Анализ рынка капсулированных лекарственных препаратов и биологически активных добавок к пище (БАД) свидетельствует о пристальном внимании компаний - производителей капсул к поиску альтернатив традиционно применяемому в данной области желатину [1]. Эта тенденция основана на закономерностях развития мирового потребительского рынка: экономической целесообразности вследствие удешевления сырья, спросом потребителей на капсулированные лекарственные препараты и БАДы с новыми и разнообразными характеристиками, удовлетворяющими широкий круг потребителей, в том числе не употребляющих продукты животноводства по религиозным и/или поведенческим (вегетарианцы) мотивам. Все вышеперечисленные факторы обуславливают актуальность разработки технологии получения капсул на основе нетрадиционного сырья, в качестве которого могут выступать композиции из гидроколлоидов растительного происхождения [2].
Анализ мировой литературы свидетельствует, что в качестве альтернативы желатину для получения капсул могут применяться различные нейтральные и кислые растительные полисахариды: модифицированные и немодифицированные крахмалы, различные виды камедей и каррагинанов, пектины, производные целлюлозы - гидроксипропилметилцеллюлоза и карбоксиметилцеллюлоза [3]. Следует отметить, что Российская Федерация располагает как достаточными посевными площадями, так и производственной базой для получения большинства вышеперечисленных компонентов. Кроме того, кризис в животноводческой сфере, связанный с распространением инфекционных заболеваний (свиной грипп, губчатый энцефалит крупного рогатого скота) среди продуктивных животных, побочные продукты переработки которых применяются в качестве сырья для получения желатина, является дополнительным фактором, обуславливающим актуальность исследований по созданию композиций растительных полисахаридов, являющихся альтернативой желатину при производстве капсул.
Химическая стойкость полимерных пленок - это стабильность эксплуатационных свойств пленок при воздействии сред. Последние могут инициировать в пленках сорбцию компонентов среды, десорбцию из полимерного материала добавок (стабилизаторов, пластификаторов, красителей и т.п.), набухание (т.е. увеличение объема пленки вследствие поглощения среды) вплоть до растворения, изменение физической структуры (степени кристалличности, микропористости и др.) и химическую деструкцию полимера. Эти процессы могут протекать одновременно в любых сочетаниях. Отсюда следует, что для оценки химической стойкости полимерных пленок целесообразно применять несколько методов [3].
Химическая стойкость полимерных материалов зависит от их природы, строения, химического состава и может быть оценена количественно по кинетическим, диффузионным, сорбционным, механическим и другим параметрам. Однако такие данные пока немногочисленны и поэтому используют качественные оценки стойкости материалов. Обычно применяется трехбалльная шкала по изменению прочностных и деформационных свойств материалов при воздействии среды [4].
Большое распространение получила качественная оценка химической стойкости с помощью баллов (трех-, четырех- и пятибалльные системы). Эти оценки носят описательный характер: материал стойкий (устойчивый, химического разрушения не происходит) - балл 1, относительно стойкий (условно, ограниченно стойкий, применение допустимо) - балл 2, нестойкий (разрушается) - балл 3.
Можно оценивать химическую стойкость пленок в часах по окончательно разрушенной структуре.
Химическая стойкость материалов органического происхождения, кроме химического состава вещества, определяется структурой материала. При оценке химической стойкости этих материалов важную роль играет изменение физико-механических свойств степени полимеризации (вулканизации), плотности проницаемости, склонности к деструкции под воздействием агрессивных сред и др. Кроме того, при оценке возможности применения того или иного полимера необходимо учитывать условия его эксплуатации — в качестве самостоятельного защитного покрытия или как непроницаемого подслоя под футеровку. Естественно, в последнем случае степень воздействия агрессивной среды на него снижается [5].
Объекты и методы исследований
Материалы
В работе использованы материалы:
-
крахмал кукурузный (Danisco, Дания);
-
глицерин (99,0%, компания AppliChem, Германия);
-
желатин (компания AppliChem, Германия);
-
каппа-каррагинан (Danisco, Дания);
-
йота-каррагинан (Danisco, Дания);
-
геламил 308 (Danisco, Дания);
-
крахмал амилазный (Danisco, Дания).
Получение пленок
Пленки, исследуемые в работе, условно подразделялись на три группы в зависимости от состава; состав пленок представлен в таблице 1.
Таблица 1
Состав исследуемых пленок
|
Ингредиенты |
Количество, масс. % |
|||||||||
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
|
|
Крахмал кукурузный |
33,5 |
– |
– |
– |
– |
– |
– |
– |
– |
– |
|
Глицерин |
10,0 |
10,0 |
5,0 |
10,0 |
5,0 |
10,0 |
11,5 |
12,0 |
11,5 |
11,463 |
|
Вода |
66,5 |
66,5 |
50,0 |
40,0 |
35,0 |
66,5 |
70,0 |
65,67 |
55,0 |
65,0 |
|
Желатин |
– |
33,5 |
45,0 |
50,0 |
60,0 |
– |
– |
– |
– |
– |
|
Каппа-каррагинан |
– |
– |
– |
– |
– |
3,0 |
3,0 |
2,0 |
3,0 |
3,0 |
|
Йота-каррагинан |
– |
– |
– |
– |
– |
0,5 |
0,5 |
0,33 |
0,5 |
0,5 |
|
Геламил 308 |
– |
– |
– |
– |
– |
20,0 |
– |
– |
30,0 |
20,0 |
|
Крахмал амилазный |
– |
– |
– |
– |
– |
– |
15,0 |
20,0 |
– |
– |
|
Калия хлорид |
– |
– |
– |
– |
– |
– |
– |
– |
– |
0,02 |
|
Пропилпарагидроксибензоат |
– |
– |
– |
– |
– |
– |
– |
– |
– |
0,0035 |
|
Метилпарагидроксибензоат |
– |
– |
– |
– |
– |
– |
– |
– |
– |
0,014 |
Полученные образцы пленок из растительных аналогов фармацевтического желатина (в количестве 10 шт.) были разделены по визуальным характеристикам на три группы и пронумерованы (рис. 1-3).
Рис. 1. 1 группа.
Рис. 2. 2 группа.
Рис. 3. 3 группа.
К I группе относится пленка № 1, ко II группе – пленки № 2-5, к III группе – пленки № 6-10.
Пленка № 1 высушена при температуре 80 °С, пленки № 2-10 высушены при комнатной температуре.
Из каждой группы образцы были исследованы.
Растворы кислот и щелочей готовили в соответствии с нормативными документами.
Результаты и их обсуждение
Результаты исследования химстойкости пленок и капсул из растительных аналогов фармацевтического желатина приведены в таблице 2.
Таблица 2
Исследование химической стойкости образцов пленок и капсул из растительных аналогов фармацевтического желатина
|
Образец Растворитель |
№ 1 |
№ 2 |
№ 3 |
Капсула с вазелиновым маслом |
Капсула с витамином Е |
|
|
Время растворения образца |
H2SO4, конц. |
* |
* |
* |
* |
* |
|
H2SO4, 0,1 M |
- |
- |
- |
18 часов (муть) |
4 часа |
|
|
HCI, конц. |
52 мин. |
52 мин. |
40 мин. |
40 мин. |
40 мин. |
|
|
HCI, 0,1 M |
- |
- |
- |
4 часа (осадок) |
4 часа |
|
|
NaOH, 2 M |
55 мин. |
52 мин. |
40 мин. |
40 мин. |
55 мин. |
|
|
NaOH, 0,1 M |
18 часов |
18 часов (осадок) |
18 часов (осадок) |
4 часа (муть) |
130 мин. |
|
|
Молочная кислота |
- |
18 часов (осадок) |
18 часов (осадок) |
18 часов (осадок) |
18 часов |
|
|
Этилацетат |
- |
- |
- |
- |
- |
|
|
Этанол |
- |
- |
- |
- |
- |
|
Примечания:
«*» - образец потемнел, но не растворился;
«-» - не растворился в течение 18 часов.
Из табличных данных следует, что наилучшее растворение образцов пленок и капсул на основе растительных аналогов фармацевтического желатина происходит в растворе онцентрированной соляной кислоты, что объясняется чрезвычайной агрессивностью среды.
Стойкость полимеров к воздействию различных химических реагентов и растворителей изменяется в широких пределах не только от полимера к полимеру, но в некоторых случаях и в пределах различных сортов одного и того же полимера. Обобщения относительно химической стойкости того или иного полимера следует производить с большой осторожностью, так как весьма часто встречаются исключения. Тем не менее определенные структурные и химические свойства полимера можно использовать для приближенной оценки стойкости к воздействию различных химических реагентов.
Химическая стойкость пленок и капсул на основе растительных аналогов фармацевтического желатина связана также со способностью наполнителя смачиваться агрессивной средой. Как следует из данных таблицы 2, наилучшее смачивание пленок и капсул происходит концентрированной соляной кислотой.
Воздействие соляной кислоты приводит к разрыхлению полимера, к уменьшению его плотности, а, следовательно, к быстрому разрушению и растворению.
Уменьшение плотности структуры связано с наличием дефектов, особенно в поверхностном слое, на границе раздела полимер-растворитель. Микротрещины и воздушные полости облегчают миграцию жидкой среды в пленку или капсулу, что снижает межмолекулярное взаимодействие и приводит к уменьшению прочностных характеристик материала.
Заключение
Таким образом, установлено, что наилучшее растворение образцов пленок и капсул на основе растительных аналогов фармацевтического желатина происходит в растворе концентрированной соляной кислоты, что объясняется чрезвычайной агрессивностью среды, наилучшим смачиванием материалов в соляной кислоте, а также наличием микропустот и трещин в структуре пленок и капсул на основе растительных аналогов фармацевтического желатина, при воздействии кислоты снижается плотность полимеров, и структуры разрушаются очень быстро.
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 для капсул и его аналогов» по постановлению Правительства РФ #218, 3 очередь.
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.