Трава растений зачастую обладает большим содержанием пектиновых веществ. Благодаря хорошей биодоступности природных полимеров, выделенных из растительного сырья, все больше исследований посвящено изучению их физико-химических свойств. Результаты таких исследований позволяют оценить возможности использования биополимеров и выбрать оптимальный технологический процесс.

Пектиновые вещества из трех сортов Космеи дваждыперистой (Cosmos bipinnatus Cav.) получали по методу Кочеткова [1].

Целью настоящего исследования явилось изучение поверхностных свойств водорастворимых пектиновых веществ на границе раздела фаз «раствор-воздух».

В ходе эксперимента из 1% водных растворов ПВ готовили серию разбавлений с концентрацией от 0,1% до 1%. Величину коэффициента поверхностного натяжения измеряли по методу отрыва капель (сталагмометрически). Капли образуются при вытекании из трубки очень малого диаметра под действием силы   тяжести   и   поверхностного   натяжения.   Из   вертикально   поставленной   трубки   с узким кап и лляр ным отверстием медленно вытекает жидкость и на  конце трубки образуется постепенно нарастающая по величине капля. Увеличиваясь в размере, эта капля отрывается тогда, когда ее вес становится равным сопротивлению разрыва поверхностной пленки, поддерживающей каплю.

Величину поверхностного натяжения (σ x) рассчитывали по уравнению:

где σx, σ0 – поверхностное натяжение раствора и дистиллированной воды (Н/м);

n₀, nx, – количество капель дистиллированной воды и раствора.

Зависимость между изменением свободной поверхностной энергии и концентрацией вещества в поверхностном слое выражена уравнением Гиббса:

где Г – поверхностный избыток адсорбированного вещества;

-∆σ/∆C – поверхностная активность;

R – газовая постоянная  (8,31103 Дж/кмоль*К);

T – абсолютная температура.

Результаты представлены в таблице 1,2 и 3.

 

Таблица 1 – Параметры поверхностных свойств ПВ, полученных из Космеи дваждыперистой сорта «Purity»

С, %	С*105, кмоль/м3	σ*103, Н/м	-∆σ*10-3, Н/м	Г*109 кмоль/м2	Г∞*109	S, A2	l, A	V, A3	М, г/моль
0		72,75			33,3	5	3726,3	18631,5	10071
0,1	9,93	72,75	-	-
0,2	19,8	70,4	2,35	1,93
0,4	39,7	70,4	2,35	1,93
0,6	59,6	68,2	4,55	3,37
0,8	79,4	64,2	8,55	7,01

 

Таблица 2 – Параметры поверхностных свойств ПВ, полученных из Космеи дваждыперистой сорта «Rosea»

С, %	С*105, кмоль/м3	σ*103, Н/м	-∆σ*10-3, Н/м	Г*10 9 кмоль/м2	Г∞* 109	S, A2	l, A	V, A3	М, г/моль
0		72,75			5	33	1200,66	37836,24	21612,24
0,2	9,25	72,75	-	-
0,4	18,5	71,13	1,62	1,317
0,6	28	70,5	2,25	1,845
0,8	37	68,3	4,45	3,65
1	46	66,3	6,45	5,3

 

Таблица 3 – Параметры поверхностных свойств ПВ, полученных из Космеи дваждыперистой сорта «Dazzler»

 

С, %	С*105, кмоль/м3	σ*103, Н/м	-∆σ*10-3, Н/м	Г*109 кмоль/м2	Г∞* 109	S, A2	l, A	V, A3	М, г/моль
0		72,75			25	6,61	3809,72	25182,25	13715
0,1	7,3	72,75	-	-
0,2	15	72,75	-	-
0,4	29	72,75	-	-
0,6	44	68,3	4,45	3,65
0,8	58	66,3	6,45	5,3
1	7,3	64,4	8,35	6,85

Учитывая, что на границе раствор-воздух поверхностный слой ПАВ является мономолекулярным, определяли величину предельного поверхностного избытка (Г∞).

Построив график зависимости 1/Г от 1/С, по величине отрезка, отсекаемого прямой на оси ординат, определили 1/Г∞. (рис.1)

Рисунок 1 – Зависимость 1/Г от 1/С для водных растворов ПВ сорта «Purity»

Найденные величины предельного поверхностного избытка для пектиновых веществ сортов «Purity», «Rosea», «Dazzler» соответственно равны 33,3 , 5 и 25 кмоль/м2.

Пользуясь представлениями о плотной упаковке молекул в монослое при предельной адсорбции (Г∞), вычислили площадь, занимаемую одной молекулой (S), толщину(l) и объем поверхностного слоя(V).

где Г∞ – предельный поверхностный избыток;

NA – число Авогадро.

где M – молекулярная масса ПВ; ρ – плотность воды.

Объем поверхностного слоя вычисляли по формуле.

Результаты, представлены в таблицах 1-3. Наибольший объем в поверхностном слое занимают молекулы пектиновых веществ, полученных из Космеи дваждыперистой сорта «Rosea», что в два раза больше пектиновых веществ из сорта «Purity». Такое же соотношение отмечено и в отношении величин средней молярной массы веществ, определенных нами ранее вискозиметрическим методом. Их величины составили для пектиновых веществ сорта «Purity» - 10071, «Rosea» - 21612, «Dazzler» - 13713  (таблица 4).

По изотерме поверхностного натяжения (рис. 2) определяли поверхностную активность (g). Ее величину находили по тангенсу угла, образованного касательной, проведенной к изотерме поверхностного натяжения при С → 0. Тогда :

Таблица  4.  Соотношение  физико-химических   параметров  между пектиновыми   веществами, выделенными из Космеи дваждыперистой разных сортов.

Сорт

М, молярная масса

V, объем поверхностного слоя

g*103, поверхностная активность

*109, Предельный поверхностный избыток

«Purity»	10071	18631	13,67	33,3
«Dazzler»	13713	25182	8,19	25
«Rosea»	21612	39621	6,18	5

 

Рисунок 2 – Изотерма поверхностного натяжения водных растворов пектиновых веществ, выделенных из травы Коcмеи дваждыперистой сорта «Rosea».

Результаты показали, что ПВ, выделенные из травы трех сортов Космеи дваждыперистой относятся к группе поверхностно-активных веществ. Благодаря немалому поперечному сечению молекулы (S) и высокой средней молярной массе, молекулы занимают большой объем на поверхности раздела фаз, что сказывается на величине поверхностной активности.

Полученные  расчёты  позволяют  сделать  вывод  о  том,  что  пектиновые  вещества  Космеи дваждыперистой разных сортов по величине поверхностной активности можно расположить в ряд: Сорт«Purity» (13,64*10-3)>Сорт«Dazzler» (8,19*10-3)>Сорт«Rosea» (6,18*10-3).

Отмечена также определенная корреляция между поверхностной активностью, молекулярной массой, объемом поверхностного слоя предельным поверхностным избытком молекул биополимеров пектиновых веществ (табл.4).

Чем меньше молярная масса, объем молекул в поверхностном слое, но больше предельный поверхностный избыток, тем больше способность пектиновых веществ снижать поверхностное натяжение растворителя. Возможно и биологическая активность у пектиновых веществ Космеи дваждыперистой сорта «Purity» окажется выше, что требует дальнейших исследований.

 

Выводы:

1.                   Установлено наличие поверхностно-активных свойств у пектиновых веществ, выделенных из травы Космеи дваждыперистой разных сортов;

2.                   Определены величины: поверхностного натяжения, размеры молекул пектиновых веществ в поверхностном слое, поверхностная активность;

3.                   Отмечена определенная корреляция между найденными величинами;

4.                   Показано, что наибольшей способностью  к снижению поверхностного натяжения растворителя обладают молекулы пектиновых веществ из Космеи дваждыперистой сорта «Purity».

Список литературы

 

1.                     Карпович, Н.С. Пектин. Производство и применение. / Н.С. Карпович, Л.В. Донченко. – Киев: Урожай, 1989. – 88 с.

2.                   Щукин, Е.Д. Коллоидная химия. / Е.Д. Щукин, А.В. Перцев, А.Е. Амалис. – М.: Высш. шк.,2006. – 444 с.

3.                   Абрамсон, А.А. Поверхностно-активные вещества. Свойства и применение / А.А. Абрамсон. – Л.: Химия, 1981. – 304 с.

4.                   Мыкоц, Л.П. Определение параметров адсорбционного слоя, образованного природным высокомолекулярным соединением на границе раздела фаз «раствор-воздух» / Л.П. Мыкоц, Н.Н. Богдашев, З.М. Нерсесян, Т.А. Савельева // Разработка, исследование и маркетинг новой фармацевтической продукции: Сб. науч. тр. – Пятигорск, 2009. – Вып. 64. – С. 194-196

5.                   Цветков, В.Н. Структура макромолекул в растворах / В.Н. Цветков, В.Е. Эскин, С.Я. Френкель. – М.: Наука, 1964. – 720 с.