ISSN:
2181-3906
2024
International scientific journal
«MODERN
SCIENCE
АND RESEARCH»
VOLUME 3 / ISSUE 1 / UIF:8.2 / MODERNSCIENCE.UZ
660
ВЛИЯНИЕ pH СРЕДЫ НА СПЕКТРАЛЬНО-ОПТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА
ПРОИЗВОДНЫХ БЕТАЛАИНА
Туксанова Зилола Изатуллоевна
Преподаватель, Бухарский государственный университет
tuksanova@gmail.com
Назаров Эркин Садикович
Кандидат технических наук, доцент, Бухарский государственный университет
nazarov.es68@mail.ru
Тойирова Нодира Фахриддин кизи
Студент кафедры физики, Бухарский государственный университет
https://doi.org/10.5281/zenodo.10544740
Аннотация. Данная статья посвящена изучению влияния межмолекулярного
взаимодействия на спектрально-оптические свойства пищевых красителей. Эти
исследования позволяют не только проследить за изменением цветности красителей
зависимости от pH среды, температуры и других факторов окружающей среды, но и
применению пищевых красителей в различных отраслях науки и техники.
Ключевые слова: Пищевые красители, спектрально-оптические свойства,
беталаин, вульгаксантин, бетанин, свекольный краситель, максимум поглощения,
плоскость поляризации, pH среда, оптическая плотность.
INFLUENCE OF pH ENVIRONMENT ON THE SPECTRAL AND OPTICAL
PROPERTIES OF BETALAIN DERIVATIVES
Abstract. This article is devoted to the study of the influence of intermolecular interaction
on the spectral and optical properties of food dyes. These studies make it possible not only to
monitor changes in the color of dyes depending on the pH of the environment, temperature and
other environmental factors, but also the use of food dyes in various branches of science and
technology.
Key words: Food dyes, spectral and optical properties, betalain, vulgaxanthin, betanin,
beetroot dye, absorption maximum, polarization plane, pH environment, optical density.
Одной из задач материального благосостояния народа, это производство
полноценных пищевых продуктов, обеспечивающих рациональное питание населения
страны, оно требует значительное повышение качеств биологических ценностей, вкусовых
достоинств и улучшение его ассортимента.
Исследование фотофизических и фотохимических свойств пищевых красителей и
межмолекулярного взаимодействия – одно из актуальных направлений современной
молекулярной спектроскопии. Эти исследования дают возможность изучить основные
закономерности химического строения, природу заместителей и влияние растворителя на
спектрально-оптические свойства, разработать более эффективные методы измерения
метрологических характеристик, расширить области применения пищевых красителей и
витаминов. Исследование устойчивости пищевых красителей к нагреванию и свету имеет
важное значение при оценке их органолептических показателей, определении
метрологических характеристик, определении условий применения в пищевой и
ISSN:
2181-3906
2024
International scientific journal
«MODERN
SCIENCE
АND RESEARCH»
VOLUME 3 / ISSUE 1 / UIF:8.2 / MODERNSCIENCE.UZ
661
фармацевтической промышленности, а также имеет практическое значение при проведении
научных исследований в лабораториях пищевых предприятий.
Известно, что издавна для окрашивания, улучшения или придания определенного
внешнего вида и цвета продуктам питания таким, как кондитерские изделия,
безалкогольные напитки, мороженного, джемов, зефиров, фруктово-ягодных вод и т.д.
использовали натуральные растительные красители.
Производные беталаина являются красящими пигментами свекольного красителя.
Оптические свойства производных беталаина определяется спектральными параметрами
беталаина и вульгаксантина. Свекольный краситель в спектрах поглощения и
люминесценции имеет два максимума
𝜆
𝑚𝑎𝑥
пог
= 483 нм и 523 нм, а также
𝜆
𝑚𝑎𝑥
люм
= 580 нм и 640
нм. В этих случаях наблюдается зеркальная симметрия электронных спектров поглощения
и излучения. Проведенные хромотографические разделения спектров свекольного
красителя показали, что максимум поглощения
𝜆
𝑚𝑎𝑥
пог
=483 нм и 580 нм относится к
вульгаксантину, а
𝜆
𝑚𝑎𝑥
пог
= 523 нм и 640 нм относится к бетанину. Из анализа структурных
формул следует, что бетанин имеет три карбоксильные группы, в то время как
вульгаксантин имеет две карбоксильные группы и одну карбоксилат-ионную группу.
Следовательно, молекулы бетанина по отношению к вульгаксантину имеют более
удлиненные цепи
π
-электронных связей, которые приводят к более длинноволновой
поглощательной и излучательной способности по отношению молекулы вульгаксантина.
Проведенные низкотемпературные исследования показатели, что квантовый выход
флуоресценции при температуре жидкого азота ~180 раз увеличивается по отношению
выхода свечения полученной при комнатной температуре. В этих случаях в спектрах
свечения и возбуждения люминесценции наблюдается колебательная структура спектра. На
основании этих результатов сделан вывод о природе низкого квантового свечения
производных беталаина. Установлено, что низкий квантовый выход флуоресценции
обусловлен не жесткостью как бетанина, так и вульгаксантина. Также измерен спектр
ядерно-магнитного резонанса и дисперсия оптического вращения свекольного красителя.
При этом установлено, что вид кривой дисперсии оптического вращения обусловлен
плавной положительной дисперсионной кривой оптической активности сахаристых
веществ, а также на фоне ее
S
-образной кривой характерной для обособленного
электронного перехода, в не симметричной молекуле.
Максимум
S
-образной кривой находился при длинах волн 340 и 410 нм, величина
амплитуды этих максимумов
φ
= 0,08
о
. В подтверждение о влиянии сахаристых веществ на
электронные спектры свекольного красителя приводится спектр ЯМР дейтирированной
воде. Наблюдаемые резонансы в области 3,4-4,2 м.д. свидетельствует о наличии в
красителях сахаров. Используя спектры дисперсии и оптического вращения в плоскости
поляризации, определены концентрации сахаров в составе свекольного красителя. При этом
установлено, что концентрация сахаров в красителях составляет более 10-12 % в
зависимости от физико-химических свойств используемого сырья.
Были проведены исследования pH среды на спектры поглощения свекольного
красителя. Добавление щелочи приводит к падению интенсивности полос поглощения как
с
𝜆
𝑚𝑎𝑥
пог
= 523 нм, так и с
𝜆
𝑚𝑎𝑥
пог
= 483 нм. При этом происходит уширение спектра с
ISSN:
2181-3906
2024
International scientific journal
«MODERN
SCIENCE
АND RESEARCH»
VOLUME 3 / ISSUE 1 / UIF:8.2 / MODERNSCIENCE.UZ
662
коротковолновой стороны. Дальнейшее добавление щелочи и соответственно увеличение
значения pH среды приводит к появлению и усилению новой коротковолновой полосы
поглощения с
𝜆
𝑚𝑎𝑥
пог
= 405 нм с практическим исчезновением полос поглощения молекул
вульгаксантина и бетанина. Это ведет к обесцвечиванию красителей.
Особый интерес представляет исследование зависимости спектра поглощения
свекольных красителей от содержания добавок различных кислот соответственно (от
значения pH среды). Результаты проведенных исследований показали, что поглощательная
способность водного раствора свекольного красителя по мере добавления соляной и
лимонной кислот незначительно уменьшается с сохранением формы спектров.
Повышение температуры водного раствора свекольного красителя от 293 до 323 К с
дальнейшим выдерживанием при 323 К приводит к частичным изменениям спектров
поглощения. При этом оптическая плотность подкисленного свекольного раствора при
𝜆
𝑚𝑎𝑥
пог
= 483 нм уменьшается, а при
𝜆
𝑚𝑎𝑥
пог
= 523 нм возрастает. Увеличение времени выдержки
при 323 К приводит к развитию этого процесса, конечное соотношение оптических
плотностей
𝐷
523
погл
/
𝐷
483
погл
достигает 1,5. Цветовые характеристики красителя при этом
изменяются в сторону более темного красного цвета, что и требуется для пищевой
промышленности.
Существенно отметит, что наблюдаемые изменения спектров кислых растворов
свекольного красителя с температурным воздействием носят необратимый характер:
спектры не восстанавливаются при добавлении щелочи.
Нагрев и выдержка раствора при 323 К приводит к образованию химической связи
протона с карбоксилатной группой и переходу молекул вульгаксантина к бетанинам. Это
предположение подтверждается тем, что по мере возрастания времени температурной
выдержки полоса бетанина усиливается, а вульгаксантина уменьшается. Выше изложенное
предположение подтверждается ИК спектрами свекольных красителей, полученных без
кислоты
и
стабилизированных
лимонной
кислотой.
Свекольный
краситель,
стабилизированный лимонной кислотой, имеет более высокую интенсивность полос в
области 3650-2500 см
-1
, относящихся к карбоксильным группам. Изменение спектров
поглощения свекольного красителя в средах с большими значениями рН также объяснимо
переходом молекул производных беталаина к форме основания. По-видимому, добавление
щелочи к водным растворам свекольного красителя приводит к локализации ОН – группы
щелочи у молекул красящих пигментов.
Учитывая, что при добавлении щелочи наблюдается уменьшение поглощательной
способности как полосы
𝜆
𝑚𝑎𝑥
пог
=523 нм, так и
𝜆
𝑚𝑎𝑥
пог
= 483 нм, можно заключить, что
образовавшаяся форма оснований бетанина и вульгаксантина имеет более низкие значения
коэффициента экстинкции по отношению к их нейтральным формам, образование формы
основания. По-видимому, происходит в результате локализации ОН-группы щелочи,
которая имеет отрицательный заряд, возле положительного зараженного азота (N
+
)
производных беталаина.
При этом наиболее вероятным типом межмолекулярного взаимодействия является
ионная связь. На отсутствие химической связи при образовании формы основания
указывает то, что добавление кислоты щелочному раствору свекольного красителя
ISSN:
2181-3906
2024
International scientific journal
«MODERN
SCIENCE
АND RESEARCH»
VOLUME 3 / ISSUE 1 / UIF:8.2 / MODERNSCIENCE.UZ
663
приводит к полному восстановлению спектров поглощения нейтральных форм
производных беталаина. На образование бинарных молекул нейтральной формы основания
в растворе также указывает появление изобестической точки в спектрах поглощения
исследуемых соединений.
REFERENCES
1.
Б.Э.Ниязхонова, З.С.Кодирова. Особенности молекулярных взаимодействий в
растворах пищевых красителей // Интернаука (2021) №38 (214) С 85-86.
2.
Б.Э.Ниязхонова, З.С.Кодирова. Влияние природы растворителя на спектрально-
оптические свойства красителей // Academic Research in Educational Sciences (2022)
Volume 3 Issue 3. pp 619-624.
3.
З.И.Туксанова, Э.С.Назаров, М.С.Бахранова. Проблемы и необходимые воображения
экологического и биофизического образования // INVOLTA. Innovation scientific
journal (2022) Vol. 1 № 6. C. 215-220.
4.
E.S.Nazarov, M.B.Teshayeva. Zamonaviy fizika ta’limi muammolari va uni
takomillashtirish istiqbollari //Academic research in educational sciences (2022) Volume 3
Issue 3. pp 562-565.
5.
R.Turdaliyev, T.Botagariyev, S.Ryskaliyev, A.Doshybekov, Z.Kissebaev.
Virtual reality
technology as a factor to improve university sports
//
Challenges: new trends in physical
education, sports and recreation (2024) № 51, С. 872-880.
6.
Э.С.Назаров, Ш.А.Хамрокулова. Эффективное использование энергетических
ресурсов // Современные научные решения актуальных проблем. Международная
научно-практическая конференция. (2022) Ростов-дон. С. 15-17.
