УДК 573.6.086.83:577.16:577.151.33(063)
Разработка комплексов включения витамина Е с циклодекстринами
, , С
ГОУ ВПО «Московский государственный университет пищевых производств»,
Факультет технологии и производственного менеджмента,
кафедра «Биотехнология»
Аннотация
Получены комплексы включения циклодекстринов с витамином Е. Построены их возможные молекулярные модели. Выявлено наилучшее соотношение компонентов в комплексе.
Abstract
The inclusion complexes of cyclodextrins with Vitamin E are derived. The possible molecular models of complexes a constructed. The best molar ratio of complex components is found out.
Циклодекстрины (ЦД) – уникальная группа химических веществ, обладающих специфической функциональной активностью. Это нередуцирующие циклические сахариды, состоящие из глюкопиранозных остатков, свернутых в компактные кольца. Семейство ЦД включает в себя 3 основных продукта: α-, β- и γ-ЦД, макрокольца которых состоят из 6, 7 и 8 остатков глюкозы, соответственно. [1,7,8]
Именно первые 3 гомолога представляют больший интерес для пищевой, фармацевтической, химической и других отраслей промышленности благодаря способности образовывать комплексы включения с различными веществами. ЦД используются для стабилизации летучих эфирных масел, ароматических веществ и специй, повышения устойчивости и улучшения усвояемости витаминов, пролонгирования действия лекарств, снижения их вредного действия и др.[2,7]
Поэтому создание комплексов включения на основе ЦД является очень популярным и актуальным направлением.
Витамин E — группа жирорастворимых биологически активных веществ (токоферолы и токотриенолы), проявляющих антиоксидантные свойства. Токоферолы регулируют интенсивность свободно–радикальных реакций в живых клетках, предотвращают окисление ненасыщенных жирных кислот в липидах мембран, влияют на биосинтез ферментов. Витамин E выполняет не только витаминную, но и антиоксидантную функции, поэтому применяется для профилактики онкологических заболеваний при радиационном и химическом воздействии на организм. Витамин E относительно устойчив при нагревании, разрушается под влиянием ультрафиолетовых лучей, кислорода.
В основе токоферолов, в т. ч. α-токоферола ацетата (рис. 1), лежит молекула токола, представляющего собой 6-оксихроман, замещенный в положении 2 метильной группой и насыщенной изопреноидной боковой цепью из 16 атомов углерода. Молекулу витамина можно условно разделить на две части: хромановое кольцо и полностью гидрированную изопреноидную боковую цепь. [3,4,5]
Рис. 1. Формула α-токоферола ацетата.
Для изучения возможности создания комплекса β- и γ-ЦД с α-токоферола ацетатом (витамином Е) были построены компьютерные модели с использованием программ Hyperchem 7.5 для оптимизации геометрии молекул, и программу ChemOffice 8.0 для построения молекулярной модели комплекса.
Построенные молекулярные модели веществ подтверждают возможность образования комплекса между α-токоферол ацетатом и β-, γ-ЦД: молекула витамина сопоставима с размерами полости β- и γ-ЦД, что позволяет свободно проникать внутрь циклодекстринового кольца, гидрофобная структура витамина так же способствует образованию комплекса.
Комплексообразование 1:1 может происходить как за счет проникновения хроманового кольца витамина в полость ЦД (рис. 2, а), так и за счет «нанизывания» ЦД на изопреноидную боковую цепь витамина (рис. 2, б). Пространственная «вытянутость» молекулы витамина Е не исключает образования комплексов «витамин Е:ЦД» и со стехиометрией 1:2 (рис 3).
а)
б)
Рис.2. Возможные молекулярные модели комплекса альфа-токоферол ацетата с ЦД: а) за счет проникновения хроманового кольца витамина в полость ЦД, б) за счет проникновения изопреноидной боковой цепи витамина в полость ЦД.
Пространственная «вытянутость» молекулы витамина Е не исключает образования комплексов «витамин Е:ЦД» и со стехиометрией 1:2 (рис 3).
Рис.3. Молекулярная модель комплекса альфа-токоферол ацетата с ЦД в соотношении 1:2
Для получения комплексов включения ЦД с витамином Е использовались следующие методы:
1) Навеску β- или γ-ЦД растворяли при перемешивании в дистиллированной воде при температуре 25-70 °С. К этому раствору, исходя из необходимого молярного соотношения компонентов, добавляли раствор витамина. Смесь перемешивали в течение 22-24ч. и затем медленно охлаждали до комнатной температуры. По окончании перемешивания раствор оставался практически прозрачным, а на его поверхности образовывалась плёнка витамина Е. Таким образом, данный метод оказался непригоден для получения комплекса включения витамина Е с ЦД.
2) Навеску β- или γ-ЦД помещали в емкость, к этому количеству циклодекстрина, исходя из необходимого молярного соотношения компонентов, вносили витамин. Содержимое емкости перемешивали шпателем до образования однородной смеси, затем вносили рассчитанный объем дистиллированной воды (25-30% от общей массы компонентов), смесь растирали пестиком до полного высыхания продукта. Операцию растирания-увлажнения повторяли 3-4 раза.
В результате получили продукт, представляющий собой порошок белого цвета, растворяющийся в воде с образованием коллоидных растворов молочно-белого цвета.
Дальнейшее образование комплексов «витамин Е : γ-ЦД» проводили, используя данную методику.
На первоначальном этапе исследования о процессе комплексообразования судили визуально: по отсутствию маслянистой плёнки на поверхности раствора и появлении мутности в водном растворе комплекса.
Определение массовой доли α-токоферол ацетата в комплексах с β- и γ-ЦД проводили модифицированным методом, согласно которому навеску комплекса «витамин Е:ЦД» взвешивали на аналитических весах и переносили в делительную воронку. К пробе добавляли гексан и интенсивно встряхивали, затем добавляли 50% диметилсульфоксид, снова встряхивали и оставляли на 30 мин. для полной экстракции витамина Е из комплекса и растворения ЦД. Оптическую плотность полученного аликвота гексановой фазы определяли на спектрофотометре при λ=285 нм. В качестве контроля использовали гексан.
Характеристика полученных комплексов по содержанию витамина Е и массовая доля влаги представлена в таблице 1.
Таблица 1
Характеристика комплексов включения ЦД с витамином Е.
Анализируемая проба в комплексе «витамин Е:ЦД» | Содержание витамина Е, % | |||
Комплекс «витамин Е: β-ЦД» 1:1 | Комплекс «витамин Е: β-ЦД» 1:2 | Комплекс «витамин Е: γ-ЦД» 1:1 | Комплекс «витамин Е: γ-ЦД» 1:2 | |
Содержание витамина Е в комплексе, % | 24 | 10 | 23 | 10 |
Влажность полученного комплекса, % | 7 | 10 | 8 | 12 |
Для определения стабильности комплексов при хранении полученные комплексы хранили при комнатной температуре в герметичной емкости в течение недели. По истечении срока определяли остаточное содержание витамина в комплексе вышеописанным методом. Результаты представлены на рис.4.
Рис.4. Стабильность комплексов витамин Е/ЦД при комнатной температуре.
Из диаграммы очевидно, что наиболее стабильным является комплекс витамина Е с γ-ЦД в соотношении 1:2.
Таким образом, в результате исследований был подобран наиболее эффективный метод получения порошкообразной формы витамина Е в виде комплекса включения с β- и γ-ЦД с молярным соотношением витамина Е к ЦД 1:1 и 1:2. Показано, что наиболее стабильным является комплекс витамина Е с γ-ЦД, полученный в соотношении витамин Е:γ-ЦД 1:2.
Литературные ссылки
1. Абелян : Получение и применение. - Ереван: Изд. Дом «Ван-Арьян», 200с.
, Пальм циклодекстринов в биотехнологии и пищевой промышленности. // Итоги науки и техники, сер. Микробиология. Т. 21. Ч. II., 1988. – с. 128-134 Надиров и их использование в медицине и сельском хозяйстве. – М.: Наука, 1991. – с. с. 10, 196. Нечаев химия: Учебник для студентов вузов, обучающихся по направлениям: 552400 'Технология продуктов питания. - СПб.: ГИОРД, 200с. , Громова и микроэлементы, - М.: «Алев-В», 2003. – с. с.227-228. Joshua A. Bomser, Jayme E. Glamm, Mark L. Failla. Xanthophylls and α – Tocopherol decrease UVB-induced lipid peroxidation and stress signaling in human lens epithelial cells. Biochemical and Molecular Actions of Nutrients, 34, 4 (август 30), 2004. – р. p. . Szejtli J. Past, present, and future of cyclodextrin research. Pure Appl. Chem., Vol. 76, No. 10, 2004. – p. p. 1825–1845. Szejtli J. The cyclodextrins and their application in biotechnology. // Carbohydrate Polymers. 12, 1990. – 375 р.