КИСЛОТНАЯ КОМПОЗИЦИЯ
ACID COMPLEX

Предпосылки создания изобретения
Настоящее изобретение относится к кислотным композициям.
Гуминовые вещества распространены в природе и они образуются при гниении остатков растительных и животных организмов в окружающей среде. Эти вещества могут быть разделены на гуминовую кислоту и фульвовую кислоту на основании их растворимости в воде в зависимости от значения pH. Фульвовая кислота является фракцией гуминовых веществ, которые растворимы в воде при всех значениях pH и, как правило, имеют более низкие молекулярный размер и вес и более низкую интенсивность цвета по сравнению с гуминовой кислотой.
Гуминовая и фульвовая кислоты могут образовываться из угля и других источников в результате таких процессов, как окисление в атмосфере паров воды, сухое окисление или других окислительных процессов. Особенно подходящим является процесс окисления в атмосфере паров воды для получения гуминовой и фульвовой кислоты из угля, который описан в патенте US №4,912,256. Гуминовая и фульвовая кислоты, которые образуются в процессе окисления в атмосфере паров воды, часто называются оксигуминовой и оксифульвовой кислотами.
В опубликованной международной патентной заявке WO 00/19999 описано применение оксифульвовой кислоты для лечения воспаления, акне, экземы и бактериальной, грибковой и вирусной инфекций.
В патентах US №№4,999,202 и 5,204,368 описаны композиции, содержащие фульвовую кислоту, ее соли или производные, которые обладают бактериостатическими свойствами. Описанные композиции пригодны в качестве дезинфицирующих средств.
Сущность изобретения
В соответствии с настоящим изобретением, обеспечивается композиция, которая содержит кислотный компонент, в качестве активного компонента, кислотный компонент с молекулярной массой, не превышающей 20 кДа, и элементы в небольшом количестве, такие как алюминий, ртуть, кадмий, хром и свинец.
Кислотный компонент имеет молекулярную массу, не превышающую 20 кДа, и предпочтительно молекулярную массу, не превышающую 10 кДа, более предпочтительно молекулярную массу, не превышающую 3 кДа.
Таким образом, композиция по изобретению практически не содержит кислотных компонентов, таких как гуминовая кислота, которая имеет молекулярную массу, превышающую 20 кДа.
Кислотный компонент в композиции по изобретению может находиться в форме свободной кислоты, или в форме соли, или другой растворимой в воде форме.
Композиция по изобретению может содержать воду, в этом случае кислотный компонент будет находиться в растворе в воде. Значение pH композиции может изменяться в широком диапазоне и быть кислым, то есть pH 2,5 или ниже, близким к нейтральному или щелочным. Значение pH выбирают в зависимости от предполагаемого применения данной композиции.
Композиция также может содержать воду в небольшом количестве, например содержать менее 10 мас.% воды или практически не содержать воды.
Существенным признаком композиции по изобретению является присутствие в ней элементов в небольшом количестве, таких как алюминий, ртуть, кадмий, хром и свинец. Эти элементы вредны для человека и их следует избегать в лекарственных препаратах. Общее содержание этих элементов предпочтительно не превышает 30 ч. на млн (30 мг/л) и более предпочтительно не превышает 20 ч. на млн. Композиция по изобретению предпочтительно применяется в качестве лекарственного средства или для приготовления лекарственного средства.
Для различных применений является желательным, чтобы композиция имела низкое содержание серебра, мышьяка и бериллия. В одном предпочтительном варианте осуществления изобретения, композиция имеет низкое содержание этих элементов, а другие элементы, указанные выше, содержит в количестве ниже 30 ч. на млн.
Композиция по изобретению также может содержать в небольшом количестве такие элементы, как кобальт, медь, железо, марганец, никель, сурьма, кремний, олово и цинк.
Кислотный компонент композиции по изобретению предпочтительно имеет происхождение из углевода. Углевод предпочтительно представляет собой сахарид, то есть моносахарид, дисахарид или полисахарид, такой как глюкоза, сахароза или фруктоза. Углевод также может представлять собой крахмал или целлюлозу.
Композиция по изобретению может применяться в различных областях. Она может применяться, например, в качестве фармацевтически активного компонента. Она может применяться для различных медицинских терапевтических показаний, таких как лечение вирусных инфекций, таких как ВИЧ, грипп, оспа, SARS и герпес. Композиция также обладает антибактериальными свойствами и она эффективна для лечения многих резистентных к антибиотикам инфекций, таких как инфекции, вызванные MRSA, клебсиеллой, синегнойной палочкой, акинетобактериями, энтеробактериями и видами протеи. Композиция обладает противогрибковыми свойствами и также является эффективной для лечения кандидозов. Грибковые инфекции, такие как вызванные Tinia, также можно лечить с помощью композиции по изобретению.
Композиция по изобретению может использоваться как таковая, может использоваться в качестве лекарственного средства или она может использоваться в качестве композиции, из которой может быть приготовлено такое лекарственное средство. Например, композиция, если она содержит воду, может использоваться как таковая, подходяще забуференная, например, до значения pH 5-7, в качестве тонизирующего средства или может быть приготовлена в виде пероральных лекарственных средств, таких как капсулы, жидкие препараты, такие как сиропы и другие, или препаратов для местного применения, таких как кремы. Композиция, которая практически не содержит воды или содержит небольшое количество воды, например меньше 10 процентов, может быть приготовлена в виде таблеток или капсул.
Композиция по изобретению может содержать, дополнительно к кислотному компоненту, другие активные компоненты.
В соответствии с другим аспектом осуществления, изобретение обеспечивает способ получения композиции, который включает этапы: обеспечение источника углевода, подвергание источника окислению в атмосфере паров воды для получения продукта реакции, содержащего кислотный компонент в растворе, и обработку продукта реакции для удаления практически всех кислотных компонентов, которые имеют молекулярную массу, превышающую 20 кДа. Удаление кислотных компонентов, которые имеют молекулярную массу, превышающую 20 кДа, предпочтительно осуществляют путем фильтрования на одной или более стадиях фильтрации.
Окисление в атмосфере паров воды предпочтительно включает стадии: приготовление раствора или суспензии углевода в воде и подвергание раствора или суспензии окислению при повышенной температуре и режиме давления, получая продукт реакции.
Окисление осуществляют в присутствии окислителя, такого как кислород или перекись, и предпочтительно кислород.
Повышенные температуры обычно находятся в диапазоне от 100 до 300 градусов Цельсия и давление должно быть таким, чтобы предотвратить кипение воды. Обычно применяемое давление будет находиться в интервале от 1,5 до 5 МПа.
В одном предпочтительном варианте осуществления изобретения, раствор или суспензию углевода в воде непрерывно пропускают через реактор, в котором происходит окисление углевода. Обычно раствор или суспензию пропускают через реактор со скоростью в интервале от 65 до 90 литров/час.
Предпочтительным является удаление воды из продукта реакции, предпочтительно после удаления высокомолекулярных кислотных компонентов, получая более концентрированный продукт реакции или композицию. Удаление воды можно осуществлять, например, путем фильтрации или выпаривания.
Источник углевода предпочтительно представляет собой сахарид, то есть полисахарид, дисахарид или моносахарид, такой как глюкоза, сахароза или фруктоза. Углевод также может представлять собой крахмал или целлюлозу.
Краткое описание фигур
Фигура 1 иллюстрирует характерные инфракрасные спектры фульвовой кислоты.
Фигура 2 иллюстрирует инфракрасные спектры фульвовой кислоты в трех композициях по изобретению и в композиции, полученной из угля.
Описание вариантов осуществления изобретения
Кислотная композиция по изобретению содержит кислотный компонент, обычно фульвовую кислоту с молекулярной массой, не превышающей 20 кДа, и металлы в небольшом количестве. Кислотный компонент предпочтительно имеет происхождение из углевода, в особенности сахарида. Пример получения такой композиции не будет описан.
Пример 1
Композицию, содержащую фульвовую кислоту, получали из источника сахара. Сахар может представлять собой сахар-рафинад или нерафинированный сахар, такой как кормовая патока. Источник сахара помещали в смесительный резервуар и добавляли воду для получения сахарного раствора, имеющего удельную плотность от 1,0 до 1,1. Из смесительного резервуара сахарный раствор подавали непрерывно со скоростью в интервале от 65 до 90 литров/час в находящийся под давлением реакционный сосуд в интервале от 1,5 до 5 МПа (от 15 до 50 бар) с вместимостью от 150 до 250 литров, где его нагревали до температуры в интервале от 100 до 300 градусов Цельсия, предпочтительно начальная температура находились в интервале от 120 до 180 градусов Цельсия. В реакционный сосуд вводили кислород предпочтительно через систему диффузоров для обеспечения равномерного распределения кислорода в реакторе. Давление кислорода находилось в интервале от 1,5 до 5,5 МПа (от 15 до 55 бар) и скорость потока находилась в интервале от 10 до 20 кг/час. При окислении сахара образовывался раствор, содержащий фульвовую и гуминовую кислоты.
Затем раствор после окисления подвергали различным стадиям фильтрации. На первой стадии раствор пропускали через фильтрующий элемент 0,2 микрона. Фильтрат обрабатывали на следующей фильтрационной стадии. На этой стадии фильтрат пропускали через нанофильтрующий элемент. После этого фильтрат собирали. На этой стадии фильтрации удаляли главным образом кислотные компоненты, молекулярная масса которых превышала 800 Дальтон. Фильтрат со второй стадии фильтрации необязательно можно пропускать через третью стадию фильтрации, на которой частично удаляли вещество, главным образом кислотные компоненты, имеющие молекулярную массу меньше 200 Дальтон. На этой стадии раствор пропускали через нанофильтрующий элемент. Концентрат собирали.
Полученные композиция или концентрат, содержащий фульвовую кислоту в растворе, имели следующие характеристики:
pH в интервале 1,4-2,1;
SG в интервале 1 и 1,1.
Содержание металлов: см. таблицу 1 ниже.
Молекулярная масса кислотного компонента - от 46 до 800 Дальтон.
Три композиции, полученные, как описано в примере 1, сравнивали с композицией, содержащей фульвовую кислоту, полученной путем окисления в атмосфере паров воды битуминозного угля согласно способу, описанному в патенте US №4,912,256. Две композиции, обозначенные как желтая и коричневая, также фильтровали для удаления кислотных компонентов с молекулярной массой ниже 200 Дальтон, а третья композиция, обозначенная как черная, представляла собой композицию, описанную выше. Эти три композиции сравнивали с фульвовой кислотой, полученной из угля, используя инфракрасную спектроскопию с фурье-преобразованием.
-1
-1
-1
-1
-1
-1
-1
-1
-1
-1
2
2
3
Инфракрасная спектроскопия предоставляла наибольшее количество информации о функциональных группам, присутствующих в композициях, содержащих фульвовую кислоту. На фигуре 1 приведен характерный пример спектров для композиции, содержащей фульвовую кислоту. Широкая зона между 3500 и 3200 см указывают на u(O-H) протяжение карбоновых, спиртовых и фенольных групп и небольшие пики между 2950 и 2840 см указывают на симметрическое и ассиметрическое u(C-H) протяжение алифатических цепей. Небольшие полосы, видимые между 2358 и 2343 см, обусловлены углекислым газом (CO) и, следовательно, они не являются значимыми для интерпретации структуры фульвовой кислоты. Карбонильные группы α, β ненасыщенных или ароматических сложных эфиров, а также кетоны идентифицируют посредством четко выраженного пика между 1760 и 1680 см. Некоторые фракции имеют пик между 1570 и 1685 см, что, возможно, обусловлено u(C=O) протяжением карбоновых кислот, перекрывающихся с u(C=C) ароматическими и конъюгированными двойными связями. Пики между 1462 и 1400 см и на 1375 см обусловлены δ(CH) и δ(CH) алкильных цепей соответственно. Полосы между 1280 и 1250 см обусловлены u(C-O) фенольных групп и полосы между 1095 и 1030 см указывают на u(C-OH) и u(C-O-C) простых эфиров и спиртов. Концевые двойные связи алканов или насыщенных фенольных соединений абсорбируются между 800 и 400 см, но эта картина абсорбции смешивается с абсорбцией Si-C и ковалентных сульфидных связей.
-1
2
2
Три композиции по изобретению (желтая, коричневая и черная) готовили согласно способу, описанному в примере 1. Кислотные компоненты с молекулярной массой ниже 200 Дальтон удаляли из желтой и коричневой композиций, но не из черной композиции. Композиции сравнивали между собой. Вероятно, алифатические цепи являются преобладающими в коричневой композиции и промежуточный пик между 1570 и 1680 см является более выступающим в желтой и черной композициях (фигура 2). Желтая композиция также проявляет более высокую концентрацию CO по сравнению с другими фракциями. Такие данные соответствуют предположениям, поскольку CO будет растворяться в водном растворе и легко проникает через все используемые фильтры и концентрируется в фильтрате конечного фильтра, то есть в желтой композиции. Кроме этого, существует незначительное отличие между тремя композициями и сходство в композициях обусловлено общим источником происхождения композиций. Фульвовая кислота, полученная из угля, также проявляет высокую абсорбцию в алифатическом участке, но это, вероятней всего, обусловлено незначительным превышением концентрации образца перед использованием. Это также подтверждается наблюдением, что большинство пиков фульвовой кислоты, полученной из угля, являются более закругленными по сравнению с другими композициями, содержащими фульвовую кислоту, что характерно для повышенной концентрации образцов в ИК-спектре.
Учитывая вышеизложенное, следует отметить, что кислотный компонент в каждой из желтой, коричневой и черной композиций является практическим таким же, что и кислотный компонент в фульвовой кислоте, полученной из угля.
Тем не менее, содержание металлов в композициях по изобретению существенно отличается по сравнению с композицией, содержащей фульвовую кислоту, полученную из угля. Содержание металлов в коричневой композиции сравнивали с содержанием металлов в композиции, содержащей фульвовую кислоту, полученную из угля, и воду. Результаты представлены в таблице 1 ниже.
Таблица 1
Профиль тяжелых металлов в фульвовой кислоте, полученной из угля, фульвовой кислоте, полученной из углевода (коричневая) и воды, используемой для получения фульвовой кислоты, полученной из углевода
Металл
Полученная из угля (мкг/л)
Коричневая (партия 96) (мкг/л)
Вода (мкг/л)
Ag
40
1
0
Al
913900
121
69
As
3630
11
4
B
433100
752
536
Полученная из угля (мкг/л)
Коричневая (партия 96) (мкг/л)
Вода (мкг/л)
Металл
Ba
230
6
14
Be
8466
1
1
Bi
7
0
0
Ca
899
16
22
Cd
243
0
0
Ce
610
0
0
Co
29750
4
0
Cr
3288
36
2
Cs
165
1
1
Cu
4
1
0
Dy
668
0
0
Er
460
0
0
Eu
74
0
0
Fe
1182000
1880
38
Ga
1992
1
1
Gd
513
0
0
Ge
1468
0
0
Hf
267
0
0
Hg
4
0
0
I
38
29
3
Ir
1
0
0
La
214
0
0
Li
33390
6
4
Lu
70
0
0
Mg
2329
1
1
Mn
264700
81
2
Mo
161
11
0
Nb
576
0
0
Nd
740
0
0
Ni
24790
205
0
Pb
562
60
1
Pd
181
1
1
Pr
112
0
0
Pt
3
0
0
Rb
844
33
2
Re
2
0
0
Rh
1
0
0
Ru
0
0
0
Sb
42
1
0
Se
155
8
4
Sm
298
0
0
Sn
115
6
0
Sr
23140
27
54
Ta
2
1
0
Te
1
0
0
Th
365
0
0
Металл
Полученная из угля (мкг/л)
Коричневая (партия 96) (мкг/л)
Вода (мкг/л)
Ti
22330
15
0
Tl
265
0
0
Tm
67
0
0
U
1131
1
0
V
45120
1
0
W
111
1
0
Yb
433
0
0
Zn
131
1
0
Zr
10730
5
1
Следует отметить, что профиль металлов в композиции по изобретению значительно ниже, чем их профиль в фульвовой кислоте, полученной из угля, при этом концентрации для композиции по изобретению ниже в диапазоне от 5 до 50 тыс. раз. Это чрезвычайно важно для таких токсических металлов, как алюминий, ртуть, кадмий, хром и свинец. Для некоторых металлов, таких как висмут, ртуть, иридий, платина, их уровни ниже предела измерения в композиции по изобретению.
Недостатками композиций фульвовой кислоты, получаемых из растений и других органических природных источников, также является содержание в значительных количествах металлов, а также других загрязняющих компонентов, таких как остаточное количество пестицидов. Кроме того, композиции фульвовой кислоты из этих источников содержат различные кислотные компоненты.
Композицию по изобретению получают, как описано выше, и исследуют для определения противомикробного действия в исследовании, приведенном ниже.
Для определения эффективности (количественное сравнение) противомикробного действия в растворе использовали метод ингибирования радиальной диффузии фульвовой кислотой.
Принцип
В стандартизированной системе (не учитывающей непротивомикробные компоненты в растворе) противомикробные компоненты будут диффундировать в агаровую среду. Расстояние диффузии определяется концентрацией противомикробного вещества. В качестве индикатора использовали стандартизированный бактериальный газон; рост не осуществлялся, если противомикробная концентрация была достаточно высокой для уничтожения микробного газона, при большем диаметре радиального ингибирования более сильным или более концентрированным противомикробным компонентом раствора. Противомикробные вещества с различным размером молекул нельзя непосредственно сравнивать с помощью этого метода.
Оборудование
Колориметр/спектрофотометр с фильтром при 520 нм.
Бактериальный термостат; поддерживает температуру 37°C.
Перфорация; 0,45 мм алюминиевая трубка; Jennets Hobby Shop; Lynnwood Ridge Pretoria.
Чашки Петри со стандартным размером 85 мм.
Определения
МС: MacConkey агар с солью; Mast Laboratories; поставщик: Davies Diagnostics; тел. 011 7777600.
Физиологический раствор; 0,85% соль в дистиллированной воде. Стерильный. Sa: Staphylococcus aureus АТСС 12600.
Существенные пояснения
Глубина МС должна быть стандартизирована до глубины 4 мм.
Sa газон приготавливали с Abs ОП 0,07 в физиологическом растворе.
Метод
Приготавливали МС 1,2 гм+23 мл дистиллированной воды; стерилизовали в автоклаве и охлаждали до ±40°C.
Вливали МС в чашки Петри, оставляли для затвердевания.
Лунки прокалывали по меньшей мере на расстоянии 23 мм. Радиальные зоны ингибирования не должны искажаться ни смежной зоной, ни краем чашки Петри.
Добавляли 70 мкл Sa суспензии ОП 0,07 на поверхность МС планшета и равномерно распределяли по его поверхности. Следует соблюдать осторожность, чтобы не наполнить лунки суспензией Sa.
В лунку добавляли 50 мкл противомикробного раствора.
Инкубировали в течение 24 часов при 37°С.
Исследовали два диаметра под прямым углом друг к другу в каждой зоне ингибирования и рассчитывали средний диаметр.
Было обнаружено, что композиция обладает эффективностью, характеризующейся следующими минимальными пределами.
Наружная зона: мин. 13,5 мм.
Внутренняя зона: мин. 8 мм.
Композиция, описанная выше, может использоваться в качестве фармацевтически активного компонента для различных видов терапевтического лечения, описанных выше. Подходяще забуференная композиция может использоваться как таковая или может быть приготовлена в виде лекарственных препаратов для различных пероральных или местных составов для лечения.
В примере 1 кислотную композицию, образованную в результате процесса окисления, подвергали многим стадиям фильтрации для удаления компонентов, в особенности кислотных компонентов с молекулярной массой выше 800 Дальтон. Представляется возможным установить выше порог для молекулярной массы, например, для удаления компонентов, имеющих молекулярную массу выше 3 кДа, и оставлять компоненты с более низкой молекулярной массой в композиции.
Воду из композиции при осуществлении процесса окисления можно удалять путем выпаривания для концентрирования композиции.
Композиции по изобретению также получали, используя другие углеводы, отличающиеся от сахарозы. В частности, композиции получали, используя глюкозу, фруктозу и мальтодекстрин, как описано в примерах 2-4.
Пример 2 - Глюкоза
10 мас.% раствор получали путем растворения 1,5 кг безводной глюкозы в 13,5 литрах очищенной воды. Полученный раствор уравновешивали до 15 кг. Раствор нагревали в реакторе периодического действия с помощью спирали внешнего нагрева, приводимой в действие водяной парой. Температуру раствора повышали до 150 градусов Цельсия. В этой точке добавляли кислород со скоростью 1 кг/ч. Через 3 минуты наблюдали резкое падение температуры на 5 градусов, после этого температуру медленно повышали до 160 градусов Цельсия через 45 минут. В этой точке температуру быстро повышали до 240 градусов Цельсия в течение последующих 10 минут. При этой температуре экзотермическая реакция продолжалась в течение 5 минут, после этого температура начинала снижаться, в это время прекращали подачу кислорода и раствору позволяли охладиться. При осуществлении окисления поддерживали давление на таком уровне, чтобы раствор не закипал.
Пример 3 - Фруктоза
10 мас.% раствор получали путем растворения 1,5 кг безводной кристаллической фруктозы в 13,5 литрах очищенной воды. Полученный раствор уравновешивали до 15 кг. Раствор нагревали в реакторе периодического действия с помощью спирали внешнего нагрева, приводимой в действие водяной парой. Температуру раствора повышали до 150 градусов Цельсия. В этой точке добавляли кислород со скоростью 1 кг/ч. В течение 24 минут наблюдали постепенное повышение температуры на 5 градусов Цельсия, после этого температуру резко повышали до 240 градусов Цельсия в течение 20 минут. При этой температуре экзотермическая реакция продолжалась в течение 8 минут, после этого температура начинала снижаться, в этой время прекращали подачу кислорода и раствору позволяли охладиться. При осуществлении окисления поддерживали давление на таком уровне, чтобы раствор не закипал.
Пример 4 - Мальтодекстрин
10 мас.% раствор получали путем растворения 1,5 кг порошкообразного мальтодекстрина в 13,5 литрах очищенной воды. Полученный раствор уравновешивали до 15 кг. Раствор нагревали в реакторе периодического действия с помощью спирали внешнего нагрева, приводимой в действие водяной парой. Температуру раствора повышали до 150 градусов Цельсия. В этой точке добавляли кислород со скоростью 1 кг/ч. Через 3 минуты наблюдали резкое падение температуры на 5 градусов, после этого температуру повышали постепенно до 148 градусов Цельсия через 50 минут и стабилизировали. При этой температуре прекращали подачу кислорода и раствору позволяли охладиться. При осуществлении окисления поддерживали давление на таком уровне, чтобы раствор не закипал.
Из растворов каждого из примеров 2-4, если их подвергать стадиям фильтрации согласно примеру 1, получают растворы, которые все содержат фульвовую кислоту и не содержат кислотных компонентов с молекулярной массой выше 20 кДа. Дополнительно, все растворы согласно каждому из примеров 2-4 содержат металлы в небольшом количестве, идентично приведенном в таблице 1.