vguitВестник Воронежского государственного университета инженерных технологийProceedings of the Voronezh State University of Engineering Technologies2226-910X2310-1202VSUET10.20914/2310-1202-2023-2-247-255vguit-3319Research ArticleХимическая технологияFundamental and Applied chemistry, chemical technologyСинтез и исследование композитных материалов на основе яблочного пектина и катионов медиSynthesis and study of composite materials based on apple pectin and copper cationshttps://orcid.org/0009-0004-1375-1054МамедовЭ. И.MamedovE. I.

аспирант, кафедра физического металловедения, ул. Московская, 30, г. Липецк, 398055, Россия

graduate student, physical metallurgy department, Moskovskaya Av., 30, Lipetsk, 398055, Russia

elik.mam@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-2841-6126КольцовВ. А.KoltsovV. A.

канд. с.-х. наук, старший научный сотрудник, лаборатория передовых послеуборочных технологий, ул. Мичурина, 30, г. Мичуринск, 393774, Россия

Cand. Sci. (Agric.), senior reseacher, laboratory of advanced post-harvest technologies, Michurina Av., 30, Lipetsk, 393774, Russia

kolcov.mich@mail.ruКалмыковаЕ. Н.KalmykovaE. N.

д-р хим. наук, доцент, кафедра химии, ул. Московская, 30, г. Липецк, 398055, Россия

Dr. Sci. (Chem.), associate professor, сhemistry department, Moskovskaya Av., 30, Lipetsk, 398055, Russia

veter1407@rambler.ruЛипецкий государственный технический университетРоссияLipetsk State Technical UniversityRussian FederationФедеральный научный центр им. И.В. МичуринаRussian FederationFederal Scientific Center. I.V. MichurinRussian Federation202302092023852247255Copyright © Мамедов Э.И., Кольцов В.А., Калмыкова Е.Н., 20232023Мамедов Э.И., Кольцов В.А., Калмыкова Е.Н.Mamedov E.I., Koltsov V.A., Kalmykova E.N.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.vestnik-vsuet.ru/vguit/article/view/3319

В работе представлены результаты синтеза металлокомпозитных материалов на основе яблочного пектина и катионов двухвалентного металла – Cu2+; определения степени этерификации и содержания свободных карбоксильных групп исходного пектина методом кислотно-основного титрования, определения степени включения указанного катиона в полисахаридную макромолекулу методом ИК-спектроскопии, а также фунгицидной активности исходного пектина и медных комплексов в отношении Penicillum sp. По результатам титрования установлено, что яблочный пектин обладает высокой степенью этерификации (СЭ = 50,7 %) и низким содержанием карбоксильных групп (Кс = 2,79 %), что предполагает его низкую желирующую активность. Установлено, что увеличение концентрации соли выше 0,005 г-экв/л. приводит к снижению доли получающегося водорастворимого комплекса. Оптимальное значение концентрации CuSO4·5H2O, при которой образуется наибольшая масса водорастворимого комплекса, составляет 0,005 г-экв/л. По данным ИК-спектроскопии произведен расчет степени замещения катионов натрия на катионы меди, которая составила 18 %. Показано, что исходный яблочный пектин не обладает фунгицидной активностью, в то время как медный комплекс на его основе способен подавлять рост культуры уже при действии 10 мкл вещества, а при увеличении объема до 50 мкл проявляется еще более активная фунгицидная активность медного комплекса.

The paper presents the results of synthesis the metal-composite materials based on apple pectin and divalent metal cations - Cu2+; determining the degree of esterification and the content of free carboxyl groups of the native pectin by acid-base titration, determining the degree of inclusion of the specified cation in the polysaccharide macromolecule and studying by IR spectroscopy and fungicidal activity of native pectin and copper complexes against Penicillum sp According to the results of titration, it was found that apple pectin has a high degree of esterification (DE = 50.7%) and a low content of carboxyl groups (Kc = 2.79%), which suggests its low gelling activity. It was found that the increase in salt concentration is above 0.005 g-eq/l. leads to a decrease in the proportion of the resulting water-soluble complex. The optimal concentration of CuSO4 5H2O, at which the largest mass of the water-soluble complex is formed, is 0.005 g-eq/l. According to IR spectroscopy, the degree of substitution of sodium cations for copper cations was calculated, which amounted to 18%. It was shown that the native apple pectin does not have fungicidal activity, while the copper complex based on it is able to suppress the growth of the culture already under the action of 10 µl of the substance, and with an increase in volume to 50 µl, an even more active fungicidal activity of the copper complex appears.

пектинметаллокомплексстепень замещенияИК-спектроскопиякислотно-основное титрованиепротивогрибковая активностьpectinmetal complexdegree of substitutionIR spectroscopyacid-base titrationantifungal activityОГБУ «Липецкая областная ветеринарная лаборатория»ReferencesBush P.L. Pectin: Chemical Properties, Uses and Health Benefits. New York: Nova Science Publishers, 2014. 268 р.Bush P.L. Pectin: Chemical Properties, Uses and Health Benefits. New York, Nova Science Publishers, 2014. pp 268.Kuzmann E., Garg V., Oliveira A., Klencsár Z. et al. Mössbauer study of the effect of pH on Fe valence in iron-polygalacturonate as a medicine for human anaemia // Radiation Physics and Chemistry. 2015. V. 107. P. 195–198.Kuzmann E., Garg V., Oliveira A., Klencsár Z. et al. Mössbauer study of the effect of pH on Fe valence in iron-polygalacturonate as a medicine for human anaemia. Radiation Physics and Chemistry. 2015. vol. 107. pp. 195–198.Lara-Espinoza C., Carvajal-Millán E., Balandrán-Quintana R., López-Franco Y. et al. Pectin and Pectin-Based Composite Materials: Beyond Food Texture // Molecules. 2018. V. 23. P. 942.Lara-Espinoza C., Carvajal-Millán E., Balandrán-Quintana R., López-Franco Y. et al. Pectin and Pectin-Based Composite Materials: Beyond Food Texture. Molecules. 2018. vol. 23. pp. 942.Minzanova S.T., Mironov V.F., Vyshtakalyuk A.B., Tsepaeva O.V. et al. Complexation of pectin with macro – and microelements. Antianemic activity of Na, Fe and Na, Ca, Fe complexes // Carbohydrate Polymers. 2015. V. 134. P. 524–533.Minzanova S.T., Mironov V.F., Vyshtakalyuk A.B., Tsepaeva O.V. et al. Complexation of pectin with macro – and microelements. Antianemic activity of Na, Fe and Na, Ca, Fe complexes. Carbohydrate Polymers. 2015. vol. 134. pp. 524–533.Minzanova S.T., Mironov V.F., Mironova L.G., Nemtarev A.V. et al. Synthesis, properties, and antianemic activity of new metal complexes of sodium pectinate with iron and calcium // Russian Chemical Bulletin. 2019. V. 68. № 1. P. 48–54.Minzanova S.T., Mironov V.F., Mironova L.G., Nemtarev A.V. et al. Synthesis, properties, and antianemic activity of new metal complexes of sodium pectinate with iron and calcium. Russian Chemical Bulletin. 2019. vol. 68. no 1. pp. 48–54.Minzanova S.T., Mironov V.F., Mironova L.G., Nizameev I.R. et al. Synthesis, properties, and antimicrobial activity of pectin complexes with cobalt and nickel // Chemistry of Natural Compounds. 2016. V. 52. P. 26–31.Minzanova S.T., Mironov V.F., Mironova L.G., Nizameev I.R. et al. Synthesis, properties, and antimicrobial activity of pectin complexes with cobalt and nickel. Chemistry of Natural Compounds. 2016. vol. 52. pp. 26–31.Мударисова Р.Х., Куковинец О.С., Колесов С.В., Глазырин А.Б. Металлокомплексы низкометоксилированных пектинов с ионами меди(II) // Вестник Башкирского университета. 2021. Т. 26. № 1. C. 40–46.Mudarisova R.Kh., Kukovinets O.S., Kolesov S.V., Glazyrin A.B. Metal complexes of low-methoxylated pectins with copper(II) ions. Bulletin of the Bashkir University. 2021. vol. 26. no. 1. pp. 40–46. (in Russian).Михеева Л.А., Тры А.В. Выделение пектина из растительного сырья и изучение его некоторых химических свойств // Вестник Воронежского государственного университета. Серия: Химия. Биология. Фармация. 2013. № 2. С. 53–56.Mikheeva L.A., Try A.V. Isolation of pectin from vegetable raw materials and the study of some of its chemical properties. Bulletin of the Voronezh State University. Series: Chemistry. Biology. Pharmacy. 2013. no. 2. pp. 53–56. (in Russian).Minzanova S.T., Mironov V.F., Khabibullina A.V., Arkhipova D.M. et al. New metal complexes of citrus pectin with magnesium ions: synthesis, properties, and immunomodulatory activity // Russian Chemical Bulletin, International Edition. 2021. V. 70. № 3. P. 433–443.Minzanova S.T., Mironov V.F., Khabibullina A.V., Arkhipova D.M. et al. New metal complexes of citrus pectin with magnesium ions: synthesis, properties, and immunomodulatory activity. Russian Chemical Bulletin, International Edition. 2021. vol. 70. no 3. pp. 433–443.Xuemei M., Jing J., Yu J., Wang J. et al. Synthesis and Characterization of a Novel Apple Pectin–Fe(III) Complex // ACS Omega. 2021. V. 1. № 2. P. 1391–1399.Xuemei M., Jing J., Yu J., Wang J. et al. Synthesis and Characterization of a Novel Apple Pectin–Fe(III) Complex. ACS Omega. 2021. vol. 1. no. 2. pp. 1391–1399.Nemiwal M., Zhang T., Kumar D. Pectin modified metal nanoparticles and their application in property modification of biosensors // Carbohydrate Polymer Technologies and Applications. 2021. V. 2. P. 100164.Nemiwal M., Zhang T., Kumar D. Pectin modified metal nanoparticles and their application in property modification of biosensors. Carbohydrate Polymer Technologies and Applications. 2021. vol. 2. pp. 100164.Al-Muhanna M.K.A., Hileuskaya K.S, Kulikouskaya V.I., Kraskouski A.N. et al. Preparation of stable sols of silver nanoparticles in aqueous pectin solutions and properties of the sols // Colloid Journal. 2015. V. 77. №. 6. P. 683–690.Al-Muhanna M.K.A., Hileuskaya K.S, Kulikouskaya V.I., Kraskouski A.N. et al. Preparation of stable sols of silver nanoparticles in aqueous pectin solutions and properties of the sols. Colloid Journal. 2015. vol. 77. no. 6. pp. 683–690.Venkatakrishnan S., Veerappan G., Elamparuthi E., Veerappan A. Aerobic synthesis of biocompatible copper nanoparticles: promising antibacterial agent and catalyst for nitroaromatic reduction and C–N cross coupling reaction // RSC Advances. 2014. V. 4. № 29. P. 15003–15006.Venkatakrishnan S., Veerappan G., Elamparuthi E., Veerappan A. Aerobic synthesis of biocompatible copper nanoparticles: promising antibacterial agent and catalyst for nitroaromatic reduction and C–N cross coupling reaction. RSC Advances. 2014. vol. 4. no 29. pp. 15003–15006.Baran T. Pd(0) nanocatalyst stabilized on a novel agar/pectin composite and its catalytic activity in the synthesis of biphenyl compounds by Suzuki-Miyaura cross coupling reaction and reduction of o-nitroaniline // Carbohydrate Polymers. 2018. V. 195. P. 45–52.Baran T. Pd(0) nanocatalyst stabilized on a novel agar/pectin composite and its catalytic activity in the synthesis of biphenyl compounds by Suzuki-Miyaura cross coupling reaction and reduction of o-nitroaniline. Carbohydrate Polymers. 2018. vol. 195. pp. 45–52.Qiu W.Y., Wang Y.Y., Wang M., Yan, J.K. Construction, stability, and enhanced antioxidant activity of pectin-decorated selenium nanoparticles // Colloids and Surfaces B: Biointerfaces. 2018. V. 170. P. 692–700.Qiu W.Y., Wang Y.Y., Wang M., Yan J.K. Construction, stability, and enhanced antioxidant activity of pectin-decorated selenium nanoparticles. Colloids and Surfaces B: Biointerfaces. 2018. vol. 170. pp. 692–700.Pornwilard M-M., Somchue W., Shiowatana J., Siripinyanond A. Flow field-flow fractionation for particle size characterization of selenium nanoparticles incubated in gastrointestinal conditions // Food Research International. 2014. V. 57. P. 203–209.Pornwilard M-M., Somchue W., Shiowatana J., Siripinyanond A. Flow field-flow fractionation for particle size characterization of selenium nanoparticles incubated in gastrointestinal conditions. Food Research International. 2014. vol. 57. pp. 203–209.Клебанова Н.А., Тарасова А.В., Седакова В.А., Клебанов А.В. Титриметрическое определение карбоксильных групп продуктов ферментации высоко- и низкоэтерифицированных пектинов // Проблемы устойчивого развития регионов Республики Беларусь и сопредельных стран: сборник научных статей XI Международной научно-практической интернет-конференции. Могилев, 2022. С. 5–8.Klebanova N.A., Tarasova A.V., Sedakova V.A., Klebanov A.V. Titrimetric determination of carboxyl groups of fermentation products of high – and low-esterified pectins. Problems of sustainable development of regions of the Republic of Belarus and neighboring countries: collection of scientific articles of the XI International Scientific and Practical Internet Conference. Mogilev. 2022. pp. 5–8. (in Russian).Минзанова С.Т., Архипова Д.М., Хабибуллина А.В., Миронова Л.Г. и др. Получение новых металлокомплексов пектината натрия с ионами кобальта и никеля и их антимикробная активность // Доклады академии наук. 2019. Т. 487. № 5. С. 511–514.Minzanova S.T., Arkhipova D.M., Khabibullina A.V., Mironova L.G. et al. Preparation of new metal complexes of sodium pectinate with cobalt and nickel ions and their antimicrobial activity. Reports of the Academy of Sciences. 2019. vol. 487. no. 5. pp. 511–514. (in Russian).Wu X., Mort A. Structure of a Rhamnogalacturonan Fragment from Apple Pectin: Implications for Pectin Architecture // International Journal of Carbohydrate Chemistry. 2014. P. 1–6.Wu X., Mort A. Structure of a Rhamnogalacturonan Fragment from Apple Pectin: Implications for Pectin Architecture. International Journal of Carbohydrate Chemistry. 2014. pp. 1–6.Миронов В.Ф., Карасева А.Н., Цепаева О.В., Выштакалюк А.Б. и др. Некоторые новые аспекты комплексообразования пектиновых полисахаридов с катионами dметаллов // Химия и компьютерное моделирование. Бутлеровские сообщения. 2003. № 3. C.45–50.Mironov V.F., Karaseva A.N., Tsepaeva O.V., Vyshtakalyuk A.B. et al. Some new aspects of complex formation of pectin polysaccharides with d-metal cations. Chemistry and Computer Modeling. Butler messages. 2003. no. 3. pp. 45–50. (in Russian).Gupta M., Mahajan V., Mehta K., Chauhan P. Zinc Therapy in Dermatology: A Review // Dermatology Research and Practice. 2014. P. 1–12.Gupta M., Mahajan V., Mehta K., Chauhan P. Zinc Therapy in Dermatology: A Review. Dermatology Research and Practice. 2014. pp. 1–12.Миронов В.Ф., Карасева А.Н., Выштакалюк А.Б., Минзанова С.Т. и др. Водорастворимые цинк- и никельсодержащие металлокомплексы пектиновых полисахаридов. Биологическая активность цинковых металлокомплексов // Химия и компьютерное моделирование. Бутлеровские сообщения. 2004. Т. 5. № 3. С. 36–38.Mironov V.F., Karaseva A.N., Vyshtakalyuk A.B., Minzanova S.T. et al. Water-soluble zinc – and nickel-containing metal complexes of pectin polysaccharides. Biological activity of zinc metal complexes. Chemistry and computer modeling. Butler messages. 2004. vol. 5. no. 3. pp. 36–38. (in Russian).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.