Научная статья на тему 'Сорбционная способность меланинов чаги'

Сорбционная способность меланинов чаги Текст научной статьи по специальности «Промышленные биотехнологии»

CC BY
552
228
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
СОРБЦИОННАЯ СПОСОБНОСТЬ / МЕЛАНИН / БИОНАНОЧАСТИЦЫ / ЧАГА / ЭКСТРАГИРОВАНИЕ / SORPTION CAPACITY / MELANIN / BIONANOPARTICLES / CHAGA / EXTRACTION

Аннотация научной статьи по промышленным биотехнологиям, автор научной работы — Кузнецова О. Ю.

Рассмотрена сорбционная способность меланинов чаги, полученных разными способами экстрагирования. Проведена сравнительная оценка сорбционной емкости с особенностями строения меланинов.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Considered sorption capacity melanin of chaga obtained by different methods extraction. A comparative evaluation of the sorption capacity with structural features of melanin.

Текст научной работы на тему «Сорбционная способность меланинов чаги»

УДК 661.183.1

О. Ю. Кузнецова

СОРБЦИОННАЯ СПОСОБНОСТЬ МЕЛАНИНОВ ЧАГИ

Ключевые слова: сорбционная способность, меланин, бионаночастицы, чага, экстрагирование.

Рассмотрена сорбционная способность меланинов чаги, полученных разными способами экстрагирования. Проведена сравнительная оценка сорбционной емкости с особенностями строения меланинов.

Keywords: sorption capacity, melanin, bionanoparticles, chaga, extraction.

Considered sorption capacity melanin of chaga obtained by different methods extraction. A comparative evaluation of the sorption capacity with structural features of melanin.

Введение

В современной фармации одним из актуальных направлений является поиск нетрадиционных источников биологически активных веществ, обладающих одновременно как высокими сорбционными свойствами, так и высокой биологической активностью. Основными критериями к выбору таких веществ являются биосовместимость и нетоксичность. Этим условиям отвечают природные пигменты - меланины, являющиеся высокомолекулярными полимерами нерегулярной структуры, относящиеся к классу конденсированных фенольных соединений.

Различают меланины растительного, грибного и животного происхождения [1, 2]. Основная их функция - формирование окраски. Они придают темную окраску волос человека, телам насекомых, клеточной стенки грибов и микроорганизмов. Характерной особенностью меланиновых пигментов является наличие высокостабильных парамагнитных центров, разнообразных функциональных групп, а также системы сопряженных двойных связей в их молекулах [3, 4]. При этом они проявляют широкий спектр биологической активности, обладают фото- и радиопротекторным, иммуномодулирующим, антимутагенным, противовоспалительным, ауксиноподобным, противоопухолевым, выраженным антиоксидантным действием, им присуща способность связывать ионы тяжелых металлов, а также служить энергетическими переносчиками и влиять на целостность клеток [4-13].

Известна сорбционная емкость меланинов чая, винограда, семенных оболочек гречихи и мха по отношению к кадмию, меди, свинцу, никелю [14, 15]. В работах [16-18] нами были проведены предварительные исследования сорбционных свойств меланинов березового гриба чаги, полученных по новой авторской методике [19].

Цель работы - исследование сорбционных свойств меланинов чаги, полученных разными способами экстрагирования.

Экспериментальная часть

В работе использовалось сырье чаги, закупаемое в аптечной сети, поставщик ИП Гордеев М. В., Россия, РБ, Уфимский район, с. Русский Юрмаш партия 09.03.11.

Экстракты чаги серии Фунги Б12 получались согласно патенту [19]. Отличия экстрактов серии Фунги Б12 достигались за счет изменения условий экстрагирования путем введения дополнительных стадий предобработки сырья или использования различных экстрагентов в процессе экстракции: 1) Фунги Б12 - водный экстракт чаги [19]; 2) Фунги Б12/Б - водный экстракт чаги, полученный с использованием предварительного замораживания сырья перед экстракцией [20]; 3) Фунги Б12/В -экстракт чаги, полученный с применением водного раствора диметилсульфоксида; 4) Фунги Б12/Г-экстракт чаги, полученный с применением растворителя смешанного типа.

Меланины выделялись согласно

общепринятой методике [21, 22], осаждением хлористоводородной кислотой из экстрактов чаги. Определение содержания экстрактивных веществ, вязкости, рН экстрактов проводилось по [22]. Физико-химические характеристики экстрактов приведены в табл. 1.

Таблица 1 - Физико-химические характеристики экстрактов чаги

Экстракт Содержание экстрактивных веществ, г/100мл Содержание меланина, г/100мл

Фунги Б12 2,83±0,31 1,79±0,21

Фунги Б12/Б 4,73±0,26 3,48±0,24

Фунги Б12/В 3,78±0,28 3,10±0,33

Фунги Б12/Г 11,15±0,22 10,63±0,28

Антиоксидантная активность экстрактов и меланинов чаги определялась кулонометрическим способом (табл. 2) [23, 24].

Оценка сорбционной способности проводилась комплексонометрическим методом по адаптированной методике [16-17]. Результаты представлены на рис. 1.

Таблица 2 - Антиоксидантные характеристики экстрактов и меланинов чаги

Экстракт АОА экстрактов, Кл/мл АОА меланина, кКл/100г

Фунги Б12 6,1±0,1 48,2±1,0

Фунги Б12/Б 9,1±0,1 66,8±1,0

Фунги Б12/В 8,8±0,1 64,9±0,8

Фунги Б12/Г 21,0±0,3 80,0±1,0

100 /

50 И.

30 ■

70 ■ ■ Фунги Б12

60

50 ■ ■ г фунги Б12/Б

40 ■ ■ Фунги Б12/В

30 ■ Фунги Б12/Г

20 ю ■ / ■ - - 1 Ь 11.

0,005 0,02 0,1 0,2

Концентрация меди е растворе. моль.;п

Рис. 1 - Зависимость сорбции меди меланинами в зависимости от концентрации сульфата меди

Результаты и их обсуждение

Меланины являются главным действующим веществом березового гриба чаги. Их относят к наноразмерным биочастицам с Яэфф 30^150 нм [16, 25]. Величина агрегатов меланинов зависит от условий экстрагирования и от особенностей формирования коллоидной системы экстрактов чаги.

Ранее в работах [25-27] было установлено, что формирование коллоидных дисперсных систем экстрактов чаги и меланинов из них сильно зависит от способа экстрагирования. Были рассмотрены три способа экстрагирования реперколяция, ремацерация и механическое перемешивание. Наиболее удобным в использовании был выбран способ ремацерации [28], который позволял получать экстракты чаги с оптимальными физико-химическими и

антиоксидантными характеристиками. Структура меланина, выделяемого из такого экстракта, характеризовалась более рыхлой структурой с большим количеством активных центров на его поверхности. Недостатком данного способа была длительность экстрагирования.

Экстракты чаги, рассматриваемые в данном исследовании, являются результатом

многочисленных модернизаций способов

экстрагирования чаги, позволяющих получить высокоантиоксидантные меланины [19, 20, 25-28]. За основу взят экстракт Фунги Б12, получаемый по способу [19]. Использование которого позволило снизить технологические и экономические затраты, за счет сокращения времени экстрагирования в 6,5 раз по сравнению с ремацерацией [28]. При этом

содержание экстрактивных веществ выросло в 1,6 раз, выход меланина - в 1,8 раз, антиоксидантная активность экстрактов увеличивается в 1,9 раз, а меланинов - в 1,4 раза. Срок хранения готового экстракта увеличился вдвое, по сравнению с экстрактом, полученным ремацерацией. Это объясняется высоким содержанием экстрактивных веществ, в том числе меланинов, обладающих высокой антиоксидантной активностью.

Дальнейшая модернизация этого способа экстрагирования привела к созданию на основе этого экстракта серию инновационных препаратов - Фунги Б12/Б, Фунги Б12/В, Фунги Б12/Г. Изменения, вносимые в процесс экстрагирования, существенно изменяют свойства экстрактов, что сказывается на всех показателях.

Все выбранные экстракты характеризуются увеличением содержания экстрактивных веществ в среднем в 2-4 раза с долей меланинов от 60 до 95%, повышением антиоксидантной активности экстрактов в 1,5-3,5 раза, а меланинов - в 1,5-2 раза.

Анализ сорбционных свойств исследуемых меланинов показывает, что при не высоких количествах ионов меди в растворе (0,005 и 0,02 г/л) исследуемые меланины проявляют одинаковую сорбционную способность, связывая в среднем 9095% ионов меди. При высоких же концентрациях ионов меди в растворе (0,1 и 0,2 г/л) исследуемые меланины проявляют разную сорбционную способность.

Сорбционная способность возрастает в ряду Фунги Б12/Г ^ Фунги Б12/В ^ Фунги Б12 ^ Фунги Б12/Б.

Надо отметить существенное влияние экстрагента на сорбционную способность меланинов чаги.

Лучшей сорбционной способностью обладает меланин чаги Фунги Б12/Б, полученный с помощью водной экстракции. В этом случае высокая сорбционная способность наблюдается как при низких, так и при высоких концентрациях ионов меди. По-видимому, использование предварительной обработки сырья замораживанием настолько изменяет структурную организацию извлекаемого меланина, что на его поверхности располагается большое количество функциональных группировок, способных связывать ионы тяжелых металлов. Как было установлено ранее с помощью микроскопирования экстрактов [20] данный меланин обладает более упорядоченным строением по сравнению с меланином Фунги Б12, полученным также водной экстракцией.

Для меланина водного экстракта Фунги Б12 при увеличении концентрации ионов меди в растворе происходит снижение сорбционной способности примерно вдвое.

Для меланинов экстрактов чаги Фунги Б12/В и Фунги Б12/Г наблюдается значительное снижение сорбционной способности в 7 и 17 раз соответственно. Этот эффект можно объяснить спецификой формирования агрегатов меланинов и влиянием диметилсульфоксида на их структурную организацию. Вероятно, диметилсульфоксид

частично встраивается в структуру этих меланинов, меняя их конформацию. При этом достигается максимальная доступность функциональных группировок, отвечающих за антиоксидантную активность, но резко уменьшается количество центров связывания ионов тяжелых металлов.

В целом надо отметить, что меланины чаги, полученные разными способами, имеют высокую антиоксидантную активность и обладают разной сорбционной способностью.

Сорбционная способность является важным показателем, дающим основание рекомендовать меланины чаги, полученные с помощью водной экстракции, для включения в состав пищевых продуктов функционального назначения при их разработке. В дальнейшем полученные пищевые продукты можно вводить в рационы диетического и лечебно-профилактического питания населения.

Выводы

1. Сорбционная способность меланинов сильно зависит от экстрагента, используемого в экстракции чаги.

2. Наилучший сорбирующий эффект наблюдается у меланинов чаги, полученных экстрагированием водой - Фунги Б12 и Фунги Б12/Б.

3. Наиболее эффективным сорбентом является меланин чаги Фунги Б12/Б, поскольку его структурная организация позволяет сорбировать ионы меди как в высоких, так и в низких концентрациях.

4. Меланины чаги, полученные с помощью водной экстракции, обладают высокой сорбционной способностью и являются перспективными источниками антиоксидантов.

5. Рекомендуется использовать меланины чаги в фармацевтической и пищевой промышленности для создания на их основе лекарственных препаратов, пищевых и биологически активных добавок, а также пищевых продуктов функциональной лечебно-профилактической направленности.

Литература

1. Г. Бриттон, Биохимия природных пигментов. Мир, Москва, 1986, С. 259-279.

2. В.А. Барабой, Успехи современной биологии, 121, 1, 36-46 (2001).

3. I.I. Azarko, A.V.Bakulin, E.I. Kozlova, V.P. Kurchenko, L.V. Ajayeva, Proc. 6 Int. conf. NEET. Zakopane, Poland, 2009. P. 101.

4. В.Г. Бабицкая, В.В. Щерба, Н.В. Иконникова, Прикладная биохимия и микробиология, 36, 4, 439-444 (2000).

5. И.М. Хрулева, А.А. Берлин, Изв. АНСССР. Серия биол. науки, 3, 438-442 (1973).

6. P.A. Riley, J. Biochem.CellBiol, 29, 11, 1235-1239 (1997).

7. M.W. Johanson, К. Soderhall, Parasitology Today, 5, 171176 (1989).

8. А.А. Аверьянов, Н.В. Гужова, В.В. Мочалов, Биохимия, 52, 9, 1539-1546 (1987).

9. М.А. Сысоева, О.Ю. Кузнецова, Вестник Казан. технол. ун-та, 1, 244-250 (2005).

10. О.Ю. Кузнецова, М.А. Сысоева, Химия растительного сырья, -2005.-№ 1.-С.41-47.

11. О.Ю. Кузнецова, Вестник Казан. технол. ун-та, 2013. -Т.16. - №11. - С. 207-210.

12. R.V. Fogarty, J.M. Tobin Enzyme and Microbial Technology, 19, 311-317 (1996).

13. Н.В. Сушинская, Вестник Белорусского государственного университета, 3, 33-36 (2004).

14. Д.А. Новиков Физиологические, биохимические и молекулярные основы функционирования биосистем: труды БГУ, 1, 105-114 (2006).

15. О.В. Королева, Н.А.Куликова, Прикладная биохимия и микробиология, 43, 1, 69-76 (2007).

16. О.Ю. Кузнецова, Всероссийская молодежная научная школа «Биоматериалы и нанобиоматериалы: Актуальные проблемы и вопросы безопасности» (Казань, 18-22 июня 2012). Тезисы докладов. Казань, 2012. С. 32.

17. О.Ю. Кузнецова, Всероссийской молодежной конференции «Химия поверхности и нанотехнология» (Казань, 10-12 октября 2012) Сборник материалов. Казань, 2012. - с. 89.

18. О.Ю. Кузнецова, Всероссийской молодежной конференции «Химия поверхности и нанотехнология» (Казань, 10-12 октября 2012) Сборник материалов. Казань, 2012. - с. 90.

19. Патент на изобретение РФ № 2450817 (2012).

20. Заявка на патент на изобретение РФ рег.№2012147688. Положительное решение о выдаче патента от 25 июля 2013.

21. Муравьева Д.А. Фармакогнозия. Медицина, Москва, 1981. 714 с.

22. Государственная фармакопея СССР. 11-е изд., доп. М., 1987. - 389 с.

23. Абдуллин И.Ф., Заводская лаборатория. 2002. Т. 68. №9. С. 12-15.

24. Абдуллин И.Ф., Журнал аналитической химии. 2002. Т.57. N6. С. 666-670.

25. М.А. Сысоева и др. // Дисс. на соиск. уч. ст. док. хим. наук, Казанский гос. ун-т, Казань, 2009. - 293 с.

26. М.А. Сысоева, О.Ю. Кузнецова, Химия растительного сырья, 4, 29-34 (2004).

27. О.Ю. Кузнецова, Дисс. канд. хим. наук. - Казань, 2004. 158 с.

28. Патент на изобретение РФ № 2343930 (2009).

© О. Ю. Кузнецова - канд. хим. наук, доц. каф. пищевой биотехнологии, нач. отдела маркетинга научно-технических разработок КНИТУ, [email protected].

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.