СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОДСЛАЩИВАЮЩЕГО СРЕДСТВА
METOD OF OBTAINING SWEETENING PREPARATION

Настоящее изобретение относится к медицинской промышленности, а именно способам получения таблетированных подсластителей, содержащих аспартам и применяемых в диетическом и диабетическом питании для профилактики заболеваний сахарного диабета, атеросклероза, ожирения и борьбы с избыточным весом.
В настоящее время в медицинской и пищевой промышленности широко применяются подслащивающие вещества, в частности сахаринат натрия, цикламат натрия и их смеси в таблетированном виде в качестве настольных подсластителей [1].
Основным недостатком сахарин содержащих подсластителей является отличие вкуса подслащиваемого напитка от раствора сахарозы. При этом наблюдается остаточный привкус сладости в течение длительного времени, называемый «послевкусие».
В литературе имеются примеры нескольких технических решений, позволяющих исключить остаточное послевкусие сахарина путем его замены на 8-18 мг аспартама или его смеси с ацесульфамом калия 1:1 и введением в состав таблеток 4% лубрикантов и порофоров [2] (настольные подсластители: «Nutrasweet», «Equal», «Sugar Twin», «Sweet'n'Low», «Hermesetas gold», «Natrena», «Canderel», «Flix» и др.).
Известны другие составы таблетированных подсластителей, содержащих смесь аспартама с микрокристаллической целлюлозой, циклодекстрином, L-валином [3], лактозой и диетической клетчаткой [4].
Наиболее близким по составу и способу получения является настольный подсластитель в виде таблеток массой от 0,055 до 0,065 г, содержащих лактозы 59%, аспартама 33%, L-лейцина 4,0%, натрия карбоксиметилцеллюлозы 4,0% (далее в тексте NaКМЦ), [5] и способ получения которого включает перемешивание ингредиентов в смесителе и прямое прессование полученной массы пуансонами роторного таблеточного пресса (прототип).
Недостатком способа получения, заявленного в прототипе, является то, что получаемая таблеточная масса обладает неудовлетворительными технологическими свойствами: низкая сыпучесть (см. пример 1, прототип, в сравнении с опытами №3-5), плохое прессование таблеточной массы (см. пример 2, прототип, в сравнении с опытом №2), неустойчивая работа таблеточного пресса из-за частых поломок пресс-инструмента (см. пример 4). Кроме того, получаемые таблетки имеют большое число (до 5%) образцов неудовлетворительного качества (сколы, расслоения, неровная кромка, неоднородная продолжительность распадаемости и растворения).
Целью настоящего изобретения является оптимизация технологического процесса получения подслащивающего средства, содержащего лактозы 59%, аспартама 33%, натрия карбоксиметилцеллюлозы 4,0%, L-лейцина 4,0%, при условии высокой скорости прессования (до 2600 таблеток в минуту) при непрерывной работе таблеточного пресса в течение суток без поломки пресс-инструмента и соответствия качества получаемых таблеток требованиям Государственной фармакопеи (внешний вид, прочность при истирании, не менее 97%, распадаемость, не более 60 секунд) и техническим условиям ТУ 9197-001-57661098-03 «Подсластитель пищевой «Сладис люкс» (средняя масса одной таблетки 0,055-0,065 г, растворимость в кипящей воде не более 60 секунд).
Поставленная цель достигается тем, что в способе получения подслащивающего средства, содержащего лактозы 59%, аспартама 33%, натрия карбоксиметилцеллюлозы 4,0%, L-лейцина 4,0%, предусматривающем перемешивание ингредиентов и таблетирование, предложено перед перемешиванием в смеситель загружать лактозу и увлажнять ее водой, взятой в количестве от 1,5 до 8,3% от ее массы. После чего добавляют остальные ингредиенты, перемешивают и таблетируют пуансонами роторного таблеточного пресса диаметром 5,0 мм при массе таблетки 0,055-0,065 г, со скоростью до 2600 таблеток в минуту.
Предлагаемое соотношение действующих и вспомогательных веществ и нормы ведения технологического процесса являются оптимальными и позволяют получать таблетки, распадающиеся в течение 60 секунд, соответствующие требованиям фармакопеи и технических условий с использованием промышленного оборудования. Уменьшение или увеличение параметров ведения процесса в сторону от заявленных пределов приводит к снижению качества получаемых таблеток или затрудняет таблетирование.
Способ осуществляется следующим образом: в смеситель сначала загружают лактозу и при непрерывном перемешивании пульверизируют воду в количестве от 1,5 до 8,3% от массы лактозы.
Выбор данных интервалов основывается на том, что введение менее 1,5% воды приводит к тому, что получаемые таблетки обладают неудовлетворительной прочностью, менее 97% (см. пример 3 опыты №1-3). Это связано с тем, что часть воды не поглощается порошковой массой и остается свободной (несвязанной), что приводит к снижению межмолекулярных взаимодействий и соответственно к снижению предела прочности таблеток [6].
Одновременно с увеличением количества воды, взятой на увлажнение лактозы, наблюдается увеличение сыпучести смеси (см. пример 1 опыты №1-3). Данное явление объясняется частичной грануляцией мелких фракций лактозы. Сыпучесть порошков, содержащих высокое количество мелких частиц, всегда ниже гранулированных порошков [7].
Увеличение сыпучести благоприятно сказывается на однородности наполнения матриц таблеточного пресса, что особенно важно при высоких скоростях прессования (более 2600 таблеток в минуту). Подтверждением этому служат данные примера 3, где отклонение от средней массы таблеток в условиях прототипа составило ±0,57 мг, в сравнении с опытом №3 + 0,42 мг. Улучшение однородности дозирования в свою очередь приводит к устойчивому прессованию таблеток без поломки пресс-инструмента, т.к. более однородные по массе таблетки не приводят к дополнительной перегрузке механизма прессования.
Введение 1,5-8,3% воды способствует снижению давления выталкивания, что также способствует оптимизации работы таблеточного пресса и снижению расхода пресс-инструмента (см. пример 4, опыты №2-4, в сравнении с прототипом). Наличие влаги в порошке снижает коэффициент трения между частицами смеси и поверхностью матрицы [8]. Кроме того, в результате дополнительного введения воды статистически достоверно снижается расчетное давление начала пластической деформации частиц (см. пример 2, опыты №1 и 2 соответственно). Это согласуется с данными литературы о том, что влажность оказывает прямое влияние на пластические свойства порошков. Более влажные материалы, как правило, более пластичны. Сухие обладают большими упругими свойствами, поэтому влажные порошки прессуются легче, чем сухие при одинаково низком давлении прессования [9].
Введение воды на увлажнение лактозы более 8,3% снижает сыпучесть таблеточной массы, что, как уже было отмечено, влияет на однородность дозирования таблеточной массы; высокое содержание влаги в таблеточной массе препятствует пластической деформации компонентов смеси (см. пример 2, опыты №3-4).
Избыточная вода уменьшает поверхностную энергию частиц и, соответственно, увеличивает прилипание таблеток к поверхности матрицы и пуансонов (см. приложение к табл.3). Это наблюдение подтверждается данными литературы [10].
После увлажнения лактозы вводят остальные ингредиенты в следующем соотношении и последовательности: аспартам 33%, L-лейцин 4,0%, натрия карбоксиметилцеллюлоза 4,0%. Введение натрия карбоксиметилцеллюлозы в последнюю очередь объясняется тем, что происходит образование клея, способствующего налипанию таблеточной массы на поверхность пуансонов.
Полученную таблеточную массу таблетируют на промышленном таблетпрессе РТМ-41 пуансонами диаметром 5 мм. Диаметр таблеток выбран из расчета выпускаемого промышленностью минимального диаметра пуансонов.
Масса таблеток 0,055-0,065 г основана на оптимальном заполнении матриц диаметром 5,0 мм.
Как видно из вышеизложенного, только предложенные интервалы соотношений ингредиентов являются оптимальными и позволяют получать подслащивающее средство, содержащее лактозы 59%, аспартама 33%, натрия карбоксиметилцеллюлозы 4,0%, L-лейцина 4,0%, при условии высокой скорости прессования (не менее 2600 таблеток в минуту) при непрерывной работе таблеточного пресса в течение суток без поломки пресс-инструмента и соответствия качества получаемых таблеток требованиям Государственной фармакопеи (внешний вид, прочность при истирании, не менее 97%, распадаемость, не более 60 секунд) и техническим условиям ТУ 9197-001-57661098-03 «Подсластитель пищевой «Сладис люкс» (средняя масса одной таблетки 0,055-0,065 г, растворимость в кипящей воде не более 60 секунд).
Пример 1
В экспериментах использовали: лактозу для прямого прессования («Granulac-70» фирмы Meggle (ФРГ)), лейцин (Ph.Eur. 4 Ed., USP 26), NaКМЦ («Cecol 5000»), аспартам для прямого прессования («Powder200» фирмы «Holand Sweetener Company» (Голландия)), вода очищенная ГФ XI.
Для определения влияния воды на сыпучесть таблеточной массы в ступку загружали 3,52 г лактозы, увлажняли различным количеством воды, тщательно перемешивали. Затем добавляли 2,0 г аспартама, 0,24 г лейцина, 0,24 г NaКМЦ, 6,0 г смеси помещали в воронку с диаметром отверстия 10,5 мм прибора ВП-12А и измеряли продолжительность истечения навески порошка. Сыпучесть (Vсып. см/с) рассчитывали по формуле:
2
2
Vсып.=4v/3,14dt=4m/3,14*d*y*t, где:
3
v - объем навески, см,
t - время истечения порошка, с,
d - диаметр отверстия воронки, см,
m - масса навески, г,
3
y - насыпная плотность, г/см.
В таблице 1 представлены данные экспериментов влияния влаги на сыпучесть таблеточной массы в сравнении с таблеточной массой, полученной в способе, принятой в прототипе (см. табл.1, оп. №1).
Таблица 1
Влияние влаги на сыпучесть таблеточной массы
№ оп.
Количество воды на увлажнение лактозы, %
Сыпучесть, см/с
1
0,0 (прототип)
39,0±0,9
2
1,2
43,0±0,2
3
1,5
56,0±0,4
4
8,3
59,0±0,5
5
11,9
57,0±0,3
6
12,6
54,0±0,9
7
15,8
57,0±0,2
8
16,1
56,0±0,7
9
25,6
46,0±0,9
Представленные данные показывают, что введение в состав таблеточной массы 1,5-11,9% воды благоприятно сказалось на сыпучести таблеточной массы в сравнении с прототипом (см. табл.1 №1-4 и 5). Ведение процесса за рамками заявленных пределов приводит к неудовлетворительной сыпучести (см. №2 и №6-9).
Пример 2
2
Для изучения влияния воды на упруго-пластические свойства таблеточных масс навеску лактозы массой 3,52 г увлажняли различным количеством воды, добавляли 2,0 г аспартама, 0,24 г лейцина, 0,24 г NaКМЦ, перемешивали. 0,500 г смеси помещали в матрицу таблеточного пресса диаметром 12,0 мм, снабженную нижним пуансоном. Встряхиванием выравнивали поверхность, устанавливали верхний пуансон и прессовали с помощью гидравлического пресса при различных давлениях от 30 до 250 кгс/см. Измеряли массу и высоту таблеток. Полученные результаты использовали для построения кривых Хеккеля LN(1\(1-D))=m*P+b, где:
m - коэффициент угла наклона кривой Хеккеля, характеризующий способность к прессованию;
b - отрезок на оси Y пересечения с кривой, характеризующий свойства порошков;
Р - давление прессования;
3
D - отношение плотности таблетки к истинной плотности смеси (1,557 г/см (пикнометрически)).
2
Графическим анализом кривых Хеккеля установлены уравнения, их описывающие (см. табл.2). Из таблицы видно, что увеличение влажности таблеточных масс до 8,3% приводит к изменению угла наклона кривой и к улучшению пластических свойств таблетируемого порошка, и следовательно к снижению расчетного давления прессования с 172 (прототип) до 164 кгс/см (опыт), что в конечном итоге приводит к снижению энергии прессования таблеток и улучшению их внешнего вида, т.к. таблетки, получаемые из пластичных материалов, обладают ровной и глянцевой поверхностью при сравнительно высокой прочности.
2
Введение воды на увлажнение лактозы более 8,3% препятствует пластической деформации компонентов смеси, что приводит к повышению расчетного давления начала пластической деформации частиц до 233 и 385 кгс/см.
Таблица 2
Константы Хеккеля опытных и контрольных таблеточных масс
Количество воды на увлажнение лактозы, %
m, l/кгс/см<sup>2</sup>
b
R<sup>2</sup>
δ, l/m, кгс/см<sup>2</sup>
0,0
0,0058±0,0002
1,29±0,04
0,9363
172±2
8,3
0,0061±0,0002
1,51±0,06
0,8501
164±2
12,6
0,0043±0,0004
1,69±0,04
0,8584
233±22
15,3
0,0026±0,0004
1,84±0,04
0,7147
385±59
R<sup>2</sup> - коэффициент корреляции;
δ - расчетное давление начала пластической деформации частиц
Пример 3
В следующем разделе изучали влияние влажности на качественные характеристики получаемых таблеток (распадаемость, прочность на истираемость).
2
В ступку загружали 3,52 г лактозы, добавляли различное количество воды, 0,24 г лейцина, 0,24 г NaКМЦ и 2,0 г аспартама, перемешивали. Затем прессовали пуансонами диаметром 5 мм гидравлического пресса, время выдержки при давлении 7 кгс/см 15-17 с. Прессовали таблетки массой 0,055-0,065 г. Полученные таблетки взвешивали с точностью до 0,001 г. Измеряли высоту с помощью микрометра с точностью до 0,01 мм.
Испытание распадаемости и прочности на истираемость проводили в соответствии с методиками Государственной фармакопеи.
Таблица 3
Влияние влажности таблетмассы на свойства таблеток аспартама
№ оп
Количество воды на увлажнение лактозы, %
Масса, мг
Высота, мм
Распадаемость, с
Прочность, %
1
0,0 (прототип)
61,08±0,57
2,51±0,06
6,00±0,58
95,36
2
1,1
60,03±0,42
2,50±0,03
6,00±0,58
96,55
3
1,5
59,74±0,42
2,49±0,03
6,00±0,58
97,01
4
8,2
58,67±0,32
2,47±0,03
6,00±0,58
97,74
5
15,2
58,00±0,37
2,38±0,03
7,67±0,88
97,70
6
22,0
55,00±0,58
2,24±0,02
8,00±0,57
96,06
Примечание к таблице 3: при прессовании таблеток в опыте №1 наблюдали наличие более 5% таблеток неудовлетворительного внешнего вида (сколы и расслоения). В опыте №6 зарегистрировано налипание таблеточной массы к поверхности пуансонов. В опытах №2-5 качество таблеток по показателям внешний вид соответствовало требованиям государственной фармакопеи 11 издания.
Представленные в таблице 3 данные показывают, что введение в состав таблеточной массы воды в количестве 1,5-15,2% от массы лактозы позволяет получать таблетки подсластителя заданного качества (истираемость, более 97%, и распадаемость, менее 60 секунд). Ведение процесса за рамками заявленных пределов приводит к увеличению истираемости (см. табл.3 №2, 6) выше нормируемых значений.
Пример 4
2
Для определения влияния введенной на увлажнение лактозы воды на давление выталкивания в ступку загружали 3,52 г лактозы, добавляли различные количества воды, 0,24 г лейцина, 0,24 г NaКМЦ и 2,0 г аспартама, перемешивали. Навеску порошка 0,15 г загружали в матрицу. Затем прессовали пуансонами диаметром 5 мм гидравлического пресса при 5,0 кгс/см, время выдержки при давлении 15-17 с. Снимали верхний пуансон, нагружали нижний пуансон усилием гидравлического пресса, отмечая при этом возникающее давление выталкивания.
Увеличение массы навески с 0,06 г до 0,15 г связано с чувствительностью манометра гидравлического пресса. В связи с тем, что при маленькой массе таблетки измерение давления выталкивания сопровождается большой ошибкой, было предложено увеличить массу навески до 0,15 г. Предложенное позволило увеличить площадь трения и, соответственно, давление выталкивания, что увеличило достоверность экспериментальных данных.
Результаты эксперимента представлены в таблице 4
Таблица 4
Влияние воды на давление выталкивания таблеток из матриц
№ опыта
Количество воды на увлажнение лактозы, %
Давление выталкивания, кгс/см<sup>2</sup>
1 (прототип)
0,0
2,707±0,003
2
1,5
2,503±0,003
3
8,3
1,247±0,003
4
12,7
0,983±0,003
Как видно из таблицы 4, увеличение влажности порошка способствует снижению давления выталкивания. Введение воды в состав таблеточной массы до 2,0% от массы лактозы приводит к статистически достоверному снижению давления выталкивания более чем в 2 раза в сравнении с прототипом. Это обстоятельство позволяет устранить причины неустойчивой работы таблеточного пресса и повышенного расхода пресс-инструмента.
В экспериментах установлено, что увеличение влажности от 2,0 до 2,7% не приводит к существенному (более ошибки опыта) снижению давления выталкивания. Поэтому в технологический процесс было предложено ввести стадию увлажнения лактозы водой в количестве 2,0% от массы лактозы. Предложенное позволяет снизить удельный расход пресс-инструмента (см. пример 4) за счет снижения давления прессования и давления выталкивания таблеток из матрицы. В этом состоит технологическая новизна заявленного способа и экономический эффект.
Пример 5
В дражировочный котел загружали 121,0 кг лактозы для прямого прессования, увлажняли 2,480 л воды из пульверизатора. Перемешивали 30 минут. Затем загружали 68,72 кг аспартама, 8,24 кг лейцина, в последнюю очередь загружали 8,24 кг NaКМЦ, перемешивали 30 минут. Полученную таблеточную массу просеивали через сито щелевое 2*30 мм в бункер-питатель таблеточного пресса РТМ - 41. Таблетирование вели со скоростью таблетирования 2600 таблеток в минуту (скорость вращения ротора таблеточного пресса 32 оборота в минуту) пунсонами диаметром 5 мм. В результате таблетирования получено 200,2 кг таблеток. Таблетки белого цвета, отсутствуют сколы, расслоения, поверхность однородная. Средняя масса таблеток: 0,05925±0,0030 г. Распадаемость: от 9 до 18 секунд. Время растворимости: менее 1 мин. Прочность таблеток на истираемость: 98,97%. Массовая доля аспартама: 0,019±0,004 г/табл. Выход на стадии таблетирования составил 97% от загруженного сырья.
Пример 6
Для определения последовательности введения компонентов в ступку загружали неизменные количества лактозы, аспартама, NaКМЦ и лейцина, добавляли около 5% воды от массы лактозы, в различной последовательности перемешивали. Затем прессовали пуансонами диаметром 5 мм таблеточного пресса РТМ-12, отмечая при этом наличие налипания таблеточной массы на поверхность пуансонов. Установлено, что последовательность введения воды влияет на устойчивость прессования. Лучшие результаты получены при увлажнении до введения NaКМЦ. В опытах, где воду добавляли к смеси, содержащей NaКМЦ, наблюдались налипание таблеточной массы к поверхности пуансонов и неудовлетворительный внешний вид таблеток.
Литература
1. Тренихин Г.А., Гаврилов А.С. Подслащивающее средство. Патент РФ №2230552 09.10.02. Кл. А61К 31/428
2. Bizzari S, Jackel M, Yoshida Y. High Intensity Sweeteners. Chemical Economics Handbook, 1996.
3. United States Patent №4,579,747 Sugiyama, et al. April 1, 1986 Dipeptide crystals, and process for their production.
4. Патент РФ №2244491, 2003.05.15, ПОДСЛАСТИТЕЛЬ ДЛЯ ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТОВ.
5. Подсластитель пищевой «Сладис». Технические условия. ТУ №9197-001-5766198-03.
6. A.Nokhodchi et al. "The Effect of Moisture on the Properties of Ibuprofen Tablets," Int. J. Pharm. 118(2), 191-197 (1995).
7 E.N.Hiestand, "Powders: Particle-Particle Interactions," J. Pharm. Sci. 55 (12), 1325-1344 (1966).
8. E.Shotton and J.E.Rees, "The Compaction Properties of Sodium Chloride in Presence of Moisture," J. Pharm. Pharmacol. 18 (Suppl.), 160S-167S (1966).
9. M.Peleg and M.R.Moreyra "Effect of Moisture on the Stress Relaxation Pattern of Compacted Powders", Powder Technol. 23 (2), 277-279 (1979).
10. J.E.Rees and J.A.Hersey, "The Strength of Compacts Containing Moisture", Pharm. Acta. Helv. 47(3), 235-243 (1972).