Научный журнал
Фундаментальные исследования
ISSN 1812-7339
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 1,087

АНАЛИЗ ГИДРОКОЛЛОИДОВ КРАХМАЛА ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА МЯГКИХ КАПСУЛ ИЗ РАСТИТЕЛЬНЫХ АНАЛОГОВ ФАРМАЦЕВТИЧЕСКОГО ЖЕЛАТИНА

Просеков А.Ю. 1 Ульрих Е.В. 1 Бабич О.О. 1 Белоусова О.С. 1
1 ФГБОУ ВПО «Кемеровский технологический институт пищевой промышленности» Кемерово
Для разработки технологии получения капсул из растительных гидроколлидов необходимым этапом является комплексная характеристика планируемых к использованию сырья и материалов, включающая: характеристику органолептических, физико-химических свойств и показателей безопасности; анализ устойчивости сырья и компонентов при различных технологических условиях (температура, рН и др.); характеристику реологических свойств водных растворов компонентов, поскольку данный параметр является определяющим для получения капсул со стенками заданной толщины и равномерной толщиной стенок; анализ условий гелеобразования (рН, температура, концентрация гелеобразующего агента и др.); анализ условий высыхания гелей, структуры и свойств образующихся полимерных пленок. Устойчивость различных видов крахмала при разных значениях pH определяли следующим образом: к раствору вещества добавляют определенное количество кислоты, а после эквивалентное количество щелочи. Если значение pH конечного раствора оказалось таким же, как и начального раствора, то это свидетельствует об обратимости реакций. Определить концентрацию активных групп позволяет анализ кривых титрования. Для раствора любого соединения, если оно устойчиво в исследуемом диапазоне рН, концентрация активных групп будет отсечена проекцией точки эквивалентности на ось абсцисс. При этом количество активных групп должно быть прямо пропорционально концентрации тестируемого компонента в растворе.
капсулы
фармацевтический желатин
крахмал
свойства гидроколлоидов
1. Grinberg, V.Ya. Thermodynamics of Conformational Ordering of ι-Carrageenan in KCl Solutions Using High-Sensitivity Differential Scanning Calorimetry / V.Ya. Grinberg, N.V. Grinberg, A.I. Usov, N.P. Shusharina, A.R. Khokhlov, K.G. de Kruif. // Biomacromolecules. – 2001. – Vol. 2 – P. 864–873.
2. Danilenko, A.N. Equilibrium and cooperative unit of the process of melting of native starches with different packing of the macromolecule chains in the crystallites // A.N. Danilenko, Ye.V Shtykova., V.P. Yuryev // Biophysics (in Russian). – 1994. – Vol. 39. – P. 427–432.
3. Luzio, G.A. Determination of galacturonic aid content of pectin using a microtiter plate assay / G.A. Luzio // Proc. Fla. State Hort. Soc. – 2004. – Vol. 117. – P. 416–421
4. Parker, R. Aspects of the Physical Chemistry of Starch / R. Parker, S.G. Ring // Journal of Cereal Science. – 2001. – Vol. 34 – P. 1–17.
5. Wang, T.A. Starch: as simple as A, B, C. / T.A. Wang, T.Ya. Bogracheva, C.L. Hedley // Journal of Experimental Botany. – 1998. – Vol. 49 – P. 481–502.

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 [2]. Все вышеперечисленные факторы обуславливают актуальность разработки технологии получения капсул на основе нетрадиционного сырья, в качестве которого могут выступать композиции из гидроколлоидов растительного происхождения [3].

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 [4]. 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 [5,].

Целью данной работы являлась комплексная характеристика органолептических, физико-химических, оптических, реологических и структурно-механических свойств сырья и компонентов для получения капсул.

Материалы и методы исследований

Анализ органолептических и физико-химических свойств исследуемых образцов модифицированных (S1, S2, S4) и нативного (S3) кукурузного крахмала проводили в соответствии с ГОСТ 7698–93.

Анализ физико-химических свойств крахмалов проводили в соответствии с методами, приведенными в ГОСТ 7698–93. 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 протеина применяли аналитические весы ATL-220-d4-1 (Acculab, США), дигестор D8 (Foss Tecator, Швеция) и полуавтоматический анализатор азота/белка Kjeltec 8200 (Foss Tecator, Швеция). Для контроля наличия примесей других крахмалов использовали микроскоп BA300 (Motic, Канада).

Устойчивость различных видов крахмала при разных значениях pH определяли следующим образом: к раствору вещества добавляют определенное количество кислоты, а после эквивалентное количество щелочи. Если значение pH конечного раствора оказалось таким же, как и начального раствора, то это свидетельствует об обратимости реакций. Другими словами, исследуемое вещество химически инертно в исследуемом диапазоне pH. Если наблюдаются различия между значениями pH начального и конечного растворов, то это свидетельствует о том, что вещество химически было изменено в процессе эксперимента, а значит не устойчиво в исследуемом диапазоне рН. Использование такого вещества в промышленном процессе в условиях, когда оно не устойчиво, сопряжено с рядом сложностей.

Величину 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 10–25 мкл.

Кривые титрования водных растворов исследуемых гидроколлоидов были получены методом кислотно-основного титрования.

Перед началом эксперимента по титрованию к раствору добавляли соляную кислоту, смещая тем самым значение pH в кислую область. После этого титровали полученный раствор гидроксидом натрия.

Определить концентрацию активных групп позволяет анализ кривых титрования. Для раствора любого соединения, если оно устойчиво в исследуемом диапазоне рН, концентрация активных групп будет отсечена проекцией точки эквивалентности на ось абсцисс. При этом количество активных групп должно быть прямо пропорционально концентрации тестируемого компонента в растворе.

Результаты исследований и их обсуждение

Как видно из представленных данных (табл. 1), все исследованные образцы кукурузных крахмалов удовлетворяли требованиям эксперимента по массовой доле влаги (8,9–11,2 %), массовой доле протеина в пересчете на сухое вещество (0,15–0,31 %), количеству крапин на 1 дм2 ровной поверхности крахмала. Наличие диоксида серы (сернистого газа) не было выявлено ни в одном из исследованных образцов крахмала, что, по-видимому, свидетельствует о том, что он не применяется при технологических процессах их производства. При микроскопии исследованные образцы крахмалов характеризовались высокой однородностью, размер и форма крахмальных зерен соответствовали кукурузному крахмалу, что свидетельствовало об отсутствии в их составе примесей других крахмалов.

По результатам тестирования кислотности установлено, что среди исследованных образцов кукурузных крахмалов всем требованиям соответствовали только образцы S3 (нативный кукурузный крахмал) и S4. У всех образцов модифицированных крахмалов (S1, S2 и S4) величины массовой доли общей золы в пересчете на сухой вес превышали номинальное значение, установленное требованиями эксперимента. По-видимому, модификация кукурузного крахмала приводит к увеличению его зольности.

Зависимости рН растворов компонентов для получения капсул от концентрации добавляемой кислоты или щелочи определяли для растворов полисахаридов, концентрации которых приведены в табл. 2.

Величина pH раствора исследуемого вещества зависит как от химической природы вещества, так и от его концентрации, и может сильно варьироваться. Это следует учитывать при создании смесей для получения капсул. Результаты измерения собственных значений pH растворов исследуемых компонентов для получения капсул приведены в табл. 3.

Таблица 1

Результаты анализа физико-химических показателей кукурузных крахмалов

Показатель

Образец

Требования ГОСТ 51985–2002 / Технических требований

Метод анализа

S1

S2

S3

S4

Количество крапин на 1 дм2 ровной поверхности крахмала при рассмотрении невооруженным глазом

54

14

16

34

Не более 300

ГОСТ 7698–93

Массовая доля влаги, %

10,67 ± 0,01

11,17 ± 0,10

10,66 ± 0,33

8,92 ± 0,16

Не более 14

ГОСТ 7698–93

Массовая доля общей золы в пересчете на сухое вещество, %

0,27 ± 0,03

0,25 ± 0,02

0,07 ± 0,01

0,653 ± 0,04

Не более 0,20

ГОСТ 7698–93

Массовая доля протеина в пересчете на сухое вещество, %

0,15 ± 0,01

0,18 ± 0,03

0,20 ± 0,01

0,31 ± 0,01

Не более 0,8

ГОСТ 7698–93

Кислотность, см3 0,1 моль/дм3 раствора гидроокиси натрия на 100 г сухого вещества

22,5 ± 0,1

22,2 ± 0,5

15,6 ± 0,1

12,7 ± 0,4

Не более 20

ГОСТ 7698–93

Содержание диоксида серы, мг/кг

Не обнаружен

Не обнаружен

Не обнаружен

Не обнаружен

Не более 50

ГОСТ 7698–93

Наличие примесей других крахмалов

Отсутствуют

Отсутствуют

Отсутствуют

Отсутствуют

Не допускаются

ГОСТ 7698–93

Цветная реакция с йодом

-

-

-

-

Не нормируется

ГОСТ 7698–93

Таблица 2

Исследуемые растворы крахмалов

Название

Маркировка

Концентрация, % w/w

Концентрация, % w/w

Кукурузный крахмал С*Тех 06201(Cargill B.V., Нидерланды)

S1

1

5

Кукурузный крахмал С*Тех 06205 (Cargill B.V., Нидерланды)

S2

1

5

Кукурузный крахмал нативный (MP Biomedicals, США)

S3

1

5

Кукурузный крахмал Thermtex

S4

1

5

Таблица 3

Величины pH водных растворов исследуемых компонентов для получения капсул

Вещество

S1

S2

S3

S4

Концентрация, %

1

5

1

5

1

5

1

5

pH

4,6

6,4

4,7

7,0

7,4

6,1

7,7

7,7

1 %-е растворы демонстрируют лучшие буферные свойства, чем 5 %-й раствор, что не может быть объяснено в рамках простой теории, разработанной для идеальных растворов.

Заключение

При приготовлении смесей, сложных растворов и при производстве конечного продукта предпочтительно иметь дело с химически устойчивыми системами. Применение веществ в составе смесей, которые в используемых условиях проявляют сложно прогнозируемые свойства, не допустимо. В ходе настоящего исследования было выявлено несколько условий, при которых исследуемые вещества не являются химически устойчивыми.

Так можно сказать про растворы крахмалов. После приготовления по стандартной процедуре в первые часы в растворах продолжают протекать коллоидные процессы, которые не позволяют точно прогнозировать свойства растворов. Однако растворы, отстоявшиеся при комнатной температуре 8 часов, ведут себя предсказуемо.

Суммируя результаты настоящего раздела, следует отметить:

  • исследуемые компоненты для получения капсул проявляют свойства слабых электролитов;
  • количество титруемых активных групп в крахмалах мало, что позволяет не учитывать вклад этих соединений при прогнозировании кислотно-основных свойств смесей или сложных растворов;
  • крахмалы проявляют достаточно сильные буферные свойства, среднее количество активных групп в 1 %-м растворе нативного крахмала составило 0,23 мМ, а pKa крахмалов лежит в диапазоне 3–4 ед. рН;
  • растворы крахмалов химически неустойчивы в присутствии кислоты в растворах.

Основанием для проведения научно-исследовательских, технологических работ 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.

Работа поступила в редакцию 09.10.2013.


Библиографическая ссылка

Просеков А.Ю., Ульрих Е.В., Бабич О.О., Белоусова О.С. АНАЛИЗ ГИДРОКОЛЛОИДОВ КРАХМАЛА ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА МЯГКИХ КАПСУЛ ИЗ РАСТИТЕЛЬНЫХ АНАЛОГОВ ФАРМАЦЕВТИЧЕСКОГО ЖЕЛАТИНА // Фундаментальные исследования. – 2013. – № 10-7. – С. 1423-1426;
URL: http://fundamental-research.ru/ru/article/view?id=32598 (дата обращения: 30.05.2020).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074