Коллоидно-химические свойства смесей лизоцим-ПАВ в системе водный раствор-октан, страница 7

Отклонение от идеального поведения связано стермодинамической несовместимостью смешения этих казеинов на межфазнойгранице. β-казеин способен вытеснять αs-казеин из разреженного слоя, но не может этого сделать из насыщенного адсорбционного слоя, и наоборот.Изучение адсорбции в системе вода/триолеин целого ряда 14С-белков: BSA,β-лактальбумина, α-лактоглобулина, овальбумина, Lz, β-химотрипсина и пепсинабыло проведено в работах [135, 136]. Показано, что адсорбция белков на межфазной границе не просто диффузионно-контролируемый процесс, но и сильно зависит от энергетики взаимодействия белков с поверхностью. Так, для положительнозаряженных белков адсорбция определяется энергетическим барьером, в то времякак для отрицательно заряженных белков лимитирующей стадией оказываетсядиффузия вещества к поверхности.

Авторами работ [130,131] показано, что в области низких поверхностных концентраций энергия активации адсорбции равнанулю, а скорость адсорбции определяется процессами диффузии. В области кон-33центраций, соответствующих насыщенному слою, энергия активации отлична отнуля, и скорость процесса определяется способностью белка проникать в существующий слой и переорганизовываться на поверхности.С помощью радиоактивных индикаторов можно изучать адсорбцию нетолько белков, но и ПАВ. Так, в [137] концентрацию меченых1414С-ПАВ иС-ацетил-производных белков на границе раздела фаз толуол/вода определялипо β-излучению, вызывающему сцинтилляции в органической фазе, представляющий собой раствор поверхностно-инактивного сцинтиллятора в толуоле.В качестве метки вместо14С возможно использование трития 3H.

Тритийимеет ряд преимуществ по сравнению с углеродом 14С. Период полураспада трития (12,262 года) достаточно велик для проведения экспериментов практическилюбой продолжительности. Малая энергия β-частиц трития (Emax = 18,6 кэВ) определяет низкую радиотоксичность тритий-содержащих препаратов, позволяетработать с относительно большим количеством изотопа по радиоактивности безспециальных мер защиты. Развитие метода и установок жидкостного сцинтилляционного счета позволяет регистрировать тритий с эффективностью до 60%. Замена одного атома водорода на тритий дает препарат с молярной радиоактивностью (Аmol) 29,12 Ки/ммоль.

Использование таких препаратов и современныхсцинтилляционных счетчиков трития позволяет зарегистрировать менее 10-14 молямеченого соединения [138]. Меньший пробег β-излучения трития позволяет проводить наблюдения за явлениями, развивающихся в более тонких поверхностныхслоях (1мкм) по сравнению с 14С (30 мкм) [137, 139].В [140, 141] метод сцинтиллирующей фазы с использованием меченныхтритием веществ, по-видимому, впервые использовали для изучения адсорбцииBSA на границе вода/толуол. Позднее данная методика была применена для изучения влияние хлоридов щелочных металлов (лития, натрия, калия, цезия) на распределение BSA между водной фазой, межфазным слоем и толуолом в широкомдиапазоне концентраций белка [142]. Было показано, что соли, как правило, увеличивают относительное содержание белка в межфазном слое и снижают его относительное содержание в углеводородной фазе.34Метод сцинтиллирующей фазы активно применяется лабораторией радионуклидов и меченых соединений кафедры радиохимии МГУ им.

Ломоносова[3, 143 – 146]. Данным методом исследована как кинетика адсорбции, так и равновесные значения адсорбции веществ самой разной природы на границе разделаорганическая (сцинтиллирующая) фаза/водный раствор, а также определены коэффициенты распределения веществ в двухфазных системах. Метод сцинтиллирующей фазы был использован для исследования распределения между фазамиальфа-аминокислот с неразветвленной углеводородной цепью: аланина, норвалина и норлейцина, для изучения гидрофобности и поверхностно-активных свойствгуминовых и фульвокислот, адсорбции ПАВ разной природы [3] и глобулярныхбелков [4, 5] на границе жидкость/жидкость.При изучении адсорбции катионных ПАВ бромидов додецил-, тетрадецили гексадецилтриметиламмония на границах вода/толуол и вода/октан с сцинтиллирующими добавками (нафталин и 1,2-дифенилоксазол) получено, что адсорбция и коэффициент распределения (D) на границе с алканом ниже, чем на границес ареном [147].

Найдено, что при концентрации ПАВ выше 0,1 ККМ экспериментально определенная адсорбция превышает величину, рассчитанную по уравнению Гиббса. Увеличение количества вещества на межфазной границе при концентрации больше ККМ может быть вызвано образованием промежуточной микроэмульсионной фазы. При изучении адсорбции CTAB и TTAB на границах вода/толуол, вода/параксилол и вода/циклогексан методом сцинтиллирующей фазы[148] было показано, что природа органической фазы влияет на адсорбцию ПАВ,катионные ПАВ лучше адсорбируются на границе с ароматической жидкостью.При изучении адсорбции CTAB и гуминовых кислот угля в системе вода/толуол[149] была обсуждена возможность использования двух экспериментальных подходов для определения поверхностной активности и гидрофобности органическихсоединений и для изучения проницаемости межфазных слоев, основанных на изучении двухфазной и капельной систем.

Показано преимущество двухфазной системы.35Образование межфазных структур, содержащих в составе молекулы ПАВ,воды и органической фазы, характерны для плюроников L64 и F68 на межфазнойповерхности вода/гексан [143]. Полагают, что образованию подобных структур всистемах вода/алкан способствовал присутствовавший в системе нафталин.Изучение адсорбции индивидуальных ПАВ SDS и DTAB на границе вода/п-ксилол и вода/октан показало невозможность корректного определения адсорбции при концентрациях выше ККМ, что связано с образованием микроэмульсии вблизи межфазной поверхности [150].

Различие в изотермах адсорбции каждого ПАВ на разных границах указывает на сильное влияние органической фазына его адсорбцию.В [4] методом сцинтиллирующей фазы изучено влияние природы органической фазы на D и адсорбцию лизоцима. Показано, что величины D увеличиваютсяв ряду октан < п-ксилол < октанол.

Установлен полимолекулярный характер адсорбции лизоцима на границе жидкость/жидкость.Большим достоинством метода сцинтиллирующей фазы является возможность изучения адсорбции из смешанных растворов. Поочередное введение меткив компоненты смеси позволяет изучить адсорбцию каждого компонента из смеси,определить суммарную адсорбцию и состав смешанного адсорбционного слоя.Методом сцинтиллирующей фазы с использованием меченных тритием ПАВ изучено поведение смесей плюроника Р123 и бромида тетрадецилтриметиламмония всистеме вода/п-ксилол [151].

Показано, что слои обогащены более поверхностноактивным компонентом P123.При добавлении SDS и DTAB к раствору Lz происходит оттеснение белка споверхности вода/п-ксилол в органическую фазу в виде гидрофобного комплекса[152]. Рассчитанные параметры взаимодействия указывают на формированиекомплексов с неполным погашением заряда, что приводит к электростатическомуотталкиванию между комплексами и молекулами DTAB в слое и притяжениюмежду комплексами и SDS.С помощью радиохимического подхода были изучены смеси HSA – DTAB иHSA – SDS в системе вода/параксилол в области низких концентраций ПАВ (до3610-6 М) [5]. Найдено, что полное связывание катионного ПАВ с отрицательно заряженным белком препятствует свободному переходу ПАВ из водной фазы в органическую.

В работе впервые показано, что в системе одноименно заряженныхбелка и ПАВ не происходит конкурентного замещения веществ в адсорбционномслое и в органической фазе. Белок занимает «свободные места» в разреженномадсорбционном слое SDS.Введение радиоактивной I125-метки в молекулы белков в ряде работ позволило изучить кинетику адсорбции и структуру слоев на твердой поверхности. Такбыло изучено поведение фибриногена [153], альбумина, иммуноглобулина [154],apo-α-лактальбумина [155], рибонуклеазы [156] и HSA [157] на твердых поверхностях различной степени гидрофобности. Выявлены структурные изменения вмакромолекуле белка при адсорбции.1.4.

Стабилизация эмульсий, пен и пенных пленок смесями белок – ПАВ.Способность смесей белок – ПАВ к формированию слоев, обладающих механической прочностью, на границах водный раствор/воздух и водный раствор/органическая жидкость способствует их использованию в качестве стабилизаторов пенных и эмульсионных пленок.

Пены и эмульсии, стабилизированныесмесями белок – ПАВ используются, например, в пожаротушении [158 – 161], приразработке моющих композиций и косметических препаратов [162 – 165], в пищевой промышленности [164, 166 – 170], в частности, при производстве молочнойпродукции [171, 172], и других областях.В работе [80] было изучено формирование и измерена толщина тонкихпенных пленок, стабилизированных смесями Lz – C10DMPO и Lz – SDS, методоминтерферометрии на приборе Эксеровой-Шелудко. Показано, что в области малых концентраций ПАВ, когда адсорбционный слой практически полностью занятбелком, лизоцим не способен образовывать стабильные пленки.