбции свинец-ионов пектином из черемши по Ленгмюру
Выводы: Выявлена выраженная сорбционная способность пектина по отношению к свинец-ионам. Максимальная степень извлечения составила 65,3% от исходной концентрации свинец-ионов в течение 30 минут. Установлено, что функциональная зависимость сорбции от содержания ионов свинца в большей степени подчиняется уравнению Ленгмюра. Возможно, что адсорбтив, адсорбированный под действием физических сил, затем связывался с пектином уже химическими силами, но, в то же время, поверхностные атомы сорбента сохраняли связь с остальными его атомами. Десорбция ионов свинца протекала 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.
Проведенные исследования показывают, что пектин, полученный щелочным способом из надземной части лука медвежьего (черемши) может быть рекомендован в качестве детокси-анта. Однако в профилактических целях и всю надземную часть лука медвежьего можно использовать для включения в рацион питания в качестве растительного энтеросорбента, особенно для лиц, работающих на производствах, где есть опасность отравления свинцом или ртутью, а также в среде, загрязненной радионуклидами металлов.
Список литературы Изучение сорбционной способности пектина из лука медвежьего (черемши) (Allium ursinum L.) по отношению к ионам свинца (II)
- Васильев, Ю.Г. Аналитическая химия. Лабораторный практикум. -М.: Дрофа, 2006. 416 с.
- Кариович, Н.С. Пектин. Производство и применение/Н.С. Кариович и др. -Киев: Урожай, 1989. 88 с.
- Фролов, Ю.Г. Поверхностные явления и дисперсные системы. -М.: Химия, 1982. 400 с.