Макромолекулярный состав инулина различного происхождения в концентрированном растворе

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.

1. 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. Vol. 246. P. 116589. https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2020.116589.

2. 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.

3. 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.

4. 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/.

5. 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.

6. 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.

7. 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.

8. 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.

9. 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.

10. 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.

11. 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.

12. 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.

13. 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.

14. 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.

15. 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.

16. 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.

17. 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.

18. 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.

19. 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.

20. 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.

21. 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.

22. 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.

23. 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.

24. 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.

25. 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.

26. 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.

27. 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.

28. 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.