Технология получения и оценка качества микрокапсул сухого экстракта травы зюзника европейского (Lycopus europaeus L.)

Введение

В условиях повышенного интереса к отечественному лекарственному растительному сырью¹ и лекарственным препаратам растительного происхождения актуальными являются поиск и разработка методов производства, способствующих сохранению физико-химических и технологических свойств субстанций, в том числе сухих экстрактов. Сухие экстракты растительного происхождения характеризуются широким спектром фармакологической активности, хорошей переносимостью и низкой вероятностью возникновения побочных эффектов [1].

В Центре химии и фармацевтической технологии ФГБНУ ВИЛАР получен и стандартизован сухой экстракт травы зюзника европейского (Lycopus europaeus L.). Биологически активные вещества (розмариновая, кофейная, литоспермовая кислоты, инозид, лютеолин, эпигенин и др.), содержащиеся в экстракте зюзника европейского, оказывают выраженное тиреостатическое действие. По данным литературы, при введении в желудок лабораторных животных экстракт зюзника европейского оказывает седативный эффект и дозозависимое гипотиреоидное действие, связанное в основном с присутствием в экстракте розмариновой кислоты [2, 3].

Определение токсикологической характеристики экстракта, проведенное на мышах линии BALB/c и крысах Wistar обоего пола, показало, что фармацевтическая субстанция относится к классу малотоксичных веществ в соответствии с классификацией веществ по ГОСТ 12.1.007-76² [4].

Одной из проблем производства лекарственных препаратов на основе растительных экстрактов является гигроскопичность и низкая сыпучесть субстанции. Микрокапсулирование сухих экстрактов позволяет снизить гигроскопичность, улучшить характеристики сыпучести и расширить область применения полученных субстанций.

Существует более десяти методов микрокапсулирования, применяющихся для получения микрочастиц субстанций растительного происхождения: диспергирование, ионное гелеобразование, коацервация, распылительная сушка и др. [5, 6]. Для получения микрокапсул могут быть использованы не только отдельные методы, но и их комбинации, например последовательное применение методов диспергирования и распылительной сушки или метода коацервации совместно с лиофильной сушкой [7, 8].

Цель работы — апробация разработанной ранее технологии получения микрокапсул и оценка показателей качества микрочастиц сухого экстракта травы зюзника европейского.

Задачами исследования были получение микрокапсулированной формы экстракта травы зюзника европейского и оценка качества полученных частиц по показателям: влажность, подлинность, размер частиц, сыпучесть, угол естественного откоса, насыпная плотность.

Материалы и методы

Сухой экстракт травы зюзника европейского — аморфный порошок от светло-коричневого до зеленовато-коричневого цвета, специфического запаха. Для сухого экстракта характерна гигроскопичность и низкая сыпучесть. Сухой экстракт представлен частицами различной формы и размера, а именно: пластинами, параллелепипедами, овалами с неровными краями и шероховатой поверхностью. Размеры таких частиц варьируют от 10 до 100 мкм. Количественное содержание суммы фенольных соединений в пересчете на розмариновую кислоту в сухом экстракте составляет 7,2±0,4%. Сухой экстракт травы зюзника европейского растворим в воде очищенной, спирте этиловом 40%, частично растворим в маслах [9].

Вспомогательные вещества и растворители: желатин пищевой марки П-11 (ООО ТД «ХИММЕД»), глицерин (ч.д.а., ООО «АЛЬДОСА», кат. № 01.0.0.0208.02), алюминий хлористый 6-водный (квалификации BP/USP, ООО «АЛЬДОСА», кат. № 01.0.8.0007.07), кальций хлористый безводный (ч., ООО «АЛЬДОСА», кат. № 01.0.0.0451.07), этилацетат (х.ч., ООО «АЛЬДОСА», кат. № 01.0.3.0610.02), уксусная кислота ледяная (х.ч., ООО «АЛЬДОСА», кат. № 01.1.8.0620.02), масло вазелиновое (ФС.2.2.0004.15), масло терпентинное эфирное очищенное (ЛСР-002305/07, ФС.3.4.0014.18), вода очищенная (ФС 2.2.0020.18), спирт этиловый 96% (ФС 2.1.0036.15).

При получении микрокапсул использовали верхнеприводную мешалку RW 20 digital (IKA), вакуумный сушильный шкаф СНВС-25/3,5М (ООО «Тула-Терм»). Для определения потери в массе при высушивании объектов использовали анализатор влажности ML-50 (AND)³. Определение сыпучести проводили по скорости истечения из воронки с диаметром 10 мм⁴. Определение визуальных характеристик частиц проводили с использованием микроскопа цифрового МИКМЕД LCD 1000Х 2.0L (АО «ЛОМО»). Распределение частиц по размеру оценивали с использованием лазерного анализатора размера частиц Bettersizer SD (Bettersize)⁵. Количественное определение суммы фенольных соединений осуществляли на спектрофотометре Cary 100 Scan (Varian). Качественный анализ проводили методом тонкослойной хроматографии, пластинки Polyamide 11 F254 (Merck, кат. № 5557) размером 20×20 см в системе растворителей: этилацетат — концентрированная уксусная кислота — вода в объемном соотношении 5:1:1. В качестве образца сравнения использовали розмариновую кислоту (96%, Sigma-Aldrich, кат. № 536954).

При обработке полученных в ходе экспериментов результатов применяли метод вариационно-статистического анализа с оценкой значимости различий по критерию Стьюдента⁶.

Результаты и обсуждение

Для микрокапсулирования сухого экстракта травы зюзника европейского был выбран метод диспергирования. Выбор проведен с учетом физико-химических свойств субстанции, доступности способа получения микрокапсул, простоты аппаратного оформления и высокой производительности метода. Технологический процесс по методу диспергирования предполагает несколько этапов. На первом этапе получают раствор, содержащий пленкообразователь и активную действующую субстанцию (дисперсная фаза). На втором этапе при добавлении гидрофобной жидкости (дисперсионная среда — вазелиновое масло) образуются мягкие микрочастицы. На третьем этапе частицам придается упругость — при изменении температурного режима (охлаждение системы) затвердевает пленкообразующий материал.

Наиболее сложным является этап получения дисперсионной системы, для проведения которого важен выбор температурного режима, соотношения фазы и среды, скорости оборотов мешалки. Выбор условий для осуществления инкапсулирования на следующем этапе индивидуален и зависит не только от физико-химических свойств сухого экстракта и вспомогательных веществ, но и от используемых растворителей, а также ожидаемых формы и размера частиц, получаемых в результате инкапсулирования [10].

Для получения микрокапсул методом диспергирования в качестве пленкообразователя выбран желатин. Оптимальная концентрация желатина для предложенной технологии составляет 35–50% и зависит от формы выпуска желатина (порошок, гранулы, пластины), марки желатина и силы (прочности) геля желатина, которая определяется по методу Блюма⁷ и находится в пределах от 180 до 220 единиц. Если сила (прочность) геля используемого желатина менее 180 единиц, то сформированные микрочастицы могут слипаться на стадии охлаждения, что не позволит получить частицы размером менее 500 мкм. Если сила (прочность) геля используемого желатина выше 220 единиц, то процесс диспергирования осложнен неспособностью раствора к диспергированию при необходимой для получения микрочастиц температуре. Таким образом, для получения микрокапсул экстракта зюзника европейского был выбран желатин марки П-11.

В ходе эксперимента был разработан способ введения в липофильную среду сухого экстракта травы зюзника европейского — с предварительным растворением экстракта в растворе пленкообразователя — желатина. Полученную систему, содержащую экстракт и вспомогательные вещества, диспергировали с использованием мешалки (600 rpm, 50 °С) в присутствии масла вазелинового с последующим охлаждением системы до 0 °С. После охлаждения полученные частицы освобождали от дисперсионной среды и высушивали при температуре 35 °С в вакуумном сушильном шкафу. Технологическая схема получения микрокапсул представлена на рисунке 1.

Оценку качества полученных микрокапсул проводили по следующим показателям⁸: размер частиц, форма частиц, влажность, качественный анализ, угол естественного откоса, сыпучесть, насыпная плотность. Полученные результаты представлены в таблице 1.

Эффективность инкапсулирования (Эи, %) определяли на основании результатов спектрофотометрического анализа суммы фенольных соединений в пересчете на розмариновую кислоту и рассчитывали по формуле:

 (1)

где Х₀ — количество введенного в систему экстракта, Х — потери.

Методом диспергирования были получены микрочастицы диаметром 50–300 мкм, сферической формы с гладкой поверхностью (рис. 2). Рассчитанная по формуле (1) эффективность инкапсулирования составила 95,0±1,3% при влажности микрочастиц — 3,21±0,12%. Для исследования качественного состава полученных микрокапсул на линию старта хроматографической пластинки наносили 40 мкл спиртового извлечения сухого экстракта травы зюзника европейского 1%, 5 мкл спиртового раствора розмариновой кислоты 0,1% и 40 мкл спиртового извлечения микрокапсул сухого экстракта травы зюзника европейского 3%. На хроматограмме испытуемого раствора в ультрафиолетовом свете наблюдали светло-голубую зону адсорбции с R_f около 0,33, соответствующую аналогичной зоне адсорбции раствора розмариновой кислоты (рис. 3).

На рисунке 4 представлены интегральные кривые, отображающие распределение частиц экстракта по размерам. Средний размер частиц в образце сухого экстракта (D50) в соответствии с результатами проведенного исследования составил 65,1 мкм, для микрокапсулированной формы сухого экстракта D50 = 140,7 мкм. Полученные данные подтверждают, что для микрокапсулированной формы сухого экстракта характерны более крупные однородные по форме частицы, чем для некапсулированного сухого экстракта, содержащего значительную долю пылевой фракции (твердые частицы различной формы размером < 50 мкм).

В результате проведенного сравнительного анализа показано, что микрокапсулы экстракта травы зюзника европейского имеют сферическую форму, гладкую поверхность, обладают хорошей сыпучестью и значительно отличаются по своим технологическим характеристикам (табл. 1, рис. 4) от сухого экстракта. Преимуществами микрокапсулированной формы экстракта являются его технологичность в процессе получения лекарственных препаратов и отсутствие гигроскопичности, свойственной субстанции растительного происхождения.

Заключение

Методом диспергирования получены микрочастицы сухого экстракта травы зюзника европейского, в качестве вспомогательного вещества использован желатин марки П-11. Проведена оценка качества полученных микрокапсул по следующим показателям: размер и форма микрочастиц, подлинность (методом тонкослойной хроматографии), эффективность инкапсулирования, влажность, угол естественного откоса, сыпучесть, насыпная плотность. Микрокапсулы экстракта представляют собой однородные частицы размером 50–300 мкм с влажностью 3,21±0,12%, хорошей сыпучестью. Эффективность инкапсулирования при использовании метода диспергирования достигает 95,0±1,3%, что позволяет сделать вывод о возможности использования разработанной технологии для получения микрокапсулированных лекарственных препаратов растительного происхождения.