ИЗУЧЕНИЕ РЕОЛОГИЧЕСКИХ СВОЙСТВ РАСТВОРОВ ПЕКТИНОВЫХ ВЕЩЕСТВ, ПОЛУЧЕННЫХ ИЗ РАСТИТЕЛЬНОГО СЫРЬЯ Текст научной статьи по специальности «Фундаментальная медицина»



УДК 547.458.88

http://dx.doi.org/10.26787/nydha-2686-6838-2020-22-6-88-92

STUDY OF THE RHEOLOGICAL PROPERTIES OF PECTIN SUBSTANCES SOLUTIONS PRODUCED FROM VEGETABLE RAW MATERIALS

Adzhiakhmetova S.L., Mykots L.P., Stepanova N.N., Chervonnaya N.M.

Piatigorsky Medical - Pharmaceutical Institute - branch of «Volgograd State Medical University», Pyatigorsk, Russian Federation

ИЗУЧЕНИЕ РЕОЛОГИЧЕСКИХ СВОЙСТВ РАСТВОРОВ ПЕКТИНОВЫХ ВЕЩЕСТВ, ПОЛУЧЕННЫХ ИЗ РАСТИТЕЛЬНОГО СЫРЬЯ

Аджиахметова С.Л., Мыкоц Л.П., Степанова Н.Н, Червонная Н.М.

Пятигорский медико - фармацевтический институт - филиал ФГБОУ ВО ВолгГМУ, г. Пятигорск, Российская Федерация

Аннотация. Получены пектиновые вещества из листьев смородины черной, соцветий гайлардии красивой, травы вербейника точечного и изучены их реологические свойства. Установлено изменение удельной вязкости растворов от концентрации, определена средняя молекулярная масса, найдена величина коэффициентаХаггинса, выявлена корреляционная зависимость между ними. Следует отметить, что в изучаемых растительных объектах наблюдается преобладание пектиновых веществ. Для определения зависимости вязкости от концентрации использовали капиллярный вискозиметр Освальда. Готовили водные растворы пектиновых веществ в интервале концентраций 0,06-1% и измеряли время истечения воды и растворов с помощью вискозиметра Найдены величины характеристической вязкости: 2,2; 0,09; 0,035 для пектиновых веществ смородины черной, гайлардии красивой, вербейника точечного, соответственно. Рассчи-танна средняя величина молекулярной массы пектиновых веществ, выделенных из листьев смородины черной, соцветий гайлардии красивой, травы вербейника точечного составила (г/моль) - 26153; 1823; 830; соответственно. Высокая величина константы Хаггинса (6,45) объясняет невысокую растворимость пектиновых веществ из листьев смородины черной, и хорошую растворимость пектиновых веществ Константы Хаггинса составили из соцветий гайлардии красивой 1,62*10-3 и травы вербейника точечного 1,30*10-3, что хорошо коррелируется с молекулярной массой и характеристической вязкостью.

Ключевые слова: смородина черная, гайлардия красивая, вербейник точечный, пектиновые вещества, молекулярная масса, коэффициент Хаггинса.

Abstract. Pectin substances were obtained from the leaves of Ribes nigrum L., the inflorescences of Gaillardia pulchella Foug., the grass of Lysimachia punctata L., and their rheological properties were studied. The change in the specific viscosity of solutions as a function of concentration was determined, the average molecular weight was determined, the value of the Huggins coefficient was found, and the correlation dependence between them was revealed. It should be noted that pectin substances predominate in the studied plant objects. To determine the dependence of viscosity on concentration, an Oswald capillary viscometer was used. Prepared aqueous solutions of pectin substances in the concentration range of 0.06-1% and measured the time of the outflow of water and solutions using a viscometer. The characteristic viscosity values were found: 2.2; 0.09; 0.035 for the pectin substances of Ribes nigrum L., of Gaillardia pulchella Foug., of the Lysimachia punctata L., respectively. The calculated average molecular weight of pectin substances extracted from the leaves of Ribes nigrum L., the inflorescences of Gaillardia pulchella Foug., the grass of Lysimachia punctata L. was (g / mol) - 26153; 1823; 830; respectively. The high value of the Huggins constant (6.45) explains the low solubility ofpectin substances from the leaves of Ribes nigrum L., and the good solubility of pectin substances Hug-gins constants were from the inflorescences of Gaillardia pul-chella Foug. of 1,62 x 10-3 and the grass of Lysimachia punctata L. of 1,30 x 10-3, which correlates well with molecular weight and intrinsic viscosity.

Keywords: Ribes nigrum L., Gaillardia pulchella Foug, Lysimachia punctata L., pectin substances, molecular weight, Huggins coefficient.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИМ СПИСОК

[1] Криштанова Н.А., Сафонова М.Ю., Болотова В.Ц., Павлова Е.Д. Перспективы использования растительных полисахаридов в качестве лечебных и лечебно-профилактических средств // Вестн. ВГУ. Серия: Химия. Биология. Фармация. 2005. № 4. С. 181-185.

[2] Карпович Н.С., Донченко Л.В., Нелина В.В. Пектин. Производство и применение. Киев: Урожай, 1989. 88 с.

REFERENCES

[1] Krishtanova N.A., Safonova M.Yu., Bolotova V.Ts., Pavlova E.D. Prospects for the use of plant polysaccharides as therapeutic and therapeutic agents // Tomsk State University Journal. VSU. Series: Chemistry. Biology. Pharmacy. 2005. № 4. P. 181-185.

[2] Karpovich N.S., Donchenko L.V., Nelina V.V. Pectin. Production and application. Kiev: Harvest, 1989. 88 p.

[3] Кочетков Н.К. Химия биологически активных соединений. М.: Химия, 1970. 631 с.

[4] Цветков В.Н., Эскин В.Е., Френкель С.Я. Структура макромолекул в растворах. М.: Наука, 1964. 730 с.

[5] Изучение некоторых физико-химических свойств пектина, выделенных из травы хризантемы / Л.П. Мыкоц и [др.] // Вопросы биологической, медицинской и фармацевтической химии. 2012. №11. С. 24-26.

[6] Аджиахметова С.Л., Мыкоц Л.П., Червонная Н.М., Хар-ченко И.И., Туховская Н.А., Оганесян Э.Т. Изучение реологических и сорбционных свойств пектинсодержа-щих растворов из листьев рябинника рябинолистного // Фармация и фармакология. 2017. № 5 (5). С. 442-456.

[7] Meyerhoff, Fortschr. Hochpolym.- Forsch. Vol. 3, 59. 1961 p.

[3] Kochetkov N.K. Chemistry of biologically active compounds. M.: Chemistry, 1970. 631 p.

[4] Tsvetkov V.N., Eskin V.E., Frenkel S.Ya. The structure of macromolecules in solutions. -M .:Nauka, 1964. 730 p.

[5] The study of some physico-chemical properties of pectin isolated from chrysanthemum herbs / L.P. Mykots and [other] // Questions of biological, medical and pharmaceutical chemistry. 2012. №. 11. P. 24-26.

[6] Adzhiakhmetova S. L., Mykots L. P., Chervonnaya N. M., Kharchenko I. I., Tukhovskaya N. A., Oganesyan E. T. The study of the rheological and sorption properties of pectin-containing solutions from the leaves of mountain ash of mountain ash // Pharmacy and Pharmacology. 2017. №. 5 (5). P. 442456.

[7] Meyerhoff, Fortschr. Hochpolym. - Forsch. Vol. 3, 59. 1961 p.

Author Contributions. Azhiakhmetova S.L. - collection and processing of materials, research concept and design; Mykots L.P. - literature review, writing a text; Stepanova N.N. - collection and processing ofmaterials; Chervonnaya N.M. - research concept and design. Conflict of Interest Statement. The authors declare no conflict of interest. Azhiakhmetova S.L. SPIN-ID: 7778-7660; ORCID ID: 0000-0001-9685-1384.

Research interests, number of main publications: chemistry of natural compounds, more than 40 publications were published, 7 of them in SCOPUS, 13 in the Higher Attestation Commission and 10 in conference proceedings. Mykots L.P. - SPIN-ID: 7452-1005

Research interests, number of main publications: physicochemical properties of natural compounds, more than 50 publications were published, 7 of them in SCOPUS, 36 in the Higher Attestation Commission and 20 in conference proceedings. Stepanova N.N.

Research interests, number of main publications: physicochemical properties of natural compounds, more than 17 publications were published, 9 in the Higher Attestation Commission and 5 in conference proceedings. Chervonnaya N.M. - SPIN-ID: 2486-1025; ORCID ID: 0000-0001-9685-1384.

Research interests, number of main publications: chemistry of natural compounds, more than 20 publications were published, 7 of them in SCOPUS, 12 in the Higher Attestation Commission and 10 in conference proceedings.

Вклад авторов. Аджиахметова С.Л. - сбор и обработка материалов, концепция и дизайн исследования; Мыкоц Л.П. - обзор литературы, написание текста; Степанова Н.Н. - сбор и обработка материалов; Червонная Н.М. - концепция и дизайн исследования

Заявление о конфликте интересов. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов. Аджиахметова С.Л. - SPIN-код: 7778-7660; ORCID Ю: 0000-0001-9685-1384.

Сфера научных интересов, количество основных публикаций: химия природных соединений, опубликованы более 40 публикаций из них 7 в СКОПУС, 13 в ВАК и 10 в материалах конференций. Мыкоц Л.П. - SPIN-код: 7452-1005

Сфера научных интересов, количество основных публикаций: физико-химические свойства природных соединений, опубликованы более 36 публикаций из них 7 в СКОПУС, 36 в ВАК и 20 в материалах конференций. Степанова Н.Н.

Сфера научных интересов, количество основных публикаций: физико-химические свойства природных соединений, опубликованы более 17 публикаций из них 9 в ВАК и 5 в материалах конференций. Червонная Н.М. - SPIN-код: 2486-1025; ORCID Ш: 0000-0001-9685-1384.

Сфера научных интересов, количество основных публикаций: химия природных соединений, опубликованы более 20 публикаций из них 7 в СКОПУС, 12 в ВАК и 10 в материалах конференций.

Введение. Пектиновые вещества (ПВ) человек получает с продуктами растительного происхождения. Они широко используются в пищевой промышленности, как студнеобразующая консервирующая добавка. В медицине ПВ выполняют функцию очищения всех систем организма, сохраняя бактериальный баланс, угнетая рост патогенных микроорганизмов, нормализуя метаболизм, улучшая гемодинамику. В фармации ПВ используют в качестве детоксикантов, основы для получения суппозиториев, желатиновых лекарственных форм, синергистов в комбинациях с лекарственными препаратами. В косметологии ПВ используют как ге-леобразующая основа для кремообразных препаратов,

повыщающая впитываемость ингридиентов в кожу, защищающая от ультрафиолета [1, 2]. Поэтому, поиск новых источников получения ПВ, изучение их физико-химических свойств, в том числе реологических являлось главной целью исследования. Материалы и методы. Объектами исследования явились листья смородины черной (Ribes nigrum L.), соцветия гайлардии красивой (Gaillardia pulchella Foug.), трава вербейника точечного (Lysimachia punctata L.). Растения были собраны в период с июня по сентябрь 2016 - 2019 гг. в Ставропольском крае. Пектиновые вещества из исследуемых объектов выделяли гравиметрическим методом Н.К. Кочеткова и M. Sinner по

фракциям: водорастворимые полисахариды (ВРПС), пектиновые вещества (ПВ), гемицеллюлоза А (Гц А), гемицеллюлоза Б (Гц Б) [3].

Расчет средней молекулярной массы (М) проводили по уравнению Марка-Куна-Хаувинка:

Ы=К х Ма, (1)

где К и а константы, [п] - характеристическая вязкость. В расчетах использованы литературные данные: а = 1,2, К = 1,1 10-5 [4].

Величину характеристической вязкости определяли графически по зависимости ппр от концентрации. Для определения приведенной вязкости (ппр) рассчитывали относительную вязкость (потн) и удельную вязкость (Пуд).

Расчет относительной вязкости проводили по уравнению:

П = 1х х рхДо х ро, (2)

где 1о и 1х - время истечения воды и раствора; ро и рх -плотность растворителя и раствора. Удельную вязкость определяли по разнице: Потн - 1. Константу Хаггинса (К') находили по величине тангенса угла наклона зависимости приведенной вязкости

от концентрации (рис. 2) умноженному на квадрат [п]. По уравнению Хаггинса [4, 5, 6]: К'= tgаx[n]2 (3) Результаты и обсуждение. Следует отметить, что в изучаемых растительных объектах наблюдается преобладание пектиновых веществ. Выход ПВ составил из листьев смородины черной (9,9 %), соцветий гайлар-дии красивой (5,1%), травы вербейника точечного (10,7%).

Пектиновые вещества относятся к группе высокомолекулярных соединений и являются смесью полигомологов, поэтому принято говорить о средней молекулярной массе. Для ее определения мы выбрали вискози-метрический метод. Из-за медленного установления равновесия в системе раствор-полимер, вязкость зависимости %д=Дс) не является линейной. Для определения зависимости вязкости от концентрации использовали капиллярный вискозиметр Освальда. Готовили водные растворы ПВ в интервале концентраций 0,06-1% и измеряли время истечения воды и растворов с помощью вискозиметра [4]. Результаты эксперимента представлены в таблице 1.

Таблица 1

Результаты измерения вязкости водных растворов ПВ, получаемых из растительного сырья

Листья смородины Соцветия гайлардии Трава вербейника

С,% t, сек ^отн Луд Лпр t, сек "Лотн Луд Лпр t, сек ^отн Луд Лпр

Н2О 30,44 - - - 27,70 - - - 33,99 - - -

0,06 34,28 1,13 0,13 2,1 27,88 1,01 0,01 0,11 34,15 1,005 0,005 0,08

0,125 40,72 1,34 0,34 2,7 28,11 1,02 0,02 0,08 35,18 1,035 0,035 0,14

0,25 47,04 1,55 0,55 2,2 28,92 1,04 0,04 0,16 36,23 1,066 0,066 0,26

0,50 80,67 2,65 1,65 3,3 30,48 1,10 0,10 0,20 41,63 1,225 0,225 0,45

1,00 159,0 5,22 4,22 4,2 35,52 1,28 0,28 0,28 59,41 1,748 0,748 0,75

Table 1

The results of measuring the viscosity of aqueous solutions of PS (pectin substances) obtained from plant materials

of leaves Ribes of inflorescences Gaillardia of grass Lysimaehia

С,% t, sec nrel.. nspee. vise. ngiven t, sec nrel.. nspee. vise. ngiven t, sec nrel.. nspee. vise. ngiven

Н2О 30,44 - - - 27,70 - - - 33,99 - - -

0,06 34,28 1,13 0,13 2,1 27,88 1,01 0,01 0,11 34,15 1,005 0,005 0,08

0,125 40,72 1,34 0,34 2,7 28,11 1,02 0,02 0,08 35,18 1,035 0,035 0,14

0,25 47,04 1,55 0,55 2,2 28,92 1,04 0,04 0,16 36,23 1,066 0,066 0,26

0,50 80,67 2,65 1,65 3,3 30,48 1,10 0,10 0,20 41,63 1,225 0,225 0,45

1,00 159,0 5,22 4,22 4,2 35,52 1,28 0,28 0,28 59,41 1,748 0,748 0,75

Note: C - concentration of the solution; t - time; r/rei- - relative viscosity; г/ spec. vise. - specifi c viscosity; г/ given.- viscosity is given.

Отмечено, что с повышением концентрации вязкость растворов изучаемых ПВ растет. На рисунке 1A показана графическая зависимость %д от концентрации.

г/см3

1

B

Рис. 1A - Зависимость удельной вязкости водных растворов ПВ; 1B - Зависимость приведенной вязкости от концентрации растворов ПВ

Примечание: 1 - ПВ, выделенные из листьев смородины черной; 2 - ПВ, выделенные из соцветий гайлардии красивой; 3 - ПВ, выделенные из травы вербейника точечного.

Fig. 1A - The dependence of the specific viscosity of aqueous solutions of PS; 1B- Dependence of reduced viscosity on the concentration of PS solutions

Note: 1 - PS isolated from the leaves of Ribes nigrum L.; 2 - PS isolated from the inflorescences of Gaillardia pulchella Foug.; 3 - PS isolated from the grass of the Lysimachia punctata L..

Характеристикой взаимодействия макромолекул ПВ и

На рисунке 1А видно, что кривые выпуклостью обращены к оси абсцисс. Возможно, это связано со структурированием системы при повышении концентрации. По зависимости (ппр) приведенной вязкости от концентрации и величине отрезка отсекаемого прямой от оси ординат определили величину характеристической вязкости. Характеристическая вязкость служит мерой потерь энергий, связанных с трением макромолекул о растворитель [4]. На рисунке 1В показана эта зависимость.

Найденные величины [п]: 2,2; 0,09; 0,035 для ПВ смородины, гайлардии, вербейника, соответственно. Рассчитанная средняя величина молекулярной массы ПВ, выделенных из листьев смородины черной, соцветий гайлардии красивой, травы вербейника точечного составила (г/моль) - 26153; 1823; 830; соответственно.

растворителя служит коэффициент Хаггинса (К'). Найденные величины К' составили для ПВ: из листьев смородины - 6,45; из соцветий гайлардии - 1,62*Ш"3; из травы вербейника - 1,30*Ш"3. Можно сказать, что маленькое значение К' характеризует хорошее «сродство» полимера и растворителя. Большая величина К' свидетельствует о растворителе в котором контакты макромолекул больше, растворимость хуже, вязкость выше. [7].

Полимеры всегда полидисперсны, и полидисперсность проявляется при определении молекулярной массы разными способами. Поэтому, подтверждением возможности использования вискозиметрии может служить линейность зависимости [п] = ДМ). Нами выявлена корреляционная зависимость между молекулярной массой, константой Хаггинса, характеристической вязкостью (таблица 2).

Таблица 2

Сравнительные характеристики изучаемых параметров

3

ПВ М, г/моль М К'

Листья смородины черной 26153 2,2 6,45

Соцветия гайлардии красивой 1823 0,090 1,62х10"3

Трава вербейника точечного 830 0,035 1,30х10"3

Table 1

Comparative characteristics of the studied parameters

га М, g/Mol [n] К'

of leaves Ribes nigrum L. 26153 2,2 6,45

of inflorescences Gaillardia pulchella Foug. 1823 0,090 1,62x10"3

of grass Lysimachia punctata L. 830 0,035 1,30x10"3

Выводы. Высокая величина константы Хаггинса объясняет невысокую растворимость ПВ из листьев смородины черной (6,45), и хорошую растворимость ПВ из соцветий гайлардии красивой (1,62*Ш"3) и травы

вербейника точечного (1,30*Ш"3), что хорошо корре-лируется с молекулярной массой и характеристической вязкостью. Возможно, изучение сорбционной способности ПВ по отношению к ионам тяжелых

металлов так же будет укладываться в этот корреляционный ряд, что позволит предсказать величину сорб-ционной емкости. Теория этого вопроса совершенно не

разработана [4, 7]. Поэтому накопление экспериментальных данных по реологическим свойствам растворов полимеров весьма актуально.

Ответственный за переписку: Аджиахметова Симилла Леонтьевна -доцент кафедры органической химии ПМФИ - филиала ВолгГМУ Минздрава России, г. Пятигорск, Российская Федерация, E-mail: si-

milla503@mail.ru.

Corresponding Author: Adjiahmetova Similla Leontevna - Candidate of Sciences (Pharmacy), Associate Professor of the Department of Organic Chemistry, Pyatigorsk Medical Pharmaceutical Institute of Volgograd Medical State University, Pyatigorsk, Russian Federation, E-mail: similla503@mail.ru.