Microcalorimetric investigation of amylopectin branching and the content of amylose in potato starches

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

Hydroxyethylated starches are of particular interest for applications in infusion therapy because of their high volemic effect. The duration of this effect depends on the circulation time of the drug in the blood, i.e., the volume of circulating blood increases with an increase in the concentration, molecular weight and degree of polymer substitution. It is known that hydroxyethylated starches have a wide range of molecular weight and degree of substitution. This allows their solutions to circulate for a long time (up to 10 hours) in the bloodstream without leakage of the active substance into the interstitium of vital organs. The dependence of the melting point of the crystalline starch lamella on the number of glucose residues can be described using the modified Fox - Loshaek ratio, which takes into account the degree of branching of amylopectin molecules and the content of amylose in starch. We proposed an analytical expression for the evaluation of the degree of branching of amylopectin from potato starch based on microcalorimetric data. The proposed methodology allows the genotypes of potatoes with the highest degree of amylopectin branching and a minimum quantity of amylose in starch to be selected. Starches of such potato varieties can be used in the blood plasma substitutes production - hydroxyethylated starches that have good pharmacodynamic properties. Within the developed approach, it is possible to determine the effect of the degree of substitution on the thermodynamic properties of the studied starches through a change in the melting temperature of the lamella, Tm, hence estimating the main pharmacodynamic parameters of substituted starches.

About the authors

Yu. I. Matveev

N.M. Emanuel Institute of Biochemical Physics RAS

Email: yu.matveev@mail.ru

E. V. Averyanova

Biysk Technological Institute (branch) of the Altay State Technical University

Email: averianova.ev@bti.secna.ru

References

  1. Халикова Е.Ю. Безопасность и эффективность использования препаратов гидроксиэтилкрахмала в программах инфузионной терапии // Трудный пациент. 2012. Т. 10. N 5. С. 22-29.
  2. Пустовойт В.Л., Доброхотов Д.А., Нестерова Н.В. Гидроксиэтилкрахмал как альтернативный коллоидный кровезаменитель грубодисперсной природы в современной клинической практике // Open Innovation: сб. ст. VIII Междунар. науч.-практ. конф. (Пенза, 23 апреля 2019 г.). Пенза: Наука и Просвещение, 2019. С. 272-276.
  3. Giordano G., Pugliese F., Bilotta F. Hydroxyethyl starch and fluid challenge // European Journal of Anaesthesiology. 2020. Vol. 37. Issue 7. P. 611-621. https://doi.org/10.1097/EJA.0000000000001147
  4. Травень В.Ф., Панов А.В., Долотов С.М., Стрельникова Т.А., Суслов В.В., Гладырев В.В. Сравнительный анализ продуктов гидроксиэтилирования картофельного и кукурузного крахмалов методами газожидкостной хроматографии и ЯМР 13С спектроскопии // Химия растительного сырья. 2009. Т. 3. C. 57-61
  5. Сухотин С.К. Возможности плазмозамещающих растворов гидроксиэтилированного крахмала (ГЭК) в реаниматологии и хирургии. Рефортан®, Рефортан® плюс, Стабизол® // Дальневосточный медицинский журнал. 2001. N. S4. С. 68-72.
  6. Omar M.N., Shouk T.A., Khaleq M.A. Activity of blood coagulation and fibrinolysis during and after hydroxyethyl starch (HES) colloidal volume replacement // Clinical Biochemistry. 1999. Vol. 32. Issue 4. P. 269-274. https://doi.org/10.1016/s0009-9120(99)00014-4
  7. Вассерман Л.А., Кривандин А.В., Филатова A.Г., Васильев В.Г., Колачевская О.О., Тарасов B.Ф.. Структурные и термодинамические характеристики крахмалов картофеля в зависимости от генотипа растений и условий их культивирования // Химическая физика 2020. T. 39. N 6. С. 6370. https://doi.org/10.31857/S0207401X2006014X
  8. Fox T.G., Flory P.J. Second-order transition temperatures and related properties of polystyrene. I. Influence of molecular weight // Journal of Applied Physics. 1950. Vol. 21. Issue 6. P. 581-591. https://doi.org/10.1063/1.1699711
  9. Fox T.G., Loshaek S. Influence of molecular weight and degree of crosslinking on the specific volume and glass temperature of polymers // Journal of Polymer Science. 1955. Vol. 15. Issue 80. P. 371-390. https://doi.org/10.1002/pol.1955.120158006
  10. Askadskii A.A. Computational materials science of polymers. United Kingdom: Cambridge International Science Publishing, 2003. 696 p.
  11. Sommermeyer K., Cech F., Schossow R. Differences in chemical structures between waxy maize- and potato starch-based hydroxyethyl starch volume therapeutics // Transfusion Alternatives in Transfusion Medicine. 2007. Vol. 9. Issue 3. P. 127133. https://doi.org/10.1111/j.1778-428X.2007.00071.x
  12. Аскадский А.А., Слонимский Г.Л., Матвеев Ю.И., Коршак В.В. Упаковка макромолекул и температура стеклования полимеров / Высокомолекулярные соединения. Серия А. 1976. Т. 18. N 9. С. 2067-2074.
  13. Matveev Yu.I., Plashchina I.G. A dynamic model of the effect of methyl resorcinol on the enzymatic activity of lysozyme // Polymer Science. Series A. 2011. Vol. 53. Issue 5. P. 390-396. https://doi.org/10.1134/S0965545X11050063
  14. Матвеев Ю.И., Аскадский А.А. Определение температуры перехода в вязкотекучее состояние полимеров // Высокомолекулярные соединения. Серия А. 1993. Т. 35. N 1. С. 63-67.
  15. Askadskii A.A., Kovriga O.V. Effect of branching on the physical characteristics of polymers // Polymer Science U.S.S.R. 1991. Vol. 33. Issue 9. P. 18911831. https://doi.org/10.1016/0032-3950(91)90019-M
  16. Папахин А.А. Лукин Н.Д., Ананских В.В., Бородина З.М. О современных направлениях технологии гидролиза крахмала // Достижения науки и техники АПК. 2020. Т. 34. N 12. C. 84-89. 10.24411/0235-2451-2020-11214' target='_blank'>https://doi: 10.24411/0235-2451-2020-11214

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download


Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».