Образец для цитирования:

Малинкина О. Н., Гегель Н. О., Шиповская А. Б. Влияние изоформы аскорбиновой кислоты на гидродинамическое поведение макромолекул аскорбата хитозана в водных растворах // Известия Саратовского университета. Новая серия. Серия: Химия. Биология. Экология. 2019. Т. 19, вып. 2. С. 152-164. DOI: https://doi.org/10.18500/1816-9775-2019-19-2-152-164


Рубрика: 
УДК: 
547.458:544
Язык публикации: 
русский

Влияние изоформы аскорбиновой кислоты на гидродинамическое поведение макромолекул аскорбата хитозана в водных растворах

Аннотация

Методами капиллярной вискозиметрии изучено гидродинамическое поведение макромолекул хитозана в водных растворах диастереомеров аскорбиновой кислоты (АК). Проведено сравнение данных систем с растворами хитозана в традиционных растворяющих средах: соляной и уксусной кислотах, Na-ацетатном буфере. Построены концентрационные зависимости числа вязкости, определены предельное число вязкости и константа Хаггинса. Установлено ухудшение термодинамического качества водно-кислотной смеси как растворителя хитозана в ряду HCl→СН3СООН→СН3СООН + СН3СООNа→АК, а также с повышением концентрации АК. Обнаружено влияние изомерной формы АК на вискозиметрические параметры, гидродинамический объем макромолекул и проявление ими полиэлектролитных свойств. В водных растворах L- и D-АК при одинаковом значении рН и ионной силы наиболее разбухшие клубки реализуются в присутствии L-АК, с добавкой NaCl – D-АК. Методом ИК-спектроскопии доказано формирование солевой формы хитозана при его растворении в АК, установлены различия в строении L- и D-аскорбата хитозана. СЭМ-микроскопией выявлены особенности морфологии воздушно-сухих порошков солей хитозана и АК: частицы L-аскорбата хитозана характеризуются более шероховатой поверхностью и менее однородной текстурной слоистостью в объеме образца по сравнению с D-аскорбатом хитозана. Установленные закономерности объясняются с позиции влияния изомерной формы АК на пространственную конфигурацию макромолекул L- и D-аскорбата хитозана и их гидродинамическую конформацию в водных растворах.

Литература

1. Rinaudo M. Physicochemical behaviour of semi-rigid biopolymers in aqueous medium // Food Hydrocolloids. 2017. Vol. 68. P. 122–127. DOI: https://doi.org/10.1016/j.foodhyd.2016.09.015

2. Cho J., Heuzey M. C., Bégin A., Carreau P. J. Viscoelastic properties of chitosan solutions: Effect of concentration and ionic strength // J. Food Eng. 2006. Vol. 74, № 4. P. 500–515. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jfoodeng.2005.01.047

3. Schatz C., Viton C., Delair T., Pichot C., Domard A. Typical physicochemical behaviors of chitosan in aqueous solution // Biomacromol. 2003. Vol. 4, № 3. P. 641−648. DOI: https://doi.org/10.1021/bm025724c

4. Anthonsen M. W., Varum K. M., Smidsrod O. Solution properties of chitosans: conformation and chain stiffness of chitosans with different degrees of N-acetylation // Carbohyd. Polym. 1993. Vol. 22, № 3. P. 193−201. DOI: https://doi.org/10.1016/0144-8617(93)90140-Y

5. Desbrie`res J. Viscosity of semifl exible chitosan solution: Influence of concentration, temperature, and role of intermolecular interactions // Biomacromol. 2002. Vol. 3, № 2. P. 342–349. DOI: https://doi.org/10.1021/bm010151+

6. Berth G., Dautzenberg H., Peter M. G. Physico-chemical characterization of chitosans varying in degree of acetylation // Carbohyd. Polym. 1998. Vol. 36, № 2–3. Р. 205−216. DOI: https://doi.org/10.1016/S0144-8617(98)00029-0

7. Hamdine M., Heuzey M. C., Bégin A. Effect of organic and inorganic acids on concentrated chitosan solutions and gels // Intern. J. Biol. Macromol. 2005. Vol. 37, № 3. Р. 134−142. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2005.09.009

8. Shamov M. V., Bratskaya S. Y., Avramenko V. A. Interaction of carboxylic acids with chitosan: effect of pK and hydrocarbon chain length // J. Colloid Interface Sci. 2002. Vol. 249. Р. 316−321. DOI: https://doi.org/10.1006/jcis.2002.8248

9. Costa C. N., Teixeira V. G., Delpech M. C., Souza J. V. S., Costa M. A. Viscometric study of chitosan solutions in acetic acid/sodium acetate and acetic acid/sodium chloride // Carbohyd. Polym. 2015. Vol. 133. P. 245–250. DOI: https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2015.06.094

10. Eich A., Wolf B. A. Intrinsic viscosities of polyelectrolytes: determination and modeling of the effects of extra salt // ChemPhysChem. 2011. Vol. 12, № 15. Р. 2786−2790. DOI: https://doi.org/10.1002/cphc.201100439

11. Колсанова Е. В., Орозалиев Э. Э., Шиповская А. Б. Вискозиметрические свойства растворов хитозана в уксусной кислоте и натрий-ацетатном буфере // Изв. Сарат. ун-та. Нов. сер. Сер. Химия. Биология. Экология. 2014. Т. 14, вып. 2. С. 5−9.

12. Kasaai M. R. Calculation of Mark – Houwink – Sakurada (MHS) equation viscometric constants for chitosan in any solvent–temperature system using experimental reported viscometric constants data // Carbohyd. Polym. 2007. Vol. 68, № 3. Р. 477–488. DOI: https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2006.11.006

13. Кулиш Е. И., Туктарова И. Ф., Чернова В. В., Абзальдинов Х. С., Заиков Г. Е. Метод вискозиметрии как способ оценки конформационного состояния хитозана в растворе // Вестник Казан. технол. ун-та. 2013. № 14. С. 140−143.

14. Osman M., Fayed S. A., Ghada I. M., Romeilah R. M. Protective effects of chitosan, ascorbic acid and gymnema sylvestre against hypercholesterolemia in male rats // Aust. J. Basic Appl. Sci. 2010. Vol. 4, № 1. Р. 89−98.

15. Kanauchi O., Deuchi K., Imasato Y., Kobayashi E. Increasing effect of a chitosan and ascorbic acid mixture on fecal dietary fat excretion // Biosci. Biotechnol. Biochem. 1994. Vol. 58, № 9. Р. 1617–1620. DOI: https://doi.org/10.1271/bbb.58.1617

16. Tsujikawa T., Kanauchi O., Andoh A., Saotome T., Sasaki M., Fujiyama Y., Bamba T. Supplement of a chitosan and ascorbic acid mixture for Crohn’s disease // Nutrition. 2003. Vol. 19, № 2. Р.137−139. DOI: https://doi.org/10.1016/S0899-9007(02)00958-9

17. Rajendran K., Vallinayagam S., Deepak V., Mahadevan S. Synthesis and characterization of chitosan ascorbate nanoparticles for therapeutic inhibition for cervical cancer and their in silico modeling // Ind. Eng. Chem. Res. 2018. Vol. 62. Р. 239−249. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jiec.2018.01.001

18. Muzzarelli R. A. A. Removal of uranium from solutions and brines by a derivative of ascorbic acid and chitosan // Carbohyd. Polym. 1985. Vol. 5, № 2. Р. 85–89. DOI: https://doi.org/10.1016/0144-8617(85)90026-8

19. Yanagiguchi K. Wound healing following direct pulp capping with chitosan-ascorbic acid complex in rat incisors // Korean Chitin Chitosan Journal. 2000. Vol. 5, № 3. Р.182–182.

20. Hafsa J., Charfeddine B., Smach M. A., Limem K., Majdoub H., Sonia R. Synthesis, characterization, antioxidant and antibacterial proprieties of chitosan ascorbate // Intern. J. Pharm. Chem. Biol. Sci. 2014. Vol. 4, № 4. Р. 1072−1081.

21. Muzzarelli R., Biagini G., Pugnaloni A., Filippini O., Baldassarre V., Castaldini C., Rizzoli C. Reconstruction of parodontal tissue with chitosan // Biomaterials. 1989. Vol. 10, № 9. Р. 598–603. DOI: https://doi.org/10.1016/0142-9612(89)90113-0

22. Fidler M. C., Davidsson L., Zeder C., Hurrell R. F. Erythorbic acid is a potent enhancer of nonheme-iron absorption // Am. J. Clin. Nutr. 2004. Vol. 79, № 1. Р. 99–102. DOI: https://doi.org/10.1093/ajcn/79.1.99

23. Ogawa K., Nakata K., Yamamoto A., Nitta Y., Yui T. X-ray study of chitosan L- and D-ascorbates // Chem. Mater. 1996. Vol. 8. Р. 2349‒2351. DOI: https://doi.org/10.1021/cm9601751

24. Шиповская А. Б., Зудина И. В., Фомина В. И., Малинкина О. Н. Новые антимикробные препараты на основе комплексных солей хитозана с хиральным органическим лигандом // Бутлеровские сообщения. 2015. Т. 41, № 3. С. 82−94.

25. Gegel N. O., Zhuravleva Yu. Yu., Shipovskaya A. B., Malinkina O. N., Zudina I. V. Infl uence of chitosan ascorbate chirality on the gelation kinetics and properties of siliconchitosan-containing glycerohydrogels // Polymers. 2018. Vol. 10, № 3. Р. 259. DOI: https://doi.org/10.3390/polym10030259

26. Гегель Н. О., Зудина И. В., Малинкина О. Н., Шиповская А. Б. Влияние изомерной формы аcкорбиновой кислоты на антибактериальную активность ее солей с хитозаном // Микробиология. 2018. Т. 87, № 5. С. 618−623. DOI: https://doi.org/10.1134/S0026261718050107

27. Журавлева Ю. Ю., Малинкина О. Н., Гегель Н. О., Голядкина А. А., Шиповская А. Б. Физико-механические свойства кремнийхитозансодержащих глицерогидрогелевых пластин на основе L- и D-аскорбата хитозана // Изв. Сарат. ун-та. Нов. сер. Сер. Химия. Биология. Экология. 2018. Т. 18, вып. 2. С. 154–162. DOI: https://doi.org/10.18500/1816-9775-2018-18-2-154-162

28. Луговицкая Т. Н., Шиповская А. Б. Физико-химические свойства водных растворов L-аспарагиновой кислоты с добавкой хитозана // Журнал общей химии. 2017. Т. 87, № 4. С. 650−656. DOI: https://doi.org/10.1134/S1070363217040193

29. Шиповская А. Б., Щеголев С. Ю. Фазовый анализ и оптическая активность систем эфир целлюлозы – мезофазогенный растворитель. Саратов : Изд-во Сарат. ун-та, 2014. 266 с.

30. Ambrosi M., Nostro P. L., Fratini E., Giustini L., Ninham B. W., Baglioni P. Effect of headgroup chirality in nanoassemblies. Part 1. Self-assembly of D-isoascorbic acid derivatives in water // J. Phys. Chem. B. 2009. Vol. 113, № 5. P. 1404−1412. DOI: https://doi.org/10.1021/jp8092644

31. Горячева В. А., Шиповская А. Б. Калориметрическое исследование растворения хитозана в водных растворах L- и D-аскорбиновой кислоты // Современные проблемы теоретической и экспериментальной химии : сб. науч. тр. XII Вcерос. конф. молодых ученых с междунар. участием 2017. Саратов : Саратовский источник, 2017. С. 130−132.

32. Малинкина О. Н., Провозина А. А., Шиповская А. Б. Оценка химического 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. 20−27.

33. Singh J., Dutta P. K. Spectroscopic and conformational study of chitosan acid salts // J. Polym. Res. 2009. Vol. 16. P. 231–238. DOI: https://doi.org/10.1007/s10965-008-9221-3

34. Yadav R. A., Rani P., Kumar M., Singh R., Singh P., Singh N. P. Experimental IR and Raman spectra and quantum chemical studies of molecular structures, conformers and vibrational characteristics of L-ascorbic acid and its anion and cation // Spectrochim. Acta A. 2011. Vol. 84, № 1. P. 6−21. DOI: https://doi.org/10.1016/j.saa.2011.07.043

35. Dolle C., Magrone P., Riva S., Ambrosi M., Fratini E., Peruzzi N., Nostro P. L. Symmetric and asymmetric bolaamphiphiles from ascorbic acid // J. Phys. Chem. B. 2011. Vol. 115, № 40. P. 11638−11649. DOI: https://doi.org/10.1021/jp204920y

Полный текст в формате PDF (на русском языке):