Реологічні властивості оболонок КАПСУЛ З РОСЛИННИХ АНАЛОГІВ ФАРМАЦЕВТИЧНОГО желатину

1. бібліографічна посилання

1 Просеков А.Ю. 1 Ульріх Є.В. 1 Бабич О.О. 1 Сухих С.А. 1

1 ФГБОУ ВО «Кемеровський технологічний інститут харчової промисловості»

Вивчено реологічні властивості оболонок капсул з рослинних аналогів фармацевтичного желатину. Встановлено, що гелеутворення найкраще йде при значенні рН, що відповідає ізоелектричної точці, так як при цьому по всій довжині молекулярного ланцюга розташоване однакове число протилежно заряджених іонізованих груп, що сприяє встановленню зв'язку між окремими макромолекулами. Зі зміною рН (в обидві сторони від ізоелектричної точки) макромолекули набувають однойменний заряд, що перешкоджає утворенню між ними зв'язку. Доведено, що водні розчини рослинних аналогів поводяться аналогічно розчинів низькомолекулярних сполук. Нагрівання призводить до необоротного руйнування молекул рослинних аналогів фармацевтичного желатину. Встановлено, що водні розчини оболонок капсул з рослинних аналогів фармацевтичного желатину здатні утворювати гель при кімнатній температурі в досить низьких концентраціях і можуть бути рекомендовані до додаванню в технологічну суміш для отримання капсул медичного призначення в якості гелеобразующіх агентів. Доведено, що параметри технологічних процесів, які використовуються при виробництві капсул фармакологічного призначення, також можуть впливати на притаманні сумішами реологічнівластивості. Так, при включенні до складу сумішей значної кількості крохмалю необхідно буде особливу увагу приділити підбору часів проведення основних технологічних операцій.

в'язкість

реологія

рослинні аналоги

фармацевтичний желатин

капсули

1. Danilenko AN Equilibrium and cooperative unit of the process of melting of native starches with different packing of the macromolecule chains in the crystallites / AN Danilenko, Ye.V. Shtykova, VP Yuryev // Biophysics (in Russian). - 1994. - Vol. 39. - P. 427-432.

2. Grinberg V.Ya. Thermodynamics of Conformational Ordering of ι-Carrageenan in KCl Solutions Using High-Sensitivity Differential Scanning Calorimetry / V.Ya. Grinberg, NV Grinberg, AI Usov, NP Shusharina, AR Khokhlov, KG de Kruif // Biomacromolecules. - 2001. - Vol. 2. - P. 864-873.

3. Luzio GA Determination of galacturonic aid content of pectin using a microtiter plate assay // Proc. Fla. State Hort. Soc. - 2004. - Vol. 117. - P. 416-421

4. Parker R. Aspects of the Physical Chemistry of Starch / R. Parker, SG Ring // Journal of Cereal Science. - 2001. - Vol. 34. - P. 1-17.

5. Wang TA Starch: as simple as A, B, C. / TA Wang, T. Ya. Bogracheva, CL Hedley // Journal of Experimental Botany. - 1998. - Vol. 49. - P. 481-502.

Реологія - це розділ фізичної механіки, присвячений вивченню процесу течії. В даний час вона включає в себе практично всі аспекти процесу деформування матеріалів під впливом прикладених зовнішніх напружень. По суті, реологія вивчає особливості сприйнятливості матеріалів (в тому числі полімерних), що знаходяться в різних агрегатних станах, до додатка зовнішнього поля сил [1].

В'язкість розчинів, що містять макромолекули, зазвичай вище в'язкості розчинів низькомолекулярних сполук і колоїдних розчинів тих же концентрацій [2]. Тільки дуже розбавлені розчини високомолекулярних сполук можна вважати котрі підпорядковуються законам Ньютона і Пуазейля. Довгий час високу в'язкість розчинів високомолекулярних сполук пояснювали великий сольватацией макромолекул. Однак згодом, у зв'язку з виявленням порівняно незначною сольватації макромолекул, прийшли до переконання, що відхилення в'язкості розчинів високомолекулярних сполук від законів, яким підкоряються розчини низькомолекулярних речовин, слід пояснити особливостями гідродинаміки систем, що містять витягнуті і гнучкі макромолекули, і наявністю в них асоціатів і легко руйнуються структур [3].

На форму макромолекули в розчині істотно впливає природа розчинника. В одному розчиннику молекули полімерів можуть бути більш витягнуті, в іншому - більш згорнуті в клубок. Як правило, чим краще полімер розчиняється в даній рідини, що більше він сольватованих, тим менше ділянки молекулярної ланцюга взаємодіють один з одним, тим більше витягнуті макромолекули і тим вище в'язкість розчину. У поганому розчиннику макромолекули мало сольватовані і тому утворюють більш компактні клубки. Таким чином, для одного і того ж полімеру, розчиненого в різних розчинниках, буде змінюватися гідродинамічний опір макромолекул потоку рідини, а отже, і характеристична в'язкість.

Крім залежності коефіцієнта в'язкості від градієнта швидкості для розчинів середньої концентрації спостерігаються і інші аномалії, наприклад, збільшення в'язкості при стоянні розчину, зменшення в'язкості після нагрівання і наступного охолодження розчину, після перемішування і т.д. Всі ці аномалії є наслідком неравновесности розчину, з яким має справу експериментатор, і відбуваються через схильність системи до структурування [4].

Дуже характерно зміна в'язкості розчинів полімерів зі збільшенням їх концентрації. На відміну від розчинів низькомолекулярних сполук, для яких характерне лінійне зростання в'язкості від концентрації, для розчинів полімерів з підвищенням концентрації в'язкість цього розчину зростає дуже різко по кривій, зверненої опуклістю до осі концентрації. Однією з причин різкого збільшення в'язкості з підвищенням концентрації є утворення в системі структур.

На в'язкість, так само як і на осмотичний тиск досить концентрованих розчинів високомолекулярних речовин, може впливати спосіб приготування розчину. І тут такий вплив пояснюється повільним встановленням рівноваги в системі.

Гелеутворення. Розчини високомолекулярних речовин в певних умов втрачають свою плинність, тобто переходять в гелі. Гелеутворення може відбуватися спонтанно (мимовільно), в результаті зміни температури, при концентруванні розчину або при додаванні до нього не дуже великих кількостей електроліту. Як правило, під дією цих факторів структурна в'язкість системи зростає, що призводить до перетворення рідини в гель - систему, яка виявляє ряд властивостей твердого тіла [5].

Причина гелеобразования полягає у виникненні зв'язків між молекулами високомолекулярної речовини, які в розчині представляли собою кінетичні окремо. Між молекулами полімеру в розчині можуть утворюватися короткочасні зв'язку, що призводять до виникнення ассоциатов. Однак якщо середній період існування зв'язків між макромолекулами стане дуже великим (практично нескінченним), то асоціати НЕ будуть розпадатися і виникли освіти проявлять в деякій мірі властивості твердої фази. Постійні зв'язку між молекулами в розчинах високомолекулярних речовин можуть утворюватися в результаті взаємодії полярних груп макромолекул або іонізованих йоногенних груп, що несуть електричний заряд різного знака, і, нарешті, між макромолекулами можуть виникати хімічні зв'язки. Таким чином, гелеутворення є не що інше, як процес появи і поступового зміцнення в гелеутворюючого системі просторової сітки.

Підвищення температури, якщо тільки при цьому в системі не відбувається незворотних хімічних змін, зазвичай перешкоджає гелеобразованию через зростання інтенсивності мікроброуновского руху сегментів і зменшення внаслідок цього числа і тривалості існування зв'язків, що виникають між макромолекулами. Навпаки, зниження температури, як правило, сприяє гелеобразованию, так як при цьому спектр контактів між макромолекулами розширюється і зсувається в бік більшої міцності. Слід зауважити, що перехід розчину в гель, так само як і гелю в розчин, зі зміною температури відбувається безперервно, тобто в цьому випадку не існує температур, подібних температур кристалізації або плавлення.

Чим вище концентрація, тим вище температура, при якій розчини високомолекулярних речовин переходять в гелі.

На здатність до гелеутворення водних розчинів амфотерних високомолекулярних електролітів вельми сильно впливає рН розчину. Гелеутворення найкраще йде при значенні рН, що відповідає ізоелектричної точці, так як при цьому по всій довжині молекулярного ланцюга розташоване однакове число протилежно заряджених іонізованих груп, що сприяє встановленню зв'язку між окремими макромолекулами. Зі зміною рН (в обидві сторони від ізоелектричної точки) макромолекули набувають однойменний заряд, що перешкоджає утворенню між ними зв'язку. При додаванні великих кількостей кислоти або лугу ступінь іонізації йоногенних груп зменшується, і тенденція до гелеутворення знову збільшується.

Також на здатність до гелеутворення впливає наявність низькомолекулярних нейтральних електролітів

Більшість гелів, що зустрічаються в рослинному і тваринному світі, мають анізотропію, зумовленої умовами утворення цих гелів. Причиною анізотропії штучно отриманих гелів зазвичай є нерівномірна деформація їх при утворенні або нерівномірна усадка при висушуванні. Прикладом може служити гель, отриманий висушуванням розчину желатину на скляній пластинці. Очевидно, усадка в таких умовах може відбуватися тільки за товщиною плівки гелю, в результаті чого макромолекули желатину будуть орієнтовані переважно паралельно площині пластинки.

Підставою для проведення науково-дослідних, технологічних робіт є Договір № 1 від 01.01.2013 на виконання науково-дослідних, дослідно-технологічних робіт з Доповненням № 1 від 13.02.2013 в рамках Комплексного проекту «Розробка технології та організація високотехнологічного промислового виробництва фармацевтичного желатину для капсул і його аналогів »за постановою Уряду РФ № 218, 3 чергу.

Об'єкти і методи досліджень

Для проведення технологічних операцій з отримання твердих капсул фармакологічного призначення, як правило, готують водний розчин з відібраних компонентів. Щоб отримати капсули зі стінками рівномірної товщини, необхідно приготувати розчин з певною (заданою) в'язкістю. В'язкість розчинів в загальному випадку залежить від багатьох умов, таких як склад розчину, концентрації компонентів, температура розчину, рН середовища, наявність електролітів в розчині, а також від умов приготування. Для того щоб скласти рецепт приготування розчину з оптимальними характеристиками, необхідно вивчити реологічні властивості водних розчинів індивідуальних компонентів.

Для аналізу реологічних властивостей розчини зразків рослинних аналогів фармацевтичного желатину різної концентрації (0,5, 1, 1,5%) готували в деионизованной воді. Розчини залишали на ніч при 4 ° С. На наступний день зразки перемішували при кімнатній температурі до повного розчинення пектину.

Потім від розчинів відбирали проби по 20 мл, які нагрівали до 100 ° С і перемішували протягом 5 хв. Потім охолоджували до 25 ° С.

Для вимірювання залежності від рН рослинні аналоги розчиняли в універсальної буферної суміші (0,04 М оцтової кислоти, 0,04 М фосфорної кислоти, 0,04 М борної кислоти) з відповідними значеннями рН (2-6, з кроком 1). Розчини пектинів для всіх значень рН готували з концентрацією 1,5%. Розчини залишали на ніч при 4 ° С. На наступний день зразки перемішували при кімнатній температурі до повного розчинення пектину. При необхідності доводили рН до потрібного значення NaOH або HCl.

Потім від розчинів відбирали проби по 20 мл, які нагрівали до 100 ° С і перемішували протягом 5 хв. Потім охолоджували до 25 ° С.

В рамках даного дослідження в'язкість вимірювали на вискозиметре ротаційного типу Brookfield LVDV-II + Pro (шпинделі 00, 18, 34), в основі роботи якого лежить метод коаксіальних циліндрів (метод Куетта). Всі вимірювання проводили в термостатіруемого склянках, що додаються до віскозиметрі. Для термостатирования використовували Кріотермостати LOIP FT-211-25 (Росія). Обсяг зразків становив 10 мл. Градієнт швидкості зсуву в ході вимірювання динамічної в'язкості визначали виходячи з геометрії шпинделя і склянки, в якому проводили вимірювання.

Результати та обговорення

Результати вимірювань представлені на рис. 1.

Мал. 1. Залежність вимірюваної в'язкості 5% -ного водного розчину рослинного аналога фармацевтичного желатину від часу. Вимірювання проводили при 25 ° С, градієнт швидкості зсуву склав 12,2 с-1. Пунктирними лініями позначені діапазони зміни в'язкості

З малюнка 1 видно, що вимірюється значення в'язкості знижується з 60 СПЗ на початку виміру до 45 СПЗ в кінці виміру (вимір проводили близько 30 хв). Це свідчить про структурні перебудови в даному розчині рослинного аналога, характерні часи яких складають десятки хвилин. Ймовірно, відбувається поступове зниження числа міжмолекулярних контактів, обумовлене орієнтацією молекул у напрямку течії рідини в ході вимірювання (тобто по колу).

З представлених результатів слід, що спостережуване значення в'язкості для водних розчинів полісахаридів, при інших рівних умовах, може залежати від процедури вимірювання. Це означає, що параметри технологічних процесів, які використовуються при виробництві капсул фармакологічного призначення, також можуть впливати на притаманні сумішами реологічнівластивості. Так, при включенні до складу сумішей значної кількості крохмалю необхідно буде особливу увагу приділити підбору часів проведення основних технологічних операцій.

висновки

За результатами аналізу реологічних властивостей водних розчинів рослинних аналогів фармацевтичного желатину для отримання капсул медичного призначення можна зробити наступні висновки.

Водні розчини рослинних аналогів поводяться аналогічно розчинів низькомолекулярних сполук. В'язкість варіює в діапазоні 10-100 СПЗ (для 1,0-1,5% -них водних розчинів). Нагрівання до 100 ° С при рН 6 призводить до необоротного руйнування молекул рослинних аналогів фармацевтичного желатину.

За своїм реологическим характеристикам, визначеним при 50-70 ° С, водні розчини рослинних аналогів фармацевтичного желатину здатні утворювати гель при кімнатній температурі в досить низьких концентраціях (починаючи з 0,5%) і можуть бути рекомендовані до додаванню в технологічну суміш для отримання капсул медичного призначення в якості гелеобразующіх агентів.

рецензенти:

Яковченко М.А., д.х.н., професор, ФГБОУ ВПО «Кемеровський державний сільськогосподарський інститут», м Кемерово;

Пінчук Л.Г., д.х.н., професор, ФГБОУ ВПО «Кемеровський державний сільськогосподарський інститут», м Кемерово.

бібліографічна посилання

Просеков А.Ю., Ульріх Є.В., Бабич О.О., Сухих С.А. Реологічні властивості оболонок КАПСУЛ З РОСЛИННИХ АНАЛОГІВ ФАРМАЦЕВТИЧНОГО желатин // Сучасні проблеми науки та освіти. - 2015. - № 4 .;
URL: http://www.science-education.ru/ru/article/view?id=21359 (дата звернення: 23.07.2019).

Пропонуємо вашій увазі журнали, що видаються у видавництві «Академія природознавства»

(Високий імпакт-фактор РИНЦ, тематика журналів охоплює всі наукові напрямки)