Научная статья на тему 'Ресурсосберегающие технологии в фитофарминдустрии как фактор рационального использования эфирномасличного сырья'

Ресурсосберегающие технологии в фитофарминдустрии как фактор рационального использования эфирномасличного сырья Текст научной статьи по специальности «Промышленные биотехнологии»

CC BY
291
41
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по промышленным биотехнологиям , автор научной работы — Зилфикаров И.Н.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Текст научной работы на тему «Ресурсосберегающие технологии в фитофарминдустрии как фактор рационального использования эфирномасличного сырья»

РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩИЕ ТЕХНОЛОГИИ В ФИТОФАРМИНДУСТРИИ КАК ФАКТОР РАЦИОНАЛЬНОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ЭФИРНОМАСЛИЧНОГО СЫРЬЯ

И.Н. Зилфикаров

Сфера производства и обращения медицинской продукции является одним из элементов, обеспечивающих национальную безопасность, и напрямую зависит от состояния экономики страны. Недооценка роли отечественной фармацевтической промышленности в начальный период реформирования экономики привела к тому, что уже к 1994 г. и по сегодняшний день на российском рынке около 65 % медикаментов зарубежного производства [1]. Между тем научно-технический и производственный потенциал России уже в настоящее время способен обеспечить значительно более высокий уровень удовлетворения потребностей здравоохранения в готовых лекарственных средствах надлежащего качества. Большое значение для успешного развития отечественной фармации имеет реализация новых подходов в проектировании и создании лекарств из природных субстанций; развитие методологии создания новых препаратов; внедрение современных принципов контроля качества; новых экологичных и ресурсосберегающих технологий.

Одним из направлений, где отечественное производство лекарственных препаратов может быть конкурентным, является фитофарм-индустрия. Россия обладает богатейшими природными запасами дикорастущего лекарственного растительного сырья, располагает благоприятными почвенно-климатическими и природ-но-географическими условиями для промышленного выращивания большинства известных культивируемых лекарственных растений. Кроме того, в отечественной фитофармации имеются уникальные традиции и опыт по созданию растительных препаратов, многие из которых не имеют мировых аналогов [2, 3].

Реализация заложенного природой потенциала при создании фитопрепаратов не-

Зилфикаров Ифрат Назимович - кандидат фармацевтических наук, докторант кафедры фармакогнозии Пятигорской государственной фармацевтической академии.

возможна без учета запасов лекарственного сырья. Основоположник отечественного ресур-соведения A.A. Федоров выделил семь общих задач природно-хозяйственной ботаники, важнейшая из которых - "охрана полезных растений в природе и разработка научных основ эксплуатации их естественных зарослей" [см.: 2, 4]. К сожалению, задача системной охраны и рационального использования природных ресурсов до сих пор не только не решена, но в настоящее время стала особо актуальной. В понятие "рациональное использование" применительно к дикорастущему лекарственному растительному сырью входят, в основном, количественные показатели: площадь зарослей, урожайность, биологический и эксплуатационный запасы, объем ежегодных заготовок, сроки восстановления, воздействие антропогенных факторов и др. [3, 4]. Важным критерием эксплуатации дикорастущих и культивируемых растений является степень их переработки. Развитие технологий, при которых растительный объект служил бы источником одновременного получения нескольких целевых продуктов, несомненно, послужит снижению эксплуатационной нагрузки на природные запасы сырья.

Промышленное производство фитопрепаратов многопланово и содержит в себе одновременно как недорогие по себестоимости готовые лекарственные формы, так и разработки, связанные с трудоемкими процессами извлечения, концентрирования, очистки, полусинтеза и др. Поэтому способы создания нового препарата из растительного сырья во многом отличаются от подходов, применяемых для моно- и олигокомпонентных препаратов. Разработки из растительного сырья - в большинстве своем суммарные комплексы, даже когда речь идет о высокой степени очистки, поэтому при создании нового лекарственного препарата необходимо учитывать ряд особенностей: во-первых, сложный химический состав, который к тому же заметно варьирует под влиянием условий произраста-

ния растения и времени заготовки; во-вторых, в большинстве случаев сложный механизм фармакологического действия, что создает необходимость установления природы веществ -носителей основного эффекта; в-третьих, -выбор технологии экстрагирования растительного сырья, отвечающей множеству современных требований и позволяющей сохранить в нативном виде целевую сумму биологически активных веществ.

Среди фитопрепаратов, разрешенных к медицинскому применению, немало разработок, сделанных на основе эфирномасличного сырья, поскольку большинство эфирномасличных культур имеет историю давнего использования в традиционной медицине разных народов [5]. Многие из них употребляются в пищу, заметно обогащают ее, придают ей лечебно-профилактические свойства [6]. Полезные свойства эфирномасличных растений, как правило, связываются с эфирным маслом, что, соответственно, обусловило стандартизацию сырья по его содержанию. В то же время в ходе технологии сухих и густых экстрактов (например, валерианы, пижмы, березы, мелиссы и др.) практически полностью удаляются летучие компоненты. По той же причине содержание эфирного масла может служить лишь косвенным критерием качества сырья для получения ряда очищенных субстанций (сальвина, салмуса, эвкалимина, хло-рофиллипта, терисерпа и др.). Еще сложнее выглядят вопросы стандартизации эфирномасличного сырья измельченного, порошкован-ного, в виде смесей в сборах, брикетах, фильтр-пакетах и т.д., поскольку в большинстве этих случаев сохранить нативное эфирное масло в сырье практически невозможно. Все это требует развития специальных подходов для оценки качества исходного сырья, среди которых наиболее обоснованным, на наш взгляд, представляется направление, когда в сырье, кроме эфирного масла, определяются еще и другие классы веществ, в зависимости от их назначения. Примером для этого могут служить вещества липофильного характера.

Роль липофильного комплекса растения, а помимо эфирного масла, это сопутствующие ему терпеноиды, кумарины, фитостерины, ка-ротиноиды, токоферолы, хлорофиллы, воски, парафины, липиды и др., т.е. весь спектр жирорастворимых и малополярных веществ,

до настоящего времени остается недооцененной. Среди разработок, прошедших полный цикл исследований и внедренных в промышленное производство, доля липофильных фитопрепаратов очень мала. Зачастую, технология экстракционных лекарственных форм из растений содержит так называемую стадию "обезжиривания", в которой достигается почти полное удаление липофильных веществ с последующей их утилизацией. Между тем богатство химического состава суммы малополярных и неполярных соединений, способность выполнять транспортную функцию, высокая биодоступность, протекторное влияние на мембраны клеток и наличие выраженной фармакологической активности делают достаточно обоснованными исследования по созданию лекарственных препаратов на базе именно липофильного фитокомплекса. Сдерживающими факторами для их широкого внедрения в производство являются, на наш взгляд, недостаточная изученность взаимосвязи химический состав - биологическая активность, необходимость специального развития соответствующих технологий на современных предприятиях, применение на стадии экстракции и фракционирования органических растворителей, создающих проблему их остаточного содержания в препарате и др.

Проблема рационального использования эфирномасличного сырья может быть во многом решена, если будут сформированы соответствующие методологические подходы. Теоретической основой создания фитопрепаратов из эфирномасличного сырья мы предлагаем рассматривать достаточно хорошо изученный в настоящее время процесс биосинтеза терпе-ноидов, в соответствии с которым построена современная классификация терпеноидов. Она базируется на структуре изопрена С5Н8, число которого определяет принадлежность вещества к моно- (С5Н8)2, сескви- (С5Н8)3, ди- (С5Н8)4, три- (С5Н8)6, тетра- (С5Н8)8 и т.д. терпенам, т.е. группа терпеноидов биогенетически однородна и представляет собой группу близкородственных соединений [3]. Все реакции по пути биосинтеза терпеноидов заключаются в постепенном наращивании их углеродной цепи путем последовательной конденсации двух, трех или большего числа активированных С5-фрагментов изопрена. Продукты такого синтеза, подвергаясь процессам циклизации, окисления, этерификации, полимеризации и др.,

приводят к образованию огромного разнообразия биологически активных соединений. Возможности для образования на базе относительно простых исходных предшественников индивидуальных циклических структур более

сложного строения чрезвычайно велики. Краткая классификация лекарственного растительного сырья, содержащего терпеноиды (рис. 1), свидетельствует о потенциальной роли терпе-ноидов в создании новых фитопрепаратов.

Рис. 1. Краткая классификация лекарственного растительного сырья, содержащего терпеноиды

Сложившаяся на сегодняшний день практика промышленного использования растительного сырья такова, что в большинстве случаев преследуется цель - получение субстанции с известными стандартными свойствами. Это, в свою очередь, определяет выбор оптимальной технологии, что, в общем-то, правильно, однако в большинстве случаев целевая субстанция извлекается без учета ценности сопутствующих веществ. Развитие новых направлений комплексной переработки актуально для большинства видов сырья, имеющего промышленное значение, но особенно важно для эфирномасличного сырья. С этой точки зрения наиболее перспективным и сравнительно легко реализуемым на практике, на наш взгляд, может явиться подход, при котором происходит усовершенствование уже существующих технологий с последовательным углублением степени переработки сырья и получением новых целевых продуктов.

В основе классификации источников терпеноидных соединений, представленной на рисунке 1, лежит характер современного практического использования того или иного вида сырья. Она основана либо на том, какая группа веществ данного растения представляет наибольший интерес для выделения, либо на исторически сложившемся опыте медицинского применения того или иного сырья. Вместе с тем очевидно, что в природе крайне редко встречаются растительные объекты, содержащие в большом количестве какой-то один класс биологически активных соединений. Тем более не характерно такое для эфир-

номасличного сырья. Массовая доля эфирного масла всегда очень невелика и варьирует от сотых долей (цветки розы, лаванды, трава мелиссы и др.) до нескольких процентов, а существующие на сегодня схемы его получения свидетельствуют о далеко не полном использовании ценного, а нередко и дорогостоящего сырья.

Потенциальные возможности комплексного использования эфирномасличного сырья видны, например, из химического состава шалфея лекарственного (Salvia officinalis L. сем. Lamiaceae), содержащего практически все классы терпеноидов (рис. 2). Рациональное использование сырья, предложенное в работе [7], основано на комплексной переработке листьев шалфея и реализовано в промышленных условиях при производстве препарата "Саль-вин". Замена ацетона на стадии экстракции сырья 95 %-ным этиловым спиртом позволяет сначала выделять сальвин, а затем, изменив концентрацию экстрагента, достигать более полного истощения сырья с получением тритерпенового и полифенольного комплексов.

К числу высокотехнологичных и перспективных методов, способных повысить эффективность производства фитопрепаратов относится обработка растительного сырья и полупродуктов природного происхождения сжиженными газами и сверхкритическими флюидами. Частным (и одновременно наиболее распространенным) примером сжижено-газовых технологий является экстрагирование сырья сжиженным оксидом углерода (IV) (С02-экстрак-ция). Применительно к некоторым видам

Листья шалфея лекарственного

Эфирное масло (моно- и сесквитерпены) — от 0,8 до 2,0

Дитерпены (карнозоловая кислота и др.) — от 1,0 до 10,0

г £ Тритерпеновые кислоты (урсоловая, — от 0,2 до 2,0 олеаноловая и др.)

Тетратерпены (каротиноиды)

обнаружены, но не оценены количественно Дубильные вещества — до 10,0

Флавоноиды — от 1,0 до 5,0

около 5,0

Фенолокислоты (производные кофейной кислоты)

Другие классы биологически активных веществ (полисахариды, органические кислоты, витамины, липиды и др.)

Рис. 2. Химический состав листьев шалфея лекарственного, %

эфирномасличного сырья данная технология давно рассматривается как дополнительный, и даже альтернативный метод промышленной переработки, особенно в пищевой отрасли, где большое развитие получила субкритическая С02-экстракция. Значительно менее изучены процессы, происходящие при сверхкритических режимах экстрагирования и при флюидном состоянии сжиженного газа, в котором он одновременно проявляет свойства газа и жидкости, имеет очень высокую проникающую и растворяющую способность и ряд других уникальных свойств. Еще менее изучены возможности очистки и разделения (фракционирования) сложных природных смесей с использованием флюидных технологий [8].

Важной особенностью комплексной промышленной переработки эфирномасличного сырья с использованием сжижено-газовых экстрагентов является то, что для получения экстрактового эфирного масла более высокого качества, чем масло, полученное гидродистилляцией, можно избежать необходимости применения на стадии переработки исходного растительного сырья пожаро- и взрывоопасных растворителей, таких как петролейный эфир, бензин и др. Большой интерес при реализации этой схемы представляет и первичный шрот, который содержит практически всю сумму биологически активных веществ гидрофильного характера (полисахариды, кислоты, фенолы, гликозиды, витамины и др.). Для шрота, полученного после С02-экстракции характерно то, что из него значительно легче, чем из исходного сырья, извлекаются гидрофильные вещества, вследствие заметного снижения мешающего влияния липофильных веществ [8].

По предложенной схеме успешно реализуется переработка сырья при получении, например, эвкалиптового масла - компонента множества лекарственных препаратов местного антисептического и противовоспалительного действия. Традиционно и до настоящего времени эвкалиптовое масло получают перегонкой с водяным паром из свежего или свеже-высушенного сырья. При этом выход конечного продукта составляет всего 1-3 %, в то время как остальная масса сырья представляет собой отходы, мало пригодные для удобрения или в качестве кормовой добавки.

Поскольку эфирное масло эвкалипта локализуется во вместилищах в мезофилле листа, т.е. достаточно глубоко под поверхностью, извлечению или перегонке эфирного масла предшествует стадия измельчения. Это довольно легко осуществляется, так как листья эвкалипта имеют жесткую и хрупкую структуру, которая позволяет получать мелкодисперный порошок. Чтобы свести потери эфирного масла к минимуму, предпочтительно стадию измельчения максимально приблизить к стадии экстрагирования, а еще лучше эти две стадии совместить, что оказалось возможным только при "взрывном" способе измельчения сжижено-газовым экстрагентом [8]. Для этого крупно измельченное сырье погружается в специальной конструкции экстрактор, имеющий клапан для сброса давления. В рабочую камеру подается сжиженный газ (хладон или диоксид углерода) и выдерживается время, необходимое для пропитки сырья. После этого клапан открывается на короткое время, давление в реакторе резко падает, экстрагент, проникший внутрь клетки или межклеточное пространство, стремясь наружу, разрывает сырье, высвобождая содер-

жимое для последующей экстракции. Метод взрывного измельчения пригоден как для получения однородного растительного порошка, так и для интенсификации экст-

Листья эвкалипта прутовидного

рагирования, поскольку процесс извлечения экстрактивных веществ, растворимых в используемом сжиженном газе, многократно ускоряется (рис. 3).

Эвкалиптовое эфирное масло (хладоновый или С02-экстракт)

I --

Выделение эфирного масла гидродистилляцией или в составе хладонового (или С02-) экстракта

Рис. 3. Схема комплексной промышленной переработки листьев эвкалипта прутовидного

(Eucalyptus viminalis L. сем. Myrtaceae)

Шрот листьев эвкалипта, остающийся после сжижено-газовой экстракции, в соответствии с предложенной методикой и схемой на рисунке 3, является первичным, содержит сумму дитерпеновых производных флороглю-цина (фенолоальдегидов) и может служить сырьем для получения препаратов эвкалимин и хлорофиллипт [9]. С02-Экстракт эвкалипта, полученный на первой стадии и содержащий моно- и сесквитерпеноиды, используется для выделения из него эфирного масла из составе фитокомпозиций лечебно-профилактического действия.

Как видно из данных, представленных на рисунке 3, экстракция сжиженными газами позволяет комплексно перерабатывать растительное сырье. Это особенно важно в целях рационального использования природных растительных ресурсов. Развитие этого направ-

ления приведет к формированию новых производств, существенно отличающихся от традиционных.

Процессы комплексной промышленной переработки листьев шалфея и эвкалипта были апробированы нами в производственных условиях фармацевтического предприятия ЗАО "Ви-фитех" (Московская область). Нами было определено, что выход полифенольного комплекса и суммы ди- и тритерпеновых кислот из шрота шалфея после экстракции сальвина, составляют 2,5 и около 2 %, соответственно, что согласуется с их содержанием в исходном сырье. Переработка шрота эвкалипта после С02-экстракции, полученного на базе специализированного предприятия ООО "Явента" (г. Краснодар), позволила установить, что выход хлорофиллипта варьирует от 5,5 до 6,5 %, выход эвкалимина - от 3,5 до 4,5 %, что

сопоставимо с их получением напрямую из исходного сырья.

Технологии одновременного получения натуральных эфирных масел и фитопрепаратов как фактор рационального использования сырья имеют огромный потенциал развития. Он может быть успешно реализован при условии комплексного подхода с привлечением современных методов промышленной переработки природного сырья, в том числе с участием сжижено-газовых экстрагентов.

ЛИТЕРАТУРА

1. Северцев В.А. и др. Экономико-технологическая теория и практика // Актуальные проблемы создания новых лекарственных препаратов природного происхождения: Мат-лы 10-го Междунар. съезда "Фитофарм-2006", Санкт-Петербург, 27-30 июня 2006 г. СПб., 2006. С. 286-289.

2. Быков В.А. и др. Состояние и социально-экономические предпосылки развития лекарственного растениеводства и заготовок лекарственного сырья в России // Лекарственное растениеводство: Мат-лы междунар. науч. конф., посвящ. 75-летию Всеросс. НИИ лекарств. и аром. растений. М., 2006. С. 18-22.

3. Куркин В.А. Фармакогнозия: Учебник для студентов фармацевтических вузов. Самара, 2004.

4. Быков В.А. и др. Состояние, перспективы сохранения и рационального использования дикорастущих лекарственных растений России // Лекарственное растениеводство: Мат-лы междунар. науч. конф., посвящ. 75-летию Всеросс. НИИ лекарств. и аром. растений. М., 2006. С. 10-17.

5. Калошина H.A., Мазулин А.В., Федюкович Н.И. Живительные бальзамы, эликсиры и экстракты. Минск, 1997.

6. Саид-Шах Р. Пряности, которые лечат. СПб., 2001.

7. Жилин А.В. и др. Обоснование технологии фитопрепаратов при комплексной промышленной переработке листьев шалфея лекарственного // Фарма-цевтич. технологии и упаковка. 2006. № 2. С. 43-45.

8. Зилфикаров И.Н., Челомбитъко В.А., Алиев А.М. Обработка лекарственного растительного сырья сжиженными газами и сверхкритическими флюидами / Под ред. В.А. Челомбитько. Пятигорск, 2007.

9. Зилфикаров И.Н. и др. Технология и стандартизация хлорофиллипта // Актуальные проблемы создания новых лекарственных препаратов природного происхождения: Мат-лы 10-го Междунар. съезда "Фитофарм-2006", Санкт-Петербург, 27-30 июня 2006 г. СПб., 2006. С. 109-111.

15 ноября 2006 г.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.