Настоящая работа направлена на разработку технологических операций для получения растительного аналога фармацевтического желатина и капсул из него. В качестве сырья и компонентов для получения капсул в настоящем проекте будут использованы: растительные гидроколлоиды - карбоксиметилцеллюлоза, альгинат натрия, гидроксипропилметилцеллюлоза.
В настоящее время в фармацевтической промышленности широко используются карбоксиметилцеллюлоза, альгинат натрия, желатин, коллаген, гидроксипропилметилцеллюлоза [2; 3].
Большое значение для применения растительных аналогов фармацевтического желатина как гелеобразователей имеют условия перевода жидкой системы в гелеобразное состояние. Эти условия должны обеспечивать достаточно быстрое протекание процесса гелеобразования с регулируемой скоростью. Для получения объемных продуктов (трехмерная сетка геля) наиболее удобны методы термотропного гелеобразования. Ввиду относительно низких скоростей диффузии ионов металлов в растворы биополимеров, процессы ионотропного гелеобразования наиболее эффективны при получении одно- и двухмерных гелей-волокон и пленок [4-6].
Основанием для проведения научно-исследовательских, технологических исследований является Договор № 1 от 01.01.2013 на выполнение научно-исследовательских, опытно-технологических работ с Дополнением № 1 от 13.02.2013 в рамках Комплексного проекта «Разработка технологии и организация высокотехнологичного промышленного производства фармацевтического желатина и его аналогов для капсул медицинского назначения» по Постановлению Правительства РФ № 218, 3 очередь.
Целью данной работы являлось определение органолептических, физико-химических, оптических, реологических и структурно-механических свойств растительных аналогов фармацевтического желатина для производства мягких капсул, их комплексная характеристика.
Объекты и методы исследований
Основными объектами исследований в технологическом процессе производства растительных аналогов фармацевтического желатина являлись:
- карбоксиметилцеллюлоза;
- гидроксипропилметилцеллюлоза;
- крахмал;
- агар;
- пектин;
- каррагинан.
Массовую долю влаги определяли с использованием термостата КС-65 и аналитических весов ATL-220-d4-1 (Acculab, США). Массовую долю общей золы определяли с использованием муфельной печи ПЛ 10/2,5 (Россия) и аналитических весов ATL-220-d4-1 (Acculab, США). Для определения массовой доли азота применяли аналитические весы ATL-220-d4-1 (Acculab, США), дигестор D8 (Foss Tecator, Швеция) и полуавтоматический анализатор азота/белка Kjeltec 8200 (Foss Tecator, Швеция).
В ходе исследования были использованы следующие реагенты: вода деионизованная MillyQ, кислота соляная (Сигма Тек, особо чистая, Россия), гидроксид натрия (Sigma Aldrich).
Величину ед. pH растворов регистрировали в непрерывном режиме с помощью pH-метра S20 (Mettler Toledo, Швейцария). В ходе измерения исследуемый раствор постоянно интенсивно перемешивали с помощью магнитной мешалки (Biosan, MMS-3000). Раствор соляной кислоты добавляли автоматической пипеткой, объемом 1 мл. Добавление раствора щелочи производили шприцом Hamilton. Объем добавляемой порции раствора щелочи составлял от 10 до 25 мкл.
Для детекции прозрачности на длине волны 650 нм использовали спектрофотометр Cary 50.
В ходе работы было проведено тестирование растительных аналогов фармацевтического желатина для получения капсул по показателям химической и микробиологической безопасности. Было проведено тестирование сырья и компонентов для получения растительных аналогов фармацевтического желатина на содержание тяжелых металлов и токсичных элементов, радионуклидов, остаточного содержания пестицидов и микробиологических показателей.
Термодинамические характеристики растворов растительных аналогов желатина определяли с использованием дифференциального сканирующего микрокалориметра ДАСМ-4 (Пущино, Россия) в интервале температур от 10 до 120 °С при скорости нагрева 2 °С/мин и избыточном давлении 2,5 бар. Образцом сравнения служила Milli-Q вода. Шкала избыточной теплоемкости для каждого эксперимента калибровалась с помощью эффекта Джоуля-Ленца.
Данные системы исследовались по следующим физико-химическим показателям:
- токсические элементы;
- микробиологические показатели;
- органолептические показатели;
- массовые доли влаги, золы, протеина, примесей;
- кислотность.
Исследования проводились с помощью стандартных методик.
Результаты и их обсуждение
1. Органолептические и физико-химические характеристики растительного аналога фармацевтического желатина из крахмала
После проведения комплексной характеристики органолептических свойств всех образцов растительных аналогов фармацевтического желатина из крахмала установлено, что все исследованные образцы растительных аналогов фармацевтического желатина из крахмала представляют собой однородные кремовые порошки с запахом крахмала.
Результаты анализа физико-химических показателей растительных аналогов фармацевтического желатина из крахмала представлены в таблице 1.
Таблица 1
Результаты анализа физико-химических показателей растительных аналогов фармацевтического желатина из крахмала
|
Показатель |
Образец* |
Требования ГОСТ 51985-2002 |
Метод анализа |
|||
|
Крахмал образец 1 |
Крахмал образец 2 |
Крахмал образец 3 |
Крахмал образец 4 |
|||
|
Количество крапин на 1 дм2 ровной поверхности жела-тина при рассмотре-нии невооруженным глазом |
79 |
70 |
36 |
24 |
не более 300 |
ГОСТ 23058-89 |
|
Массовая доля влаги, % |
не более 14 |
не более 14 |
не более 13 |
не более 13 |
не более 14 |
|
|
Массовая доля общей золы в пересчете на сухое вещество, % |
0,19 |
0,19 |
0,15 |
0,16 |
не более 0,20 |
|
|
Массовая доля протеина в пересчете на сухое вещество, % |
0,5 |
0,6 |
0,8 |
0,8 |
не более 0,8 |
|
|
Кислотность, см3 0,1 моль/дм3 раствора гидроокиси натрия в 100 г сухого вещества |
20,5±0,1 |
20,2±0,5 |
15,6±0,1 |
13,7±0,4 |
не более 20 |
|
|
Содержание диоксида серы, мг/кг |
не обнаружен |
не обнаружен |
не обнаружен |
не обнаружен |
не более 50 |
|
|
Наличие примесей |
отсутствуют |
отсутствуют |
отсутствуют |
отсутствуют |
не допускаются |
|
*- брали несколько усредненных образцов крахмала К1.
Как видно из представленных данных (табл. 1), все исследованные образцы растительных аналогов фармацевтического желатина из крахмала показали удовлетворительные характеристики по массовой доле влаги (от 8,9 до 11,2%), массовой доле протеина в пересчете на сухое вещество (от 0,15 до 0,31%), количеству крапин на 1 дм2 ровной поверхности крахмала.
Результаты определения водородного показателя ед. рН растворов всех образцов растительных аналогов фармацевтического желатина из крахмала, КМЦ, ГПМЦ, каррагинана и агара приведены в таблице 2.
Таблица 2
Величины ед. pH водных растворов исследуемых компонентов для получения капсул
|
Вещество |
Образец* |
|||||||
|
Крахмал образец 1 |
Крахмал образец 2 |
Крахмал образец 3 |
Крахмал образец 4 |
|||||
|
Концентрация, % |
1 |
5 |
1 |
5 |
1 |
5 |
1 |
5 |
|
Ед. pH |
3,5 |
3,4 |
3,6 |
3,3 |
4,0 |
3,8 |
3,6 |
3,5 |
|
|
||||||||
|
Вещество |
КМЦ образец 1 |
КМЦ образец 2 |
КМЦ образец 3 |
КМЦ образец 4 |
||||
|
Концентрация, % |
0,3 |
1,2 |
0,3 |
1,2 |
0,3 |
1,2 |
0,3 |
1,2 |
|
Ед. pH |
3,5 |
3,8 |
3,6 |
3,9 |
3,7 |
3,9 |
3,6 |
3,8 |
|
|
||||||||
|
Вещество |
ГПМЦ образец 1 |
ГПМЦ образец 2 |
ГПМЦ образец 1 |
ГПМЦ образец 2 |
||||
|
Концентрация, % |
0,5 |
1,5 |
0,5 |
1,5 |
0,5 |
1,5 |
0,5 |
1,5 |
|
Ед. pH |
3,8 |
3,8 |
3,0 |
3,2 |
3,4 |
3,2 |
3,3 |
3,2 |
|
|
||||||||
|
Вещество |
Aгар образец 1 |
Aгар образец 2 |
Aгар образец 3 |
Aгар образец 4 |
||||
|
Концентрация, % |
0,3 |
1,2 |
0,3 |
1,2 |
0,5 |
1,5 |
0,5 |
1,5 |
|
Ед. pH |
8,5 |
8,9 |
8,8 |
8,9 |
8,6 |
8,6 |
9,0 |
9,0 |
*- брали усредненные образцы перечисленных выше аналогов фармацевтического желатина.
Водные растворы растительных аналогов фармацевтического желатина из крахмала, КМЦ и ГПМЦ характеризовались близкими величинами водородного показателя в диапазоне от 3 до 4 ед. pH.
Исследованные образцы растительных аналогов фармацевтического желатина из агаров практически идентичны по прозрачности. Среди всех исследованных гидроколлоидов наибольшей прозрачностью характеризовались растворы и гели на основе образца 1 из каррагинана. В то же время образец 2 из каррагинана - по мутности выделяется среди исследованных растительных аналогов фармацевтического желатина из агаров и каррагинанов.
Заключение
В ходе проведенных исследований определена комплексная характеристика органолептических, физико-химических, оптических, буферных, реологических и структурно-механических свойств, показателей химической активности растительных аналогов фармацевтического желатина и их комбинаций для получения капсул. Были охарактеризованы образцы растительных аналогов фармацевтического желатина из крахмала, карбоксиметилцеллюлозы, агара, из гидроксипропилметилцеллюлозы и каррагинана.
В результате проведенных исследований изучены комплексные свойства растительных аналогов фармацевтического желатина, доказана возможность использования растительных аналогов фармацевтического желатина для получения мягких капсул.
Рецензенты:
Попов А.М., д.т.н., профессор, зав. кафедрой прикладной механики, ФГБОУ ВПО «КемТИПП», г. Кемерово;
Курбанова М.Г., д.т.н., зав. кафедрой технологии хранения и переработки сельскохозяйственной продукции ФГБОУ ВПО «Кемеровский государственный сельскохозяйственный институт», г. Кемерово.