Реологические свойства и кинетика набухания гидрогелей на основе полимерных комплексов пектина и арабиногалактана

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Изучено взаимодействие макромолекул пектина и арабиногалактана в водном растворе. Показано образование полимерных комплексов за счет водородных связей между макромолекулами. Сшивание полимерного комплекса с помощью ионов Са2+ приводит к образованию гидрогелей, свойства которых в значительной степени определяются содержанием арабиногалактана. При низких концентрациях ионов Са2+ (от 0.05 до 0.15 мас. %) введение арабиногалактана способствует повышению модуля сдвига, росту концентрации сшивок и приводит к уменьшению размеров полимерной сети по сравнению с гидрогелями на основе нативного пектина. С увеличением содержания арабиногалактана повышается вклад диффузии Фика в набухание полученных гидрогелей.

Full Text

Restricted Access

About the authors

В. А. Киселев

Уфимский институт химии Уфимского федерального исследовательского центра Российской академии наук

Author for correspondence.
Email: mudarisova@anrb.ru
Russian Federation, 450054, Уфа, пр. Октября, 71

Р. Х. Мударисова

Уфимский институт химии Уфимского федерального исследовательского центра Российской академии наук

Email: mudarisova@anrb.ru
Russian Federation, 450054, Уфа, пр. Октября, 71

Л. А. Бадыкова

Уфимский институт химии Уфимского федерального исследовательского центра Российской академии наук

Email: mudarisova@anrb.ru
Russian Federation, 450054, Уфа, пр. Октября, 71

С. В. Колесов

Уфимский институт химии Уфимского федерального исследовательского центра Российской академии наук

Email: mudarisova@anrb.ru
Russian Federation, 450054, Уфа, пр. Октября, 71

В. З. Мингалеев

Уфимский институт химии Уфимского федерального исследовательского центра Российской академии наук

Email: mudarisova@anrb.ru
Russian Federation, 450054, Уфа, пр. Октября, 71

References

  1. Varaprasad K., Raghavendra G.M., Jayaramudu T., Yallapu M.M., Sadiku R. // Mater. Sci. Eng. 2017. V. 79. P. 958.
  2. Narayanaswamy R., Torchilin V.P. // Molecules. 2019. V. 24. P. 603.
  3. Wang K., Hao Y., Wang Y., Chen J., Mao L., Deng Y., Chen J., Yuan S., Zhang T., Ren J., Liao W. // Int. J. Polym. Sci. 2019. P. 1.
  4. Kedir W.M., Deresa E.M., Diriba T.F. // Heliyon. 2022. V. 8. e10654.
  5. Liu L.S., Fishman M.L., Hicks K.B. // Cellulose. 2007. V. 14. № 1. P. 15.
  6. Hu W., Wang Z., Xiao Y. // Biomater. Sci. 2019. V. 7. № 3. Р.843.
  7. Huang S., Kong X., Xiong Y., Zhang X., Chen H., Jiang W., Niu Y., Xu W., Ren C. // Eur. Polym. J. 2020. V. 141. P.110094.
  8. Ciriminna R., Fidalgo A., Scurria A., Ilharco L.M., Pagliaro M. // Food Hydrocolloids. 2022. V. 127. P. 107483.
  9. Cai R., Pan S., Li R., Xu X., Pan S., Liu F. // Food Chemi. 2022. V. 389. P. 133130.
  10. Li D., Li J., Dong H., Li X., Zhang J., RamaswamyS., Xu F. // Int. J. Biological Macromol. 2021. V. 185. P. 49.
  11. Cao L., LuW., MataA., Nishinari K., FangY. // Carbohydr. Polymers. 2020. V. 242. P. 116389.
  12. Upadhyay U., Sireesha S., Gupta S., Sreedhar I., Ani tha K.L. // Carbohydr. Polymers. 2023. V. 301. P. 120294.
  13. Alsakhawy M.A., Abdelmonsif D.A., Haroun M., Sabra S.A. // Int. J. Biological Macromol. 2022. V. 222. P. 701.
  14. Revuelta M.V., Villalba M.E.C., Navarro A.S., Güida J.A., Castro G.R. // React. Funct. Polym. 2016. V. 106. V. 8.
  15. Mudarisova R.Kh., Badykova L.A.// Polymer Science A. 2012. V. 54. № 2. P. 106.
  16. Babkin V.A., Medvedeva E.N., Neverova N.A., Levchuk A.A., Sapozhnikov A.N. // Chem. Nat. Comp. 2014. V. 50. № 2. Р. 225.
  17. Badykova L.A., Mudarisova R.K., Kolesov S.V.// Polymer Science A. 2021. V. 63. № 2. P. 117.
  18. Шелухина Н.П., Абаева Р.Ш., Аймухамедова Г.Б. Пектин и параметры его получения. Фрунзе: Илим, 1987. С. 90.
  19. Донченко Л.В. Технология пектинов и пектинопродуктов. М.: ДеЛи, 2000.
  20. Kopac T., Rucigaj A., Krajnc M. // Int. J. Biol. Macromol. 2020. V. 159. P. 557.
  21. The Science and Technology of Rubber / Ed. by James E. Mark, Burak Erman, C. Michael Roland. Acad.Press, 2013. Ch. 5. P. 193.
  22. Fluids, Colloids and Soft Materials: An Introduction to Soft Matter Physics/ Ed. by Alberto Fernandez Nieves and Antonio Manuel Puertas. Hoboken, New Jersey: Wiley, 2016.
  23. Рафиков С.Р., Будтов В.П., Монаков Ю.Б. Введение в физико-химию растворов полимеров. М.: Наука, 1978.
  24. Yavari N., Azizian S. // J. Molec. Liq. 2022. V. 363. P. 119861.
  25. Schott H. // Macromol. Sci., Physics. 1992. V. 31. № 1. P. 1.
  26. Ganji F, Vasheghani-Farahani S., Vasheghani-Fara hani E. // Iran. Polym. J. 2010. V. 19. № 5. P. 375.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Supplementary materials
Download (422KB)
Indexing metadata
3. Fig. 1. IR spectra of individual substances and hydrogels based on them: 1 – pectin–arabinogalactan, 2 – pectin, 3 – arabinogalactan, 4 – pectin–Ca2+, 5 – pectin–arabinogalactan–Ca2+.

Download (148KB)
Indexing metadata
4. Fig. 2. Particle size distribution for individual pectin (1) and a polymer mixture of pectin with arabinogalactan with a component ratio of 75:25 (2), 50:50 (3) and 25:75 vol.% (4). d is the particle diameter (nm), N is the number of particles (%).

Download (79KB)
Indexing metadata
5. Fig. 3. TGA curves of individual polysaccharides pectin (1), arabinogalactan (2), pectin–arabinogalactan (3) and dried hydrogels pectin–arabinogalactan–Ca2+ (4), pectin–Ca2+ (5).

Download (84KB)
Indexing metadata
6. Fig. 4. Frequency dependences of the storage moduli G’ (a) and loss moduli G’’ (b) of pectin (1) and pectin–arabinogalactan–Ca2+ ([Ca2+] = 0.25 wt.%) gels of the composition 75 : 25 (2), 50 : 50 (3) and 25 : 75 vol.% (4). The frequency of the oscillating voltage ω = 1 Hz, 25 °C. The dots are the experimental values, the lines are the calculations according to the generalized Maxwell model.

Download (134KB)
Indexing metadata
7. Fig. 5. Kinetic curves of water sorption by gels depending on the composition (a) and pH of the medium (b). a: 1 – pectin, 2–4 – pectin : arabinogalactan of the composition 75 : 25 (2), 50 : 50 (3), 25 : 75 vol.% (4), [Ca2+] = 0.5 wt.%, pH 7.0; b: pH 9 (1), 6 (2), 4 (3), [pectin : arabinogalactan] = 50 : 50 vol.%, [Ca2+] = 0.25 wt.%.

Download (138KB)
Indexing metadata
8. Fig. 6. Kinetic curves of swelling processed in the coordinates of equations (4) (a, b) and (5) (c) of pectin–Ca2+ (1) and pectin–arabinogalactan–Ca2+ gels ([Ca2+] = 0.5 wt. %, pH 7.0) of the composition: 75 : 25 (2), 50 : 50 (3), 25 : 75 vol. % (4). a: y = 0.1864x, R2 = 0.9397 (1); y = 0.2016x, R2 = 0.9294 (2); b: y = 0.1446x, R2 = 0.9743 (3); y = 0.2511x, R2 = 0.9713 (4); c: y = 0.1482x+2.091, R2 = 0.9975.

Download (242KB)
Indexing metadata
9. Fig. 7. Kinetic curves of swelling of pectin–arabinogalactan–Ca2+ gels ([Ca2+] = 0.25 wt.%) of 50 : 50 vol.% composition in the coordinates of equations (4) (a) and (5) (b) at pH of the medium 4(1), 6 (2), 9 (3). a: y = 0.1802x, R2 = 0.9843 (1); y = 0.2914x, R2 = 0.9814 (2); y = 0.1783x, R2 = 0.9826 (3); b: y = 0.1025 x +1.712, R2 = 0.9992 (1); y = 0.0921x+0.5028, R2 = 1 (2), y = 0.0433 x +0.742, R2 = 0.9981 (3).

Download (180KB)
Indexing metadata

Note

1Supplementary materials are available by the DOI of the article: 10.31857/S2308112024030032


Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences