Получение комплексов циклодекстринов с биологически активными веществами Текст научной статьи по специальности «Нанотехнологии»

RAW MATERIALS AND ADDITIVES

УДК 573.6.086.83:577.16:577.151.33 (063)

Получение комплексов циклодекстринов

с биологически активными веществами

Л.А. Иванова, д-р техн. наук, профессор, Д.Г. Шипарева, ассистент, С.А. Скрылева,

И.С. Тихонова, ассистент Московский государственный университет пищевых производств

Циклодекстрины (ЦД) - уникальная группа химических веществ, обладающих специфической функциональной активностью. Это нередуци-рующие циклические сахариды, состоящие из глюкопиранозных остатков, свернутых в компактные кольца. Семейство ЦД включает три основных продукта: а-, в- и у-ЦД, макрокольца которых состоят из шести, семи и восьми остатков глюкозы, соответственно [1, 5, 6].

Именно первые три гомолога представляют большой интерес для пищевой, фармацевтической, химической и других отраслей промышленности благодаря способности образовывать комплексы включения с различными веществами. ЦД используются для стабилизации летучих эфирных масел, ароматических веществ и специй, повышения устойчивости и улучшения усвояемости витаминов, пролонгирования действия лекарств, снижения их вредного действия и др. [6]. Поэтому создание комплексов включения на основе ЦД - очень популярное и актуальное направление.

Витамин Е — группа жирорастворимых биологически активных веществ, проявляющих антиоксидант-ные свойства. Токоферолы регулируют интенсивность свободноради-кальных реакций в живых клетках, предотвращают окисление ненасыщенных жирных кислот в липидах мембран, влияют на биосинтез фер-

Ключевые слова: циклодекстрин; токоферол; рибофлавин; рыбий жир;

комплекс включения.

Key words: Cyclodextrin; vitamin E; vitamin B2; fish oil; inclusion complex.

ментов. Витамин Е выполняет не только витаминную, но и антиокси-дантную функции, поэтому применяется для профилактики онкологических заболеваний при радиационном и химическом воздействии на организм. Витамин Е относительно устойчив при нагревании, разрушается под влиянием ультрафиолетовых лучей, кислорода [2, 4].

Для изучения возможности создания комплекса в- и у-ЦД с а-токофе-ролацетатом (витамином Е) были построены компьютерные модели с использованием программы ChemOffice 12.0 для оптимизации геометрии молекул и построения молекулярной модели комплекса (рис.1, а, 1, б).

Пространственная «вытянутость» молекулы витамина Е не исключает образования комплексов «витамин Е:ЦД» и со стехиометрией 1:2 (рис. 2).

Получение комплексов включения ЦД с витамином Е проводили путем многократного растирания их смеси

при комнатной температуре с последующим высушиванием на воздухе готового продукта (метод «растирание в пасте»). В результате получали продукт, представляющий собой порошок белого цвета.

Массовую долю а-токоферолаце-тата в комплексах с в- и у-ЦД определяли модифицированным методом, согласно которому навеску комплекса «витамин-Е:ЦД» обрабатывали гексаном с добавлением 50 % диметилсульфоксида. Оптическую плотность полученной гекса-новой фазы определяли на спектрофотометре при X =285 нм.

Характеристика полученных комплексов по содержанию витамина Е и массовой доли влаги представлена в табл. 1.

Для определения стабильности комплексов полученные комплексы хранили при комнатной температуре в герметичной емкости в течение недели. По истечении срока определяли остаточное содержание витамина в комплексе вышеописанным методом. Результаты представлены на рис. 3.

Из диаграммы очевидно, что наиболее стабилен комплекс витамина Е с у-ЦД в соотношении 1:2.

Рибофлавин (лактофлавин, витамин В2) — один из наиболее важных водорастворимых витаминов, ко-фермент многих биохимических процессов.

Рибофлавин - желто-оранжевого цвета игольчатые кристаллы, со-

а б

Рис. 1. Возможные молекулярные модели комплекса альфа-токоферолацетата с ЦД: а - за счет проникновения хроманового кольца витамина в полость ЦД; б- за счет проникновения боковой цепи витамина в полость ЦД

Рис. 2. Молекулярная модель комплекса альфа-токоферолацетата с ЦД в соотношении 1:2

СЫРЬЕ И ДОБАВКИ

Таблица 1

Характеристика комплексов включения ЦД с витамином Е

Показатель, % Комплекс «витамин Е: ß-ЦД» (1:1) Комплекс «витамин Е: ß-ЦД» (1:2) Комплекс «витамин Е: у-ЦД» (1:1) Комплекс «витамин Е: у-ЦД» (1:2)

Содержание витамина Е 24 10 23 10

Влажность 7 10 8 12

бранные в друзы, горького вкуса. Плохо растворим в воде (0,12 мг/мл при 27,5 °С) и этаноле, не растворим в ацетоне, диэтиловом эфире, хлороформе, бензоле. Стабилен в кислой и быстро разрушается в щелочной среде [3, 4].

120

ш

я 100

5 >. Э Я

1 § 80 {§ |

| | 60 2 к

тГ = § 20

О

о

01234567 Время хранения, сутки

—♦—ВшампнЕ - |3-ЦДкомплекс ] I —И-ВлхаминЕ - р-ЦД комплекс ] 2 ВптаьпшЕ «:'7-ЦД комплекс 1 1-Витамин Е - ?-ЦД комплекс 1 2

Рис. 3. Стабильность комплексов витамин Е - ЦД при комнатной температуре

Г,

(1:1); б - рибофлавин:ЦД (1:2)

Иоогра&шлУФ П OO:L- . I J[:;U"OT '¡т УФ

Рис. 5. Изменение содержания витамина В2 после обработки УФ: 1 - витамин В2; 2 - комплекс «витамин В2: у-ЦД» (1:1); 3 - комплекс «витамин В2: у-ЦД» (1:2); 4 -комплекс «витамин В2: ¡¡-ЦД» (1:2)

Таблица 2

Характеристика комплексов включения ЦД с витамином В,

Показатель, % Комплекс «витамин B2: ß-Ua»(1:2) Комплекс «витамин B2: У-ЦД» (1:1) Комплекс «витамин B2: У-ЦД» (1:2)

Содержа- 48 77 55

ние вита-

мина Е

Влажность 9 8 10

Возможности создания комплекса рибофлавина с ЦД и построение молекулярной модели комплекса изучали с помощью программы Chem0ffice12.0 (рис.4, а, 4, б).

При выборе метода получения комплексов включения с в- и у-ЦД с витамином В2 лучшие результаты показал метод «растирания в пасте».

Для характеристики полученных комплексов включения в них определяли содержание витамина В2 фо-тофлуориметрическим методом. Сущность метода заключается в извлечении витамина В2 из навески путем кислотного гидролиза и измерении интенсивности флуоресценции. Характеристика полученных комплексов по содержанию витамина В2 и массовой доли влаги представлена в табл. 2.

Известно, что витамин В2 разрушается под действием солнечного света и, в частности, УФ-излучения. Для определения устойчивости комплексов к УФ готовили их водные раство-

ры и подвергали действию УФ-излу-чения в течение 1 ч. По истечении времени определяли остаточное содержание витамина в растворах. Результаты представлены на рис. 5.

При обработке УФ чистого витамина его содержание снижается на 32 %. Наиболее стабильным оказался комплекс витамина В2 с у-ЦД в соотношении 1:1, в котором содержание витамина снизилось всего на 10 %.

Основная ценность жиров рыб -содержание в них полиненасыщенных жирных кислот (ПНЖК) группы ю-3, препятствующих развитию сердечно-сосудистых заболеваний. Это связано с тем, что холестерин в присутствии ПНЖК образует так называемые «нормальные» эфиры, легко переносимые по кровеносным сосудам. Кроме того, ю-3 ПНЖК необходимы при образовании клеточных мембран, нитей митохондрий, мие-линовой оболочки нервов, соединительных тканей [3].

Изучение возможности создания комплекса рыбьего жира (ю-3 ПНЖК) с ЦД и построение молекулярной модели комплекса проводили, используя программу Chem-0ffice12.0.

Результаты исследования показали, что возможно получение комплекса включения ПНЖК с у-ЦД в соотношении 1:1. Также возможно получение комплексов с другими сте-хиометрическими соотношениями (1:2, 1:3, 1:4) в зависимости от длины цепочки жирной кислоты (рис. 6, а, 6, б).

Комплекс включения получали с помощью метода «растирания в пасте» смеси рыбьего жира и ЦД сначала в массовом соотношении 1:1. Если характерный запах рыбы не исчезал,

RAW MATERIALS AND ADDITIVES

Рис. 6. Возможные молекулярные модели комплекса рыбьего жира (<о-3 ПНЖК) с ЦД: а - рыбий жир (о-3 ПНЖК):ЦД (1:4); б - рыбий жир (<о-3 ПНЖК): ЦД (1:1)

Г f

то добавляли количественно еще одну часть ЦД и повторяли операции до исчезновения запаха. В результате получили продукт в виде порошка белого цвета с травяным запахом.

Установлено, что оптимальным соотношением для получения комплекса рыбьего жира с ß-ЦД является 1:4, для комплекса с у-ЦД, соответственно, 1:1.

Рыбий жир очень легко поддается окислению. Поэтому все образцы хранили при комнатной температуре в течение семи дней. По истечении времени комплекс с ß-ЦД имел запах рыбы. Комплекс с у-ЦД имел травянистый запах, не отличавшийся от первоначального.

Таким образом, в результате исследований был подобран наиболее эффективный метод получения комплексов включения циклодекстринов в лабораторных условиях. Показано, что наиболее стабильным комплексы витамина Е с у-ЦД: в соотношении витамин Е:у-ЦД 1:2 и витамина В2 с у-ЦД, в соотношении витамин В2:у-ЦД 1:1, а комплекс рыбьего жира с у-ЦД оказался более стабильным, чем с ß-ЦД.

ЛИТЕРАТУРА

1. Абелян, В.А. Циклодекстрины: Получение и применение/ В.А. Абелян. - Ереван: Изд. Дом «Ван-Арьян», 2001. - 519 с.

2. Надиров, Н.К. Токоферолы и их использование в медицине и сель-ском хозяйстве/Н.К. Надиров. - М.: Наука, 1991. - С. 10, 196.

3. Нечаев, А.П. Пищевая химия: учебник для студентов вузов/ А.П. Нечаев. - СПб.: ГИОРД, 2003. - 640 с.

4. Ребров, В.Г. Витамины и микроэлементы/В.Г. Ребров, О.А. Громова. - М.: Алев-В, 2003. - С. 227-228.

5. Szejtli, J. Past, present and future of cyclodextrin research/J. Szejtli//Pure Appl. Chem.. - Vol. 76. - № 10. - 2004. - Р. 18251845.

6. Szejtli, J. The cyclodextrins and their application in biotechnology/J. Szejtli//Carbohydrate Polymers. - 1990.-№ 12. - 375 р.

а

б