V Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Получение капсул с помощью полиэлектролитных комплексов хитозана с пектином

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Силахина А.В. 1

---

1МБОУ "СОШ№112"

Миргалеева Н.В. 1Шилова С.В. 2

---

1МБОУ "СОШ№112"

2КНИТУ (КХТИ)

Работа в формате PDF

1 MB

Автор работы награжден дипломом победителя III степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителяСвидетельство руководителя

ВВЕДЕНИЕ

В последние десятилетия предметом интенсивных исследований являются полимеры природного происхождения. Среди них особо выделяются такие полимеры как хитозан и пектин. Это обусловлено комплексом их уникальных свойств – способности к биодеструкции, гипоаллергенностью, совместимостью с тканями живых организмов. Указанные свойства определяют широкое применение природных полисахаридов в косметической, медицинской, пищевой, текстильной промышленности, сельском хозяйстве и водоочистке. Исключительно перспективным направлением является применение систем на основе хитозана и пектина в биоинкапсулировании– получении полимерных систем в виде нано- и микрокапсул с целью адресной доставки, хранения, защиты и контролируемого высвобождения как высокомолекулярных, так и низкомолекулярных биологически активных соединений.

Растворимость хитозана в воде обеспечивает возможность его комплексообразования с противоположно заряженными полиэлектролитами и поверхностно-активными веществами (ПАВ).

Цель данной работы заключалась в исследовании закономерностей формирования полиэлектролитных комплексов хитозана с полианионом пектином и получении капсул на их основе.

Объектами исследования являлись образцы гидрохлорида хитозана (ХТЗ) с молекулярной массой М_η 38700, степенью деацетилирования 80% (ЗАО «Биопрогресс», г. Щелково) и низкоэтерифицированного яблочного пектина (П) с молекулярной массой М_η 26400, степенью этерификации 26 % («Herbstreith&Fox KG Pektin-Fabriken», Германия). Для проведения исследования применяли методы динамического светорассеяния, вискозиметрии и оптической микроскопии.

ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

Одним из важнейших достижений в области создания новых перспективных материалов за последние двадцать лет стало разработка, изучение и внедрение в практику технологий на основе природных полисахаридов. Это обусловлено комплексом уникальных свойств данных полимеров – способности к биодеструкции, гипоаллергенность, совместимость с тканями живых организмов, высокой хелато- и комплексообразующей способности. Указанные

свойства определяют широкое применение природных полисахаридов в косметической, медицинской, пищевой,текстильной промышленности, сельском хозяйстве и водоочистке [1,2].Среди природных полисахаридов своими ценными и привлекательными для практических целей свойствами особо выделяются такие полимеры как хитозан и пектин.

1. Строение, получение и применение хитозана

Хитозан– это сополимер 2-ацетамидо-2-дезокси-D-глюкопиранозы (N-ацетил-D-глюкозамина) и 2-амино-2-дезокси-D-глюкопиранозы (D-глюкозамина). Основным источником получения хитозана является хитин, второй по распространенности в природе полисахарид после целлюлозы. В основе получения хитозана лежит реакция отщепления от структурной единицы хитина - N-ацетил-D-глюкозамина ацетильной группировки или реакция деацетилирования (ДА) (рисунок 1.1):

Рисунок 1.1 – Получение хитозана путем деацетилирования хитина

Транс-расположение в элементарном звене макромолекулы хитина заместителей (ацетамидной и гидроксильной групп) у С₂ и С₃ обуславливает значительную гидролитическую устойчивость ацетамидных групп, в том числе и в условиях щелочного гидролиза. Поэтому отщепление ацетамидных групп удается осуществить лишь в сравнительно жестких условиях - при обработке 40-49%-ным водным раствором NaOH при температуре 110-140⁰С в течение 4-6 часов.

Глубину реакции деацетилирования принято оценивать по величине степени ацетилирования (СА)или по величине степени деацетилирования (СД=1-СА) – доли отщепившихся ацетамидных групп в расчете на одно элементарное звено. В зависимости от условий реакции получаются хитозаны, существенно различающиеся величиной СД (рисунок 1.2).

Рисунок 1.2 – Структурная формула хитозана (СД – степень деацетилирования)

Реакция деацетилирования сопровождается одновременным разрывом гликозидных связей полимера, т. е. уменьшением молекулярной массы (ММ), изменением надмолекулярной структуры, степени кристалличности и т.д. Таким образом, хитозан представляет собой полидисперсный по ММ и по СД полимер D-глюкозамина, содержащий 5-15% ацетамидных групп, а также до 1% групп, соединенных с аминокислотами и пептидами. Обычно хитозаном называют хитин с СД > 0,5 [3].

После ДА и отмывки до нейтрального значения рН хитозан представляет собой сильно гидратированный, набухший продукт с содержанием воды более 70%. Для предотвращения ороговения хитозан сушат при 50-55⁰С. При сушке в условиях более высоких температур хитозан уплотняется, темнеет и теряет растворимость, что снижает возможность его использования. Наилучшим образом показывает себя сушка хитозана в псевдокипящем слое при 50⁰С. Низкомолекулярный водорастворимый хитозан и олигосахариды сушат на распылительных и лиофильных сушилках. Воздушно-сухой хитозан содержит 8-10% воды.

В зависимости от производственного процесса, свойства одних и тех же образцов хитозана могут существенно меняться. В общем, недостаточная характеристика полимера усложняет процесс сравнения результатов и установления взаимосвязи между физиологическим поведением хитозана и его свойств. Ниже мы рассмотрим общие рекомендации относительно свойств хитозана для конкретного применения.

Из всех областей применения хитозана на первом месте стоит здравоохранение [4]. Это связано, в частности, с его высокой биологической активностью. Обнаружено, что хитозан обладает кровоостанавливающими, бактерицидными, фунгицидными, противоопухолевыми, антихолестериновыми и иммуномодулирующими свойствами, также он оказывает успокаивающее действие на центральную нервную систему.

Было изучено влияние хитозана на процесс заживление ран [5]. Олигомеры хитозана обладают ранозаживляющим свойством, что обусловлено их способностью стимулировать выработку фибробласта путем влияния на фактор роста фибробластов.

Хитозан широко используется в производстве лекарственных средств для снижения веса [6], поскольку он связывает жиры, которые содержатся в пище, и выводит их из организма. Адсорбционные слои комплексов хитозана с жирными кислотами способствуют ингибированию гидролиза жира под действием ферментов, тем самым затрудняя его усваивание в организме.

Однако наиболее важным является применение этого полимера в качестве носителя лекарственных средств [7,8]. Положительный заряд хитозана способствует его проникновению через клеточные мембраны (рисунок 1.3) и плотные слои эпителия, обеспечивает хорошую адгезию к слизистым оболочкам и противомикробные свойства.

Рисунок 1.3. А-микросферы высокомолекулярного хитозана (640 кДа), сшитые 0,2% трифенилфосфатом, полученные путем распылительной сушки. (В)-подробное изображение микросферы.

В процессах доставки лекарственных средств, выбор образца хитозана с определенными характеристиками необходим для разработки устойчивой системы доставки лекарственных средств, увеличения длительности активности препарата, повышения терапевтической эффективности и снижения побочных эффектов. Исследования показали, что степень деацетилирования и молекулярная масса хитозана существенно влияют на его роль в терапевтических системах доставки лекарственных средств (таблица 1.1).

Таблица 1.1 – Влияние степени деацетилирования (СА) и молекулярной массы (ММ) хитозана на свойства микросфер

Благодаря своей способности связывать противоположно заряженную ДНК хитозан также может быть использован для доставки генов [8]. Это свойство впервые было использовано Мампером для приготовления невирусного вектора для систем доставки генов в 1995 году. ММхитозана является ключевым параметром при подготовкехитозан / ДНК комплексов, поскольку эффективность трансфекциисильно коррелирует с молекулярной массой хитозана.

В пищевой промышленности хитозан применяется в качестве загустителя и структурообразователя продуктов диетического питания [7], а также в качестве биологически активной добавки [7], уничтожающей патогенную микрофлору и связывающей и выводящей из организма жиры, токсины, ионы тяжелых металлов и радионуклидов.

Как универсальный биополимер природного происхождения хитозанприменим для консервирования пищевых продуктов благодаря своему антимикробному и антиоксидантному действию против микроорганизмов, вызывающих порчу пищевых продуктов. Результаты экспериментов показали, что, в целом, низко- (5-27 кДа) и среднемолекулярный (48-78 кДа) хитозаны эффективно подавляют рост как грамположительных, так и грамотрицательных бактерий [8].

Покрытия из хитозана могут задерживать процессы поспевания овощей и фруктов, потери воды, дольше сохраняют сроки годности продукта, а также могут изменить вкус. Использование полупроницаемых покрытий позволяет поддерживать необходимую для хранения продуктов среду, сокращаяпри это затраты [7].

В косметической промышленности хитозан, эффективно адсорбирующийся на отрицательно заряженной поверхности волос с образованием защитной пленки, используется в качестве антистатика и кондиционера в производстве шампуней [6]. Он широко применяется в косметике благодаря своим структурообразующим свойствам, совместимости с организмом и способности удерживать влагу. Хорошо фиксируется на волосах, не отшелушивается и не скатывается, делает волосы более эластичными без ощущения утяжеления и липкости, препятствует спутыванию волос за счет формирования на их поверхности покровной пленки. Кроме того, хитозанудобен с точки зрения производственного процесса. Он прекрасно совместим с другими ингредиентами рецептуры косметических средств, не обладает токсичностью и аллергенностью, биодеградируем, хорошо проникает через кожу, не имеет цвета и запаха, поэтому его можно считать сырьем для косметической продукции с высокой степенью безопасности [6].

В сельском хозяйстве благодаря своей противомикробной активности хитозан применяется для борьбы с нематодами почв в закрытых грунтах, стеблевой и корневой гнилью, а также в качестве биостимулятора, обеспечивающего повышение урожайности на 25–40% [6].

Хитозан является практически единственным поликатионом природного происхождения, полиэлектролитные свойства которого обусловлены наличием протонированных аминогрупп в кислых средах. Наличие функционально-активных групп в макромолекуле хитозана и растворимость в воде обеспечивают его способность к комплексообразованию с противоположно заряженными синтетическими и природными полиэлектролитами, ПАВ, металлами [5].

Взаимодействие хитозана с полианионами (например, пектином) приводит к образованию полиэлектролитных комплексов.

2. Строение, получение и применение пектина

В 1790 году французский химик Луи Никола Воклен, активно исследовавший объекты растительного происхождения, выделил из фруктового сока вещество, хорошо растворимое в воде и способное к гелеобразованию. Спустя 40 лет родилось современное название выделенного вещества – пектин (от греческого слова «pektos» - застывший, свернувшийся, замёрзший). Структура пектина была выяснена лишь в 20-х годах XX века. Впервые пектин в промышленном масштабе был извлечен из сырья в 1820 году и был предназначен для создания джемов и желе. Первое коммерческое производство жидкого пектинового экстракта был зафиксирован в 1908 году в Германии, и быстро распространился в США, где был получен патент (ПАТ. 1,082, 682, 1913).

Пектиновые вещества широко распространены в природе: встречаются в тканях практически всех высших наземных растений, некоторых водных растениях и водорослей. Наиболее богаты пектинами овощи - свёкла столовая, морковь, перец, тыква, баклажаны, а также фрукты — яблоки, айва, вишня, слива, груши, цитрусовые. Например, в лимоне и апельсиновых корках содержание пектина может достигать 20 - 40% от веса сухого вещества. Цветущий хлопок содержит около 5% пектина. Когда хлопок созревает, количество пектина уменьшается до 0.8 - 1%. Получается, что содержание пектина в растениях меняется (уменьшается или (чаще всего) увеличивается) в процессе созревания плодов. Следовательно, пектины (наряду со структурной функцией) играют важную роль и в метаболизме резервных веществ.

Пектины – это биополимеры, представляющие собой полисахариды клеточных стенок. Основным компонентом пектиновых полисахаридов являются полиуроновые кислоты. У высших растений они состоят из остатков D-галактуроновой кислоты, связанных С-1 - С-4-связями.

Карбоксильная группа каждого остатка D-галактуроновой кислоты может существовать в разных состояниях: образовывать соли с ионами определенных металлов, чаще всего кальция (пектат); соль может быть одновременно и метоксилирована (пектинат), или оставаться немодифицированной (пектовая кислота - основа всех видов пектиновых веществ), или быть частично метоксилированной (эту форму обычно называют пектином) (рисунок 1.4 и схема 1):

Рисунок 1.4 – Структура галактуроновой кислоты

Схема 1

Согласно современным представлениям пектин имеет линейную структуру, образованную остатками частично метоксилированной D-галактуроновой кислоты, в которой атом водорода заменен на группу –CH₃(рисунок 1.5):

Рисунок 1.5 – Структура пектина

Сырьем для промышленного получения пектина служат кожура цитрусовых, жом яблок, сахарной свеклы и кормового арбуза, корзинки подсолнечника (т.е. отходы пищевых производств). Схема промышленного получения пектина представлена на рисунке 1.6:

Пектин получают экстракцией из пектинсодержащей биомассы. Экстракцию проводят разбавленными горячими кислотами (соляной, щавелевой и др.) или горячей водой в присутствии комплексообразователей, связывающих двухвалентные катионы (оксалат аммония, гекса-метафосфат натрия, этилендиаминтетрауксусная кислота). При экстрагировании разлагается протопектин. Образующийся пектин осаждают спиртом. Экстрагированные пектины очищают переосаждением (растворитель – вода, осадитель – этиловый спирт). Чем более жесткие условия экстракции, тем выше выход продукта, но в больше степени разрушаются макромолекулы пектинов.

Характерными показателями пектина являются: молекулярный вес, метоксильное число, степень этерификации (метилирования), ацетильное число, растворимость в воде, вязкость, желеобразующая способность. Ввиду того что каждый пектин представляет собой смесь молекул с разной длиной цепи, может быть установлен только средний молекулярный вес (таблица 1.2):

Таблица 1.2 – Молекулярный вес пектинов

Характерным и важным свойством пектина является его способность давать студни в присутствии сахара и кислот, отсюда и их название (от греческого слова «пектос» – соединяющий). Желирующая способность пектина растительного, широко используемая пищевой промышленностью, у разных растений далеко не одинакова и зависит от относительной молекулярной массы пектина, от степени метоксилирования остатков галактуроновой кислоты и количества сопутствующих балластных веществ, концентрации сахара в растворе, температуры и рН среды.

Таблица 1.3 – Характеристика пектинов растительного происхождения

Наилучшим растворителем пектиновых веществ является вода. Растворяются пектины также в 84%-ной фосфорной кислоте и жидком аммиаке; в глицерине и формамиде набухают. В остальных органических и неорганических растворителях они практически нерастворимы. Растворимость пектина в воде возрастает с увеличением степени этерификации и с уменьшением степени полимеризации. Из двух пектинов с одинаковой длиной цепи легче растворим тот, у которого выше метоксильное число; из двух пектинов одинаковой степени этерификации легче растворим обладающий меньшим молекулярным весом.

Пектины широко используются:

в пищевой промышленности – в качестве желирующего агента и гелеобразователя (варенье, джем, конфитюр, мармелад), загустителей (начинки для конфет, кондитерские желейные и пастильные изделия (например, зефир, пастила, мармелад), молочные продукты, десерты ( мороженое, спреды, майонез, кетчуп), сокосодержащих напитков;

в медицине – в качестве комплексообразователя (специальные препараты, содержащие комплексы пектинов, включают в рацион питания лиц, находящихся в среде, загрязненной радионуклидами, и имеющих контакт с тяжелыми металлами), в качестве физиологически активных веществ с полезными для организма человека свойствами (пектины практически не усваиваются пищеварительной системой человека, являются энтеросорбентами), функциональные пищевые продукты, продукты здорового и специального (профилактического и лечебного) питания;

в фармацевтической промышленности –капсулирование лекарств, в качестве составной структурирующей части лекарственных препаратов, обеспечение пролонгированного действия лекарства (например, совместное применение пектина с некоторыми антибиотиками пролонгирует их действие и оказывает детоксикационное влияние), снижение вредного воздействия лекарственного препарата на организм (например, добавка пектина к ацетилсалициловой кислоте смягчает ее побочное действие на желудочно-кишечный тракт человека), усиление терапевтического действия фармацевтических препаратов;

в косметической промышленности–загущение и стабилизация масок, кремов, гелей самого разнообразного назначения;

в технических целях–

при производстве D-галактуроновой кислоты;

в геологии для производства пектинового клея для бурения скважин;

в текстильной промышленности при отделке тканей;

в полиграфии для закрепления печатных материалов.

МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.Объекты исследования

В работе применяли водорастворимый образец хитозана (гидрохлорид хитозана) с молекулярной массой М_η 38700 и степенью деацетилирования 80% (ЗАО «Биопрогресс», г. Щелково). В качестве полианиона использовали низкоэтерифицированный пектин с молекулярной массой М_η 26400 и степенью этерификации 26% («Herbstreith&Fox KG Pektin-Fabriken», Германия).

При приготовлении растворов полимеров применяли бидистиллированную воду. Чистоту воды контролировали по величине удельной электропроводимости χ, которая составляла (1,0 – 3,0) мкСм/см.

Для получения полиэлектролитных комплексов концентрированный раствор хитозана (С_ХТЗ=3,0×10^–3осново-моль/л) по каплям приливали к более разбавленному раствору пектинас концентрацией С_П=7,5×10^–4осново-моль/л припостоянном перемешивании на магнитной мешалке.

Молярную концентрацию хитозана С_ХТЗ в растворе определяли по формуле:

, (1)

где С⁰_ХТЗ – молярная концентрация исходного (добавляемого) раствора хитозана (С⁰_ХТЗ = 3,0×10^–3осново-моль/л), V_ХТЗ – объем добавленного раствора хитозана (от 0,1 до 5 мл).

, (2)

где V_П– начальный объем раствора пектина (V_П =3 мл).

Аналогичным образом определяли молярную концентрацию пектинаС_Пв растворе:

, (3)

где С⁰_П– молярная концентрация исходного раствора пектина (С⁰_П =7,5×10^–4осново-моль/л).

Относительное содержание пектина и хитозана в растворе (Z) выражали в виде отношения молярных концентраций полимеров:

. (4)

2.Методика приготовления полиэлектролитных капсул

Полиэлектролитные капсулы получали методом послойного осаждения полианиона пектина и поликатиона хитозана на микросферы карбоната кальция и последующего удаления карбонатного «ядра».

Микросферы карбоната кальция CaCO₃ получали смешением растворов декагидратакарбоната натрияNa₂CO₃(1 моль/л) и дигидрата хлорида кальция CaCl₂ (1 моль/л). К 2,5 мл бидистиллированной воды одновременно приливали по 0,615 мл данных растворов. Далее суспензию выдерживали около 10 минут для получения осадка. Полученный осадок промывали дистиллированной водой и центрифугировали в течение 5 минут при 3000 об/мин на центрифуге.Жидкую фазу сливали, переносили с помощью микрошприца в микропробирку и добавляли дистиллированной воды до максимального объема пробирки.

Поскольку в работе необходимо было получить серию, состоящую из 5 систем, то данный опыт проводили 5 раз. Первую систему оставляли для измерения величины электрокинетического потенциала (дзета-потенциала) микрочастиц CaCO₃.

Далее к микросферам карбоната кальция добавляли по 1 мл хлорида натрияNaClи диспергировалив ультразвуковой ванне марки «YaXunYX-9050» в течение 10 минут (при мощности 50W)для получения взвешенных частиц и лучшей адсорбции полиэлектролитов на микрочастицах карбоната кальция. После этого к полученным системам 2 - 5 добавляли по 1,5 мл раствора хитозана (навеску в 20 мг растворяли в 20 мл 0,5 моль/лNaCl). Далее системы 3 - 5 центрифугировали, промывали дистиллированной водой и затем наносили слой пектина таким же образом, как и слой хитозана. Повторяли центрифугирование и промывание. Затем в системы 4 и 5 вносили раствор хитозан, и в 5 систему – только пектина. Таким образом получали капсулы с разным количеством полиэлектролитных слоев.

Удаление карбонатного «ядра» капсул проводили при помощи раствора Трилона Б (с=0,2 моль/л). В микропробирку №5 заливали раствор Трилона Б наполовину, проводили ресуспедирование ядер микрокапсул при помощи ультразвуковой ванны в течение 10 минут при мощности 50 W. При этом наблюдается выделение пузырьков углекислого газа CO_2. Далее проводили отделение капсул путем центрифугирования в течение 5 минут при 3000 об/мин. Растворение CaCO₃ в полостях капсул основано на протекании следующей реакции:

3.Методы исследования

Для проведения исследования применяли методы динамического светорассеяния, вискозиметрии и оптической микроскопии.

Средний размер частиц полиэлектролитных комплексов, капсули величину их электрокинетического потенциала определяли методом динамического светорассеяния на анализаторе размера частиц и дзета-потенциала серии «ZetasizerNanoZS» («MalvernInstrumentsLtd», Великобритания). Анализатор оснащен He-Ne лазером мощностью 4 мВт с длиной волны 633 нм. Угол светорассеяния составлял 173°. Графическую интерпретацию результатов измерения получали с помощью программного обеспечения «DTS ApplicationSoftware» компании MalvernInstruments для работы под управлением операционной системы Windows^. Перед выполнением измерений образцы фильтровали через фильтры Millipore с мембраной DuraporePVDF и диаметром пор 0,45 мкм.

Под средним размером полиэлектролитных комплексов и капсул подразумевали эффективные радиусы эквивалентных гидродинамических сфер R, которые рассчитывали по уравнению Эйнштейна-Стокса:

, (5)

где k – постоянная Больцмана, Т – абсолютная температура, η – динамическая вязкость растворителя.

Для измерения вязкости растворов полимеров использовали капиллярный вискозиметр Убеллоде ВПЖ-1 с диаметром капилляра 0,54 мм. Погрешность измерения вязкости составляла 0,2%. Метод заключается в измерении времени истечения из капилляра раствора полимера τ, которое сравнивается с соответствующим временем τ₀для растворителя.

Для количественной оценки вязкости разбавленных растворов полимеров применяли следующие характеристики:

–относительную вязкость раствора, т.е. отношение вязкости раствора η к вязкости чистого растворителя η₀:

, (6)

– удельную вязкость раствора (приращение вязкости, вызванное добавлением к растворителю полимера, отнесенное к вязкости чистого растворителя):

,(7)

– приведенную вязкость или числа вязкости (отношение удельной вязкости к концентрации полимера:

. (8)

Форму и размер капсул определяли визуально на микроскопе «OlympusBX-51». Все измерения проводили при температуре 25°С.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЯ

1. Формирование полиэлектролитных комплексов хитозана с пектином

Образование полиэлектролитных комплексовв смешанных водных растворах хитозана и пектина обеспечивается полиэлектролитной природой данных полимеров. Особенностью строения данных полисахаридов является наличие протонированных аминогрупп в структуре макромолекул хитозана и карбоксильных групп – в структуре пектина.

Для исследования полиэлектролитных свойств полимеров в водных растворах были получены концентрационные зависимости приведенной вязкости(рисунок 1.1). Концентрационная зависимость приведенной вязкости определяется природой полимера и растворителя. Как видно из рисунка, для хитозана и пектина наблюдается нелинейное возрастание приведенной вязкости с уменьшением их концентрации в растворе, что не характерно для неионогенных полимеров.Это явление называется «полиэлектролитным набуханием» и является одной из причин, по которой полиэлектролиты были выделены в особый класс высокомолекулярных соединений.Возрастание приведенной вязкости с разбавлением раствора полиэлектролита вызвано увеличением объема и соответственно – линейных размеров макромолекулярных клубков из-за электростатического отталкивания одноименно заряженных звеньев цепи. Таким образом, оба исследованных полимера проявляют свойства полиэлектролитов.

Образование полиэлектролитного комплекса между хитозаном и пектином происходит за счет электростатического взаимодействия протонированных аминогрупп хитозана и карбоксильных групп пектина. Схема формирования комплекса представлена на рисунке 1.2:

Согласно методике приготовления полиэлектролитного комплекса были получены системы, характеризующиеся определенной концентрацией хитозана С_ХТЗ и пектина С_Пи соотношением их концентраций в растворе Z (таблица 1.1).

Таблица 1.1 – Последовательность приготовления полиэлектролитного комплекса

Для изучения характера взаимодействий хитозана с пектином были получены зависимости электрокинетического потенциала систем (приготовленных согласно таблице 1.1)от соотношения концентраций хитозана и пектина в растворе Z (рисунок 1.3).

Точка на оси ординат (Z=0) характеризует заряд макроиона пектина в отсутствие хитозана. Как видно из рисунка, электрокинетический потенциал макромолекул пектина имеет отрицательное значение, что подтверждает проявление данным полимером свойств анионного полиэлектролита в водных растворах. Добавление хитозана в водный раствор пектина, характеризующееся ростом Z, сопровождается увеличением дзета-потенциала вплоть до полной нейтрализации заряда. В данной области при Z ≈ 1 формируется полиэлектролитный комплекс хитозан–пектин стехиометрического состава.Дальнейший рост концентрации хитозана в растворе сопровождается перезарядкой комплекса, что свидетельствует о сверхэквивалентном связывании хитозана пектином. Таким образом, данные динамического и электрофоретического светорассеяния подтвердили электростатический механизм формирования полиэлектролитного комплекса за счет взаимодействия протонированных аминогрупп хитозана и карбоксильных групп пектина.

2. Формирование полиэлектролитных капсул

Согласно методике, полиэлектролитные капсулы получали методом послойного осаждения полианиона пектина и поликатиона хитозана на микросферы карбоната кальция и последующего удаления карбонатного «ядра». В таблице 2.1 приведены характеристики капсул (средний размер и электрокинетический потенциал), полученные методом динамического светорассеяния. По данным таблицы полиэлектролитные капсулы можно отнести к микрокапсулам. С увеличением количества нанесенных слоев полиэлектролитов размер капсул увеличивается, что подтверждает факт последовательной адсорбции полимеров.Размер капсул можно направленно регулировать путем варьирования количества нанесенных слоев противоположно заряженных полиэлектролитов.Перезарядка капсул (изменение знака электрокинетического потенциала) после нанесения очередного слоя полиэлектролита указывает на электростатический характер образования капсул.

Для определения формы полиэлектролитных микрокапсул были получены их фотографии на микроскопе «OlympusBX-51» (рисунок 2.1). Как видно из фотографий микрокапсулы имеют сферическую форму.

Таблица 2.1 – Средний размер капсул и величина их электрокинетического потенциал

ВЫВОДЫ

Показано, что в смешанных водных растворах хитозана и пектина формируется полиэлектролитный комплекс. При соотношении молярных концентраций хитозана и пектина Z, близком к единице, в растворе формируется полиэлектролитный комплекс хитозан–пектин стехиометрического состава.

Установлено, что на характер взаимодействия хитозана с пектином оказывает влияние концентрация полиэлектролитов, их соотношение в растворе и последовательность ввода.

Получены одно-, двух-, трех- и четырехслойные полиэлектролитные микрокапсулы методом поочередного наслаивания противоположно заряженных полиэлектролитов (хитозана и пектина).

Выявлено, что размер и заряд полиэлектролитных микрокапсул можно направленно регулировать путем варьирования количества нанесенных слоев противоположно заряженных полиэлектролитов.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Быкова В.М., Немцев С.В. // Хитин и хитозан. Получение, свойства и применение / Под ред.К.Г. Скрябина, Г.А. Вихоревой, В.П. Варламова.М.: Наука, 2002. – С. 237.

Быкова В.М., КривошеинаЛ.И., ГлазуновО.И.,ЕжоваЕ.А. // Тез. VI Всерос. конф. “Новые перспективы в исследовании хитина и хитозана”.Щелково, 2001. – C. 147.

Гальбрайх Л.С. // Соросовский образовательный журн. – 2001. – Т. 7. – № 1. – С. 51.

Получение хитозана и изучение его фракционного состава / Л.А.Нудьга, Е.А. Плиско, С.Н. Данило // Журнал органической химии. – 1971. – Т. 41. – С. 2555.

Симонова Л.В. Хитозан в косметике / Л.К. Пашук, А.И. Албулов, А.С. Форменко // Тез. докл. междунар. науч.-прак. конф. «Биологически активные вещества и новые продукты в косметике». – М.: РПКА, 1996. – С. 31.

Самуйлова Л.В. Косметическая химия: учеб.издание: в 2 ч. Ч. 1: Ингредиенты / Л.В. Самуйлова, Т.В. Пучкова. – М.: Школа косметических химиков, 2005. – 336 с.

Симонова Л.В. Хитин и хитозан / Л.В. Симонова, Л.К. Пашук // Косметика и медицина. – 1998. – №1. – С. 15-18.

Хитин и хитозан: природа, получение и применение / Под ред. В.П. Варламова, С.В. Немцева,В.Е. Тихонова. М.: Российское хитиновое общество, 2010. – 292 c.

28