Crystallization and melting of inulin crystals. A small angle X-ray scattering approach (SAXS)

• Autorzy: Hébette Ch. L. , Delcour J. A. , Koch M. H. J. , Booten K. , Reynaers H. L.

Warianty tytułu

PL

Krystalizacja i topnienie inuliny badane techniką małokątowego rozpraszania promieniowania rentgenowskiego (SAXS)

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Krystalizowany ze stężonych roztworów biopolimer inulinowy [wzór (I)] wykazuje makro- i mikromorfologię analogiczną do morfologii krystalicznych polimerów syntetycznych, krystalizowanych w podobnych warunkach. Płytkowy charakter kryształów inuliny potwierdza zarówno mikroskopia optyczna (rys. 3, 4), jak i elektronowa (rys. 5). Kryształy te zwane lamelami krystalicznymi tworzą, tzw. stosy lamelarne (rys. 6), a te z kolei kuliste agregaty – sferolity bądź aksjality. Morfologię kryształów inuliny badano metodą SAXS (rys. 7, 8), stwierdzając, że grubość płytek zależy od warunków krystalizacji (chłodzenia i topnienia izotermicznego bądź dynamicznego). Na podstawie krzywych topnienia skrystalizowanej ze stężonego roztworu polidyspersyjnej inuliny, można wyjaśnić występowanie cienkich płytek krystalicznych o mniejszej stabilności termicznej (endotermy I i II) wraz z grubszymi lamelami, złożonymi z dłuższych łańcuchów, o wyższej temperaturze topnienia (endotermy III i IV). Te ostatnie wykazują tendencję do zagęszczania (tworzenia agregatów) w procesie rekrystalizacji lub w wyniku reorganizacji struktury łańcuchów stałej inuliny. W szerokim zakresie mas molowych, właściwych dla badanych próbek, i w różnych warunkach krystalizacji obserwujemy frakcjonowanie i częściowe pokrywanie się stosów lamelarnych krystalitów z różną wartością lc (średniej lamelarnej grubości) i różną stabilnością cieplną. Przedstawione wyniki są podstawą do stwierdzenia semikrystalicznej struktury żeli inuliny.

EN

Bulk crystallization of the biopolymer inulin from concentrated solutions results in the same macroscopic and microscopic morphologies as those found for synthetic polymers. Optical and electron microscopy confirm the lamellar nature of the crystals and their arrangement into stacks of lamellar crystals in superstructures like axialites and spherulites. There is evidence for the occurrence of folded chain lamellar crystals. These findings justify the attempt to explore the crystallization and melting of inulin by investigating the morphology of inulin crystals by time-resolved small angle X-ray scattering. The thickness of the lamellar crystals observed by SAXS varies with the degree of supercooling — dynamically or isothermally — as observed for synthetic polymers crystallized from the solution. The complex melting behaviour of polydisperse inulin, crystallized from the concentrated solution, as observed by DSC, and previously desribe by the present authors, can be explained by the occurrence of thin lamellae with lower thermal stability (endotherms I and II) together with thicker lamellae composed of the longer chains with a higher melting temperature (endotherms III and IV), the latter lamellae being able to thicken upon annealing by recrystallization or solid state reorganisation. The broad range of molar masses proper to the samples, the different crystallization conditions (temperature, isothermal and dynamic cooling and melting) account for fractionation and the presence of partially overlapping populations of lamellar stacks with different lc‘s and hence different thermal stabilities. The reported experiments are a basis for the exploration of the semi crystalline nature of inulin gels.

Słowa kluczowe

PL

inulina; biopolimery; SAXS; krystalizacja; topnienie

EN

inulin; biopolymers; SAXS; crystallization; melting

• Wydawca: Sieć Badawcza Łukasiewicz – Instytut Chemii Przemysłowej
• Czasopismo: Polimery
• Rocznik: 2011
• Tom: T. 56, nr 9
• Strony: 645--651
• Opis fizyczny: Bibliogr. 31 poz.

Twórcy

autor

Hébette Ch. L.

autor

Delcour J. A.

autor

Koch M. H. J.

autor

Booten K.

autor

Reynaers H. L.

• Catholic University of Leuven, Department of Chemistry, Section Molecular and Nanomaterials, Celestijnenlaan 200F B-3001 Leuven-Heverlee Belgium,

Bibliografia

• 1. Timmermans J. W., Van Leeuwen M. B., Tournois H., de Wit D., Vliegenthart J. F. G.: Carbohydr. Chem. 1994, 13, 881.
• 2. Timmermans J. W.: "PhD-thesis", University of Utrecht, the Netherlands 1997.
• 3. Franks F.: "Polysaccharides In Food" (Eds. Blanshard J. M. V., Mitchell J. R.), 1st ed., Butterworths, London 1979, p. 33.
• 4. French A. D.: Plantphysiol. 1989, 134, 125.
• 5. French A. D.: "Inulin and inulin containing crops" (Ed. Fuchs A.), 1st ed., Elsevier Plantscience, Amsterdam 1993, p. 121.
• 6. Robertfroid M., Gibson G. R., Delzenne N.: Nutr. Rev. 1993, 51, 137.
• 7. De Leenheer L., Hoebregs H.: Starch/Stärke 1994, 46, 193.
• 8. Van den Ende W.: "PhD-thesis 303", Faculty of Agricultural and Applied Biological Sciences, Catholic University of Leuven, Belgium 1996.
• 9. Van Loo J., Coussement P., De Leenheer L., Hoebregs H., Smits G.: Crit. Rev. Food Sci. Nutr. 1995, 35, 52.
• 10. Vervoort L., Van den Mooter G., Augustijns P., Busson R., Toppet S., Kinget R.: Pharm. Res. 1997, 14, 1730.
• 11. Morris E. R.: "Polysaccharides in Food" (Eds. Blanshard J. M. V., Mitchell J. R.), 1st ed., Butterworths, London 1979, p. 15.
• 12. "Polymer Physics" (Ed. Gedde U.), 2nd ed., Chapman & Hall, London 1995.
• 13. "Macromolecular Physics" (Ed. Wunderlich B.), Vol. 2 "Crystal Nucleation", Growth, Annealing, 1st ed., Academic Press, New York 1976, Ch. 5, p. 83.
• 14. Prasad A., Mandelkern L.: Macromolecules 1989, 22, 91.
• 15. Sawodny M., Asbach G. I., Killian H. G.: Polymer 1990, 31, 185.
• 16. Cohen Y., Cohen E.: Macromolecules 1995, 28, 363.
• 17. Hébette C. L. M., Delcour J. A., Koch M. H. J., Booten K., Kleppinger R., Mischenko N., Reynaers H.: Carbohydr. Res. 1998, 310, 6.
• 18. Tiense Suikerraffinaderij N. V., Orafti N. V.: Personal communications.
• 19. Vogel M.: "Inulin and inulin containing crops" (Ed. Fuchs A.), 1st ed., Elsevier Plantscience, Amsterdam 1993, p. 65.
• 20. Berghofer E., Cramer A., Schmidt U., Veigl M.: "Inulin and inulin containing crops" (Ed. Fuchs A.), 1st ed., Elsevier Plantscience, Amsterdam 1993, p. 77.
• 21. Huber A., Praznik W., Spies T., Kammerer S., Knabl C.: "Inulin and inulin containing crops" (Ed. Fuchs A.), 1st ed., Elsevier Plantscience, Amsterdam 1993, p. 231.
• 22. Hébette C. L. M.: "PhD-thesis 502", Faculty of Agricultural and Applied Biological Sciences, Catholic University of Leuven, Belgium 2002.
• 23. Boulin C. J., Kempf R., Gabriel A., Koch M. H. J.: Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. Sec. A 1988, 269, 312.
• 24. Boulin C. J., Kempf R., Koch M. H. J., Mc Laughlin S. M.: Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. Sec. A 1986, 249, 399.
• 25. Goderis B., Reynaers H., Koch M. H. J., Mathot V. B. F.: J. Polym. Sci. Part B. Polym. Phys. Ed. 1999, 37, 1715.
• 26. Vonk C.G., Kortleve G.: Kolloid Z Z Polym. 1967, 220, 19.
• 27. Strobl G. R., Schneider M.: J. Polym. Sci. Polym. Phys. Ed. 1982, 18, 1343.
• 28. Rabiej S., Rabiej M.: VIII International Conference on X-Ray investigations of polymer structure, Wroclaw 2010, Book of Abstracts, p. 36.
• 29. André I., Putaux J. L., Chanzy H., Taravel F. R., Timmermans J. W., de Wit D.: Int. J. Biol. Macromol. 1996, 18, 195.
• 30. Marchessault R. H., Bleha T., Deslandes Y., Revol J. F.: Can. J. Chem. 1980, 58, 2415.
• 31. André I., Mazeau K., Tvaroska I., Putaux J.-L., Winter W. T., Taravel F. R., Chanzy H.: Macromolecules 1996, 29, 4626.