Способ получения энтеросорбента
Владельцы патента RU 2565196:
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Белгородский государственный национальный исследовательский университет" (НИУ "БелГУ") (RU)
Изобретение относится к получению комплексного сорбционно-антибактериального препарата. Обогащенную монтмориллонитовую глину измельчают, стерилизуют при температуре 105-140°С, охлаждают до 20-30°С и активируют раствором тимола в этиловом спирте. Затем осуществляют отгонку спирта на водяной бане. После испарения этилового спирта сорбент высушивают до постоянной массы при 40-90°С. Изобретение обеспечивает повышенную активность сорбента в отношении широкого спектра микроорганизмов. 2 табл.
Изобретение относится к ветеринарии, а именно сорбционно-антибактериальному препарату широкого спектра действия и может быть использовано для лечения животных, страдающих инфекционными заболеваниями.
Постоянно возрастающая интродукция сельскохозяйственных животных на ограниченных площадях сопровождается появлением быстро развивающихся устойчивых рас микроорганизмов к антибиотикам и лекарственным препаратам. В настоящее время для лечения животных, страдающих инфекционными заболеваниями, применяются антибактериальные препараты широкого спектра действия. Однако при их применении организм остается без защиты от действия бактериальных токсинов и продуктов распада собственных клеток. Поэтому, в отличие от лекарств, применение химически инертных сорбентов является абсолютно безвредным с точки зрения побочных действий. Сорбенты связывают как вредные микробы, так и их токсины, обновляя клетки и способствуя усилению иммунитета.
Особенно эффективно применение энтеросорбентов, которые обладают высокой сорбционной емкостью и, не разрушаясь в желудочно-кишечном тракте, способны путем адсорбции, ионообмена и комплексообразования связывать токсические экзо- и эндогенные вещества различной природы, включая патогенные бактерии и бактериальные токсины, антигены, пищевые аллергены, лекарственные препараты и яды, соли тяжелых металлов и радионуклиды. Они также сорбируют некоторые продукты обмена веществ организма, в том числе избытки билирубина, мочевины, холестерина, липидных комплексов, а также метаболиты, ответственные за развитие эндогенного токсикоза. В последние годы появились сообщения об использовании сорбентов в качестве энтеропрепаратов при интоксикации организма как животных, так и человека.
В источнике «Ветеринарные препараты в России» (Справочник. Т.1 / Под. ред. Кленова Н.Ф. и др. // ООО «Сельхозиздат». М. - 2004, с. 526-527) описан сорбент для ветеринарии на основе высокодисперсного кремнезема с удельной поверхностью не менее 150 м2/г, который связывает и выводит из организма эндогенные и экзогенные токсины, антигены, аллергены, соли тяжелых металлов, радионуклиды. Способ применения данного сорбента трудоемкий: предварительное водное голодание с последующим водным выпаиванием животных и птиц водной суспензией препарата из расчета 0,05-050 г/кг массы тела. Кроме того, срок хранения водной суспензии препарата составляет не более 2 суток, что создает дополнительные трудности.
Известен энтеросорбент на основе природного кремнийсодержащего минерального сырья (патент RU №2423985, от 11.01.2010), предназначенный для удаления из желудочно-кишечного тракта продуктов перекисного окисления липидов. В его состав входит шунгитсодержащая порода, включающая от 50 до 70 маc.% диоксида кремния, а среднестатистический медианный размер частиц энтеросорбента составляет 15,0·10-6 м. Применение данного энтеросорбента при микотоксикозах животных с выраженной активацией свободно-радикального окисления липидов оказывало защитное действие, что выражалось в меньшем накоплении в организме малонового диальдегида. В группе животных, не получавших микотоксины, наблюдалось меньшее значение МДА. Следовательно, заявляемый энтеросорбент обладает неспецифическим антиоксидантным действием при включении в корм для животных. Недостаток - ограниченность использования.
Из уровня техники известно, что неплохие результаты при лечении и профилактике гастроэнтеритов инфекционной этиологии показывают сорбенты на основе обогащенной монтмориллонитсодержащей глины, обработанной тимолом.
Тимол, 2-изопропил-5-метилфенол, содержится в некоторых эфирных маслах, например тимиановом и чабрецовом. Тимол применяют в медицине в качестве антисептика, как противоглистное средство, в стоматологической практике - для обезболивания дентина.
Известен сорбент на основе обогащенной монтмориллонитсодержащей глины, обработанной парами тимола либо его водным раствором (Буханов В.Д., Везенцев А.И., Пономорева Н.Ф., Козубова Л.А., Королькова С.В., Воловичева Н.А., Перистый В.А. Антибактериальные свойства монтмориллонитсодержащих сорбентов // Научные ведомости БелГУ. Серия естественные науки. - №21(116), 2011. - Выпуск 17. - С. 57-63). Для получения данного сорбента обогащенную глину обрабатывают парами или раствором тимола, в результате чего существенно возрастает ее антибактериальная активность. Так, например, сочетание обогащенной глины с раствором тимола угнетает рост микроорганизмов при содержании препарата 6.25-12.50 мг/мл. Механизм цидного действия этого препарата по отношению к кишечной палочке и стафилококкам регистрируется при концентрации 25,00 мг/мл питательной среды мясопептонного агара (МПА). В то время как комбинация из обогащенной глины и адсорбированных ею паров тимола в большинстве случаев не оказывает такого же действия при концентрации препарата 25,00 мг/мл МПА. Этот факт дает основание полагать о низком содержании тимола при обработке обогащенной глины парами тимола. Кроме того, насыщение сорбента парами тимола не технологично, т.к. для этого требуется сложное аппаратурное оформление и тем не менее при этом не удается избежать значительных его потерь, составляющих порядка 50 мас.%. Следовательно, основной недостаток - не совершенная технология получения, не позволяющая достичь повышенного содержания в нем тимола выше 3,0 мас.%. При этом, как в случае насыщения исходного сорбента парами тимола, так и при обработке его водным растворам тимола, в кондиционном препарате содержание тимола не превышает порядка 3,0 мас.%. Поэтому для достижения бактерицидного эффекта в отношении эшерихий, сальмонелл и стафилококков необходимо применять такой слабоконцентрированный препарат в повышенных количествах - выше 25,00 мг на один мл МПА. Если этот показатель ниже 25,00 мг/мл МПА, то сорбент проявляет только бактериостатическое действие.
В статье «Технология получения антибактериального препарата на основе монтмориллонитсодержащей глины и его ингибирующая активность по отношению к патогенным организмам», опубликованной в Сборнике материалов IV международной конференции «Сорбенты как фактор качества жизни и здоровья», 24-28 сентября 2012 года (авторы Везенцев А.И., Буханов В.Д., Перистый В.А., Добродомова Е.В., Перистая Л.Ф., Фролов Г.В., Богданов В.Н., Шапошников А.А.), описан способ получения антибактериального препарата на основе монтмориллонитсодержащей глины, активированной ацетоновым раствором тимола, для чего измельченную и высушенную глину стерилизовали в сушильном шкафу при 140-160°С, затем пропитывали раствором тимола в ацетоне 1:1, высушивали при температуре 60-80°С до полного испарения ацетона. Способ позволяет получать комплексный препарат, содержащий 10,50 мас.% тимола, который при концентрации его 3,125 мг/мл МПА действует бактериостатически, а при содержании свыше 12,50 мг/мл МПА - бактерицидно в отношении эшерихий, сальмонелл и стафилококков. К тому же, способ обеспечивает низкие потери тимола при сушке кондиционного препарата. Этот способ был принят за прототип.
Недостатком прототипа является использование ацетона, который относится к четвертому классу опасности и требует при работе с ним использования индивидуальных средств защиты: спецодежда, спецобувь, респираторы. Кроме того, даже после полного высушивания препарата в нем остаются следы ацетона.
Задача предлагаемого изобретения заключается в создании способа получения активированного тимолом сорбционно-антибактериального энтеросорбента, устраняющего недостаток прототипа.
Технический результат - отсутствие посторонних примесей в готовом продукте, а также повышенное содержание тимола в сорбенте, что обеспечивает возможность его применения в пределах умеренных рабочих концентраций порядка 6,25-12,5 мг/мл МПА. Кроме того, так же как и прототип, способ обеспечивает низкие потери тимола при сушке кондиционного препарата.
Задача решается путем обработки сорбента на основе обогащенной монтмориллонитсодержащей глины раствором тимола в этиловом спирте.
Предлагаемый способ, включающий стерилизацию измельченного и высушенного сорбента на основе обогащенной монтмориллонитсодержащей глины, активирование раствором тимола, высушивание до полного испарения растворителя, содержит следующие новые признаки:
- стерилизацию сорбента на основе обогащенной монтмориллонитсодержащей глины проводят при температуре 105-140°С в течение 2-3 часов;
- охлаждают сорбент до 20-30°С;
- активирование тимолом осуществляют раствором тимола в этиловом спирте концентрацией от 0,8 до 19,4 мас.% при перемешивании в течение 15 минут;
- массовое соотношение спиртового раствора тимола и сорбента составляет 1:1;
- осуществляют отгонку спирта на водяной бане и, после полного испарения этилового спирта, производят высушивание до постоянной массы в течение от 1 до 4 часов при температуре 40-90°С.
Для осуществления предлагаемого способа сорбент на основе обогащенной монтмориллонитсодержащей глины после грубого и тонкого измельчения высушивают и стерилизуют в сушильном шкафу при температуре 105-140°С в течение 2-3 часов. Затем, после охлаждения до 20-30°С сорбент подвергают активированию раствором тимола в этиловом спирте концентрацией от 0,8 до 19,4 мас.% при перемешивании в течение 15 минут. При этом массовое соотношение спиртового раствора тимола и сорбента составляет 1:1. Затем на водяной бане испаряют этиловый спирт и, после полного испарения спирта, высушивают энтеросорбент до постоянной массы при температуре 40-90°С в течение от 1 до 4 часов, и при необходимости измельчают в шаровой мельнице.
Пример
Сорбент на основе обогащенной монтмориллонитсодержащей глины в виде частиц размером не более 10 мкм и содержанием монтмориллонита не менее 71 мас.% с удельной поверхностью 73,6-118,0 м2/г, общим объемом пор 6,20-0,28 см3/г, подвергают грубому и тонкому измельчению, затем сушке и стерилизации в сушильном шкафу при температуре 105-140°С в течение 2-3 часов. Затем, охлаждают до 20-30°С и образцы массой 100 г помещают в предварительно взвешенные перегонные колбы, в которые приливают растворы тимола в этиловом спирте следующих концентраций: 0,74%, 1,61%, 3,60%, 14,30%, 16,00%, при массовом соотношении раствор тимол:сорбент 1:1. В течение 15 минут перемешивают содержимое колб. После подсоединения перегонной колбы к холодильно-конденсационной системе производят при помощи водяной бани нагревание колбы. В результате выкипания и отгонки спирта подвижнотестообразная пульпа постепенно затвердевает и, к окончанию отгонки спирта, превращается в рассыпчатую смесь, которую далее высушивают в сушильном шкафу при температуре 40-90°С в течение 1-4 часов до постоянной массы. При необходимости допустимо последующее измельчение полученной массы сорбента в шаровой мельнице. В таблице 1 представлены результаты определения потерь тимола путем сравнения суммарной исходной массы сорбента и тимола с массой полученного кондиционного высушенного обогащенного сорбента.
| Таблица 1 Результаты определения потерь тимола |
|||||||
| №п/п | Исходные ингредиенты | Результаты | |||||
| масса сорбента на основе обогащенной монтмориллонит содержащей глины | раствор тимола | масса активированного тимолом сорбента, г | потери тимола при активировани, г | потери тимола, %-относит. | содержание тимола, % | ||
| масса тимола, г | масса этилового спирта, г | ||||||
| 1 | 100,0 | 0,80 | 99,20 | 100,75 | 0,05 | 6,25 | 0,74 |
| 2 | -//- | 1,70 | 98,30 | 101,63 | 0,07 | 4,11 | 1,61 |
| 3 | -//- | 3,85 | 96,15 | 103,72 | 0,13 | 3,36 | 3,60 |
| 4 | -//- | 12,00 | 88,00 | 111,70 | 0,30 | 2,50 | 10,45 |
| 5 | -//- | 16,40 | 83,60 | 116,05 | 0,35 | 2,14 | 14,30 |
| 6 | -//- | 19,40 | 80,60 | 119,01 | 0,39 | 2,02 | 16,00 |
Как видно из таблицы 1, относительные потери тимола составили всего 2,02-6,25%.
Антибактериальную активность энтеросорбента, полученного по предлагаемому способу, исследовали следующим образом.
В стерильные пробирки наливали по 4 мл 2%-ного мясопептонного агара (далее МПА), в который вносили 0,2 мл взвеси исследуемых штаммов бактерий из расчета 1,5×107 колонеобразующих единиц (КОЕ) на 1 мл МПА, исследуемый стерильный энтеросорбент из расчета 3,125; 6,25; 12,50 и 25,00 мг препарата на 1 мл МПА, причем для каждой концентрации энтеросорбента проводили опыт с содержанием тимола: 0,74%, 1,61%, 3,60%, 14,30%, 16,00%. Исследования проводили в отношении штампов Escherichia coli 987p, Salmonella enteritidis и Staphylococcus aureus (метициллин резистентный). В контрольные пробирки вносили только взвесь указанных исследуемых микроорганизмов.
Параллельно ставили контрольный опыт без внесения в пробирки исследуемого сорбента: в пробирки, содержащие 4 мл МПА, помещали по 0,2 мл взвеси исследуемых штаммов бактерий также из расчета 1,5×107 КОЕ на 1 мл МПА.
Содержание как рабочих, так и контрольных пробирок тщательно перемешивали с помощью прибора Bio-Vortex V-1, затем пробирки помещали в специальные штативы с целью получения скошенного МПА. Когда содержимое пробирок приобретало плотную консистенцию, их помещали в термостат и культивировали при температуре 37°С в течение 18 часов, а затем с поверхности среды производили смывы изотоническим раствором натрия хлорида в количестве 3 мл. Количество микробных клеток в полученных смывах определяли по шкале стандартов мутности McFarland.
Смывы, в которых отсутствовал рост бактерий, с целью выявления бактерицидного действия активированного комплексного сорбента высевали на МПА, поверхность которого позволяла судить о росте (или отсутствии) колоний исследуемых микроорганизмов.
Результаты сравнения бактериостатичности и бактерицидности полученного сорбента в зависимости от концентрации сорбента и содержания тимола с соответствующими свойствами таких широко распространенных в ветеринарной и медицинской практике препаратов, как активированный уголь, неосмектин, смекта и нативная глина, приведены в таблице 2.
| Таблица 2 Результаты испытаний антибактериальных препаратов |
||||||||
| №п/п | Испытуемый сорбент | Концентрация сорбента, мг/мл МПА |
Результативность | |||||
| Бактериостатичность | Бактерицидность | |||||||
| Эшерихии | Сальмонеллы | Стафило-кокки | Эше- рихии |
Сальмонеллы | Стафилококки | |||
| 1 | Препарат на основе сорбента, активированного раствором тимола в этиловом спирте. Содержание тимола 0,74% | 3,125 | - | - | - | - | - | - |
| 6,250 | - | - | - | - | - | - | ||
| 12,500 | - | - | - | - | - | - | ||
| 25,000 | - | + | + | - | - | - | ||
| 2 | Препарат на основе сорбента, активированного раствором тимола в этиловом спирте. Содержание тимола 1,61% | 3,125 | - | - | - | - | - | - |
| 6,250 | - | - | - | - | - | - | ||
| 12,500 | - | + | + | - | - | - | ||
| 25,000 | - | + | + | - | - | - | ||
| 3 | Препарат на основе сорбента, активированного раствором тимола в этиловом спирте. Содержание тимола 3,60% | 3,125 | - | - | - | - | - | - |
| 6,250 | + | + | + | - | - | - | ||
| 12,500 | + | + | + | - | - | - | ||
| 25,000 | + | + | + | - | * | * | ||
| 4 | Препарат на основе сорбента, активированного раствором тимола в этиловом спирте. Содержание тимола 10,45% | 3,125 | + | + | + | - | - | - |
| 6,250 | + | + | + | - | - | * | ||
| 12,500 | + | + | + | * | * | * | ||
| 25,000 | + | + | + | * | * | * | ||
| 5 | Препарат на основе сорбента, активированного раствором тимола в этиловом спирте. Содержание тимола 14,30% | 3,125 | + | + | + | - | - | - |
| 6,250 | + | + | + | * | * | * | ||
| 12,500 | + | + | + | * | * | * | ||
| 25,000 | + | + | + | * | * | * | ||
| 6 | Препарат на основе сорбента, активированного раствором тимола в этиловом спирте. Содержание тимола 16,00% | 3,125 | + | + | + | - | - | - |
| 6,250 | + | + | + | * | * | * | ||
| 12,500 | + | + | + | * | * | * | ||
| 25,000 | + | + | + | * | * | * | ||
| 7 | Комплексный препарат на основе обогащенной монтмориллонитовой глины, полученной обработкой парами тимола | 3,125 | - | - | - | - | - | - |
| 6,250 | - | - | - | - | - | - | ||
| 12,500 | - | + | + | - | - | - | ||
| 25,000 | + | + | + | - | * | * | ||
| 8 | Комплексный препарат на основе обогащенной монтмориллонитовой глины, полученной обработкой водными растворами тимола | 3,125 | - | - | - | - | - | - |
| 6,250 | - | - | - | - | - | - | ||
| 12,500 | - | - | - | - | - | - | ||
| 25,000 | + | + | + | * | * | * | ||
| 9 | Активированный уголь | 100,000 | - | - | - | - | - | - |
| 10 | Неосмектин | 100,000 | - | - | - | - | - | - |
| 11 | Смекта | 100,000 | - | - | - | - | - | - |
| 12 | Нативная глина | 100,000 | - | - | - | - | - | - |
Примечание
1. В столбцах 4, 5, 6:
- знак «+» означает отсутствие роста микроорганизмов, т.е. наличие бактериостатичности;
- знак «-» означает наличие роста микроорганизмов, т.е. нет бактериостатичности.
2. В столбцах 7, 8, 9 знак «*» означает наличие бактерицидного действия; знак «-» - отсутствие бактерицидного действия.
3. Данные о бактериостатичности и бактерицидности сорбента по прототипу в зависимости от концентрации сорбента и содержания тимола не включены в таблицу 2, так как практически полностью соответствуют результатам, полученным при исследовании образцов сорбента по предлагаемому способу.
В результате проведенных экспериментальных исследований установлено:
1. Способ позволяет получать комплексный сорбционно-антибактериальный препарат с повышенным содержанием тимола - до 16%, который может быть использован в качестве сорбционно-антибактериального энтеросорбента.
2. Сорбент на основе обогащенной монтмориллонитсодержащей глины, полученный по предложенному способу с содержанием тимола не менее 10,45 мас.%, при концентрации 3,125 мг/мл МПА, действует бактериостатически, а при содержании 12,50 мг/мл МПА - бактерицидно в отношении эшерихий, сальмонелл и стафилококков. В случае если содержание тимола не менее 14,30 мас.%, уже при содержании 6,25 мг/мл МПА сорбент проявляет бактерицидность в отношении эшерихий, сальмонелл и стафилококков.
3. Сравнительная оценка полученного по заявляемому способу сорбента с активированным углем, неосмектином, смектой, нативной и обогащенной монтмориллонитовой глиной показала, что в аналогичных условиях эти широко известные препараты даже при их высоком содержании в МПА до 100 мг/мл МПА не подавляли рост и развитие исследуемых штаммов микроорганизмов.
Следовательно, заявленный технический результат - повышенное содержание тимола в сорбенте, отсутствие вредных примесей и возможность его применения в пределах умеренных рабочих концентраций порядка 12,5 мг/мл МПА, достигнут.
Способ получения антибактериального энтеросорбента широкого спектра действия, включающий стерилизацию измельченного и высушенного сорбента на основе обогащенной монтмориллонитсодержащей глины, активирование раствором тимола, высушивание до полного испарения растворителя, отличающийся тем, что стерилизацию сорбента проводят при температуре 105-140°С в течение 2-3 часов, после охлаждения до 20-30°С осуществляют активирование раствором тимола в этиловом спирте с концентрацией от 0,8 до 19,4 мас.% при перемешивании в течение 15 минут при массовом соотношении спиртового раствора тимола и сорбента 1:1, затем осуществляют отгонку спирта на водяной бане до полного испарения этилового спирта и высушивание энтеросорбента до постоянной массы в течение от 1 до 4 часов при температуре 40-90°С.
