CC BY
63
УДК 615.322:582.287.237
ИССЛЕДОВАНИЕ ЗОЛЯ ВОДНЫХ ИЗВЛЕЧЕНИЙ ЧАГИ.
VIII. РАЗМЕРЫ ЧАСТИЦ ДИСПЕРСНЫХ ФАЗ, ОБРАЗУЮЩИХСЯ ПРИ ЭКСТРАКЦИИ ВОДНЫХ ИЗВЛЕЧЕНИЙ ЧАГИ ОРГАНИЧЕСКИМИ РАСТВОРИТЕЛЯМИ
© М.А. Сысоев^ , В.Р. Хабибрахманова1, В.С. Гамаюрова1, Л.А. Кудрявцева2
1 Казанский государственный технологический университет, ул. К. Маркса, 68, Казань, 420015, Республика Татарстан (Россия) E-mail: [email protected] 2Институт органической и физической химии имени А.Е. Арбузова Казанского научного центра РАН, ул. Арбузова, 8, Казань, 420083, Республика Татарстан (Россия)
Статья посвящена изучению коллоидных систем, формируемых при обработке водного извлечения чаги органическими растворителями. Определены размеры мицелл полифенолоксикарбонового комплекса (ПФК) в сформированных коллоидных системах. Показано, что их размер может стать больше или меньше мицелл ПФК водного извлечения чаги, что определяется взятым для обработки растворителем.
Ключевые слова: чага, водное извлечение, полифенолоксикарбоновый комплекс (ПФК), органические растворители, электропроводность, фотонно-корреляционная спектроскопия (ФКС).
Введение
Водное извлечение чаги - это сложно организованная коллоидная система, дисперсная фаза которой представлена полифенолоксикарбоновым комплексом (ПФК) [1]. По своей химической природе ПФК - это ассоциат полимерных (полифенолы, меланины, белки, полисахариды) и мономерных соединений (простые фенолы, фенолкарбоновые кислоты, липиды и сопутствующие им вещества, а также зольные элементы) [2, 3]. Полифенольный комплекс относят к полианионам [4-8]. В настоящее время структурная организация этого ассоциата мало изучена. Химический гидролиз ПФК проводят в жестких условиях [9-11], поэтому сложно идентифицировать связи, удерживающие входящие в состав ассоциата соединения.
Коллоидную систему водного извлечения чаги относят к полидисперсным, лиофильным коллоидным системам. Разделение этой системы возможно различными физико-химическими методами. Например, по величине частиц дисперсной фазы. Для этого добавляют постепенно нарастающее количество электролитов (нейтральных солей) или минеральных кислот. При этом изменяются значения рН среды, возникают процессы агрегации, которые ведут к последовательной седиментации потерявших кинетическую устойчивость укрупнённых коллоидных частиц [12].
Целью исследования является изучение изменения размеров частиц дисперсных фаз коллоидных систем, формируемых в водной дисперсионной среде, после обработки водного извлечения чаги различными органическими растворителями.
Разделение коллоидной полидисперсной системы водного извлечения чаги, с помощью органических растворителей способствует наличие в ней большого количества липофильных и сопутствующих им веществ в коллоидной системе [13]. Отделяя их в слой органического растворителя, можно наблюдать изменение размеров дисперсной фазы формируемой коллоидной системы.
* Автор, с которым следует вести переписку.
Экспериментальная часть
Для экстракции использовали сырье чаги, приобретенное в аптечной сети. Поставщик ЗАО «Фирма "Здоровье”» серия 020605, 2005 г, Московская область, Красногорский район. Вытяжки получали согласно методике [14]. Экстракцию водной вытяжки чаги органическими растворителями: петролейным эфиром, этилацетатом, хлороформом и смесью хлороформ-этанол в соотношении (2 : 1) проводили согласно методике [13]. Из полученных при экстракции водной вытяжки чаги эмульсионных слоев удаляли органический растворитель методом простой отгонки [15].
Удельную электропроводность растворов определяли на кондуктометре «Эксперт-002».
Светорассеяние частиц коллоидных систем изучали на фотонном корреляционном спектрометре динамического и статического рассеяния света PhotoCor Complex. Источником лазерного излучения служил He-Ne газовый лазер мощностью 10 мВт и длиной волны 633 нм. Анализ сигналов осуществляли одноплатным многоканальным коррелятором, сопряженным с компьютером. Эффективный гидродинамический ради-ус(Яэфф) агрегатов рассчитывали из коэффициентов диффузии по уравнению Стокса-Энштейна для сферических частиц одинакового размера [16]. Диапазон измерений составляет от 2 нм до нескольких мкм, погрешность измерения - до 5%. Большее время накопления сигнала (600 с) при анализе размеров частиц исследуемого объекта позволяет уменьшить погрешность опыта до 1%.
Обсуждение результатов
При разделении коллоидного раствора водного извлечения чаги этилацетатом, хлороформом, хлороформ-этанольной смесью образуются три слоя - водный, эмульсионный и слой органического растворителя. Водные слои далее обозначаются как коллоидные системы (1). При обработке водного извлечения чаги петролейным эфиром эмульсионного слоя не образуется. Удаление органических растворителей из эмульсионных слоев позволяет получить ещё ряд водных коллоидных систем, обозначаемых далее как коллоидные системы (2).
Для определения критической концентрации мицеллообразования (ККМ) определена электропроводность изучаемых коллоидных систем. Построены зависимости удельной электропроводности от концентрации соответствующих ПФК (в диапазоне 0,20-10-3 - 15,00 мг/мл) для изучаемых образцов. Перегибы на полученных графических зависимостей электропроводность - концентрация ПФК соответствуют ККМ, значения которых приведены в таблице.
В изучаемых коллоидных системах при концентрации соответствующего ПФК, равной ККМ, должны происходить изменения, сопровождающиеся процессами агрегации или дезагрегации частиц дисперсной фазы. Отличие значений ККМ полученных коллоидных систем (1) и (2), а также от значений ККМ водного извлечения чаги свидетельствуют о различной организации исследуемых объектов.
Размер мицелл ПФК определен методом фотонно-корреляционной спектроскопии в коллоидных системах с концентрацией соответствующих ПФК, близких к ККМ.
Рассмотрим, как изменяется размер мицелл, при близких концентрациях, соответствующих ПФК, в сформированных коллоидных системах после обработки водного извлечения чаги органическими растворителями. Как показано на рисунке 1, в коллоидных системах (1) размер мицелл отличается от мицелл водного извлечения чаги. Их Кэфф меньше в системах, сформировавшихся при обработке водного извлечения чаги хлороформом, этилацетатом и петролейным эфиром, имеет больший размер при обработке хлороформ-этанольной смесью. Аналогичная закономерность наблюдается и для коллоидных систем (2), что показано на рисунке 2.
Рассмотрим, как изменяется размер мицелл соответствующих ПФК в коллоидных системах во всём исследованном диапазоне концентраций.
Значения констант мицеллообразования для исследуемых коллоидных систем
Содержание ПФК в коллоидной системе, мг/мл
ККМ Водное извлечение чаги Обработка этилацетатом Обработка хлорофор- мом Обработка хлороформ-этанолом (2 : 1) Обработка петролей-ным эфиром
(1) (2) (1) (1) (2) (1)
ККМ! 9,3010-3 2,6010-3 0,24 3,6010-3 1,5010-3 1,40 10-3 6,4010-3
ККМ2 0,07 0,01 0,99 0,46 0,02 5,5010-3 0,03
ККМ3 2,17 0,08 3,99 7,38 0,19 0,34 0,20
ККМ4 - 2,62 15,96 - 0,75 2,75 13,07
Л
і 1 к
1 ^ А1201
V
^±7
0 1 2 3 ^ 4 5 Содержание ПФК
Рис. 1. Эффективный радиус (нм) частиц дисперсной фазы коллоидных систем (1) после обработки водного извлечения чаги органическими растворителями в сравнении с частицами дисперсной фазы водного извлечения чаги (контроль)
По оси абсцисс содержание ПФК: 1 - 0,37мг/мл -обработка смесью хлороформ-этанол; 2 - 0,03 мг/мл - контроль; 3 - 0,06 мг/мл - обработка хлороформом; 4 - 0,04 мг/мл - обработка этилацетатом; 5 - 0,05 мг/мл - обработка петролейным эфиром
Рис. 2. Эффективный радиус (нм) частиц дисперсной фазы коллоидных систем (2) после обработки водного извлечения чаги органическими растворителями в сравнении с частицами дисперсной фазы водного извлечения чаги (контроль)
По оси абсцисс содержание ПФК: 1 - 1,08 мг/мл -контроль; 2 - 1,99 мг/мл - обработка этилацетатом; 3 - 1,38 мг/мл - обработка смесью хлороформ-этанол
При обработке водного извлечения чаги этилацетатом обе формируемые в водной дисперсионной среде системы имеют близкие размеры крупных мицелл Яэфф = 58-96 нм (в первой системе) и Яэфф = 61-94 нм (во второй). В отличие от первой системы, где размер мелких частиц, отнесенных нами к субмицеллам, имеет Кэфф = 2 нм, в коллоидной системе (2) создаются условия для стабилизации более крупных субмицелл с Яэфф = 9, 11 и 13 нм. Обработка водного извлечения петролейным эфиром приводит к формированию только одной коллоидной системы (1). Размеры мицелл с Яэфф = 67-94 нм и субмицелл с Яэфф = 11 нм в ней близки к частицам дисперсной фазы в коллоидной системе (2) после обработки водного извлечения чаги этилацетатом. Заметно крупнее мицеллы с К.эфф= 76-120 нм и субмицеллы с Яэфф = 17 нм образуются в коллоидной системе (1) после обработки водного извлечения чаги хлороформом. Но во всех этих случаях мицеллы, формируемые в коллоидных системах (1) и (2), мельче, чем мицеллы в водном извлечении чаги (Яэфф = 148-160нм). Размеры субмицелл этих коллоидных систем лежат в диапазоне размеров субмицелл водного извлечения чаги (Яэфф = мелкие, 13, 30 нм).
Существенно отличаются размеры мицелл в коллоидных системах (1) и (2), формируемых после обработки водного извлечения чаги хлороформ-этанольной смесью. В этих системах мицеллы имеют размеры Яэфф = 188, 202 нм (в первой) и Яэфф = 180, 235 нм (во второй). Вероятно, наличие этанола при разделении водного извлечения чаги этой смесью растворителей делает устойчивыми коллоидные частицы более крупные по размерам, чем в водном извлечении чаги. В то же время в этих системах наблюдаются и мицеллы с меньшими размерами, чем в водном извлечении чаги с Яэфф = 80 нм (в первой) и с Яэфф = 85 нм (во второй). Размеры субмицелл аналогичны ранее описанным с Яэфф =17, 20 нм в первой и Яэфф = 16, 18 нм во второй системе.
Обработка водного извлечения чаги органическими растворителями приводит к удалению из нее липо-фильных фрагментов, при обработке петролейным эфиром - 22%, этилацетатом - 1,2%, хлороформом -
1,5%, хлороформ-этанольной смесью - 8,34% от сухого остатка водного извлечения чаги. Причем только при обработке петролейным эфиром коллоидная система теряет в основном нейтральные липиды. Остальные растворители удаляют и часть соединений других классов, например фенольных. Однако их потеря для коллоидной системы менее значительна.
Размер мицелл ПФК в коллоидных системах (1) и (2), формируемых в водной среде после обработки водного извлечения чаги органическими растворителями, можно объединить по группам. В системах, сформировавшихся при обработке водного извлечения чаги петролейным эфиром, этилацетатом и хлороформом,
размер мицелл меньше размера мицелл ПФК водного извлечения чаги. Больший размер имеют мицеллы в системах, сформированных при использовании хлороформ-этанольной смеси. Следовательно, можно предположить, что размер мицелл в коллоидных системах зависит не только от количества и природы, удаляемых органическими растворителями из водного извлечения чаги компонентов, но и от дисперсионной среды, в которой происходит их формирование.
Выводы
1. Установлено, что мицеллы ПФК в водных коллоидных системах, сформировавшихся после обработки водного извлечения чаги этилацетатом и петролейным эфиром, имеют Яэфф = 58-96 нм, хлороформом Яэфф = 76-120 нм, а хлороформ-этанольной смесью Яэфф =180-253 нм и Яэфф = 80-85 нм.
2. Показано, что обработка водного извлечения чаги петролейным эфиром, этилацетатом и хлороформом позволяет получить водные коллоидные системы, имеющие меньшие размеры мицелл ПФК по сравнению с мицеллами ПФК водного извлечения чаги.
3. Определено, что во всех формируемых водных коллоидных системах присутствуют более мелкие частицы дисперсной среды, субмицеллы, размер которых колеблется от 2 до 20 нм, и не превышает размер субмицелл водного извлечения чаги.
Список литературы
1. Якимов П.А. Общая биологическая и химическая характеристика чаги как исходного сырья для получения лечебных препаратов // Чага и ее лечебное применение при раке IV стадии. Л., 1959. С. 36-48.
2. Кузнецова О.Ю., Гамаюрова В.С., Суханов П.П. Структурная организация и свойства полифенолов чаги // Вестник Казанского технологического университета. 2005. №1. С. 244-250.
3. Шиврина А.Н. Химическая характеристика действующих начал чаги // Продукты биосинтеза высших грибов и их использование. М;Л., 1966. С. 49-55.
4. Сысоева М.А., Кузнецова О.Ю., Гамаюрова В.С. Исследование золя водных извлечений чаги. II. Изменение изучаемой системы при проведении экстракции различными способами // Вестник Казанского технологического университета (КГТУ). 2003. №2. С. 172-179.
5. Кукулянская Т.А., Курченко Н.В., Курченко В.П., Бабицкая В.Г. Физико-химические свойства меланинов, образуемых чагой в природных условиях и при культивировании // Прикладная биохимия и микробиология. 2002. Т. 38. №1. С. 68-72.
6. Соловьев В.А., Кутневич А.М. Применение метода парамагнитного резонанса для изучения чаги и продуктов метаболизма некоторых других дереворазрушающих грибов // Высшие грибы и их физиологически активные соединения. Л., 1973. С. 35-39.
7. Орлов Д.С., Осипова Н.Н. Оценка относительной устойчивости гуминовых веществ по электронным и молекулярным спектрам // Гуминовые вещества в биосфере. М., 1993. С. 227-232.
8. Шиврина А.Н. Химическая и спектрофотометрическая характеристика воднорастворимых гуминоподобных соединений, образуемых грибом Inonotus obliquus (Pers.) Pil. // Почвоведение. 1962. №11. С. 51-60.
9. Шиврина А.Н., Ловягина Е.В., Платонова Е.Г. К характеристике комплекса сложных органических соединений чаги // Чага и ее лечебное применение при раке IV стадии. Л., 1959. С. 72-84.
10. Рыжова Г.Л., Кравцова С.С., Матасова С.А., Грибель Н.В. и др. Химические и фармакологические свойства сухого экстракта чаги // Химико-фармацевтический журнал. 1997. №10. С. 44-47.
11. Патент №2231786 (Россия) Способ определения углеводного состава полифенольного комплекса чаги / М.А. Сысоева, B.C. Гамаюрова, О.Ю. Кузнецова. / 27.06.2004.
12. Якимов П.А., Андреева С.М., Алексеева Е.В. О причинах изменения устойчивости пигментного комплекса в водных экстрактах чаги // Комплексное изучение физиологически активных веществ низших растений. М;Л., 1961. С. 113-119.
13. Юмаева Л.Р., Хабибрахманова В.Р., Сысоева М.А., Гамаюрова В.С. Извлечение липидов из водной вытяжки чаги // Пищевые технологии: мат. Общерос. конф. молодых ученых с межд. участием. Казань, 2006. С. 118-119.
14. Сысоева М.А., Кузнецова О.Ю., Гамаюрова В.С., Халитов Ф.Г., Суханов П.П. Исследование золя водных извлечений чаги. II. Изменение изучаемой системы при проведении экстракции различными способами // Вестник Казанского технологического университета. 2003. №2. С. 172-179.
15. Юрьев Ю.К. Практические работы по органической химии. М., 1961. 419 с.
16. Zakharova L.Ya., Ibragimova A.R. Kudryavtseva L.A. Nanosized reactors based on polyethylene imines: from microhet-erogeneous systems to immobilized catalysts // Langmuir. 2007. V. 23. P. 3214-3224.
Поступило в редакцию 21 августа 2007 г.
