CC BY
11Вестник фармации №2 (64) 2014 Научные публикации
ТЕХНОЛОГИЯ ПОЛУЧЕНИЯ ЛЕКАРСТВ
Е.А. Рубан, С.А Куценко., О.В. Кутовая, И.В. Ковалевская
ОПТИМИЗАЦИЯ ПАРАМЕТРОВ ЭКСТРАГИРОВАНИЯ ЛЕКАРСТВЕННОГО РАСТИТЕЛЬНОГО СЫРЬЯ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ НАСТОЙКИ «ВЕНОТОН»
Национальный фармацевтический университет, г. Харьков, Украина
В последнее время лекарственные средства на основе лекарственного растительного сырья пользуются повышенным спросом, так как в меньшей степени способны вызвать побочные эффекты в сравнении с синтетическими лекарственными средствами, а при длительном применении не вызывают привыкание. Основным способом производства фитопрепаратов является процесс экстрагирования сырья этиловым спиртом. В связи с тем, что экстрагирование растительного материала, имеющего клеточную структуру, является сложным физико-химическим процессом, на протекание которого оказывает влияние ряд факторов, была проведена его оптимизация методом математического планирования. В ходе исследований сбора, в состав которого входят плоды каштана конского, софоры японской, рябины обыкновенной, овса посевного, листья лещины, трава донника лекарственного и чистотела большого, было установлено, что полнота истощения растительного материала обеспечивается экстракцией 40 % этанолом, оптимальное время получения вытяжки составляет 24 часа, соотношение сырья к экстрагенту составляет 1:10.
Ключевые слова: экстрагирование, математическое планирование, растительный материал, сложная настойка.
ВВЕДЕНИЕ
Согласно данным Всемирной организации здравоохранения, примерно половина населения планеты пользуется растительными лекарственными средствами (ЛС). Мировой рынок лекарственных средств из растительного сырья оценивается более чем в 60 миллиардов долларов США [1]. В Украине номенклатура синтетических ангиопротекторных ЛС значительно превышает количество фитопрепаратов с данной активностью, а доля лекарственных средств производства Украины, по сравнению с импортными, несравненно мала. Поэтому изучение возможности использования комплекса лекарственного растительного сырья (ЛРС) с синергиче-ским ангиопротекторным фармакологическим действием и создание на его основе новых эффективных лекарственных средств является актуальной задачей фармацевтической отрасли [1,2].
Сборы - древнейшая лекарственная форма, сохраняющая свою актуальность и
в настоящее время. Они содержат комплекс биологически активных веществ, обладающий поливалентным действием. Сборы предназначены для приготовления в домашних условиях настоев или отваров. Непосредственное применение сборов потребителями имеет ряд недостатков: это недостаточный уровень подготовки, нарушение качественных и количественных характеристик способа приготовления, существенные потери биологически активных веществ, нарушение дозировки и т.д. Поэтому с целью достижения полноты терапевтического эффекта целесообразна замена сборов суммарными галеновыми препаратами из лекарственного растительного сырья [3].
Экстрагирование растительного материала, имеющего клеточную структуру, является сложным физико-химическим процессом, на протекание которого оказывает влияние ряд факторов. Таким образом, целью нашей работы стала оптимизация параметров экстрагирования растительного материала для получения сложной настойки «Венотон».
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
Объектом исследования стал сбор, в состав которого входят плоды каштана конского, софоры японской, рябины обыкновенной, овса посевного, листья лещины, трава донника лекарственного и чистотела большого. Качественный состав указанного сбора был определен предварительными фармакологическими исследованиями [4,5].
Продолжительность экстрагирования оказывает значительное влияние на выход экстрактивных веществ. Процесс экстракции, в зависимости от скорости, делится на два периода - быстрый и медленный. Сначала извлекаются наиболее доступные для растворителя биологически активные вещества, расположенные на поверхности частиц растительного материала и непрочно связанные со структурой экстрагируемого материала. Этот процесс определяется скоростью растворения и массоотдачи от поверхности материала. Во втором периоде происходит извлечение экстрактивных веществ из труднодоступных частей ЛРС молекулярной диффузией; интенсивность процесса при этом резко снижается. Основная масса экстрактивных веществ извлекается в течение первого периода, так, за первый час экстракции извлекается около 70% [6,7]. Поэтому получение сложной настойки проводили методом ре-мацерации. Как известно, на скорость экстрагирования влияет размер частиц сырья. Поэтому данный показатель был зафиксирован на размере частиц 4 мм [8].
Контроль полноты извлечения проводили с помощью качественных реакций на тритерпеновые сапонины (эсцин) и флаво-ноиды. Группу флавоноидов идентифицировали с помощью порошка цинка и раствора кислоты хлористоводородной Р. Наличие биологически активных соединений этой группы подтверждали появлением розовой окраски исследуемого раствора. Образование стойкой пены при добавлении к ЛС воды с последующим встряхиванием свидетельствовало о содержании в лекарственном средстве сапонинов.
Количественное определение суммы флавоноидов в ЛС определяли согласно требованиям Государственной Фармакопеи Украины (ГФУ) 2.2.25 методом УФ-спектрофотометрии с использованием реакции комплексообразования с алюминия
хлоридом [9]. Измерения проводили в УФ-области при длине волны 403 нм. Параллельно определяли оптическую плотность комплекса рутина с алюминия хлоридом в кислой среде. Содержание суммы флаво-ноидов в пересчете на рутин (Х%) вычисляли по формуле (1):
(1)
где А - оптическая плотность испытуемого раствора;
50 - исследуемый объем;
200 - удельный показатель поглощения комплекса рутина с алюминия хлоридом Р в 96 % спирте по длине волны 403 нм.
Количественное определение эсцина проводили методом тонкослойной хроматографии согласно требованиям ГФУ 2.2.27 по размеру и интенсивности поглощения пятна на уровне пятна раствора стандарта эсцина (не менее 2,5 мг/мл).
Концентрацию спирта и относительную плотность определяли пикнометриче-ским методом, показателя преломления -рефрактометрическим методом, содержание сухого остатка - согласно методикам ГФУ Для определения уровня рН исследуемых образцов использовали потенциоме-трический метод [9,10].
План эксперимента строили с использованием планирования эксперимента методом наименьших квадратов (МНК) в программе MathCad [11].
Переменными факторами, влияющими на выход экстрактивных и действующих веществ, явились: соотношение сырья и экстрагента, концентрация водно-этаноль-ной смеси, время экстрагирования. Для поиска оптимальных значений факторов был проведен трехфакторный эксперимент.
Исходя из теоретических основ экстрагирования в равновесных условиях [6], ввели следующие ограничения на уровни переменных факторов: содержание этанола 40 < х1 < 70, время экстрагирования 24 < х2 < 48, соотношение сырья и экстраген-та от 0,1 < х3 < 0,2. Пределы концентрации этилового спирта для экстрагирования были выбраны согласно стандартам экстракции флавоноидов, указанным в Государственной фармакопее СССР [10]. Параметром оптимизации служило истощение сырья по экстрактивным веществам. Перечень факторов и их уровней приведен в таблице 1.
Таблица 1 - Факторы и их уровни, которые изучались при поиске оптимальных условий экстрагирования
Факторы Интервал варьирования Уровни факторов
Нижний (-) 0сновной(0) Верхний(+)
Концентрация этанола, % (х1) 15 40 55 70
Время экстрагирования, час (х2) 12 24 36 48
Соотношение (х3) 0,05 0,1 0,15 0,2
При наличии значительного числа экспериментальных точек сглаживание с помощью многочленной интерполяции не имело смысла не только из-за неустойчивости (локальных выбросов) интерполирующей функции, но и из-за сильного колебания заданных точек. Способы локальной интерполяции с помощью сплайнов также не дали приемлемых результатов. Поэтому дискретно заданную функцию сглаживали в среднем многочленом, коэффициенты которого находили с помощью минимизации отклонения сглаживающей функции от заданных точек в среднеинтегральном смысле.
Для трехфакторного эксперимента рациональным явилось вычисление линей-
ных эффектов и эффектов взаимодействия. В этом случае строили модель, вычисляемую по формуле (2):
_у(х1, х2, х3)=а0+а1х1+а2х2+а3х3+ +а4х 1х2+а5х1х3+а6х2х3+а7х 1 х2х3, (2)
где а0 - а7 - регрессионные коэффициенты;
х - переменные.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
Для расчета коэффициентов математической модели использовали результаты эксперимента, которые приведены в таблице 2.
Таблица 2 - Матрица полного факторного эксперимента 23
х1 х2 х3 у1 у2 у3 у4 у5 у6 у7
1 +/70 +/48 +/0,2 0,049 1,46 1,3642 6,42 0,8436 68,42 1,02
2 -/40 +/48 +/0,2 0,092 2,10 1,3576 6,01 0,9602 38,42 2,35
3 +/70 -/24 +/0,2 0,049 1,38 1,3639 6,26 0,8434 69,88 0,93
4 -/40 -/24 +/0,2 0,092 2,11 1,3576 6,04 0,9576 39,08 2,35
5 +/70 +/48 -/0,1 0,054 1,7 1,3642 6,04 0,8447 68,42 2,40
6 +/70 -/24 -/0,1 0,054 2,0 1,3646 6,02 0,8440 69,88 2,43
7 -/40 +/48 -/0,1 0,11 2,1 1,3576 6,01 0,9602 38,42 3,64
8 -/40 -/24 -/0,1 0,11 2,11 1,3576 6,04 0,9576 39,08 3,65
Примечания: у1- содержание флавоноидов, %; у2 - сухой остаток; у3 - показатель преломления; у4 - рН; у5 - относительная плотность; у6- содержание этанола; у7 - содержание эсцина, %.
Для выражения средней величины одного признака как функции другого были получены уравнения регрессии, приведенные в таблице 3.
Согласно полученным уравнениям, можно сделать вывод, что взаимодействие между факторами отсутствует. Проверка адекватности полученных уравнений показала пригодность полученной модели. Величина ошибки была вычислена с помощью критерия Фишера.
Поведение исследуемой системы с математической точки зрения можно оценить четырехмерной вектор - функцией R (х1, х2, х3) = f (у1(х1, х2, х3), у2(х1, х2, х3), у3(х1, х2, х3), у4(х1, х2,
х3), у5 (х1, х2, х3), у6(х1, х2, х3), у7(х1, х2, х3). Система полученных уравнений вместе с наложенными ограничениями имеет область решений, в которой необходимо выбрать оптимальные значения. Эти значения должны приближать физико-химические показатели в желаемых параметрах. Согласно нашим предположениям, решение будет найдено из условия, что сумма квадратов отклонения каждого показателя от заданного значения будет минимальной.
При минимизации вектор-функции были получены оптимальные значения изученных показателей: х1=40,946; х2=24,893; х3=0,112.
Таблица 3 - Уравнения регрессии
Показатель Y = f(x1,x2^3)
у1 y1(x1, x2, x3) = 0,184 - 0,00165 • x1 - 0,000000001499 • x2 - 0,115 • х3,
у2 y2(x1, x2, x3) = 3,144 - 0,016 • x1 - 0,00025 • x2 - 2,15 • x3,
у3 y3(x1, x2, x3) = 1,349 - 0,0002208 • x1 - 0,000001042 • x2 - 0,00175 • x3,
у4 y4(x1, x2, x3) = 5,534 - 0,005333 • x1 - 0,00125 • x2 - 1,55 • x3,
у5 y5(x1, x2, x3) = 1,111 - 0,003832 • x1 - 0,00006354 • x2 - 0,00425 • x3,
уб y6(x1, x2, x3) = -0,027 + 1,009 • x1 - 0,0,39 • x2 - 1,25 • x3,
у7 y7(x1, x2, x3) = 6,767 - 0,043 • x1 - 0,0005208 • x2 - 13,675 • x3,
Таким образом, по результатам проведенных исследований установлено, что для исследуемого сбора полнота истощения растительного материала обеспечивается экстракцией 40 % этиловым спиртом; оптимальное время получения вытяжки составляет 24 часа; показатели содержания биологически активных веществ и сухого остатка имеют максимальные значения в соотношении сырья к экстрагенту 1:10 по сравнению с образцами, имеющими другие количественные характеристики.
ВЫВОДЫ
1. Подобран оптимальный экстрагент - 40% этиловый спирт, извлекающий максимальное количество экстрактивных и биологически активных веществ сбора. Выход сухого остатка - 2,11 %, флавонои-дов - 0,11%, эсцина - 3,65%.
2. Найдены оптимальные условия процесса экстракции сбора: соотношение сырья и экстрагента (1:10), продолжительность экстракции (24 часа).
3. Получено линейное уравнение экстракционного процесса, показывающее количественное влияние каждого фактора на выход экстрактивных веществ в процессе экстракции сбора, дающее возможность управлять этим процессом.
SUMMARY
OA. Ruban, S.A. Kutsenko, O.V. Kutovaya, I.V. Kovalevskaya PARAMETER OPTIMIZATION EXTRACTION OF MEDICINAL PLANTS TO PRODUCE TINCTURE "VENOTON"
In recent years products based on medicinal plants are in high demand, as less able to cause side effects in comparison with synthetic drugs, and prolonged course of therapy provide a more efficient and stable result and not addictive. The main mode of production of
herbal remedies is the process of extraction of raw ethyl alcohol. Due to the fact that extracting the plant material having a cellular structure is complex physico-chemical process by which the flow affects a number of factors, it has been carried out by mathematical optimization scheduling. Studies of species, including fruits of horse - chestnut, sofora japanese, rowanberry common, oats sowing, leaves of the hazel, herb of yellow melilot and greater celandine, have found that the completeness of depletion of plant material provided by extraction of 40% ethanol to obtain the optimum extraction time is 24 hours, the ratio of raw material to extractant is 1:10.
Keywords: extraction, mathematical planning, plant material, complex tineture.
ЛИТЕРАТУРА
1. Лоскутова, Е. Тенденции и структура спроса на препараты из лекарственных растений / Е. Лоскутова, О. Базаркина // Ремедиум. - 2000. - №. 4. - с. 38-41.
2. Алексеева, Е. Фитопрепараты в современной рациональной фармакотерапии / Е. Алексеева // Рос. аптеки. - 2002. -№ 2. - С. 23-27.
3. Минина, С. А. Химия и технология фитопрепаратов / С. А. Минина, И. Е. Ка-ухова // М.: Гэотар-Медиа, 2009. - 560 с.
4. Куценко, С.А. Розробка пiдходiв з вибору складу препарату на основi лшарсько! рослинно'1 сировини для лшування варикозно'1 хвороби вен / С.А. Куценко, О.А. Рубан, 1.В. Ковалевська // Фгготератя. - 2011. - №2. - С. 88-91.
5. Куценко, С.А. Перспективы создания новых лекарственных форм для комплексного лечения хронической венозной недостаточности / С.А. Куценко, Е.А. Рубан, И.В. Ковалевская // Материалы науч.-практ. конф. «Интеграция образования, науки и производства в фармации, посвященная году гармонично развитого поко-
ления» (19-20 октября 2010 г.). - Ташкент: ТФИ, 2010. - С. 268.
6. Аксельруд, Г. А. Экстрагирование (система твердое тело-жидкость) / Г.А. Аксельруд, В.М. Лысянский // Л.: Химия, 1974. - 256 с.
7. Пономарев, В.Д. Экстрагирование растительного сырья / В.Д. Пономарев // М.: Медицина. - 1976. - 202 с.
8. Визначення оптимальних розмiрiв частинок при сумюному екстрагуванш рiзних видiв рослинно'1 сировини, що входить до складу настойки «Венотон» / С.А. Куценко [та шш.] // Актуальш питання фармацевтично'1 i медично'1 науки та практики. - 2014. - № 1. - С. 31-34.
9. Державна Фармакопея Укра'ши / Державне тдприемство "Науково-експер-тний фармакопейний центр". - 1-е вид. -Х. : Р1РЕГ, 2001. - 556 с.
10. Государственная фармакопея СССР :
в 2 т. Т. 2. Общие методы анализа. Лекарственное растительное сырье. 11-е изд., доп. М., 1989. - 400 с.
11. Беликов, В.Г. Применение математического планирования эксперимента и обработка результатов эксперимента в фармации / В.Г. Беликов, В.Д. Пономарев, Н.И. Коковкин-Щербак. - М., 1973. -232 с.
Адрес для корреспонденции:
61146, Украина,
г. Харьков, ул. Блюхера, 4,
Национальный фармацевтический
университет,
кафедра заводской
технологии лекарств,
тел. (80572)67-88-52,
e-mail - inga.kovalevskaya@gmail.ru,
Рубан Е.А.
Поступила 14.02.2014 г.
