Высокодисперсные коллоидные системы и меланины чаги

Это позволяет предположить, что структурно-конформационный состав полимерной компоненты системы 2 представляет собой суперпозицию структурно-конформационных особенностей полимерных компонент систем 1 и 3. С увеличением температуры, как правило, происходит гомогенизация системы по молекулярной подвижности и, соответственно, падает величина ?. Но судя по рисунку 5, до температуры 50 ?С у системы 2 и 3 и до 60?70 ?С у системы 1 ширина спектра времен корреляции ? возрастает, что можно объяснить ростом объема межмолекулярных взаимодействий в коллоидной системе, например, вследствие набухания полимерной компоненты.

Этот процесс протекает наиболее интенсивно в системе 2 и наименее эффективен для системы 3. Однако процесс гомогенизации в водных извлечениях по молекулярной подвижности наиболее легко протекает для системы 3 и с максимальными энергетическими затратами для системы 1 (рисунок 5). По эффективности процесса набухания полимерной компоненты (по объему и энергетическим затратам), по параметру однородности и молекулярной подвижности дисперсной фазы исследуемые системы можно расположить в следующем порядке: 1 < 3 << 2. Эта зависимость количественных характеристик водных извлечений и молекулярной подвижности дисперсной фазы ? при использовании различных способов получения водных извлечений приведена на схеме рисунка 6.

Способ получения водного извлечения

Рисунок 6 Схема изменения молекулярной подвижности дисперсной фазы ?=Т

/Т

Рисунок 7 Температурная зависимость параметров спин-спиновой релаксации меланинов водных извлечений чаги.

а) времена релаксации линии ЯМР Лоренцевой формы: 1 – механическое перемешивание; 2 – ремацерация; 3 – реперколяция; 4 – Т

время релаксации длинной компоненты; 5 – Т

время релаксации короткой компоненты 6 – Т

время релаксации длинной компонент; 7 – Т

время релаксации короткой компоненты.

б) населенности соответствующих компонент ССИ: 1 – короткая компонента ССИ (Р

); 2 – длинная компонента ССИ (Р

); 3 – короткая компонента ССИ; 4 – длинная компонента ССИ.

Наблюдаемая корреляция релаксационных параметров водных извлечений показывает, что мы имеем дело с изменением конформационной структуры полимеров меланина, а не с особенностями механизмов релаксации, обусловленных присутствием жидкофазной компоненты в анализируемых коллоидных системах (рисунок 6).

Проведены исследования меланинов в твердом состоянии, которые выделены из водных извлечений. Меланин, выделенный из водного извлечения, полученного реперколяцией, обозначен как образец 1, ремацерацией – как образец 2 и с помощью перемешивания – как образец 3. Параметры релаксации, у образца 2, как и в дисперсионной среде, представляют собой некую среднюю величину по сравнению с аналогичными параметрами образцов 1 и 3 (рисунок 7).

При этом только у образца 2 в области повышенных температур не наблюдается расслоения по молекулярной подвижности. Подобное расслоение для образцов 1 и 3 свидетельствует о значительно более широком распределении в них полимерной компоненты по молекулярной массе или составу.

Анализ колодных систем, на основании рисунка 5, позволяет заключить, что колодная система водного извлечения, полученного ремацерацией, характеризуется относительной легкостью набухания в воде (гидрофильностью), а результаты, приведенные на рисунке 7, позволяют отметить, что меланин в ней имеет одновременно – максимально плотную и/или однородную упаковку индивидуальных полимерных цепей. Это может быть связано с большим вкладом однородных высокомолекулярных линейных фрагментов в полимерную структуру меланина, а также подразумевает возможность формирования значительного числа жесткоцепных упорядоченных фрагментов в его составе. Хотя строгого отнесения полимеров, входящих в состав меланина и вносящих вклад в формирование его структуры, по проведенным исследованиям сделать невозможно, но хочется напомнить об основных полимерах, входящих в состав всех меланинов, в том числе и меланина чаги, – это полисхариды и белки. Согласно полученным данным, можно заключить, что образуемая в составе водного извлечения макромолекулярная структура меланина обусловлена его состоянием в золе водного извлечения и зависит от способа получения золя. [162,169,170].

Согласно релаксационным характеристикам, сырьё чаги по молекулярной подвижности имеет двухкомпонентную структуру (таблица 1) [171]. Обе компоненты соответствуют жесткоцепным полимерным формам, однако имеют существенные различия. Длинная компонента, описываемая временем спин-спиновой релаксации Т

, отвечает за состояние менее упорядоченной протонсодержащей структурной компоненты. Короткое время Т

характеризует состояние более упорядоченной компоненты. Во всех исследованных партиях сырья более жесткая компонента составляет около двух третей (в среднем 66 %) от общего количества протонсодержащего вещества, а менее жесткая компонента с более развитым молекулярным движением – приблизительно одну треть общего объема (в среднем 34 %). Качественно аналогичная картина наблюдается у всех меланинов (таблица 1). Принято считать, что основу меланина составляет трехмерный полимер нерегулярного строения, имеющий в своем составе остатки сиреневой, параоксибензойной, ванилиновой, галловой и протокатеховой кислот и их производных [43, 44, 147], в его состав еще входят белки [172] и полисахариды [173,174]. Следовательно, этот метод исследования также ставит под сомнение существование в меланине трехмерного полимера нерегулярного строения.

Таблица 1 Параметры ЯМР релаксации сырья и выделенного из него меланина

Наличие в сырье и в составе меланина полимерных структур, отличающихся по своей структурной организации, могут быть различно связаны или ассоциированы в этих объектах исследования. Обе жесткоцепные полимерные формы присутствуют как в сырье, так и в меланине [168, 171]. Длинные времена Т

в меланине в среднем существенно ниже, чем в исходном сырье, при этом в меланине заметно возрастает средняя доля полимеров с менее упорядоченной протонсодержащей структурой. Эти данные хорошо согласуются с изменением упаковки компонентов в меланине по сравнению с их упаковкой в сырье, поскольку меланин в дисперсионной среде извлечения будет несколко изменяться под её воздействием (образование двойного электриеского слоя, изменение заряда частицы ит.п.).

Таблица 2 Разница в населенностях длинной компоненты ССИ у меланина и исходного сырья общего происхождения

Наибольшие различия в количестве и качестве более подвижной компоненты в меланине по сравнению с чагой, из которой он был выделен, наблюдаются для партий сырья III, IV (таблице 2) [171]. Наименьшим изменениям подвергается меланин (при проведении экстракции и выделении) из партии сырья VIII. Промежуточное положение занимают меланины, полученные из V, VI и VII партий сырья.

Согласно данным о зольности водных извлечений (таблица 3), наблюдается хорошая корреляция обсуждаемых параметров с зольностью водных извлечений и содержанием в них полисахаридов. Водные извлечения, полученные из V, VI и VII партий сырья, имеют самое высокое содержание зольных элементов и полисахаридов. Более высокое содержание меланина наблюдается у извлечения, полученного из V партии сырья, причём длинная и короткая компоненты ССИ как у сырья, так и у меланнина этого образца максимальны среди исследованных партий сырья, в том числе и по сравнению с партиями сырья VI и VII.

Вероятно, поэтому выход меланина на 5-6 % выше при экстракции сырья партии V, чем из VI и VII. Водные извлечения из партий сырья III, IV имеют близкие значения зольности и количества полисахаридов. Их концентрация в извлечениях ниже по сравнению с извлечениями из партий сырья V и VI. При почти равном количестве полисахаридов и меланина в водном извлечении из партии сырья VIII, по сравнению с извлечениями из партий сырья III и IV, его зольность ниже. По всей видимости, при экстракции определенное содержание зольных элементов в извлечении способствует формированию золя и влияет на компоновку в нем меланина.

Таблица 3 Физико-химические характеристики водных извлечений чаги, полученных ремацерацией из сырья разных партий

На основании полученных результатов трудно приписать короткую и длинную компоненты к конкретному типу структурных фрагментов полимера в сырье и меланине, поскольку эти полимеры по-разному организованы в сырье, водном извлечении и меланине. В целом, состав полимерных компонентов у всех видов сырья в основном одинаков, но каждый из них отличается по степени их доступности.

Анализ углеводной компоненты водных извлечений [243,244,252-255] показывает, что содержание в них углеводов, представленных полисахаридами, также зависит от способа их получения. Максимальное содержание углеводов наблюдается в извлечениях, полученных ремацерацией (таблица 4). Анализ углеводов в фильтрате (таблица 4) показывает, что основная их часть переходит в состав меланина при его выделении хлористоводородной кислотой, вне зависимости от примененного способа экстракции.

Таблица 4 Физико-химические показатели водных извлечений чаги, полученных разными способами экстракции

Примечание: * – РЕМ – ремацерация, РЕП – реперколяция, МП – при механическом перемешивании; ** – количество углеводов, перешедшее в состав меланина при его осаждении хлористоводородной кислотой.

Интересные данные получены по высвобождению углеводной компоненты при щелочном гидролизе меланинов (температура проведения гидролиза – 80-90 ?С, концентрация гидроокиси натрия – 10 %, время проведения гидролиза 15 часов). На зависимости количества высвобождаемых из матрицы меланина углеводов от времени проведения гидролиза наблюдалось два максимума (таблица 5), что можно объяснить тем, что они по-разному интегрированы с компонентами меланина. Первый максимум (5 час) можно объяснить разрушением полисахаридов, слабо связанных с матрицей меланина или физически адсорбированных ею. Вероятно, сюда можно отнести и те полисахариды, которые были ассимилированы меланином при его осаждении.

Таблица 5 Содержание связанных углеводов полифенольного комплекса

Из данных, приведенных в таблицах 4 и 5, видно, что выделение углеводов при проведении гидролиза на первом максимуме в два – три раза выше, чем их количество, перешедшее в меланин при его выделении (таблица 4). Второй максимум, приходящийся на 11-13 часов гидролиза, характеризует более глубокую деградацию меланина и разрушение полисахаридов, более прочно связанных с его матрицей. Общее количество углеводов в меланинах, полученных разными способами экстракции, сильно отличается между собой, что указывает на различия в их строении. Cодержание углеводов в меланине, полученном реперколяцией и при перемешивании, ниже, чем в меланине, полученном ремацерацией. Это косвенно доказывает, что первые имеют более плотную структуру, более конденсированы, чем последний.

АОА водных извлечений, полученных с применением различных способов экстракции, приведена в таблице 6.

Таблица 6 Антиоксидантная активность объектов исследования, полученных разными способами экстрагирования

Примечание: * – неизвестно

Максимальное значение АОА имеет водное извлечение, полученное при механическом перемешивании. Водные извлечения, полученные методом ремацерации, обладают более высокой АОА по сравнению с водными извлечениями, полученными реперколяцией, и практически втрое превышают АОА настоя чаги. Низкое значение АОА настоя чаги, которое приведено авторами [175], можно объяснить тем, что его получали при кипячении в течение 15 минут с последующим настаиванием в течение 45 минут. Известно [57, 62], что при повышении температуры экстракции происходят глубокие, необратимые изменения меланина. Это приводит к конденсации меланина и снижении его устойчивости в растворе. Об этом свидетельствует увеличение содержания углерода и снижение количества функциональных групп.

Установлено, что описанные изменения в структуре меланина приводят к уменьшению терапевтической активности водных извлечений из чаги. Вероятно, в случае более конденсированного комплекса уменьшается количество участков комплекса, способных проявлять АОА. Самой высокой АОА должны обладать водные извлечения, полученные ремацерацией, поскольку при применении этого способа экстракции извлекается максимальное количество меланина, который считается основным действующим веществом извлечений [176]. Однако АОА у водного извлечения, полученного при механическом перемешивании, значительно выше. Вероятно, это связано с тем, что при данном способе экстрагирования происходит интенсификация процесса массопередачи и за счет изменения гидродинамических условий увеличивается скорость экстракции, так как сильно уменьшается слой неподвижной жидкости и появляются конвективные токи, способствующие переносу вещества. Похоже, за счет более быстротекущего процесса происходит извлечение в большей степени низкомолекулярных компонентов, таких например, как фенолы (п-крезол, пирокатехин, резорцин, гидрохинон, ?-нафтол), флавоноиды, относящиеся к классам флавонов, флаванонов, катехинов [8], благодаря которым может возрастать АОА водного извлечения. Вероятно, при этом способе экстрагирования происходят более глубокие структурные изменения меланина при выходе из сырья и формировании частиц в дисперсионной среде. Очевидно, с этим связано получение более плотной упаковки меланина в золе водного извлечения [169].