Введение к работе
Актуальность работы. 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.
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 (ДТА) в области 80-550 К хитина из грибов, амилозы, амипопектина, 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 01950006392; 01.9.80 002608; 01.9.80 003114), 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 вода 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 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.
Апробация работы и публикации. Результаты работы докладывались на II и III Международной научно-технической конференции "Пища. Экология. Человек" (Россия. Москва. 1997,1999), Vll-th International Conference on the Problems of Solvation and Complex Formation in Solutions (Russia. Ivanovo. 1998), Международном симпозиуме "Контроль и реабилитация окружающей среды (Россия. Томск. 1998), Научно-практической конференции "Продукты питания, пищевые добавки, упаковка: экология производства и переработка отходов" (Россия. Москва. 1998), Научной сессии "Ребенок - экология и здоровье" (Россия. Санкт-Петербург. 1999), Научно-практической конференции по профилактике актуальных инфекционных заболеваний и дизадаптационных расстройств у военнослужащих в современных социально-экономических условиях (Россия. Н.Новгород. 2000), II Всерос. каргинском симпозиуме по химии и физике полимеров в начале XXI века (Россия. Москва. 2000), IV Нижегородской сессии молодых ученых (Россия. Н.Новгород. 2000). По результатам работы опубликовано 23 печатных работы и тезисов докладов. Получено 6 патентов РФ.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав (I - литературный обзор на тему: "Термодинамика и физико-химический анализ полисахаридов"; II - аппаратура и методика измерений, методы расчета и обработки результатов, объекты исследования; III - экспериментальные результаты и их обсуждение; IV - применение полученных результатов для оптимизации процесса получения криопорошков "БИОФИТ"), выводов, библиографии и приложения.