Способ стабилизации аскорбиновой кислоты в растительных извлечениях

 

Изобретение относится к медицине, фармации, пищевой промышленности. К раствору аскорбиновой кислоты (АК) с концентрацией 1·10^-6 - 1 · 10^-4 г/мл добавляют раствор очищенного от примесей металлов яблочного пектина в массовом соотношении аскорбиновая кислота: яблочный пектин от 1:16 до 1:32. Изобретение позволяет увеличить продолжительность стабилизации АК в извлечениях, стабилизировать АК в очень разбавленных растворах, применять стабилизатор, совместимый с организмом человека, снизить содержание органических кислот в извлечениях. 4 ил., 5 табл.

Изобретение относится к медицине, фармации и пищевой промышленности.

Высокая реакционная способность аскорбиновой кислоты (АК) является причиной существующей проблемы сохранности этого витамина в лекарственных формах, фруктовых соках.

При длительном хранении растительных извлечений, содержащих АК, из них выпадает окрашенный осадок фурфурола и продуктов его разложения (янтарная, дегидроянтарная кислоты).

Первым по значимости фактором, определяющим устойчивость АК в водных растворах, являются ионы некоторых металлов. Механизм каталитического разложения АК под действием ионов металлов сводится к образованию комплексных соединений, скорость разложения которых в тех же условиях значительно выше скорости расщепления свободной АК. По каталитической активности ионы металлов располагают в следующий ряд: Cu²⁺ > Pb²⁺ > Zn²⁺ Co²⁺ > Fe²⁺ > Mn²> Ni²⁺ > Mg²⁺ > Ca²⁺ (Finholt P et. al. J. pharm. Sci., 1966, v. 55, p. 1435). Ионы металлов в извлечения попадают из воды (в частности, ионы кальция, магния, меди (II) и др.), из темного стекла (ионы железа (III) и, зачастую, содержатся в растениях (Lupi Noqueira A. et. al. Rev. port. Farmac., 1963, - v. 13, - p. 16).

Вторым фактором, определяющим устойчивость АК в извлечениях, является pH. Однозарядный анион АК разрушается в водных растворах гораздо медленнее двухзарядного, поэтому растворы АК более устойчивы при pH в пределах 5,0-8,0, т.е. когда АК находится в растворе в виде однозарядного аниона. При pH 3,0-4,5 и 10,0-12,0 АК менее устойчива (Kedvessy G. Ber. Ungar. pharm. Ges., 1943. - Bd. 19. - S. 62; Bandelin F., Tuschhoft J.J. Am. pharm. Ass. sci. Ed., 1955, - v. 44. - P. 241).

Фактором, способствующим разложению АК, является и концентрация молекулярного кислорода в растворе (Struhar M. et. al., Csl. Farm. 1968. - Bd. 17. - P. 306).

Для повышения устойчивости препаратов АК при хранении применяют стабилизаторы, действие которых основано на ингибировании реакций разложения АК. Стабилизаторами АК являются вещества, связывающие кислород и ионы металлов и обеспечивающие оптимальное значение pH растворов, а также вещества, снижающие активность молекул самой АК в растворе (Букин В.Н. Витамины. - М. - Л., 1941. - С. 220; Девятнин В.А. Витамины. - М., 1948. - С. 152; Huttenrauch R. Pharmazie. - 1968. - Bd. 23. - S. 182; Nash Robert A. Am. J. Pharm., 1958, - v. - 130. - P. 152). К таким стабилизаторам относятся органические кислоты, неорганические соли, сахара, одно- и многоатомные спирты, фенолы, хинолы, флавоноиды и др. (Гладких С.П. Аскорбиновая кислота и методы повышения ее устойчивости в лекарственных формах / Химико-фармацевтический журнал, 1970. - Т. IV, N 12. - С. 37-42).

Среди стабилизаторов АК в растворах особого внимания заслуживают вещества, образующие с ионами металлов хелатные комплексы. К таким стабилизаторам относится щавелевая кислота. Описан способ стабилизации АК в водном растворе с помощью щавелевой кислоты (Feldheim W., Seidemann J./ Pharmazie, 1959. - Bd. 14. - S. 12). Способ стабилизации АК щавелевой кислоты заключается в том, что к раствору АК с концентрацией 1·10^-2 моль/л добавляют щавелевую кислоту до pH смеси 3,30. Указанный способ стабилизации наиболее близок к заявляемому и выбран за прототип.

Недостатками способа являются: непродолжительная стабилизация АК в растворе (до 4 суток); невозможность стабилизации щавелевой кислотой разбавленных растворов АК (менее 1·10^-3 моль/л), в виде которых АК входит в состав многокомпонентных жидких лекарственных форм; несовместимость щавелевой кислоты с биологическими жидкостями организма, имеющими слабощелочную реакцию среды. Кроме того, щавелевая кислота H₂C₂O₄ как двухосновная, имея pK₁ = 1,25 и pK₂ = 4,27, может создать в растворах АК сильнокислую реакцию среды, что не способствует повышению устойчивости АК.

Известно, что выраженными связывающими свойствами в отношении ряда металлов обладают пектины - полисахариды природного происхождения, основным структурным звеном которых является Д-галактуроновая кислота (Ашубаева З.Д., Мусульманова М.М. Изучение взаимодействия пектовой кислоты и ее производных с поливалентными металлами // Изв. АН Кирг. ССР. - 1977. - N 3. - С. 53-58). Нами была предпринята попытка применить пектины в качестве стабилизаторов АК в водных растворах.

Цель изобретения - увеличение продолжительности стабилизации АК в извлечениях; стабилизация АК в очень разбавленных растворах; применение стабилизаторов, совместимых с организмом человека; снижение содержания органических кислот в извлечениях.

Указанная цель достигается тем, что для стабилизации АК к раствору с концентрацией АК от 1·10^-6 до 1·10^-4 г/мл (5,6·10^-6 - 5,6·10^-4 моль/л) добавляют 0,1% раствор очищенного яблочного пектина в массовом соотношении АК: ЯП от 1:16 до 1:32. Фруктовые соки, содержащие примеси пектинов, отличаются более высокой концентрацией АК, чем в присутствии органических кислот. Способ получения очищенного пектина приведен в патенте РФ N 2116075 "Способ получения мед. очищенного пектина" (автор Кайшева Н.Ш.). Для изучения устойчивости АК в водных растворах нами был использован параметр - оптическая плотность (А). Электронные спектры записывали на спектрофотометре марки СФ-26 в УФ-области в кювете с толщиной слоя 10 мм. Мы провели сравнительное изучение стабилизирующего действия щавелевой кислоты и пектинов, полученных из различных растительных источников, на АК в водных растворах.

Для свежеприготовленного раствора АК (C=2·10^-5 г/мл) был снят спектр поглощения в УФ-области (λ_макс= 264 нм). pH раствора составил 2,9. Для сравнения сняты спектры поглощения яблочного (ЯП), цитрусового (ЦП), свекловичного (СП) пектинов (C=2,5·10^-5 моль/л, щавелевой кислоты (ЩК) в такой же концентрации (фиг. 1). На фиг. 1 приведены спектры поглощения различных веществ в водных растворах; кривая 1 - АК, кривая 2 - ЯП, кривая 3 - СП, кривая 4 - ЦП, кривая 5 - ЩК.

Характеристические максимумы поглощения в водных растворах приведены в таблице 1.

Далее нами были изучены спектры поглощения сочетаний АК с различными веществами на фоне растворов пектинов и ЩК (фиг. 2): кривая 1 - АК+ЯП, кривая 2 - АК+ЦП, кривая 3 - АК+СП, кривая 4 - АК + ЩК. Характеристические максимумы поглощения смесей представлены в таблице 2.

Из фиг. 2 и таблицы 2 следует, что АК в сочетании с различными пектинами сохраняет свой максимум поглощения, т.е. между АК и пектинами не происходит взаимодействия. В сочетании с ЩК происходит гипсохромный сдвиг максимума поглощения на 19 нм. Можно сделать вывод, что определению АК в смесях не мешают пектины при использовании в качестве растворов сравнения соответствующих пектинов.

Для выбора оптимального стабилизатора среди пектинов (в сравнении с ЩК) нами были приготовлены модельные смеси следующего состава: 2·10^-5 г/мл АК и 2·10^-4 г/мл ЯП (соответственно ЦП, СП); 2·10^-5 г/мл АК и 2·10^-4 г/мл ЩК. Изучение проводилось в сравнении с устойчивостью АК в растворе без стабилизатора. Стабильность АК в приготовленных растворах изучалась кинетически по величине оптической плотности. В течение наблюдаемого периода хранения характерные спектры поглощения АК с максимумом 264±1 нм сохранялись. Кривые стабильности приведены на фиг. 3: кривая 1 - АК, кривая 2 - АК+ЩК, кривая 3 - АК+ЯП, кривая 4 - АК+ЦП, кривая 5 - АК+СП. Как видно из фиг 3, в присутствии ЯП (кривая 3) аскорбиновая кислота находится в растворе даже на 10-ые сутки хранения, в то время как в присутствии ЦП (кривая 4), ЩК (кривая 2) АК находится в растворе не более 4 суток, в присутствии СП (кривая 5) - не более 3 суток, без стабилизатора (кривая 1) - не более 2 суток. Поэтому в качестве оптимального стабилизатора нами был выбран ЯП.

По величине удельного показателя поглощения (E^I%_Iсм) аскорбиновой кислоты при характеристической длине волны 264 нм можно определить содержание (Х, %) АК в растворе по формуле где A - оптическая плотность раствора при длине волны 264 нм, E^I%_Iсм - удельный показатель поглощения АК при длине волны 264 нм, q - разведение.

Величину E^I%_Iсм определяли с помощью серии растворов АК. Для этого 0,5 г (точная навеска) АК растворяли в воде, раствор переносили в мерную колбу вместимостью 100 мл, объем раствора доводили водой до метки, затем 10 мл аликвотной части раствора переносили в мерную колбу вместимость 200 мл, объем раствора доводили водой до метки. Затем готовили серию растворов, состоящую из 5 растворов: в 5 мерных колб емкостью 100 мл отмеривали соответственно по 1 мл, 2 мл, 3 мл, 4 мл, 5 мл приготовленного раствора АК. Объемы растворов в мерных колбах доводили водой до метки, перемешивали и измеряли оптическую плотность растворов на спектрофотометре в кюветах с толщиной с толщиной слоя 10 мл при длине волны 264 нм (раствор сравнения - вода). Величину E^I%_Iсм определяли по формуле где C - концентрации АК (г/100 мл раствора), b - толщина слоя кюветы, см.

Полученные результаты приведены в таблице 3.

Среднее значение E^I%_Iсм = 727. Используя это значение, мы определяли содержание АК в растворе при хранении в присутствии и без стабилизаторов. Полученные результаты приведены в таблице 4.

Как видно из таблицы 4, если АК в растворах можно обнаружить не более чем в течение двух суток, в присутствии щавелевой кислоты - не более 4 суток, то яблочный пектин стабилизирует АК до 10 суток в растворе. Более наглядно эту зависимость можно выразить графически (фиг. 4). На фиг. 4 показана зависимость содержания АК (Х, %) в растворах от продолжительности ( τ, сутки) их хранения: кривая 1 - АК, кривая 2 - АК+ЩК, кривая 3 - АК+ЯП.

При изучении стабилизирующего действия ЯП на растворы АК нами выбраны концентрации АК в пределах 2·10^-6 - 2·10^-4 г/мл, т.е. менее 10^-3 г/мл, т.к. при прочих равных условиях в очень разбавленных растворах процесс разрушения АК идет быстрее и глубже, чем в концентрированных (Bezssonoff M.N. Bulletin de la Societe de Chimie Biologique. - France, 1939. - V. 21. - P. 334). Кроме того, длительное применение концентрированных растворов АК противопоказано при ряде заболеваний (повышенная свертываемость крови, тромбофлебит, сахарный диабет) (Машковский М.Д. Лекарственные средства. - М.: Медицина, 1986. - Ч. 2. - С. 29-31).

Для подбора оптимального соотношения раствора АК и стабилизатора - раствора ЯП - нами были приготовлены модельные смеси, для которых были определены значения оптической плотности в течение нескольких часов хранения растворов. Результаты приведены в таблице 5.

Как видно из таблицы 5, наиболее оптимальное массовое соотношение АК:ЯП достигается в интервале 1:16 - 1:32. В этом случае наблюдается стабилизация оптической плотности растворов. При меньшем соотношении, чем 1:16, стабилизирующее действие ЯП не столь выражено, а при соотношении, большем 1:32, наблюдается стабилизация, аналогичная указанному интервалу.

Стабилизирующее действие яблочного пектина на АК связано с физическими и химическими факторами. Физическая стабилизация заключается в образовании яблочным пектином коллоидных растворов, характеризующихся повышенной вязкостью, что затрудняет диффузию кислорода воздуха в препарат. А кислород, как было упомянуто выше, является одним из главных факторов, определяющим скорость разложения АК в растворах. Химическая сторона стабилизирующего эффекта ЯП обусловливается его способностью связывать ионы металлов в комплексы (Кайшева Н.Ш. Фармакохимическое изучение пектинов и альгинатов. Диссертация на соиск. уч. степ. канд. фарм. наук. - Пятигорск, 1992).

Сочетание АК с ЯП (в массовом соотношении 1:16) в растворе создает реакцию среды с pH 4,3, т.е. ЯП позволяет стабилизировать АК именно в том интервале pH (3,0 - 4,5), при котором АК менее устойчива. Хотя щавелевая кислота в сочетании с АК в этом же интервале имеет pH 3,3, но стабилизирующее действие ЩК менее продолжительно. Кроме того, менее кислые растворы АК с ЯП более приемлемы для инъекционного применения, чем растворы АК с ЩК.

Кроме того, яблочный пектин как пищевой компонент не имеет побочных реакций в организме человека, и он не только биологически совместим с организмом человека, но и, обладая противовоспалительным и противомикробным действием (Применение пектинов в медицине /Ашубаева З.Ж., Молдошев А.М., Джумалиев А. Д. и др. - Фрунзе, 1989, - 64 с.), может усилить лечебное действие аскорбиновой кислоты.

Способ стабилизации поясняется следующими примерами конкретного выполнения.

Пример 1 (по заявляемому способу).

10 мл яблочного сока помещают в мерную колбу вместимостью 200 мл и доводят объем водой до метки. Далее аликвотную часть приготовленного раствора (5 мл) снова переносят в мерную колбу емкостью 100 мл, добавляют 20 мл 0,1% раствора очищенного яблочного пектина и доводят объем раствора водой до метки. Концентрация аскорбиновой кислоты составляет 1,25·10^-5 г/мл (12,5 мкг/мл), яблочного пектина - 2·10^-4 г/мл (200 мкг/мл); массовое соотношение АК: ЯП составляет 1:16. Раствор устойчив в течение 10 суток при стандартных условиях.

Пример 2 (по заявляемому способу) 5 мл яблочного сока помещают в мерную колбу вместимостью 100 мл, добавляют 20 мл 1% раствора очищенного яблочного пектина и доводят объем раствора водой до метки. Концентрация АК составляет 1·10^-4 г/мл (100 мкг/мл), ЯП - 2·10^-3 г/мл (2000 мкг/мл), массовое соотношение АК:ЯП составляет 1:20. Раствор устойчив в течение 10 суток при стандартных условиях.

Пример 3 (по заявляемому способу) 1 мл яблочного сока помещают в мерную колбу емкостью 200 мл и доводят водой объем до метки. Далее отбирают аликвотную часть (10 мл) раствора, переносят в мерную колбу емкостью 100 мл, приливают 3 мл 0,1% раствора ЯП, доводят объем раствора водой до метки. Концентрация АК составляет 2,5·10^-6 (2.5 мкг/мл), ЯП - 3·10^-5 г/мл (30 мкг/мл), массовое соотношение АК:ЯП составляет 1: 12. Раствор устойчив в течение 9 суток при стандартных условиях.

Пример 4 (по способу, принятому за прототип).

10 мл яблочного сока помещают в мерную колбу вместимостью 200 мл и доводят объем раствора водой до метки. Далее аликвотную часть полученного раствора объемом 5 мл снова переносят в мерную колбу емкостью 100 мл, добавляют 20 мл 0,1% раствора щавелевой кислоты и доводят объем раствора водой до метки. Концентрация АК составляет 1,25·10^-5 г/мл (12,5 мкг/мл), щавелевой кислоты 2·10^-4 г/мл (200 мкг/мл); массовое соотношение АК:ЩК составляет 1: 16. Раствор устойчив в течение 4 суток при стандартных условиях.

Таким образом, предлагаемый способ имеет следующие преимущества перед известным:
1) позволяет увеличить устойчивость АК в растворе в 2,5 раза (в предлагаемом способе стабилизации осуществляется до 10 суток, в известном - до 4 суток). Стабилизация яблочным пектином АК в растворе обусловлена способностью ЯП образовывать вязкие растворы, затрудняющие диффузию молекулярного кислорода воздуха в раствор (O₂ является одним из основных факторов деструкции АК в растворе), а также способностью ЯП прочно связывать ионы поливалентных металлов, катализирующих деструкцию АК;
2) позволяет стабилизировать фруктовый сок с помощью яблочного пектина, максимально очищенного от примесей металлов, в соотношении АК:ЯП 1:16, что соответствует pH 3-4. Естественные примеси пектинов в соке не оказывают длительного стабилизирующего действия по причине "загрязненности" пектинов сока ионами поливалентных металлов;
3) позволяет исключить использование щавелевой кислоты в качестве стабилизатора, что сводит к минимуму содержание органических кислот в извлечениях;
4) позволяет стабилизировать АК в разбавленных растворах (при концентрации АК менее 10^-3 г/мл). В таких концентрациях АК содержится во фруктовых соках. Это важно еще и потому, что применение концентрированных (хотя и более устойчивых) растворов АК, особенно в течение продолжительного периода, противопоказано при ряде заболеваний. В этих случаях целесообразнее применять разбавленные растворы АК;
5) позволяет использовать в качестве стабилизатора компонент продуктов питания - яблочный пектин, не имеющий побочных реакций и биологически совместимый с организмом человека;
6) предлагает использовать в качестве стабилизатора яблочный пектин, который обладает самостоятельным противовоспалительным и противоинфекционным действием, что усилит подобное действие аскорбиновой кислоты при их сочетания, а также позволит смягчить температурный режим стерилизации растворов и извлечений, содержащих АК;
7) позволяет получить композицию АК с ЯП, менее кислую (pH 4,3), чем композиция АК с ЩК (pH 3,3), что более приемлемо для инъекционного применения данного стабилизатора.

Список литературы
1. Finholt P. et al., J. pharm. Sci. 1966, v. 55. p. 1435.

2. Lupi Noqueira A. et al. Rev. port. Farmac., 1963, - v. 13. - P. 16.

3. Kedvessy G. Ber Ungar. pharm. Ges., 1943. - Bd. 19. - S. 62.

4. Bandelin F., Tuschshoft J.J. Am. pharm. Ass. sci. Ed., 1955, - v. 44. - P. 241.

5. Struhar M. et al., Csl. Farm., 1968. - Bd. 17. - p. 306.

6. Букин В.Н. Витамины. - М. - Л., 1941. - С. 220.

7. Девятнин В.А. Витамины. - М., 1948. - С. 152.

8. Huttenrauch R. Pharmazie. - 1968.- Bd. 23. - S. 182.

9. Nash Robert A. Am. J. Pharm. - 1958, - v. 130. - P. 152.

10. Гладких С.П. Аскорбиновая кислота и методы повышения ее устойчивости в лекарственных формах / Химико-фармацевтический журнал, 1970. - Т. IV, N 12. - С. 37-42.

11. Feldhein W., Seidemann J./Pharmazie, 1959. - Bd. 14. - S. 12.

12. Ашубаева З. Д., Мусульманова М.М. Изучение взаимодействия пектовой кислоты и ее производных с поливалентными металлами // Изв. АН Кирг. ССР. - 1977. - N 3. - С. 53-58.

13. Bezssonoff M.N. Bulletin de la Societe de Chimie Biologique. - France, 1939, - v. 21. - P. 334.

14. Машковский М.Д. Лекарственные средства. - М.: Медицина, 1986. - Ч. 2. - С.29-31.

15. Кайшева Н.Ш. Фармакохимическое изучение пектинов и альгинатов. Диссертация на соиск. уч. степ. к. фарм. наук. - Пятигорск, 1992.

16. Применение пектинов в медицине / Ашубаева З.Ж., Молдошев А.М., Джумалиев А.Д. и др. - Фрунзе, 1989. - 64 с.

17. Кайшева Н.Ш. Способ получения медицинского очищенного пектина. Патент РФ N 2116075 от 27.07.98.

Формула изобретения

Способ стабилизации аскорбиновой кислоты в растительных извлечениях полиосновными органическими кислотами, отличающийся тем, что стабилизацию аскорбиновой кислоты в извлечениях и растворах с концентрацией 1 · 10^-6 - 1 · 10^-4 г/мл осуществляют добавлением раствора очищенного яблочного пектина в массовом соотношении аскорбиновой кислоты и яблочного пектина в интервале от 1 : 16 до 1 : 32.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7