ВЫДЕЛЕНИЕ ПОЛИСАХАРИДОВ КОЖУРЫ ДЫНИ Melo Mill

АННОТАЦИЯ

В статье приведены результаты исследования полисахаридного комплекса кожуры дыни melo mill, семейства Тыквенные (Cucurbitaceae,) Установлено, что углеводный комплекс в кожуре дыни представлен водорастворимыми полисахаридами, пектиновыми веществами, гемицеллюлозой А и Б. Приведены методы экстракции водорастворимых полисахаридов, кислоторастворимых полисахаридов и щелочерастворимых полисахаридов. Было выявлено общая сумма полисахаридов и составляет 14,5, 14,1 и 11,44, 10,13% от сухой массы соответственно. Проанализировано максимальное содержание водорастворимых полисахаридов, а содержание гемицеллюлозы А больше (11,44%), чем гемицеллюлозы Б на (10,13%). Ключевые слова: Водорастворимые, кислота растворимые, растворимые в щелочах полисахариды, sevag, диализ, пектиновые соединения, гемицеллюлоза, Cucurbitaceae, Cucumis sativus L. melo L. ssp. orientale Sageret.

ABSTRACT

The article presents the results of a study of the polysaccharide complex of the melon peel of melo mill, the Pumpkin family (Cucurbitaceae). It has been established that the carbohydrate complex in the melon peel is represented by water-soluble polysaccharides, pectin substances, hemicellulose A and B. Methods for the extraction of water-soluble polysaccharides, acid-soluble polysaccharides and alkali- soluble polysaccharides are given. The total amount of polysaccharides was identified and is 14.5, 14.1 and 11.44, 10.13% of the dry weight, respectively. The maximum content of water-soluble polysaccharides was analyzed, and the content of hemicellulose A was higher (11.44%) than hemicellulose B (10.13%). Key words: Water-soluble, acid-soluble, alkali-soluble polysaccharides, sevag, dialysis, pectin compounds, hemicellulose, Cucurbitaceae, Cucumis sativus L. melo L. ssp. orientale Sageret.

Введение

В настоящее время семена и кожура дыни являются побочными продуктами, в основном производимыми промышленностью по переработке фруктов. Такие отходы можно было бы ценить из-за их богатства биоактивными соединениями, особенно полифенолами (флавоноидами и фенольными кислотами), каротиноидами (α-, β-каротином и β- криптоксантином) и жирными кислотами (олеиновой, линолевой и пальмитолеиновой кислотами), среди других соединений [1,2]. Такие биоактивные соединения, обнаруженные в плодах дыни, продемонстрировали возможную пользу для здоровья, например, мезокарпий дыни использовался как анальгетик или противовоспалительное средство, а также для лечения определенных признаков боли или дискомфорта, таких как диарея, дизурия и диспепсия [3]. Несколько исследований дыни и ее побочных продуктов показали, что дыня обладает различными биологическими свойствами, такими как противораковая, противодиабетическая, антимикробная и антиоксидантная активность [4]. В пищевой промышленности интерес к извлечению биоактивных соединений с полезными свойствами может удовлетворить возросший во всем мире спрос на питательные продукты питания и функциональные продукты для различных применений, таких как пищевые обогащения, обогатители, пищевые консерванты, красители, натуральные антиоксиданты и т. д. [5]. С другой стороны, он также признал валоризацию побочных продуктов переработки фруктов как важную деятельность по минимизации вредного воздействия пищевых отходов на экосистему, а также для извлечения соединений с добавленной стоимостью и создания новых источников дохода. В этом случае в течение последних десяти лет и в рамках восстановления были проведены многочисленные эксперименты, сосредоточенные на методах улучшения биоактивных соединений, замене воды органическими растворителями и использовании механических процессов для предотвращения вредных и дорогостоящих химических веществ. До сих пор побочные продукты переработки дыни изучались только в определенных частях исследований, но всегда производятся конечные отходы, которые необходимо изучить. Таким образом, настоящая работа направлена на оценку потенциала кожуры C. melo (сорт Inodorus), производимой плодоперерабатывающей промышленностью, как источника биоактивных соединений с использованием интегрированного процесса восстановления с нулевыми отходами. Эти фракции исследуются на предмет их питательных свойств и содержания биоактивных соединений, а также их антиоксидантной активности и потенциала использования в пищевой и фармакологической промышленности.

Мякоть дыни очень полезна, и даже ее кожура имеет полезный химический состав, так как в кожуре дыни имеется полисахариды, пектиновые вещества, гемицеллюлозы, а также другие низкомолекулярные соединений. Впервые из кожуры дыни melo mill методом последовательной водной экстракции выделены водорастворимые полисахариды.

Цель работы Выделение полисахаридов (водорастворимых полисахаридов, пектиновые вещество, гемицеллюлоза А и Б) кожуры дыни melo mill, семейства Тыквенные (Cucurbitaceae,), культивируемой в Каракалпакстане.

О растении: Семейство тыквенных включает множество видов экономически важных культурных растений, таких как арбуз (Citrullus lanatus L.), тыква (Cucurbita maxima L.), огурец (Cucumis sativus L.) и дыня (Cucumis melo L.) [6] Подвид малоазиатский- Cucumis melo L. ssp. orientale Sageret. Включает себе гурбеки (var. gurvak Fil.). Распространены в северной части Туркменистана и Узбекистана. Форма плода шаровидная или слабоовальная. Поверхность плода гладкая или слабосегментированная. Сетка средне ячеистая или отсутствует. Мякоть толстая. Семенная полость малого или среднего размера. Семена крупные, овальные или ланцетные, белого или светло-желтого цвета. [7]

Материалы и методы

Объект исследования. Для выделения полисахаридов использовали кожуры дыни, собранные в августе 2023 г. на территории Республики Каракалпакстан (Елликалийнский район). Кожура предварительно очищали и сушила на воздухе.

Обезжиривание и удаление низкомолекулярных примесей. Для обезжиривания сырье (100 г) экстрагировали хлороформе на водяной бане при 61,50С с обратным холодильником (соотношение сырья и экстрагента 1:5, 1:3), этот процесс повторяли 3 раза. Обезжиренные кожуру высушивали при комнатной температуре на воздухе. Для удаления низкомолекулярных примесей и красящих веществ сырье (95,261г) экстрагировали в этиловом спирте 96% и 82 % (1:5). Сырье высушивали на воздухе до удаления запаха растворителей.
Экстракция водорастворимых полисахаридов. Для выделения водорастворимых полисахаридов обезжиренные кожура дыни (48,2 г) экстрагировали трижды водой на водяной бане при 95°С с обратным холодильником (соотношение сырья и экстрагента 1:20, 1:15, 1:15). Продолжительность каждой экстракции – 2 ч. Полученные водные экстракты объединяли и упаривали на роторном испарителе при температуре 50°С до 1/5 объема. Из полученного концентрата водорастворимые полисахариды осаждали добавлением четырехкратного объема 96% этилового спирта и отфильтровали, осадок промывали этиловым спиртом и лиофильно высушили. (Выход составляет 14,5г. 14,5%) [8]

Депротеинизация полисахаридов. Депротеинизацию суммы полисахаридов проводили по методу Sevag [22]. К водному раствору суммы полисахаридов добавляли 5-кратный объем CHCl3–n-BuOH (в соотношении 4:1) и центрифугировали (10000 об/15 мин). Удаляли органическую фазу с остаточными белками (нижний слой). Эту процедуру повторяли 3 раза [9]. После этого сразу поместили на диализный мешок с размером (dialysis bag MwСО 3500 D, MD 44mm) для удаления избытка соли и низкомолекулярных соединений. (Выход очищенного ВРПС составляет 3,086г).

Экстракция полисахарида водным раствором кислоты. Помимо внутриклеточных полисахаридов, ткани растений содержит и другие полисахариды, такие как целлюлоза гемицеллюлоза и пектин. Эти полисахариды переплетаются друг с другом, образуя трёхмерную структуру первичной стенки, которая с трудом экстрагируется горячим нейтральным водным растворам. Пектин, типичный кислоторастворимый полисахарид, отрицательно заряженный в водном растворе. Теория использования кислоты для экстракции пектина заключается в том, что протопектин можно превратить в водорастворимый пектин в кислом растворе. Процесс кислотной экстракции кожуры дыни показан ниже [10].

Из шрота (31,625г), оставшегося после получения водорастворимого полисахаридного комплекса, выделяли пектиновые вещества. Экстракцию сырья проводили смесью 0,5%-ных растворов щавелевой кислоты и оксалата аммония (1:1) в соотношении 1:20 при 80–85С в течение 2 часов. Повторное извлечение проводили дважды в соотношении 1:10. Объединенные экстракты концентрировали и осаждали пятикратным объемом 96%-ного спирта этилового. Полученный осадок отфильтровывали, промывали спиртом этиловым, высушивали и взвешивали. Выход (4,46 г) 14,1 %.

Экстракция полисахарида водным щелочным раствором. Щелочной водный раствор обычно используют для экстракции гемицеллюлозы. Из-за реакции омыление между щелочными и этерификационными группами пектина молекулярная структура пектина, приготовленного с использованием водного щелочного раствора, будет сильно изменена. Шрот, оставшийся после выделения пектиновых веществ, заливали пятикратным объемом 10%-ного водного раствора щелочи и оставляли при комнатной температуре на 12 часов, затем отфильтровывали через четыре слоя марли. К полученному фильтрату прибавляли два объема уксусной кислоты (рН 4-4,5). Образовавшийся осадок отфильтровывали через фильтр. На фильтре получился осадок гемицеллюлозы А (2,99 г) 11,44 %. Затем надосадочную жидкость диализировала (dialysis bag MwСО 1 kD, MD 44mm), после центрифугировали и упаривали на роторном испарителе. В конце к раствору добавляли двукратный объем 96%-ного этилового спирта для осаждения гемицеллюлозы Б (2,648)-10,13% Полученный осадок отфильтровывали через фильтр, промывали этиловым спиртом, высушивали на воздухе [11].

Результаты и обсуждения

Результаты изучения полисахаридного состава приведены в таблице 1.

Таблица 1.

 Химический состав кожуры дыни

Процентный выход показывает максимальное содержание водорастворимого полисахарида в кожуре дыни. Следует отметить, что пектиновых веществ кожуре не меньше, чем ВРПС. Также в значительных количествах присутствуют гемицеллюлоза А и В. Таким образом, результаты исследования показывают, что кожура дыни, как пищевые отходы, может служить сырьевым источником биологически активных полисахаридов.

Для выделения водорастворимых полисахаридов (ВРПС) и пектиновых веществ (ПВ) из кожуры дыни предложена последовательная схема, позволяющая более комплексно использовать сырье. В качестве экстрагента для выделения ВРПС использовали воду, очищенную с последующим осаждением в водном извлечении этиловым спиртом. Из шрота, оставшегося после выделения ВРПС, извлекали ПВ экстракцией 0,5% раствором оксалата аммония и последующим осаждением спиртом этиловым. При этом были подобраны следующие условия: двукратная экстракция на кипящей водяной бане, соотношение сырья - экстрагент 1:20 (первая экстракция) и 1:10 (вторая экстракция), время экстракции - 2 и 1 ч соответственно.

Таким образом, из кожуры дыни Melo mill, были выделены водорастворимые полисахариды (ВРПС), пектины, гемицеллюлозы А и Б. Показано, что общая сумма выделенных полисахаридов составляла 14,5, 14,1 и 11,44, 10,13% от сухой массы соответственно (табл.1). Стоит отметить, что наблюдалось максимальное содержание водорастворимых полисахаридов. Содержание гемицеллюлозы А больше (11,44%), чем гемицеллюлозы Б (10,13%). Известно, что гемицеллюлозы и пектины входят в состав клеточной стенки растений и их содержание в тканях определяется особенностями вида [12], но также может зависеть от климатических условий места произрастания. Очистку от белков проводили по методу Sevag и центрифугированием осадка денатурированных белков. Для очистки от фенольных соединений, сапонинов, низкомолекулярных соединений использовали метод диализа через полупроницаемую мембрану.

Вывод

Впервые из кожуры дыни Melo Mill, произрастающий на территории Каракалпакстана, выделены водорастворимые полисахариды. Для полного очищения полисахарида использовали метод Sevag и с помощью диализного мешка избавились от соли и низкомолекулярных соединений. В результате получены полисахариды (водорастворимый ВРПС, кислоторастворимый ПВ, и щёлочи – растворимые ГЦ А и Б).

Исследование полисахаридов и других низкомолекулярных биорегуляторов представляет интерес прежде всего по причине их роли как регулятора молекулярных и клеточных процессов, интерпретация которых невозможна без знания их физико-химических характеристик и структурно функциональных отношений.

Полученные результаты дают возможность показать их потенциал в создании на их основе новых биологически активных добавок, а также полученные данные будут использованы в дальнейшем для стандартизации и внедрения их в производстве. Это имеет важное значение для развития экономики Республики Каракалпакстан.

Список литературы:

1. Ricardo Gomez-García, Ana A. Vilas-Boas, Manuela Machado, D ́ebora A. Campos, Cristobal  ́ N. Aguilar, Ana R. Madureira, Manuela Pintado* Impact of simulated in vitro gastrointestinal digestion on bioactive compounds, bioactivity and cytotoxicity of melon (Cucumis melo L. inodorus) peel juice powder. Contents lists available at ScienceDirect Food Bioscience journal homepage: www.elsevier.com/locate/fbio 2022
2. Sana Mallek-Ayadi, Neila Bahloul, Nabil Kechaou. Chemical composition and bioactive compounds of Cucumis melo L. seeds: Potential source for new trends of plant oils PII: S0957-5820(17)30319-1. https://doi.org/10.1016/j.psep.2017.09.016
3. Milind Parle, Singh Kulwant Musk melon is eat-must melon International Research Journal of Pharmacy 2(8) August 2011 2(8) License CC BY-NC-ND 4.0
4. Ronny Horax, Navam Hettiarachy, Ken Over, Pengyin Chen, and Edward Gbur. Extraction, Fractionation and Characterization of Bitter Melon Seed Proteins J. Agric. Food Chem. 2010, 58, 1892–1897 DOI:10.1021/jf902903s
5. Trigo, J.P., Alexandre, E.M.C., Saraiva, J.A. and Pintado, M.E. (2020) High Value-Added Compounds from Fruit and Vegetable By-Products—Characterization, Bioactivities, and Application in the Development of Novel Food Products. Critical Reviews in Food Science and Nutrition, 60, 1388-1416. https://doi.org/10.1080/10408398.2019.1572588
6. Ritschel, P.S., de Lima Lins, T.C., Tristan, R.L., Buso, G.S.C., Buso, J.A., Ferreira, M.E., 2004. Development of microsatellite markers from an enriched genomic library for genetic analysis of melon (Cucumis melo L.). BMC Plant Biol. 4, 9.
7. R. Mavlyanova, A. Rustamov, R. Khakimov, A. Khakimov, M. Turdieva, S. Padulosi. 2005. Melons of Uzbekistan. IPGRI’s Sub-regional office for Central Asia. Tashkent, Uzbekistan
8. М.Ж. Орипова, З.Н. Кузиева, Б.Б. Корабоева, Ю.И. Ощепкова, Ш.И. Салихов Выделение и физико-химическая характеристика полисахаридов семян репы Brassica rapa Химия растительного сырья. 2023. No2. С. 79–86. DOI: 10.14258/jcprm.20230211629
9. Staub A.M. Removal of Protein-Sevag Method // Methods in Carbohydrate. Chemistry. 1965. Vol. 5. Pp. 5–6
10. Маликова М. Х., Рахимов Д. А., Кристаллович Э. Л. Изучение пектинов диких яблок // Химия природ. соединений. – 1998. – No 3. – С. 355– 357.
11. Рахманбердыева Р. К., Рахимов Д. А., Нигматуллаев А. М. Полисахариды из отходов овощебахчевых культур // Химия природ. соединений. – 1994. – No 5. – С. 597–600.
12. Hazen S.P., Hawley R.M., Davis G.L., Henrissat В., Walton J.D. Quantitative trait loci and comparative genomics of cereal cell wall composition // Plant physiology. 2003. Vol. 13. N1. Pp. 263-271.