Полисахариды на границе с газовой фазой

В исследованиях испанских ученых[1] проводилось молекулярное моделирование полисахаридов с целью предсказания их физических характеристик. В частности, изучалось взаимодействие полисахаридов с водой. Актуальность этого исследования обосновывается, например, необходимостью информации об изменении механических свойств защитных пленок из модифицированного крахмала под действием паров воды. Такие пленки наносятся на продукты с целью продления срока их хранения.

В качестве модели амилозы выбрана а-мальтоза. Были определены и последовательно рассмотрены три конформации молекулы ос-мальтозы, обладающие наименьшей энергией. Параметры первого гидратационного слоя на молекулах ct-мальтозы были определены в две стадии. На первой стадии обнаружены минимумы на энергетической поверхности, построенной для различных вариантов расположения молекул воды вблизи молекулы сс-мальтозы. На следующей стадии оптимизировалась структура комплекса «сс-мальтоза — вода», и таким образом определялось число молекул воды, приходящееся на молекулу сс-мальтозы.

В результате этих вычислений было определено число молекул в первом гидратационном слое мальтозы. Оно оказалось равным величине от 10 до 11. В результате экстраполяции полученных данных на макромолекулу амилозы было получено число молекул воды на одну повторяющуюся единицу полимерной цепи — 3,8 (38 молекул воды на десять повторяющихся единиц).

Полученные данные сопоставлялись с экспериментальными. Методом термогравиметрии было определено количество молекул воды, содержащееся в образцах крахмала, выдерживаемых при различных значениях относительной влажности воздуха, а путем дифференциальной сканирующей калориметрии — количество незамерзающей воды. Число молекул незамерзающей воды в пересчете на единицу полимерной цепи, определенное в результате этих экспериментов, также оказалось равным 3,8, что подтвердило применимость модельных представлений о гидратации крахмала, развитых на базе квантово-механических вычислений.

Изотерма сорбции крахмала показала, что монослой (слой незамерзающей воды) образуется в диапазоне относительной влажности воздуха 14—88 %. При влажности более 88 % образуются полимолекулярные слои. Таким образом, поверхность молекулы крахмала обнаруживает степень гидрофильности (гидрофобности) примерно того же порядка, что и молекула белка, благодаря соседству неполярных углеводородных групп и полярных гидроксильных групп, а также частично заряженных атомов кислорода. Однако гидрофобность крахмала несколько выше, так как монослой воды на его поверхности ненасыщен. Это объясняется отсутствием ионизированных групп в полипептидной цепи.

  • [1] Mazean К., Rinaudo М. The prediction of the characteristics of some polysachrides from molecular modeling. Comparation with effective behavior // Food Hydrocolloids. 2004. № 18. P. 885—898.
 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >