CC BY
14
Since 1999
The tournai of scientific articles
Health
& millennium
Education
УДК 645.322:547.458.664.292:582.736.307 http://dx.doi.org/10.26787/nydha-2226-7425-2018-20-12-204-209
НЕКОТОРЫЕ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПЕКТИНОВЫХ ВЕЩЕСТВ, ПОЛУЧЕННЫХ ИЗ ВИКИ МЫШИНОЙ (VICIA CRACCA L.) Жилина О.М., Мыкоц Л.П., Степанова Н.Н. Пятигорский медико-фармацевтический институт -филиал ФГБОУ ВО ВолгГму, г. Пятигорск, Российская Федерация Аннотация. Поиск экзополисахаридов с биологической и технической направленностью актуален в настоящее время. 80% пектина для пищевой промышленности наша страна закупает за рубежом. Пектиновые вещества (ПВ) являются сами биологически активными: выводят из организма шлаки, тяжелые металлы, токсические продукты обмена, нормализуют работу сосудистой системы, желудочно-кишечного тракта [1]. В пищевой промышленности ПВ используют в качестве ге-леобразователей, солюбилизаторов, эмульгаторов, влаго-удержателей, загустителей. Поэтому поиск новых, доступных источников получения ПВ из растительного сырья, изучения их физико-химических свойств позволит расширить возможности их получения, применения на базе отечественного сырья. Объектом исследования стали ПВ, выделенные из травы вики мышиной (Vicia cracca L.). Это кормовое растение, введенное в культуру за счет высокого содержания белка (около 30%). Однако химический состав растения мало изучен. Нами установлена молекулярная масса ПВ, которая составила 41241 г/моль, параметрХаггинса - 8,75, позволяющий предположить большой объем иразветвленностьмак-ромолекулы, поверхностная активность ПВ в водных растворах, коэффициент распределения в двухфазной системе. Всё это создает предпосылки для дальнейшего исследования как ПВ, так и всего растения в целом. Ключевые слова: Vicia cracca, пектиновые вещества, кон-дуктометрия, вискозиметрия. SOME PHYSICO-CHEMICAL PROPERTIES OF PECTIC SUBSTANCES DERIVED FROM MOUSE WIKI (VICIA CRACCA L.) Zhilina O.M., Mykots L.P., Stepanova N.N. Рyatigorsk medical pharmaceutical institute of Volgograd state medical university, Pyatigorsk, Russian Federation Annotation. Research of ekzopolisakharid with biological and technical orientation is relevant now. Our country buys 80% of pectin for the food industry abroad. The Pectinaceous Substances (PS) are biologically active: remove slags, heavy metals, toxic metabolic products, normalize work of vascular system, gastrointestinal tract [1]. In the food industry of PV use as gelatinizator, solyubilizator, emulsifiers, water-holder, thickeners. Therefore, search of new, available sources of receiving PV from vegetable raw materials, studying of their physical and chemical properties will allow to expand possibilities of their receiving, application on the basis of domestic raw materials. PV steel research object, excreted from Wicky's mouse grass (Vicia cracca L.). It is a fodder plant which was entered into culture due to its high content of protein (about 30%). However, the chemical composition of the plant has been little studied. We established the molecular mass of PV which amounted 41241 g/mol, the Hagginsa parameter was 8,75, which allowed to assume a large volume and branching of a macromolecule, superficial activity of PV in aqueous solution, distribution coefficient in a two-phase system. In conclusion, all of this creates prerequisites for a further research both PV and the plant in general. Key words: Vicia cracca, pectic substances, conductometry, vis-cometry.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК [1] Перспективы использования растительных полисахаридов в качестве лечебных и лечебно-профилактических средств / Н.А. Криштанова [и др.] // Вестн. ВГУ. Серия: Химия. Биология. Фармация. - 2005. - №4. - С. 181-185. [2] Шаренко О.М. Химико-технологическое обоснование использования вики изменчивой, вики Гроссгейма и вики обрубленной как источников получения гепато-защитных и венотонизирующих средств: дис. .. .канд. фармац. наук. Пятигорск. - 2005. REFERENCES [1] Prospects for the use of plant polysaccharides as therapeutic and therapeutic agents / N.A. Krishtanova [et al.] // Vestn. VGU. Series: Chemistry. Biology. Pharmacy. -2005. - №4. - P. 181-185. [2] Sharenko O.M. Chemical and technological substantiation of the use of the volatile wiki, the Grossheim wiki and the wiki chopped off as sources of hepatoprotective and veno-tonic agents: dis. ...kand. farmac. nauk. Pyatigorsk. -2005
3 Кочетков Н.К. Химия биологически активных соединений. - М.; 1970.
[4] Цветков В.М. Эскин В.Е., Френкель С.Я. Структура макромолекул в растворах. - М.: Наука, 1964.
[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] Жилина О.М., Мыкоц Л.П., Степанова Н.Н. Изучение пектиносодержащих веществ, выделенных из травы вики обрубленной (Vicia truncatula) // Разработка, исследование и маркетинг новой фармацевтической продукции: сб. науч. тр. ПМФИ - филиал ФГБОУ ВО ВолГМУ Минздрава России.- Пятигорск, 2017.- Вып. 72. - С. 270 - 274.
[3] Kochetkov N.K. Chemistry of biologically active compounds. - M., 1970.
[4] Cvetkov V.M., Ehskin V.E., Frenkel' S.Y. The structure of macromolecules in solutions. - M.: The science, 1964.
[5] Study of some physicochemical properties of pectin isolated from chrysanthemum herb / L.P. Mykots [et al.] // Questions of biological, medical and pharmaceutical chemistry. - 2012. - № 11. - P. 24-26.
[6] Zhilina O.M., Mykots L.P., Stepanova N.N. Study of pectin-containing substances isolated from chopped off wiki grass (Vicia truncatula) // Development, research and marketing of new pharmaceutical products: col. of scien. p. PMFI - branch FGBOU VO VolGMU of the Ministry of Health of Russia. - Pyatigorsk, 2017.- Vol. 72. - P. 270 - 274.
Сырье - траву вики мышиной собирали в период цветения в республике Северная Осетия, г. Ардон возле реки Ардон.
Растение химически малоизучено, но характеризуется высоким (до 30%) содержанием белка. Применяется пока только в народной медицине: как противоопухолевое, при вирусном гепатите, асците, отеках, гнойных ранах, как антигеморроидальное, кровоостанавливающее, при заболеваниях сердечно - сосудистой и гепатобилярной систем [2].
Целью данного исследования являлось изучение некоторых физико-химических свойств ПВ: 1) определение молекулярной массы; 2) установление поверхностной активности в водных растворах; 3) изучение коэффициента распределения между двумя жидкими фазами.
ПВ получали по методу по методу Н.К. Кочеткова [3]. Выход составил 1,32 %.
Определение молекулярной массы проводили по зависимости вязкости водных растворов ПВ от
концентрации. Растворы ПВ (0,05 - 0,4%) пропускали через вискозиметр Оствальда, устанавливали время течения и рассчитывали различные виды вязкости: относительную [Потн], удельную [%д], приведенную [ппр] в соответствии с формулами (1, 2, 3):
[Потн]=1о / 1х, где 10 и 1 х - время течения воды и растворов, сек. (1)
[%д] = Потн - 1 (2)
[Ппр]= Потн / С , где С - концентрация раствора, г/100 мл (3)
Для расчета молекулярной массы использовали уравнение Марка - Куна - Хаувинка [4, 5]:
М= ^ [п ] / к , где К и а - константы (литературные данные а=1,2; К=1,1*10 -5) [6]; [п]- характеристическая вязкость раствора при С ^0
Характеристическую вязкость находили по графической зависимости, представленной на рисунке 1.
V
0.1
0,2
0.3
0.4
0.5
С, %
Рис.1. Зависимость характеристической вязкости от концентрации.
Степень взаимодействия молекул полимера с растворителем можно оценить по величине коэффициента Хаг-гинса (К/) - это тангенс угла наклона графика зависимости Ппр от С (%) [4] (рис. 1). Результаты исследований представлены в таблице 1.
Таблица 1
Результаты зависимости вязкости растворов ПВ от концентрации
С,% 1,сек Потн Пуд Ппр Гп1 M, г/моль К/
0 31,7
0,05 38,6 1,22 0,22 4,4 3,8 41241 8,75
0,1 50,7 1,60 0,60 6,0
0,2 79,8 2,52 1,52 7,6
0,4 164,7 5,20 4,20 10,5
Изучаемый ПВ относится к полимерам с большой средней молекулярной массой и высоким коэффициентом Хаггинса, позволяющим предположить высокую степень разветвленности молекул и, возможно, хорошую сорбционную способность [5, 6].
Определение поверхностной активности в водных растворах с различной концентрацией ПВ проводили с помощью прибора Ребиндера [4]. Поверхностное натяжение рассчитывали по формуле (4):
с!= с0- V Ь0, (4)
где с 1 и с - поверхностное натяжение раствора и
воды, Н/м; и И0 - высота подъема раствора и воды в
манометрической трубке, см;
Концентрация ПВ в поверхностном слое больше, чем в объеме, что позволяет рассчитать адсорбцию на границе раздела жидкость - газ (5):
Г= ■
Act
АС
_С_
RT
(5),
где Г - избыток вещества в поверхностном слое, кмоль/м 3; С - концентрация, кмоль/м3; Я - газовая постоянная, Дж/кмоль (8,314 103); Т - абсолютная температура, 0К; - Д с / С - поверхностная активность.
Найдя величину предельной адсорбции (Гет), рассчитали площадь (8), толщину (1) и объём (V) поверхностного слоя молекул ПВ, в соответствии с уравнениями (6 и 7):
S = -1 • м -г~
l =
N А , где Na - число Авогадро (6) , где М - молекулярная масса ПВ; (7)
р- плотность раствора ПВ (р~р0), кг/м3 Результаты измерений и расчетов представлены в таблице 2.
Таблица 2
Параметры определения поверхностного натяжения и размеров монослоя ПВ на границе раздела
жидкость - газ
C,% h,CM а*103, Н/м С105, Кмоль/м3 -Ла-10- 3 Н/м Г109, Кмоль/м2 Г „ 109 Кмоль/м2 S, A2 l, A V, A3
0 6,8 71,5 - - -
0,05 6,5 68,25 1,20 3,25 2,60
0,1 6,3 66,15 2,42 5,35 4,27 25,00 6,6 9205 60753
0,2 5,9 61,95 4,85 9,55 7,63
0,4 5,7 59,85 9,7 11,65 9,31
0,8 5,2 54,6 19,4 16,60 13,50
Для определения предельного поверхностного избытка строили график -1/г от Отрезок, отсекаемый прямой от оси ординат, составил ^/г , что и позволило найти величину (рис.2).
7 =
j
V
0.1
0.2
0.3
0.4
l/C-105, Кмоль/м3
Рис. 2. Зависимость обратных величин адсорбции от концентрации для ПВ, выделенных из
травы вики мышиной.
свидетельствует о том, что ПВ, полученный из вики мышиной относится к поверхностно активным веществам с невысокой поверхностной активностью.
Поверхностную активность (-До / С) находили по тангенсу угла наклона касательной, проведенной к изотерме поверхностного натяжения растворов ПВ
(рис.3). Она составила 3,46-10~ь Нм- Кмоль", что
40
20
О 2 4 6 8 10
С-105, Км и ль /м3
Рис. 3. Изотерма поверхностного натяжения водных растворов ПВ.
Для описания транспорта веществ через клеточные мембраны использовали жидкостную экстракцию. Находили коэффициент распределения компонента между гидрофобной и гидрофильными фазами [4].
В качестве органического растворителя нами был использован этилацетат. Экстракцию проводили из водных растворов ПВ (0,05-0,4%), концентрацию
которых определяли кондуктометрическим методом с помощью кондуктометра «Эксперт-002».
Объемы исследуемых растворов и экстрагента 1:1. Количество ПВ в исходном растворе и рафинате определяли с использованием линейного калибровочного графика зависимости 1 / Яо от С, представленного на рис. 4.
О
20 15 10
5 0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
C?%
Рис. 4. Зависимость электропроводимости водных растворов ПВ от концентрации. Результаты эксперимента представлены в табл. 3.
Таблица 3
Определение коэффициента распределения ПВ в системе вода очищенная - этилацетат
Со, % 1/R0-104, Ом -1см 1/Ri104, Ом-1 см С1, % С2, % тэк, г/л а, % Кр
0,05 5,46 4,55 0,03 0,02 3,297
0,1 7,18 5,30 0,06 0,037 3,316
0,2 9,07 7,21 0,126 0,079 2,647
0,4 16,08 12,7 0,290 0,111 0,83 20,75 4,102
Кср=3,24
Коэффициент распределения рассчитывали через отношение равновесных концентраций ПВ в растворе к концентрациям в экстрагенте, возведенным в степень 1/n, где 1/n - степень ассоциации молекул ПВ. Её величину находили графически по зависимости log Ci от log С: и тангенсу угла наклона, полученной прямой (рис. 5.)
log С,
1=5 1
0,5 0
-0=5
-1
-1=5
-2
log С!
Рис. 5. Зависимость равновесных концентраций растворов ПВ в двух жидких фазах.
1 1 1 Г)
Найденная величина 1/n составила 1,2. Процесс распределения ПВ в органический слой в изобарно -изотерических условиях самопроизволен. Энергия Гиббса AG < 0 и ее величина составила - 2,9 кДж/моль. Показано, что переход ПВ в гидрофобную фазу экзотермичен (ДH < 0), и эффективность его перехода будет зависеть от температуры.
Заключение. Изучение физико-химических свойств ПВ, выделенных из травы вики мышиной показало, что это полисахарид с высокой молекулярной массой (41241 г/моль) и параметром Хаггинса (8,75), позволяющим предположить большой объем и раз-ветвленность макромолекулы.
По зависимости поверхностного натяжения от концентрации и виду изотермы поверхностного
Журнал включен в Перечень рецензируемых научных изданий ВАК
~ 208 ~
натяжения, ПВ можно отнести к классу поверхностно-активных веществ. Это позволит в дальнейшем оценить стабилизирующую и солюбилизирующую способность ПВ. Большие объем и длина молекулы дают возможность оценить сорбционную емкость ПВ по отношению к экзотоксинам, например, к ионам тяжелых металлов, а определение коэффициента распределения пектиновых веществ (3,34) в жидкой двухфазной
системе, в дальнейшем, поможет оценить влияние на его величину рН среды желудка и кишечника. Последнее позволит также прогнозировать возможность проникновения ПВ через биологические мембраны.
Следовательно, дальнейшее изучение физико-химических свойств пектиновых веществ, полученных из вики мышиной перспективно в плане практического применения биологически активных веществ.
