Cite this article as:

Fomina N. V., Malinkina О. N., Gegel N. O., Shipovskaya A. B., Abramov А. Y. Influence of the Modifying Additive Nature on the Rheological Properties of the Concentrated Chitosan–Organic Acid–Water System. Izvestiya of Saratov University. New series. Series: Chemistry. Biology. Ecology, 2015, vol. 15, iss. 1, pp. 28-36.


Heading: 
UDC: 
547.458.1:[532.135+541.182.025/.026]
Language: 
Russian

Influence of the Modifying Additive Nature on the Rheological Properties of the Concentrated Chitosan–Organic Acid–Water System

Abstract

The influence of the nature of a modifying additive selected from the class of stabilizers and thickeners (high-molecular-weight chitosan, starch, xanthan gum, sorbitol, and pyridoxine hydrochloride) on the rheological properties of the concentrated chitosan–organic acid– water system (freshly prepared or stored at 4 and 20°C) was studied. It is shown that all the modifiers have a stabilizing and thickening effect, resulting in an increased viscosity of the multicomponent system and a lower rate of its fall in time. By thickening and stabilizing effects, the modifiers are in the order: xanthan > sorbitol > pyridoxine hydrochloride > starch > high-molecular-weight chitosan and sor- bitol > starch > high-molecular-weight chitosan > xanthan > pyri- doxine hydrochloride, respectively. It has been established that storage of the system at 4°C in the absence of sunlight has the greatest thickening and stabilizing effect.

References

1. Serrero A., Trombotto S., Cassagnau P., Bayon Y., Gravagna P., Montanari S., David L. Polysaccharide gels based on chitosan and modifi ed starch: structural characterization and linear viscoelastic behavior // Biomacromolec. 2010. Vol. 11, № 6. P. 1534–1543. 

2. Senevirathne M., Ahn C.-B., Kim S.-K., Je J.-Y. Cosmeceutical applications of chitosan and its derivatives // Marine Cosmeceuticals: Trend and Prospects / ed. S.-K. Kim. Boca Raton : CRC Press, 2012. P. 169–179. 

3. Chitin and chitosan derivatives : Advances in drug discovery and developments / ed. S.-K. Kim. Boca Raton : CRC Press, 2013. 527 p. 

4. Can A. S., Erdal M. S., Gungor S., Ozsoy Y. Optimization and characterization of chitosan fi lms for transdermal delivery of ondansetron // Molecules. 2013. Vol. 18, № 5. P. 5455–5471. 

5. Filion D., Buschmann M. D. Chitosan–glycerol-phosphate (GP) gels release freely diffusible GPand possess titratable fi xed charge // Carbohydr. Polym. 2013.Vol. 98, № 1. P. 813–819. 

6. Araki J., Yamanaka Y. Anionic and cationic nanocomposite hydrogels reinforced with cellulose and chitin nanowhiskers : effect of electrolyte concentration on mechanical properties and swelling behaviors // Polym. Adv. Technol. 2014. Vol. 25, № 10. P. 1108–1115. 

7. Perchyonok T. V., Zhang S., Grobler S., Oberholzer T., Massey W. Insights into functional tea infused-chitosan hydrogels as potential bio-active restorative materials // Europ. J. General Dentistry. 2014. Vol. 3, № 1. P. 22–28. 

8. Иваненко М. В., Хонина Т. Г., Чупахин О. Н. и др. Синтез фармакологически активных гидрогелей на
основе комбинированных полиолатов кремния и титана // Изв. АН. Сер. хим. 2012. № 11. С. 2146–2155. 

9. Kandimalla K. K., Borden E., Omtri R. S., Boyapati S. P., Smith M., Lebby K., Mulpuru M., Gadde M. Ability of chitosan gels to disrupt bacterial biofi lms and their applications in the treatment of bacterial vaginosis // J. Pharm. Sci. 2013. Vol. 102, № 7. P. 2096–2101. 

10. Senyiğit Z. A., Karavana S. Y., Eraç B., Gürsel O., Limoncu M. H., Baloğlu E. Evaluation of chitosan based vaginal bioadhesive gel formulations for antifungal drugs // Acta Pharm. 2014. Vol. 64, № 2. P. 139–156. 

11. Li F., Liu Y., Ding Y., Xie Q. A new injectable in situ forming hydroxyapatite and thermosensitive chitosan gel promoted by Na2CO3 // Soft Matter. 2014. № 10. P. 2292–2303. 

12. Чупахин О. Н., Бондарев А. Н., Штанько И. Н. и др. Синтез и свойства биологически активного кремний, цинк-глицерогидрогеля // Изв. АН. Сер. хим. 2014. № 5. С. 1219–1224. 

13. Нечаев А. П., Кочеткова А. А., Зайцев А. Н. Пищевые добавки. М.: Колос, 2001. 295 с.

14. Азимов Ж. Т., Оксенгендлер Б. Л., Тураева Н. Н., Рашидова С. Ш. Влияние строения биополимера хитозана на его бактерицидную активность // Высокомолек. соед. 2013. Т. 55 А, № 2. С. 165–169. 

15. Mohy Eldin M. S., Soliman E. A., Hashem A. I., Tamer T. M. Chitosan modifi ed membranes for wound dressing applications : Preparations, characterization and bio-evaluation // Trends Biomater. Artif. Organs. 2009.Vol. 22, № 3. P. 154–164. 

16. Liu N., Chen X.-G., Park H.-J. et al. Effect of MW and concentration of chitosan on antibacterial activity of Escherichia coli // Carbohydr. Polym. 2006. Vol. 64, № 1. P. 60–65. 

17. Шиповская А. Б., Фомина В. И., Киреев М. Н., Казакова Е. С., Касьян И. А. Биологическая активность олигомеров хитозана // Изв. Сарат. ун-та. Нов. сер. Сер. Химия. Биология. Экология. 2008. Т. 8, вып. 2. С. 46–49. 

18. Shipovskaya A. B., Rudenko D. A., Fomina V. I., Shchyogolev S. Yu. Infl uence of physical and chemical modification on the optical rotatory dispersion and biological activity of chitosan fi lms // Inter. J. Polymer Sci. V. 2013. ID 825296. http://dx.doi.org/10.1155/2013/825296.

19. Фомина В. И., Солонина Н. А., Казмичева О. Ф., Комаров Б. А., Шиповская А. Б. Нестабильность водно-кислотных растворов хитозана // Современные перспективы в исследовании хитина и хитозана : материалы 7-й междунар. конф. М. : ВНИРО, 2003. С. 367–371. 

20. Миронов А. В., Вихорева Г. А., Кильдеева Н. Р., Успенский С. А. Причины нестабильности вязкостных свойств уксуснокислых растворов хитозана // Высокомолек. cоед. 2007. Т. 49 Б, № 1. С. 136–138. 

21. Esam A. E., Khan R. A., Yahaya A. H. Study of the parameters affecting the viscosity of chitosan solutions // J. Chem. Soc. Pak. 2008. Vol. 30, № 4. P. 529–531. 

22. Abramov A. Y., Kozyreva E. V., Shipovskaya A. B. Peculiarities of the physicochemical properties of chitosan solutions // Europ. J. Natural History. 2013. № 1. C. 30–35. 

23. Desbrieres J. Viscosity of semifl exible chitosan solutions: infl uence of concentration, temperature, and role of intermolecular interactions // Biomacromolec. 2002. Vol. 3, № 2. P. 342–349. 

24. Малинкина О. Н., Провозина А. А., Шиповская А. Б. Изучение взаимодействия гидрохлорида хитозана с аскорбиновой кислотой методами ИК и ЯМР спектроскопии // Изв. Сарат. ун-та. Нов. сер. Сер. Химия. Биология. Экология. 2014. Т. 14, вып. 3. С. 20–25.

25. Tian X. L., Tian D. F., Wang Z. Y., Mo F. K. Synthesis and evalution of chitosan-vitamin C complex // Ind. J. Pharm. Sci. 2009. Vol. 71, № 4. P. 371–376.