Способ получения субстанции на основе хитозана для пищевой и фармацевтической промышленности

 

Изобретение относится к биохимической технологии получения гелеобразной субстанции для пищевых продуктов и лечебно-косметических средств на основе хитозана. Может быть использовано в медицине, косметике и пищевой промышленности. Способ включает приготовление раствора хитозана в соляной или уксусной кислоте. Затем удаляют нерастворившиеся частицы хитозана фильтрованием или осаждением. Модификацию хитозана проводят ацилирующим агентом в щелочных условиях при рН 7,0-9,0. Полученную рН-нейтральную субстанцию отмывают. В качестве ацилирующего агента используют дихлорангидрид дикарбоновой кислоты. Реакцию проводят при температуре 18-25°С до получения гелеобразного продукта. Весовое соотношение дихлорангидрида дикарбоновой кислоты и хитозана при пересчете на сухой вес составляет 1:5-1:25. Субстанцию на основе хитозана автоклавируют или сушат лиофилизацией, или в нее вводят органические кислоты или продукты микробиологического синтеза, содержащие органические кислоты. Способ позволяет получить субстанцию, пригодную для использования в пищевой и фармацевтической промышленности с сохранением биологически активных свойств хитозана. 3 з.п.ф-лы, 3 табл.

Изобретение относится к биохимической технологии получения гелеобразной субстанции для пищевых продуктов и лечебно-косметических средств на основе хитозана и может быть использовано в медицине, косметике и пищевой промышленности.

В производстве пищевых и лечебно-косметических препаратов находят широкое применение различные биологически активные вещества как животного, так и растительного происхождения. Активизируя обмен веществ, они улучшают физиологическое состояние кожи при наружном применении и иммунный статус организма при приеме внутрь в качестве пищевой добавки.

Поликатионный полисахарид хитозан, продукт деацетилирования хитина, широко применяется в различных отраслях промышленности, биотехнологии, медицине и косметике. Обнаружение биостимулирующего и ранозаживляющего действия хитозана способствовало созданию на его основе новых способов получения защитных и противораневых покрытий, а также способов получения препаратов для ухода за кожей (Обзорная информация по продуктам на основе хитозана. М., 1987.- с.2-7) [1].

Известен способ получения геля на основе хитозана путем обработки хитина спиртовым раствором, содержащим ангидрид уксусной кислоты, ангидрид пропионовой кислоты или ангидрид масляной кислоты в количестве 0,5 моля в расчете на хитин при температуре 30^oC в течение более 30 мин (Заявка Японии N 5-1282, МКИ C 08 B 37/12, опубл. 07.01.93 г.). Формованный продукт имеет жесткую структуру.

Недостатком данного способа является то, что полученный на его основе продукт не может быть использован в качестве основы для пищевых или медицинских препаратов, например мазей, паст и гелей, т.к. имеет жесткую непластичную структуру и применяется в основном для хроматографии и иммобилизации ферментов.

Известен способ получения геля на основе хитозана, включающий приготовление раствора хитозана в разбавленной кислоте, смешение полученного раствора с гидрофобным веществом, перемешивание смеси до получения эмульсии, проведение реакции ковалентной фиксации хитозана в составе эмульсии путем введения в нее бифункционального реагента, способного образовывать поперечные ковалентные сшивки между молекулами хитозана с последующей отмывкой и фильтрацией полученного продукта (авт. свид. СССР N 827492, МКИ C 08 B 37/08, опубл. 07.05.81 г.). Продуктом данной технологии является сшитый гель на основе хитозана, представляющий собой жесткие микросферические гранулы, используемые в хроматографии.

Недостатками данного технического решения является то, что получаемые по данному способу жесткие микрогранулированные гели на основе хитозана являются неподходящей основой для медицинских или косметических препаратов, например мазей или кремов, или пищевых продуктов, т.к. не обладают достаточными пластическими свойствами и не усваиваются организмом. Кроме того, использование в технологии ядовитых органических растворителей и бифункциональных реагентов, несущих такие активные группы, как диизоционаты, бисэпоксиды и т.д. исключает применение полученных продуктов в указанных областях.

Наиболее близким техническим решением (прототипом) является способ получения производных хитозана в виде геля для фармацевтической промышленности (патент СССР N 508212, МПК C 08 B 37/08, опубл. 04.05.76 г.). Способ включает приготовление раствора хитозана, удаление нерастворившихся частиц хитозана фильтрованием или центрифугированием и проведение модификации хитозана ацилирующими агентами в щелочных условиях при pH 7,0-9,0 с последующим отмыванием готового продукта, который выделяется в виде кислоты и в таком виде он и используется в промышленности. В качестве ацилирующих агентов используют ненасыщенные или насыщенные ангидриды дикарбоновых кислот различного внутреннего строения по аминогруппам хитозана, например, в качестве ненасыщенного ангидрида используют малеиновый, итаконовый или цитраконовый ангидрид, а в качестве насыщенного - янтарный, ацетоксиянтарный, метилянтарный, лиацетилвинный или дигликолевый ангидрид.

Однако, поскольку в данной технологии конечный продукт реакции выделяется в виде кислоты, то при этом молекулы хитозана меняют свой заряд на противоположный либо, по крайней мере, теряют свой заряд, а вместе с этим теряются и многие биологически активные свойства хитозана как поликатионного полисахарида. Кроме того, в описании данного технического решения отсутствуют данные об органопластических характеристиках геля.

Задачей предлагаемого изобретения является создание такого способа, который обеспечивал бы получение гелеобразного продукта на основе хитозана с сохранением его биологически активных свойств как поликатионного полисахарида с возможностью его использования для создания иммуностимулирующих пищевых продуктов и добавок, косметических средств для ухода за кожей, средств для лечения или профилактики кожных заболеваний, а также гигиенических средств для ухода за полостью рта.

Указанная задача решается тем, что в способе получения субстанции на основе хитозана для пищевой и фармацевтической промышленности, включающем приготовление раствора хитозана в разбавленной соляной или уксусной кислоте, удаление нерастворившихся частиц хитозана фильтрованием или осаждением и проведение модификации хитозана ацилирующим агентом в щелочных условиях при pH 7,0-9,0 с последующим отмыванием полученной pH-нейтральной субстанции, согласно изобретению в качестве ацилирующего агента используют дихлорангидрид дикарбоновой кислоты, реакцию проводят при температуре 18-25^oC до образования гелеобразной структуры продукта при весовом соотношении дихлорангидрида дикарбоновой кислоты и хитозана при пересчете на сухой вес 1:5-1: 25, а полученную pH-нейтральную субстанцию на основе хитозана автоклавируют, или сушат лиофилизацией, или в нее вводят органические кислоты, или продукты микробиологического синтеза, содержащие органические кислоты в количестве, достаточном для получения готовой гелеобразной субстанции с pH не более 6,0.

В качестве дихлорангидрида дикарбоновой кислоты используют дихлорангидрид янтарной кислоты, или дихлорангидрид глутаровой кислоты, или дихлорангидрид адипиновой кислоты, или дихлорангидрид фумаровой кислоты.

В качестве органических кислот используют муравьиную, или уксусную, или бензойную, или салициловую, или ацетилсалициловую, или гликолевую, или никотиновую, или диоксибензойную, или молочную кислоты в количестве 0,1-5,0% относительно общей массы конечного продукта.

В качестве продуктов микробиологического синтеза, содержащих органические кислоты используют биомассу молочнокислых бактерий Bifidobacterium bifidum или Bifidobacterium longum или Lactobacillus acidophilus или сыворотку, полученную из биомассы указанных бактерий, или автолизат пекарских дрожжей в количестве 25-85% относительно общей массы конечного продукта.

Хитозан - продукт ацилирования хитина, представляющий собой полисахарид, содержащий полимерную цепь, состоящую из глюкозаминовых звеньев.

В предлагаемом способе для модификации хитозана с целью получения гелеобразной и pH-нейтральной субстанций используют в качестве ацилирующих агентов не ангидриды (в прототипе), а галогенангидриды дикарбоновых кислот. Это приводит к появлению еще одного нового типа звеньев в молекулах хитозана, когда молекула дихлорангидрида взаимодействует одновременно с аминогруппами, находящимися в разных частях свернутой в клубок молекулы хитозана или в его разных молекулах. В таких связях могут участвовать от 1 до 50% аминогрупп. Образующиеся межмолекулярные мостики формируют гибкую, подвижную пространственную сетку хитозанового геля. При этом кислотные свойства геля не проявляются, т. е. сохраняются все свойства хитозана как поликатионного полисахарида, а готовый продукт имеет желеобразную высокопластичную массу.

Отличием предлагаемого способа получения продукта на основе хитозана от известных технологий (в том числе и от прототипа) является то, что, с одной стороны, этот способ обеспечивает получение пластичного геля медицинского и пищевого назначения на основе самого хитозана, а не использование его в качестве добавки к гелеобразной основе. Это обеспечивается тем, что в результате реакции используемых хлорангидридов дикарбоновых кислот с хитозаном не образуется токсичных для организма продуктов реакции. С другой стороны, продукт на основе предлагаемой технологии сохраняет все полезные биологически активные свойства хитозана как поликатионного полисахарида. Причем при формировании гелеобразной субстанции используют компоненты (органические кислоты и продукты микробиологического синтеза), которые расширяют спектр полезных биологически активных свойств конечного продукта.

Пример 1.

Технология получения pH-нейтральной субстанции на основе хитозана Исходное сырье порошок хитозана растворяют в 2%-ной уксусной или соляной кислоте с получением 2%-ного раствора хитозана, который фильтруют через тканевые фильтры. Далее раствор хитозана подщелачивают до pH 7,5-8,0 добавлением 20-40%-ной гидроокиси калия или натрия при постоянном перемешивании. В полученную реакционную смесь при постоянном перемешивании в течение 5-7 мин вводят по каплям дихлорангидрид янтарной кислоты в количестве, составляющем 0,1% массы реакционной смеси. Соотношение дихлорангидрида янтарной кислоты к сухому весу хитозана составляет 1:20. Затем полученный продукт выдерживают при комнатной температуре в течение 4-5 ч или при температуре 70-90^oC (для ускорения процесса созревания) в течение 1-2 ч. Полученный продукт отжимают и дважды промывают двойным количеством дистиллированной воды для удаления солей и продуктов реакции с последующей фасовкой и автоклавированием под давлением 0,5 атм в течение 30-40 мин. Готовый продукт имеет pH-нейтральную реакцию (pH 6,0-7,0) и содержит 5-20% хитозана и 80-95% воды. Указанный продукт может быть подвергнут лиофильной сушке с остаточной влажностью 2-5 мас. % для длительного хранения или использования в сухом виде.

Примеры 2-5. Технология получения pH-нейтральной субстанции на основе хитозана с использованием других ацилирующих агентов и других его весовых соотношениях с хитозаном (примеры 2-5) аналогична технологии, приведенной в примере 1. Показатели технологического процесса получения pH-нейтральной субстанции с использованием различных ацилирующих агентов (примеры 1-5) приведены в табл.1.

Готовый продукт в примерах 1-5 отличается содержанием воды в структуре хитозана, т.е. имеет разную степень вязкости.

Пример 6. Технология получения гелеобразной субстанции с использованием органических кислот Для получения 1 кг гелеобразного продукта берут 200 г pH-нейтральной субстанции, полученной в соответствии с примером 1, смешивают с 798 мл дистиллированной воды и 2 мл 96%-ной уксусной кислоты (до конечной концентрации 0,2 мас. %) с последующей гомогенизацией до получения гелеобразного конечного продукта, который имеет pH 5,5.

Примеры 7-14. Технология получения гелеобразной субстанции на основе хитозана с использованием других органических кислот и pH-нейтральной субстанции, полученной в соответствии с примерами 2-5, аналогична технологии, приведенной в примере 6. Показатели технологического процесса получения гелеобразной субстанции с использованием различных pH-нейтральных субстанций, приготовленных в соответствии с примерами 1-5 приведены в табл. 2.

Пример 15. Технология получения гелеобразной субстанции с использованием продуктов микробиологического синтеза Для получения 1 кг гелеобразного продукта берут 150 г pH-нейтрального продукта, полученного по примеру 1, и смешивают с 850 мл биомассы молочнокислых бактерий Bifidobacterium bifidum штамм N 1 с титром 10⁹ кл/мл и кислотностью 95^oТ с последующей гомогенизацией указанных компонентов до получения гелеобразного конечного продукта с pH 4,5-5,0.

Примеры 16-19. Технология получения гелеобразной субстанции на основе хитозана с использованием других продуктов микробиологического синтеза и pH-нейтральной субстанции, полученной в соответствии с примерами 2-5, аналогична технологии, приведенной в примере 15. Показатели технологического процесса получения гелеобразной субстанции с использованием различных pH-нейтральных субстанций, приготовленных в соответствии с примерами 1-5, приведены в табл. 3.

Пример 20. Для приготовления диетического пищевого продукта, pH-нейтральную автоклавированную субстанцию, приготовленную в соответствии с примерами 1-5, смешивают с растительными экстрактами и/или фруктовыми сиропами, и/или продуктами пчеловодства при следующем количественном соотношении компонентов, мас.%: Растительные экстракты и/или фруктовые сиропы, и/или продукты пчеловодства - 1,0-10,0 pH-Нейтральная субстанция - Остальное Пример 21. Для получения иммуностимулирующего и регулирующего кислотность желудка пищевого средства используют pH-нейтральную субстанцию в сухом виде или в смеси с другими сухими пищевыми добавками такими, как карбоксиметилцеллюлоза (КМЦ) в любых соотношениях.

Пример 22. Для получения лечебно-профилактического пищевого продукта на основе хитозана гелеобразную субстанцию, полученную по примеру 10, смешивают с винилином в соотношении 1:1-10:1.

Пример 23. Для получения диетического пищевого продукта на основе хитозана гелеобразную субстанцию, полученную по примеру 15, смешивают с фруктовым сиропом в соотношении 10:1.

Пример 24. Для получения косметико-дерматологического средства на основе хитозана гелеобразную субстанцию, полученную по примеру 6, смешивают с резорцином фармакологическим, винилином, этиловым спиртом, маслом лаванды (отдушкой) при следующем количественном соотношении компонентов, мас.%: Резорцин фармакологический - 3,0-5,0 Винилин - 1,0-2,0 Спирт этиловый - 10,0-20,0
Масло лаванды - 0,01-0,05
Гелеобразная субстанция на основе хитозана - Остальное
Полученное средство обладает дезинфицирующим, отшелушивающим, отбеливающим, противовоспалительным действием и может быть использовано при лечении угревой сыпи и дерматитов, а также против себореи кожи и выпадения волос.

Пример 25. Для получения наружно-согревающего и отвлекающего средства на основе хитозана гелеобразную субстанцию, полученную по примеру 7, смешивают с настойкой стручкового перца и винилином, при следующем количественном соотношении компонентов, мас.%:
Настойка стручкового перца - 10,0-30,0
Винилин - 1,0-3,0
Гелеобразная субстанция на основе хитозана - Остальное
Полученное средство может быть использовано как наружное согревающее средство при простуде, как отвлекающее средство при мышечных и суставных болях различного происхождения.

Пример 26. Для получения косметического средства на основе хитозана гелеобразную субстанцию, полученную по примеру 12, смешивают с маслом какао, оливковым и касторовом маслом, настойкой календулы, 10%-ным раствором витамина Е в масле, маслом шалфея и консервантом, при следующем количественном соотношении компонентов, мас.%:
Масло какао - 1,0-5,0
Масло оливковое - 2,0-8,0
Масло касторовое - 1,0-3,0
Настойка календулы - 3,0-5,0
10%-ный раствор витамина E в масле - 1,0-2,0
Масло шалфея - 0,01-0,1
Консервант - 0,1-0,5
Гелеобразная субстанция на основе хитозана - Остальное
Полученный крем может быть использован в качестве средства для ежедневного ухода за кожей и обладает смягчающим, питающим, защитным действием.

Пример 27. Для получения косметического средства на основе хитозана гелеобразную субстанцию, полученную по примеру 18, смешивают с хлористым цинком, сернокислым магнием, селенистокислым натрием, винилином, маслом мяты (отдушкой) и консервантом, мас.%:
Хлористый цинк - 0,02
Сернокислый магний - 0,1
Селенистокислый натрий - 0,01
Винилин - 2,0
Масло мяты - 0,01
Консервант - 0,25
Гелеобразная субстанция на основе хитозана - Остальное
Полученное средство может быть использовано как маска для питания кожи, отбеливания пигментных пятен и веснушек, а также для стимулирования процессов регенерации клеток кожи.

Пример 28. Для получения косметического средства для ухода за полостью рта на основе хитозана гелеобразную субстанцию, полученную по примеру 14, смешивают с глицерофосфатом кальция, фтористым натрием, маслом австралийского чайного дерева (отдушка) и консервантом при следующем количественным соотношении компонентов, мас.%:
Глицерофосфат кальция - 0,1-1,0
Фтористый натрий - 0,01-1,0
Масло австралийского чайного дерева - 0,01
Консервант - 0,25
Гелеобразная субстанция на основе хитозана - Остальное
Полученная зубная паста обладает дезинфицирующим, освежающим, отбеливающим, противовоспалительным и противокариесным действием.

Длительные и всесторонние исследования биологически активных свойств хитозана позволяют рекомендовать продукты, изготовленные предлагаемым способом, в качестве иммуностимулирующих препаратов, например, при использовании в качестве адъюванта для иммуностимулирующих средств с целью повышения выработки антител организмом. При введении предлагаемого продукта с пищей в организм повышается иммунитет и ускоряется развитие Lactobacillus bifidus в органах пищеварения, а также обеспечивается регулирование кислотности желудка (предотвращение язв), что связано со способностью хитозана нейтрализовывать свободную кислоту желудка, образовывать защитный слой на его стенках и подавлять активность пепсина в желудочном соке. При использовании предлагаемого продукта на основе хитозана в качестве биологически активной добавки в зубной пасте обеспечивается противовоспалительное и кариесопрофилактическое действие.

Введение гелеобразной субстанции на основе хитозана в лечебно-косметические препараты обеспечивает репарационные и герантологические свойства получаемому средству.

Промышленная применимость
Изобретение может быть использовано в пищевой промышленности, медицине, косметологии, ветеринарии и биотехнологии.

Формула изобретения

1. Способ получения субстанции на основе хитозана для пищевой и фармацевтической промышленности, включающий приготовление раствора хитозана в разбавленной соляной или уксусной кислоте, удаление нерастворившихся частиц хитозана фильтрованием или осаждением и проведение модификации хитозана ацилирующим агентом в щелочных условиях при рН 7,0 - 9,0 с последующим отмыванием полученной рН-нейтральной субстанции, отличающийся тем, что в качестве ацилирующего агента используют дихлорангидрид дикарбоновой кислоты, реакцию проводят при температуре 18 - 25°С до образования гелеобразной структуры продукта при весовом соотношении дихлорангидрида дикарбоновой кислоты и хитозана при пересчете на сухой вес 1 : 5 - 1 : 25, а полученную рН-нейтральную субстанцию на основе хитозана автоклавируют, или сушат лиофилизацией, или в нее вводят органические кислоты, или продукты микробиологического синтеза, содержащие органические кислоты в количестве достаточном для получения готовой гелеобразной субстанции с рН не более 6,0.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве дихлорангидрида дикарбоновой кислоты используют дихлорангидрид янтарной кислоты, или дихлорангидрид глутаровой кислоты, или дихлорангидрид адипиновой кислоты, или дихлорангидрид фумаровой кислоты.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве органических кислот используют муравьиную, или уксусную, или бензойную, или салициловую, или ацетилсалициловую, или гликолевую, или никотиновую, или диоксибензойную, или молочную кислоты в количестве 0,1 - 5,0% относительно общей массы конечного продукта.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве продуктов микробиологического синтеза, содержащих органические кислоты используют биомассу молочнокислых бактерий Bifidobacterium bifidum или Bifidobacterium longum или Lactobacillus acidophilus или сыворотку, полученную из биомассы указанных бактерий, или автолизат пекарских дрожжей в количестве 25 - 85% относительно общей массы конечного продукта.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3