Содержание к диссертации
Введение
2 Литературный обзор 7
2.1 Биологическое действие озона и озонированного растительного масла на живые организмы 7
2.2 Общая характеристика микрокапсулированных систем и методов микрокапсулирования 17
2.2.1 Микрокапсулированные композиции в фармацевтических и косметических продуктах 17
2.2.2 Коацервация 21
2.2.2.1 Простая коацервация 21
2.2.2.2 Сложная коацервация 23
2.3 Влияние различных факторов на свойства получаемых микрокапсул 27
2.3.1 Свойства и структура мембраны капсул 27
2.3.1.1 Свойства оболочки капсул, полученных методом коацервации 27
2.3.1.2 Свойства оболочки капсул, полученных химическими, физическими и остальными физико-химическими методами 42
2.3.2 Перекрёстная сшивка 44
2.3.3 Влияние скорости перемешивания на свойства получаемых микрокапсул 47
2.3.4 Эффективность процесса микрокапсулирования 49
2.4 Высвобождение веществ из микрокапсул 51
2.4.1 Возможные пути высвобождения. Применение микрокапсул 51
2.4.2 Высвобождение веществ из микрокапсул, полученных методом сложной коацервации 54
2.5 Выводы по литературному обзору 56
3 Экспериментальная часть 58
3.1 Характеристика исходных веществ 58
3.2 Методы исследования .64
3.2.1 Оценка кислотно-основных свойств полиэлектролитов 64
3:2.2 Измерение вязкости растворов полимеров 64
3:23 Определение изоэлектрической точки полиэлектролита 66
3:2.4 Методика инкапсулирования:. 67
3.2.5 Анализ дисперсности микрокапсул с помощью оптической микроскопии 67
3.2.6 Оценка устойчивости оболочки микрокапсул 68
3.2.7 Количественное определениеозонидов: 69
3.2.8 Определение степени экстракции препарата из стандартных эмульсий с концентрацией препарата 5, 10 и 15% .73
3.2.9 Тензометрические исследования. 74
3.3 Математическая обработка, результатов эксперимента 78
4 Обсуждение результатов 81
4:1 Основные коллоидно-химические свойства используемых полиэлектролитов 81
4:1.1 Кислотно-основные свойства полиэлектролитов 81
4.1.2 Исследование вязкости растворов полимеров 83
4.1.3 Определение изоэлектрической точки полиэлектролитов 85
4:2 Подбор условий образования коацерватов 89
4.3 Микрокапсулирование 100
4.3. Г Получение микрокапсул озонированного масла 100
4.3.2 Оценка свойств оболочки микрокапсул 103
4:4 Количественное определение озонидов 104
4.4.1 Содержание озонидов в исходном препарате 104
4.4.2 Определение эффективности микрокапсулирования 106
4.4.3 Микрокапсулирование в оболочку гуммиарабйк-Polyquaternium 109
4.4.4 Метрологическая характеристика методов анализа. Сравнение спектрофо тометрического и иодометрического методов по воспроизводимости 113
4.5 Адсорбционная способность различных коацерватов 118
5 Выводы 124
6 Список литературы 126
7 Приложения 144
- Биологическое действие озона и озонированного растительного масла на живые организмы
- Характеристика исходных веществ
- Подбор условий образования коацерватов
- Адсорбционная способность различных коацерватов
Введение к работе
Актуальность проблемы. Микрокапсулирование биологически активных веществ (БАВ) - интенсивно развивающееся направление в технологии лекарственных и косметических средств. Одним из подобных БАВ является озонированное растительное масло, основной компонент которого представляет собой озониды триглицеридов ненасыщенных карбоновых кислот. Озонированное масло характеризуется высокой терапевтической активностью при целом ряде заболеваний кожи и слизистой. Однако, его использование как медикаментозного и космецевтического средства ограничено рядом факторов:
низкой стабильностью при хранении в естественных условиях: комнатная температура, воздействие окружающей среды (влажность, воздействие света);
возможностью деградации компонентов системы из-за окисляющего действия озонидов органических соединений;
- специфическим органолептическим действием (ярко выраженный запах).
Решение указанных проблем может быть достигнуто путём получения микрокап-
сулированных форм данного препарата и аналогичных продуктов. Одним из наиболее доступных и простых с экспериментальной точки зрения методов инкапсулирования маслорастворимых веществ является метод сложной коацервации. Этот метод заключается в получении микрокапсул путём формирования оболочки из полиэлектролитного комплекса (ПЭК) на поверхности капель эмульсии капсулируемого вещества. В качестве веществ, образующих оболочку, могут использоваться различные соединения как природного, так и синтетического происхождения, но, по крайней мере, одно из этих соединений должно являться полиэлектролитом. К настоящему времени опубликовано значительное количество работ, посвященных получению микрокапсул, содержащих биологически активные вещества, методом сложной коацервации. Большинство работ связано с технологией получения конкретных препаратов, однако, озонированные масла в этом плане изучены крайне мало.
Вместе с тем, препараты для наружного применения, содержащие озонированные растительные масла, представляют значительный интерес с точки зрения профилактики и лечения различных патологических процессов, связанных с изменением кожного покрова. Таким образом, разработка методов получения микрокапсулированных форм озонидов растительных масел и изучение физико-химических закономерностей этих процессов представляют актуальную задачу.
Цель работы. Получение микрокапсулированной формы продукта, сохраняющей стабильность во времени в составе лекарственного или косметического средства. Для этого необходимо установление закономерностей и разработка методов инкапсулирования озонидов растительных масел методом сложной коацервации.
Для достижения поставленной цели требовалось решение следующих задач:
определить влияние строения полиэлектролитов и экспериментальных условий (массовое соотношение двух полиэлектролитов, величина рН, порядок смешения и т. д.) на формирование полиэлектролитного комплекса (ПЭК);
определить условия формирования оболочки из различных ПЭК на поверхности капель эмульсии озонидов растительного масла;
- разработать аналитический метод контроля степени инкапсулирования озонидов
растительного масла;
определить влияние природы материала оболочки и условий инкапсулирования на параметры дисперсности микрокапсул и эффективность инкапсулирования. Научная новизна работы состоит в следующем:
установлены условия образования оболочек микрокапсул из ПЭК желати-на/поликватерниумы, гуммиарабик/поликватерниумы;
установлено влияние природы катионного полиэлектролита на процесс образования ПЭК желатина/поликватерниум и процесс инкапсулирования озонидов растительного масла;
показано, что максимальная степень инкапсулирования озонидов растительного масла соответствует минимуму межфазного натяжения на границе раздела фаз «масло/водная дисперсия ПЭК». Практическая значимость работы состоит в следующем:
- разработан метод получения микрокапсул озонидов растительного масла мето
дом сложной коацервации;
- разработана аналитическая методика определения озонидов растительного масла;
оценена устойчивость микрокапсулированных форм озонидов растительного
масла к величине рН среды и действию различных растворителей.
Апробация работы и публикации. Результаты работы были представлены на международном симпозиуме «Ars Separatoria» (Польша, Ченстохова, 2005 г.) и IV международном конгрессе «KOSMETIK International» (Москва, 2005 г.).
По теме диссертации опубликовано 3 работы: 1 статья в рецензируемом журнале, утверждённом перечнем ВАК; 2 тезиса докладов.
Структура и объём диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, обзора литературы, описания методик эксперимента, обсуждения результатов и выводов. Работа изложена на 167 страницах машинописного текста, содержит 40 таблиц, 58 рисунков. Список цитируемой литературы включает 191 наименование.
Биологическое действие озона и озонированного растительного масла на живые организмы
Озон уже около 100 лет с успехом применяется в различных областях медицины. Лечебный эффект озона основан на известных механизмах его биологического действия [1]. Они перечислены ниже.
1. При наружном применении высокий окислительный потенциал озона обеспечивает бактерицидный, фунгицидный, вирицидный эффект в отношении важнейших видов грамположительных и грамотрицательных бактерий, вирусов, патогенных грибов и простейших.
2. Эффект парентерального введения озона при патологиях, сопровождающихся ги-поксическими расстройствами, основан на активации кислородзависимых процессов.
3. Озониды, образующиеся в результате озонолиза ненасыщенных жирных кислот, модифицируют клеточные мембраны, что обеспечивает интенсификацию ферментных систем и тем самым усиливает обменные процессы,выработки энергетических субстратов.
4. Иммуномодулирующее действие озона основано на его способности активировать фагоцитоз за счёт образования пероксидов и стимуляции выработки цитокинов лимфоцитами и моноцитами. Как следствие, повышаются уровни фактора некроза опухоли [2], а также интерлейкина-2 и у-интерферона при озонотерапииу больных аллергозами (пищевой аллергией, бронхиальной астмой, атопическим дерматитом) [2, 3]. Озонотерапия эффективна и при других аллергодерматозах, например, экземе. Иммуномодулирующее действие проявляется, в частности, снижением в крови уровней циркулирующих иммунных комплексов, IgM, групповых и Rh-антител, возрастанием фагоцитарной активности нейтрофилов.
5. Модификация мембран форменных элементов крови и ультраструктурной организации сосудистого русла, снижение вязкости крови приводят к улучшению микро-гемоциркуляции и газообмена на тканевом уровне.
Рассмотрим подробнее каждый из них. Использование высоких концентраций озоно-кислородной смеси при наружном применении позволяет добиваться вирицидного эффекта. При взаимодействии микроорганизмов с высокими концентрациями озона происходит уничтожение как бактерий, так и вирусов в результате окислительного разрушения соответственно их цитоплазматической мембраны или капсидной оболочки. Продукты распада ДНК и РНК при воздействии озона охарактеризованы в литературе [4]. Нарушение физических свойств мембран происходит в результате изменения состава их липидной фракции при избыточном свободнорадикальном окислении. Механизм действия высоких концентраций озона в практической медицине используется при обработке озоно-кислородной смесью трофических язв, ожоговой поверхности и инфицированных ран.
В настоящее время озонотерапия широко применяется в дерматовенерологии и дерматокосметологии. Используются парентеральные методы введения озона, обработка очагов поражения озоно-кислородной смесью и озонированные наружные средства, в частности, оливковое масло. Высокие концентрации медицинского озона проявляют выраженный бактерицидный эффект, более низкие концентрации применяются для инактивации вирусов и иммуномодулирующего эффекта, стимулируют регенерацию и размножение клеток. Эти свойства лежат в основе клинического применения медицинского озона в зависимости от стадии заболевания и фазы раневого процесса [5].
Способность озона инактивировать вирусы применяется для лечения многих дерматозов вирусной этиологии, в частности, герпеса. Делгадо с сотр. (1997) сообщили об эффективности подкожных инъекций озоно-кислородной смеси при простом пузырьковом лишае [6].
В озонотерапии широко применяют внутривенное капельное введение озонированного физиологического раствора (ОФР) — простую и эффективную методику парентерального воздействия.
В технологии применения парентерально вводимого озонированного физиологического раствора методологически заложен более длительный контакт озона с внутренней средой пациента, чем при локальных методиках (полоскании, ректальных и вагинальных манипуляциях, орошении раневых и патологически изменённых по верхностей озонированной дистиллированной водой или при её приёме внутрь). Именно это обстоятельство позволяет достигать чётко выраженных положительных лечебных эффектов при различных патологиях значительно меньшими по сравнению с принятыми в Европейской школе концентрациями и дозами озона. Одновременно такой приём позволяет максимально эффективно использовать мощные каталитические, окислительные свойства озона.
Правильность этого подхода, значительно расширяющего диапазон терапевтического воздействия озона, обоснована фундаментальными биохимическими, иммунологическими, морфологическими, ультраструктурными и физиологическими исследованиями и подтверждена клинически. При- использовании озонированных физиологических растворов можно обеспечить резкое увеличение накопления клетками биологически активных, соединений: фосфорилированных нуклеотидов, регулятор-ных пептидов, витаминов и аминокислот. В начале развития воспалительного процесса метаболические и сосудистые нарушения приводят к возникновению и прогрессированию гипоксии, при которой анаэробный гликолиз преобладает над аэробным:. Метаболические нарушения при, гипоксии сопровождаются развитием выраженного ацидоза в области» воспалительного очага. При этом происходит накопление недоокисленных продуктов, главным образом молочной и пировиноградной, кислот. Отмечается снижение рН, которое характеризует степень гипоксии [5]. Быстро реагируют наразвитие воспаления дыхательные ферменты, необходимые для полноценной репарации. Их активность резко снижается, что может служить ранним признаком проявления некротических изменений в тканях. Всё это создает благоприятный фон для развития инфекции [5].
Исходя из указанных выше механизмов, ведущих к гипоксии в гнойной ране, патогенетически обосновано применение кислорода, выделяемого из озона. Терапевтические эффекты озона обусловлены, прежде всего, его окислительными, свойствами. Антигипоксический эффект сопровождается улучшением кислород-транспортной функции крови, улучшением её реологических свойств и активацией биоэнергетических процессов за счёт увеличения концентрации кислорода в плазме. При этом снижается кислородное голодание тканей, повышается метаболическая активность форменных элементов крови и тканевых клеток [5]. Это сопровождается возрастанием активности ферментов дыхательной цепи и окислительного фосфорилирования, что ведет к восстановлению энергетического баланса.
Озон, повышая резистентность мембран эритроцитов, способствует повышению их деформабельности и парциального давления кислорода в артериальной крови, тем самым влияя на восстановление периферического кровообращения и уменьшение степени гипоксии [7, 8]. Уменьшается количество деструктивно изменённых клеток крови. Важным является усиление процессов утилизации глюкозы эритроцитами. Одним из факторов, ведущих к улучшению реологических свойств мембран эритроцитов, является окислительная химическая модификация жирных кислот, образующихся в результате озонолиза мембранных фосфолипидов, которые в свою очередь служат эффективным инициатором биохимической и функциональной перестройки биомембран.
Отмечено, что парентерально введённый озон, облегчая отдачу кислорода ок-сигемоглобином, тем самым обеспечивает полноценную оксигенацию ишемизиро-ванных тканей, улучшает энергетический обмен. При этом активизируется гликоли-тический и пентозофосфатный пути окисления глюкозы, интенсифицируется цикл Кребса, повышается сопряжённость процессов окисления и фосфорилирования. Данные реакции усиливают синтетические процессы в очаге воспаления [5].
Под влиянием низких и средних концентраций озона в эритроцитах отмечается повышение содержания АТФ, 2,3-ДФГ и НАДФН2, следствием чего является, в частности, восстановление окисленного глутатиона, антиоксидантного фермента глутати-онпероксидазы. Клинически важна достигаемая при этом нормализация перекисного окисления липидов (ПОЛ), стабилизация структурно-функционального состояния мембран эритроцитов и увеличение их деформабельности (схема представлена на рисунке 2.1) [9].
Усиливается пролиферация молодых соединительно-тканных клеток сосудистой стенки, что отражает начало организации некрозов. Одновременно начинается бурное размножение эпителия с «наползанием» его на раневую поверхность [5].
Характеристика исходных веществ
Органические растворители (хлороформ и кислоту уксусную ледяную), а также йодид калия («Мосреактив», Россия) квалификации «х. ч.» использовали без дополнительной очистки.
Водные растворы кислоты хлористоводородородной и натрия гидроксида для кислотно-основного титрования готовили из стандарт-титров («Лабтех», Россия) согласно соответствующим методикам [173].
В качестве биологически активного вещества (БАВ) применяли препарат «Медо-зонид» концентрат, представляющий собой озониды (1, 2, 4-триоксоланы) триглицери-дов ненасыщенных карбоновых кислот природного происхождения, получаемый по оригинальной технологии озонирования оливкового масла (фирма «Медозон», Россия) [174], общей формулы
Молярная масса активного компонента составляет 970-1070 г/моль. Основной характеристикой активности препарата является концентрация в нём озонидньк циклов, которая в соответствии с нормативной документацией [174] равна 1,2-3,3 ммоль/г. При температуре ниже +5С препарат представляет собой белую твёрдую массу, от +5С до +20С— белую вязкую массу, выше +20С— прозрачную бесцветную или слегка желтоватую маслянистую жидкость [174].
В качестве веществ, образующих оболочку, использовали различные водорастворимые высокомолекулярные вещества — полиэлектролиты (ПЭ) или низкомолекулярные вещества (НМВ):
1) желатину;
2) гуммиарабик (ГА);
3 ) поликватерниумы (Polyquaternimn);
4) четвертичную аммониевую соль- тетрадецилтриметиламмонийбромид (ТДТМАБ).
Желатина представляет собой продукт денатурации коллагена- белка соединительной ткани. Её получают вывариванием костей, сухожилий идругих отходов мясопе-реработки. Желатина построена1 из 18 различных а-аминокислот, соединённых в определённой последовательности. Основную цепь образуют а-амино- и карбоксильные группы, соединённые амидной связью. Боковые цепи могут содержать основные аминогруппы, гуанидиновые остатки или карбоксильные группы [33]:
Использовали желатину квалификации «фотографическая» («Росхимреактив», Россия) [175], представляющую собой светло-жёлтые гранулы. Вхолоднойводе она набухает и растворяется при нагревании.
Гуммиарабик (Agrigum) - полисахарид, получаемый из стволов и ветвей акации сенегальской. Использовали гуммиарабик фирмы «Agrisales.Ltd» (Судан). Хорошо.растворим как в горячей, так и в холодной воде, может образовывать растворы с концентрацией до 55%. Несмотря на относительно высокую молекулярную массу (460000 Да), образует растворы с низкой вязкостью [176].
Гуммиарабик содержит низкомолекулярный арабиногалактан (АГ), содержащий небольшое количество белка, богатый белками гликопротеид (Гл) и высокомолекулярный арабиногалактан-протеиновый комплекс (АГП). Содержание АГП-комплекса в гуммиарабике составляет 10%, но при этом комплекс содержит около 50% всего белка [176].
В работе использовали тетрадеігилтриметиламмонийбромид (ТДТМАБ) фирмы «Redwood chemicals» (США).
Поликватерниумы представляют собой класс катионных полимеров, содержащих в составе четвертичный атом азота. Использованы полимеры Polyquatemium марки Lu-viquat фирмы «Basf» (Германия), поскольку они представляют собой производные ви-нилпирролидона (ВП), обладающего высокой биосовместимостью. Также использованы Polyquatemium марки Conditioner Р7 NA фирмы «3V Sigma» (Италия) в виде водных растворов. Торговые названия использованных поликватерниумов и их названия по INCI (International Nomenclature of Cosmetic Ingredients, международная номенклатура косметических ингредиентов, [177]) представлены в таблице 3.1. Структурные формулы поликватерниумов и их названия представлены в таблице 3.2.
В качестве стабилизатора использовали поливиниловый спирт (ЛВС) марки ВС-05 (Тайвань), представляющий собой частично гидролизованный ПВС; вязкость— 5-6 мПа-с; степень гидролиза — 72-76%; содержание летучих веществ 5%; зольность 0,5%; рН - 5-7%; степень полимеризации - 600-700; молекулярная масса - 33000-380001 [180].
Подбор условий образования коацерватов
Для проведения процесса микрокапсулирования озонированного растительного масла необходимо было предварительно определить условия образования коацерватов: массовое соотношение компонентов оболочки и величину рН среды. Для этой цели мы использовали спектрофотометрический метод. При образовании коацервата происходит помутнение системы из-за выделения новой фазы (коацервата) в виде мельчайших капель. На частицах новой фазы происходит рассеяние света, что приводит к изменению оптической плотности системы. Концентрации рабочих растворов полиэлектролитов мы подбирали таким образом, чтобы величины оптической плотности находились в интер вале от 0,2 до 0,9 для кювет с толщиной слоя в 1 см, поскольку этот диапазон является оптимальным для измерений. Таким образом было установлено, что рабочие растворы должны были иметь концентрацию 2,5 г/л (0,25% мас./об.). При такой их концентрации максимум поглощения имеет значение чуть меньше 1.
Мы осуществили как прямое титрование растворов желатины или гуммиарабика растворами катионных соединений, так и титрование в обратном порядке, когда растворы катионных соединений оттитровывались растворами желатины или гуммиарабика. Титрование желатины, для которой значение изоэлектрической точки составляет 5,2, проводилось при рН 4,0, 6,0 и 7,0. В случае гуммиарабика значения рН среды составляли 4,0, 5,0, 6,0 и 7,0. В щелочной среде (рН 8,0 и более) титрование не проводилось, поскольку озониды, которые являются объектами микрокапсулирования, неустойчивы в щелочной среде.
На рисунках 4.5 и 4.6 (с. 91) представлены кривые спектрофотометрического титрования раствора желатины растворами Polyquaternium и ТДТМАБ при рН 6,0 и рН 7,0, соответственно; на рисунках 4.7 и 4.8 (с. 92) - кривые титрования при этих же значениях рН и обратном порядке добавления компонентов, а на рис. 4.9 и 4.10 (с. 93) -раствора гуммиарабика растворами Polyquaternium и ТДТМАБ и наоборот при рН=6,0.
Взаимодействие желатина-Polyquatermum и желатина-тетрадецилтриметиламмо-нийбромид (ТДТМАБ). При рН 4,0 система остаётся прозрачной и коацервация не происходит (на рисунках не показано). Это связано с тем, что, хотя макроионы Polyquaternium и ТДТМАБ заряжены положительно из-за наличия в структуре четвертичного атома азота, карбоксильные группы в боковых цепях желатины, представляющей собой поликислоту, не ионизированы при данном значении рН. Поэтому её молекулы теряют способность к электростатическому взаимодействию и образование ПЭК не происходит.
При рН 6,0 и 7,0 молекулы обоих полиэлектролитов ионизированы и происходит образование ПЭК и последующая коацервация. Массовые соотношения полиэлектролитов, необходимые для образования ПЭК при различных значениях рН, представлены в таблице 4.5 на с. 94. Эти величины находили по кривым титрования как соотношение концентраций полиэлектролитов, при котором кривая выходит на плато.
Из полученных данных следует, что соотношение концентраций полиэлектролитов, необходимое для образования ПЭК, практически не зависит от порядка добавления компонентов, за исключением катионного полиэлектролита Polyquaternium-44. При титровании данного соединения раствором желатины возможно достижение конечной точки титрования, когда кривая выходит на плато. При обратном порядке титрования ПЭК выделяется из системы в виде отдельных частиц до достижения конечной точки титрования.
Таким образом, для взаимодействия с определённым количеством желатины требуется большее число положительно заряженных поликатионов. Это связано с тем, что с повышением щёлочности среды возрастает число отрицательно заряженных карбоксильных групп желатины, в то время как плотность положительных зарядов на четвертичных аммониевых основаниях практически не изменяется. Полученные нами результаты полностью согласуются с литературными данными [33, 122-124], касающимися взаимодействия желатины [33] и различных положительно заряженных растительных белков [122-124] с отрицательно заряженным гуммиарабиком. При росте соотношения белок/гуммиарабик оптимальное для коацервации значение рН увеличивается (иными словами, при более высоком значении рН коацервация происходит при большем соотношении белок/гуммиарабик).
При дальнейшем добавлении желатины к раствору Polyquaternium (после выхода кривой.на плато) или обратном порядке смешения (за исключением добавления Polyquaternium-11 к раствору желатины) оптическая плотность системы остаётся постоянной и не меняется даже через несколько дней; что говорит об устойчивости образовавшегося ПЭК. То же самое наблюдаетсяшрштитрованишжелатины раствором тетрадецилтриме-тиламмонийбромида (ТДТМАБ). При обратном порядке титрования (ТДТМАБ титруют раствором желатины) оптическая плотность, достигает максимального значения, затем система становится неоднородной, в,её объёме образуется, множество-частиц ПЭК, видимых невооружённым, глазом, т. е., ПЭК выделяется в виде отдельной фазы. При дальнейшем добавлении Polyquaternium-11 к раствору желатины оптическая, плотность системы уменьшается. ПЭК растворяется вгизбытке Polyquaternium-П, что свидетельствует об электростатическом взаимодействии гуммиарабика с молекулами ПЭК.
Полимеры Polyquaternium, сходные по. химическому строению; но- имеющие различную плотность заряда и молекулярную массу, проявляют совершенно различное поведение при взаимодействии с желатиной. Плотность заряда макромолекул Polyquaternium-16 марок Luviquat FC 550 (3,3 мэкв/г) и Luviquat Excellence (6,1 мэкв/г) соответственно в 3 и в 6 раз больше, чем у Polyquaternium-44 (1,0 мэкв/г). В то же время молекулярная масса Polyquaternium-16 (80000 для Luviquat FC 550 и 40000 для Luviquat Excellence) более чем в 10 раз меньше молекулярной массы Polyquaternium-44 (около 1000000) [178]. Между желатиной и Polyquaternium-16 взаимодействия не происходит, в то время-как ПЭК желатина/Polyquaternium-44 выделяется в виде отдельной1 фазы, несмотря на то, что Polyquaternium-16 имеет большую плотность заряда, чем Polyquaternium-44. Таким образом, кроме электростатического фактора значительную роль играют величины молекулярных масс взаимодействующих полиэлектролитов. Взаимодействие гуммиарабик-Polvquaternium и гуммиарабик-тетрадещштримети-ламмонийбромид (ТДТМАБ). Массовые соотношения полиэлектролитов, необходимые для образования ПЭК при различных значениях рН, представлены в таблицах 4.6 и 4.7.
Адсорбционная способность различных коацерватов
Межфазное натяжение — качественная и количественная характеристика границы раздела контактирующих фаз. Характерным для коллоидных систем является стремление к уменьшению величины межфазной поверхности и поверхностного (межфазного) натяжения. Снижение межфазного натяжения может происходить в результате адсорбции и/или химического взаимодействия; компонентов системы на межфазной границе раздела фаз, а также при возникновении поверхностного заряда. Адсорбция, возникновение новой фазы, агрегация частиц, устойчивость эмульсионных систем - примеры явлений и процессов, в которых межфазное натяжение играет ключевую роль.
Для объяснения различной эффективности микрокапсулирования при использовании различных полиэлектролитовбылипроведены тензометрические исследования. Как известно, межфазное натяжение на границе раздела фаз «водная среда; содержащая ПЭК/инкапсулируемое вещество (или масляный раствор активного компонента)» является характеристикой адсорбционной способности ПЭК [124]. Чем сильнее снижается межфазное натяжение с увеличением концентрации ПЭК, тем лучше он адсорбируется на межфазной границе и тем выше вероятность образования: полимерной оболочки вокруг инкапсулированного вещества, а не, высаждение полимерного комплекса отдельной фазой. Использовали оливковое масло вместо озонированного растительного масла. Во-первых, это обусловлено удобством проведения эксперимента (озонированное оливковое масло при комнатной температуре представляет собой твёрдое вещество, а оливковое масло является жидкостью при тех же условиях); во-вторых, оливковое масло наиболее близко по химическому строению к озонированному оливковому маслу.
Наибольшая и наименьшая эффективность микрокапсулирования наблюдается для Polyquaternium-11 или Polyquaternium-44. Поэтому было исследовано влияние на меж-фазноё натяжение ПЭК, образованных именно этими полиэлектролитами.
Для оценки влияния связывания желатины и гуммиарабика в ПЭК на межфазное натяжение необходимо использовать минимальную концентрацию полиэлектролита, при которой он обладает способностью значительно снижать этот параметр. Поэтому предварительно были получены изотермы межфазного натяжения оливковое масло/водный раствор желатины и оливковое масло/водный раствор гуммиарабика (рисунки 4.35 и 4.36) при рН = 6,0. Межфазное натяжение резко уменьшается до концентрации желатины 0,05% мас./об., а гуммиарабик - 0,04% мас./об., а затем остаётся практически постоянным. Таким образом, для приготовления коацерватов использовали растворы желатины с концентрацией 0,05% мас./об., а гуммиарабик - 0,04% мае/об.
Коацерваты готовили при 25-30С путём добавления растворов Polyquaternium в растворы желатины и гуммиарабика при перемешивании в соотношениях, необходимых для образования ПЭК для каждой марки Polyquaternium. Смеси перемешивали в гомогенизаторе в течение 1 мин при скорости 500 об/мин. Полученные водные дисперсии коацерватов использовали непосредственно в эксперименте.
Численные значения для построения зависимостей межфазного натяжения на границах раздела «оливковое масло-водная дисперсия коацервата» Polyquaternium-желатина и Polyquaternium-гуммиарабик при различных массовых соотношениях полимеров приведены в приложении В.
Зависимости межфазного натяжения от массового соотношения Polyquaternium/желатина (ср0іуч/сжел) при рН - 6,0 представлены на рисунке 4.37. Для Poly quaternium-11 при росте соотношения Ср0іуч-п/сжел межфазное натяжение постепенно снижается, достигая минимума при Ср0іуч.ц/сжел = 0,2 (рисунок 4.37 кривая 1). Здесь следует отметить, что при этом же соотношении кривая зависимости А = Дср0іуч_ц/сжел) имеет максимум (рисунок 4.5). При дальнейшем его увеличении наблюдается возрастание межфазного натяжения. Следовательно, коацерват имеет большее сродство к инкапсулируемому веществу, чем желатина, и будет лучше адсорбироваться на поверхности его частиц. Полученные результаты подтверждают вывод о том, что эффективность инкапсулирования будет наибольшей при Ср0іуч_п/сЖЄл = 0,2. Это полностью согласуется с литературными данными, согласно которым при оптимальном значении рН коацерват обладает максимальной адсорбционной способностью [124].
В случае Polyquaternium-44 при росте соотношения сРоіУЧ 4/сжел межфазное натяжение постепенно увеличивается, достигая максимума при Ср0іуч-44/сЖел = 0,4 (рисунок 4.37 кривая 2). Увеличение межфазного натяжения и результаты, полученные при спектрофотометрическом титровании (рисунок 4.5), свидетельствуют о предпочтительном высаждении данного ПЭК в отдельную фазу. Образующийся комплекс вьщеляется в виде отдельных частиц, видимых невооружённым глазом и не способных к адсорбции на микроскопических каплях эмульсии инкапсулируемого вещества. В этом случае индивидуальные полимеры лучше адсорбируются на межфазной границе, чем образующийся между ними комплекс.
Повышение межфазного натяжения происходит именно за счёт связывания желатины в частицы ПЭК, не способные к адсорбции на межфазной поверхности. При дальнейшем добавлении желатины к раствору Polyquaternium-44 межфазное натяжение снижается за счёт того, что частицы ПЭК уже сформировались и молекулы добавляемой желатины уже не связываются с молекулами Polyquaternium-44 и, таким образом, являются способными к адсорбции на межфазной поверхности.
При использовании гуммиарабика при увеличении соотношения СРОІУЧ.Ц/СГА наблюдается незначительное снижение межфазного натяжения во всём диапазоне cPoiyq-ii/crA (рисунок 4.38). В то же время кривая зависимости А = ІХСРОІУЧ-І І/СГА) имеет максимум при соотношении сРоіуч-і і/сГА = 0,63 (рисунок 4.9). То есть, коацерват образуется при массовом соотношении данных полимеров, равном 0,63, а затем происходит его растворение в избытке Polyquatemium (рисунок 4.9). Равномерное снижение межфазного натяжения во всём интервале соотношения Cp0iyq_n/crA можно объяснить тем, что адсорбционная способность коацервата Polyquatemium-11/гуммиарабик лишь незначительно выше адсорбционной способности гуммиарабика. Дальнейшее снижение межфазного натяжения при растворении ПЭК в избытке Polyquatemium предположительно происходит из-за увеличения общей концентрации макромолекул полимеров в системе.
Но низкая эффективность микрокапсулирования в оболочку из ПЭК гуммиарабик-Polyquaternium может быть обусловлена не только низкой адсорбционной способностью коацервата, но и низкой эмульгирующей способностью гуммиарабика. Гуммиарабик является эффективным эмульгатором при относительно высоких концентрациях [176].
В подтверждение полученных результатов по различной адсорбционной способности ПЭК Polyquaternium-11 /желатина и Polyquaternium-44/желатина были проведены кинетические исследования формирования данных ПЭК в воде. Были получены зависимости оптической плотности смеси растворов желатины и двух поликватерниумов (Poly quaternium-11 и Polyquaternium-44) в зависимости от времени (рисунок 4.39). Максимальное значение оптической плотности соответствует образованию водонерастворимо-го ПЭК. Растворы полимеров смешивали друг с другом в соотношении, необходимом для образования ПЭК.
