PREPARATION OF MODIFIED CARBOHYDRATES WITH BIOLOGICAL ACTIVITY

Получаване на модифицирани въглехидрати с повишена биологична

активност

O

O

CH2

O

CH2

OO

CH2

O

CH2

OO

OO

CH2

O

CH2

O

CH2

OO

CH2

OO

O

O

CH2

CH2

OO

O

O

CH2

O

CH2

OO

CH2

O O

CH2

CH2

OO

CH2

OO

CH2OH

OO

OO

Георги Матев, Надежда Петкова*, Пантелей Денев*, Венелина Попова и Степан Актерян

GEORGY MATEV, NADEZHDA PETKOVA*, PANTELEY DENEV*, VENELINA POPOVA , STEPAN AKTERIAN * UNIVERSITY OF FOOD TECHNOLOGIES - PLOVDIV, DEPARTMENT OF ORGANIC CHEMISTRY AND MICROBIOLOGY, Bul. Maritza 26,

Plovdiv, Bulgaria petkovanadejda@abv.bg

Резюме

Въведение

Цел и задачи Целта на настоящето изследване е да се синтезират естери на захароза и

олигофруктози с мастните киселини, които да притежават увеличени хидрофобни

свойства и да проявяват повишена биологична активност.

Задачи:

1. За естерификацията на въглехидратите да се използват метилови естери на

наситени мастни киселини С6 до С18.

2. При процеса естерификация да се изпробва метилов естер на биологично-

активната 10-ундециленова киселина.

3. Да се интензифицира естерификационния процес чрез използване ултразвуково

въздействие и инертна азотна атмосфера.

4. Физико-химично охарактеризиране на получените естери.

5. Изследване на антимикробния ефект на синтезираните сукроестери.

Материали и методи

Заключение

Благодарности

Използвана литература

Получени са естери на захароза и олигофруктоза с наситените мастни

киселини (С6 до С18) и с ненаситената 10-ундециленова киселина С11.

Използван е нов метод за синтез, включващ ултразвуково въздействие.

Получените въглехидратни естери са охарактеризирани чрез точка на

топене, TLC и IR-FT. Изследвана е антимикробната активност на

синтерзираните естери на захарозата. Сукролауринатът се отличава с

много добре изразено антибактериално действие спрямо плесени от

родовете Aspergillus и Penicillium и Грам-положителните бактерии Bacillus

subtilis и Staphylococcus aureus.

Изследването е финансирано по проект ДДВУ 02/28/2010 г. на фонд "Научни изследвания" към МОМН, България

1. Alves, M., Boscolo, M., Fernanades, O., and Nunes M.,A., Mortality of Bemisia tabaci Biotype B (Sternorrhuncha: Aleyrodidae) Adults by Aliphatic and Aromatic Synthetic Sucrose Esters, Braz.

Arch. Boil. Techol. v. 51, n. 6, Nov/Dec 2008, 1115-1119

2. Kabara, J., J. and Marshal, D., Medium-chain fatty acids and esters, Antimicrobials in food, (Eds Davidson, P.,M.,Sofos, J., N. and Branen A.,L.,) CRC Taylor & Francis, NY, 2005, 328-336

3. Li, Sh., Song, Z., Liu, Zh., Bai, S., Characterization and insecticidal activity of sucrose octanoates, Agron Sustain. Dev. 28, 2008, 239-245

4. Lin, Y. and Wagner, G., J., Rapid and simple methods for estimation of sugar esters, J. Agric. Food Chem., 42, 1994, 1709

5. Piccicuto, S., Blecker Ch., et al., Les ester de sucres: voies de synthese et potentialites d`utilisation, Biotechnol. Agron. Soc. Environ. 5, 2001, 209-219

6. Raku, T., Kitagawa, M., Shimakawa, H. & Tokiwa, Y., Enzymatic synthesis of hydrophilic undecylenic acid sugar esters and their biodegradability, Biotechnology letters, 161-166, 2003 .

Сукроестерите са нейоногенни повърхностно-активни вещества, без

вкус и мирис. Те са нетоксични и биоразградими съединения, които

намират широко приложение в храните, козметиката и фармацията

като емулгатори [3] и антимикробни агенти [2]. Могат да се използват в

земеделието, поради добре изразения си инсектициден характер

[1,3,5]. В природата сукроестерите се срещат естествено в трихомите

на растения от родовете Nicotiana sp., Solanum sp., Datura sp. и др.,

където са под формата на смеси от ацетатни естери или естери на

захарозата с мастните киселини С6-С12 (в тютюн) [3,4]. Поради

нарастващият интерес и приложение на сукроестерите за нуждите на

индустрията се използват два начина на тяхното получаване: чрез

химичен синтез, включващ преестерификация или чрез ензимна

модификация. Последната е строгоспецифична, но е продължителна

като време и изисква използване на пречистени ензими [5,6].

Всички химикали и реактиви са чисти за анализ. За синтезите са изпoлзвани мастни

киселини, (Sigma Aldrich) и олигофруктоза Frutafit CLR (Roоsendaal, the Netherlands),

магнитна бъркалка BOECO MSH 300, ултразвукова вана SIEL UST 5.7-150 и азотна

атмосфера. За ТLC анализ са използвани плаки Kieselgel G60 F254(20x20), Merck

(Darmstadt), мобилна фаза етилацетат/метанол/вода (17:2:1 v/v) и проявител 10%

H2SO4 – за ундециленовите естери на въглехидратите [6] и за останалите естери:

мобилна фаза - толуен/етилацетат/метанол/вода (12:5:4,5:0,2) и проявител –

карбамид и фосфорна киселина [3]. Точката на топене е измерена на апарат BŰCHI

510. IR спектрите на синтезираните естери са снети с апарат IR-FT Avatar Nicolet

TermoScience в таблетка КBr. За определяне на антимикробния ефект на

синтезираните сукроестери е използван методът дифузия в агар. Броят на

плесенните спори в 1 ml спорова суспензия е определен чрез преброяване в камера

на Thoma.

O

HO

HO

OH

OH

O

CH2

HO

OH

O

CH2OH

CH2OH

HO

HO

OO

n

O

HO

HO

OH

OH

O

H2C

O

OH

O

CH2OH

CH2OH

OH

OH

O

O

n

HOO

C

R

O

C

O

R

x eq.CH3OCOR

R=C5H11,C7H15, C9H19, C10H20,C11H23, C13H27, C15H31, C17H35

NaOMe

Фиг. 2. Сукроестери с наситени

мастни киселини

Sugar and oligofructoses esters with saturated fatty acids (С6 to С18) and

10-unsaturated undecylenic acid С11 have been obtained. A new method

for synthesis with the ultrasonic influence has been developed and applied.

Prepared carbohydrate esters have been characterized by measurement of

melting point, thin layer chromatography (TLC) and IR-FT. The antimicrobial

activity of the syntheses sugar esters has been investigated. Sucrolaurate is

characterized by well pronounced bacteriostatic activity against fungi

Aspergillus and Penicillium, Gram positive bacteria: Bacillus subtilis and

Staphylococcus aureus.

Фиг.3. Сукроундециленат

Табл.2. Антимикробна активност на сукролауринат с концентрация 0,1% (воден р-р)

Tествани

микроорганизми

E. coli Bacillus

subtilis

St. aureus Listeria

monocytogenes

Penicillium

sp.

Aspergillus

sp.

Количество на

посевния

материал

КОЕ/

ml агар

КОЕ/

ml агар

КОЕ/

ml агар

КОЕ/

ml агар

Бр.спори/

ml агар

Бр.спори/

ml агар

1,3.109 1,8.108 1,2.1010 9,2.1010 2.105 1.105

Диаметър на

зоните без

растеж, mm

-*

15*

11*

17*

8**

9**

* след 24 часа култивиране за бактерии; ** след 48 часа култивиране за плесени

Фиг. 5. Снимков материал на 24 h (бактерийни) и 48 h (плесенни) култури CH2O

CH2O

HO

OH

OO

OH

OH

OH

OCH2

O

n

O

O

n

O

n

n=0,2,4,6,8,10,12

Фиг.1. Естерификация на олигофруктозите

Табл. 1. Точки на топене на въглехидратни естери

Вещество Измерена точка на топене, °С

Захароза 186-188

Сукрокапринат 135

Сукролауринат 84-87

Сукромиристинат 120-123

Сукропaлмитат 147-150

Сукростеарат 163-167

Sisterna SP70 145-147

Инулин CLR 154 -157

Инулин CLR капринат 110 -115

Инулин CLR лауринат 72-74

Инулин CLR миристинат 135

Инулин CLR палмитат 75 (при 105 карамелизира)

Инулин CLR стреарат 80 (при 105 карамелизира)

Синтезирани са и са охарактеризирани естери на захароза и олигофруктоза с наситени

и ненаситени (10-ундециленова) мастни киселини. При IR-FT спектрите на всички

получени въглехидратни естери се открива наличие на характерното трептене на C-O

при 1745 cm-1, което доказва наличието на естерна връзка. Ултразвуковото въздействие

ускори естерификационния процес, като повиши степента на заместване на естерите.

От синтезираните естери сукролауринатът се отличава с бактерицидното си действие

спрямо бактериите Listeria monocytogenes, Bacillus subtilis, Staphylococcus aureus и

плесени от родовете Aspergillus и Penicillium, но използваната концентрация на

сукроестера не оказва инхибиращо въздействие спрямо Грам-отрицателни бактерии и

конкретно към E. coli.

CH2O

CH2O

HO

OH

OO

OH

OH

OH

OCH2

O

O

O

O

Abstract

Фиг.4. IR-FT спектри на ундециленови естери

Резултати

0500100015002000250030003500

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1

1,1

1,2

NP6NP6-1

Wavenumbers [1/cm]

Tra

nsm

itta

nce

инулин CLR ундециленат

сукроундециленат

1745 cm-1 3080 cm-1