В статье представлены результаты изучения технологических факторов, влияющихна полноту выхода биологических активных веществ. Установлены параметры качества: пористость, порозность, удельная масса, насыпная масса, объемная масса, свободный объемслоя сырья, а также коэффициенты поглощения экстрагентов корней Ферулы акичкенской (Ferulaakitschkensis) и Ферулы Келлера (Ferulakelleri), которые позволяют повысить эффективность технологии экстрагирования. Сравнительное изучение зависимости выхода экстрактивных веществ от степени измельчения сырья показало оптимальность размера 3 -5 мм.
Введение. Инновационные технологии, новые подходы к созданию лекарственных препаратов, сочетание классических технологических приемов с новейшими тенденциями делает фармацевтическое производство направлением с позитивной динамикой развития. Но наряду с появлением новых синтетических препаратов, а также биотехнологической продукции остается актуальным использование растительного сырья для получения лекарственных средств. Фитопрепараты имеют ряд бесспорных преимуществ перед синтетическими средствами и являются препаратами выбора в различных возрастных группах, в том числе и для целей профилактической медицины. По данным ВОЗ к 2020 году количество фитопрепаратов в ассортименте лекарственных средств составит 60%. Так, поданным литературы [1] из 1335 наименований новых действующих веществ, введенных на фармацевтический рынок с 1981 по 2010 гг.на долю растительных средств приходится около 65%. Поэтому разработка новых фитосредств и введение их в промышленное производство - одна из первоочередных задач фармацевтической науки. Учитывая, что государствами - членами ЕАЭС взят курс на импортозамещение [2],в том числе и в области разработки лекарственных средств, актуальным является поиск отечественных сырьевых ресурсов фитопрепаратов. Привлекают внимание представители отечественной флоры: Ферулы акичкенской (Ferulaakitschkensis^ Ферулы Келлера (Ferulakelleri), которые имеют достаточные сырьевые запасы, опыт применения в народной медицине [3-5].Одним из основных, обязательных в разработке фитопрепаратов этапов, является изучение технологических параметров сырья, которые дают возможность оптимизировать технологию, а определение суммы экстрактивных веществ позволяет осуществить подбор параметров экстрагирования и является одним из критериев качества сырья, согласно требованиям фармакопей [6,7].Целью работы было определить технологические параметры корней Ферулы акичкенской и Ферулы Келлера : пористость, порозность, удельную массу, насыпную массу, объемную массу, свободный объем слоя сырья, атакже коэффициенты поглощения экстрагентов и суммы экстрактивных веществ для разработки эффективного способа получения целевого продукта.
Материалы и методы. В качестве объектов исследования намибыли использованы корни Ферулы акичкенской и Ферулы Келлера, заготовленные в сентябре-октябре 2017 на территории Заилийского Алатау (Алматинская область).Подготовка проб для исследования. Сырье высушивали методом естественной воздушно-теневой сушки и измельчали. Изучали зависимость выхода экстрактивных веществ от степени дисперсности сырья. Определение каждого параметра проводили с 5образцами каждой серии сырья. Результаты обрабатывали методом математической статистики, согласно требованиям Фармакопеи [8, 9].Определение насыпной массы. Насыпную массу (dn) определяли как отношение массы измельченного сырья при естественной влажности к занятому сырьем полному объему, который включает поры частиц и пустоты между ними. В мерный цилиндр помещали измельченное сырье, слегка встряхивали для выравнивания сырья и определяли полный объем, который оно занимало. После этого сырье взвешивали. Насыпную массу ^н, г/см3) рассчитывали по формуле:
dн = Рн / Ѵн, где: P н масса измельченного сырья при определенной влажности, г; Ѵн объем, который занимает сырье, см3.
Определение удельной массы. Удельная масса (dy) - отношение массы абсолютно сухого измельченного сырья к объему растительного сырья. Около 5,0 г (точная навеска) помещали в пикнометр емкостью 100 мл, заливали водой очищенной на 2/3 объема и выдерживали на кипящий водяной бане в течение 1,5-2 ч, периодически перемешивая для удаления
воздуха из сырья. После этого пикнометр охлаждали до 20°С, доводили объем до метки водой очищенной. Таким образом определяли массу пикнометра с сырьем и водой. Предварительно определяли вес пикнометра с водой.
Удельную массу (dy, г/см3) рассчитывали по формуле:
Р х dж
Р + G - F
dy =
где: Р - масса абсолютно сухого сырья, г;
G - масса пикнометра с водой, г;
F - масса пикнометра с водой и сырьем, г; dж - удельная масса воды, г/см3 (^ж =0,9982 г /).
Определение объемной массы. Объемную массу (d0), определяли как соотношение
измельченного сырья при определенной влажности к его полному объему, который включает поры, трещины и капилляры, заполненные воздухом. Около 10,0 г (точная навеска) измельченного до 2-3 мм сырья быстро помещали в мерный цилиндр с жидкостью (вода очищенная) и определяли объем. По разности объемов в мерном цилиндре определяли объем, который занимает сырье.
Объемную массу (d0, г/см3) рассчитывали по формуле :
d0 = Р0/Ѵ0,
где: P0 масса измельченного сырья при определенной влажности, г; Ѵ0 объем, который занимает сырье, см3.
Определение порозности сырья. Порозность слоя характеризовала величину полостей между частицами растительного материала. Она определялась как отношение разницы между
объемной и насыпной массами к объемной массе.
Порозность сырья (Пш) рассчитывали по формуле:
d0 х dn
Пш = --- d0 ,
где: d0 - объемная масса сырья, г/см3; dn - насыпная масса сырья, г/см3.
Определения пористости сырья. Пористость характеризовала величину полостей внутри частиц сырья и определялась как отношение
разницы между удельной массой(плотностью) и объемной массой к удельной массе.
Пористость (Пс) сырья рассчитывали по формуле :
dY х dо
Пс = ,
d.y ,
где: dу - удельная масса сырья, г / см3;
d0 - объемная масса сырья, г/см3.
Определение свободного объема слоя.
Свободный объем слоя характеризовал относительный объем пустот в единице слоя сырья (полости внутри частиц и между ними)и определялся как отношение между разницей
dY х dn
V=
dy
где: dy - удельная масса сырья, г/см3; dn - насыпная масса сырья, г/см3.
Определение коэффициента полощения экстрагента. Коэффициент поглощения экстрагента (Х) - это количество растворителя, который заполнял межклеточные поры, вакуоли, воздушные полости в сырье и неизвлекался из шрота. Около 5,0 г измельченного сырья, взвешенного с точностью до ± 0,01 г, помещали в мерный цилиндр и заливали экстрагентом (вода и этанол 30%,
удельной массы и насыпной массы кудельной массе.
Свободный объем слоя (V) рассчитывали по формуле: 50%, 70%, 96%) таким образом, чтобы сырье было покрыто полностью, и оставляли на несколько часов.Затем сырье фильтровали через бумажный фильтр. Фильтрат помещали в другой мерный цилиндр и фиксировали его объем.
Коэффициент поглощения экстрагента (Х, мл / г) рассчитывали по формуле:
- х V1
V=
Р где: V - объем экстрагента, которым заполняли сырье, мл;
- - объем экстрагента, полученного после поглощения сырьем, мл;
Р - масса измельченного сырья, г.
Определение экстрактивных веществ. Экстрактивные вещества извлекали из сырья водой и смесями воды и этанола с возрастающей концентрацией последнего (30%,50%, 70%, 96%).Около 1,0 г (точная навеска) сырья, просеянной сквозь сито с отверстиями диаметром 1 мм, помещали в коническую колбу емкостью 200-250 мл, добавляли 50 мл растворителя, колбу закрывали пробкой, взвешивали (с точностью до 0,01 г) и оставляли на один час. Затем колбу соединяли с обратным холодильником, нагревали на водяной бане, поддерживая слабое кипение в течение 2 ч. После охлаждения колбу снова взвешивали, закрыв заранее той же пробкой, и потерю в массе заполняли растворителем. Содержимое колбы взбалтывали и фильтровали через сухой бумажный фильтр всухую колбу емкостью 150200 мл. 25 млфильтрата пипеткой перенос или в заранее высушенную при температуре 100-105 °С до постоянной массы и точно взвешенную фарфоровую чашку диаметром 7-9 см и выпаривали на водяной бане досуха. Чашку с остатком сушили при температуре 100-105 °С до постоянной массы, затем охлаждали в течение 30 мин в эксикаторе с безводным кальция хлоридом и взвешивали. Результаты после расчета представлены в таблице 3.
Содержание экстрактивных веществ (Х,%) в пересчете на абсолютно сухое сырье вычисляли по формуле:
m х 200 х100
Х = m1 х (100 W)
где: m масса сухого остатка, г;
m1 масса сырья, г;
W потеря в массе при высушивании сырья, %.
Результаты и обсуждение. Результаты приведены в таблицах 1 (корни Ферулы изучения технологических параметров акичкенской) и 2 (корни Ферулы Келлера).
Таблица 1 Технологические параметры корней Ферулы акичкенской Технологический параметр Степень измельчения сырья, мм
|
Технологический параметр |
Степень измельчения сырья, мм |
|||
|
1-3 |
3-5 |
5-7 |
||
|
Удельная масса (dy) г/см3 |
5,26±0,12 |
4,98±0,03 |
4,91±0,11 |
|
|
Насыпная масса (dn), г/см3 |
0,25±0,01 |
0,18±0,01 |
0,13±0,01 |
|
|
Объемная масса (d0), г/см3 |
0,22±0,01 |
0,21±0,01 |
0,17±0,04 |
|
|
Пористость (Пс) |
0,95±0,01 |
0,96±0,01 |
0,94±0,01 |
|
|
Порозность (Пж) |
0,06±0,34 |
0,05±0,26 |
0,23±0,01 |
|
|
Свободный объем слоя сырья (V) |
0,95±0,01 |
0,94±0,01 |
0,95±0,01 |
|
|
Коэффициенты поглощения экстрагента |
||||
|
Вода очищенная |
6,05±0,25 |
6,76±0,32 |
6,94±0,41 |
|
|
20 % этанол |
4,12±0,22 |
4,72±0,26 |
5,05±0,29 |
|
|
50 % этанол |
3,88±0,14 |
4,35±0,12 |
4,62±0,27 |
|
|
70 % этанол |
3,25±0,16 |
3,94±0,09 |
4,11±0,17 |
|
|
96 % этанол |
2,14±0,15 |
3,61±0,09 |
3,94±0,10 |
|
Таблица 2 Технологический параметр Степень измельчения сырья корней Ферулы Келлера, мм
|
Технологический параметр |
Степень измельчения сырья, мм |
|||
|
1-3 |
3-5 |
5-7 |
||
|
Удельная масса (dy) г/см3 |
5,25±0,12 |
4,97±0,03 |
4,92±0,11 |
|
|
Насыпная масса (dn), г/см3 |
0,24±0,01 |
0,18±0,01 |
0,12±0,01 |
|
|
Объемная масса (d0), г/см3 |
0,22±0,01 |
0,22±0,01 |
0,16±0,04 |
|
|
Пористость (Пс) |
0,95±0,01 |
0,94±0,01 |
0,93±0,01 |
|
|
Порозность (Пж) |
0,05±0,34 |
0,06±0,26 |
0,22±0,01 |
|
|
Свободный объем слоя сырья (V) |
0,94±0,01 |
0,92±0,01 |
0,94±0,01 |
|
|
Коэффициенты поглощения экстрагента |
||||
|
Вода очищенная |
6,06±0,25 |
6,73±0,32 |
6,96±0,41 |
|
|
20 % этанол |
4,11±0,22 |
4,71±0,26 |
5,04±0,29 |
|
|
50 % этанол |
3,84±0,14 |
4,37±0,12 |
4,60±0,27 |
|
|
70 % этанол |
3,24±0,16 |
3,92±0,09 |
4,12±0,17 |
|
|
96 % этанол |
2,12±0,15 |
3,63±0,09 |
3,93±0,10 |
|
Экстрактивных веществ объектов исследования приведены в таблице 3.
Как видно из экспериментальных данных, приведенных в таблицах, оптимальной степенью измельчения для сырья объектов
исследования является 3-5 мм, наблюдается оптимальный выход экстрактивных веществ и полное смачивание сырья, без его
Таблица 3 Содержание экстрактивных веществ в объекта х исследования Наименование экстрагента Объект исследования / степень измельчения сырья, мм корней Ферулы акичкенскойи Ферулы Келлера
|
Экстрагент |
Объект исследования / степень измельчения сырья, мм |
|||||
|
Корни Ферулы Акичкенской |
Корни Ферулы Келлера |
|||||
|
1-3 |
3-5 |
5 -7 |
1-3 |
3-5 |
5 -7 |
|
|
Содержание экстрактивных веществ, % |
||||||
|
Вода очищенная |
30,91 |
30,55 |
30,04 |
31,24 |
29,26 |
28,14 |
|
Этанол 20% |
30,05 |
29,55 |
28,30 |
30,85 |
28,47 |
28,28 |
|
Этанол 50% |
29,12 |
28,95 |
28,26 |
24,10 |
21,65 |
20,12 |
|
Этанол 70% |
29,11 |
28,93 |
28,22 |
22,65 |
20,55 |
19,16 |
|
Этанол 96 % |
21,32 |
20,90 |
20,61 |
19,42 |
18,83 |
18,04 |
принудительного перемешивания. Следует отметить, что при измельчении сырья до 1-3 мм выход экстрактивных веществувеличивается, однако качество продукта снижается и это может быть обусловлено значительной степенью загрязнения вытяжки механическими элементами сырья и повышенным выходом соэкстрактивных веществ.Степень измельчения 5-7 мм не позволяет в полной мере извлечь БАВ за определенное время, что отрицательно влияет на рентабельность технологического процесса. Выводы.
Исследованы технологические параметры(пористость, порозность, удельная масса, насыпная масса, объемная масса, свободный объем слоя сырья, а также коэффициенты поглощения экстрагентов) корней Ферулы акичкенской и Ферулы Келлера, установлены их числовые значения. Рациональное применение полученных данных в технологии экстракционных продуктов позволит повысить эффективность процесса их получения. Изучение технологических факторов и выхода экстрактивных веществ в сравнительном аспектев зависимости от размера частиц сырья позволило выбрать оптимальную степень измельчения 3-5 мм.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
- Newman D.J., Cragg G.M. Natural products assources of new drugs over the 30 years from 1981 to 2010 // J. Nat. Prod. 2012. №3 (75). Р. 311-335.
- Послания Главыгосударства народу Казахстана о т 14 декабря 2012года "Стратегия "Казахстан-2050": новый политический курс состоявшегося государства". [Интернет ресурс]. Режим доступа: http://strategy2 050.kz/ru/news/6178.
- В.Ю.Аверина Ареалы и ресурсы лекарственных растений Казахстана. Алма-Ата: Гылым, 1994. 167 с.
- Кукенов М.К. Изучение лекарственныхрастений Казахстана. Распространение и запасы лекарственных растений в западных Тянь-Шаня. Алма-Ата:1988. 129 с.
- Л.М.Грудзинская, Н.Г. Гемеджиева, Н.В. Нелина, Ж.Ж. Каржаубекова Аннотированный список лекарственных ьрастений Казахстана: Справочное издание. Алматы: 2014. 200 с.
- Государственная Фармакопея Республики Казахстан. Алматы: Издательский дом "ЖибекЖолы», 2009. 804 с.
- Государственная фармакопея СССР. Вып.2Общие методы анализа. Лекарственное растительное сырье/МЗ СССР. -М.: Медицина,1989. 400 с.