CC BY
10
Научни трудове на Съюза на учените в България-Пловдив, серия Б. Естествени и хуманитарни науки, т. XV, 2013 г. Научна сесия „Техника и технологии, естествени и хуманитарни науки", 25-26 X 2012 Scientific researches of the Union of Scientists in Bulgaria-Plovdiv, series B. Natural Sciences and the Humanities, Vol. XV, ISSN 1311-9192, Technics, Technologies, Natural Sciences and Humanities Session, 25-26 oktober 2012.
ФИЗИКОХИМИЧНИ ХАРАКТЕРИСТИКИ НА ЕКЗОПОЛИЗАХАРИД
СИНТЕЗИРАН ОТ AERIBACILLUS PALLIDUS13-2
И. Панчев1, М. Кунчева1 , М. Камбурова2, , Н. Радченкова2, Д.
Ковачева3
1 Университет по хранителни технологии-Пловдив' 2 Институт по Микробиология-БАН, София, 3Институт по обща и неорганична химия, БАН, София
PHYSICOCHEMICAL CHARACTERISTICS OF AN EXOPOLYSACCHARIDE SYNTHESIZED FROM AERIBACILLUS
PALLIDUS 13-2 I. Panchev1, M. Kuncheva1, M. Kamburova2, N. Radchenkova2,
D. Kovacheva3 1 University of Food Technology - Plovdiv, 2 Institute of Microbiology - BAS, Sofia, 3 Institute of General and Inorganic Chemistry, BAS, Sofia
Резюме.
В работата се представят резултати от изследвания на физикохимични свойства на екзополизахарид синтезиран от Aeribacillus pallidus 13-2 изолиран от български термален извор. Получени са количествени данни за характеристичния и динамичния вискозитет, повърхностното напрежение , реологичен профил на водни разтвори на екзополизахарида. Чрез DTA-TG и рентгенов анализи е направена оценка за термичната стабилност и чистота на прахообразна форма на екзополизахарида. Установена е неговата емулгираща и стабилизираща способност определящи използването му в козметичната промишленост
Abstract
This work presents results from research on physicochemical properties of an exopolysaccharide synthesized from Aeribacillus pallidus 13-2 isolated from a Bulgarian thermal spring. Quantitative data were obtained on the internal viscosity, dynamic viscosity, surface tension and rheological profile of aqueous solutions of the exopolysaccharide. DTA/TG and X-ray investigations were carried out to assess the thermal stability and purity of the powder form of the exopolysaccharide. It was found to have emulsifying and stabilizing capacities which point at its potential use in the cosmetic industry.
Въведение: Нарастващото използване на полизахаридите в хранителните, фармацевтичните, козметичните и др. технологии като сгъстители, емулгатори, желеобразователи изисква разширяване на обема на тяхното производство и модифициране на техните функционални характеристик и [1]. Ограничените ресурси за промишлено
производство на растителните полизахариди налага алтернативата да се използва биосинтеза на микробни полизахариди и познават техните физикохимичните свойства.[2,3] Целта на настоящата работа е да се проучат физикохимични характеристики на екзополизахарид (ЕПЗ) синтезиран отAeribacilluspallidus 13-2 изолиран от български термален минерален извор намиращ се в месността Рупите от Петричката котловина.
Материали и методи: Биосинтезата на ЕПЗ е описана подробно в [4]. Реологичните изследвания на водни разтвори на ЕПЗ бяха проведени чрез използване на реовискозиметър Rheotest-2 и капилярен вискозиметър тип Ubellode, повърхностното напрежениеш на разтворите се измерваше по метода на Du Nouy чрез тензиометър Kruss. IR спектри на прахобразните проби ЕПЗ таблетирани с KBr бяха снети на Nicolet Avatar 330 FT-IR спектрометър. Дифракционните рентгенови спектри на сьщите проби бяха измерени чрез дифрактометър Bruker AXS комплектован с So1X детектор, а DTA-TG анализи чрез DTA-TG LABSYS TM EVO апарат. Емулгиращата способност на синтезирания ЕПЗ бе изследвана по методика описана в [3]. Хомогенизирането и емулгирането бе проведено с дисперсер IKA ULTRA-TURAX T1 при скорост 50 s-1 Дисперситетът на емулсиите бе определен чрез величината светопропускливост (T%) измервана със спектрофотометър Lamspec-M107 при дължина на вълната Х=540 nm. Емулсионната стабилност бе определена чрез центрофугиране на пробите със скорост 50 s-1 в продължение на 20 min.
Резултати и дискусия: IR-спектър на фиг.1. показва характеристични ивици на поглъщане типични за природните полизахариди.
ш,т ... . , А 1
_ /
.«—ч ! /! I / ! Ф ! Sjf
| I j i !
Цив,73 ï ¡ШМ.Я î
ш îî?s ish igîj ан ж
Фиг 1Ж-спектър на ЕПЗ, синтезиран от ЛепЪаеШт раШйт 13-2
Широката и интензивна ивица при 3000-3600 ст-1 с абсорбционен максимум при 3400 ст-1 се дължи на -ОН-групата. Сравнена с валентните колебания на характеристичната ивица на поглъщане на свободна хидроксилна група (-ОН ) при 3650 - 3500 ст-1 тя е изместена към по-малките честоти, което е характерно за -ОН-групи, участващи в образуване на вътрешномолекулни водородни връзки. Ивицата при 1654 ст-1 можем да отнесем към деформационните колебания на абсорбираната вода, неучастваща в образуване на водородни връзки. Сравнително интензивната ивица при 1078 ст-1може да бъде отнесена към валентните колебания на ( С-С ), ( С-О ), ( С-О-С ) в пиранозния пръстен.
Halite, syn
0 ЦЦ1М
■МДМ VjilfcAl
i,
На фиг.2 са представени XRD powder difraction спектри на два ЕПЗ -I и II, като първия е с неутрален, а втория с отрицателен електричен заряд на макромолекулата като и при двата се констатира наличие на кристална фаза дължаща се на съпътствуващите ги примеси от нискомолекулни соли.
Halite, syn
Фиг. 2. XRD powder difraction спектри на а) ЕПЗ -I и б) ЕПЗ -II
2-
- —-
Фиг.3. DTA-TG термограма на ЕПЗ- I
На фиг.3 и фиг. 4 са показани DTA-TG термограми на същите два ЕПЗ I и II от които се вижда, че първият има повече и по-силно изразени ендотермични пикове , докато при
втория термичните ефекти са по-слабо изразени, което дава основание да се направи извода за по-висока термостабилност, която е един от важните физични параметри определящи условията на технологично приложение на полизахарида.
Фиг. 4 DTA-TG термограма на ЕПЗ - II
Разтворимостта във вода на синтезирания от термофилни бактерии ЕПЗ определена при температура 600С показва , че неразтворимият остатък е около 20%. Характеристичния вискозитет[0] на ЕПЗ е [0] =0.18 dl-g-1 , което е коствено доказателство за това , че неговата молекулната маса е по-малка от 10Ша. Този извод се потвърждава и от ниските стойности на динамичния вискозитет 0 на 0.5 % воден р-р измерени при скоростен градиент (= 364.5 s-1 е 0 =2.724тРа^, докато за 1 % той е 0] =3.632 тРа^. Коефициентътна повърхностно напрежение о на същия р-р е о =58.9 10-3 N. т-1 означава че критичната концетрация с* е по-ниска от 0.5% .Това предполага добрите свойства на ЕПЗ като емулгатор и стабилизатор представени по-долу. Емулгиращата способност на синтезирания от термофилни бактерии биополимер е изследвана в моделни условия с 0,5; 1,0; 1,5; 2,0; 2,5; % концентрация на ЕПЗ спрямо водната среда и 50% маслена фаза от типа масло/вода. Резултатите са представени в таблица 1.
Таблица 1. Стабилност на емулсии с 50% маслена фаза на ЕПЗ, синтезиран от ЛегЛаеШш ра1Шж 13-2
проба Конц. на ЕПЗ, % спрямо водната среда Отделена фаза, % Т, %
Масло Вода Емулсия
1 0,5 Следи 37 63 80,4
2 1,0 Следи 30 70 74,7
3 1,5 Следи 28 72 72,7
4 2,0 Следи 24 76 70,4
5 2,5 Следи 22 78 68,7
При използваните концентрации синтезираният ЕПЗ показва добри емулгиращи свойства и изразен липофилен ефект, адсорбирайки се на граничната повърхност масло-вода на емулсионната система. Маслената фаза е здраво свързана, отделеното масло е в следи. Както и при ЕПЗ, продуцирани от психрофилни дрождеви щамове [5], хидрофилният
характер е по-слабо изразен (отделената вода е между 37% и 22%). С увеличаване на концентрацията на ЕПЗ се повишава количеството на неразрушената при центрофугиране емулсия - от 63% до 78 %. Стойностите за светлинната пропускливост Т%, характеризиращи дисперситета на получените емулсии са сравнително високи, вероятно поради нестабилност на емулсионните системи при разреждане. Илюстрация на получените емулсии са показани на фиг. 5.
Изводи: Представените
резултати показват, че
новосинтезираният ЕПЗ от термофилни бактерии проявява емулгиращи свойства и синергистичен ефект по отношение на маслено-водни емулсии и може да се използва самостоятелно или в смес с други растителни или микробни полизахариди за приготвяне на различни емулсионни продукти за козметичната и хранителната промишленост.
Литература:
1.Yun U. J. and H. D. Park . Physical properties of an extracellilar polysaccharide produced by Bacillus sp CP912. Letters in Applied Microbiology v. 36, pp. 282-287, 2003.
2. Kazak H., E. Oner and R. Dekker. Extremophiles as sources of exopolysaccharides. In: Handbook on carbohydrate polymers: Development properties and applications (F. Columbus, ed) pp 605-619, 2010
3. Mukhergee S., Das Sen, R. Towards commercial production of microbial surfactants. Trends Biotechnology, 24,pp 509-515, 2006
4. Радченкова Н., С. Василев, М. Камбурова. Биосинтеза на екзополизахарид от Aeribacillus pallidus 13-2 при различна аерация и масообмен. Научни трудове на УХТ, 2012 in press.
5. Kuncheva, M., K. Pavlova, I. Panchev, S. Dobreva. Emulsifying power of mannan and glukomanan producewd by yeasts. J. Cosmetic Science. Vol.29, pp. 377-384, 2009.
Благодарност: Авторите благодарят на Националния научен фонд към МОМН за финансирането на научноизследователски проект ДТК 02/46 -„Биосинтез на екстремофилни микрооргамизми "- при изпълнението на който бе извършена и представена работа
Адрес за кореспонденция: ivan_n_panchev@abv.bg
Рецензент: доц. д-р Гинка Антова
