Регистрация / Вход
Прислать материал

Солюбилизация куркумина в водных растворах катионных ПАВ

Сведения об участнике
ФИО
Кушназарова Рушана Абдурашитовна
Вуз
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский национальный исследовательский технологический университет"
Тезисы (информация о проекте)
Область наук
Химия и химические технологии
Раздел области наук
Физическая химия. Электрохимия. Физические методы исследования химических соединений
Тема
Солюбилизация куркумина в водных растворах катионных ПАВ
Резюме
Спектрофотометрическим методом количественно охарактеризовано солюбилизационное действие моно- и дикатионных ПАВ в отношении куркумина, гидрофобного природного красителя, широко применяемого в пищевой промышленности. Показано, что использование дикатионного ПАВ 16-6-16 позволяет на порядок повысить содержание куркумина в водных растворах, тем самым значительно увеличить его биодоступность. Методом послойного осаждения полиэлектролитов получены нанокапсулы, содержащие куркумин, обеспечивающие его защиту от негативного влияния окружающей среды.
Ключевые слова
солюбилизация, катионные поверхностно-активные вещества, куркумин, инкапсулирование
Цели и задачи
Целью настоящей работы является увеличение содержания гидрофобного красителя куркумина в водных растворах за счет использования катионных ПАВ, а также оптимизация условий его инкапсулирования в наноразмерных полиэлектролитных капсулах.
Для достижения данной цели перед нами были поставлены следующие задачи:
1. Разработка спектрофотометрической методики, позволяющей количественно определять содержание куркумина в растворах.
2. Исследование закономерностей солюбилизации куркумина в присутствии мицеллярных систем в условиях варьирования pH среды.
3. Поиск оптимальных путей стабилизации куркумина в присутствии катионных ПАВ. Инкапсулирование куркумина методом послойного осаждения полиэлектролитов.
Введение

Куркумин ‒ натуральный краситель желтого цвета, который используется в качестве пищевой добавки. Кроме того,  куркумин оказывает системное регулирующее действие на организм, обладает противовоспалительными, противоопухолевыми свойствами, благодаря чему интенсивно исследуется в качестве потенциального лекарственного средства. Однако для более широко применения куркумина существуют и некоторые трудности, в частности он плохо растворим в воде, нестабилен в щелочной среде[1]. Для решения вышеописанных проблем практического применения куркумина предлагается использование различных ПАВ [2] и инкапсулирование полиэлектролитами [3]. 

Методы и материалы

В качестве объектов исследования нами были выбраны дикатионные ПАВ, различающиеся длиной алкильного радикала при сохранении количества атомов углерода в спейсерном фрагменте (14-6-14 и 16-6-16) их монокатионный аналог цетилтриметиламмоний бромид (ЦТАБ) и куркумин. Эксперимент проводился в диапазоне pH от 2 до 12. Такой широкий диапазон pH позволяет охватить использование универсального буфера (смесь уксусной, борной, фосфорной кислот и гидроокиси натрия). Значение pH среды определяли на приборе pH-211 фирмы HANNA при 25 оС с точностью 0,05 ед. pH. Спектры поглощения растворов куркумина фиксировали на спектрофотометре Specord 250 Plus с использованием кварцевых кювет толщиной 0.5 см. В качестве материала для формирования полиэлектролитных капсул использовали разветвленный полиэтиленимин (ПЭИ) и полиакриловую кислоту (ПАК) с молекулярной массой 25000 и 1800, соответственно. Размер и дзета-потенциал сформированных полиэлектролитных капсул контролировали методом динамического и электрофоретического светорассеяния (Malvern Zetasizer Nano).

Описание и обсуждение результатов

На первом этапе работы был проведен анализ электронных спектров куркумина в водных растворах катионных ПАВ в условиях изменения pH. На основе полученных спектральных данных была количественно охарактеризована солюбилизационная емкость (S) мицеллярных систем в отношении этого красителя. Значение S вычисляли с помощью соотношения S = b/ε, где b – наклон линейной части зависимости приведенной оптической плотности насыщенных растворов куркумина от концентрации ПАВ. Установлено, что в ряду ЦТАБ < 14-6-14< 16-6-16 солюбилизационная емкость увеличивается, что подтверждает предположение о том, что длина углеводородного радикала влияет на способность ПАВ солюбилизировать в воде гидрофобные субстраты. Стоит отметить, что головная группа дикатионного ПАВ обладает двойным зарядом и обеспечивает высокую стабильность куркумина за счет сильного электростатического взаимодействия с молекулами исследуемого субстрата. Показано, что использование дикатионного ПАВ 16-6-16 позволяет на порядок повысить содержание куркумина в водных растворах. Исходя из этого свойства, дикатионное ПАВ 16-6-16 выбрано в качестве «мягкой» матрицы для дальнейшего инкапсулирования куркумина.

На втором этапе осуществлялось создание полиэлектролитных капсул на основе куркумина, предварительно стабилизированного дикатионным ПАВ 16-6-16. Методика создания капсул заключалась в послойном нанесении противоположно заряженных полиэлектролитов (ПАК и ПЭИ) на куркумин в оболочке 16-6-16. После каждого нанесенного слоя полиэлектролита измеряли размер капсул методом динамического светорассеяния: в  случае трехслойных капсул их гидродинамический диаметр составил 160 нм. Метод электрофоретического рассеяния света показал, что после каждого нанесенного слоя полиэлектролита происходит перезарядка системы. Методом флуоресценции регистрировали высвобождение куркумина из капсул.

Таким образом, была исследована солюбилизационная способность различных катионных ПАВ по отношению к куркумину. Показано, что с помощью дикатионного ПАВ 16-6-16 можно существенно повысить содержание куркумина в водных растворах, тем самым значительно увеличить его биодоступность. Методом послойного осаждения полиэлектролитов получены нанокапсулы, содержащие куркумин, обеспечивающие его защиту от негативного влияния окружающей среды. 

Используемые источники
1. Dan Ke. Effect of the spacer length on the electrostatic interactions of cationicgemini surfactant micelles with trianionic curcumin / Dan Ke, Qianqian Yang, Mingling Yang, Yue Wu, Jinbing Li, Haibo Zhou, Xiaoyong Wang // Colloids and Surfaces. – 2013. – Vol. 436. – p. 80 – 86.
2. Kumar A. (Cationic + nonionic) mixed surfactant aggregates for solubilisation of curcumin / Kumar A., Kansal S.K., Chaudhary G.R., Mehta S.K. // J. Chem. Thermodynamics. – 2016. – Vol. 93. – p. 115-122.
3. Zakharova L.Ya., Mirgorodskaya A.B., Zhiltsova T.P., Kudryavtseva L.A., Konovalov A.I. / Reactions in Supramolecular Systems // Molecular Encapsulation: Organic Reactions in Constrained Systems – Wiley. – 2010. - P. 397-420.
Information about the project
Surname Name
Kushnazarova Rushana
Project title
Solubilization of curcumin in aqueous solutions of cationic surfactants
Summary of the project
Solubilization effect of mono- and dicationic surfactants towards curcumin – a hydrophobic natural pigment widely used in the food industry – has been quantitatively characterized by using spectrophotometric method. It has been shown that the use of dicationic surfactant 16-6-16 allows increasing the content of curcumin in aqueous solutions, thereby significantly enhancing its bioavailability. Nanocapsules containing curcumin, which is designed to protect from the negative influence of the environment, was obtained by method of layer-by-layer polyelectrolytes deposition.
Keywords
solubilization, cationic surfactants, curcumin, encapsulation