CC BY
46
УДК 544.032.6; 544.032.53
ВЛИЯНИЕ МАГНИТНОГО ПОЛЯ И УЛЬТРАФИОЛЕТОВОГО ИЗЛУЧЕНИЯ НА СТРУКТУРНОЕ СОСТОЯНИЕ И БИОЛОГИЧЕСКУЮ АКТИВНОСТЬ ОЛИВКОВОГО И ЛЬНЯНОГО МАСЕЛ
КОЖЕВНИКОВ В.И., ДЕМЕНТЬЕВ В.Б., *САЛАМАТОВ Е.И., *АКСЕНОВА ВВ., **ГЕРОВСКАЯ Г.А., *КАНУННИКОВА О.М.
Институт механики УрО РАН, 426067, г. Ижевск, ул. Т.Барамзиной, 34 *Физико-технический институт УрО РАН, 426000, г. Ижевск, ул. Кирова, 132 * *Республиканский врачебно-физкультурный диспансер Министерства здравоохранения Удмуртской Республики, 426057, Ижевск, ул. Свободы, 187
АННОТАЦИЯ. В работе представлены результаты исследования влияния переменного магнитного поля и ультрафиолетового излучения на льняное и оливковое масла. Внешние воздействия не влияют на химический состав масел, при этом обнаружено изменение плотности и температурного коэффициента объемного расширения, свидетельствующее об изменении структурного состояния триглицеридов ненасыщенных жирных кислот в составе масел.
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: триглицериды ненасыщенных жирных кислот, ультрафиолетовое излучение, переменное магнитное поле, плотность, коэффициент преломления, инфракрасная спектроскопия.
ВВЕДЕНИЕ
Основой состава растительных масел являются глицериды жирных кислот, то есть сложные эфиры глицерина и высокомолекулярных жирных кислот. Глицериды бывают однокислотные и разнокислотные (смешанные). В образовании жиров доминирует закон максимальной разнородности - подавляющее большинство известных жиров представляют смеси разнокислотных глицеридов. Жиры, состоящие из однокислотных триглицеридов, в природе встречаются довольно редко, к ним относятся оливковое и касторовое масла [1].
В 1930 году Т. Малкин открыл существование полиморфизма триглицеридов. Основными структурными конфигурациями триглицеридов являются - конфигурации вилки, стержня и кресла. Однако, в огромном разнообразии природных жиров находят все новые полиморфные формы, и потому классификация и номенклатура последних еще не установлены [2].
Физико-химические свойства триглицеридов в существенной степени зависят от структурного состояния, которое в свою очередь зависит от способов обработки масел. С практической точки зрения интерес представляет структурное состояние с наименьшей окислительной способностью.
Наиболее известны превращения природных цис-изомеров триглицеридов природных растительных масел в транс-изомеры рафинированных масел. Благодаря меньшей стерической доступности двойной связи окислительная способность транс-изомеров существенно понижается, увеличивая срок хранения рафинированных масел. Окислительная способность масла уменьшается также в результате обработка постоянным или переменным магнитным полем [3 - 5]. В результате омагничивания изменяются микроскопические свойства, непосредственно связанные с электромагнитными взаимодействиями, такие как рефракция. Изменений макроскопических свойств, таких как плотность и объёмное расширение, не наблюдалось. Эффект уменьшения окислительной способности автор [3] связывает с тем, что постоянное магнитное поле действует на растворённый в масле молекулярный кислород и на углеводородные радикалы. В результате образуются упорядоченные структуры, в которых существует более прочная сольватация кислорода и радикалов полярными сложноэфирными фрагментами молекул глицеридов.
У большинства органических веществ существует тесная взаимосвязь между пространственной структурой и биологической активностью. В связи с этим ведутся работы по повышению биологической активности различных органических веществ и
лекарственных препаратов путем изменения их структуры с помощью различных внешних воздействий. Для этой цели в фармацевтике и косметологии успешно используют, например, механохимический метод [6]. Исследования влияния других видов воздействий на взаимосвязь биологической активности и структурного состояния жидкостей ограничиваются водой и различными водными растворами. Данная работа является частью исследований закономерностей формирования метастабильных полиморфных модификаций триглицеридов ненасыщенных жирных кислот в структуре растительных масел и взаимосвязи структурного состояния и биологической активности масел. Ранее [7, 8] было обнаружено, что комплексная обработка смеси растительных масел приводит к увеличению коэффициента преломления, свидетельствующему об изменении структурного состояния. При этом масла приобретали бактерицидные свойства, которые были исследованы на примере лактозоотрицательной кишечной палочки.
Целью данной работы явилось исследование влияния ультрафиолетового излучения и магнитного поля на структурное состояние и биологическую активность оливкового и льняного масел.
ОБЪЕКТЫ И МЕТОДИКИ ИССЛЕДОВАНИЯ
Объектами исследования явились оливковое и льняное масла. Оливковое масло содержит однокислотные триглицериды мононенасыщенной (т.е. с одной двойной связью) олеиновой кислоты. Основной частью льняного масла являются триглицериды олеиновой, линоленовой (с тремя двойными связями) и линолевой (с двумя двойными связями) кислот.
Обработка масла ультрафиолетовым излучением и магнитным полем проводилась в проточном режиме на установке [9]. Источником ультрафиолетового излучения служила ртутная лампа ДРТ-240 (X = 240 - 320 нм) с лучистым потоком 24,6 Вт. Доза облучения составляла 6-105 Дж. Обработка магнитным полем (с магнитной индукцией 400 мТл) проводилась с использованием самарий-кобальтовых магнитов.
ИК-спектры получены на ИК Фурье спектрометре ФСМ 1202 (ООО «Мониторинг»). Спектры льняного масла получены методом МНПВО (многократное нарушенное полное внутреннее отражение), призма из селенида цинка ZnSe. Спектры оливкового масла получены с тонкой пленки между окнами КВг.
Плотность определяли пикнометрическим методом. Капиллярную вязкость масел измеряли вискозиметров ВПЖ-4 с диаметром капилляров 0,99 мм. Измерения вязкости и плотности проводились при температурах 25 и 60 °С.
Исследования биологической активности масел проводились методом компьютерной пульсовой диагностики на приборе Пульсодиагностический комплекс «Пересвет-Пульс» в отделении функциональной диагностики Республиканского врачебно-физкультурного диспансера МЗ УР.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
На рис. 1 приведены ИК-спектры исходного оливкового масла и после обработки УФ-излучением и магнитным полем. ИК-спектры масел определяются в низкочастотной области симметричными и асимметричными валентными колебаниями СН2 групп - полосы поглощения 2853 и 2924 см-1 соответственно и колебаниями гидроксильной группы пик средней интенсивности при 3010 см-1. При этом деформационные асимметричные колебания СН3 группы проявляются слабым плечом при ~ 2956 см-1. Поглощение дуплета 1457+1462 см-1 обусловлено деформационными колебаниями метиленовой и метильной групп соответственно, а полоса при ~ 1377 см-1 относится к зонтичным колебаниям метиленовой группы. Валентные колебания карбонильной группы дают поглощение при 1743 см-1, а колебания группы С-О идентифицируются широкой полосой 1000 - 1300 см-1. В высокочастотной области можно отметить деформационные колебания СН2 группы -полоса поглощения при ~ 720 см-1. Видно, что структура ИК-спектров одинакова, т.е. химический состав масла в результате не изменяется.
Пропускани
1000 1500 2000 2500 3000 3500
-1
V, см
Рис. 1. ИК-спектры оливкового масла в исходном состоянии (1) и после обработки ультрафиолетовым излучением (2) и магнитным полем (3)
Пероксидное фотоокисление липидов - основная реакция превращения молекул липидов под влиянием УФ-излучения. В нашей работе обработка оливкового масла УФ-излучением сопровождалась барботированием масла инертным газом, что привело к удалению растворенного в масле кислорода [9]. По-видимому, именно поэтому фотостимулированные процессы окисления не наблюдаются.
Таблица
Влияние обработки на плотность и коэффициент объемного расширения оливкового масла
Вид обработки р25, г/см3 Р(25 - 60 °С)-10-4
Исходное масло 0,8979 7,7
Магнитное поле 0,8962 7,1
УФ-излучение 0,8929 8,1
Незначительное изменение плотности масла и увеличение термического коэффициента объемного расширения (табл.) позволяют говорить о незначительном изменении структурного состояния масла в результате обработки УФ-излучением. Сначала считали, что в природных триглицеридах преобладает конфигурация вилки, затем предположили, что более плотную упаковку дает конфигурация кресла. Сейчас рентгеноструктурный анализ единственного кристалла Р-формы трилаурина показал, что наиболее экономичную упаковку с наименьшей свободной энергией, не противоречащую принципам симметрии, дает конфигурация стержня [2]. Можно предположить, что обработка УФ-излучением привела к изменению первоначальной конформации типа кресла или стержня и формированию более рыхлой конформации типа вилки с меньшим количеством межмолекулярных водородных связей. ИК-спектроскопия оказывается нечувствительной к таким структурным превращениям: так, инфракрасные спектры трех полиморфных форм тристеарина, приведенные в [2], практически одинаковы, тем более, новая структура, вероятно, формируется не во всем объеме и исследуемое масло представляет собой рацемическую смесь разных полиморфных модификаций.
Триглицериды являются диамагнетиками, но орбитальные магнитные моменты
электронов кратных связей и несвязывающих орбиталей не равны нулю, т.е. молекулы
триглицеридов обладают электрическим дипольным моментом Ре1, составляющим порядка 18
10 единиц СГСЭ [10]. Как известно [11], при движении электрического диполя в магнитном поле возникает вращающий момент М=[Ре^В]] (где V - скорость центра масс при движении молекулы, В - индукция магнитного поля), стремящий ориентировать диполь
вдоль направления поля. Поэтому магнитные поля способны вызывать изменения структуры растительных масел и жиров и влиять на протекание физико-химических процессов в них.
Магнитное поле приводит к более заметным изменениям структуры масла. Уменьшение термического коэффициента расширения позволяет говорить о большей связности структуры обработанного масла, в отличие от масла, обработанного УФ-излучением (см. табл.).
Комплексная обработка (магнитное поле + УФ-излучение) оливкового масла не изменяет химического состава оливкового и льняного масел: ИК-спектры исходных и обработанных масел полностью совпадают (рис. 2), при этом наблюдаются незначительные изменения коэффициентов преломления (разница коэффициентов преломления составляет 0,0002 - 0,0004). Отметим, что комплексная обработка по-разному влияет на структуру цис- и транс-изомеров: коэффициенты преломления нерафинированных оливкового и льняного масел с цис-изомерной структурой увеличиваются после обработки, а для рафинированного масла виноградной косточки с транс-изомерной структурой обработка приводит к незначительному уменьшению коэффициента преломления: 1,4746 и 1,4742, соответственно.
Рис. 2. ИК-спектры льняного и оливкового масел после комплексной обработки
Исследования биологической активности масел проводили методом компьютерной пульсовой диагностики на приборе Пульсодиагностический комплекс «Пересвет-Пульс». При однократном приеме масла у всех пациентов отмечалось увеличение средних активностей и ресурсной части меридианов (органов), более гармоничное состояние функциональной активности органов и систем в сравнении с суточным биоритмом. У 50 % обследованных отмечено улучшение процессов восстановления энергетического потенциала органов и систем.
Субъективно пациенты отмечали улучшение самочувствия, уменьшение мышечно-суставных болевых синдромов.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Обработка УФ-излучением и магнитным полем не влияет на химический состав оливкового и льняного масел и приводит к изменениям структурного состояния. В результате обработки УФ-излучением уменьшается плотность масел и связность структуры, а в результате обработки магнитным полем уменьшение плотности сопровождается увеличением связности структуры.
По данным компьютерной пульсовой диагностики комплексная обработки УФ-излучением и магнитным полем повышает биологическую активность оливкового и льняного масел.
Работа выполнена при поддержке Программы Президиума РАН (проект №12-П-2-1046). СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. URL: http://www.fito.nnov.ru/special/adeps/lypos (дата обращения 18.09.2012).
2. Верещагин А.Г. Структурный анализ природных триглицеридов // Успехи химии. 1971. Т. XL, вып. 11. С. 19952028.
3. Вагабова Ф.А. Разработка методов и аппаратуры для магнитной обработки растительных масел и жиров с целью повышения их стабильности при хранении : дис.... канд. техн. наук. СПб., 2000. 138 с.
4. Фридман И.А. Разработка и применение некоторых магнитных методов в технологии переработки растительных масел и жиров : дис. докт. техн. наук. СПб., 1999. 255 с.
5. Лисицын А.Н. Развитие теоретических основ процессов окисления растительных масел и разработка рекомендаций по повышению их стабильности к окислению : дис. ... докт. техн. наук. М., 2007. 399 с.
6. Ломовский О.И. Прикладная механохимия: фармацевтика и медицинская промышленность // Обработка дисперсных материалов и сред. 2001. Вып. 11. С. 81-100.
7. Кожевников В.И., Гильмутдинов Ф.З., Канунникова О.М. и др. Влияние комплексного воздействия магнитным полем и электромагнитным излучением на химическое строение и физико-химические свойства растительного масла // Сб. трудов науч.-практ. конф. «Исследование, разработка и применение высоких технологий в промышленности». СПб., 2008. Т. 12. С. 212-213.
8. Кожевников В.И., Гильмутдинов Ф.З., Канунникова О.М. и др. Технология получения масляных смесей и водно-масляных эмульсий для использования в медицине и ветеринарии // Материалы Всерос. науч.-практ. конф. «Информационные и управленческие технологии в медицине», Пенза. 2008. С. 33-38.
9. Кожевников В.И., Мерзляков П.Г., Дементьев В.Б. и др. Способ обработки жидкости и устройство для его осуществления. Патент № 2453501 от 23.08.2010.
10. Равич Г.Б., Цуринов Г.Г. Фазовая структура триглицеридов. М. : Изд-во: АН СССР, 1952. 158 с.
11. Ландау Л. Д., Лифшиц Е. М. Теоретическая физика. Электродинамика сплошных сред. М. : Наука, 1982. 621 с.
EFFECT OF MAGNETIC FIELD AND ULTRAVIOLET RADIATION ON THE STRUCTURAL STATE AND BIOLOGICAL ACTIVITY OF OLIVE AND LINEN OILS
Kozhevnikov V.I., Dementyev V.B., *Salamatov E.I., *Aksenova V. V., **Gerovskaya G.A., *Kanunnikova O.M.
Institute of Mechanics, Ural Branch of the Russian Academy of Sciences, Izhevsk, Russia *Physical-Technical Institute, Ural Branch of the Russian Academy of Sciences, Izhevsk, Russia **Department of Functional Diagnostics of Republican Medical-sports clinic, Izhevsk, Russia
SUMMARY. The paper presents the results of research of influence of an alternating magnetic field and ultraviolet radiation on linen and olive oil. External impact does not affect the chemical composition of oils, with the detected change of density and temperature coefficient of volume expansion, testifying to change of a structural condition of triglycerides of unsaturated fatty acids in the composition of the oils.
KEYWORDS: triglycerides of unsaturated fatty acids, ultraviolet radiation, alternating magnetic field, density, refractive index, infrared spectroscopy.
Кожевников Владимир Изосимович, кандидат технических наук, научный сотрудник ИМ УрО РАН Дементьев Вячеслав Борисович, доктор технических наук, заместитель директора ИМ УрО РАН Саламатов Евгений Иванович, доктор физико-математических наук, главный научный сотрудник ФТИ УрО РАН Аксенова Валерия Викторовна, младший научный сотрудник ФТИ УрО РАН
Геровская Галина Алексеевна, врач высшей квалификационной категории, заведующая отделением функциональной диагностики ГУЗ Республиканский врачебно-физкультурный диспансер МЗ УР
Канунникова Ольга Михайловна, доктор физико-математических наук, ведущий научный сотрудник ФТИ УрО РАН, тел.(3412)21-78-33, e-mail: [email protected]
