vuzbiochemiИзвестия вузов. Прикладная химия и биотехнологияProceedings of Universities. Applied Chemistry and Biotechnology2227-29252500-1558ИРНИТУ10.21285/2227-2925-2022-12-2-279-290vuzbiochemi-812Research ArticleФИЗИКО-ХИМИЧЕСКАЯ БИОЛОГИЯPHYSICOCHEMICAL BIOLOGYМакромолекулярный состав инулина различного происхождения в концентрированном раствореMacromolecular composition of inulins of various origin in concentrated solutionhttps://orcid.org/0000-0002-4881-6944АшуровА. И.AshurovA. I.

А. И. Ашуров, научный сотрудник734065, г. Душанбе, ул. Айни, 299/2

Ashurboi I. Ashurov, Researcher

299/2, Aini St., 734063, Dushanbe

ashurboy_1593@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0003-0387-6297ШероваЗ. У.SherovaZ. U.

З. У. Шерова, докторант лаборатории химии высокомолекулярных соединений734065, г. Душанбе, ул. Айни, 299/2

Zamira U. Sherova, Doctoral Student, Laboratory of Chemistry of Biopolymers

299/2, Aini St., 734063, Dushanbe

sh.zamira_95@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-9897-2451НасриддиновА. С.NasriddinovA. S.

А. С. Насриддинов, к.х.н., докторант734065, г. Душанбе, ул. Айни, 299/2

Abubakr S. Nasriddinov, Cand. Sci. (Chemistry), Doctoral Student

299/2, Aini St., 734063, Dushanbe

surayo.usmanova@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0003-4254-7699УсмановаС.Р.UsmanovaS. R.

С. Р. Усманова, к.х.н., ведущий научный сотрудник лаборатории химии высокомолекулярных соединений734065, г. Душанбе, ул. Айни, 299/2

Surayo R. Usmanova, Cand. Sci. (Chemistry), Leading Researcher

299/2, Aini St., 734063, Dushanbe

surayo.usmanova@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0001-8845-1778ИкромиХ. И.IkromiK. I.

Х. И. Икроми, к.х.н., ведущий научный сотрудник

734061, г. Душанбе, ул. Н. Карабоева, 63/6

Khurshed I. Ikromi, Cand. Sci. (Chemistry), Leading Researcher

63/6, Karabaev St., 734061, Dushanbe

x_teshaev@yahoo.comhttps://orcid.org/0000-0002-0023-2229МухидиновЗ. К.MuhidinovZ. K.

З. К. Мухидинов, д.х.н., профессор, главный научный сотрудник лаборатории химии высокомолекулярных соединений

734065, г. Душанбе, ул. Айни, 299/2

Zainiddin K. Muhidinov, Dr. Sci. (Chemistry), Professor, Chief Researcher

299/2, Aini St., 734063, Dushanbe

zainy@mail.ruИнститут химии им. В. И. Никитина Национальной академии наук Республики ТаджикистанТаджикистанV. I. Nikitin Institute of Chemistry, National Academy of Sciences of the Republic of TajikistanTajikistanТаджикский технологический университетТаджикистанTechnological University of TajikistanTajikistan202204072022122279290Copyright © Ашуров А.И., Шерова З.У., Насриддинов А.С., Усманова С.R., Икроми Х.И., Мухидинов З.К., 20222022Ашуров А.И., Шерова З.У., Насриддинов А.С., Усманова С., Икроми Х.И., Мухидинов З.К.Ashurov A.I., Sherova Z.U., Nasriddinov A.S., Usmanova S.R., Ikromi K.I., Muhidinov Z.K.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vuzbiochemi.elpub.ru/jour/article/view/812

В данной работе представлены исследования молекулярно-массового распределения инулина разного происхождения с целью дальнейшего изучения механизма их самоорганизации в концентрированном растворе. Посредством доступного метода турбидиметрического титрования на основе интегральных и дифференциальных кривых молекулярно-массового распределения рассматривались следующие образцы инулина: коммерческого из топинамбура (А), экспериментального из топинамбура (В) и экспериментального из цикория (С). Обнаружено, что у образцов инулина А и В присутствуют 3 макромолекулярные фракции (изоформы), которые в отдельности имеют узкое молекулярно-массовое распределение. С увеличением концентрации инулина в растворе происходит самоорганизация макромолекул, что приводит к более мутному раствору в точке максимума и появлению новых изоформ. С увеличением концентрации полимера в инулине А наблюдается рост агрегатов для изоформы 3 и 5, в инулине В, наоборот, происходит растворение агрегатов и превращение изоформ из высокой в низкие молекулярные массы. В образце инулина С все 4 изоформы инулина выделяются отчетливо. По результатам исследования взаимодействия макромолекул в концентрированном растворе можно сделать вывод, что метод турбидиметрического титрования вполне может дополнить дорогостоящие методы определения молекулярно-массового распределения полимеров: высокоэффективную эксклюзионную жидкостную хроматографию, ультрацентрифугирование, светорассеивание и другие современные методы. Исследование свойств уникальных по структуре инулинов может значительно расширить спектр их применения.

A research study into the molecular weight distribution of inulins of various origin was conducted to elucidate the mechanism of their self-organization in concentrated solutions. Using the conventional turbidimetric titration method based on integral and differential molecular weight distribution curves, the following inulin samples were examined: commercial girasol (A), experimental girasol (B) and experimental chicory (C). Inulin A and B samples were found to include three macromolecular fractions (isoforms), each exhibiting a narrow molecular weight distribution. An increase in inulin concentration in the solution leads to selforganization of macromolecules, resulting in a more turbid solution at the point of maximum and the appearance of new isoforms. An increase in polymer concentration in inulin A leads to an increase in the aggregates of isoforms 3 and 5. Conversely, in inulin B, aggregates dissolve making isoforms convert from high- to low molecular weights. In inulin C, all four inulin isoforms are clearly represented. An analysis of the interaction of macromolecules in a concentrated solution confirmed the applicability of turbidimetric titration for determining the molecular weight distribution of polymers, along with such costly procedures, as highperformance size exclusion liquid chromatography, ultracentrifugation and light scattering. Research into the properties of unique inulins may significantly expand the range of their practical application.

инулинизоформытурбидиметрическое титрованиемолекулярно-массовое распределениеinulinisoformsturbidimetric titrationmolecular weight distributionReferencesWan X., Guo H., Liang Y., Zhou C., Liu Z., Li K., et al. The physiological functions and pharmaceutical applications of inulin: a review // Carbohydrfte Polymers. 2020. Vol. 246. P. 116589. https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2020.116589.Wan X., Guo H., Liang Y., Zhou C., Liu Z., Li K., et al. The physiological functions and pharmaceutical applications of inulin: a review. Carbohydrfte Polymers. 2020;246:116589. https://doi.org/10.10 16/j.carbpol.2020.116589.Afinjuomo F., Abdella S., Youssef S. H., Song Y., Garg S. Inulin and its application in drug delivery // Pharmaceuticals. 2021. Vol. 14. P. 855. https://doi.org/10.3390/ph14090855.Afinjuomo F., Abdella S., Youssef S. H., Song Y., Garg S. Inulin and its application in drug delivery. Pharmaceuticals. 2021;14:855. https://doi.org/10. 3390/ph14090855.Сербаева Э. Р., Якупова А. Б., Магасумова Ю. Р., Фархутдинова К. А., Ахметова Г. Р., Кулуев Б. Р. Инулин: природные источники, особенности метаболизма в растениях и практическое применение // Биомика. 2020. Т. 12. N. 1. С. 57–79. https://doi.org/10.31301/2221-6197.bmcs.2020-5.Serbaeva E. R., Yakupova A. B., Magasumova Yu. R., Farkhutdinova K. A., Akhmetova G. R., Kuluev B. R. Inulin: natural sources, features of metabolism in plants and practical application. Biomika = Biomics. 2020;12(1):57-79. (In Russian). https:// doi.org/10.31301/2221-6197.bmcs.2020-5.Carlson J. L., Erickson J. M., Lloyd B. B., Slavin J. L. Health effects and sources of prebiotic dietary fiber // Current Developments in Nutrition. 2018. Vol. 2, no. 3. P. 1–8. https://doi.org/10.1093/cdn/nzy005/.Carlson J. L., Erickson J. M., Lloyd B. B., Slavin J. L. Health effects and sources of prebiotic dietary fiber. Current Developments in Nutrition. 2018;2(3):1-8. https://doi.org/10.1093/cdn/nzy005/.BeMiller J. N. Inulin and konjac glucomannan. In: Carbohydrate chemistry for food scientists. Woodhead, 2019. P. 253–259. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-812069-9.00010-8.BeMiller J. N. Inulin and konjac glucomannan. In: Carbohydrate chemistry for food scientists. Woodhead; 2019, p. 253-259. https://doi.org/10.1016/B978- 0-12-812069-9.00010-8.Mensink M. A., Frijlink H. W., Van der Voort Maarschalk K., Hinrichs W. L. J. Inulin, a flexible oligosaccharide I: review of its physicochemical characteristics // Carbohydrate Polymers. 2015. Vol. 130. P. 405–419. https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2015.05.026.Mensink M. A., Frijlink H. W., Van der Voort Maarschalk K., Hinrichs W. L. J. Inulin, a flexible oligosaccharide I: review of its physicochemical characteristics. Carbohydrate Polymers. 2015;130:405-419. https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2015.05.026.Saeed M., Abd El-Hack M. E., Alagawany M., Arain M. A., Arif M., Mirza M. A., et al. Chicory (Cichorium intybus) herb: chemical composition, pharmacology, nutritional and healthily applications // International Journal of Pharmacology. 2017. Vol. 13, no. 4. P. 351–360. https://doi.org/10.3923/ijp.2017.351.360.Saeed M., Abd El-Hack M. E., Alagawany M., Arain M. A., Arif M., Mirza M. A., et al. Chicory (Cichorium intybus) herb: chemical composition, pharmacology, nutritional and healthily applications. International Journal of Pharmacology. 2017;13(4):351-360. https://doi.org/10.3923/ijp.2017.351.360.Dobrange E., Peshev D., Loedolff B., Van den Ende W. Fructans as immunomodulatory and antiviral agents: the case of Echinacea // Biomolecules. 2019. Vol. 9, no. 10. P. 615. https://doi.org/10.3390/biom.9100615.Dobrange E., Peshev D., Loedolff B., Van den Ende W. Fructans as immunomodulatory and antiviral agents: the case of Echinacea. Biomolecules. 2019;9(10):615. https://doi:10.3390/biom.9100615.Zeaiter Z., Regonesi M. E., Cavini S., Labra M., Sello G., Di Gennaro P. Extraction and characterization of inulin-type fructans from artichoke wastes and their effect on the growth of intestinal bacteria associated with health // BioMed Research International. 2019. Article ID 1083952. https://doi.org/10.1155/2019/1083952.Zeaiter Z., Regonesi M. E., Cavini S., Labra M., Sello G., Di Gennaro P. Extraction and characterization of inulin-type fructans from artichoke wastes and their effect on the growth of intestinal bacteria associated with health. BioMed Research International. 2019. Article ID 1083952. https://doi.org/10. 1155/2019/1083952.Watson A. W., Houghton D., Avery P. J., Stewart C., Vaughan E. E., Meyer P. D., et al. Changes in stool frequency following chicory inulin consumption, and effects on stool consistency, quality of life and composition of gut microbiota // Food Hydrocolloid. 2019. Vol. 96. P. 688–698. https://doi.org/10.1016/j.foodhyd.2019.06.006.Watson A. W., Houghton D., Avery P. J., Stewart C., Vaughan E. E., Meyer P. D., et al. Changes in stool frequency following chicory inulin consumption, and effects on stool consistency, quality of life and composition of gut microbiota. Food Hydrocolloid. 2019;96:688-698. https://doi.org/10. 1016/j.foodhyd.2019.06.006.Franck A. Technological functionality of inulin and oligofructose // British Journal of Nutrition. 2002. Vol. 87. P. 287–291. https://doi.org/10.1079/BJNBJN/2002550.Franck A. Technological functionality of inulin and oligofructose. British Journal of Nutrition. 2002;87:287- 291. https://doi.org/10.1079/BJNBJN/2002550.Ашуров А. И., Джонмуродов А. С., Мухидинов З. К., Усманова С. Р., Партоев К. Интенсификация процесса получения полисахаридов из корнеклубней топинамбура // Вестник Таджикского национального университета. Серия естественных наук. 2019. N 3. C. 208–214.Ashurov A. I., Dzhonmurodov A. S., Mukhidinov Z. K., Usmanova S. R., Partoev K. P. The intensification of the process for the polysaccharides extraction from jerusalem artichoke. Vestnik Tadzhikskogo natsional'nogo universiteta. Seriya estestvennykh nauk = Bulletin of the Tajik National University. Series of Natural Sciences. 2019;(3):208-214.Gerschenson L. N., Rojas A. M., Fissore E. N. Fructose, oligofructans, and inulin. Chapter 3. In: Nutraceutical and functional food components. Galanakis Ch. M. (ed.). Waltham, MA, Elsevier Inc., 2017. P. 39–101.Gerschenson L. N., Rojas A. M., Fissore E. N. Fructose, oligofructans, and inulin. Chapter 3. In: Nutraceutical and functional food components. Galanakis Ch. M. (ed.). Waltham, MA, Elsevier Inc.; 2017, p. 39–101.Barclay T., Ginic-Markovic M., Cooper P., Petrovsky N. Inulin – a versatile polysaccharide with multiple pharmaceutical and food chemical uses // Journal of Excipients and Food Chemicals. 2010. Vol. 1, no. 3. P. 27–50.Barclay T., Ginic-Markovic M., Cooper P., Petrovsky N. Inulin – a versatile polysaccharide with multiple pharmaceutical and food chemical uses. Journal of Excipients and Food Chemicals. 2010;1(3):27-50.Ronkart S. N., Deroanne C., Paquot M., Fougnies C., Blecker C. S. Impact of the crystallisation pathway of inulin on its mono-hydrate to hemihydrate thermal transition // Food Chemistry. 2010. Vol. 119, no. 1. P. 317–322. https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2009.06.035.Ronkart S. N., Deroanne C., Paquot M., Fougnies C., Blecker C. S. Impact of the crystallisation pathway of inulin on its mono-hydrate to hemihydrate thermal transition. Food Chemistry. 2010; 119(1):317-322. https://doi.org/10.1016/j.foodchem. 2009.06.035.Silva D. G., Cooper P. D., Petrovsky N. Inulin-derived adjuvants efficiently promote both Th1 and Th2 immune responses // Immunology and Cell Biology. 2004. Vol. 82, no. 6. P. 611–616. https://doi.org/10.1111/j.1440-1711.2004.01290.x.Silva D. G., Cooper P. D., Petrovsky N. Inulin-derived adjuvants efficiently promote both Th1 and Th2 immune responses. Immunology and Cell Biology. 2004;82(6):611-616. https://doi.org/10.11 11/j.1440-1711.2004.01290.x.Dan A., Ghosh S., Moulik S. P. Physicochemical studies on the biopolymer inulin: a critical evaluation of its self-aggregation, aggregatemorphology, interaction with water, and thermal stability // Biopolymers. 2009. Vol. 91, no. 9. P. 687– 699. https://doi.org/10.1002/bip.21199.Dan A., Ghosh S., Moulik S. P. Physicochemical studies on the biopolymer inulin: a critical evaluation of its self-aggregation, aggregatemorphology, interaction with water, and thermal stability. Biopolymers. 2009;91(9):687-699. https://doi. org/10.1002/bip.21199.Cooper P. D., Carter M. Anti-complementary action of polymorphic “solubility forms” of particulate inulin // Molecular Immunology. 1986. Vol. 23, no. 8. P. 895– 901. https://doi.org:10.1016/0161-5890(86)90075-1.Cooper P. D., Carter M. Anti-complementary action of polymorphic “solubility forms” of particulate inulin. Molecular Immunology. 1986;23(8):895-901. https://doi.org/10.1016/0161-5890(86)90075-1.Shimizu N., Abea A. Characterization of fructans by size-exclusion chromatography: a review. In: Agricultural research updates. Vol. 29. Gorawala P., Mandhatri S. (eds.). Nova Science Publishers Inc., 2020. P. 210–236.Shimizu N., Abea A. Characterization of fructans by size-exclusion chromatography: a review. In: Agricultural research updates. Vol. 29. Gorawala P., Mandhatri S. (eds.). Nova Science Publishers Inc.; 2020, p. 210-236.Насриддинов А. C., Ашуров А. И., Холов Ш. Ё., Исмоилов И. Б., Усманова С. Р., Мухидинов З. К. Самоагрегирующие свойства инулина в разбавленном растворе // Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология. 2022. Т. 12. N 1. С. 38–49. https://doi.org/10.21285/2227-2925-2022-12-1-38-49.Nasriddinov A. S., Ashurov A. I., Kholov S. E., Ismoilov I. B., Usmanova S. R., Mukhidinov Z. K. Self-aggregating properties of inulin in a dilute solution. Izvestiya Vuzov. Prikladnaya Khimiya i Biotekhnologiya = Proceedings of Universities. Applied Chemistry and Biotechnology. 2022;12(1):38-49. (In Russian). https://doi.org/10.21285/2227-2925-2022- 12-1-38-49.Штанчаев А. Ш., Насриддинов А. С., Тешаев Х. И., Мухидинов З. К., Xаликов Д. Х. Турбидиметрическое титрование зеинa кукурузной муки // Доклады Академии наук Республики Таджикистан. 2007. T. 50. N 9-10. С. 748–752.Shtanchaev A. Sh., Nasriddinov A. S., Teshaev Kh. I., Muhidinov Z. K., Khalikov D. Kh. Turbidmetric titration of corn zein. Doklady Akademii nauk Respubliki Tadzhikistan. 2007;50(9-10):748-752.Praznik W., Loppert R., Huber A. Analysis and molecular composition of fructans from different plant sources. In: Recent advances in fructooligosaccharides research. Shiomi N., Benkeblia N., Onodera S. (eds.). Kerala, Research Signpost, 2007. P. 93–117.Praznik W., Loppert R., Huber A. Analysis and molecular composition of fructans from different plant sources. In: Recent advances in fructooligosaccharides research. Shiomi N., Benkeblia N., Onodera S. (eds.). Kerala, Research Signpost; 2007, p. 93-117.Evans M., Gallagher J. A., Ratcliffe I., Williams P. A. Determination of the degree of polymerisation of fructans from ryegrass and chicory using MALDITOF mass spectrometry and gel permeation chromatography coupled to multiangle laser light scattering // Food Hydrocolloids. 2016. Vol. 53. P. 155–162. https://doi.org/10.1016/j.foodhyd.2015.01.015.Evans M., Gallagher J. A., Ratcliffe I., Williams P. A. Determination of the degree of polymerisation of fructans from ryegrass and chicory using MALDI-TOF mass spectrometry and gel permeation chromatography coupled to multiangle laser light scattering. Food Hydrocolloids. 2016;53:155-162. https://doi.org/10.1016/j.foodhyd.2015.01.015.Arnon Z. A., Grabarics M., Kreiser T., Raveh A., Pagel K., Gazit E. Inulin nanostructures: the sweetspot of carbohydrate self-assembly // BioRxiv. 2021. https://doi.org/10.1101/2021.07.13.451276.Arnon Z. A., Grabarics M., Kreiser T., Raveh A., Pagel K., Gazit E. Inulin nanostructures: the sweetspot of carbohydrate self-assembly. BioRxiv. 2021. https://doi.org/10.1101/2021.07.13.451276.Gao C., Chen G. Exploring and controlling the polymorphism in supramolecular assemblies of carbohydrates and proteins // Accounts of Chemical Research. 2020. Vol. 53, no. 4. P. 740–751. https://doi.org/10.1021/acs.accounts.9b00552.Gao C., Chen G. Exploring and controlling the polymorphism in supramolecular assemblies of carbohydrates and proteins. Accounts of Chemical Research. 2020;53(4):740-751. https://doi.org/10.10 21/acs.accounts.9b00552.Ma Z., Zhu X. X. Copolymers containing carbohydrates and other biomolecules: design, synthesis and applications // Journal of Materials Chemistry B. 2019. Vol. 7, no. 9. P. 1361–1378. https://doi.org/10.1039/C8TB03162B.Ma Z., Zhu X. X. Copolymers containing carbohydrates and other biomolecules: design, synthesis and applications. Journal of Materials Chemistry B. 2019;7(9):1361-1378. https://doi.org/10.10 39/C8TB03162B.Valencia G. A., Zare E. N., Makvandi P., Gutiérrez T. J. Self-assembled carbohydrate polymers for food applications: a review // Comprehensive Reviews in Food Science and Food Safety. 2019. Vol. 18, no. 6. P. 2009–2024. https://doi.org/10.1111/1541-4337.12499.Valencia G. A., Zare E. N., Makvandi P., Gutiérrez T. J. Self-assembled carbohydrate polymers for food applications: a review. Comprehensive Reviews in Food Science and Food Safety. 2019;18(6):2009-2024. https://doi.org/10.1111/1541- 4337.12499.Gim S., Zhu Y., Seeberger P. H., Delbianco M. Carbohydrate-based nanomaterials for biomedical applications // WIREs Nanomedicine and Nanobiotechnology. 2019. Vol. 11, no. 5. P. 1558. https://doi.org/10.1002/wnan.1558.Gim S., Zhu Y., Seeberger P. H., Delbianco M. Carbohydrate-based nanomaterials for biomedical applications. WIREs Nanomedicine and Nanobiotechnology. 2019;11(5):1558. https://doi.org/10.10 02/wnan.1558.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.