СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЛЕЧЕБНОГО ЭКСТРАКТА ИЗ ПРИРОДНОГО ОРГАНИЧЕСКОГО СЫРЬЯ
METHOD OF OBTAINING MEDICINAL EXTRACT FROM NATURAL ORGANIC RAW MATERIALS

Изобретение относится к области химической промышленности, медицины и фармацевтики и касается технологии получения экстракта, содержащего комплекс биологически активных веществ, из природного сырья.
Известен способ получения концентрата биологически активных веществ (БАВ) из Тамбуканской грязи, включающий обезвоживание грязи до влажности 20-25%, экстракцию при соотношении грязь: масло: этанол, равном 1,1:0,5:1,0, при 78-100°C до концентрации суммы каротиноидов в экстракте не менее 12 мг% (патент РФ №2147887). Недостатком способа является высокая температура экстракции. При температуре отгона спирта до 85°C часть термолабильных веществ разрушается, что снижает биологическую активность конечного продукта. К недостаткам метода можно отнести применение механических методов обезвоживания (отжатие, центрифугирование), которые не позволяют в полной мере разрушить коллоидные системы сырья и снизить содержание влаги, что приводит к разбавлению экстрагента, снижению эффективности экстракции. Недостатком метода является также использование сырья с малым содержанием органического вещества, что приводит к низкому выходу биологически активных веществ из лечебной грязи.
Известен способ получения лекарственного препарата из Тамбуканской лечебной грязи (нативной), включающий обезвоживание грязи до влажности 20-40%, экстракцию смесью масло-этанол при соотношении грязь: масло: этанол, равном 1,5:0,5:1,0, при температуре 98-100°C до концентрации суммы каротиноидов в пробе не менее 22 мг%, разбавление полученного экстракта стерильным маслом в соотношении 1:9 (патент РФ №2145225). Способ обладает тем же недостатком, что и первый аналог.
Известен способ получения лечебного экстракта из обезвоженного нативного пеллоидного сырья, включающий экстракцию сырья при соотношении сырье:масло:этанол, равном 1:(0,3-1):(0,4-1,0), экстракцию проводят в два этапа, причем первый этап проводят под вакуумом 0,75-0,85 атм при температуре 50°C, второй этап проводят при атмосферном давлении и температуре 85°C, затем под вакуумом 0,75-0,85 атм, полученные фракции сливают и смешивают (патент РФ №2177800).
Способ многостадиен и обладает большой трудоемкостью, а также рядом недостатков, присущих приведенным выше аналогам.
Известен способ получения липидов из лечебных грязей, выбранный в качестве прототипа, включающий высушивание нативной грязи до влажности 12%, замачивание ее в 95%-ном спирте при рН 9,0, экстракцию этанолом или смесью этанола с неполярным растворителем в соотношении 5:1 и сгущение отгонкой растворителя в присутствии 1% масла (патент РФ №2043100). В качестве неполярных растворителей в патенте используют хлороформ, жидкий диоксид углерода, хлористый метилен, диэтиловый эфир, дихлорэтан, масло, хлористый этил, хладоны, ацетон, бензин и др.
Недостатком способа является использование ряда токсичных растворителей, мало используемых в фармации, косметологии, парфюмерии и пищевой промышленности, что повышает требования к очистке продуктов экстракции и усложняет технологию. Другим недостатком является отгонка этанола и растворителей при атмосферном давлении, вследствие чего часть термолабильных биологически активных веществ в экстракте разрушается, что снижает биологическую активность конечного продукта.
Целью изобретения является расширение ассортимента сырьевых ресурсов и повышение выхода экстрактивных биологически активных веществ.
3
4
Поставленная цель решается тем, что в способе получения лечебного экстракта из природного органического сырья с естественной влажностью, включающем обезвоживание сырья, экстракцию органическими растворителями или их смесями, последующую отгонку растворителя в присутствии растительного масла до получения экстракта, содержащего биологически активные вещества, в качестве сырья используют сапропель с содержанием органического вещества 50-96 мас.%, перед обезвоживанием сапропель промораживают при температуре ниже 0°C, экстракцию ведут смесью этанола с одно-, двух- или трехатомным (C-C)-спиртом при массовом соотношении растворителей 1:1-20:1, а отгонку растворителя проводят под разрежением. В качестве одноатомного спирта используют пропанол-2, бутанол, бутанол-2, бутанол-3 и 2-метил-1-пропанол, двухатомного спирта - пропан-1,2-диол и пропан-1,3-диол, трехатомного спирта - пропан-1,2,3-триол.
В аналогах и прототипе в качестве исходного сырья для получения экстракта и выделения органических биологически активных веществ (каротиноидов, витаминов, липидов и др.) используются лечебные грязи, имеющие низкое содержание органического вещества. Так, например, в приведенных аналогах широко используется для экстракции грязь озера Тамбуканское, содержание органического вещества в котором не превышает 10 мас.%. Другие лечебные грязи также обладают повышенным содержанием минеральной компоненты, которая обычно превышает долю органического вещества грязи. В связи с этим выход органических биологически активных веществ из лечебной грязи невелик (таблицы 1-8 прототипа, где выход липидов составляет 3,5-3,8 г, а каротиноидов - 18-19 мг% на 1 кг грязи влажностью 12%, т.е. около 0,4-0,5 мас.%).
Органическое вещество сапропелей, как и органическое вещество целебных грязей, содержит значительное количество органических биологически активных веществ, таких, как каротиноиды, витамины, липиды, аминокислоты, ферменты и др. Использование сапропелей с содержанием органического вещества от 50 до 96 мас.% позволит существенно (в 3-5 раз и более) повысить выход экстракта из единицы массы сырья. Использование сапропелей с содержанием органического вещества менее 50 мас.% незначительно увеличивает выход экстракта по сравнению с лечебными грязями. Использование сапропелей с содержанием органического вещества более 96 мас.% также не приведет к дальнейшему увеличению выхода экстракта. К тому же в природе имеется ограниченное число месторождений сапропелей с содержанием органического вещества более 96 мас.%.
Влажность исходного сырья существенно влияет на эффективность процесса экстракции, в т.ч. на выход и состав экстракта. Для каждого вида сырья и способа экстракции существует оптимальная влажность, при которой эффективность процесса экстракции максимальна. Высокая влажность исходного сырья приводит к снижению концентрации растворителя, например этанола, что в конечном итоге приводит к снижению выхода экстракта и отдельных БАВ. В природном органическом сырье, в т.ч. лечебных грязях и сапропелях, вода может находиться в свободном состоянии (адсорбированная вода) и связанном состоянии (коллоидные системы, внутриклеточная вода). Свободная влага может быть удалена или механическим путем (отжатие, центрифугирование и пр.), как это делается в приведенных аналогах, или путем сушки исходного сырья, обычно при температурах до 100-120°C. Коллоидную и внутриклеточную влагу практически невозможно удалить путем механического воздействия. Обычно ее удаляют сушкой при повышенной температуре (более 100-120°C). Эффективность удаления связанной воды может быть повышена путем предварительного промораживания сапропеля при температуре ниже 0°C. Образование льда способствует разрушению коллоидных систем и разрушению клеточных мембран. После этого связанная вода может быть удалена или механическим методом (отжим, центрифугирование и др.), или сушкой в более мягких условиях.
Природа (тип) экстрагента (растворителя) наряду с условиями экстракции определяет состав и выход экстрактивных веществ. Выбор экстрагента определяется степенью гидрофильности (гидрофильные, смешанные, гидрофобные) извлекаемого биологически активного вещества. Гидрофильные вещества хорошо растворимы в полярных растворителях, гидрофобные вещества - в неполярных, а вещества смешанной группы (в т.ч. терпеноиды) хорошо растворимы в малополярных растворителях. Широкое применение в фармации для экстрагирования нашли смеси воды и этанола, в которых полярность (диэлектрическая постоянная) может быть изменена в широких пределах путем изменения соотношения спирта (малополярный, ε=25,2) и воды (полярна, ε=78,3). Поэтому разбавление спирта водой приводит к повышению полярности растворителя и, как следствие, уменьшению выхода липофильных веществ. И наоборот, смешивание спирта с менее полярными растворителями (в т.ч. спиртами) приводит к снижению полярности растворителя и, как правило, повышению выхода гидрофобных (масла, эфиры, смолы, ряд витаминов) веществ и веществ малополярных (стероиды, терпеноиды, в т.ч. каротиноиды и др.). Кроме полярности, большое влияние на растворимость биологически активных веществ оказывает вязкость и поверхностное натяжение растворителя.
3
4
3
4
В предлагаемом изобретении экстракцию ведут смесью этанола с одно-, двух- или трехатомным (C-C)-спиртом при массовом соотношении 1:1-20:1. Использование экстрагента в виде смеси этанола с одно-, двух- или трехатомным (C-C)-спиртом позволяет регулировать полярность и растворяющую способность экстрагента в широких пределах и с максимальным выходом извлекать из органического вещества сапропеля гидрофобные (липофильные) вещества и вещества смешанной группы.
3
4
Использование в качестве экстрагента смеси этанола с одно-, двух- или трехатомным (C-C)-спиртом при массовом соотношении от 20:1 и до 1:1 приводит к существенному увеличению выхода экстракта и биологически активных веществ в сравнении с экстракцией только этанолом. В этом диапазоне оптимальным соотношением компонентов растворителя является соотношение этанол:спирт, равное (5-10):1. Это соотношение позволяет достичь максимального выхода экстракта из органического вещества сапропеля. Использование в качестве экстрагента смеси этанола со спиртом в массовом соотношении более чем 20:1 и менее чем 1:1 не приводит к существенному увеличению выхода экстракта в сравнении с экстракцией этанолом.
3
4
3
Поставленная цель решается также тем, что в качестве одноатомных спиртов используются пропанол-1, пропанол-2, бутанол, бутанол-2, 3-бутанол и 2-метил-1-пропанол, двухатомных спиртов - пропан-1,2-диол и пропан-1,3-диол, трехатомного спирта - пропан-1,2,3-триол. Использование одноатомных C-C спиртов в заявленных соотношениях позволит уменьшить полярность экстрагента и увеличить выход гидрофобных веществ и веществ смешанной группы. Использование же двух- и трехатомных C-спиртов в заявленных соотношениях позволит увеличить полярность экстрагента и увеличить выход гидрофильных веществ. Например, использование пропанола-2 повышает выход каротиноидов, смол, витаминов, терпеноидов и др. Использование пропан-1,2,3-триола приводит к ускорению процессов экстрагирования и стабилизации образующихся экстрактов. Например, пропан-1,2,3-триол играет роль гидрофилизатора некоторых труднорастворимых в воде веществ, улучшает их растворение и стабильность в растворах. Добавки пропан-1,2,3-триола улучшают экстрагирование неполярных гидрофобных веществ и замедляют экстрагирование легкорастворимых в воде гидрофильных веществ.
В приведенных ниже примерах соотношение сырье: растворитель (этанол + одно-, двух- или трехатомный спирт) выдерживалось в известных пропорциях 1,0:(0,2-2,0) и задавалось массовым дозированием компонентов. Промораживание сапропеля осуществлялось в морозильной камере, точность регулирования и измерения температуры ±3°C. Разрежение при отгонке растворителя создавалось вакуумным насосом с точностью регулирования ±5 мм рт.ст., температура измерялась ртутным термометром с ценой деления 0,5°C. Выход суммарного экстракта на сухое органическое вещество и на сухое сырье (сапропель) оценивался весовым методом с использованием весов марки ВЛРТ - с точностью до 2-го знака.
2
В качестве сырья используют сапропели Омской области. Сапропели к экстракции готовят следующим образом. Сапропель массой 500 г с естественной влажностью 20-40% просеивают на сите с ячейкой 2-3 мм, отбирают навеску массой 200±0,01 г и помещают в пластиковой посуде в морозильную камеру, где при заданной температуре промораживают в течение 24 часов. Затем образец выдерживают при комнатной температуре до полного оттаивания, переносят в стальную пресс-форму и отжимают воду на механическом прессе при давлении 40 кг/см в течение 30 минут. Далее образец взвешивают, определяют потерю массы. Образец массой 5 г сушат при 105-110°C до постоянного веса для определения влажности. Данные используют при последующих расчетах выхода на сухое вещество. Образцы после механического отделения воды используют в экспериментах по экстрагированию.
Пример 1 (по прототипу).
200 г гранулированной грязи с размером гранул 1,0-5,0 мм, содержащей 9,3 мас.% органического вещества, высушивают при 35°C до остаточной влажности 12 мас.%. Далее 100 г образца помещают в стеклянный реактор с внешним электронагревателем, добавляют 50 мл 95%-ного этанола, выдерживают в течение 6 часов при комнатной температуре, далее в реактор добавляют 1000 мл экстрагента, состоящего из смеси этанола и хлороформа в соотношении 5:1, и экстрагируют в течение 4 часов при комнатной температуре при перемешивании. В полученный экстракт добавляют 1 об.% растительного масла и удаляют растворитель отгонкой при температуре его кипения. Получены следующие результаты:
Выход экстракта на сухое органическое вещество, мас.%
2,5
Выход экстракта на сухое вещество, мас.%
0,34
Пример 2 (по предлагаемому изобретению).
2
200 г сапропеля, содержащего 79 мас.% органического вещества, с размером частиц 1,0-5,0 мм и естественной влажностью 40%, помещают в морозильную камеру с температурой -12°C в пластиковой чашке и выдерживают в течение 24 часов до полного промораживания. Сапропель извлекают из морозильной камеры и выдерживают при комнатной температуре до полного оттаивания и стабилизации температуры сапропеля до уровня комнатной. Оттаявший сапропель отжимают на механическом прессе при усилии 40 кг/см, влажность образца после отжима составляет 8-12 мас.%. Далее 100 г обезвоженного сапропеля помещают в стеклянный реактор с внешним электронагревателем, заливают в реактор 150 г растворителя-экстрагента, включающего этанол и пропанол-1 в массовом соотношении 5:1, и экстрагируют с использованием обратного холодильника при температуре 53°C в течение 4 часов. Затем в полученный экстракт добавляют 1 об.% растительного масла (подсолнечного) и растворитель-экстрагент отгоняют при температуре кипения растворителя 54°C и разрежении 100 мм рт.ст. Остаток после удаления растворителя отфильтровывают и сливают в темную посуду. Получены следующие результаты:
Выход экстракта на сухое органическое вещество, мас.%
9,8
Выход экстракта на сухое вещество, мас.%
6,9
Пример 3. Проводят в условиях примера 2, но используют сапропель с содержанием органической массы 72 мас.%.
Пример 4. Проводят в условиях примера 3, но соотношение компонентов растворителя - этанол и пропанол-1 составляет 10:1.
Пример 5. Проводят в условиях примера 4, но используют сапропель с содержанием органической массы 96 мас.%.
Примеры 6-7. Проводят в условиях примера 4, отличие в том, что исходный сапропель перед экстрагированием выдерживают при температуре 0°C (пример 7) или не промораживают (пример 6).
Примеры 8-9. Проводят в условиях примера 4, отличие в том, что соотношение компонентов растворителя - этанол и пропанол-1 составляет 20:1 и 1:1 соответственно.
Примеры 10-15. Проводят в условиях примера 4. В качестве растворителя используют смеси этанола с пропанолом-2, бутанолом, бутанолом-2, 3-бутанолом и 2-метил-1-пропанолом, пропан-1,2-диолом и пропан-1,3-диолом, пропан-1,2,3-триолом в соотношении 10:1.
Пример 16. Проводят в условиях примера 2, но используют сапропель с содержанием органической массы 50 мас.%.
Результаты, полученные в примерах 1-16, приведены в таблице.
Представленные результаты показывают, что заявляемый способ позволяет повысить выход экстракта в 1,2-4,8 раза на органическое вещество исходного сырья, в 3,8-25,6 раза на единицу массы исходного сырья, а также повысить содержание суммы каротиноидов в экстракте до 25-32 мг%.
Полученные по заявленному способу экстракты по своему составу существенно отличаются от известных и могут представлять интерес как действующее вещество для приготовления ряда лекарственных форм наружного применения, например, мазей, эмульсий, суспензий, гелей и т.п. Кроме того, лечебные экстракты могут быть использованы в медицине и ветеринарии в качестве действующего вещества для приготовления препаратов для внутримышечного и внутривенного введения, а также аэрозольных препаратов для лечения заболевания дыхательных путей. Организация промышленного производства лечебных экстрактов из сапропеля позволит устранить дефицит лекарственных препаратов такого класса.
Таблица 1
Параметры способа получения и показатели композиции
№ п/п
Содержание ОВ в сапропеле, мас.%
Промораживание, °С
Растворитель и соотношение компонентов
Температура отгонки, °С
Разрежение, мм рт.ст
Выход экстракта, мас.%
этанол + растворитель
(этанол: растворитель)
OB
сырья
1.
9,3 (прототип)
нет
хлороформ
5:1
21
200
2,5
0,34
2.
79
-12
пропанол-1
5:1
54
100
9,8
6,9
3.
72
-12
пропанол-1
5:1
53
100
9,4
6,8
4.
72
-12
пропанол-1
10:1
53
100
8,2
6,0
5.
96
-12
пропанол-1
10:1
53
100
8,9
8,1
6.
72
нет
пропанол-1
10:1
53
100
2,8
1,3
7.
72
0
пропанол-1
10:1
53
100
5,4
3,9
8.
72
-12
пропанол-1
20:1
53
100
7,8
5,3
9.
72
-12
пропанол-1
1:1
53
100
10,3
7,2
10.
72
-12
пропанол-2
10:1
40
100
12,1
8,7
11.
72
-12
бутанол-1
10:1
72
100
7,8
5,4
12.
72
-12
бутанол-2
10:1
55
100
7,6
5,2
13.
72
-12
2-метил-1-пропанол
10:1
63
100
7,1
4,9
14.
72
-12
пропан-1,2-диол
10:1
60
400
5,7
4,1
15.
72
-12
пропан-1,2,3-триол
10:1
85
100
7,2
5,2
16.
50
-12
пропанол-1
5:1
53
100
3,7
2,6