КОЛЛОИДОУСТОЙЧИВАЯ МИКРОЭМУЛЬСИЯ ВОДОНЕРАСТВОРИМЫХ БИОЛОГИЧЕСКИ АКТИВНЫХ ВЕЩЕСТВ И ПРОМЫШЛЕННЫЙ СПОСОБ ЕЕ ПОЛУЧЕНИЯ
COLLOID-RESISTANT MICRO-EMULSION OF WATER-SOLUBLE BIOLOGICALLY ACTIVE SUBSTANCES AND INDUSTRIAL METHOD OF ITS PRODUCTION

Изобретение относится к медицине, фармацевтике, пищевой промышленности и ветеринарии, а именно к способам получения стабильных водоэмульсионных систем обогащенных биологически активными веществами (БАВ).
Из уровня техники известны различные способы создания водных эмульсий водонерастворимых витаминов и витаминоподобных веществ, для повышения их биодоступности. Так в патенте РФ №2043339 описан способ получения водорастворимого препарата, обогащенного витаминизирующими составляющими, а именно бета-каротином и альфа-токоферолом ацетататом, аскорбиновой кислотой и другими компонентами в различных соотношениях. Бета-каротин стабилизируют в водной среде за счет эффекта молекулярного капсулирования в присутствии эмульгатора Твин-80. Этот известный способ «горячего» эмульгирования с применением элементов технологии молекулярного капсулирования включает: нагревание неионогенного ПАВ (эспол или смесь эспола с твином-80 или с твином-20 и эфир пентаэритрита) при температуре 170-185°C, введение антиоксиданта - альфа-токоферола, внесение в полученный раствор бета-каротина и дополнительно антиокислителя (аскорбиновая кислота или бутилоксианизол или бутилокситолуол).
К недостаткам этого решения относятся технологические сложности с поддержанием стабильности многокомпонентной композиции ПАВ; невозможность получать высокую концентрацию БАВ (до 98% составляют НПАВ); термическая деструкция БАВ, что затрудняет получение препарата с заданными концентрациями БАВ.
Известен также способ, по которому водорастворимый препарат с витаминизирующей составляющей - бета-каротина - изготавливают в две стадии (патент РФ №2070529). В горячий эмульгатор - неионогенный ПАВ - в присутствии антиоксиданта добавляют порошок жирорастворимых витаминизирующих составляющих компонент: бета-каротина и альфа-токоферола ацетата, а затем гомогенный раствор переводят в водную фазу, поддерживая температуру образующейся водной микроэмульсии ниже температуры коагуляции на 5-10°С при значении конечного разбавления 1:(2,5-50), причем температуру коагуляции определяют в модельном опыте с использованием указанных операций по данному способу.
В процессе эмульгирования горячего истинного раствора гидрофобные молекулы образуют полимолекулярные ассоциаты с молекулами Твина-80 (эффект капсулирования), образующие в свою очередь квазистабильные системы в водной фазе. В качестве водной фазы использовали как чистую воду, так и водные растворы вкусовых и ароматизирующих добавок, содержащие, в частности, сахар, лимонную кислоту, апельсиновую эмульсию, яблочную эссенцию. Этот известный способ позволил совместить в единой практически молекулярно однородной среде традиционно несовместимые гидрофильные и гидрофобные компоненты.
К недостаткам этого способа относятся нестабильность и ограниченный срок хранения эмульсии; невысокая концентрация БАВ (при повышении концентрации происходит разложение эмульсии); к тому же присутствуют органолептические недостатки, связанные с горечью и неприятным запахом, обусловленным повышенным содержанием твин.
Известен способ получения водорастворимого препарата, содержащего витаминизирующие составляющие (патент РФ №2139935). Сущность способа состоит в гомогенизации витаминизирующей составляющей (компоненты) в предельно нагретом ПАВ. Витаминизирующую компоненту берут в мольном соотношении 1:0,9-2,5, а гомогенизацию осуществляют путем введения витаминизирующей компоненты в ПАВ, предварительно нагретый до температуры, достаточной для образования целевого продукта в виде бинарного состава, близкого по свойствам к молекулярным соединениям с простыми мольными соотношениями: 1:1,1:2.
В качестве исходных компонентов для получения ассоциатов используют: в качестве витаминизирующей компоненты жирорастворимые витамины, в частности витамины A, D, Ε (токоферол), K, провитамин А (бета-каротин), и водорастворимые - витамины В, С и т.п., а в качестве ПАВ - как различные неионогенные ПАВ (кремофор РН-40 или его аналоги), так и витамины со свойствами ПАВ, например производные альфа-токоферола из ряда следующих соединений: альфа-токоферола ацетат, альфа-токоферола сукцинат или альфа-токоферола сукцинат оксиэтилированный.
Полученные препараты достаточно стабильны и могут быть использованы самостоятельно для приготовления жирорастворимых витаминных добавок и рецептур как исходный концентрат или переведены в водорастворимое состояние. Водорастворимые препараты могут быть получены по предлагаемым способам, как в жидкой, так и в сухой форме.
К недостаткам известного способа следует отнести трудности контроля витаминизирующих составляющих, содержащихся в препарате и несущих термические потери (высокие термические потери бета-каротина и альфа-токоферола при «горячем» эмульгирования; термические потери аскорбиновой кислоты при введении горячей эмульсии (температура 140-170°С) в водный раствор). В конечном продукте образуется некоторое количество продуктов разложения неизвестного состава. Кроме того, существенно ограничен список БАВ, пригодных для использования в этом способе, в силу их ограниченной термостабильности.
Из уровня техники известен способ получения водорастворимых форм биологически активных веществ (БАВ) (патент РФ 2388491), включающий гомогенизацию БАВ в поверхностно-активном веществе (ПАВ) с последующим внесением полученной композиции в водную фазу. В качестве БАВ используются их многокомпонентные гидрофобные ассоциаты, выделенные из природных объектов (природные гидрофобные ассоциаты), в качестве ПАВ используют неионогенные ПАВ с гидрофильно-липофильным (ГЛБ) в диапазоне величин 10-18. Смешивание природных гидрофобных ассоциатов с ПАВ проводят в диапазоне температур 40-100°C, что приводит к получению композиции гидрофобных ассоциатов с ПАВ в молекулярно-капсулированной водорастворимой форме после чего полученную композицию вводят в воду, и получают разбавленные в 5-10 раз растворы молекулярно-капсулированных ассоциатов. Затем их концентрируют до заданного содержания суммы биологически активных веществ с сохранением их в молекулярно-капсулированном состоянии. Осуществление этого способа позволяет создавать высококонцентрированные водные или водорастворимые (мази, таблетированные готовые формы) препараты с использованием в качестве БАВ нерастворимых в воде соединений или получать комплексные препараты, обогащенные дополнительно введенными компонентами через гидрофобную или водную фазу, увеличивая их биоэффективность и биодоступность. Способ позволяет также снизить диапазон температур получения ассоциатов БАВ с ПАВ до температур, не превышающих 100°С, что расширяет диапазон используемых БАВ. Этот способ является наиболее близким к описываемому изобретению и может быть выбран в качестве прототипа.
Однако приводимый в патенте способ имеет и ряд недостатков: во-первых, он включает избыточные технологические операции - сначала получают разбавленные в 5-10 раз растворы молекулярно-капсулированных ассоциатов, затем их концентрируют до заданного содержания суммы биологически активных веществ с сохранением их в молекулярно-капсулированном состоянии. Во-вторых (как приводится в описании патента) подбор комплементарных соединений БАВ-ПАВ, для многокомпонентной молекулярной системы невозможен без проведения экспериментальных тестов в модельных условиях, где в качестве критерия используется определение распределения частиц по размерам в конечной водной форме. К тому же, достаточно низкая температура (40-100°C), при которой происходит смешивание природных гидрофобных ассоциатов с ПАВ, ограничивает перечень используемых БАВ. Они должны либо хорошо растворяться в выбранном ПАВ, либо иметь температуру плавления не выше 100°C.
Используемый в цитируемом способе метод добавления природных гидрофобных ассоциатов с ПАВ в воду («масло в воду») недостаточно эффективен и ограниченно применим для высоковязких БАВ. Как следствие, размер частиц в системе критически зависит от интенсивности диспергирования в момент смешивания фаз. Все это приводит к недостаточной устойчивости готовой эмульсии к внешним воздействиям и сокращению срока ее хранения.
Настоящее изобретение направлено на повышение технологичности и уменьшение количества операций в производстве микроэмульсий БАВ, упрощение выбора компонентов микроэмульсии и расширение диапазона БАВ, повышение стабильности и устойчивости полученной микроэмульсии к внешним воздействиям и увеличение срока ее хранения.
Заявленный технический результат достигается тем, что способ получения микроэмульсии биологически активных веществ (БАВ) включает гомогенизацию масляной фазы БАВ с эмульгатором, который содержит, по крайней мере, одно неионогенное поверхностно-активное вещество (НПАВ) с числом гидрофильно-липофильного баланса (ГЛБ) 10-18, и последующее ее смешивание с водной фазой. Все компоненты микроэмульсии выбирают так, что нижняя температурная граница инверсии фаз (нижняя температура расслоения системы) лежит в пределах 60-90°C. Температуру масляной фазы устанавливают в пределах от температуры инверсии фаз до 100°C путем предварительного нагрева эмульгатора до температуры из диапазона от 100 до 120°C и внесения в него при постоянном перемешивании БАВ, имеющего температуру ниже 100°C. Предпочтительно, чтобы температура масляной фазы превышала температуру инверсии фаз на 10-15°C. При необходимости масляную фазу могут подогреть, но не выше температуры 100°C. Смешивание фаз происходит посредством добавления в масляную фазу водной фазы, имеющей температуру от 20°C до температуры масляной фазы. После чего полученную смесь охлаждают и тарируют.
В качестве БАВ, как индивидуально, так и в сочетании могут быть использованы вещества, относящиеся к разным группам:
Группа I - это жирорастворимые вещества жидкой консистенции (типичные масла с низкой температурой плавления): витамин К1, токоферолы (α-, β-, γ- и δ-) и их сложные эфиры (ацетаты), токотриенолы, ω-3 и ω-6 полиненасыщенные жирные кислоты и их триглицериды, насыщенные жирные кислоты низкой молекулярной массы и их триглицериды, конъюгированная линолевая кислота и другие БАВ, имеющие температуру плавления ниже 30°С.
Группа II - легкоплавкие жирорастворимые вещества твердой консистенции с низкой температурой плавления (менее 100°С): липоевая кислота, убихинон, ретинол ацетат, витамин К2, витамин Д3, жирные кислоты, жирные спирты и их эфиры. Группа III - тугоплавкие жирорастворимые вещества твердой консистенции с высокой температурой плавления (более 100°С): каротиноиды (α-, β-, γ- и δ- каротины, ликопин), ксантофиллы (лютеин, зеаксантин, астаксантин, криптоксантин), фитостеролы (а также их гликозиды и эфиры с жирными кислотами) и т.д.
Группа IV - плохо растворимые в воде вещества нежирной природы («псевдожирорастворимые» вещества): флавонолы и их гликозиды (кверцетин, рутин), куркумин, транс-ресвератрол, птеростильбен, изофлавоны и их гликозиды, индол-3-карбинол, дииндолилметан и т.д.
В качестве эмульгатора обычно используют оксиэтилированные НПАВ с числами ГЛБ в пределах 10-18, предпочтительно 14-18, из следующего перечня: оксиэтилированное натуральное (ГЛБ 14-16) и гидрогенезированное касторовое масло (ГЛБ 14-17); сложные эфиры оксиэтилированного сорбитана и жирных кислот - оксиэтилированный моностеарат сорбитана (ГЛБ 14,9), оксиэтилированный моноолеат сорбитана (ГЛБ 15,0), оксиэтилированный монопальмитат сорбитана (ГЛБ 15,6), оксиэтилированный монолаурат сорбитана (ГЛБ 16,7); оксиэтилированные жирные спирты - оксиэтилированный стеариловый спирт (ГЛБ 15,3), оксиэтилированный олеиновый спирт (ГЛБ 15,3), оксиэтилированный цетиловый спирт (ГЛБ 15,3), оксиэтилированный лауриловый спирт (ГЛБ 16,9); оксиэтилированные сложные эфиры жирных кислот и глицерина - оксиэтилированный моностеарат глицерина (ГЛБ 16,0), оксиэтилированный моноолеат глицерина (ГЛБ 16,4), оксиэтилированный монолаурат глицерина (ГЛБ 16,0) оксиэтилированные жирные кислоты - полиоксиэтилен (40) стеарат (ГЛБ 17,0), полиоксиэтилен (50) стеарат (ГЛБ 18,0). Этот список не является исчерпывающим, могут быть использованы и любые другие подходящие ПАВ как по отдельности, так и в сочетании друг с другом.
В качестве водной фазы используется вода очищенная, в которую могут быть введены водорастворимые нутриенты: витамины группы В, кислота аскорбиновая, аминокислоты, регуляторы кислотности (низкомолекулярные органические кислоты и их соли), консерванты (при необходимости) и т.д.
Компоненты системы подбираются таким образом, чтобы нижняя температурная граница инверсии фаз лежала в пределах от 60°C до 90°C. Предпочтительным является диапазон от 65°С до 85°C. Температура масляной фазы перед смешением с водной должна иметь температуру выше нижней температурной границы инверсии фаз, предпочтительно на 10-15°С, но не превышать 100°C. Принципиальным моментом является недопустимость продолжительного нагрева эмульгатора выше 120°С во избежание его термической деструкции, которая отрицательно сказывается на коллоидной устойчивости конечной микроэмульсии. Температура водной фазы перед смешением с масляной может лежать в пределах от 20°С до температуры масляной фазы.
Получающаяся при осуществлении способа микроэмульсия может содержать несколько различных БАВ. Для разных групп БАВ и их сочетаний могут быть использованы разные воплощения заявляемого способа: например, любые БАВ из групп I-IV или их смеси могут быть внесены в разогретый эмульгатор, в качестве которого используют НПАВ из перечисленных выше; при другом осуществлении способа в качестве эмульгатора (эмульгирующей системы) будет выступать смесь НПАВ и БАВ из групп I-II, которую уже в свою очередь разогревают до 100-120°С и затем вносят БАВ из групп I-IV; при этом вносимые БАВ могут также являться смесью биологически активных веществ как из одной группы, так и из разных.
Дополнительным конечным этапом заявленного способа может быть введение в охлажденную до 20-25°С микроэмульсию термолабильных водорастворимых веществ.
Микроэмульсия биологически активных веществ, полученная описанным способом, имеет размер коллоидных частиц преимущественно от 10 до 100 нм, что определяется методами нефелометрии. Итоговый продукт является прозрачной или полупрозрачной жидкостью, которую отличает высокая устойчивость, стабильность, биодоступность (за счет трансдермальной доставки БАВ). Срок хранения продукта без потери биологической активности превышает 1,5 года.
Предлагаемый способ является технологичным и позволяет получать микроэмульсию БАВ в промышленных масштабах.
Примеры реализации:
Пример 1 (получение микроэмульсии убихинона в воде)
35 кг эмульгатора (оксиэтилированного гидрогенезированного касторового масла) подогреваются в емкости Р-1 вместимостью 70 л до температуры 115°C. При постоянном перемешивания вносят 10,5 кг убихинона. Температура в реакторе понижается до 70-75°C. Растворение убихинона фиксируют по достижению прозрачности смеси и отсутствию механических включений. Полученную гомогенную смесь продолжают нагревать и по достижении температуры 90°C перекачивают в емкость Р2 вместимостью 500 л (емкость снабжена двухуровневой лопастной мешалкой). Затем подают водную фазу (температура 20-25°C) в количестве 304,5 кг, по мере ее добавления вязкость системы сначала сильно увеличивается (данный факт свидетельствует об образовании биконтинуальной структуры), а затем начинает резко уменьшаться (после прохождения области существования системы Winsor III). В результате получается 350 кг прозрачной микроэмульсии «масло в воде», имеющей температуру 50-55°C, которую охлаждают до 20-25°C и разливают в потребительскую тару.
Пример 2 (получение совместной микроэмульсии убихинона и транс-ресвератрола в воде)
60 кг эмульгатора (оксиэтилированного гидрогенезированного касторового масла) подогреваются в емкости Р-1 до температуры 115°C. При постоянном перемешивания вносят 12 кг убихинона и 6 кг транс-ресвератрола. Температура в реакторе понижается до 70-75°C. Растворение убихинона и ресвератрола фиксируют по достижению прозрачности смеси и отсутствию механических включений. Полученную гомогенную смесь продолжают нагревать и по достижении температуры 80°C перекачивают в емкость Р2. Затем подают водную фазу (температура 20-25°C) в количестве 222 кг и по мере ее добавления наблюдают уже описанные в предыдущем примере изменение вязкости. В результате получается 300 кг прозрачной микроэмульсии «масло в воде», имеющей температуру 45-50°C, которую охлаждают до 20-25°C и разливают в потребительскую тару.
Таким образом, изложенный метод по сравнению с методами, известными из уровня техники, позволяет получать коллоидноустойчвые микроэмульсии широкого спектра водонерастворимых биологически активных веществ, характеризующиеся более высокой эффективностью, интенсивностью и воспроизводимостью процесса их промышленного производства.