Квантово-химическое моделирование радиационно-индуцированной деструкции крахмала

Аннотация

Воздействие на нативный крахмал ионизирующим излучением является перспективной и экологически безопасной технологией целенаправленного изменения физико-химических свойств крахмала. Экологичность облученного крахмала обусловлена прежде всего его свойством сорбировать тяжелые металлы и радиоактивные изотопы. Кроме того, облученный крахмал может применяться в технических целях в различных отраслях современного хозяйственного комплекса: целлюлозно-бумажной промышленности, медицине, строительной промышленности, деревообработке, литьевом (литейном) производстве. Крахмал может выступать в качестве пищевого волокна с пребиотическими свойствами и способен расщепляться ферментными системами микроорганизмов кишечника, а также активно участвовать в процессе его перистальтики.
Объектом исследования служили молекулы, которые образуются в химических реакциях, протекающих при радиационном облучении крахмала. Установлено, что облучение полисахаридов снижает их точку плавления и вращение плоскости поляризации, приводит к потемнению, образованию формальдегида. При облучении дозой свыше 150 кГр повреждается кристаллическая часть крахмала, уменьшается его молекулярная масса и длина цепи. При облучении дозой свыше 600 кГр уменьшается степень полимеризации крахмала, что приводит к снижению удельной вязкости амилозы и амилопектина. С увеличением дозы облучения повышается растворимость крахмала в воде. При его облучении изменяется чувствительность к ферментам и происходит разрыв α-1→4-гликозидных связей. Редуцирующая способность крахмала увеличивается пропорционально дозе облучения (начиная с дозы 10 кГр), возрастает кислотность (активатор – кислород), но снижается с увеличением его влажности. При облучении крахмала образуются фрагменты полиозидных цепей частично деградированных декстринов различной длины, а также продукты радиолиза (оксиметилфурфурол, формалин и др.). Образуются также свободные кислоты и сложные эфиры, которые гидролизуются в условиях предельных значений рН, повышая кислотность. Методами квантовой химии доказана принципиальная возможность образования в крахмале свободных радикалов и их последующее взаимодействие с полимером. Найдены наиболее стабильные конформеры по значениям полной энергии молекул и рассчитаны их физико-химические и свойства.