Спосіб одержання наноформи фосфоліпідного препарату

Реферат: Спосіб отримання наноформи фосфоліпідного препарату передбачає змішування водної фази і жирової фази на основі рослинних фосфоліпідів в швидкісній мішалці до утворення водножирової емульсії та її диспергування методом гідродинамічної кавітації в кавітаційному апараті гідродинамічного типу до одержання частинок фосфоліпідного препарату із середнім діаметром щонайбільше 500 нм. Застосування даного способу дозволить підвищити продуктивність одержання одношарових везикул, придатних для використання в харчовій промисловості та сільському господарстві. UA 115199 C2 (12) UA 115199 C2 UA 115199 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід належить до харчової промисловості і сільського господарства і може бути використаний для отримання наноформи фосфоліпідного препарату, що містить везикулярні частинки, заповнені водою і/або водорозчинними біологічно-активними речовинами і/або жиророзчинними біологічно-активними речовинами, і/або вітамінами, і/або засобами для передпосівної обробки насіння та вегетуючих рослин і т.д. Відомий спосіб одержання ліпосом [Patent № US 8354064 В2, В01J 19/18, 15.01.13], який передбачає одержання ліпосом у три стадії. На першій стадії до суміші гідрогенізованого соєвого лецитину (HSPC) (35,0 г) і холестерину (15,0 г) додають абсолютний етанол (50 мл) з подальшим розчиненням при нагріванні. На другій стадії до отриманого розчину фосфоліпідів додають 450 мл водного розчину сульфату амонію (250 mM) з подальшим нагріванням до температури від 65 °C до 75 °C. На третій стадії утворений розчин пропускають за допомогою насоса через три набори полікарбонатних фільтрів з розмірами отворів 0,4; 0,3 та 0,1 мкм упродовж 2,5-30 хв., під тиском 10 МПа. До недоліків цього способу можна віднести його складність для промислового виробництва через тристадійність процесу, великі витрати електроенергії на нагрівання розчину і підтримання постійного високого тиску, складність конструкції та високу вартість її обслуговування, а також довготривалість процесу. Відомі способи отримання ліпосом з використанням ультразвукового диспергування [Патент № RU 2427362 А61К 8/06, А61Q 19/00 27.08.2011, бюл. №24, Патент № RU 2153328 А61К 9/127, А61К 35/54 27.07.2000, Патент № RU 2502505 А61К 9/51, А61К 9/127, А61К 33/26, А61J 3/00 27.12.2013] шляхом поетапного диспергування в розчиннику малорозчинних компонентів, таких як рослинна олія, емульгатор і біологічно-активні речовини різного походження, твердих порошкоподібних речовин (сорбентів або абразивів), при цьому компоненти вводять в установку з потужною гідроакустичною дією, в якій відбувається диспергування компонентів за допомогою ультразвукової кавітації. До недоліків цих способів можна віднести те, що ультразвукове диспергування не дозволяє отримати великі об'єми препарату з ліпосомами; інші способи, які придатні для промислового використання утворюють ліпосоми великого розміру (близько 90 % знаходиться в діапазоні від 1000 нм до 5500 нм), що свідчить про утворення більше одного ліпідного шару і зменшення внутрішнього об'єму ліпосоми. Відомий спосіб отримання ліпосом методом продавлювання через сопло (гомогенізатори клапанного типу) [Патент № RU 2071765 А61К 9/127 20.01.1997,] шляхом розчинення лецитину і суміші кислих фосфоліпідів в органічному розчиннику, висушуванні отриманого розчину з утворенням плівки, ресуспендуванням ліпідної плівки в дисперсному середовищі і диспергуванні суспендованих ліпідів в мікроемульсію у гомогенізаторі високого тиску шляхом пропускання емульсії через мікрощілину при перепаді тиску від 50-300 атм до нормального впродовж 5 хвилин (10 циклів). Недоліком цього способу є те, що гомогенізація фосфоліпідів під високим тиском пов'язана з високими швидкостями проходження матеріалу через апарат і короткочасним впливом на матеріал в зоні обробки, що призводить до необхідності використання великої кількості циклів гомогенізації. Тривала обробка емульсії фосфоліпідів під високим тиском призводить до окиснення поліненасичених жирних кислот, що погіршує стабільність мембрани ліпосом і якість готового продукту. Гомогенізуючий клапан, що використовується для проведення процесу гомогенізації, під час експлуатації інтенсивно зношується під дією кавітаційної ерозії та інших факторів і вимагає періодичної заміни або технічного обслуговування. Найбільш близьким до запропонованого винаходу є спосіб отримання наноформи гранульованого препарату на основі рослинних фосфоліпідів для перорального прийому [Патент № RU 2463057 А61К 31/685, А61К 9/127, А61Р 1/16, В82В 1/00 10.10.2012], який отримують шляхом змішування водної і жирової фаз на основі рослинних фосфоліпідів до утворення емульсії, охолодженням до 50 °C з наступним пропусканням через мікрофлюідайзер впродовж 4-5 циклів під тиском 2000 атм. До недоліків цього способу можна віднести невисоку продуктивність обладнання і дуже 3 значні питомі витрати електроенергії на обробку 1 м продукту. Отримані ліпідні везикули розміром до 100 нм можуть застосовуватися в медицині та фармакології при виробництві лікувальних препаратів, засобів для діагностики і виявлення захворювання з метою спрямованого транспортування активної речовини безпосередньо в орган або клітину в мікродозах. Для використання везикул з фосфоліпідів у харчовій промисловості і сільському господарстві з метою ефективного транспортування біологічно активних речовин, ферментів, засобів захисту рослин, регуляторів росту і інших речовин, необхідно збільшити їх внутрішній 1 UA 115199 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 об'єм, що можливо досягти при використанні одношарових везикул із середнім розміром до 500 нм. Задачею винаходу є вдосконалення промислового способу одержання наноформ фосфоліпідних препаратів для сільського господарства та харчової промисловості шляхом диспергування суміші фосфоліпідів методом гідродинамічної кавітації на кавітаційному апараті гідродинамічного типу, що забезпечує одержання везикул із середнім розміром до 500 нм при 3 збільшенні продуктивності і зменшенні питомих витрат електроенергії на обробку 1 м продукту. Поставлена задача вирішується тим, що в способі одержання наноформи фосфоліпідного препарату, що передбачає змішування водної фази і жирової фази на основі рослинних фосфоліпідів до утворення емульсії та її диспергування, згідно з винаходом, змішування фаз здійснюють в швидкісній мішалці з одночасним підігрівом до температури 40±2 °C та диспергують методом гідродинамічної кавітації в кавітаційному апараті гідродинамічного типу при робочому тиску не менше 0,5-0,6 МПа до одержання частинок фосфоліпідного препарату із середнім діаметром не більше 500 нм, при цьому концентрація фосфоліпідів у водно-жировій емульсії має становити від 2,5 % до 5 %. Вміст фосфоліпідів 2,5-5 % у водно-жировій емульсії дозволяє зменшити діапазон дисперсності і отримати стійку, при зберіганні впродовж 7 діб, систему, в якій великі одношарові везикули із середнім умовним діаметром 350 нм становлять не менше 90 %. Використання при диспергуванні розчину температурою не менше 40±2 °C дозволяє перевести систему з фосфоліпідами зі стану гелю в рідкокристалічний стан, полегшити умови проведення обробки і збільшити дисперсність. Підвищення температури понад 42 °C є недоцільним через складність роботи обладнання при високих температурах, збільшення витрат електроенергії на нагрівання і зниження активності біологічно активних речовин. Обробка водно-жирової емульсії фосфоліпідів відбувається до одержання частинок фосфоліпідного препарату із середнім діаметром не більше 500 нм при поступовому збільшенні тривалості кавітаційного впливу за рахунок циклічності обробки при проходженні дисперсної системи через зону кавітації. Обробка за допомогою гідродинамічної кавітації дозволяє значно збільшити продуктивність і 3 знизити питомі витрати електроенергії на обробку 1 м продукту, в порівнянні з прототипом. Спосіб одержання наноформи фосфоліпідного препарату здійснюється наступним чином. В резервуар мішалки вносять воду і/або водорозчинні біологічно-активні речовини і/або вітаміни, і/або засоби для обробки насіння та вегетуючих рослин і т.д. і додають комплекс фосфоліпідів з загальним вмістом фосфоліпідів не менше 9 % рослинного походження, а саме фосфатидилхолін, фосфатидилетаноламін, фосфатидилсерин і фосфатидилінозитол, як у вигляді окремих компонентів, так і у вигляді сумішей в різних співвідношеннях. Водну фазу і жирову фазу нагрівають до температури 40±2 °C при постійному перемішуванні до утворення емульсії та диспергують методом гідродинамічної кавітації в кавітаційному апараті при робочому тиску не менше 0,5-0,6 МПа. Одержаний фосфоліпідний препарат може бути в рідкому стані або, після висушування, в сухому стані для тривалого зберігання. Для характеристики властивостей, одержаних за запропонованим способом, наноформ препарату за допомогою методу лазерно-кореляційної спектроскопії на лазерному спектрометрі фірми "Malvern" визначали розподіл отриманих частинок за розмірами і їх середній діаметр. На графіку представлені результати досліджень середнього діаметра частинок отриманої дисперсної системи в залежності від поступового збільшення тривалості кавітаційного впливу за рахунок циклічності. Один цикл обробки при даних умовах диспергування проходить за 6 секунд. Отримані результати свідчать, що запропонована обробка дозволяє отримати частинки із заданим значенням середнього розміру до 500 нм. В результаті кожного наступного циклу обробки, при проходженні дисперсної системи через зону кавітації середній розмір утворених частинок зменшується. Після 5 циклу процес диспергування практично припиняється і подальша обробка є недоцільною. Об'єм захвату води і/або водорозчинних біологічно-активних речовин і/або жиророзчинних біологічно-активних речовин і/або вітамінів, і/або засобів для обробки насіння та вегетуючих рослин і т.д. визначали методом флуоресцентної спектроскопії на спектрофлуориметрі фірми "Hitachi" (Японія). Як маркер використовували флуоресцентний комплекс тербійдипіколінової кислоти. В результаті було встановлено, що внутрішній об'єм захвату везикул нанопрепарату, одержаних запропонованим способом, становить 12 мл на 1 г комплексу фосфоліпідів при концентрації до 5 %. Суть винаходу пояснюється конкретними прикладами. 60 2 UA 115199 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Приклад 1 В ємність з мішалкою і підігрівом з загальним об'ємом 150 літрів вносили 89,5 л води, 10 кг водорозчинних біологічно-активних речовин і/або вітамінів і/або засобів для обробки насіння та вегетуючих рослин і 0,5 кг лецитину. При швидкості мішалки 50 об./хв. суміш перемішували і нагрівали до температури 40±2 °C. Отриману грубу емульсію диспергували на кавітаційному апараті гідродинамічного типу впродовж 5 циклів обробки при робочому тиску не менше 0,5-0,6 МПа. В результаті одержали 100 кг препарату з біологічно-активними речовинами і/або вітамінами, і/або засобами для передпосівної обробки насіння та вегетуючих рослин в ліпосомній формі. При цьому утворилась нестійка дисперсна система із значним відсотком великих багатошарових везикул більше 1000 нм. Приклад 2 В ємність з мішалкою і підігрівом з загальним об'ємом 150 літрів вносили 85 л води, 10 кг водорозчинних біологічно-активних речовин і/або вітамінів і/або засобів для обробки насіння та вегетуючих рослин і 5 кг лецитину. При швидкості мішалки 50 об./хв. суміш перемішували і нагрівали до температури 40±2 °C. Отриману грубу емульсію диспергували на кавітаційному апараті гідродинамічного типу впродовж 5 циклів обробки при робочому тиску не менше 0,5-0,6 МПа. В результаті одержали 100 кг фосфоліпідного препарату з біологічно-активними речовинами і/або вітамінами, і/або засобами для обробки насіння та вегетуючих рослин в ліпосомній формі. При цьому отримали стійку при зберіганні впродовж 7 діб систему в якій великі одношарові везикули із середнім умовним діаметром 350 нм становлять не менше 90 % і здатні утримувати до 60 % об'єму рідини. Приклад 3 В ємність з мішалкою і підігрівом з загальним об'ємом 150 літрів вносили 82,5 л води, 10 кг водорозчинних біологічно-активних речовин і/або вітамінів, і/або засобів для обробки насіння та вегетуючих рослин і 7,5 кг лецитину. При швидкості мішалки 50 об./хв. суміш перемішували і нагрівали до температури 40±2 °C. Отриману грубу емульсію диспергували на кавітаційному апараті гідродинамічного типу впродовж 5 циклів обробки при робочому тиску не менше 0,5-0,6 МПа. В результаті одержали 100 кг продукту з біологічно-активними речовинами і/або вітамінами, і/або засобами для обробки насіння та вегетуючих рослин в ліпосомній формі. Отримана дисперсна система є нестійкою і характеризується великим діапазоном дисперсності від 15 нм до 3 мкм. Збільшення кількості лецитину призводить до підвищення вартості продукту і є недоцільним. Приклад 4 В ємність з мішалкою і підігрівом з загальним об'ємом 150 літрів вносили 85 л води, 10 кг водорозчинних біологічно-активних речовин і/або вітамінів, і/або засобів для передпосівної обробки насіння та вегетуючих рослин і 5 кг лецитину. При швидкості мішалки 50 об./хв. суміш перемішували і нагрівали до температури 30±2 °C. Отриману грубу емульсію диспергували на кавітаційному апараті гідродинамічного типу протягом 5 циклів при робочому тиску не менше 0,5-0,6 МПа. В результаті одержали 100 кг продукту з біологічно-активними речовинами і/або вітамінами, і/або засобами для передпосівної обробки насіння та вегетуючих рослин в ліпосомній формі. При цьому утворилась нестійка дисперсна система із значним відсотком великих багатошарових везикул більше 1000 нм і низькою інкапсулюючою здатністю, що пояснюється природою фосфоліпідів. Використання температур понад 42 °C є також недоцільним через складність роботи обладнання при високих температурах, витрати електроенергії на нагрівання і зниження активності біологічно активних речовин. Приклад 5 В ємність з мішалкою і підігрівом з загальним об'ємом 150 літрів вносили 85 л води, 10 кг водорозчинних біологічно-активних речовин і/або вітамінів, і/або засобів для передпосівної обробки насіння та вегетуючих рослин і 5 кг лецитину. При швидкості мішалки 50 об./хв. суміш перемішували і нагрівали до температури 40±2 °C. Отриману грубу емульсію диспергували на кавітаційному апараті гідродинамічного типу протягом 5 циклів при робочому тиску 0,4 МПа. В результаті одержали 100 кг продукту з біологічно-активними речовинами і/або вітамінами, і/або засобами для передпосівної обробки насіння та вегетуючих рослин в ліпосомній формі. Середній умовний діаметр утворених везикул становить 810 нм. При цьому дисперсна система представлена значним відсотком великих багатошарових везикул більше 1000 нм і низькою інкапсулюючою здатністю. 3 UA 115199 C2 5 10 15 20 Проведення диспергування при робочому тиску вище 0,6 МПа дозволяє зменшити середній розмір везикул до 200 нм, але при цьому зменшується їх сумарний внутрішній об'єм, що є недоцільним для потреб харчової промисловості і сільського господарства. Крім того, це збільшує питомі витрати електроенергії на одиницю продукту. Приклад 6 Фосфоліпідний препарат одержували за способом, що описаний у прикладі 2, причому отриману грубу емульсію диспергували на кавітаційному апараті гідродинамічного типу впродовж 1 циклу обробки при робочому тиску 0,5-0,6 МПа. В результаті одержали 100 кг продукту з біологічно-активними речовинами і/або вітамінами, і/або засобами для передпосівної обробки насіння та вегетуючих рослин в ліпосомній формі. При цьому розміри утворених частинок знаходилися у великому діапазоні і така система є нестійкою. Приклад 7 Фосфоліпідний препарат одержували за способом, що описаний у прикладі 2, причому отриману грубу емульсію диспергували на кавітаційному апараті гідродинамічного типу впродовж 9 циклів обробки при робочому тиску 0,5-0,6 МПа. В результаті одержали 100 кг продукту з біологічно-активними речовинами і/або вітамінами, і/або засобами для передпосівної обробки насіння та вегетуючих рослин в ліпосомній формі. При цьому розмір везикул фосфоліпідного препарату майже не відрізняються від способу, описаному у прикладі 2, тому диспергування емульсії більше 5 циклів є недоцільним. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 25 30 Спосіб одержання наноформи фосфоліпідного препарату, що передбачає змішування водної фази і жирової фази на основі рослинних фосфоліпідів до утворення водно-жирової емульсії та її диспергування, який відрізняється тим, що змішування здійснюють в швидкісній мішалці з одночасним підігрівом до температури 40±2 °С, при цьому концентрація фосфоліпідів в водножировій емульсії становить від 2,5 % до 5,0 %, та диспергують в кавітаційному апараті гідродинамічного типу при робочому тиску не менше 0,5-0,6 МПа до одержання частинок фосфоліпідного препарату із середнім діаметром щонайбільше 500 нм. Комп’ютерна верстка О. Рябко Міністерство економічного розвитку і торгівлі України, вул. М. Грушевського, 12/2, м. Київ, 01008, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4