This site uses cookies.
Some of these cookies are essential to the operation of the site,
while others help to improve your experience by providing insights into how the site is being used.
For more information, please see the ProZ.com privacy policy.
This person has a SecurePRO™ card. Because this person is not a ProZ.com Plus subscriber, to view his or her SecurePRO™ card you must be a ProZ.com Business member or Plus subscriber.
Affiliations
This person is not affiliated with any business or Blue Board record at ProZ.com.
Russian to English: Translation of article in the field of physical chemistry Detailed field: Chemistry; Chem Sci/Eng
Source text - Russian СТАНДАРТНЫЕ ЭНТАЛЬПИИ ОБРАЗОВАНИЯ КРИСТАЛЛИЧЕСКИХ СЕРИНА И ИЗОСЕРИНА И ПРОДУКТОВ ИХ ДИССОЦИАЦИИ В ВОДНОМ РАСТВОРЕ
Измерены теплоты растворения кристаллических серина и изосерина в воде и в растворах гидроксида калия при 298.15 К прямым калориметрическим методом. Рассчитаны стандартные энтальпии образования аминокислот и продуктов их диссоциации в водном растворе.
Ключевые слова: теплоты растворения, кристаллические серин и изосе-рин, энтальпии образования, диссоциация.
Потребность в термохимических данных биологически важных соединений, в частности аминокислот, велика. Однако экспериментальные работы по определению их термодинамических свойств немногочисленны. Важная проблема для понимания особенностей структуры биомолекул – проявление ими хиральных свойств. В течение длительного времени считали, что оптическая активность белков обусловлена наличием в большинстве аминокислот асимметрического атома углерода в α-положении. Хиральные различия проявляются на многих физико-химических свойствах: теплоемкости Ср, энтальпиях сгорания и образования, энтальпиях растворения solH, растворимости [1]. Величины рК оптически “чистых” пептидов (LL, DD) значительно отличаются от этих величин оптически “смешанных” (LD, DL) [2].
Цель настоящей работы – определение стандартных энтальпий образования L-серина и изосерина и продуктов их диссоциации в водном растворе по тепловым эффектам растворения аминокислот в воде и в водных растворах КОН при 298.15 К.
Translation - English Standard Enthalpies of Formations of Crystalline Serine and Isoserine and Their Dissociation Products in Aqueous Solution
@Abstract@---The heats of solution of crystalline serine and isoserine in water and potassium hydroxide solutions were measured by direct calorimetry at 298.15 K. The standard enthalpies of formations of amino acids and products of their dissociation in aqueous solution were calculated.
Keywords: heat of solution, crystalline serine and isoserine, enthalpy of formation, dissociation.
The demand for thermochemical data on biologically important compounds, in particular, amino acids, is high. However, there are few experimental works on determination of their thermodynamic properties. The chiral properties of amino acids constitute an important problem for understanding the structural features of biomolecules. The optical activities of proteins were considered for a long time to be caused by the fact that the most of amino acids have an asymmetric carbon atom in the α position. The chiral differences are manifested in many physicochemical properties: heat capacity Ср, enthalpies of combustion and formation, enthalpies of solution solH, and solubility [1]. The pK values of optically “pure” peptides (LL, DD) differ considerably from those of optically “mixed” ones (LD, DL) [2].
The aim of the present work was to determine the standard formation en-thalpies of L-serine and isoserine and their dissociation products in aqueous solution from the heat effects of dissolution of amino acids in water and aqueous KOH solutions at 298.15 K.
Russian to English: Перевод научной статьи по аналитической химии Detailed field: Chemistry; Chem Sci/Eng
Source text - Russian Феноксизамещенный субфталофианин бора как электродноактивный компонент ионселективных электродов
Феноксизамещенный субфталоцианин бора синтезирован и исследован в качестве электродноактивного компонента (ЭАК) пластифицированных поливинилхлоридных мембран ионселективных электродов. Электроды проявляют обратимый отклик к добутамину, демонстрируя катионную функцию, а также к салицилат-аниону. Изучено влияние содержания ЭАК (0.2–5 мас. %), добавок ионогенных компонентов (тетрафенилбората натрия, TPhBNa; бромида трибутилгексадецилфосфония, TBGDPBr), в том числе ионных жидкостей (ИЖ) бис(трифлил)имида дифенилбутилэтилфосфония, гексафторфосфата дифенилбутилэтилфосфония и хлорида 1,3-дигексадецилимидазолия, а также пластификаторов орто-нитрофенилоктилового эфира, диэтилсебацината на электрохимические характеристики мембран. Для электрода, содержащего 2% феноксизамещенного субфталоцианина бора, крутизна электродной функции в растворах добутамина составила 36 1 мВ/дек, предел обнаружения – 4 10–5 М; в растворах салицилата – (–46 3) мВ/дек, предел обнаружения – 3 10-4 М. Введение в мембранную композицию ионных жидкостей с катионом дифенилбутилэтилфосфония и анионами бис(трифлил)имид и гексафторфосфат не влияет на отклик мембранных электродов как на добутамин, так и на салицилат. Использование в мембранной композиции 2% феноксизамещенного субфталоцианина бора и добавки TPhBNa существенно улучшает характеристики сенсора – крутизна электродной функции (S) добутамин-селективного электрода составляет (54 1) мВ/дек, cмин – 1 10–5 М. Определение добутамина возможно в присутствии допамина, адреналина и глюкозы. Электроды на основе 2% феноксизамещенного субфталоцианина бора и 0.5% ИЖ (C16H33)2ImCl либо добавки TBGDPBr демонстрируют в растворах салицилата крутизну электродной функции, близкую у теоретической, и низкий предел обнаружения: S = (–59 1) мВ/дек, cмин = 2 10–5 М и S = (–57 1) мВ/дек, cмин = 4 10–5 М соответственно. Обнаружена анти-Гофмейстерская селективность датчиков. Электрод на основе феноксизамещенного субфталоцианина бора и добавки (C16H33)2ImCl использован для количественного определения ацетилсалициловой кислоты в лекарственном препарате Кардиомагнил.
Ключевые слова: ионселективные электроды, субфталоцианин бора, ионные жидкости, добутамин, салицилат.
Ионометрия – современный и постоянно развивающийся метод анализа, основная задача которого состоит в создании, разработке, оптимизации конструкции, изучении свойств и применении ионселективных электродов (ИСЭ). Высокая селективность датчиков достигается за счет введения в фазу мембраны ИСЭ электродноактивного компонента, который обеспечивает избирательное связывание определяемого иона. Такими реагентами могут быть органические металлокомплексы, способные дополнительно координировать лиганд или вступать в реакцию лигандного обмена, реализуя, таким образом специфические взаимодействия с целевым ионом. В настоящее время разработаны потенциометрические датчики, где в качестве рецепторов на анионы применяют металлокомплексы порфиринов [1–6], порфиразинов [7, 8] и фталоцианинов [9–12]. Эти соединения имеют планарное строение, обладают высокой липофильностью, что способствует их использованию в качестве ЭАК мембран ИСЭ.
Разработка высокоселективных и чувствительных ИСЭ на салицилат, являющийся компонентом многих медицинских и косметических средств, представляет несомненный интерес. Предложено несколько салицилат-селективных электродов на основе металлопорфиринов и металлофталоцианинов. Так, ИСЭ на основе порфирина хрома(III) дает воспроизводимый отклик к салицилату в широком диапазоне концентраций, демонстрирует близкий к нернстовскому наклон электродной функции, низкий предел обнаружения, малое время отклика, функционирует при рН 3–9 [13]. Датчик использован для определения салицилата в фармацевтических препаратах и физиологических жидкостях. Авторы работы [14] отмечают высокую анти-Гофмейстерскую селективность по отношению к салицилату электрода на основе порфирина лютеция(III) с ионогенной добавкой хлорида тридодецилметиламмония. Мембрана, содержащая порфирин олова(IV) с липофильной добавкой тетрафенилбората натрия, обладает супернерстовской крутизной электродной функции, что, по мнению авторов, связано с димеризацией реагента [15]. Использование порфирина оксимолибдена(V) с той же ионогенной добавкой приводит к появлению теоретической крутизны электродной функции, при этом отмечается селективность сенсора к салицилату в присутствии даже такого липофильного аниона, как Фталоцианаты Sn(IV), Al(III), Cu(II), Lu(III), Dy(III) также исследованы как активные компоненты мембраны для ионометрического определения салицилат-иона [16]. За исключением фталоцианатов лютеция(III) и диспрозия(III) все электродноактивные компоненты демонстрируют близкую к теоретической крутизну электродной функции в широком диапазоне концентраций, наименьший предел обнаружения зафиксирован для мембраны с фталоцианатом олова(IV). При добавлении в мембранную композицию, содержащую фталоцианат олова(IV), тетрафенилбората натрия улучшается селективность к салицилату [17]. В работе [18] описан ИСЭ на основе фталоцианата алюминия(III), обладающий хорошими эксплуатационными характеристиками и проявляющий высокую селективность к салицилату.
Известно, что введение в мембранную композицию ионогенной добавки в ряде случаев улучшает основные электрохимические характеристики ИСЭ: крутизна электродной функции приближается к теоретической, снижается предел обнаружения, улучшается воспроизводимость [19]. Помимо обычно используемых ионообменников в качестве ионогенной добавки хорошо зарекомендовали себя низкоплавкие ИЖ – органические вещества с температурой плавления не выше 100°С, обладающие ионообменными свойствами благодаря высокой ионной проводимости и снижающие электрохимическое сопротивление мембраны [7, 8, 20, 21].
Субфталоцианины представляют собой аналоги фталоцианинов. Их молекулы состоят из трех изоиндольных фрагментов, координирующихся вокруг атома бора. Ароматическая система сопряжения субфталоцианинов состоит из 14 π-электронов и имеет конусовидную структуру [22]. Субфталоцианины характеризуются уникальными оптическими и электронными свойствами; они находят применение в качестве материалов для нелинейной оптики, светоизлучающих диодов и используются как молекулярные системы переноса энергии [23, 24]. Ранее субфталоцианины в аналитической химии не использовались. Мы предположили, что благодаря особой структуре этого соединения, способности к замещению экстралиганда на другие, в том числе и липофильные, органические ионы, и, что особенно важно, способности бора образовывать ковалентные связи с гидроксигруппой, этот реагент может стать хорошим рецептором для создания высокоселективных сенсоров на различные гидроксилсодержащие ионы [25].
В настоящей работе исследованы характеристики ряда мембран ИСЭ, полученных на основе феноксизамещенного субфталоцианина бора в растворах добутимина и салицилата.
Translation - English Phenoxy-Substituted Boron Subphthalocyanine as an Electrode-Active Component of Ion-Selective Electrodes
Abstract—The phenoxy-substituted boron subphthalocyanine was synthesized and studied as an electrode-active component (EAC) of the plasticized polyvinyl chloride membranes of ion-selective electrodes. The electrodes exhibit reversible response to dobutamine demonstrating the cation function, as well as reversible response to the salicylate anion. The effects of the EAC content (0.2–5 wt%) and ionic components (sodium tetraphenylborate, TPhBNa, and tributylhexadecylphosphonium bromide, TBGDPBr), including ionic liquids (ILs), such as diphenylbutylethylphosphonium bis(triflyl)imide, diphenylbutylethylphosphonium hexafluorophosphate, and 1,3-dihexadecylimidazolium chloride, as well as plasticizers, such as ortho-nitrophenyloctyl ether and diethyl sebacate, on the electrochemical characteristics of membranes were studied. For the electrode containing 2% of the phenoxy-substituted boron subphthalocyanine, in solutions of dobutamine and salicylate the slopes of the electrode function were 36 1 mV/dec and –46 3 mV/dec and the detection limits were 4 10–5 M and 3 10-4 M, respectively. The addition of the ionic liquid containing the diphenylbutylethylphosphonium cation and the bis(triflyl)imide and hexaflurophosphate anions to the membrane composition has no effect on the response of membrane electrodes to both dobutamine and salicylate. The use of phenoxy-substituted boron subphthalocyanine in the amount of 2% and the TPhBNa additive significantly improves the sensor characteristics: the slope of the electrode function (S) for the dobutamine-selective electrode was (54 1) mV/dec and cmin was 1 10–5 M. Dobutamine can be determined in the presence of dopamine, adrenalin, and glucose. The electrodes based on 2% phenoxy-substituted boron subphthalocyanine and 0.5% (C16H33)2ImCl, or TBGDPBr, in salicylate solutions demonstrate the slope of the electrode function close to the theoretical one and a low detection limit: S = (–59 1) mV/dec, cmin = 2 10–5 M and S = (–57 1) mV/dec, cmin = 4 10–5 M, respectively. The anti-Hofmeister selectivity of sensors was observed. The electrode based on the phenoxy-substituted boron subphthalocyanine and (C16H33)2ImCl was used for the assay of acetylsalicylic acid in the drug Cardiomagnyl.
Keywords: ion-selective electrodes, boron subphthalocyanine, ionic liquids, dobutamine, salicylate.
Ionometry is a modern ever developing analytical method which is mainly aimed at the design, development, structural optimization, study of properties, and application of ion-selective electrodes (ISEs). A high selectivity of sensors is achieved by addition of an electrode-active component to the membrane phase, which provides selective binding of the ion to be determined. Such reagents can be metal organic complexes capable of additional coordination to a ligand and undergoing ligand exchange thereby realizing specific interactions with a target ion. At the present time, potentiometric sensors, where metal complexes with porphyrins [1–6], porphirazines [7, 8], and phthalocyanines [9–12] are applied as the anion receptors, have been developed. These compounds have a planar structure and possess a high lipophilicity which favors their use as the EACs of ISE membranes.
The design of highly selective and sensitive ISEs for salicylate contained in many medicinal and cosmetic agents is of doubtless interest. Several salicylate-selective electrodes based on metal porphyrins and metal phtalocyanins have been proposed. For example, the chromium(II) porphyrin-based ISE provides a reproducible response to salicylate in a wide concentration range, demonstrates the near-Nernst slope of the electrode function, a low detection limit, and a short response time and operates at pH 3–9 [13]. The sensor was used for determination of salicylate in pharmaceutical products and physiological liquids. The authors of [14] note a high anti-Hofmeister selectivity to salicylate for the electrode based on lutecium(III) porphyrin with addition of the ionogenic tridodecylmethylammonium chloride. The membrane containing tin(IV) porphyrin with the lipophilic sodium tetraphenylborate additive exhibits the super-Nernst slope of the electrode function, which in auhtors’ opinion is due to dimerization of the reagent [15]. The use of oxymolybdenum(V) porphyrin with the same ionogenic additive results in the appearance of the theoretical slope of the electrode function, the sensor being noted to be selective to salicylate even in the presence of such lipophylic anion as Sn(IV), Al(III), Cu(II), Lu(III), and Dy(III) phthalocyanines were also studied as active components of membrane for the ionometric determination of salicylate ion [16]. Except for lutecium(III) and dysprosium(II) phthalocyanates, all electrode-active components demonstrated the near-theoretical slope of the electrode function in a wide concentration range, the lowest detection limit was observed for the membrane with tin(IV) phthalocyanate. The addition of sodium tetraphenylborate to the tin(IV) phthalocyanate-containing membrane composition improves the selectivity to salicylate [17]. The work [18] describes the aluminum(III) phthalocyanate-based ISE possessing good performance characteristics and exhibiting high selectivity to salicylate.
It is known that the addition of an ionic agent to the membrane composition improves in some cases the main electrochemical characteristics of ISE: the slope of the electrode function approximates the theoretical one, the detection limit decreases, and the reproducibility improves [19]. Besides commonly used ion exchangers, low-melting ILs, organic substances with a melting point not higher than 100°C, which possess ion-exchange properties due to a high ionic conducitivty and decrease the electrochemical resistance of a membrane, proved themselves as good ionogenic additives [7, 8, 20, 21].
Subphthalocyanines are analogs of phthalocyanines. Their molecules consist of three isoindole fragments coordinating around the boron atom. The aromatic conjugation system of subphthalocyanines consists of 14 π-electrons and has a cone-shaped structure [22]. Subphthalocyanines are characterized by unique optical and electronic properties, find application as materials for nonlinear optics and light-emitting diodes, and are used as molecular energy transfer systems [23, 24]. Subphthalocyanines have not been used in analytical chemistry earlier. We assumed that, due to a specific structure of this compound, capability of replacing the extra ligand with other ones, including lipophilic organic ions, and, importantly, due to the capability of boron to form covalent bonds with the hydroxy group, this reagent can become a good receptor for the design of highly selective sensors for different hydroxyl-containing ions [25].
In the present work, we studied characteristics of several ISE membranes obtained based on the phenoxy-substituted boron subphthalocyanine in solutions of dobutamine and salicylate.
Russian to English: РЕАКЦИОННАЯ СПОСОБНОСТЬ ЦИКЛОАЛКАНОВ В РЕАКЦИИ ОТРЫВА АТОМА ВОДОРОДА РАЗЛИЧНЫМИ АКЦЕПТОРАМИ Detailed field: Chemistry; Chem Sci/Eng
Source text - Russian РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
При моделировании данной реакции необходимо учитывать конформацию реагента. Конформации циклоалканов выбирали с учетом как собственных расчетов, так и экспериментальных данных, взятых из монографии [14]. Так, циклогексан существует в двух разных по энергии конформациях – "ванна" и "кресло". Достоверно известно, что конформация "ванна" обладает большей энергией, поэтому в расчет ее не включали (рис. 1). Для циклогептана известно не менее четырех конформеров, близких по энергии. В расчетах удалось получить конформации "н-кресло" (рис. 2), "н-ванна", "твист-кресло" и "твист-ванна". В некоторых случаях не удалось получить точный минимум энергии ввиду жесткости системы. В этих случаях появлялись мнимые частоты при расчете нормальных колебаний. Литературные данные по ЯМР-спектроскопии для циклогептана [15] свидетельствуют в пользу конформации "твист-кресла" ("искаженного кресла"), хотя разброс энергий конформеров невелик и составляет ~11 кДж/моль. В расчетах методом молекулярной механики (ММ) [16] для циклогептана получено 4 устойчивых конформации. Для циклооктана известно не менее 7 конформеров, из которых самые энергетически выгодные "корона", "кресло–ванна" и "седло". По данным ММ [15], самым устойчивым считается конформер "кресло-ванна". Cогласно другим данным, разница в энергиях конформеров незначительна, поэтому происходят быстрые переходы из одной конформации в другую путем псевдовращения [17]. Экспериментально при рентгеноструктурных исследованиях кристаллических производных было найдено, что в твердом состоянии существуют как конформация "ванна-кресло", так и "корона" [18]. Данные настоящей работы свидетельствуют в пользу конформации "корона", что подтверждает расчет энергий активации отрыва водорода радикалом @∙ООН (48 кДж/моль для "короны", 52.8 кДж/моль для "седла" и 57 кДж/моль для "кресла-ванны"). Поэтому наиболее реакционноспособной (по крайней мере в реакциях отрыва) является, согласно нашим расчетам, именно "корона".
При моделировании реакции отрыва также важен выбор атома водорода, который реагирует с акцептором, так как в циклах они не равноценны. Известно [14], что для циклоалканов существуют два типа разных по энергии и длине связи атома Н – аксиальный и экваториальный. Последний расположен ближе к "плоскости молекулы" (воображаемой плоскости, наиболее близкой ко всем атомам углерода). Аксиальный атом более удален от этой плоскости и является менее реакционноспособным (в ~10 раз). Поэтому в данной работе мы изучали реакции только экваториальных атомов Н. Чтобы определиться с выбором реагирующего атома водорода, мы оценили прочность связей С–Н для экваториальных атомов Н в циклогептане. В табл. 2 приведены значения полной электронной энергии различных радикалов @∙С7Н13, которые получаются в результате отрыва атома Н, а также валентные углы и длины связей в исходном циклогептане. Естественно ожидать, что наименее прочной С–Н-связи будет соответствовать и наименьшая энергия активации реакции @R∙ + цикло-С7Н14. Из табл. 2 видно, что для наименее прочных С–Н-связей характерны @большие значения ее длины и прилегающего валентного угла С–С–С. Иначе говоря, наиболее реакционный атом водорода находится при атоме углерода с @большим углом С–С–С и, соответственно, с @большим расстоянием между крайними атомами угла С–С–С. Отметим также, что в цикло-С7Н14 среди экваториальных атомов Н наиболее реакционноспособны всего три, энергия связи остальных на 8 кДж/моль больше. Дальнейшие расчеты переходного состояния проводили с учетом этого факта и именно для таких С–Н-связей.
В табл. 3 приведены основные результаты расчетов реакции циклоалканов со всеми акцепторами, кроме брома, и в табл. 4 – с последним. Переходное состояние этой реакции линейное (рис. 3), т.е. все три реагирующих атома располагаются на одной прямой, что соответствует литературным данным [11]. Рассмотрим данные табл. 3. Прежде всего отметим, что все методы дают практически одинаковые значения избыточной энергии циклов С6–С8 и роста ее значения в ряду С6–С7–С8, что соответствует приведенным в табл. 3 литературным данным. Кроме того, все методы для всех акцепторов однозначно показали, что в ряду С6 > С7 > С8 энергия активации уменьшается. Это соответствует представлениям о влиянии напряженности цикла на реакционную способность: чем выше растягивающее напряжение, тем меньше энергия активации [11]. Значения энергии активации (Еа) в целом достаточно неплохо соответствуют эксперименту (см. табл. 1), лишь для озона они несколько меньше экспериментальных.
Что касается константы скорости, то здесь результаты не столь однозначны. Монотонный рост k в рассматриваемом ряду для O3 и @HO2. дают все методы, тогда как для @CH3. с некоторой натяжкой – только B2PLYP. В других методах выпадает из этого ряда С8. Для радикала @CCl3. константы скорости почти совпадают для С6 и С7 и заметно больше для С8. При условии монотонного изменения Еа это означает, что разброс значений k связан с какими-то неточностями в расчете энтропии. Выяснение природы этой неточности выходит за рамки настоящей работы, поэтому мы только отмечаем этот факт.
Ранее в работе [11] наблюдали линейную корреляцию между lnk и избыточной энергией Наши расчетные данные не показывают столь однозначной закономерности, хотя во многих случаях эта зависимость выполняется достаточно хорошо. На рис. 4 для примера приведены такие зависимости для некоторых акцепторов. Все методы дают практически одинаковые значения относительных констант скорости. Точки, соответствующие различным уровням расчета, во всех случаях группируются в непосредственной близости друг от друга.
Отметим также, что чувствительность константы скорости реакции (т.е. тангенс угла наклона прямых на рис. 4) к энергии деформации цикла оказалась достаточно близкой для столь разных по реакционной способности акцепторов, как О3, НО2. и СН3. (см. табл. 1, рис. 4).
Расчет реакции отрыва водорода от углеводородов бромом, как оказалось, представляет собой достаточно трудную задачу. На уровне DFT c использованием обычных базисов (т.е. как и в случае остальных акцепторов) найти переходные состояния, соответствующие отрыву Н, не удалось. Лишь на основе метода ONIOM(UCCSD/aug-cc-pvdz: uB3LYP/6-31+G**) получили соответствующую седловую точку. Расчет выполняли двумя способами – с включением отрываемого водорода в расчет на высоком уровне (higher layer) и с включением всего соответствующего ему звена –CH2–. Однако значение энергии активации при этом получилось заниженным: для C6, С7 и С8 оно равно 21, 9 и 4 кДж/моль соответственно. Эти величины намного меньше известных экспериментальных значений в 40–50 кДж/моль (табл. 1). Хотя влияние напряженности циклов видно и из этих результатов, но значение константы скорости на несколько порядков больше, чем в эксперименте, поэтому эти результаты мы из дальнейшего рассмотрения исключили.
Вследствие этого для расчета реакции отрыва водорода атомом брома были выбраны базисные наборы MIDI-X [23] и SVP [24]. Эти базисы позволили найти седловые точки на основе метода CCSD. Полученные в таких расчетах значения энергии активации для обоих базисов различаются незначительно (так, для отрыва водорода бромом от циклогексана в обоих случаях Еа составляет 59 кДж/моль), при том что расчет на основе SVP гораздо более ресурсозатратен. Результаты этих расчетов приведены в табл. 4. Данные для реакции циклов С6–С8 с Br∙ хорошо соответствуют эксперименту для обоих базисов. Наблюдается возрастание константы скорости в ряду циклоалканов С6 < С7 < С8. Чувствительность же константы скорости к энергии напряжения для атома брома оказалась самой высокой, хотя и того же порядка, как и для других акцепторов.
ВЫВОДЫ
Данные настоящей работы показывают, что различие константы скорости реакции отрыва водорода различными по природе акцепторами в ряду циклоалканов обусловлено их (циклов) различной напряженностью. В этой реакции атом углерода изменяет гибридизацию sp3 на sp2 с соответствующим увеличением валентного угла. Поэтому, если в молекуле изначально из-за жесткой структуры цикла этот угол увеличен, это облегчает реакцию.
Моделирование использованными методами не во всех случаях позволило описать зависимость константы скорости от размера цикла (а значит, от избыточной энергии) и оценить среднюю чувствительность реакции отрыва водорода к Еизб. При этом изменение энергии активации все методы описывают правильно, ошибки же возникают при расчете энтропийного фактора. Лишь методы B3LYP и CCSD дали непротиворечивые результаты, причем константы скорости отрыва пероксильным, метильным и трихлорметильным радикалами дали абсолютную константу скорости с большой точностью.
Translation - English RESULTS AND DISCUSSION
Upon simulation of this reaction, one should take into account the conformation of the reagent. Conformations of the cycloalkanes were selected taking into account our calculation data and experimental data taken from the monograph [14]. For example, cyclohexane exists in two energy-different conformations: "boat" and "chair". It is known with certainty that the boat conformation possesses higher energy; therefore, it was not included in calculation (Fig. 1). At least four conformers being close in energy are known for cycloheptane. In calculations, we succeeded in obtaining the n-chair (Fig. 2), n-boat, twist-chair, and twist-boat conformations. In some cases, we failed to obtain the precise energy minimum due to the rigidity of the system. In these cases, imaginary frequencies appeared upon calculation of normal modes. The literature NMR spectral data for cycloheptane [15] suggest in favor of the "twist-chair" conformation ("distorted chair"), although the spread in the conformer energies is not high to be ~11 kJ/mol. In calculations by the molecular mechanics (MM) method, four stable conformations were obtained for cycloheptane. At least seven conformers are known for cyclooctane, among which the "crown", "chair-boat", and "saddle" conformations are the most energetically favorable. According to the MM data [15], the "chair-boat" conformer is considered as the most stable. According to other data, the difference in the conformer energies is not significant; therefore, there occur fast transitions from one to another conformation through pseudorotations [17]. It was found experimentally upon X-ray structural studies of crystalline derivatives that both the "boat-chair" and "crown" conformations exist in the solid state [18]. The present data suggest in favor of the "crown" conformation, which is confirmed by calculation of the activation energies for hydrogen abstraction with the @∙OOH radical (48 kJ/mol for "crown", 52.8 kJ/mol for "saddle", and 57 kJ/mol for "chair-boat"). According to our calculation, it is "crown" which is the most reactive (at least in hydrogen abstraction).
Upon simulation of hydrogen abstraction, selection of the hydrogen atom which reacts with an acceptor is also of importance, since these atoms are not equivalent in rings. It is known [14] that there exist two types of H atoms being different in the energy and bond length: axial and equatorial ones. The latter is closer to the "molecular plane" (imaginary plane being the most close to all carbon atoms). The axial atom is more remote from this plane and less reactive (~10-fold). Therefore, in the present work we studied the reactions of equatorial H atoms only. To decide on selection of the reactive hydrogen atom, we estimated the C–H bond strength for equatorial H atoms in cycloheptane. Table 2 gives the full electronic energy of different @∙C7H13 radicals which result from abstraction of the H atom, as well as bond angles and bond lengths in the starting cycloheptane. It is naturally to expect that the weakest C–H bond will correspond to the lowest activation energy of the reaction @R∙ + cyclo-C7H14. It is seen from Table 2 that, the weakest C–H bonds are characterized by @longer lengths and higher values of the adjacent C–C–C bond angles. In other words, the most reactive hydrogen atom is at the carbon atom with @higher C–C–C angle and, consequently, with a @longer distance between the terminal atoms of the C–C–C angle. Note also that, among equatorial H atoms in cyclo-C7H14 only three atoms are the most reactive, the bond energy for remaining atoms is by 8 kJ/mol higher. Subsequent calculations of the transition state were performed taking into account this fact and exactly for these C–H bonds.
Table 3 gives the main data from calculation of the reactions of cycloalkanes with all acceptors besides bromine and Table 4 gives data for the reaction with bromine. The transition state of this reaction is linear (Fig. 3), i.e. all three reacting atoms are in one line, which corresponds to the literature data [11]. Let us consider the data given in Table 3. First note that all methods gives almost identical values for the excess energy of C6–C8 rings and for its increase in the order C6–C7–C8, which corresponds to the literature data given in Table 3. In addition, all methods for all acceptors showed unambiguously that the activation energy decrease in the order C6 > C7 > C8. This corresponds to the concept of that the ring strain has effect on the reactivity: the higher is the tensile strength, the lower is the activation energy [11]. In general, the values of activation energy (Ea) correspond quite well to the experimental ones (see Table 1) and only for ozone they are slightly lower than the experimental ones.
With regard to the rate constant, the results are not so unambiguous. A monotonic increase in the k value in the considered order for O3 and @HO2. was observed in all methods, while, for @CH3., a monotonic increase in the k value was obtained only by B2PLYP. In other methods, C8 falls out from this order. For the @CCl3. radical, the rate constant almost coincides with those for C6 and C7 and noticeably higher for C8. Provided that Ea changes monotonically, this means that the spread in the k values is due to some inaccuracies in calculation of the entropy. Identification of the nature of this inaccuracy is beyond the scope of the present work; therefore, we only note this fact.
Earlier, the linear correlation between lnk and the excess energy was observed in [11]. Our calculation data show no so unambiguous regularity, although in many cases this dependence is fulfilled quite well. Figure 4 shows as an example such dependences for some acceptors. All methods produce almost identical values of the relative rate constants. The points corresponding to different calculation levels group in all cases in close proximity to each other.
Key:
изб --> exc.
Note also that, the sensitivity of the reaction rate constant (i.e. the slope of straight lines in Fig. 4) to the ring strain energy was found to be quite close for such reactivity-different acceptors as O3, HO2., and CH3. (see Table 1, Fig. 4).
Calculation of the hydrogen abstraction with bromine was found to be a quite difficult problem. At the DFT level using usual basis sets (i.e. as in the case of remaining acceptors), we failed to determine transition states corresponding to the H abstraction. The corresponding saddle point was obtained only by the ONIOM method (UCCSD/aug-cc-pvdz: uB3LYP/6-31+G**). The calculation was performed by two methods: including the abstracted hydrogen into calculation at higher layer and including all thereto corresponding –CH2– unit. However, the obtained value of activation energy was underestimated: for C6, C7, and C8 it was equal to 21, 9, and 4 kJ/mol, respectively. These values are much smaller than the known experimental values of 40–50 kJ/mol (Table 1). Although the effect of ring strain is seen from these results, the rate constant is by several orders of magnitude higher than in the experiment; therefore, these results were excluded from subsequent consideration.
For this reason, to calculate the hydrogen abstraction with the bromine atom, the MIDI-X [23] and SVP basis sets [24] were chosen. These basis sets allowed determination of the saddle point based on the CCSD method. The energy activation values obtained in these calculations for both basis sets differ insignificantly (for example, Ea for the abstraction of hydrogen from cyclohexane with bromine in both cases was 59 kJ/mol), the SVP-based calculation being much more resource-intensive. The results of these calculations are given in Table 4. The data for the reaction of C6–C8 ring with Br agree well with the experiment for both basis sets. The increase in the rate constant in the cycloalkane order C6 < C7 < C8 was observed. The sensitivity of the rate constant to the strain energy for the bromine atom was found to be the highest, although it was of the same order of magnitude as for other acceptors.
CALCULATIONS
The results obtained in the present work show that the difference between the rate constants for hydrogen abstraction with different acceptors in the cycloalkane series is due to different strains of their rings. In this reaction, the carbon atom changes sp3 hybridization to sp2 one with corresponding increase in the bond angle. Therefore, the reaction is favored in the case when this angle is initially increased due to the rigid structure of the ring.
Simulation by the methods used allowed us not in all cases to describe the dependence of the rate constant on the ring size (and, consequently, on the excess energy) and to estimate the average sensitivity of hydrogen abstraction to Eexc. All methods describe correctly the change in the activation energy; the errors emerge upon calculation of the entropy factors. Only the B3LYP and CCSD methods produced consistent data, the rate constants for hydrogen abstraction with peroxyl, methyl, and trichloromethyl radicals provided the absolute rate constant to a high accuracy.
English to Russian: NANOPARTICLES FOR THE ENCAPSULATION OF COMPOUNDS, THE OBTAINING AND USES THEREOF General field: Law/Patents Detailed field: Chemistry; Chem Sci/Eng
Source text - English NANOPARTICLES FOR THE ENCAPSULATION OF COMPOUNDS, THE OBTAINING AND USES THEREOF
Field of the Invention
The present invention is comprised in the food, pharmaceutical and cosmetic sectors and in the nanotechnology sector, and relates to the encapsulation of biologically active compounds using zein as a coating agent. The invention particularly relates to nanoparticles comprising a zein matrix and a basic amino acid, useful for encapsulating biologically active compounds, as well as the obtaining and applications thereof.
Background of the Invention
Industries, particularly, the food, cosmetic and pharmaceutical industries, need to evolve technologically in order to meet new consumer demands. Nanotechnology can provide interesting solutions for said industries.
In particular, nanotechnology has a great potential for revolutionizing the food, cosmetic and pharmaceutical industries, since it allows encapsulating biologically active compounds [BACs], e.g., essential oils, antioxidants, minerals, prebiotics, flavors, vitamins, etc., for the purpose of obtaining various benefits, for example, increasing the useful life of the product, reducing the amount of BACs to be used, controlling the release thereof, increasing the bioavailability thereof, masking unwanted tastes, etc.
Antioxidants, substances which are capable of generating a benefit for the health of the consumer, form a group of BACs the use of which arouses an increasingly greater interest. The encapsulation of said antioxidant compounds, e.g., quercetin or resveratrol, in particular systems (e.g., microparticles or nanoparticles), for the purpose of protecting them and keeping them stable during their storage, is a very interesting option.
To date, the application of encapsulated antioxidant compounds is generally limited to the cosmetic and pharmaceutical fields. By way of illustration, the encapsulation of quercetin in (i) nanocapsules formed by poly-lactic-co-glycolic acid (PLGA) and ethyl acetate (Ghosh et al., Life Sciences 2009;84:75-80), (ii) nanoparticles formed by Eudragit® [poly(meth)acrylates] and polyvinyl alcohol (Wu et al., Int J of Pharm 2008;346:160-168), and (iii) in lipid microparticles formed with phosphatidylcholine and tristearin (Sccalia and Mezzena, J Pharm Biomed Anal 2009;49:90-94) has been described. Likewise, the encapsulation of resveratrol in (i) polycaprolactone nanoparticles (Lu et al., Int J of Pharm 2009; 375:89-96), (ii) pectin microparticles (Das and Ng, Int J of Pharm 2010;385:20-28), (iii) liposomes (Caddeo et al., Int J of Pharm 2008;363:183-191), (iv) chitosan microspheres (Peng et al., Food Chem 2010;121(1):23-28) and (v) polystyrene microspheres (Nam et al., Polymer 2005;46:8956-8963) has been described.
However, the application of encapsulated antioxidant compounds in the food field is very limited since the materials used to encapsulate said compounds have toxicity problems or are not approved for use in foods. Likewise, the use of antioxidant compounds in the design of functional foods is very limited due to, among other reasons, their short half-life, high liability and low oral bioavailability. The encapsulation of antioxidant compounds, such as quercetin or resveratrol, to protect them in the food and to keep them stable during their entire storage period, furthermore allowing a controlled release which increases their bioavailability in the organism would be very desirable.
As is known, when designing a carrier suitable for encapsulating a BAC it is very important to correctly select the material used as the coating agent of matrix; to that end, the dosage form, its toxicity, the product in which the formulation is to be incorporated, etc., must be taken into account among other factors.
In the food nanotechnology field, it is not recommendable to use synthetic polymers since they can have toxicity problems. Although natural polymers do not have those drawbacks, their use requires developing more complicated methods for producing particles and, furthermore, in most cases, the particle size obtained (usually greater than 100 µm) is difficult to control, therefore such microparticles can be perceived by the consumer and alter the organoleptic characteristics of the target food.
The use of proteins, both of an animal origin, e.g., casein, albumin, etc., and of a plant origin, e.g., prolamines, etc. (ES 2269715, US 2004/86595, US 5679377), as BAC coating agents, has been described.
Zein is the main storage protein present in the corn grain seed. It is a globular protein belonging to the prolamine group since it tends to have a large number of proline and glutamine amino acids and is characterized by its high insolubility in water. In recent years, this protein has become very important in the scientific and industrial field due to its particular physicochemical properties and to its molecular structure since it has amphiphilic characteristics and can form different self-assembled structures according to the hydrophilic-lipophilic compounds present in the medium (Wang et al., Food Biophysics 2008;3:174-181). Therefore, zein offers a number of potential advantages as a raw material of films, since it is capable of forming hard and hydrophobic coatings with excellent flexibility and compressibility characteristics which are furthermore resistant to microbial attack.
As a result of these properties, new applications have bee found for zein as a an adhesive, biodegradable plastic, chewing gum, coating for food products, fiber, cosmetic powders, microencapsulator for pesticides and inks, etc. (Muthuselvi and Dhathathreyan, Colloids and Surfaces B: Biointerfaces 2006;51:39-43). This protein is also used by the pharmaceutical industry to coat capsules for the purpose of protecting, releasing in a controlled manner and masking unwanted tastes and aromas (Shukla and Cheryan, Industrial Crops and Products 2001;13:171-192). Furthermore, it has been proposed for the microencapsulation of insulin, heparin, ivermectin and gitoxin. Stable microparticles/microspheres, even in high humidity and heat conditions, which are furthermore resistant to bacterial attack are generally achieved (US5679377).
However, the use of zein as an encapsulating agent in the food field for the design of functional foods with encapsulated ingredients is still incipient. Obtaining zein nanoparticles for encapsulating essential oils using the phase separation technique (Parris et al., J Agric Food Chem 2005;53:4788-4792), as well as the encapsulation of omega-3 fatty acids in said protein by applying the fluid bed technique to protect them from oxidation and to mask their negative organoleptic characteristics when they are introduced in the foods of interest (MX2008003213), have been described. Furthermore, the encapsulation of lycopene and the polyphenol epigallocatechin gallate (EGCG) in zein fibers by means of the electrospinning technique (Fernández et al., Food Hydrocolloids 2009;23:1427-1432 and Li et al. J Food Sci 2009;74(3):C233-C240 respectively), lysozyme by means of the SAS (supercritical anti-solvent) process (Zhong et al. Food Chemistry 2009;115(2):697-700) and fish oil by means of the liquid-liquid dispersion method (Zhong et al., J Food Process Pres 2009;33(2):255-270) has recently been achieved. These works described manufacturing techniques which are relatively complex and difficult to scale for their application in industry, or are exclusively limited to the encapsulation of lipophilic compounds and are not suitable for the encapsulation of hydrophilic compounds.
It is therefore necessary to develop versatile systems for the encapsulation of biologically active compounds which overcome all or part of the aforementioned drawbacks, which are suitable for carrying both water-soluble and fat-soluble compounds and, in particular, compounds the administration of which by other means entails difficulties, as is the case of antioxidant compounds. Additionally, it would also be highly desirable for said systems to be obtainable in a simple manner and to have a suitable stability during their storage and after their administration, which would facilitate their application in different technological sectors, e.g., the food, pharmaceutical and cosmetic sectors.
Summary of the Invention
It has now been surprisingly found that the coating of both water-soluble and fat-soluble biologically active compounds (BACs) with a zein matrix and a basic amino acid provides nanoparticles which form a new system for encapsulating and stabilizing said BACs for their application in food, in cosmetic and in pharmacy.
Various tests performed by the inventors have shown that the addition of a basic amino acid together with zein facilitates the process for producing said nanoparticles comprising a zein matrix and a basic amino acid due to the fact that it enables using hydroalcoholic solutions with a relatively low percentage of alcohol to dissolve the zein, which in turn enables encapsulating both fat-soluble and water-soluble BACs. Furthermore, the use of basic additives or solvents which can cause toxicity problems is prevented, therefore the nutritional properties of the nanoparticles are improved. Likewise, the basic amino acid confers stability to the nanoparticles since the surface charge of the particles is increased, preventing the latter from aggregating.
Therefore, in one aspect, the invention relates to nanoparticles comprising a zein matrix and a basic amino acid. Said nanoparticles can be used to encapsulate water-soluble or fat-soluble BACs. In a particularly preferred embodiment, the BAC is an antioxidant compound. Furthermore, said nanoparticles can be used as technological additives [the encapsulated additive can be incorporated in matrices in which it is not soluble, favoring a uniform dispersion in the medium; by way of illustration, according to the invention, a fat-soluble BAC encapsulated in said nanoparticles can be dispersed in an aqueous matrix, a process which would have been complex if the BAC were in its free form (without being encapsulated)].
Said nanoparticles are stable and capable of protecting the BAC from its degradation by external agents, e.g., light, pH changes, oxidation, etc., both during the processing of the product (e.g., food, pharmaceutical or cosmetic product) and during its storage. Furthermore, when said nanoparticles are orally administered (e.g., food), they protect the BAC from the acidic conditions of the stomach and release the BAC in the desired place, for example, in the intestine.
In another aspect, the invention relates to a process for producing said empty nanoparticles, i.e., without BACs.
In another aspect, the invention relates to a process for producing said nanoparticles loaded with a BAC, such as a fat-soluble BAC or a water-soluble BAC.
Said processes are simple and applicable at industrial scale and advantageously do not include the use of synthetic polymers or reagents which are not approved as food additives, they allow minimizing the inclusion of surfactants or emulsifiers and they further allow obtaining nanoparticles of a nanometric scale, with a controllable particle size.
In a particular embodiment, said processes further comprise an additional step of drying the suspension containing said nanoparticles for the purpose of obtaining a formulation in powder form, which allows keeping the BAC stable over time; the formulations in powder form are particularly suitable for use in solid foods. The drying of said nanoparticles is advantageously carried out in the presence of a protective agent for the nanoparticles. The nanoparticles containing a BAC thus obtained can be easily resuspended in an aqueous medium, protecting the BAC from its degradation in solution. The final product obtained is stable and protects the BAC during long storage periods and is furthermore applicable to different types of foods, both liquid foods (e.g., beverages) and solid foods.
In another aspect, the invention relates to a composition comprising said nanoparticles for use in the food, pharmaceutical or cosmetic sectors. In fact, said nanoparticles can be incorporated in creams, gels and hydrogels for the purpose of obtaining stable cosmetic or pharmaceutical preparations suitable for use in those sectors. Said nanoparticles can likewise be formulated with excipients suitable for their topical administration.
In another aspect, the invention relates to a food product comprising said composition based on zein nanoparticles provided by this invention. In a particular embodiment, said food product is in liquid, semi-solid or solid form.
Translation - Russian НАНОЧАСТИЦЫ ДЛЯ ИНКАПСУЛИРОВАНИЯ СОЕДИНЕНИЙ, ИХ ПОЛУЧЕНИЕ И ИСПОЛЬЗОВАНИЕ
Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение принадлежит к пищевой, фармацевтической и косметической отраслям и отрасли нанотехнологии и относится к инкапсулированию биологически активных соединений с использованием зеина в качестве покровного вещества. Изобретение, в частности, относится к наночастицам, содержащим зеиновую матрицу и основную аминокислоту, используемую для инкапсулирования биологически активных соединений, а также к способам их получения и применения.
Уровень техники
Промышленность, в частности, пищевая, косметическая и фармацевтическая отрасли промышленности, нуждаются в технологическом развитии с целью удовлетворения новых запросов потребителей. Нанотехнология может обеспечивать интересные решения для указанных отраслей промышленности.
В частности, нанотехнология обладает огромным потенциалом для коренного изменения пищевой, косметической и фармацевтической промышленности, поскольку позволяет инкапсулировать биологически активные соединения (БАС), например, эфирные масла, антиоксиданты, минеральные вещества, предбиотики, вкусовые вещества, витамины и т.д., с целью достижения различных выгод, например, для увеличения срока годности продукта, снижения количества используемых БАС, регулирования скорости их высвобождения, улучшения их биодоступности, маскирования нежелательных вкусовых качеств и т.д.
Антиоксиданты – вещества, способные приносить пользу для здоровья потребителя, – образуют группу БАС, использование которых вызывает всё больший интерес. Инкапсулирование указанных антиоксидантных соединений, например, кверцетина или ресвератрола, в отдельных системах (например, микрочастицах или наночастицах) с целью их защиты и поддержания их стабильности в период хранения представляет собой интересную возможность.
К настоящему времени применение инкапсулированных антиоксидантных соединений обычно ограничивается косметической и фармацевтической отраслями. В качестве иллюстрации, описано инкапсулирование кверцетина в (1) нанокапсулах, образованных сополимером молочной и гликолевой кислоты (PLGA) и этилацетатом (Ghosh et al., Life Sciences 2009; 84:75-80), (2) наночастицах, образованных Eudragit® [полиметакрилатами] и поливиниловым спиртом (Wu et al., Int J of Pharm 2008; 346:160-168), и (3) в липидных микрочастицах, образованных фосфатидилхолином и тристеарином (Sccalia и Mezzena, J Pharm Biomed Anal 2009; 49:90-94). Также описано инкапсулирование ресвератрола в (1) поликапролактоновых наночастицах (Lu et al., Int J of Pharm 2009; 375:89-96), (2) пектиновых наночастицах (Das и Ng, Int J of Pharm 2010; 385:20-28), (3) липосомах (Caddeo et al., Int J of Pharm 2008; 363:183-191), (4) микросферических частицах хитозана (Peng et al., Food Chem 2010; 121(1):23-28) и (5) микросферических частицах полистирола (Nam et al., Polymer 2005;46:8956-8963).
Однако применение инкапсулированных антиоксидантных соединений в пищевой отрасли очень ограничено, поскольку материалы, используемые для инкапсулирования указанных соединений, вызывают проблемы, связанные с токсичностью, или не одобрены для использования в пищевых продуктах. Кроме того, использование антиоксидантных соединений при разработке функциональных продуктов питания очень ограничено, в частности, из-за короткого периода полураспада этих соединений, высоких требований к ответственности за возможный ущерб и плохой биодоступности при пероральном введении. Целесообразно проводить инкапсулирование антиоксидантных соединений, таких как кверцетин или ресвератрол, с целью защиты их в продуктах питания и поддержания их стабильности в течение всего срока хранения, что, кроме того, позволяет обеспечить регулируемое высвобождение, повышая биодоступность соединений.
Как известно, при разработке несущей среды, подходящей для инкапсулирования БАС, очень важно правильно выбрать материал, используемый в качестве вещества для покрытия матрицы; с этой целью наряду с другими факторами надо учитывать лекарственную форму, ее токсичность, продукт, в котором вводится состав, и т.д.
В области пищевой нанотехнологии не рекомендуется использовать синтетические полимеры, поскольку они несут проблемы, связанные с токсичностью. Хотя у природных полимеров отсутствуют указанные недостатки, для их использования необходимо разрабатывать более сложные способы получения частиц и, кроме того, в большинстве случаев, размер получаемых частиц (обычно более 100 мкм) трудно регулировать, поэтому такие микрочастицы могут быть распознаны потребителем и могут изменять органолептические характеристики целевых пищевых продуктов.
Описано использование белков, как животного происхождения, например, казеина, альбумина и др., так и растительного происхождения, например, проламинов и др. (ES 2269715, US 2004/86595, US 5679377), в качестве веществ для покрытия БАС.
Зеин является основным запасным белком, присутствующим в семенах кукурузы. Это глобулярный белок, принадлежащий группе проламинов, поскольку он проявляет тенденцию к накоплению большого количества пролина и глутамина и характеризуется плохой растворимостью в воде. В последние годы данный белок приобрел огромную важность в области науки и промышленности благодаря своим особым физико-химическим свойствам и своей молекулярной структуре, поскольку он проявляет амфифильные свойства и может образовывать различные самоорганизующиеся структуры в зависимости от гидрофильно-липофильных соединений, присутствующих в среде (Wang et al., Food Biophysics 2008;3:174-181). Таким образом, зеин обладает рядом потенциальных преимуществ в качестве исходного материала для пленок, поскольку он способен образовывать твердые и гидрофобные покрытия с отличными характеристиками гибкости и сжимаемости, которые, кроме того, стойки к биохимической активности микроорганизмов.
Благодаря данным свойствам были найдены новые приложения зеина в качестве клейкого вещества, биоразлагаемой пластмассы, жевательной резинки, покрытия для пищевых продуктов, волокна, косметических порошков, микроинкапсулирующего материала для пестицидов и чернил и т.д. (Muthuselvi и Dhathathreyan, Colloids and Surfaces B: Biointerfaces 2006;51:39-43). Данный белок также используется фармацевтической промышленностью для покрытия капсул с целью их защиты, контролируемого высвобождения и маскирования нежелательных вкусов и запахов (Shukla и Cheryan, Industrial Crops and Products 2001;13:171-192). Более того, было предложено использовать его для микрокапсулирования инсулина, гепарина, ивермектина и гитоксина. В-общем, получены устойчивые микрочастицы/микрошарики, даже в условиях высокой влажности и нагрева, которые стойки к бактериальному воздействию (патент США № 5679377).
Однако использование зеина в качестве инкапсулирующего вещества в пищевой отрасли для разработки функциональных пищевых продуктов с инкапсулированными ингредиентами до сих пор находится на начальной стадии. Описано получение наночастиц зеина для инкапсулирования эфирных масел по методике фазового разделения (Parris et al., J Agric Food Chem 2005;53:4788-4792), а также инкапсулирование омега-3 жирных кислот в указанном белке по методике псевдоожиженного слоя для защиты их от окисления и маскирования отрицательных органолептических характеристик при введении их в состав интересуемых пищевых продуктов (MX2008003213). Более того, недавно было достигнуто инкапсулирование ликопина и полифенол-эпигаллокатехин-3-галлата (ЭГКГ) в зеиновых волокнах посредством электропрядения (Fernández et al., Food Hydrocolloids 2009;23:1427-1432 и Li et al. J Food Sci 2009;74(3):C233-C240 respectively), лизозима по способу сверхкритического антирастворителя (САР) (Zhong et al. Food Chemistry 2009;115(2):697-700) и рыбего жира по способу «дисперсия жидкости в жидкости» (Zhong et al., J Food Process Pres 2009;33(2):255-270). В указанных работах описываются способы изготовления, которые сравнительно сложны и затруднительны в плане масштабирования их на промышленном уровне или которые ограничены только инкапсулированием липофильных соединений и не подходят для инкапсулирования гидрофильных соединений.
В связи с этим существует необходимость в разработке универсальных систем для инкапсулирования биологически активных соединений, в которых устранены все или часть вышеупомянутых недостатков и которые пригодны для переноса как водорастворимых, так и жирорастворимых соединений и, в частности, соединений, введение которых другими способами сопряжено с определенными сложностями, как в случае антиоксидантных соединений. Кроме того, желательно, чтобы указанные системы могли быть получены простым способом и обладали подходящей устойчивостью при хранении и после введения, что могло бы способствовать их применению в различных технологических областях, например, в пищевой, фармацевтической и косметической отраслях.
Сущность изобретения
В ходе данной работы, к удивлению, было найдено, что покрытие как водорастворимых, так и жирорастворимых биологически активных соедиенний (БАС) зеиновой матрицей и основной аминокислотой обеспечивает наночастицы, которые образуют новую систему для инкапсулирования и стабилизация указанных БАС с целью их применения в пище, косметических препаратах и фармацевтике.
Различные испытания, проведенные изобретателями, показали, что добавление основной аминокислоты вместе с зеином облегчает способ получения указанных наночастиц, содержащих зеиновую матрицу и основную аминокислоту, благодаря возможности использования водно-спиртовых растворов с относительно низким содержанием спирта для растворения зеина, что, в свою очередь, позволяет инкапсулировать как жирорастворимые, так и водорастворимые БАС. Кроме того, предотвращается использование основных добавок или растворителей, которые создают проблему токсичности, тем самым улучшаются питательные свойства наночастиц. Также основная аминокислота придает устойчивость наночастицам, поскольку повышается поверхностный заряд частиц, что предотвращает их агрегацию.
Таким образом, в одном аспекте изобретение относится к наночастицам, содержащим зеиновую матрицу и основную аминокислоту. Указанные наночастицы могут быть использованы для инкапсулирования водорастворимых или жирорастворимых БАС. В особо предпочтительном варианте осуществления БАС – это антиоксидантное соединение. Кроме того, указанные частицы могут быть использованы в качестве технологических добавок (инкапсулированная добавка может быть введена в матрицы, в которых она не растворима, что способствует равномерному распределению в среде; в качестве иллюстрации, согласно изобретению жирорастворимые БАС, инкапсулированные в указанных наночастицах, могут быть диспергированы в водной матрице, при этом данный способ может оказаться сложным в осуществлении, когда БАС находятся в свободном (неинкапсулированном) виде.
Указанные наночастицы устойчивы и способны защищать БАС от разложения под действием внешних факторов, например, света, изменения рН, окисления и т.д., как во время обработки продукта (например, пищевого, фармацевтического или косметического продукта), так и в период хранения. Более того, при пероральном приеме указанных наночастиц (например, с пищей) они защищают БАС от воздействия кислотной среды желудка и высвобождают БАС в необходимом месте, например, в кишечнике.
В другом аспекте изобретение относится к способу получения указанных пустых наночастиц, т.е. не содержащих БАС.
В другом аспекте изобретение относится к способу получения указанных наночастиц, загруженных БАС, например, жирорастворимым БАС или водорастворимым БАС.
Указанные способы являются простыми и применимы на промышленном уровне, в них преимущественно не используются синтетические полимеры или реагенты, не одобренные для использования в качестве пищевых добавок; эти способы позволяют минимизировать включение поверхностно-активных веществ или эмульгаторов и, кроме того, позволяют получить наночастицы наномерного масштаба с регулируемым размером частиц.
В отдельном варианте осуществления указанные способы, кроме того, включают дополнительную стадию высушивания суспензии, содержащей указанные наночастицы, с целью получения состава в порошковой форме, что позволяет поддерживать БАС в устойчивом виде на протяжении определенного периода времени; составы в порошковой форме, в частности, пригодны для использования в твердых пищевых продуктах. Высушивание указанных наночастиц преимущественно осуществляется в присутствии защитного вещества для наночастиц. Полученные таким образом наночастицы, содержащие БАС, могут быть легко ресуспендированы в водной среде, что защищает БАС от разложения в растворе. Полученный конечный продукт является устойчивым и защищает БАС при хранении в течение длительного времени и, более того, применим для различных типов пищевых продуктов, как жидких (например, напитков), так и твердых.
В другом аспекте изобретение относится к композиции, содержащей указанные наночастицы, для использования в фармацевтической или косметической отраслях. В действительности, указанные наночастицы могут быть включены в состав кремов, гелей или гидрогелей с целью получения стабильных косметических или фармацевтических препаратов, пригодных для использования в указанных отраслях. Указанные наночастицы таким же образом могут быть составлены вместе со вспомогательными веществами, пригодными для местного применения.
В другом аспекте изобретение относится к пищевому продукту, содержащему указанную композицию на основе зеиновых наночастиц, обеспечиваемых данным изобретением. В отдельном варианте осуществления указанный пищевой продукт находится в жидкой, полутвердой или твердой форме.
More
Less
Experience
Years of experience: 16. Registered at ProZ.com: Jul 2014.
English to Russian (Lomonosov Moscow State University)
Memberships
N/A
Software
Adobe Acrobat, Adobe Photoshop, Indesign, MemSource Cloud, Microsoft Excel, Microsoft Office Pro, Microsoft Word, ChemOffice, Origin, Smartcat, QuarkXPress, SDLX, Trados Studio
I graduated from M. V. Lomonosov Moscow State University in 2004. My professional translation carreer started in 2007, when I started to translate international patent applications in the field of organic chemistry, materials science.
Since 2009 I am translating scientific papers for the Russian Chemical Bulletin and journals published by MAIK/Interperiodica (Springer), such as Journal of Analytical Chemistry, Kinetics and Catalysis, Polymer Science, Physical Chemistry. You can find my translations at the website http://www.springer.com/gp/
by selecting the above-mentioned journal and making a search query using the phrase "Translated by K. Utegenov" or, simply, K. Utegenov or Utegenov Kamil.
Moreover, I am author of six full articles published in Organometallics, Journal of Organometallic Chemistry, European Journal of Inorganic Chemistry, Chemistry a European Journal.
Do not hesitate to contact with me)
Sincerely yours,
Kamil Utegenov.
Keywords: Russian, English, organic chemistry, pharmacopeia, biochemistry, organometallics, transition metal complexes, superconductors, coordination chemistry, inorganic chemistry. See more.Russian, English, organic chemistry, pharmacopeia, biochemistry, organometallics, transition metal complexes, superconductors, coordination chemistry, inorganic chemistry, polymers, catalysis, drug master files, protocol validation, validation of analytical methods, physical chemistry, analytical chemistry, scientific translation, medicinal products, drugs, chromatography, infrared spectroscopy, nuclear magnetic resonance, NMR spectroscopy, thermogravimetric analysis, elemental analysis, calorimetry, DSC, differential scanning calorimetry, quantum chemistry, DFT, B3LYP, quantum chemical simulation, X-ray diffraction, X-ray powder diffraction, crystallography, structure elucidation, structural analysis, molecular structure, pharmacopoeial monographs, translation of patents, patent applications, international application under PCT, WIPO, EAPATIS, CISPATENT, espacenet, перевод с русского на английский, перевод с английского на русский, перевод научных статей, перевод химических текстов, перевод патентов, патентных заявок, международных заявок на патент, органическая химия, биохия, химия металлоорганических соединений, высокомолекулярные соединения, полимеры, пластики, комплексы переходных металлов, координационная химия, аналитическая химия, физическая химия, механизмы реакций, ИК-спектроскопия, ЯМР-спектроскопия, ДСК, ТГА, элементный анализ, рентгеноструктурный анализ, кристаллография, установление структуры, молекулярная структура, квантовая химия, квантовохимические расчеты, моделирование, молекулярная динамика, сверхпроводники, полупроводники. See less.
