Использование азотсодержащего гиперразветвленного полимера для повышения антиоксидантной активности меланинов чаги

Г. А. Иванова, Л. Ю. Докторова, М. А. Сысоева,

Г. А. Кутырев

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ АЗОТСОДЕРЖАЩЕГО ГИПЕРРАЗВЕТВЛЕННОГО ПОЛИМЕРА ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ АНТИОКСИДАНТНОЙ АКТИВНОСТИ МЕЛАНИНОВ ЧАГИ

Ключевые слова: гиперразветвленный полимер, антиоксидантная активность, меланин.

Проведена обработка водных извлечений чаги водными растворами гиперразветвленных полимеров. Показано, что обработка влияет на размер частиц меланина и повышает их антиоксидантную активность.

Keywords: hyperbranched polymer, antioxidant activity, melanin.

Processing of water extraction ^aga carried by water solutions of the hyperbranched polymers. It was shown that processing influences for size ofparticles of melanin and increases antioxidant activity melanins of chaga.

Введение

Березовый трутовик чага издавна считался универсальным средством для лечения и профилактики злокачественных новообразований ЖКТ, а также для улучшения общего состояния организма. В современном мире наблюдается тенденция поиска новых источников биологически активных веществ растительного происхождения. Чага считается перспективным источником таких БАВ. В медицинских целях обычно используются водные извлечения гриба и препараты на их основе. Водные извлечения чаги представляют собой полидисперсную коллоидную систему. Дисперсной фазой является меланин чаги, который и определяет основные терапевтические свойства гриба, а именно антиоксидантные, противомикробные, гепатопротекторные и др. Водные извлечения и меланин чаги обладают высокой антиоксидантной активностью (АОА): 2,5 - 7 Кл/мл (водные извлечения) и 32-37 кКл/100 г (меланины). Поскольку повышение АОА является перспективной задачей, поэтому актуален поиск путей ее реализации. Одним из способов повышения АОА как водных извлечений, так и меланинов чаги является обработка водных извлечений чаги растворами гтперразветвленных полимеров (ГРП) [1].

Ранее [1,2] проведены исследования взаимодействия ГРП марки БоИот Н30 и Н40 с водными экстрактами чаги. Введение ГРП в экстрагент при проведении экстракции сырья чаги не приводит к стабильному повышению АОА извлечений и меланинов чаги. При введении ГРП непосредственно в водные извлечения из чаги, АОА водных извлечений чаги и меланинов, выделенных из них, повышается в 3-4 раза. Нестабильное изменение АОА меланинов и водных извлечений скорее всего связано с нерегулярным строением молекул ГРП. Эту проблему можно решить путем использования гипер-разветвленных полимеров со стереорегулярной структурой - дендримеров. Наиболее изученным дендримером в настоящее время является ПАМАМ (полиамидоамин). Полиамидоамины используются в промышленности для адресной доставки лекарственных препаратов к пораженным клеткам, позволяющей медикаментам воздействовать только на больные органы, избегая здоровые, которым эти лекарства могут нанести вред. Так, лучевая терапия

и химиотерапевтическое лечение, уничтожая больные клетки, губят и здоровые. В настоящее время активно разрабатываются лекарственные средства на основе ПАМАМ. Однако на сегодняшний день полимер является сложносинтезируемым и дорогостоящим соединением. Для прогнозирования возможного влияния ПАМАМ на водные извлечения и меланин чаги с целью повышения АОА использован аминомодифицированный ГРП, условно названный ГРП-ЫН2. Данный полимер синтезирован на основе полимера БоИот Н20 и содержит периферические аминогруппы, что делает его схожим с дендримером ПАМАМ.

Целью данного исследования является использование наноразмерного гиперразветвленного полимера для изменения физико-химических свойств водных извлечений из чаги и получения меланинов, обладающих высокой антиоксидантной активностью.

Экспериментальная часть

В работе использовали сырье, приобретенное в аптечной сети производства ОАО «Красно-горсклексредства», Моск. обл., Красногорск, ул. Ленина, 25, партия 1 0210. Водные извлечения получали согласно [1]. Выделение меланина чаги из водных и обработанных ГРП водных извлечений чаги проводили подкислением 25%-ной соляной кислотой до рН 1-2 [4]. Антиоксидантную активность определяли методом кулонометрического титрования электрогенерированным бромом [5, 6]. В работе использовали гиперразветвленный аминомодифицированный полимер (ГРП-ЫН2), синтезированный на кафедре ТПКиМ Казанского государственного технологического университета. Обработку водных извлечений чаги проводили согласно [7]. Автокорреляционные функции флуктуаций интенсивности рассеянного света измеряли при помощи 72-канального коррелометра «ФотоКорр-М» и анализировали с использованием метода кумулянтов и программы БупаЬ8, позволяющей оценить распределение агрегатов по размерам [8].

Обсуждение результатов

Если рассматривать реакционную способность ГРП-ЫН2 схожей с ПАМАМ, то должно на-

блюдаться ее увеличение в кислой среде и постепенное снижение при переходе из области нейтрального значения рН в щелочную среду. Это может повлиять на дисперсионную среду водного извлечения чаги и устойчивость ее дисперсной фазы (меланина), что, в свою очередь, может привести к изменению АОА меланина чаги. Действительно, при снижении рН водного извлечения чаги, обработанного ГРП-ЫН2 от 8,5 до 3, АОА меланинов возрастает в 2,8 раза. При этом с увеличением рН водного извлечения чаги происходит снижение концентрации ГРП-ЫН2, приводящее к увеличению АОА меланинов с 0,496* 10-3 мкмоль/л в кислой среде к

0,496*10-15 мкмоль/л - в щелочной.

АОА меланинов, выделенных из водных извлечений чаги и обработанных ГРП-ЫН2, с рН=3 увеличивается по сравнению с аналогичными, имеющими рН 5,5, 7, 8,5, что может свидетельствовать об изменении реакционной способности ГРП-КН2. Для объяснения полученной зависимости были определены размеры ассоциатов ГРП-ЫН2 при разных значениях рН в водной среде.

Известно, что молекула ГРП имеет размеры 2-3 нм. В растворах молекулы ГРП всегда образуют ассоциаты. Эти ассоциаты могут сильно отличаться по размерам в зависимости от рН среды и ее компонентного состава. Согласно литературным данным (таблица 1) ассоциаты ГРП БоИот третьего и четвертого поколений при снижении рН среды уменьшаются в размерах [3].

Таблица 1 - Размеры частиц ГРП-КИ2 в концентрации 0,496*10-3 мкмоль/л при различном рН водной среды

ГРП рН Размер частиц, нм Процентное содержание

ГРП- КН2 3 30 29

БоИот Н30* 4,8 32 -

ГРП- КН2 5,5 55 18

БоИот Н30* 5,6 72 -

ГРП- КН2 8,5 10 287 10 1

* Литературные данные.

Полученные результаты ФКС (фотон-корреляционной спектроскопии) показали, что размеры ассоциатов ГРП-ЫН2 при снижении рН водной среды уменьшаются аналогично ассоциатам ГРП БоИот Н30. С увеличением рН среды до 8,5 происходит образование очень крупных ассоциатов ГРП-КН2 радиусом 287 нм, но в то же время присутствуют более мелкие частицы с радиусом 10 нм, однако общее количество частиц в растворе становится меньше, что снижает их реакционную способность.

Можно полагать, что ГРП-ЫН2 ведет себя в большей степени как БоИот Н30, чем как ПАМАМ, у которого при низких значениях рН наблюдается образование полостей и вытягивание молекулы. Это понятно, если учесть, что ГРП-ЫН2 и Бокот относятся к единой структурной системе - гиперразветв-ленные полиэфиры и отличаются лишь природой терминальных функциональных групп ( КН2 и ОН группы, соответственно). ПАМАМ является гипер-разветвленным полиамидом и поэтому его поведение в кислой среде будет существенно иным.

Следует отметить, что АОА меланинов полученных из водных извлечений с рН=3 с применением ГРП-ЫН2 в 1,4 раза выше АОА меланинов выделенных после обработки водных извлечений чаги БоИот Н30. Увеличение АОА меланинов выделенных из водных извлечений после обработки ГРП-КН2 (АОА= до 87 кКл/100 г) по сравнению с обработкой БоИот Н30 (АОА=64 кКл/100 г) может быть связано с наличием на его поверхности более нуклеофильных и реакционноспособных КН2 групп. Наличие аминогрупп в молекуле ГРП-ЫН2, а также уменьшение размеров их ассоциатов при снижении рН, (последнее может быть связано с протонированием аминогрупп и образованием поликатиона), способствует большему воздействию полимера на дисперсионную среду водного извлечения чаги по сравнению с БоИот Н30.

Введение ГРП-ЫН2 в водное извлечение чаги приводит к перестройке дисперсной фазы за счет процессов агрегации и дезагрегации частиц, связанных с изменением дисперсионной среды, что подтверждено результатами ФКС.

Таблица 2- Размеры частиц меланина, выделенных из водных извлечений чаги осаждением хлористоводородной кислотой

Водное извлечение рН Размер частиц, нм Процентное содержание

- 3 5 15,0

95 18,5

+ГРП-]ЧН2 3 19 23,8

110 31,5

- 5,5 12 6,9

175 38,8

+ГРП-]ЧН2 5,5 3 4,9

79 54,8

Как показано в таблице 2 исходная нативная коллоидная система водного извлечения чаги с рН=5,5 содержит частицы радиусом 12 нм и 175 нм. Введение ГРП-ЫН2 в коллоидную систему водного извлечения при рН=5,5 способствует заметному уменьшению размеров частиц по сравнению с исходным водным извлечением. При этом АОА меланина возрастает в 1,5 раза.

Снижение рН водного извлечения до 3 приводит к уменьшению размеров частиц меланина почти в 2 раза и повышению его АОА в 1,2 раза. Введение ГРП-ЫН2 и последующее изменение рН среды водного извлечения до 3 приводит к умень-

шению размеров крупных ассоциатов на 30 нм, а более мелких почти в 4 раза, при этом АОА меланина повышается в 2,8 раза. Это хорошо согласуется с литературными данными, где повышение АОА меланинов при использовании Бокот Н30 происходит как при уменьшении размеров частиц меланинов, так и при их увеличении.

При обработке растворами ГРП водных извлечений из чаги с рН=3 АОА меланинов, выделенных из них, повышается в 2,5 раза.

Заключение

Сравнение литературных данных, в которых исследовалось влияние ГРП 3 и 4 поколений марки Бокот на АОА водных извлечений и меланинов чаги, с результатами, полученными при использовании ГРП-ЫН2, показали большую эффективность применения ГРП-ЫН2 для увеличения АОА меланинов по сравнению с БоИот Н30 ( в 1,5 раза). Однако, поскольку ГРП-ЫН2 относится к ГРП второй генерации, возможно, что увеличение числа функциональных МН2 - групп в молекуле ГРП более высоких генераций для обработки водных извлечений из чаги может привести к еще большему увеличению АОА как самих водных извлечений, так и меланинов чаги.

Литература

1. Сысоева М. А.. Повышение антиоксидантной активности водных извлечений и меланинов I. Обработка водных извлечений чаги водными растворами гиперраз-ветвленных полимеров / М. А. Сысоева, Г. А. Иванова, В. С. Гамаюрова, Г. К. Зиятдинова, Г. К. Будников, Л. Я. Захарова, М. А. Воронин // Химия растительного сырья, 2010, №2. С. 105-108.

2. Сысоева М. А. Влияние гидрофобной компоненты меланинов чаги на их структуру и антиоксидантную активность / М. А. Сысоева, Г. А. Иванова, Л. Я. Захарова

// Вестник Казан. технол. ун-та. - 2010. - №9. - С. 595601.

3. Иванова Г. А. Влияние гиперразветвленных полимеров на антиоксидантную активность водных извлечений и меланинов чаги: автореф. дис. на соиск. уч. степ. канд. хим. наук / Г. А. Иванова. - Казань, 2011. - 18 с.

4. 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 Казан. технол. ун-та. 2003. №2. С. 172-179.

5. Сысоева М.А., Кузнецова О.Ю., Гамаюрова В.С., Суханов П.П., Зиятдинова Г.К., Будников Г.К. Исследование золя водных извлечений чаги. IV. Антиоксидантная активность. Влияние способа извлечения и применение комплексонов, гидроокиси натрия // Химия растительного сырья. 2005. №1. С. 41-47.

6. Абдуллин И.Ф., Турова Е.Н., Будников Г.К. Электроге-нерированный бром - реагент для определения антиок-сидантной способности соков и экстрактов // Заводская лаборатория. 2002. Т. 68. №9. С. 12-15.

7. Патент РФ № 2366439. Способ получения осажденного препарата из березового гриба чага / М.А. Сысоева, Г.А. Иванова, В.С. Гамаюрова, Г.А. Кутырев. 10.09.2009.

8. Сысоева М.А., Хабибрахманова В.Р., Гамаюрова В.С., Кудрявцева Л.А. Исследование золя водных извлечений чаги. IX. Определение размеров частиц дисперсной фазы золя извлечений из чаги // Химия растительного сырья. 2008. №2. С. 75-80.

Работа выполнена на оборудовании ЦКП «Наноматериалы и нанотехнологии» при финансовой поддержке Министерства образования и науки Российской Федерации в рамках целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007-2013 годы» по госкон-тракту № 01201252915 от 28.02.2012 г.

© Г. А. Иванова - асп. каф. пищевой биотехнологии КНИТУ; Л. Ю. Докторова - сотр. КНИТУ; М. А. Сысоева -д-р хим. наук, проф., зав. каф. пищевой биотехнологии КНИТУ, Maska_M@KSTU.ru; Г. А. Кутырев - проф. каф. технологии переработки полимеров и композиционных материалов КНИТУ.