СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ОСНОВЫ БИОДЕГРАДИРУЕМОГО ПОКРЫТИЯ
METHOD FOR PRODUCTION OF BIODEGRADABLE COATING BASE

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к области биотехнологии, в частности к способу производства основы биодеградируемого покрытия на основе метилцеллюлозы и чайного гриба, и может быть использовано в косметических и медицинских целях, например, в качестве масок для кожи или медицинских повязок для восстановительной хирургии, тканевой регенерации и при изготовлении упаковочных материалов.
Уровень техники
Известен способ культивирования бактериальной целлюлозы на синтетической глюкозной среде с помощью Medusomyces gisevii, включающий использование питательной среды, приготовленной растворением глюкозы в экстракте черного чая (12 г чая на 1 л воды), при этом в качестве инокулята используют семидневную симбиотическую культуру, выращенную на глюкозной среде, доза внесения которой составляет 10%, начальная концентрация глюкозы составляет 20 г/л, уровень активной кислотности саморегулируется симбиозом (см. Гладышева Е.К., Судакова О.А. Культивирование Medusomyces gisevii J. Lindau при различных значениях активной кислотности // Технологии и оборудование химической, биотехнологической и пищевой промышленности: материалы VII Всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых с международным участием, 21-23 мая 2014 г., г. Бийск.-Бийск: Изд.-во Алт. гос. техн. ун-та, 2014. - С. 284-286), при этом культивирование проводят в статических условиях при температуре (25+2)°С в течение 13 суток в реакторе объемом 16 л, коэффициент заполнения 50%, при этом гель-пленка, образующаяся в результате культивирования инокулята, загрязнена остатками компонентов питательной среды, метаболитами и клетками микроорганизмов, очистку гель-пленок проводят следующим образом: в течение 2-х суток пленку выдерживают в 2%-ном растворе NaOH для удаления клеток, затем пленку промывают в дистиллированной воде до нейтральной реакции, после этого пленку обрабатывают в течение суток в 2%-ном растворе HCl для удаления красящих веществ чая, затем пленку промывают дистиллированной водой до нейтральной реакции среды, высушивают при комнатной температуре в расправленном состоянии (см. Гладышева Е.К. Исследование физико-химических свойств бактериальной целлюлозы, продуцируемой культурой Medusomyces gisevii // Фундаментальные исследования. - 2015. - №5-1. - С. 53-57).
Недостатком данного способа является сложность и длительность его выполнения.
Известен открытый способ получения бактериальной целлюлозы путем распыления с помощью корпуса/башни/вышки для брожения /ферментации, при этом корпус/башня/вышка наполнен волокнами нетканой тканьюи, а система заполнения /наполнения волокном/ волокнами и ориентация движения волокна используется так, чтобы Haiyue, производимый благодаря продуктам брожения/ферментации мелкораспыленной ферментированной жидкости чайного гриба (комбучи), что означает, что бактериальная целлюлоза и система мембраны бактериальной целлюлозы объединены, а следовательно, и удалены (см. заявку CN №20121147857, опубл. 2012.05.14, ссылка: CN №103421860 (А) - Method for producing bacterial cellulose by liquid spraving fermentation tower filled with non - woven fabric).
Недостатком данного способа является сложность его производства.
Известна косметическая или дермофармацевтическая композиция, содержащая чайный гриб, которую применяют в косметологии для создания антивозрастной линии для общего ухода за кожей (см. заявку US №20060165643 А1, ссылка: http://www.google.com/patents/US 20060165643).
Недостатком данной композиции является невысокая эффективность использования.
2
3
2
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому положительному эффекту и принятый авторами за прототип является способ получения композиций, подвергающихся биодеструкции, на основе простого эфира целлюлозы, заключающийся в том, что композиция на основе простого эфира целлюлозы для использования в косметических и медицинских целях в качестве косметических масок для кожи или медицинских повязок и при изготовлении упаковочных материалов содержит метилцеллюлозу в виде коллоидного геля, полученного выдерживанием 3-5% водного раствора метилцеллюлозы при температуре от 50 до 60°С в течение 1,5-2 ч, реагент для модификации реологических характеристик в количестве от 3 до 8% от общей массы композиции, выбранный из желатина или казеина, гигроскопический реагент в количестве от 0,5 до 2% от массы композиции, выбранный из CaCl или Са(NO), пластификатор, придающий изделию гибкость, выбранный из глицерина или полиэтиленгликоля, и азотно-кислое серебро, являющееся антибактериальным агентом, при этом используют метилцеллюлозу с содержанием метоксильных групп от 26 до 33%.
В способе получения композиции, заключающемся в том, что в коллоидный гель метилцеллюлозы вводят реагент для модификации реологичеких характеристик, гигроскопический материал, антибактериальный реагент и перемешивают до однородного состояния, используют метилцеллюлозу марки МЦ-100 с содержанием метоксильных групп 28%.
В композиции пластификатор, придающий изделию гибкость, включен в концентрации от 0,5 до 1% от массы композиции.
В композиции композиция включает в себя антибактериальный агент в концентрации от 0,05 до 0,1% от общей массы составляющих композиции (см. пат. RU №2395540, МПК C08L 1/26, C08L 101/16, A61G 19/00, A61F 13/02, A61F 13/15, опубл. 27.07.2010 г.
Недостатком данного способа является сложность и высокая стоимость его производства.
Раскрытие изобретения
Задачей предлагаемого изобретения является разработка способа производства основы биодеградируемого покрытия, обладающего упрощением и удешевлением его производства, а также выраженным противомикробным и противовоспалительным широкого спектра действием на основе метилцеллюлозы и чайного гриба.
Технический результат, который может быть получен с помощью предлагаемого изобретения, сводится к упрощению и удешевлению способа производства основы биодеградируемого покрытия.
Технический результат достигается с помощью способа производства основы биодеградируемого покрытия, включающего смешивание метилцеллюлозы в виде коллоидного геля, полученного выдерживанием 3-5% водного раствора метилцеллюлозы при температуре от 50 до 60°С в течение 1,5-2,0 ч, реагента для модификации реологических характеристик, в качестве которого используют желатин, пластификатора, в качестве которого используют глицерин, и антибактериального реагента, затем полученную смесь перемешивают и помещают на пластины с последующим проведением сушки, нарезкой и упаковкой, при этом в качестве антибактериального реагента используют зооглею чайного гриба, которую предварительно выдерживают в течение 10-12 дней в культуральной жидкости, затем гомогенизируют зооглею чайного гриба до получения однородной массы, автоклавируют в течение 15-20 мин при температуре 120-125°С при рН гомогената 2,8-3,2, а реагент для модификации реологических характеристик, в качестве которого используют желатин, выдерживают в течение 55-60 мин при температуре +(20-25)°С, затем помещают на водяную баню при температуре +(65-70)°С до полного растворения с последующими поэтапным добавлением компонентов в мешалку при следующем соотношении компонентов в мас.%: чайный гриб 43,0-45,0, метилцеллюлоза 0,5-0,7, желатин 0,1-0,2, глицерин 1,7-1,9, дистиллированная вода - остальное, перемешиванием со скоростью вращения 300-400 об/мин в течение 10-15 мин до получения однородной гелеобразной массы и перед сушкой замораживанием при температуре -(49-45)°С в течение 5-7 часов.
Таким образом, технический результат достигается за счет оптимальных параметров способа производства основы и соотношения используемых компонентов в предлагаемом изобретении, при этом:
- целлюлоза - это один из наиболее распространенных природных полисахаридов, который является составным компонентом большинства растительных материалов, причем в растительной целлюлозе, кроме хлопковой, является наличие значительных количеств примесей: лигнина, гемицеллюлоз, экстрактивных и минеральных веществ, а в бактериальной целлюлозе (БЦ) имеется ряд преимуществ: высокая чистота, более высокая механическая прочность, кристалличность и гидрофильность при наличии такой же структуры, как и у растительной целлюлозы (см. Belgacem М.N. Monomers, Polymers and Composites from Renewable Resources. / M.N. Belgacem, A. Gandini. - Amsterdam: Elsevier. – 2008. - 553 p.);
- зооглея чайного гриба - Medusomyces gysevii - представляет собой симбиоз уксуснокислых бактерий с несколькими видами дрожжей, которые образуют целлюлозную пленку на поверхности питательной среды.
Нативная жидкость чайного гриба имеет достаточно сложный химический состав. В продуктах брожения гриба содержится большое количество органических кислот: уксусная, глюкуроновая, щавелевая, лимонная, яблочная, молочная, пировиноградная, койевая, фосфорная, и совсем небольшое количество спирта. Нативная жидкость Medusomyces gisevii также обладает широким спектром антибактериального действия.
Ферментный состав: каталаза, липаза, протеаза, зимаза, сахараза, карбогидраза, амилаза, триптические ферменты настоя чайного гриба (см. Юркевич Д.И., Кутышенко В.П. Медузомицет (чайный гриб): научная история, состав, особенности физиологии и метаболизма // Биофизика. - 2002. - №6 - С. 1116-1129). Липаза способствует распаду или образованию жиров. Протеаза способствует расщеплению протеина на аминокислоты и играет существенную роль в усвоении животного белка. Амилаза препятствует повышению сахара в крови, расщепляя крахмал. Наличие микроэлементов, витаминов (витамины группы В, витамин С, РР, D), танина и кахетинов способствует повышению иммунитета, нормализации обмена веществ.
Спектр применения чайного гриба очень широк. Его применяют при целом ряде желудочно-кишечных заболеваний (колитах, дизентерии, гастритах, диспепсии), хронических болезней желчного пузыря и печени, ангинах и хронических тонзиллитах, как профилактическое средство при атеросклерозе, полиартрите, ревмокардите в период затухания или неострого течения болезни, для повышения иммунитета, настой чайного гриба и его тело применяется при ожогах и инфицированных ранах. Таким образом, чайный гриб обладает бактериостатическим, фибринолитическим, детоксикационным свойствами, биостимулирующим, местным, умеренно раздражающим действием, стимулирует регенерационные процессы (см. Хачатрян В. Чайный гриб. – СПб.: Диля, 1999, с. 19, 47, 82-83).
Сущность способа производства основы биодеградируемого покрытия заключается в следующем.
Готовят исходные компоненты для способа производства основы биодеградируемого покрытия, затем производят смешивание метилцеллюлозы в виде коллоидного геля, полученного выдерживанием 3-5% водного раствора метилцеллюлозы при температуре от 50 до 60°С в течение 1,5-2,0 ч, реагента для модификации реологических характеристик, в качестве которого используют желатин, пластификатора, в качестве которого используют глицерин, и антибактериального реагента, затем полученную смесь перемешивают и помещают на пластины с последующим проведением сушки, нарезкой и упаковкой, при этом в качестве антибактериального реагента используют зооглею чайного гриба, которую предварительно выдерживают в течение 10-12 дней в культуральной жидкости, затем гомогенизируют зооглею чайного гриба до получения однородной массы, автоклавируют в течение 15-20 мин при температуре 120-125°С при рН гомогената 2,8-3,2, а реагент для модификации реологических характеристик, в качестве которого используют желатин, выдерживают в течение 55-60 мин при температуре +(20-25)°С, затем помещают на водяную баню при температуре +(65-70)°С до полного растворения с последующими поэтапным добавлением компонентов в мешалку при следующем соотношении компонентов в мас.%: чайный гриб 43,0-45,0, метилцеллюлоза 0,5-0,7, желатин 0,1-0,2, глицерин 1,7-1,9, дистиллированная вода - остальное, перемешиванием со скоростью вращения 300-400 об/мин в течение 10-15 мин до получения однородной гелеобразной массы и перед сушкой замораживанием при температуре -(49-45)°С в течение 5-7 часов.
Осуществление изобретения
Примеры конкретного выполнения способа производства основы биодеградируемого покрытия.
Пример 1. Способ производства основы биодеградируемого покрытия осуществляют следующим образом.
Готовят исходные компоненты для способа производства основы биодеградируемого покрытия, затем производят смешивание метилцеллюлозы в виде коллоидного геля, полученного выдерживанием 2% водного раствора метилцеллюлозы при температуре от 40°С в течение 1,0 ч, реагента для модификации реологических характеристик, в качестве которого используют желатин, пластификатора, в качестве которого используют глицерин (ГОСТ 6259-75), и антибактериального реагента, затем полученную смесь перемешивают и помещают на стеклянные или металлические поверхности пластины с бортиками желаемой формы толщиной слоя от 1 до 3 мм с последующим проведением сушки, нарезкой и упаковкой, при этом в качестве антибактериального реагента используют зооглею чайного гриба, которую предварительно выдерживают в течение 8 дней в культуральной жидкости, затем гомогенизируют зооглею чайного гриба до получения однородной гелеобразной массы, автоклавируют в течение 10 мин при температуре 100°С при рН гомогената 2,5, а реагент для модификации реологических характеристик, в качестве которого используют желатин, выдерживают в течение 50 мин при температуре +(10-15)°С, затем помещают на водяную баню при температуре +60°С до полного растворения с последующими поэтапным добавлением компонентов в мешалку при следующем соотношении компонентов в мас.%: чайный гриб 42,0, метилцеллюлоза 0,3, желатин 0,05, глицерин 1,5, дистиллированная вода - остальное, перемешиванием с помощью лабораторной программируемой механической мешалки с объединением в один цикл вращения, возвратно-поступательного движения, вибродвижения, скорость вращения 250 об/мин, время вращения 5 мин, угол поворота при в возвратно-поступательном движении 200°, время возвратно-поступательного движения 20 с, для вибродвижения угол поворота 2° и время 2 с, до получения однородной гелеобразной массы и перед сушкой замораживанием при температуре -40°С в течение 4 часов.
Результат: полученная с помощью данного способа при вышеуказанных параметрах основа показала недостаточную жесткость, пластичность, пористость и механическую прочность, а также трудное отделение основы от поверхности пластины.
Пример 2. Проводят аналогично примеру 1, но берут компоненты в мас.% и параметры проведения способа следующие: производят смешивание метилцеллюлозы в виде коллоидного геля, полученного выдерживанием 3% водного раствора метилцеллюлозы при температуре 50°С в течение 1,5 ч, реагента для модификации реологических характеристик, в качестве которого используют желатин, пластификатора, в качестве которого используют глицерин, и антибактериального реагента, при этом в качестве антибактериального реагента используют зооглею чайного гриба, которую предварительно настаивают в течение 10 дней в культуральной жидкости, затем гомогенизируют зооглею чайного гриба до получения однородной гелеобразной массы, автоклавируют в течение 15 мин при температуре 120°С при рН гомогената 2,8, а реагент для модификации реологических характеристик, в качестве которого используют желатин, выдерживают в течение 55 мин при температуре +20°С, затем помещают на водяную баню при температуре +65°С до полного растворения с последующими поэтапным добавлением компонентов в мешалку при следующем соотношении компонентов в мас.%: чайный гриб 43,0, метилцеллюлоза 0,5, желатин 0,1, глицерин 1,7, дистиллированная вода - остальное, перемешиванием со скоростью вращения 300 об/мин в течение 10 мин до получения однородной гелеобразной массы и перед сушкой замораживанием при температуре -49°С в течение 5 часов.
Результат: полученная с помощью данного способа при вышеуказанных параметрах основа показала достаточную жесткость, пластичность, пористость и механическую прочность, а также легкое отделение от поверхности пластины.
Пример 3. Проводят аналогично примеру 1, но производят смешивание метилцеллюлозы в виде коллоидного геля, полученного выдерживанием 5% водного раствора метилцеллюлозы при температуре от 60°С в течение 2,0 ч, реагента для модификации реологических характеристик, в качестве которого используют желатин, пластификатора, в качестве которого используют глицерин, и антибактериального реагента, при этом в качестве антибактериального реагента используют зооглею чайного гриба, которую предварительно выдерживают в течение 12 дней в культуральной жидкости, затем гомогенизируют зооглею чайного гриба до получения однородной гелеобразной массы, автоклавируют в течение 20 мин при температуре 125°С при рН гомогената 3,2, а реагент для модификации реологических характеристик, в качестве которого используют желатин, выдерживают в течение 60 мин при температуре +25°С, затем помещают на водяную баню при температуре +70°С до полного растворения с последующими поэтапным добавлением компонентов в мешалку при следующем соотношении компонентов в мас.%: чайный гриб 45,0, метилцеллюлоза 0,7, желатин 0,2, глицерин 1,9, дистиллированная вода - остальное, перемешиванием со скоростью вращения 400 об/мин в течение 15 мин до получения однородной гелеобразной массы и перед сушкой замораживанием при температуре -45°С в течение 7 часов.
Результат: полученная с помощью данного способа при вышеуказанных параметрах основа показала достаточную жесткость, пластичность, пористость, механическую прочность, а также легкое отделение от поверхности пластины.
Пример 4. Проводят аналогично примеру 1, но производят смешивание метилцеллюлозы в виде коллоидного геля, полученного выдерживанием 5,5% водного раствора метилцеллюлозы при температуре 65°С в течение 2,5 ч, реагента для модификации реологических характеристик, в качестве которого используют желатин, пластификатора, в качестве которого используют глицерин, и антибактериального реагента, при этом в качестве антибактериального реагента используют зооглею чайного гриба, которую предварительно выдерживают в течение 14 дней, затем гомогенизируют зооглею чайного гриба до получения однородной гелеобразной массы, автоклавируют в течение 25 мин при температуре 130°С при рН гомогената 3,5, а реагент для модификации реологических характеристик, в качестве которого используют желатин, выдерживают в течение 65 мин при температуре +30°С, затем помещают на водяную баню при температуре +75°С до полного растворения с последующими поэтапным добавлением компонентов в мешалку при следующем соотношении компонентов в мас.%: чайный гриб 46,0, метилцеллюлоза 0,9, желатин 0,3, глицерин 2,0, дистиллированная вода - остальное, перемешиванием со скоростью вращения 450 об/мин в течение 20 мин до получения однородной гелеобразной массы и перед сушкой замораживанием при температуре -40°С в течение 7,5 часов.
Результат: полученная с помощью данного способа при вышеуказанных параметрах основа показала достаточную жесткость, пластичность и пористость, но значительно увеличились расходы компонентов и себестоимость.
Таким образом, наиболее оптимальными примерами являются примеры 2 и 3, так как полученная основа биодеградируемого покрытия с помощью предлагаемого способа при вышеуказанных параметрах по примерам 2 и 3 без дополнительных сложных технологических операций показала достаточную жесткость, пластичность, пористость, высокую механическую прочность, высокую чистоту, а также легкое отделение от поверхности пластины.
Предлагаемое изобретение по сравнению с прототипом и другими известными техническими решениями имеет следующие преимущества:
- достаточную жесткость;
- пластичность;
- пористость;
- высокую механическую прочность и высокую чистоту.