Формирование и физико-химические свойства гомогенных альгинатных гелей

• Автор: Постнова, Ирина Васильевна
• Шифр специальности: 02.00.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Владивосток
• Количество страниц: 146 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР.

1.1. Альгинаты.

1.1.1. Источники, структура, физикохимичсскис свойства.

1.1.2. Гелеобразование, методы получения альгинатных гелей

А. Гелеобразование

Б. Методы получения гелей.

1.2. Реология материалов

1.2.1. Основные понятия и законы реологии. Механические

модели деформируемых систем

1.2.2. Реологические свойства гелей альгината
1.3. Полиэлектролитные комплексы
1.3.1. Фазовое поведение смесей полимеров
1.3.2. Основные понятия в теории ПЭК.
1.3.3. ПЭК природных полисахаридов, исследованных
в диссертации
А. Альгинат натрия
Б. Водорастворимые производные целлюлозы
ГЛАВА 2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДИКИ ЭКСПЕРИМЕНТА.
2.1. Материалы
2.2. Приготовление растворов и гелей
2.2.1. Приготовление растворов и смесей полисахаридов
2.2.2. Получение гелей альгината.
. Метод внутреннего желирования i i
Б. Метод электродиализа.
. Метод диализа
2.3. Методы исследований
2.3.1. Определение блочного состава альгинатов.
2.3.2. Определение содержание кальция в гелях методом атомной абсорбционной спектроскопии
2.3.3. Определение вязкости растворов и молекулярной массы альгината натрия методом вискозиметрии.
2.3.4. Реологические измерения
2.3.5. Определение конформации макромолекул альгината
с помощью атомной силовой микроскопии.
ГЛАВА 3. ФОРМИРОВАНИЕ АЛЬГИНАТНЫХ ГЕЛЕЙ МЕТОДОМ
ВНУТРЕННЕГО ЖЕЛИРОВАНИЯ.
3.1. Кинетика процессов
3.2. Реолотческие свойства гелей.
3.3. Роль компонентов системы в гелеобразовании
3.3.1. Альгинат.
3.3.2. Карбонат кальция.
3.3.3. Оглюконо5лактон.
3.4. Диаграмма псевдофазового состояния
ГЛАВА 4. АЛЬГИНАТНЫЕ ГЕЛИ, ПОЛУЧЕННЫЕ МЕТОДАМИ
ДИАЛИЗА И ЭЛЕКТРОДИАЛИЗА
4.1. Характеристика методов
4.2. Факторы, влияющие на свойства гелей, полученных диализом
и электродиализом
4.2.1. Содержание кальция.
4.2.2. Концентрация альгината натрия
4.2.3. Продолжительность процессов
4.2.4. Плотность тока
ГЛАВА. 5. ПОЛИЭЛЕКТРОЛИТНЫЕ КОМПЛЕКСЫ НА ОСНОВЕ
АЛЬГИНАТОВ НАТРИЯ И КАТИОННЫХ ПРОИЗВОДНЫХ ГИДРООКСИЭТИЛЦЕЛЛЮЛОЗЫ
5.1. Влияние характеристик катГОЭЦ на фазовое поведение и реологические свойства смесей с Альг
5.1.1. Роль плотности заряда макромолекулы.
5.1.2. Смеси Альг с катГОЭЦ с различными степенью
замещения и молекулярной массой.
5.1.3. Смеси альгината Альг с катГФ ГОЭЦ.
5.1.4. Концентрационные зависимости.
5.2. Влияние структуры альгината на формирование
и свойства ПЭК
5.2.1. Фазовое поведение смесей альгинатов с ГОЭЦ
и катГОЭЦ
5.2.2. Реологические свойства.
5.2.3. Изучение конформации цепей альгинатов с помощью
атомной силовой микроскопии.
5.2.4. Молекулярная модель формирования водорастворимых комплексов на основе альгината натрия и катГОЭЦ.
5.3. Роль ПЭК в формировании альгинатных гелей по методу внутреннего желирования
5.3.1. Синерсзис и реологические свойства.
5.3.2. Молекулярная модель
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ


Он существенно зависит от вида и возраста растений, района произрастания, а также от времени года и климатических условий 7. Выделение альгиновых кислот из водорослей основано на различной растворимости ее солей. Вначале из биомассы разбавленной минеральной кислотой экстрагируют двухвалентные катионы и сопутствующие водорастворимые полисахариды, а затем Шелочным раствором извлекают альгиновые кислоты. Они осаждаются из раствора этанолом, подкислением или переводом в кальциевую соль. Разные методы выделения, основанные на использовании различных реагентов и включающие разное число переосаждений, дают расходящиеся результаты по содержанию полисахарида в одном и том же исходном образце водоросли 6, 8. Ежегодно в мире производится и потребляется до тысяч тонн альгиновой кислоты. Альгинаты относятся к числу возобновляемых ресурсов. Тем не менее, они ограничены по своему потенциалу изза медленного роста водорослевых культур и увеличения темпов их потребления. В последнее время в качестве альтернативного источника производства альгинатов рассматриваются бактерии, основные типы которых были указаны выше 4, 9. Кислота и ее производные нашли широкое применение в пищевой, медицинской, текстильной, винодельческой и парфюмернокосметической промышленности. Многочисленные токсикологические исследования, проведенные в мире в х годах, подтвердили безвредность альгинатов и возможность их использования в качестве пищевых добавок. При этом установлены допустимые для человека дозы альгината натрия, которые составили до мгкг веса тела в сутки. Альгиновые кислоты являются анионными полисахаридами, молекулы которых представляют собой линейные блоксополимеры остатков двух уроновых кислот. Н и СЯМРспектроскопни 5, , альгиновые кислоты построены из остатков РОманнуроновой М и аЬгулуроновой в кислот, находящихся в пиранозной форме и соединенных 1 4 гликозидными связями рис. Рис. Строение альгиновой кислоты. Образцы альгинатов из разных источников обычно отличаются соотношением мономеров Мв, а также их распределением вдоль полимерной цепи, чем и обуславливается разнообразие полисахарида в природе. Показано 5, что распределение мономеров в молекулах альгиновой кислоты и ее солей носит блочный характер, причем имеются блоки из остатков только рОманнуроновой или аЬгулуроновой кислот ММ и СОблоки, а также участки, построенные из 14связанных остатков обеих кислот с их более или менее строгим чередованием Мвблоки рис. Рис. Блочное строение альгината. Вначале биосинтеза образуются линейные полиманнуронаты. Последующая эпимеризация при атоме С5 части остатков рОманнуроновой кислоты под действием специфического фермента полиманнуронанС5эпимеразы приводит к изменению их конфигурации. По этой причине молодые ткани растений содержат в основном остатки РОманнуроновой кислоты, а количество аЬгулуроновой кислоты увеличивается в процессе развития водоросли. Установлено также, что в зрелых тканях РОманнуроновая кислота локализуется в основном в межклеточном пространстве, а аЬгулуроновая кислота в клеточных стенках бурых водорослей. Отмечены отличия в составе разных частей водоросли листовидной пластины, стволике и ризоиде. Ризоиды, например, содержат больше остатков аЬгулуроновой кислоты, чем пластины. Поэтому в альгинатах, в зависимости от сезона сбора водоросли, фазы роста культуры и темпов развития, соотношение МАЗ может варьировать в широких пределах 2, . Остатки рЭманнуроновой и аЬгулуроновой кислот при идентичности химического состава и структурной близости отличаются конформацией пиранозного цикла 5. РОманнуроновая кислота имеет конформацию 4С. По этой причине участки полисахаридной цепи из ММблоков образуют ленточную структуру за счет гликозидных диэкваториальных связей. Остатки аЬгулуроновой кислоты имеют конформацию пиранозного цикла С4 рис. При таком расположении формируется складчатая структура, напоминающая гармошку. Она стабилизирована дополнительно внутримолекулярными водородными связями, что делает ее более жесткой по сравнению с ММблоками, которые являются гибкими.