Исследование термически индуцированных структурных превращений D-маннита методами молекулярной спектроскопии

Применение пищевых добавок различной функциональности является в настоящее время одним из основных направлений развития кондитерской промышленности, при этом в ходе термообработки сырьевой массы вещества испытывают структурные превращения различного характера. Изучение подобных трансформаций позволяет направленно регулировать параметры технологических процессов, в связи с чем в настоящей работе представлены результаты исследований полиморфных превращений D-маннита (пищевая добавка Е421) при контролируемом термостатировании при температуре 180 °С во временном интервале до 3 ч методами УФ-электронной и ИК-колебательной спектроскопии. Анализ колебательных спектров показывает присутствие исходного коммерческого препарата D-маннита в форме наиболее термодинамически выгодной β-модификации, тогда как все термостатированные твердые фазы представлены α-модификациями. Последнее надежно подтверждается изучением ИК-спектральных профилей как среднечастотной (900–1800 см^-1), так и высокочастотной (2800–3000 см^-1) областей. При этом следует отметить отсутствие интенсивных полос в области 1650– 1800 см^-1, что указывает на подавление процессов окислительной деструкции маннита. Исследование динамики изменения температур плавления твердых фаз и профилей электронных спектров ультрафиолетовой области их 1 %-ных растворов показывает экстремум (174 °С) и выраженный максимум при 260 нм для пробы, термостатированной в течение 1,5 ч. Можно предположить, что в данных экспериментальных условиях возможно параллельное с фазовыми переходами протекание химических процессов, вероятно, дегидратации и циклизации. Полученные результаты предполагается положить в основу разрабатываемой технологии термообработки полиолов для получения комбинированных пищевых добавок на их основе в условиях воздействия повышенных температур. 

1. Bayon, R. Feasibility Study of D-mannitol as Phase Change Material for Thermal Storage / R. Bayon, E. Rojas. – DOI: 10.3934/energy.2017.3.404 // AIMS Energy. – 2017. – Vol. 5(3). – P. 404–424.

2. Cassanelli, M. Interaction of Mannitol and Sucrose with Gellan Gumin Freezedried Gel Systems / M. Cassanelli, I. Norton, T. Mills. – DOI: 10.1007/s11483-018-95365 // Food Biophysics. – 2018. – Vol. 13. – P. 304–315.

3. Charactristics and Analytical Methods of D-mannitol: un Update / A. Shiravastava, S. Sharma, M. Kaurav, A. Sharma. – DOI: 10.22159/ijap.2021v13i5.42068 // Int. J. Appl. Pharm. 2021. – Vol. 13 (5). – P. 20–32.

4. Energy/Temperature Diagram and Compression Behavior of the Polymorphs of D-mannitol / A. Burger, J.-O. Henck, S. Hetz [et al.]. – DOI: 10.1002/(SICI)15206017(200004)89:4<457::AID-JPS3>3.0.CO;2-G // J. Pharm. Sci. – 2000. – Vol. 89 (4). – P. 457–468.

5. Physico-Chemical Characterization of Anhydrous D-mannitol / G. Bruni, V. Berbenni, C. Malanese [et al.]. – DOI: 10.1007/s10973-008-9384-5 // J. Therm. Anal. Cal. – 2009. – Vol. 95 (3). – P. 871–876.

6. Cherepanov, I. S. Growth Regulating Activity of p-aminobemzoic Acid – D-Glucose System Melanoidins / I. S. Cherepanov. – DOI: 10.1063/5.0068900 // AIP Conference Proceedings. – 2022. – Vol. 2390. – Р. 030009-1–030009-4.

7. Rodrigues-Garcia, M.M. Stability of D-mannitol Upon Melting/Freezing Cycles Under Controlled Inert Atmosphere / M. M. Rodrigues-Garcia, R. Bayon, E. Rojes. – DOI: 10.1016/j.egypro.2016.06.207 // Energy Procedia. – 2016. – Vol. 91. – P. 218–225.

8. Simultaneous Quantitative Analysis of Ternary Mixtures of d-mannitol Polymorphs by FT-Raman Spectroscopy and Multivariate Calibration Models / D. Braun, S. Maas, N. Zencirci [et al.]. – DOI: 10.1016/j.ijpharm.2009.10.019 // Int. J. Pharm. – 2010. – Vol. 385. – P. 29–36.

9. Kayaly, W. Influence of Mannitol Concentration on the Physicochemical, Mechanical and Pharmaceutical Properties of Lyophilised mannitol / W. Kayaly, U. Khan, S. Maewlud. – DOI: 10.1016/j.ijpharm.2016.05.052 // Int. J. Pharm. – 2016. – Vol. 510. – P. 73–85.

10. Selective Crystallization of D-mannitol Polymorphs Using Surfactant Selfassembly / F. Penha, A. Gopalan, J. Meijlink [et al.]. – DOI: 10.1021/acs.cgd.1c00243 // Chryst. Growth Des. – 2021. – Vol. 21. – P. 3928–3935.

11. Influence of Batch Cooling Crystallization on Mannitol Physical Properties and Drug Dispersion from Dry Powder Inhalers / W. Kayaly, H. Larhrib, M. Ticehurst, A. Nokhodchi. – DOI: 10.1021/cg300224w // Chryst. Growth Des. – 2012. – Vol. 12. – P. 3006–3017.

12. Development of a Pure Certified Reference Material of D-mannitol / W. Chen, Y. Zhang, H. Chen [et al.]. – DOI: 10.3390/molecules28196794 // Molecules. – 2023. – Vol. 28. – 6794.

13. Cycling Stability of D-mannitol when Used as Phase Change Material for Thermal Storage Applications / H. Newmann, S. Niedermaier, S. Gschwander, P. Schossig. – DOI: 10.1016/j.tca.2017.12.026 // Thermochim. Acta. – 2018. –Vol. 660. – P. 134–143.

14. The Solvent-free Thermal Dehydration of Hexitols on Zeolites / M. Kurszewska, E. Skorupova, J. Madaj [et al.]. – DOI: 10.1016/s0008-6215(02)001295 // Carbohydr. Res. – 2002. – Vol. 337. – P. 1261–1268.

15. Thermal Stability Enhancement of D-mannitol for latent Heat Storage Applications / H. Newmann, D. Burger, Y. Taftanazi [et al.]. – DOI: 10.1016/j.solmat.2019.109913 // Solar Energy Materials and Solar Cells. – 2019. – Vol. 200. – 109913.

16. Intramolecular Dehydration of Biomass-derived Sugar Alcohols in Hightemperature Water / A. Yamaguchi, N. Muramatsu, N. Mimura [et al.]. – DOI: 10.1039/c6cp06831f // Phys. Chem. Chem. Phys. – 2017. – Vol. 19. – Р. 2714–2722.

17. Моргунова, Е. М. Технологические особенности разработки кондитерских изделий с использованием полиолов / Е. М. Моргунова, Т. В. Шугаева, К. Н. Гершончик. – DOI: 10.47612/2073-4794-2021-14-3(53)-19-31 // Пищевая промышленность: наука и технологии. – 2021. – Т. 14, № 3. – С. 19–31.