CC BY
71
УДК 615.322:582.287.237
ИССЛЕДОВАНИЕ ЗОЛЯ ВВОДНЫХ ИЗВЛЕЧЕНИЙ ЧАГИ.
IX. ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАЗМЕРОВ ЧАСТИЦ ДИСПЕРСНОЙ ФАЗЫ ЗОЛЯ ИЗВЛЕЧЕНИЙ ИЗ ЧАГИ
© М.А. Сысоева1, В.Р. Хабибрахманова1, В. С. Гамаюрова1, Л.А. Кудрявцева2
1 Казанский государственный технологический университет, ул. К. Маркса, 68, Казань, Республика Татарстан, 420015 (Россия) E-mail: [email protected] 2Институт органической и физической химии им. А.Е. Арбузова Казанского научного центра РАН, ул. Арбузова, 8, Казань, Республика Татарстан, 420083 (Россия)
Статья посвящена исследованию коллоидной системы водного извлечения чаги. С использованием фотоннокорреляционной спектроскопии (ФКС) определены размеры частиц дисперсной фазы коллоидных систем извлечений из чаги, полученных из двух образцов сырья и при применении в экстракции микробиологических ферментных препаратов, содержащих гидролазы некрахмалистых полисахаридов. Показано, что размер крупных частиц мицелл полифенол-оксикарбонового комплекса (ПФК) во всех исследованных извлечениях, полученных из чаги, лежит в диапазоне размеров мицелл казеина коровьего молока, а мелкие частицы сопоставимы по размерам с субмицеллами казеина.
Ключевые слова: чага, сырье, водная вытяжка, полифенолоксикарбоновый комплекс (ПФК), электропроводность, фотонно-корреляционная спектроскопия (ФКС)
Работа выполнена при финансовой поддержке Фонда содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере по программе «У.М.Н.И.К.»
Введение
Получение водного извлечения чаги сопровождается образованием коллоидной гидрофильной полидис-персной системы. Дисперсионная среда содержит соли органических и минеральных кислот, фенолы, полисахариды и другие, еще не выявленные компоненты [1].
Дисперсной фазой этой коллоидной системы является полифенолоксикарбоновый комплекс (ПФК). Содержание ПФК в составе водного извлечения составляет около 50-70% от сухого остатка [2, 3]. ПФК можно представить как ассоциат, в состав которого входят полимеры - полифенолы, белки, полисахариды, мономеры - простые фенолы, фенолкарбоновые кислоты, а также липиды различной структурной организации и зольные элементы [4-6]. На основании физико-химических характеристик, таких как ИК и ЭПР спектры, по содержанию карбонильных, карбоксильных, метоксильных и гидроксильных групп и ряду других свойств ПФК относят к полианионам [3]. Считается, что этот комплекс обеспечивает терапевтическое действие водного извлечения чаги [1, 7].
Определение размеров частиц дисперсной фазы коллоидной системы водного извлечения чаги, представляет практический интерес, поскольку на их основе получают лекарственные формы для терапии онкологических заболеваний.
При применении в терапевтических целях извлечений из природных объектов самый важный показатель - биодоступность компонентов получаемых извлечений. Поскольку основным действующим компонентом водных извлечений чаги является не индивидуальное вещество и даже не ряд индивидуальных веществ, а
* Автор, с которым следует вести переписку.
сложно организованный ассоциат - ПФК [8], то биодоступность этого компонента водного извлечения можно оценить по размеру мицелл ПФК, образуемых в водной среде коллоидной системы получаемого извлечения [9].
Цель исследования - определение размеров частиц дисперсной фазы коллоидных систем извлечений из чаги и сопоставление их с размерами частиц природных коллоидных систем.
Экспериментальная часть
Для экстракции использовали сырье чаги, приобретенное в аптечной сети. Поставщики ООО «Травы Башкирии» (серия 270602, 2002 г., г. Уфа) и ЗАО «Фирма Здоровье» (серия 020605, 2005 г. Московская область, Красногорский район), далее обозначаются как первый образец сырья и второй образец сырья, соответственно.
Вытяжки получали согласно методике [10]. Сухой остаток и зольность определяли по стандартным методикам [11, 12]. Выделение ПФК из водной вытяжки чаги и водного слоя проводили подкислением их 25%-ной соляной кислотой до рН 1-2 [13]. В экстракции использованы ферментные препараты «целлюкласт» и «шеарзим» производства датской компании «Новозаймс» [14].
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 радиус (Яэфф) агрегатов рассчитывали из коэффициентов диффузии по уравнению Стокса-Энштейна для сферических частиц одинакового размера [15]. Диапазон измерений составляет от 2 нм до нескольких микрометров, погрешность измерения - до 5%. Большее время накопления сигнала (600 с) при анализе размеров частиц исследуемого объекта позволяет уменьшить погрешность опыта до 1%.
Обсуждение результатов
Существенную роль в изменении размеров ПФК может играть его концентрация в водном извлечении. Водные извлечения, полученные из двух образцов сырья чаги, взятые для проведения исследования, имели близкое содержание сухих остатков 1,7230 и 1,7028 г, зольность - 0,3648 и 0,3720 г и отличались по содержанию ПФК - 1,0650 и 1,3200 г. (Здесь и далее приводится выход экстрактивных веществ, полученный из 10 г сырья).
Для оценки изменений, происходящих в коллоидной системе водного извлечения чаги со снижением в них содержания ПФК, определена электропроводность образцов, получаемых при разбавлении водного извлечения чаги. Проведена разбивка графиков по оси абсцисс с целью выявления участков, отличных от прямолинейных. На рисунке 1 в качестве примера приведены зависимости удельной электропроводности от концентрации (в диапазоне 1-140-10-3 мг/мл) для изучаемых образцов. Перегибы на зависимостях электропроводность-концентрация ПФК соответствуют критической концентрации мицеллобразования (ККМ). Для водных извлечений, полученных из двух образцов сырья чаги, участки, имеющие перегиб на концентрационной зависимости электропроводности исследуемых объектов, лежат в различных интервалах концентраций ПФК, ККМ приведены в таблице 1. В коллоидной системе водного извлечения при этих концентрациях ПФК должны происходить изменения, сопровождающиеся процессами ассоциации или диссоциации частиц дисперсной фазы, что должно отражаться в изменении размеров и количестве мицелл ПФК, отличающихся по размерам. Отличие значений ККМ свидетельствует о различной организации коллоидных систем водных извлечений, полученных из разных образцов сырья чаги.
Размер мицелл ПФК определен методом ФКС в водных извлечениях чаги с концентрацией ПФК, близких к ККМ. Как показано на рисунках 2 и 3, в водном извлечении при содержании в нем ПФК в концентрации, близкой к точкам перегиба на концентрационной зависимости электропроводности исследуемых объектов, происходит изменение содержания частиц дисперсной фазы и их размеров. При разбавлении в водных извлечениях, полученных из двух разных образцов сырья чаги, в некоторых диапазонах концентрации ПФК происходит отделение от крупных мицелл мелких частиц, достаточно близких по размеру, с радиусом около 30, 15 нм и меньше. При этом в водных извлечениях, полученных из разных образцов сырья, дезагрегация и агрегация частиц дисперсной фазы протекают различно.
Таблица 1. Значения констант мицеллообразования, полученных на основании графических зависимостей электропроводность-концентрация ПФК, для водных извлечений чаги
ККМ, мг ПФК/мл Водное извлечение, полученное
из первого образца сырья из второго образца сырья с применением «целлюкласта» с применением «шеарзима»
ККМ! 0,0034 0,0093 0,002 0,002
ККМ2 0,110 0,075 0,550 0,550
ККМ3 0,220 2,170 8,900 8,900
Содержание ПфК, мг/мл*10'3 » Красногорское —■—Башкирское
Рис. 1. Зависимости удельной электропроводности от концентрации ПФК для водных извлечений из двух образцов сырья
В водном извлечении, полученном из первого сырья, с изменением концентрации ПФК, при их значениях близких к ККМ, процессы агрегации и дезагрегации частиц приводят к большим изменениям размеров крупных частиц, что проиллюстрировано на рисунке 2. Процессы агрегирования преобладают в концентрациях после ККМ2 и ККМ3 (0,11 и 0,43 мг/мл). Происходит увеличение размера крупных частиц ПФК. В низких концентрациях (0,0068 и 0,0017 мг/мл) наблюдается уменьшение размеров крупных частиц ПФК до размера Яэфф = 55 нм. В водном извлечении, полученном из второго сырья, наблюдается дезинтеграция частиц дисперсной фазы при концентрации ПФК, равной 1,08 мг/мл. Также происходит незначительное увеличение размера крупных частиц ПФК при концентрации ПФК, равной 0,03 мг/мл, происходящее, вероятно, за счет ассимиляции отделившихся мелких частиц (см. рис. 3).
В среднем мицеллы ПФК водного извлечения, полученного из первого образца сырья, имеют радиус 60100 нм. В водном извлечении, полученном из второго образца сырья, - они крупнее, их радиус составляет 150-160 нм. Кроме частиц с этими размерами, в диапазоне концентраций ПФК 1-0,11 мг/мл и менее 0,005 мг/мл в коллоидной системе водного извлечения чаги наблюдаются мелкие частицы с радиусом около 30, 15 нм и более мелкие частицы.
Для изменения концентрации ПФК в составе водного извлечения чаги были получены извлечения из первого образца сырья с применением в экстракции ферментных препаратов «целлюкласта» и «шеарзима» в концентрации 0,01% [14]. Ферментный препарат «целлюкласт» обладает выраженной целлюлазной активностью, а «шеарзим» - пентоназной [16]. Извлечения, полученные с применением ферментных препаратов «шеарзим» и «целлюкласт» имели следующие показатели: сухой остаток - 1,9299 и 1,8321 г, зольность - 0,4923 и 0,4308 г, количество ПФК - 1,3560 и 1,3450 г, соответственно. Как показано в таблице 1, содержание дисперсной фазы в этих извлечениях выше, чем в водном извлечении, полученном из этого сырья, и приближается к содержанию в водном извлечении, полученном из второго сырья. Изменяется и состав дисперсионной среды. Например, кроме повышения зольности полученных извлечений, за счет протекания в процессе экстракции ферментативного гидролиза, в них увеличивается содержание углеводов, что показано в таблице 2.
Для этих извлечений ККМ совпадают и приведены в таблице 1. Как показано на рисунках 4 и 5, в извлечениях, полученных с применением ферментных препаратов, во всех исследованных концентрациях ПФК, в отличие от водных извлечений, дисперсная фаза содержит крупные и мелкие частицы.
Крупные частицы дисперсной фазы извлечений, полученных с применением ферментных препаратов, имеют размер с Яэфф около 100-120 нм. Наблюдается корреляция между содержанием дисперсной фазы в коллоидной системе извлечения с размером формируемых в ней мицелл ПФК, что продемонстрировано в таблице 2.
Мелкие частицы в среднем имеют размеры, близкие к размерам мелких частиц в водных извлечениях чаги. В концентрациях ПФК 8,92 и 0,0175 мг/мл при применении в экстракции препарата «шеарзим», 8,85 и
0,55 мг/мл при применении в экстракции препарата «целлюкласт» присутствуют мелкие частицы двух размеров, как показано на рисунках 4 и 5. Их устойчивость, вероятно, связана с изменением дисперсионной среды, в извлечениях, полученных с применением ферментных препаратов, т.е. с более высокой зольностью и более высоким содержанием углеводов. Можно предположить, что мелкие частицы являются субмицеллами ПФК.
В коллоидной системе водного извлечения при применении в экстракции препарата «шеарзим», как показано на рисунке 4, в концентрации 0,55 мг/мл (ККМі) наблюдаются процессы как агрегации, так и дезагрегации крупных и мелких частиц. В извлечениях с более низкими концентрациями ПФК (0,0043 и
0,0175 мг/мл) преобладают процессы дезинтеграции частиц дисперсной фазы.
Таблица 2. Содержание и размер ПФК в различных извлечениях из чаги
Извлечение Из первого образца сырья С применением шеарзима С применением целлюкласта Из второго образца сырья
Содержание ПФК, %* 61,81 70,26 73,41 77,52
Содержание углеводов, %* 0,55 0,69 0,73 -
Радиус мицелл ПФК, нм 60-100 с преобладанием 100-120 150-160
Примечание: * в процентах к сухому остатку.
0
ЄЇ
О
О
Содержание ПФК
Рис. 2. Эффективный радиус (нм) частиц дисперсной фазы коллоидной системы водного извлечения чаги из первого образца сырья.
Содержание ПФК (по оси абсцисс): 1 - 0,0017;
2 - 0,0068; 3 - 0,11; 4 - 0,43;
5 - 7,00 мг/мл
Содержание частиц, %
Содержание ПФК
Рис. 3. Эффективный радиус (нм) частиц дисперсной фазы коллоидной системы водного извлечения чаги из второго образца сырья.
Содержание ПФК (по оси абсцисс): 1 - 0,0028;
2 - 0,0053; 3 - 0,03; 4 - 1,08;
5 - 8,7 мг/мл
Содержание
Рис. 4. Эффективный радиус (нм) частиц дисперсной фазы коллоидной системы водного извлечения чаги, полученного с применением ферментного препарата «целлюкласт».
Содержание ПФК (по оси абсцисс): 1 - 0,0162;
2 - 0,1300 мг/мл; 3 - 0,55;
4 - 8,85 мг/мл
Рис. 5. Эффективный радиус (нм) частиц дисперсной фазы коллоидной системы водного извлечения чаги, полученного с применением ферментного препарата «шеарзим».
Содержание ПФК (по оси абсцисс): 1 - 0,0043;
2 - 0,0175; 3 - 0,14; 4 - 0,55;
5 - 8,92 мг/мл
В коллоидной системе водного извлечения при применении в экстракции целлюкласта, как показано на рисунке 5, в ККМ1 (0,55 мг/мл) происходит процесс укрупнения мелких частиц, по сравнению с предыдущей концентрацией ПФК. В извлечении с концентрацией ПФК 0,1300 мг/мл преобладают процессы агрегации как крупных, так и мелких частиц. Со снижением концентрации ПФК (0,0162 мг/мл) происходит уменьшение размеров как крупных, так и мелких частиц. Таким образом, процессы агрегации и дезагрегации частиц, происходящие в коллоидных системах при разбавлении извлечений, полученных с применением ферментных препаратов, отличаются как между собой, так и от процессов, наблюдаемых в водных извлечениях.
Размер мицелл ПФК (112-386 нм) во всех исследованных извлечениях, полученных из чаги, лежит в диапазоне размеров мицелл казеина коровьего молока, диаметр частиц которых составляет 50-300 нм [9]. Мелкие частицы дисперсной фазы коллоидных систем извлечений, полученных из чаги (диаметр 12-78 нм), несколько крупнее субмицелл казеина, диаметр которых равен 10-20 нм, а также капелек жира эмульсий, образуемых из жиров пищи. В желудке их диаметр составляет около 100 нм, а в тонком кишечнике при участии эмульгирующих агентов в щелочной среде, таких как желчные кислоты, лецитин, продукты гидролиза белков пищи, размеры этих частиц уменьшаются до 5 нм [17].
Выводы
1. При получении водных извлечений чаги из различного сырья формируются коллоидные системы с дисперсными фазами, отличающимися размерами частиц.
2. Установлена корреляция между размером мицелл ПФК и содержанием дисперсной фазы в коллоидной системе водного извлечения чаги.
3. Определен средний радиус мицелл ПФК коллоидных систем водных извлечений чаги, он составляет 60-160 нм (с колебаниями от 50 до 200 нм).
частиц, %
Содержание ПФК
Содержание частиц, %
Содержание ПФК
4. Показано, что, кроме крупных частиц, дисперсная фаза коллоидных систем водных извлечений чаги может содержать более мелкие частицы с радиусом до 30 нм, отнесенные нами к субмицеллам.
Список литературы
1. Якимов П. А., Андреева С.М. О причинах изменения устойчивости пигментного комплекса в водных экстрактах из чаги // Чага и ее лечебное применение при раке IV стадии. Л., 1959. С. 113-120.
2. 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.
3. Кузнецова О.Ю. Физико-химические характеристики и биологическая активность водных извлечений и поли-фенолоксикарбонового комплекса чаги: Автореф. дис. ... канд. хим. наук. Казань, 2004. 20 с.
4. Шиврина А.Н., Ловягина Е.В., Платонова Е.Г. Изучение кислотного состава чаги методом распределительной хроматографии на бумаге // Чага и ее лечебное применение при раке IV стадии. Л., 1959. С. 62-71.
5. 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.
6. 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 международным участием. Казань, 2006. С. 118-119.
7. Муравьева Д.А. Фармакогнозия. М., 1981. С. 625-627.
8. Сысоева М.А., Кузнецова О.Ю., Гамаюрова В.С. Структурная организация и свойства полифенолов чаги // Вестник Казанского технологического университета (КГТУ). 2005. №1. C. 244-250.
9. Горбатова К.К. Биохимия молока и молочных продуктов. СПб., 2003. 320 с.
10. 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 (КГТУ). 2003. №2. С. 172-179.
11. Государственная фармакопея СССР: Вып. 1: Общие методы анализа. 11-е изд., доп. М., 1987. 336 с.
12. Государственная фармакопея СССР: Вып. 2: Общие методы анализа. Лекарственное растительное сырье. 11-е изд., доп. М., 1989. 400 с.
13. Кузнецова О.Ю., Гамаюрова В.С., Суханов П.П., Зиятдинова Г.К., Будников Г.К. Исследование золя вводных извлечений чаги. IV. Антиоксидантная активность. Влияние способа извлечения и применение комплексонов, гидроокиси натрия // Химия растительного сырья. 2005. №1. С. 41-47.
14. Сысоева М.А., Хабибрахманова В.Р., Гамаюрова В.С. Муллина Д.В. и др. Использование гидролаз некрахмалистых полисахаридов. Антиоксидантная активность полученных извлечений // Бутлеровские сообщения. 2005. Т. 7, №3. С. 1-3.
15. Zakharova L.Ya., Ibragimova A.R. Kudryavtseva L.A. Nanosized reactors based on polyethylene imines: from micro-heterogeneous systems to immobilized catalysts // Langmuir. 2007. 23. P. 3214-3224.
16. Солярек Л. Роль вспомогательных ферментных препаратов новозаймс в совершенствовании технологии производства и повышении качества спирта // Изменения в вопросах стандартизации продукции отрасли, совершенствование технологии производства и НТД. М. 2001. С. 1-9.
17. Филимонов В.И. Руководство по общей и клинической физиологии. М., 2002. 958 с.
Поступило в редакцию 6 июня 2007 г.
