Термодинамические свойства некоторых полисахаридов и их смесей с водой

Полисахариды входят в состав клеток и составляют основу многих растений и живых существ. К ним относятся такие природные полимеры, как целлюлоза (древесная, хлопковая), хитин (крабовый, грибной), крахмал (картофельный, кукурузный), агар из водорослей.

Важной проблемой использования растительных продуктов является разработка такой технологии их переработки, которая, с одной стороны, сохранила бы весь комплекс полезных веществ, с другой стороны, улучшила бы их усваиваемость в организме человека. Последнее особенно актуально для таких полисахаридов, как клетчатка и хитин, которые практически не перевариваются в желудочно-кишечном тракте человека. Кроме того, для разработки любого химического технологического процесса необходимо знание таких фундаментальных термодинамических характеристик веществ, как теплоемкость, энтропия, энтальпия и функция Гиббса в широкой области температур. Ввиду того, что все биохимические процессы протекают в водной среде, полезную информацию могут также дать диаграммы физических состояний систем полисахарид — вода. Таким образом актуальность указанных проблем, как с точки зрения фундаментальной науки, так и с точки зрения их прикладного значения не вызывает сомнения. 8.

Цель работы. В связи с изложенным’в работе были определены термодинамические характеристики (теплоемкость, энтропия, энтальпия и функция Гиббса) в области 0−320 К и проведен дифференциальный термический анализ в области 80−550 К хитина из грибов, амилозы, амилопектина, крахмала, агарозы и агара, а также их смесей с водой с целью построения и анализа диаграмм физических состояний систем полисахарид-вода и оптимизации на их основе процесса получения пищевых добавок из растительного сырья путем криогенного измельчения предварительно высушенных продуктов.

Работа выполнена в рамках Единого заказ-наряда в 1994;2000 гг. при финансовой поддержке Минобразования России (номера государственной регистрации тем 1 950 006 392, 01.9.80 2 608, 01.9.80 3 114), а также Конверсионной программы по приказу Миноборонпрома № 502, 1989 г.

Научная новизна и практическая ценность работы. Впервые измерена теплоемкость хитина из грибов, амилозы и агарозы в области 12 — 320 К и рассчитаны их термодинамические функции в области 0 -320 К. Определены температуры физических переходов в изученных полисахаридах и исследовано влияние воды на них. Впервые калориметрическим методом по энтальпии плавления фазы свободной воды определена концентрация насыщенного при 273 К раствора воды в хитине, агаре и крахмале. По полученным данным построены 9 диаграммы физических состояний систем хитин-вода, агар-вода и крахмал-вода. Такие диаграммы для указанных полисахаридов в литературе отсутствуют. В результате разработана технология получения и налажено производство на предприятии «БИОФИТ» криогенных порошков из растительного сырья. На Российский рынок выпущены отечественные высококачественные пищевые добавки под товарным знаком «БИОФИТ».

Впервые была разработана методика определения способности продуктов из растительного сырья сорбировать и выводить из организма человека тяжелые металлы. При этом моделировались процессы происходящие при переваривании в желудке и кишечнике человека.

Для решения поставленной задачи использовали классическую прецизионную адиабатную калориметрию в области 12−320 К, а также общепринятые методики расчета термодинамических функций. Для увеличения информации о термических свойствах полисахаридов и их смесей с водой проведен дифференциальный термический анализ в области 80 — 550 К. Способы определения растворимости низкомолекулярных веществ в полимерах оригинальны и защищены авторскими свидетельствами Российской Федерации.