Molecular weight characteristics and sorption properties of pectin extracted from different substrates

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

The study of natural polymers is one of the most advanced tasks of modern chemistry. One of these polymers is the common polysaccharide pectin. Widespread acid hydrolysis was used to extract pectin from various substrates. Oxalic, citric and hydrochloric acids have been investigated for this purpose. The water-soluble pectin-containing fraction was extracted from the apples, sugar beet, lemon peel, pine needles. The optimal condition is heating the substrate in a boiling water bath for 1 hour with reflux in a solution of hydrochloric acid (pH 2-3). We neutralized the extract after cooling with an ammonia solution to isolate the dry powder of the pectin-containing component and the pectin was precipitated with ethanol. The study of pectin solutions by the method of gel permeation chromatography showed that they most often have three polymer fractions that are close in molecular weights: ~17-20, ~10-12 and ~0.5 kDa. The content of the last fraction in all selected samples is predominant. Solutions of pre-planted powders of the pectin-containing fraction significantly differ from the previously discussed results: the oligomeric fraction is practically absent in them. For a number of samples of pectin powders, the degree of esterification was determined by potentiometric titration. The dependence of the degree of esterification on both the feedstock and the isolation method was revealed. The method of reverse complexometric titration was used to study the sorption capacity of pectin. The analysis results suggest that there is an inversely proportional dependence of the degree of lead sorption of the pectin sample on its degree of esterification.

About the authors

L. L. Semenycheva

Lobachevsky State University of Nizhny Novgorod

Email: llsem@yandex.ru

N. V. Kuleshova

Lobachevsky State University of Nizhny Novgorod

Email: nvku@yandex.ru

A. V. Mitin

Lobachevsky State University of Nizhny Novgorod

Email: ckp@ichem.unn.ru

T. A. Belaya

Lobachevsky State University of Nizhny Novgorod

Email: kozina.tanya.t98@gmail.com

D. V. Mochkina

Lobachevsky State University of Nizhny Novgorod

Email: darya_mochkina@mail.ru

References

  1. Popov S.V., Ovodov Y.S. Polypotency of the immunomodulatory effect of pectins // Biochemistry (Moscow). 2013. Vol. 78. Issue 7. P. 823-835. https://doi.org/10.1134/S0006297913070134
  2. Zheng Y., Pierce A., Wagner W.L., Scheller H.V., Mohnen D., Tsuda A., et al. Analysis of pectin biopolymer phase states using acoustic emissions // Carbohydrate Polymers. 2020. Vol. 227. 115282. https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2019.115282
  3. Marasini S., Yue H., Ho S.L., Jung K.-H., Park J.A., Cha H., et al. d-Glucuronic acid-coated ultrasmall paramagnetic Ln2O3 (Ln = Tb, Dy, and Ho) nanoparticles: magnetic properties, water proton relaxivities, and fluorescence properties // European Journal of Inorganic Chemistry. 2019. Vol. 2019. Issue 34. P. 3832-3839. https://doi.org/10.10 02/ejic.201900378
  4. Sutar P.B., Mishra R.K., Pal K., Banthia A.K. Development of pH sensitive polyacrylamide grafted pectin hydrogel for controlled drug delivery system // Journal of Materials Science: Materials in Medicine. 2008. Vol. 19. Issue 6. P. 2247-2253. https://doi.org/10.1007/s10856-007-3162-y
  5. Pfaltzgraff L.A., De Bruyn M., Cooper E.C., Budarin V., Clark J.H. Food waste biomass: A resource for high-value chemicals // Green Chemistry. 2013. Vol. 15. Issue 2. P. 307-314. https://doi.org/10.1039/c2gc36978h
  6. Mohnen D. Pectin structure and biosynthesis // Current Opinion in Plant Biology. 2008. Vol. 11. Issue 3. P. 266-277. https://doi.org/10.1016/j.pbi.2008.03.006
  7. Fares M.M., Assaf S.M., Abul-Haija Y.M. Pectin grafted poly(N-vinylpyrrolidone): optimization and in vitro controllable theophylline drug release // Journal of Applied Polymer Science. 2009. Vol. 117. Issue 4. P. 1945-1954. https://doi.org/10.1002/app32172
  8. Wai W.W., AlKarkhi A.F.M., Easa A.M. Comparing biosorbent ability of modified citrus and durian rind pectin // Carbohydrate Polymers. 2010. Vol. 79 Issue 3. P. 584-589. https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2009.09.018
  9. Dranca F., Vargas M., Oroian M. Physicochemical properties of pectin from Malus domestica ‘Falticeni’ apple pomace as affected by non-conventional extraction techniques // Food Hydrocolloids. 2020. Vol. 100. P. 105383. https://doi.org/10.1016/j.foodhyd.2019.105383
  10. Кайшева Н.Ш., Щербак С.Н., Компанцев B.A., Крикова Н.И., Иванова Л.И. Анализ пектинов защитного действия // Журнал аналитической химии. 1994. Т. 49. N 11. C. 11581162.
  11. Morales-Contreras B.E. Wicker L., Rosas-Flores W., Contreras-Esquivel J.C., Gallegos-Infante J.A., Reyes-Jaqueza D., et al. Apple pomace from variety “Blanca de Asturias” as sustainable source of pectin: Composition, rheological, and thermal properties // LWT - Food Science and Technology. 2020. Vol. 117. P. 108641. https://doi.org/10.1016/j.lwt.2019.108641
  12. Sabater C., Sabater V., Olano A., Montilla A., Corzo N. Ultrasound-assisted extraction of pectin from artichoke by-products. An artificial neural network approach to pectin characterisation // Food Hydrocolloids. 2020. Vol. 98. P. 105238. https://doi.org/10.1016/j.foodhyd.2019.105238
  13. Wan L., Chen Q., Huang M., Liu F.X., Pan S.Y. Physiochemical, rheological and emulsifying properties of low methoxyl pectin prepared by high hydrostatic pressure-assisted enzymatic, conventional enzymatic, and alkaline de-esterification: A comparison study // Food Hydrocolloids. 2019. Vol. 93. Issue 2. P. 146155. https://doi.org/10.1016/j.foodhyd.2019.02.022
  14. Maciel V.B.V., Yoshida C.M.P., Boesch C., Goycoolea F.M., Carvalho R.A. Iron-rich chitosanpectin colloidal microparticles laden with ora-pro-nobis (Pereskia aculeata Miller) extract // Food Hydrocolloids. 2020. Vol. 98. P. 105313. https://doi.org/10.1016/j.foodhyd.2019.105313
  15. Li D.D., Yang N., Tao Y., Xu E.-B., Jin Z.-Y., Han Y.-B., et al. Induced electric field intensification of acid hydrolysis of polysaccharides: Roles of thermal and non-thermal effects // Food Hydrocolloids. 2020. Vol. 101. https://doi.org/10.1016/j.foodhyd.2019.105484
  16. Sengar A.S., Rawson A., Muthiah M., Kalakandan S.K. Comparison of different ultrasound assisted extraction techniques for pectin from tomato processing waste // Ultrasonics Sonochemistry. 2020. Vol. 61. P. 104812. https://doi.org/10.1016/j.ultsonch.2019.104812
  17. Pose S., Kirby A.R., Mercado J.A., Morris V.J., Quesada M.A. Structural characterization of cell wall pectin fractions in ripe strawberry fruits using AFM // Carbohydrate Polymers. 2012. Vol. 88. Issue 3. P. 882-890. https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2012.01.029
  18. Khozhaenko E., Kovalev V., Podkorytova E., Khotimchenko M. Removal of the metal ions from aqueous solutions by nanoscaled low molecular pectin isolated from seagrass Phyllospadix iwatensis // Science of the Total Environment. 2015. Vol. 565. P. 913-921. https://doi.org/10.1016/j.sci-totenv.2016.01.108
  19. Fullmer C.S., Edelstein S., Wasserman R.H. Lead-binding properties of intestinal calcium-binding proteins // Journal of Biological Chemistry. 1985. Vol. 260. Issue 11. P. 6816-6819.
  20. Round A.N., Rigby N.M., MacDougall A.J., Morris V.J. A new view of pectin structure revealed by acid hydrolysis and atomic force microscopy // Carbohydrate Research. 2010. Vol. 345. Issue 4. P. 487-497. https://doi.org/10.1016/j.carres.2009.12.019
  21. Antonov Y.A., Zhuravleva I., Celus M., Kyomugasho C., Lombardo S., Thielemans W., et al. Generality and specificity of the binding behaviour of lysozyme with pectin varying in local charge density and overall charge // Food Hydrocolloids. 2019. Vol. 99. P. 105-345. https://doi.org/10.1016/j.foodhyd.2019.105345
  22. Gu M., Fang H., Gao Y., Su T., Niu Y., Yu L.(L.). Characterization of enzymatic modified soluble dietary fiber from tomato peels with high release of lycopene // Food Hydrocolloids. 2019. Vol. 99. P. 105-321. https://doi.org/10.1016/j.food-hyd.2019.105321
  23. O’Donoghue E.M., Somerfield S.D. Biochemical and rheological properties of gelling pectic isolates from buttercup squash fruit // Food Hydrocolloids. 2008. Vol. 22. Issue 7. P. 13261336. https://doi.org/10.1016/j.foodhyd.2007.07.002
  24. Levigne S., Ralet M.-C., Thibault J.-F. Characterisation of pectins extracted from fresh sugar beet under different conditions using an experimental design // Carbohydrate Polymers. 2002. Vol. 49. Issue 2. P. 145-153. https://doi.org/10.1016/S0144-8617(01)00314-9
  25. Zaidel D.N.A., Meyer A.S. Biocatalytic crosslinking of pectic polysaccharides for designed food functionality: Structures, mechanisms, and reactions // Biocatalysis and Agricultural Biotechnology. 2012. Vol. 1. Issue 3. P. 207-219. https://doi.org/10.1016/j.bcab.2012.03.007
  26. Thakur B.R., Singh R.K., Handa A.K., Rao M.A. Chemistry and uses of pectin - a review // Critical Reviews in Food Science and Nutrition. 1997. Vol. 37. Issue 1. P. 47-73. https://doi.org/10.1080/10408399709527767
  27. Zofou D., Shu G.L., Foba-Tendo J., Tabouguia M.O., Assob J.-C.N. In vitro and in vivo anti-salmonella evaluation of pectin extracts and hydrolysates from ‘cas mango’ (Spondias dulcis) // Evidence-based Complementary and Alternative Medicine. 2019. Vol. 2019. Article ID 3578402. https://doi.org/10.1155/2019/3578402
  28. Thakur S., Jyoti C., Vinod K., Thakur V.K. Progress in pectin based hydrogels for water purification: Trends and challenges // Journal of Environmental Management. 2019. Vol. 238. P. 210-223. https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2019.03.002
  29. Francuskiewicz F. Polymer Fractionation. Springer-Verlag Berlin, 1994. 217 р.
  30. Xu M., Qi M., Goff H.D., Cui S.W. Polysaccharides from sunflower stalk pith: Chemical, structural and functional characterization // Food Hydrocolloids. 2020. Vol. 100. 105082. https://doi.org/10.1016/j.foodhyd.2019.04.053
  31. Khotimchenko M., Makarova K., Khozhaenko E., Kovalev V. Lead-binding capacity of calcium pectates with different molecular weight // International Journal of Biological Macromolecules. 2017. Vol. 97. P. 526-535. https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2017.01.065
  32. Khedmat L., Izadi A., Mofid V., Mojtahe-di S.Y. Recent advances in extracting pectin by single and combined ultrasound techniques: A review of techno-functional and bioactive health-promoting aspects // Carbohydrate Polymers. 2020. Vol. 229. 115474. https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2019.115474

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».