Pregledni œlanki - Review Articles Interakcije ksantana in semenske sluzi roĉiœevca v vodnih sistemih Interactions between xanthan and locust bean gum in water systems Branka Rozman, Saĝa Baumgartner, Mirjana Gaĝperlin POVZETEK: Ksantan (xan) in semensko sluz roĉiœevca (lbg) uvrĝœamo med naravne polisaharide. Xan je anionski bakterijski eksopolisaharid, lbg pa predstavnik neionogenih rastlinskih b-1,4 galaktomananov. Kombinacijo omenjenih polimerov (xlbg) v farmaciji uporabljamo predvsem za izdelavo ogrodnih tablet s prirejenim sproĝœanjem. Rezultati vrednotenja vodnih sistemov posameznega polimera oz. njune zmesi z oscilacijsko reometrijo kaĉejo, da tvori xan ĝibke gele, lbg koloidne vodne disperzije, njuna zmes pa moœne gele. Obstaja veœ razliœnih teorij o sinergizmu med tema dvema polimeroma, ki privede do tvorbe œvrstih trodimenzionalnih struktur v vodi. Z analizo rezultatov reoloĝkega in ter-miœnega prouœevanja strukture meĝanih gelov lahko predpostavimo mehanizem nastanka meĝanih gelov in s tem posredno predvidimo obnaĝanje zmesi xan in lbg v razliœnih farmacevtskih oblikah. KLJUŒNE BESEDE: ksantan, semenska sluz roĉiœevca, polisaharidi, reologija, mikrokalorimetija ABSTRACT: Xanthan (xan) and locust bean gum (lbg) are classified as natural polisaccharides. Xan is an anionic polymer, produced by bacteria, and lbg belongs to a family of non-ionogenic plant b-1,4 galactomannans. The mixture of xan and lbg (xlbg) is used as an effective excip-ient for sustained-release formulations. Addition of non-gelling lbg to xan, which forms weak gels in water, leads to formation of strong gels. There are many theories about the sinergism between these two substances, which results in formation of coherent 3 D structures in water. Rheology and microcalorimetry are most frequently used methods for structural investigation of xlbg water dispersions. These results enable the hypothetical network model formation, which allows prediction of behaviour of xlbg mixtures in different dosage forms. KEY WORDS: xanthan, locust bean gum, polisaccharides, rheology, microcalorimetry 1 Uvod Ogljikovi hidrati so najbolj razĝirjene naravne organske spojine. Predstavljajo veœ kot 90 % suhe biomase. Poleg razĝirjenosti so njihove glavne prednosti pridobivanje iz obnovljivih virov, netoksiœnost, moĉnost vplivanja na strukturo s kemiœnimi in biokemiœnimi postopki ter ugodna cena. Veœina ogljikovih hidratov se nahaja v obliki polisa-haridov (1). Heterogeni polisaharidi so polisaharidi, sestavljeni iz veœ razliœnih monosaharidov. Mednje uvrĝœamo sluzi, gumije in pektine. V vodi tvorijo polimerne koloidne raztopine (sole ali gele). Med gumije priĝte-vamo rastlinske in bakterijske polisaharidne eksudate, med sluzi pa polisaharide, ki sestavljajo celiœne stene alg. Pri viĝjih rastlinah se sluzi nahajajo znotraj celice, kjer veĉejo vodo ali predstavljajo rezervno hrano (2). Ĝtevilni polisaharidi tvorijo gele. Gel sestavlja trdna tridimenzionalna makromolekularna mreĉa, v katero se ujame voda. Premreĉenje je posledica asociacije verig ali dela verig polimera. Z veœanjem ĝtevila in jakosti povezav med verigami naraĝœa jakost gela. Ko postane organiziranost polimera prevelika, pride do obarjanja. V grobem lahko polisaharide glede na obnaĝanje v vodi razdelimo v tri skupine: • dolge, homogene, linearne molekule so asociirane v trdna vlakna (npr. celuloza) • heterogeni polimeri brez pravilnega zaporedja monosaharidov so v vodi dispergirani in tvorijo viskozne raztopine (npr. semenska sluz roĉiœevca) • polimeri, ki imajo med pravilno zaporedje vrinjene nepravilne odseke, v vodi gelirajo (npr. ksantan, karagen) (3, 4). Branka Rozman, mag. farm., Univerza v Ljubljani, Fakulteta za farmacijo, Aĝkerœeva 7, 1000 Ljubljana, SI-Slovenija doc. dr. Saĝa Baumgartner, mag. farm., Univerza v Ljubljani, Fakulteta za farmacijo, Aĝkerœeva 7, 1000 Ljubljana, SI-Slovenija izr. prof. dr. Mirjana Gaĝperlin, mag. farm., Univerza v Ljubljani, Fakulteta za farmacijo, Aĝkerœeva 7, 1000 Ljubljana, SI-Slovenija farm vestn 2005; 56 109 Pregledni œlanki - Review Articles 2 Ksantan Ksantan (ang. xanthan, okrajĝano xan) je bakterijski eksopolisaharid, izoliran iz Xanthomonas campestris, bakterije, ki je povzroœitelj ĝtevil-nih bolezni pri rastlinah, za œloveka pa ni patogena. Xanthomonas ne tvori spor, vendar je zaradi xan, ki jo obdaja v obliki kapsule, zelo odporna na visoke temperature in vplive svetlobe (5). Xan je heteropolisaharid, sestavljen iz D-glukoze, D-manoze in D-glukoronske kisline. Glukoze, povezane z b-1,4 vezmi, tvorijo osnovni skelet, ki je na vsaki drugi glukozi substituiran s trisaharidno stransko verigo. Nespremenljiv del ponavljajoœe se stranske verige predstavlja b-D-manozil-(1,4)- b-D-glukuronil-(1,2)-a-D-manoza. Na terminalno manozo je lahko na mestu 4 ali 6 pripet piruvat. Manoza, pripeta na osnovno verigo, je obiœajno acetilirana na mestu 6 (slika 1). Slika 1. Primarna struktura ksantana (5). Figure 1. Primary structure of xanthan gum (5). Koliœina ter mesto acetiliranih delov in piruviœne kisline sta odvisna od seva bakterije, iz katere je xan izoliran. Obiœajno je na trgu dostopen v obliki kalijeve ali natrijeve soli (5). V vodnih sistemih je xan kemijsko stabilen v ĝirokem temperaturnem intervalu (10 - 90°C) in pH obmoœju (pH 3 - 12). Pri viĝjih pH vrednostih medija poteœe delna deacetilacija stranskih verig. Prisotnost encimov in soli ne zmanjĝa njegove stabilnosti. Xan je anionski polimer, zato praviloma ni zdruĉljiv s kationskimi povrĝinsko aktivnimi snovmi, polimeri ali konzervansi (5, 6). Pogoji pridobivanja xan vplivajo tudi na njegovo sekundarno strukturo. Molekula se pri sobni temperaturi v trdnem stanju in v mediju z visoko ionsko moœjo praviloma nahaja v nativni oz. urejeni konformaciji. Obstaja veœ modelov nativne konformacije, vendar veœina novejĝih œlankov podpira idejo dvojne vijaœnice, v katero sta povezani dve verigi xan (slika 2A). Naboji na stranskih verigah so nevtralizirani, zato ni prisotnih elektrostatskih odbojnih sil med stranskimi verigami. Poslediœno se stranske verige tesno prilegajo osnovni verigi. Ĝtudije strukture z mikroskopijo na atomsko silo so pokazale, da se med seboj z nekovalentnimi vezmi (vodikove vezi, elektrostatske interakcije in steriœni vplivi) povezujejo deli verig, ki imajo stranske verige moœno substiturane s piruviœno kislino (5, 7). Poviĝanje temperature ali zniĉanje ionske moœi privede do denatu-racije molekule. Prevladajo odbojne elektrostatske sile med negativno nabitimi stranskimi verigami. Stranske verige se ne prilegajo veœ na osnovno verigo, ampak segajo z nje. Povezave med deli dveh verig z visokim deleĉem piruvata niso veœ moĉne. Dvojna vijaœnica se zaœne razpirati in pri doloœeni temperaturi povsem razpade (slika 2B). S pomoœjo masne spektroskopije so dokazali, da je molekulska masa denaturiranega xan za polovico manjĝa od molekulske mase xan v nativni konformaciji, kar potrjuje razpad vijaœnice, sestavljene iz dveh verig. Prehod iz nativnega v denaturirano stanje je ireverzibilen (5, 7). Ob ohlajanju oz. viĝanju ionske moœi poteœe ponovna tvorba dvojne vijaœnice, vendar jo tokrat tvori ena sama molekula xan. Ta struktura je v primerjavi z nativno konformacijo bistveno manj popolna, saj ostane veliko zavojev ali delov verig, ki prosto segajo z osnovne strukture. Taki obliki pravimo renaturirana konformacija (slika 2C). Struktura je bila potrjena z rentgensko difrakcijo (5). Druge ĝtudije, ravno tako podprte z rezultati rentgenske difrakcije, navajajo, da je renaturiran ksantan v obliki enojne, desnosuœne vijaœnice. Prehod iz denaturirane v renaturirano obliko je reverzibilen (5, 7). Zakljuœimo lahko, da so v renaturiranem stanju prevladujoœe intramolekularne interakcije, oblika vijaœnice pa je najverjetneje odvisna od izhodnega vzorca, ki ga uporabljamo. S spreminjanjem pogojev fermentacije in œiĝœenja praviloma ne vplivamo na primarno strukturo xan, ki je precej konstantna, paœ pa na njegovo sekundarno strukturo (najbolj vplivata ionska moœ in temperatura fermentacijske brozge) (5, 7, 8). Slika 2. Sekundarna struktura ksantana: A-nativna (urejena) konformacija, B-denaturirana oblika, C-renaturirana oblika. Figure 2. Secondary structure of xanthan gum: A-native (ordered) conformation, B-denaturated conformation, C-renaturated conformation. V farmaciji je xan emulgator in zgoĝœevalo v peroralnih in dermalnih farmacevtskih oblikah. Izkoriĝœamo torej predvsem lastnosti vodnih sistemov xan, œeprav je xan sam ali v kompleksu z ĉelatino uporabljan tudi za izdelavo ogrodnih tablet in mikrokapsul s prirejenim sproĝœanjem. Zaradi bioadhezivnih lastnosti je xan lahko sestavina nadomestkov za slino. Liofilizate sistemov s xan uporabljamo za izdelavo oralnih tablet s hitrim sproĝœanjem (9,10, 11, 12, 13). 3 Semenska sluz roĉiœevca Semensko sluz roĉiœevca (ang. locust bean gum, carob bean gum, carob flour, St. John’s bread; okrajĝano lbg) pridobivamo iz endosperma zrelih semen zimzelenega sredozemskega drevesa roĉiœevca (Ceratonia siliqua). Predstavlja rezervno hrano, ki jo seme porablja med kalitvijo. Druga bioloĝka vloga lbg je zadrĉevanje vode v semenu, s œimer prepreœuje izsuĝitev semena, hkrati pa ustvarja ustrezno okolje za kalitev (14) farm vestn 2005; 56 Interakcije ksantana in semenske sluzi roĉiœevca v vodnih sistemih Kemijsko gledano je lbg galaktomanan. Kot pove ĉe ime, so galak-tomanani polisaharidi, zgrajeni iz manoze in galaktoze. 1000 - 1500 inearnih poli-b-1,4-manopiranoz tvori ogrodje, na katero so v primeru semenske sluzi roĉiœevca brez pravega reda pripete a-1,6-D-galak-topiranoze. Na posameznih odsekih manozne verige so lahko galaktoze pravilno razporejene na vsaki drugi manozi (slika 3A), blokovno razporejene (slika 3B), moĉna pa je tudi nakljuœna razporeditev (slika 3C). Tako v trdnem stanju kot v raztopini se nahajajo v obliki togih trakovom podobnih struktur (10) GGGGGGGGG I I I I I I I I I -M—M—M—M—M—M—M —M—M—M—M—M—M—M—M —M—M—M—M- S GGGGGG GGGGGGG I I I I I I I I I I I I I -M—M—M—M—M—M—M —M—M—M—M—M—M—M—M —M—M—M—M- B G GG GGGG G I II I I I I I -M—M—M—M—M—M—M —M—M—M—M—M—M—M—M —M—M—M—M- Slika 3. Primarna struktura semenske sluzi roĉiœevca: A-pravilna razporeditev, B-blokovna razporeditev, C-nakljuœna razporeditev. M-manoza, G-galaktoza (10). Figure 3. Primary structure of locust bean gum: A-regular distribution, B-blockwise distribution, C-random distribution. M-mannose, G-galactose (10). Slika 4. Shematski prikaz orientacije verig galaktomanana v vodi: A – agregirane nesubstituirane manoze, B – solvatirane substituirane manoze, ki tvorijo amorfna podroœja Figure 4. Shematic structure of galactomannan in water: A – aggregated unsubstituted mannose chains, B – solvated substituted man-nose chains that form amorphous regions. Galaktomanani iz semenskih sluzi razliœnih rastlin se med seboj razlikujejo po razporeditvi galaktoz na manoznem skeletu in razmerju med obema monosaharidoma, ki moœno vpliva na topnost. Œe so manozne verige nesubstituirane, se pribliĉajo druga drugi in tvorijo supramolekularne strukture, ki so lahko solvatirane le na povrĝju. Notranji deli ostanejo povsem nedostopni molekulam topila. Rezultat je slaba topnost spojine. Pri galaktomananih galaktoze predstavljajo stranske verige, zaradi katerih se molekule ne morejo tesno pribliĉati druga drugi. Nastanejo amorfne regije, v katere zlahka prodre topilo. Galaktomanani tako nabrekajo in se poœasi raztapljajo. Veœja substituiranost osnovne verige oziroma niĉje razmerje manoza/galaktoza pomeni torej veœjo topnost galaktomanana (slika 4). Lbg, pri katerem je razmerje manoza : galaktoza 3,20 : 5,75, je eden slabĝe topnih galaktomananov, saj se ga v vodi pri sobni temperaturi raztaplja le 10 % (14, 15). Galaktomanani so nevtralni polisaharidi brez ionskih lastnosti. Pri sobni temperaturi in nizki vlaĉnosti so kemijsko stabilni, pri visokih temperaturah in ekstremnih pH vrednostih pa so podvrĉeni oksidativni depolimerizaciji. V vodnih raztopinah brez dodatka antioksidanta delno razpadejo ĉe po nekaj dneh, kar zaznamo kot padec viskoznosti raztopine. Viskoznost je tako parameter, s katerim lahko doloœamo kakovost lbg. Na trgu so prisotne razliœne oblike lbg, od moke, pridobljene z mletjem celih semen, do visoko preœiĝœenega izdelka, ki vsebuje manj kot 2 % neœistot. Glavna pomanjkljivost nepreœiĝœenega lbg je manjĝa stabilnost zaradi delovanja endogenih encimov (14). Vodne koloidne raztopine lbg poveœajo viskoznost sistemov. Pri izdelavi tablet se lbg uporablja kot vezivo (5, 6, 14). 4 Interakcije ksantana in semenske sluzi roĉiœevca v vodnih sistemih Xan tvori v vodnih sistemih ĝibke gele, lbg pa koloidne polimerne raztopine. Ob dispergiranju xan v vodi se med seboj najverjetneje povezujejo vijaœnice v nativni konformaciji in tvorijo gelsko reĝetko. Poleg nativne oblike naj bi bili v vodi prisotni tudi denaturirani deli vijaœnic, ki omogoœajo solvatacijo le-te (5, 10). Interakcije med molekulami lbg v vodi so ĝibke, saj se med seboj povezujejo le nesub-stituirani deli manoznih verig. Substituirana in nesubstituirana obmoœ-ja molekule lbg so nakljuœno razporejena, zato je intermolekularno povezovanje oteĉeno. Nastane koloidna polimerna raztopina (5, 10). Dispergiranje zmesi xlbg v vodi privede do nastanka œvrste trodimezionalne gelske strukture, kar so prvi raziskovalci opazili ĉe v zgodnjih 70-ih letih. Domnevali so, da je sinergizem posledica t.i. ğizkljuœitvenega uœinkaĞ, pogosto opaĉenega pri zmeseh polimerov. Nezdruĉljivost obeh polimerov naj bi namreœ pripeljala do nastanka podroœij, v katerih bi bile prisotne le molekule enega polimera, s œimer bi se njegova koncentracija lokalno zviĝala in bi gel nastal hitreje (15). Novejĝe teorije razlagajo sinergistiœno tvorbo meĝanega gela s prisotnostjo ustreznega razmerja dveh podroœij, ki sta sestavljeni iz: • dolgih, strukturno in konformacijsko pravilnih odsekov polimernih verig, ki zagotavljajo medmolekulske povezave ter farm vestn 2005; 56 111 Pregledni œlanki - Review Articles • neasociiranih, konformacijsko nepravilnih delov molekul, ki so vrinjeni med pravilne odseke in sluĉijo za solvatacijo polimera. Strukturno pravilne dele tvorijo molekule xan z nesubstituiranimi deli verige lbg, nepravilne pa prispeva lbg (substituirane regije) (slika 5) (5, 15, 17, 18, 19, 20). Slika 5. Shematski prikaz molekularnih interakcij ksantana (œrtkana œrta) s semensko sluzjo roĉiœevca (polna œrta). Figure 5. Shematic presentation of molecular interaction between xan-than (broken line) and locust bean gum (ful line). Dea in sodelavci (15) so na podlagi reoloĝkega vrednotenja sistemov xlbg predvidevali, da se molekule xan v nativni konformaciji (ki je bila po njihovem mnenju dvojna vijaœnica, sestavljena iz ene verige xan) povezujejo z nesubstituiranimi deli verig lbg, s katerimi tvorijo visoko specifiœne interakcije. Narava teh visoko specifiœnih interakcij ni poznana, na njihovo prisotnost pa so sklepali, ker zmes lbg z nekaterimi drugimi bakterijskimi eksopolisaharidi iz vrst Arthrobacter ni tvorila gela in je bil tudi sinergizem med xan in guar gumijem oz. mananom iz gomolja Amorphophallus konjac (rastlinskima galaktomananoma) slabo izraĉen (15). a / \ b r Slika 6. Shematski prikaz moĉnih molekularnih interakcij ksantana (I) s semensko sluzjo roĉiœevca (II): a-nespremenjen xan, b-deacetiliran xan (21). Figure 6. Shematic presentation of possible molecular interaction between xanthan (I) and locust bean gum (II): a-unmodified xan, b-deacetylated xan (21). 112 farm vestn 2005; 56 Skupina japonskih znanstvenikov je z reoloĝkim prouœevanjem jakosti meĝanih gelov xlbg z razliœno stopnjo acetiliranosti xan nadalje razvijala teorijo Dea in sodelavcev. Dokazali so, da je nastal moœnejĝi gel œe je imel xan manjĝi deleĉ acetiliranih stranskih verig. Acetilni ostanki namreœ pripomorejo k boljĝemu povezovanju molekul xan med seboj, istoœasno pa oteĉujejo povezovanje z molekulami lbg (slika 6) Povezovanje med xan in lbg je podobno medmolekulskemu povezovanju pri sistemu encim - substrat, saj so za interakcije potrebne toœno doloœene konformacije molekul (21) Ko se je kot model nativne konformacije xan uveljavila dvojna vijaœni-ca, sestavljena iz dveh molekul xan, so se mnenja raziskovalcev o strukturi, ki tvori medmolekulske povezave z lbg, razdelila. Nekateri avtorji dokazujejo, da so pri tvorbi meĝanih struktur udeleĉene molekule xan v nativni konformaciji, drugi pa da so to denaturirane molekule (5,16-19). Novejĝe raziskave nakazujejo moĉnost, da za nastanek meĝanega gela ni pomembna le sekundarna struktura xan ampak tudi prisotnost drugih snovi, npr. proteinov in nekaterih organskih neœistot nepolarnega znaœaja, preko katerih se molekule polisa-haridov povezujejo med seboj (8, 22) Zmes polimerov xan in lbg (xlbg), se ĉe vrsto let uporablja v prehrambeni industriji, v zadnjem œasu pa sreœujemo to kombinacijo tudi v farmaciji, zlasti pri oblikovanju ogrodnih tablet s prirejenim sproĝœanjem V vodnem mediju polimera nabrekata in sinergistiœno tvorita gelski sloj okoli tablete, ki zadrĉuje sproĝœanje uœinkovine. Meĝani xlbg gel je tudi nosilni sistem za uœinkovine za rektalno aplikacijo (5 15, 17-20) 5 Vrednotenje vodnih sistemov polisaharidov Vodne sisteme polisaharidov lahko vrednotimo z razliœnimi tehnikami rotacijsko in oscilacijsko reometrijo, nuklearno magnetno resonanco (NMR), cirkularnim dihroizmom, diferenœno dinamiœno kalorimetrijo (DSC), mikrokalorimetrijo, mikroskopijo na atomsko silo (AFM), idr. Z oscilacijskim merjenjem dinamiœne viskoznosti in viskoelastiœnih modulov doloœamo jakost povezav med molekulami polimerov, z rotacijsko reometrijo pa opazujemo razpad struktur pod vplivom razliœno velikih striĉnih sil. S pomoœjo NMR lahko zelo uspeĝno prouœujemo molekulsko konformacijo polisaharidnih polimerov v vodnih sistemih Rezultati meritev cirkularnega dihroizma nam podajajo informacije o spremembah geometrijskega okolja doloœenih funkcionalnih skupin ki absorbirajo svetlobo v izbranem valovnem obmoœju. Z DSC preuœujemo termiœno obnaĝanje polisaharidov. AFM posnetki vodnih disperzij polisaharidov omogoœajo boljĝe poznavanje interakcij med polimeri ter med polimeri in topilom (8, 15, 23). Strukturna analiza ogljikovih hidratov je izjemno kompleksna in zahteva kombinacijo fizikalnih (spektroskopske tehnike) in kemijskih metod (hidrolize delne hidrolize, tvorba derivatov, kontrolirana razgradnja…) (4) Za rutinsko pridobivanje osnovnih podatkov o vodnih sistemih polisaharidov najpogosteje uporabljamo razliœne reoloĝke tehnike in mikrokalorimetrijo Oscilacijska reometrija Z oscilacijsko reometrijo pridobimo podatke o strukturiranosti in jakosti nastalih gelov. Z naraĝœanjem ĝtevila in moœi interakcij med molekulami polimerov se namreœ veœajo vrednosti dinamiœnih mod- Interakcije ksantana in semenske sluzi roĉiœevca v vodnih sistemih ulov, dobljenih z oscilacijskim merjenjem v linearnem viskoelastiœnem obmoœju sistema. To je obmoœje, v katerem ne pride do poruĝitve strukture sistema, deformacija in hitrost deformacije pa sta tako majhni, da lahko zveze med napetostjo in deformacijo zapiĝemo s pomoœjo linearnih diferencialnih enaœb s konstantnimi koeficienti – dinamiœnimi (viskoelastiœnimi) moduli, ki predstavljajo zapis linearnega viskoelastiœnega obmoœja (24). Vodne sisteme polisaharidov obiœajno opiĝemo s frekvenœno odvisnostjo elastiœnega (G’) in viskoznega (G’’) modula (slika 7). Elastiœni modul je merilo elastiœne-ga obnaĝanja sistema in karakterizira njegovo upiranje preoblikovanju. Podaja koliœino energije, ki jo sistem reverzibilno shrani in uporabi za vrnitev v prvotno stanje. Viskozni modul opisuje viskozno obnaĝan-je sistema in predstavlja tisto koliœino energije, ki jo sistem ireverzibil-no odda okolici, zato je zanj izgubljena in je ne more uporabiti za kom-penziranje deformacije (24). 1 10 100 frekvenca (Hz) Slika 7. Frekvenœna odvisnost dinamiœnih modulov 2-% vodne disperzije xlbg (razmerje xan: lbg = 1 : 1), xan in lbg. Priprava vzorca: v preœiĝœeni vodi s temperaturo 85 °C. Pogoji merjenja: amplituda deformacije: 0,1, temperatura merjenja: 37 °C. Figure 7. Dynamic modulus as a function of frequency shown for 2-% water dispersions of xlbg (ratio xan: lbg = 1 : 1), xan and lbg. Preparation of a sample: in purified water at 85 °C. Experimental conditions: strain: 0,1, temperature: 37 °C Slika 7 prikazuje 2-% vodni sistem xan, lbg in njune zmesi. Majhna frekvenœna odvisnost obeh modulov ter veœje vrednosti G’ od G’’ v celotnem frekvenœnem obmoœju nakazujeta nastanek gela (slika 7 -xan in xlbg). Za sisteme, ki jih opredelimo kot gele, velja, da viĝji vrednosti dinamiœnih modulov pomenita veœjo strukturiranost le-teh. Iz slike 7 lahko torej ugotovimo, da tvori zmes xlbg moœnejĝi gel kot sam xan pri istih pogojih V primeru, da sta G’ in G’’ v celotnem frekvenœnem obmoœju odvisna od frekvence, vzorec ni gel, ampak koloidna raztopina polimera (slika 7 - lbg). Pomemben podatek pri vrednotenju gelov je frekvenca, pri kateri se modula prekriĉata - t. i. toœka kriĉanja (crossover point). Pri frekvencah, niĉjih od le-te, je viskozni modul viĝji od elastiœnega, pri viĝjih frekvencah pa je elastiœni modul viĝji od viskoznega (primer: 2-% lbg na sliki 7). Pri ĝibkeje strukturiranih sistemih se toœka kriĉanja pojavlja pri viĝjih frekvencah (7) Z analizo vpliva lastnosti izhodnih polimerov in medija ter priprave vzorca na strukturiranost vodnih disperzij xlbg lahko predpostavimo mehanizem nastanka meĝanih gelov na molekularnem nivoju (5, 7, 15 16, 17, 19, 20) Mikrokalorimetrija Pri mikrokalorimetriji merimo toplotni tok v ali iz vzorca pri nadzorovanem segrevanju. Konœni rezultat analize je termogram, tj. temperaturna odvisnost razlik toplotnih tokov vzorca in reference. Z analizo termograma pridobimo podatke o temperaturi, pri kateri pride do sprememb in entalpiji nastale spremembe (25). S slike 8 je razvidno, da se s spreminjanjem razmerja med xan in lbg ter medija, v katerem je bil gel pripravljen, spreminjata tako temperatura kot entalpija eksotemnih vrhov (26). S primerjavo termogramov so ugotovili, da se z viĝanjem koncentracije elektrolita pri istem razmerju med polimeroma zmanjĝuje entalpija eksotermnega vrha, ker se manjĝa deleĉ denaturiranega xan. Entalpija vrha naj bi namreœ predstavljala energijo, sproĝœeno ob prehodu denaturirane oblike xan v renaturirano. V primeru d (slika 8) na termogramu niso zaznali vrha, saj se je ves denaturiran xan vezal z lbg (26). Ĥi-------------1——i-------------1--------------i-------------1------------- 10 20 30 K 50 60 70 Temperatura (°C) Slika 8. Termogrami zmesi xan (c = 1 g/l) in lbg (c = 0,3 g/l), dobljeni z ohlajanjem sistema s hitrostjo 0,5 °C/min v: a - preœiĝœeni vodi, b – 5 mM NaCl, c - 100 mM NaCl in d - zmesi xan (c = 1 g/l) in lbg (c = 0,5 g/l) v 5 mM NaCl (26). Figure 8. Thermograms of xan (c = 1 g/l) mixed with lbg (c = 0,3 g/l) during cooling (0,5 °C/min) in: a - water, b – 5 mM NaCl, c - 100 mM NaCl or d - with lbg (c = 0,5 g/l) in 5 mM NaCl (26). 6 Zakljuœek V farmaciji izkoriĝœamo zmes polimerov xan in lbg predvsem za izdelavo tablet s prirejenim sproĝœanjem. Na podlagi poznavanja lastnosti xan in lbg ter predvidevanja mehanizma tvorbe meĝanega xlbg gela na osnovi izsledkov mikrokalorimetrije in reometrije lahko napovemo strukturiranost xlbg gela v izbranem mediju in s tem posredno obnaĝanje in/ali uœinek zmesi obeh polisaharidov v razliœnih farmacevtskih oblikah. Z omenjenima metodoma spremljamo vpliv sekundarne strukture obeh polisaharidov na jakost gelov, rezultati novejĝih, bolj obœutljivih tehnik pa nakazujejo na to, da je tvorba meĝanih gelov na molekularnem nivoju bolj zapletena, saj naj bi na gelsko strukturo vplivale tudi potencialno prisotne organske neœistote. farm vestn 2005; 56 Pregledni œlanki - Review Articles 7 Literatura 1. Zohuriaan MJ, Shokrolahi F. Thermal studies on natural and modified gums. Poly test 2004; 23: 575-579. 2. Umek A. Farmakognozija - ĝtudijsko gradivo. Ljubljana: Fakulteta za farmaci- jo, 2002: 21-26. 3. Tiĝler M. Organska kemija. 3rd ed. Ljubljana: Drĉavna zaloĉba Slovenije, 1991: 365-368 4. Gunnar S. Drugs of natural orign. 47th ed. Stockholm: Apotekarsocieten,1999: 35-43. 5. Born K, Langerdorff V, Boulenguer P. Xanthan. In: Polysaccharides I Polysaccharides from prokarionts. Ed. Vandemene EJ, De Baets S, Steinbuechel A. Weinheim: Willey – VCH Verlag, 2002: 259-290. 6. Friedler HP. Encyclopedia of excipients: for pharmaceuticals, cosmetics and related areas. 5th Ed., Aulendorf: ECV, 2002: 123,124, 691-693. 7. Rochefort EW, Middleman S. Rheology of Xanthan gum: Salt, Temperature, and Strain Effects In Oscilatory and Steady Shear Experiments. Journal of Rheology, 1987; 31: 337-369. 8. Capron I, Alexandre S, Muller G. An atomic force microscopy study of the molecular organisation of xanthan. Polymer 1998; 23: 5225-5730. 9. Ruissen ALA, van der Reijden WA, van’t Hof W et al. Evaluation of the use of xanthan as vehicle for cationic antifungal peptides. J Control Release 1999; 60: 49-56 10. Talukdar MM, Kinget R. swelling and drug release behaviour of xan gum matrix tablets. Int J Pharm 1994; 120: 63-72. 11. Corveleyn S, Remon JP. Formulation and production of rapidly disintegrat- ing tablets by lyophilisation using hydrochlorothiazide as a model drug. Int J Pharm 1997; 152: 215-225. 12. Lii CY, Liaw SC, Ali VMF et al. Xanthan gum-gelatin complexes. Eur Polymer J 2002; 38: 1377-1381. 13. Corveleyn S, Remon JP. Bioavailability of hydrochlorothiazide: conventional versus freeze-dried tablets. Int J Pharm 1998; 173: 149-155. 14. Dierckx S, Dewettinck K. Seed gums. In: Polysaccharides II Polysaccharides from eukarionts. Ed. Vandemene EJ, De Baets S, Steinbuechel A. Weinheim: Willey – VCH Verlag, 2002: 321-343. 15. Dea CM, Morris ER, Rees DA et al. Association of like and unlike polysac- charides: Mechanism and specifity in galaktomannans, interacting bacterial polysaccharides, and related systems. Carbohydr Res 1977; 57: 249-279. 16. Copetti G, Grassi M, Lapasin R et al. Synergistic gelation of xanthan gum with locust bean gum: a rheological investigation.Glycoconjugate journal 1997; 14: 951-961. 17. Zhan DF, Ridout MJ, Browsnwy GJ et al. Xanthan-locust bean interactions and gelation Carbohydr Poly 1993; 21: 53-58. 18. Watanabe K, Yakou S, Takayama K et al. Rectal absorption and mucosal irri- tation of rectal gels containing buprenorphine hydrochloride prepared with water-soluble dietary fibers, xanthan gum and locust bean gum. J Control Release 1996; 38: 29-37. 19. Pai VB, Khan SA. Gelation and rheology of xanthan/enzyme-modified guar blends. Carbohydr Poly 2002; 49: 207-216. 20. Lundin L, Hemansson AM. Supramolecular aspects of xanthan-locust bean gum gels based on rheology and electron microscopy. Carbohydr Poly 1995; 26: 129-140. 21. Tako M, Nakamura S. D-Mannose-specific interaction between xanthan and D-galacto-D-mannan. Agric Biol Chem 1986; 48: 2995-3000. 22. Schorsch C, Garnier C, Doublier JL. Microscopy of xanthan/galactomannan mixtures. Carbohydr Poly 1996; 28: 319-323. 23. Gells and Jellies In Encyclopedia of Pharmaceutical Technology Volume 7. 7th ed. Ed. Swarbick J, Boylan BC. New York, Hong Kong, Basel: Dekker M., 1992: 415-424. 24. Ĉumer M, Zupanœiœ Valant A, Florjanœiœ U et al. Seminar iz aplikativne reologije. Ljubljana: Univerza v Ljubljani, Fakulteta za kemijo in kemijsko inĉenirstvo, Katedra za kemijsko inĉenirstvo, 1997: 7-13, 20-22, 30-41. 25. Planiĝek O, Zajc N, Srœiœ S.: Uporaba diferenœne dinamiœne kalorimetrije v farmaciji. Farm vestn 2001; 52: 173-185. 26. Goycolea FM, Milas M, Rinaudo M. Associative phenomena in galactoman- nan-deacetylated xanthan systems. Int J Biol Macromolecules 2001; 29: 181-192. farm vestn 2005; 56