CC BY
8
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 МОДИФИЦИРАНА АЛГИНОВА КИСЕЛИНА
М.Кунчева1, И.Панчев1. Д.Ковачева2 Университет по хранителни технологии-4002,Пловдив 2Институт по неорганична и обща химия-БАН,1000,София
Physicochemical chorasterosics of a modify alginic acid
M. Kuncheva1, I. Panchev1, D.Kovacheva2 University of Food Technology, 4002 Plovdiv, Bulgaria 2Institute of General and Inorganic Chemistry - BAS, 1000, Sofia, Bulgaria
Резюме
В работата са представени резултатите от изследванията с диференциално термичен анализ (DTA-TG) и дифракция на рентгеновите льчи (XRD) на алгинова киселина и нейни модифицирани производни (метилови и етилови естери). Метил- и етилалгинатите са получени чрез хетерогенна киселинна естерификация на алгинова киселина с метанол и етанол. Те показват различна термостабилност
Abstract
This work makes an attempt to study using DTA-TG methods and XRD analysis of an alginic acid and its derivatives (methyl and ethyl esters). Methylalginate and Ethylalginate received with a heterogeneous acid esterification by methanol and ethanol showed different thermostability.
Въведение Алгиновата киселина е природен линеен блоков съполимер , изграден от в D-мануронопиранозилни ( M ) и a L гулуронопиранозилни ( G) единици, свързани с 1-4 връзки. Подреждането на уроновите киселини е под формата на М-блокове (мануронат), G-блокове (гулуронат) и MG-блокове (гулуроно-мануронат). Всеки от тези блокове има различна конформация и поведение^-мануроновата киселина участва със 4С конформации, а L-гулуроновата киселина със 'С4 -конформации. Съотношението на мануроновата и гулуроновата киселина и тяхното последователно свързване зависят от природния източник и определят свойствата на алгинатните полимери. Алгиновата киселина е неразтворима във вода, но нейните алкални соли образуват колоидни разтвори и намират приложение като сгъстители, стабилизатори, емулгатори, пенообразуватели, структуриращи, желиращи средства за хранителни и нехранителни системи [1, 2]. Алгиновата киселина притежава антимикробни свойства [3 ]. Въвеждането на естерна група в молекулата на алгиновата киселина подобрява емулгиращите. пенообразуващите свойства и други функционални характеристики.
H H -У л
Структурни единици на алгиновата киселина
Целта на настоящото изследване е да се получат модифицирани производни на алгиновата киселина (метил- и етилалгинати) и охарактеризират с диференциално термичен анализ (DTA-ТG) и дифракция на рентгеновите лъчи (XDR).
Материали и методи Използваната алгинова киселина е фирмен продукт на Fluka(analitical). Използваните метанол и етанол бяха обезводнени по известни методи. Хетерогенната киселинна естерификация на алгиновата киселина бе проведена съгласно разработена от нас методика [4].
DTA-TG изследванията бяха проведени съгласно метода, описан от Wendlant [5] и анализите бяха извьршени чрез DTA-TG LABSYS TM EVO апарат, Setaram, France. Рентгеновата дифракция на прахообразните проби беше изследвана чрез Bruker D8 Advanse Difractometer (Bruker AXS, Karlsruhe, Germany) комплектован с SO1X детектор. Рентгеновите спектри бяха обработени с прогрaмeн пакет Diffracplus EVA .
Резултати и обсъждане Получаването на модифицирани хидроколоиди с изразени повърхностно-активни свойства представлява интерес за подобряване на стабилността на структурирани продукти. Метиловите и етилови естери на алгиновата киселина са получени чрез киселинна естерификация с метанол и етанол в хетерогенна среда при температура на нагряване 40оС в продължение на 20 и 70 часа. Получените метил- и етилалгинати имат степен на естерификация 65% и 35 %, съответно.
Разсейването на рентгеновите лъчи на алгиновата киселина и нейните метилови и етилови естери e показано на фигура 1. XDR- анализът показва, че изследваните образци имат тииични за ирахообразните иолизахариди малки области на кристалните фази.
Фиг. 1. XRD power diffraction спектри на алгинова киселина, метилалгинат и етилалгинат.
Оценка за термичната стабилност на алгиновата киселина, метил- и етилалгинати бе направена чрез използване на DTA-TG измервания. На фигури 2. 3. 4 са показани термогравиметричните криви (TG и DTA) на изследваните образци.
УШЕ
Фиг.2. DTA-TG термограми на алгинова киселина
Фигура 2 показва, че първият ендотермичен преход за алгиновата киселина започва при 40оС и продължава до 1150С, като неговият максимум е при 90оС, Той е свързан с изпарение на капилярно свързана вода от прахообразната проба. В края на прехода масовата загуба на веществото (Ат) е 5,2%. Вторият ендотермичен преход започва при 1520С и продължава до 2340С с максимум при 1960С. Този преход е свързан с деградационни процеси и откъсване на странични остатъци от макромолекулната верига и неговото начало определя границата на термична стабилност на веществата. Веднага след него се констатира екзотермичен преход с начало при 240оС и край при 250оС с максимум при 2440С. Той е индикация за протичане на пиролизна деградация на структурни звена в полизахаридната верига. Общите масови загуби (Ат) се изчисляват от TG кривата в края на третия термичен преход и са 53%.
Фиг.3. DTA-TG термограми на метилалгинат
От фигура 3 се вижда, че първият ендотермичен преход за метилалгината, дължащ се на изпарение на капилярно свързаната вода започва при 35оС и завършва при 108оС с максимум при 82оС, като масовата загуба е 6,0%. Непосредствено след него има втори по-слабо
изразен преход (начало при 108оС и край при 138оС) и трети преход (широк и с най-голяма интензивност), започващ при 138оС и завършващ при 249оС. Те показват, че метилалгината е по-малко термостабилен от алгиновата киселина, тъй като в този температурен интервал протичат интензивни деструкционни процеси. Екзотермичният преход започва от 249оС и продължава до 2540С. Масовата загуба ((Дт) от термодеградационните процеси е 50,2%, близка по стойност до тази на алгиновата киселина.
Фиг.4. DTA-TG термограми на етилалгинат
Фигура 4 показва,че изпарението на капилярно свързаната вода за етилалгината започва интензивно при 67оС и продължава до 115оС с масова загуба 8,2%, която е значително по-голяма от тази при алгиновата киселина и метилалгината. Наблюдават се още два ендотермични прехода, съответно с начало 1150Си край при1410С и от 1720С до 2400С, които показват, че етилалгината е по-малко термостабилен от алгиновата киселина, но по-стабилен от метилалгината при термични въздействия. Екзотермичният преход при етилалгината се проявява при 2480С и завършва при 2590С. Общата масова загуба (Am) от термичното въздействие в края на тези преходи се изчислява на 51,9%.
Изводи XRD изследванията показват типична за прахообразните вещества X-ray-дифракционна картина.
Проучена е термичната стабилност на алгиновата киселина и нейните метилови и етилови естери чрез DTA-TG анализи. Показано е, че изследваните полизахариди се отличават по своята термостабилност и интензивните деструкционни процеси започват след 140-1700С. Най-голяма стабилност има алгиновата киселина.
Литература
1. Pacek A. W., P.Ding Д. W. Nien0w, M.Wedd, Carb0hydrate P0lymers 42(4), 401-409 (2000)
2. R0berts S.A., S. Kasapis, I. Santos-L0pz. Internati0nal J0urnal 0f F00d Science and Techrnl0gy 35(2) 215-226 (2000)
3. Pielesz A., A Machnicka, E. Sarna, Antibacterial activity and scaning electr0n micr0sc0py examinati0n 0f alginate. Ec0l0gical chemistry and engineering, 18(2),p 197(2011)
4. Кунчева M., М. Попова-Иванова, Хр. Крачанов, Модифрцирани биополимери в хранителната промишленост. IV Национална научно-техническа конференция с международно участие. Екология и здраве, 295-300, 24.10 (2002)
5. Wendlant W.W, Thermal meth0ds 0f analysis. J0hn Wiby & s0ns, Inc. New Y0rk. .(1974)
Благодарност Авторите изказват благодарност на Националния фонд за научни изследвания
при МОМН ( Проект 02/46 „Биосинтез на екзополизахариди от екстремофилни микроорганизми") за оказаната финансова подкрепа.
Адрес за кореспонденция: [email protected]
Рецензент: доц. д-р Гинка Антова
