Устройство для получения нанокапсул витаминов

Изобретение относится к устройству, предназначенному для выработки нанокапсул витаминов. Устройство содержит средство дробления и перемешивания смеси, выполненное в виде электрогидроударного диспергатора, между электроударным диспергатором и фильтром установлен теплообменник для снижения температуры полученного продукта перед его фильтрованием. Электрогидроударный диспергатор содержит корпус, образующий рабочую камеру, входные патрубки, внутри корпуса находятся высоковольтные электроды, причем первый высоковольтный электрод установлен в смеси жидкостей, а второй - в воздушном объеме, при этом высоковольтные электроды подсоединены высоковольтными проводами к источнику высокого напряжения. Высоковольтные электроды соединены с накопителем энергии в виде батареи конденсаторов. Внутри корпуса установлена кавитационная камера, а первый высоковольтный электрод установлен внутри кавитационной камеры. Устройство обеспечивает автоматизированный процесс приготовления суспензии, повышение производительности процесса, качества получаемого продукта и может быть использовано для получения нанокапсул. 9 з.п. ф-лы, 8 ил.

 

Изобретение относится к области нанотехнологии, медицины и пищевой промышленности.

Ранее были известны способы получения микрокапсул.

В пат.2173140, МПК A61K 009/50, A61K 009/127, Российская Федерация, опубликован 10.09.2001, предложен способ получения кремнийорганолипидных микрокапсул с использованием роторно-кавитационной установки, обладающей высокими сдвиговыми усилиями и мощными гидроакустическими явлениями звукового и ультразвукового диапазона для диспергирования.

Недостатком данного способа является применение специального оборудования - роторно-кавитационной установки, которая обладает ультразвуковым действием, что оказывает влияние на образование микрокапсул и при этом может вызывать побочные реакции в связи с тем, что ультразвук разрушающе действует на полимеры белковой природы, поэтому предложенный способ применим при работе с полимерами синтетического происхождения

В пат. 2359662, МПК A61K 009/56, A61J 003/07, B01J 013/02, A23L 001/00, опубликован 27.06.2009, Российская Федерация, предложен способ получения микрокапсул хлорида натрия с использованием распылительного охлаждения в распылительной градирне Niro при следующих условиях: температура воздуха на входе 10°С, температура воздуха на выходе 28°С, скорость вращения распыляющего барабана 10000 оборотов/мин. Микрокапсулы по изобретению обладают улучшенной стабильностью и обеспечивают регулируемое и/или пролонгированное высвобождение активного ингредиента.

Недостатками предложенного способа являются длительность процесса и применение специального оборудования, комплекс определенных условий (температура воздуха на входе 10°С, температура воздуха на выходе 28°С, скорость вращения распыляющего барабана 10000 оборотов/мин).

Известен способ, предложенный в пат. 2134967, МПК A01N 53/00, A01N 25/28, опубликован 27.08.1999, Российская Федерация (1999). В воде диспергируют раствор смеси природных липидов и пиретроидного инсектицида в весовом отношении 2-4:1 в органическом растворителе, что приводит к упрощению способа микрокапсулирования.

Недостатком метода является диспергирование в водной среде, что делает предложенный способ неприменимым для получения микрокапсул водорастворимых препаратов в водорастворимых полимерах.

Известны способ и устройство для получения нанокаплул витаминов по патенту РФ на изобретение №2557900, МПК A61K 3/375, опубл. 27.07.2015 г., прототип способа и устройства.

Этот способ получения нанокапсул витаминов в альгинате натрия, характеризуется тем, что в качестве оболочки используется альгинат натрия, а в качестве ядра - витамин, при массовом соотношении ядро : оболочка 1:3, при этом витамин добавляют в суспензию альгината натрия в бензоле в присутствии препарата Е472 с при перемешивании, далее добавляют гексан, полученную суспензию отфильтровывают и сушат при комнатной температуре,

Это устройство содержит средство дробление и перемешивания исходной смеси и фильтр.

Недостаток способа и устройства: низкая производительность процесса.

Техническая задача: упрощение и ускорение процесса получения нанокапсул, уменьшение потерь при получении нанокапсул (увеличение выхода по массе).

Решение указанных задач достигнуто в способе получения нанокапсул витаминов в альгинате натрия, характеризующийся тем, что в качестве оболочки используется альгинат натрия, а в качестве ядра - витамин, при массовом соотношении ядро : оболочка 1:3, при этом витамин добавляют в суспензию альгината натрия в бензоле в присутствии препарата Е472с при перемешивании, далее добавляют гексан, полученную суспензию отфильтровывают и сушат при комнатной температуре, отличающееся тем, что перемешивание выполняют в устройстве содержащем электрогидроударный эмульгатор, а перед фильтрованием смесь охлаждают.

Решение указанных задач достигнуто в устройстве для получения нанокапсул витаминов, содержащем средство дробление и перемешивания исходной смеси и фильтр, тем, что средство дробления и перемешивания смеси выполнено в виде электрогидроударного диспергатора, а между электроударным диспергатором и фильтром установлен теплообменник для снижения температуры полученного продукта перед его филдьтрованием.

Электрогидроударнй диспергатор может содержать корпус, образующий рабочую камеру, частично заполненную смесью жидкостей с образование воздушного объема, по меньшей мере, один впускной и выпускной патрубки, и устройство перемешивания и эмульгирования, тем, что устройство перемешивания и эмульгирования выполнено в виде двух установленных внутри рабочей камеры высоковольтных электродов, причем первый высоковольтный электрод установлен в смеси жидкостей, а второй - в воздушном объеме, при этом высоковольтные электроды подсоединены высоковольтными проводами к источнику высокого напряжения.

Оба высоковольтных электрода могут быть соединены с батареей конденсаторов. Корпус может быть выполнен пластмассовым. Корпус может быть выполнен металлическим, а оба высоковольтных электрода изолированы от емкости, а корпус заземлен. Внутри корпуса может быть установлена кавитационная камера, а первый высоковольтный электрод установлен внутри кавитационной камеры. Кавитационная камера может быть выполнена в виде корпуса перфорированного отверстиями. Отверстия могут быть выполнены сужающимися. Отверстия могут быть выполнены расширяющимися. Отверстия могут быть выполнены в виде сопел Лаваля. К обеим высоковольтным электродам может быть подключена батарея конденсаторов. Электрогидроударный эмульгатор жидкостей может содержать блок управления и регулятор режима работы, соединенные электрическими связями. Электрогидроударный эмульгатор жидкостей может содержать блок управления и датчик температуры смеси жидкостей, соединенные электрическими связями. Электрогидроударный эмульгатор жидкостей может содержать блок управления и датчик уровня смеси жидкостей, соединенный электрической связью. Электрогидроударный эмульгатор жидкостей может содержать блок управления, а к входным патрубкам присоединены трубопроводы подачи жидкостей с насосами, содержащими приводы, которые соединены электрическими связями с блоком управления.

Устройство может содержать датчик температуры на выходе, установленный перед теплообменником и регулятор расхода охладителя, установленный на входе в змеевик при этом датчик температуры на выходе и регулятор расхода охладителя соединены электрическими связями с блоком управления.

В трубопроводах подачи жидкости могут быть установлены расходомеры, соединенные электрическими связями с блоком управления. К выходному патрубку может быть присоединен трубопровод слива, содержащий клапан слива. Клапан слива может быть выполнен управляемым и соединен с блоком управления. К трубопроводу слива может быть присоединен теплообменник-утилизатор. К трубопроводу слива может быть присоединен конвективный теплообменник.

Отличительной особенностью предлагаемого метода является получение нанокапсул методом осаждения нерастворителем с использованием гексана в качестве осадителя, а также использование альгината натрия в качестве оболочки частиц и витамины - в качестве ядра.

Результатом предлагаемого метода являются получение нанокапсул витаминов А, С, D, Е Q ₁₀, а также и экстрактов элеутерококка и женьшеня.

Сущность изобретения поясняется на чертежах фиг. 1…8, где:

- на фиг. 1 приведена схема установки,

- на фиг. 2 приведен диспергатор с пластмассовым корпусом,

- на фиг. 3 приведен диспергатор с металлическим корпусом,

- на фиг. 4 приведена схема устройства с контролем по выходу.

- на фиг. 5 показана нанокапсула витамина,

- на фиг. 6 - приведена статистика распределения нанокапсул по диаметру для D ₀=10 нм,

- на фиг. 7 - приведена статистика распределения нанокапсул по диаметру для нанокапсул с расчетным диаметром D ₀=50 нм,

- на фиг. 8 - приведена статистика распределения нанокапсул по диаметру для нанокапсул с расчетным диаметром D ₀=100 нм,

Условные обозначения, принятые в описании:

1. дипергатор,

2. теплообменник,

3. фильтр,

4. корпус,

5. рабочая камера,

6. смесь,

7. крышка 7,

8. прокладка 8,

9. впускной патрубок,

10. впускной патрубок,

11. выпускной патрубок,

12. первый высоковольтный электрод,

13. второй высоковольтный электрод,

14. высоковольтный провод,

15. высоковольтный провод,

16. накопитель энергии,

17. провода,

18. источник высокого напряжения,

19. источник энергии.

20. металлический обруч,

21. изолятор.

22. изолятор,

23. кавитационная камера,

24. отверстия.

25. заземление,

26. выходной трубопровод,

27. соединительный трубопровод,

28. трубопровод слива,

29. емкость слива,

30. трубопровод рециркуляции,

31. насос рециркуляции,

32. привод насоса,

33. первая емкость,

34. вторая емкость,

35. трубопровод подачи первой смеси,

36. насос,

37. привод,

38. расходомер,

39. клапан,

40. трубопровод подачи второй смеси,

41. насос,

42. привод,

43. расходомер,

44. клапан,

45. блок управления,

46. электрические связи,

47. датчик температуры смеси жидкостей,

48. датчик уровня смеси жидкости,

49. зона электрического разряда,

50. зона испарения жидкости,

51. змеевик,

52. фильтрующий элемент,

53. продукт,

54. датчик температуры на выходе,

55. регулятор расхода охладителя,

56. нанокаплула витамина,

57. ядро,

58. оболочка.

Устройство для получения нанокапсул витаминов (фиг. 1) содержит дипергатор 1, соединенный с ним теплообменник 2, к выходу которого присоединен фильтр 3.

Диспергатор 1 содержит корпус 4, образующий рабочую камеру 5,частично заполненную смесью 6, крышку 7. Крышка 7 загерметизирована прокладкой 8. К корпусу 4 присоединены, по меньшей мере, два впускных патрубка 9 и 10 и выпускной патрубок 11. В состав диспергатора 1 входит устройство перемешивания и подготовки суспензии, которое выполнено в виде двух установленных внутри рабочей камеры высоковольтных электродов 12 и 13, причем первый высоковольтный электрод 12 установлен в смеси 6, а второй 13 - в воздушном объеме рабочей камеры 5, при этом высоковольтные электроды 12 и 13 подсоединены высоковольтными проводами 14 и 15 к накопителю энергии 16 (батарея конденсаторов), который проводами 17 соединен с источником высокого напряжения 18, соединенным в свою очередь, с источником энергии 19.

Корпус 4 может быть выполнен пластмассовым, а крышка 7 металлической (фиг. 1 и 2).

Концентрично корпусу 4 установлен, по меньшей мере, один кольцевой бандаж 20 для его усиления. Оба высоковольтных электрода 12 и 13 изолированы от емкости 1 изоляторами 21 и 22.

Внутри корпуса 4 установлена кавитационная камера 23, перфорированная отверстиями 24.

Корпус 4 может быть выполнен металлическим (фиг. 3), в этом случае он должен быть заземлен заземлением 25.

Для улучшения перемешивания применена кавитационная камера 23. В ней происходит измельчение твердых нерастворимых частиц витамина и оболочки до наномолекулярного уровня.

Первый высоковольтный электрод 12 может быть установлен внутри кавитационной камеры 23. Кавитационная камера 23 может быть выполнена в виде цилиндра с отверстиями 24.

К выходному патрубку устройства присоединен выходной трубопровод 26, к которому присоединен вход теплообменника 2, к выходу которого присоединен присоединительный трубопровод 27, выход которого соединен с входом в фильтр 3, к выходу из фильтра 3 присоединен трубопровод слива 28.

Под трубопроводом слива 27 размещена емкость слива 29. В которой собирается смесь жидкостей, составляющих основу двух суспензий: суспензии витамина и суспензии оболочки.

В емкость слива 29 введен вход трубопровода рециркуляции 30, содержащий насос рециркуляции 31 с приводом насоса 32.

Устройство содержит две емкости: первую емкость 33 для суспензии витамина и вторую емкость 34 для суспензии оболочек.

Первая емкость 33 трубопроводом подачи первой смеси 35 содержащим насос 36 с приводом 37, расходомером 38 и клапаном 39 соединен с первым входным патрубком 9.

Вторая емкость трубопровод подачи второй смеси 40 содержащим насос 41 с приводом 42, расходомером 43 и клапаном 44 соединен со вторым входным патрубком 10.

Трубопровод рециркуляции 30 соединен с первой и второй емкостями 33 и 34.

Диспергатор 1 может быть оборудован блоком управления 45, соединенным электрическими связями 46 с источником высокого напряжения 18 для его включения, выключения и регулирования режима электрического разряда.

Диспергатор 1 может содержать датчик температуры дисперсии 47, соединенный электрическими связями 46 с блоком управления 45. Диспергатор 1 может содержать датчик уровня смеси жидкости 48, соединенный электрической связью 46 с блоком управлении 45.

Диспергатор 1 может содержать датчик температуры на выходе (фиг. 2) соединенный электрической связью 46 с блоком управления 45 (фиг. 4). Кроме того

На фиг. 1 показаны зона электрического разряда 49 и зона интенсивного испарения жидкости 50.

На фиг. 4 показана схема устройства с датчиком температуры на выходе 54 и регулятор расхода охладителя 55. Датчик температуры на выходе 54 установлен перед теплообменником 2 и регулятор расхода охладителя 55, установленный на входе в змеевик 51 при этом датчик температуры на выходе 54 и регулятор расхода охладителя 55 соединены электрическими связями 46 с блоком управления.

На фиг. 5 показана нанокаплула витамина 56, которая содержит ядро 57 и оболочку 58.

На фиг. 6 приведена статистика распределения нанокапсул 56 по диаметру для D₀=10 нм, на фиг. 7 - статистика распределения нанокапсул 56 по диаметру для D₀=50 нм, на фиг. 8 - статистика распределения нанокапсул 56 по диаметру для D₀=100 нм.

ПРИМЕР 1. Получение нанокапсул витамина А в альгинате натрия, соотношение ядро : оболочка 1:3 в установке-прототипе.

100 мг витамина А добавляют в суспензию альгината натрия в бензоле, содержащий указанного 300 мг полимера в присутствии 0,01 г препарата Е472с (сложный эфир глицерина с одной-двумя молекулами пищевых жирных кислот и одной-двумя молекулами лимонной кислоты, причем лимонная кислота, как трехосновная, может быть этерифи-цирована другими глицеридами и как оксокислота - другими жирными кислотами. Свободные кислотные группы могут быть нейтрализованы натрием) при перемешивании 1300 об/сек. Далее приливают 2 мл гексана. Полученную суспензию отфильтровывают и сушат при комнатной температуре.

Получено 3 кг г порошка нанокапсул. Выход составил 99%. Время обработки 3 часа.

ПРИМЕР 2. Получение нанокапсул витамина С в альгинате натрия, соотношение ядро : оболочка 1:3. Обработка выполнена в электрогидроударном диспергаторе, применено охлаждение в теплообменнике.

100 г витамина С добавляют в суспензию альгината натрия в бензоле, содержащий указанного 300 г полимера в присутствии 10 кгг препарата Е472 с при перемешивании 1300 об/сек. Далее приливают 2 л гексана. Полученную суспензию отфильтровывают и сушат при комнатной температуре.

Получено 4 кг порошка нанокапсул. Выход составил 100%. Время обработки 2 часа.

ПРИМЕР 3. Получение нанокапсул витамина D в альгинате натрия, соотношение ядро : оболочка 1:3. Обработка выполнена в электрогидроударном диспергаторе, применено охлаждение в теплообменнике.

100 мг витамина D добавляют в суспензию альгината натрия в бензоле, содержащий указанного 300 г полимера в присутствии 0,01 г препарата Е472 с при перемешивании 1300 об/сек. Далее приливают 2 л гексана. Полученную суспензию отфильтровывают и сушат при комнатной температуре.

Получено 4 кг порошка нанокапсул. Выход составил 100%. Время обработки - 1 час.

Работа с устройством

Перед проведением процесса приготовления дисперсии заправляют емкости 33 и 34 жидкостями смешенными с грубо размолотыми компонентами для полцчения витамина и оболочки.

Потом включают насосы 31 и 41 и открывают клапана 39 и 44 и частично заполняют рабочую камеру 23. Контроль заполнения осуществляют при помощи датчика уровня смесей жидкости 47. Контроль за соотношение расходов смешиваемых жидкостей осуществляют при помощи расходомеров 38 и 43. При достижении заданного уровня насосы 36 и 41 выключают, а клапаны 39 и 44 закрывают.

Потом включают источник высокого напряжения 18, по проводам 17 подзаряжают накопитель энергии 16 и по высоковольтным проводам 14 и 15 подают напряжении одновременно на оба высоковольтных электрода 12 и 13.

Накопитель энергии 16 (батарея конденсаторов) накапливает электроэнергию и потом происходит разряд между высоковольтными электродами 12 и 13. В результате этого на основании электрогидродинамического эффекта Юткина около первого электрода 12 образуется зона электрического разряда 49 и зона испарения 59. (фиг. 1). Смесь жидкостей истекает из отверстий 24 кавитационной камеры 23 с очень высокой скоростью и интенсифицирую процесс перемешивания в рабочей камере 5. Процесс приготовления эмульсии происходит в течение нескольких секунд не зависимо от объема рабочей камеры 4. При этом затрачивается небольшое количество энергии. Это объясняется влияние двух физических эффектов: эффекта Юткина, вызывающую образование плазмы в зоне электрического разряда 44 и испарения жидкости в зоне испарения 44 в месте разряда и кавитации, распространение гидроудара с импульсом давления в сотни тыс.атм. во все стороны и явлением кавитации - в случае применения кавитационной камеры 23.

В результате в кавитационной камере 23 исходные компоненты твердых веществ образующих ядро витамином и оболочку измельчаются до наноразмерного уровня и соединяются между собой в виде сфер.

Полученная суспензия фильтруется на фильтрующем элементе 52 фильтра 2. Жидкость сливается в емкость слива 29 для возврата в цикл.

Периодически, по мере накопления готового продукта 53, работу устройства прекращают, разбирают фильтр 3 и отделяют от его фильтрующего элемента 52 готовый продукт 53.

Готовый продукт 53 высушивают при комнатной температуре и расфасовывают в упаковку.

Применение изобретения позволило:

1. Создать установку, обеспечивающую повышение ее производительности в 2… раза.

2. Обеспечить стабильность качества нанокапсул.

3. Увеличить КПД установки и уменьшить время изготовления суспензии.

4. Снизить расход энергии.

5. Обеспечить удобство в эксплуатации и безопасности работ за счет полной автоматизации процесса приготовления суспензии.

1. Устройство для получения нанокапсул витаминов, содержащее средство дробления и перемешивания смеси, входные и выходной патрубки, отличающееся тем, что средство дробления и перемешивания смеси выполнено в виде электрогидроударного диспергатора, содержащего корпус, внутри которого находится рабочая камера, имеющая входные патрубки, к которым присоединены трубопроводы с насосами подачи жидкостей, внутри рабочей камеры установлены два высоковольтных электрода, при этом высоковольтные электроды подсоединены высоковольтными проводами к источнику высокого напряжения, оба высоковольтных электрода соединены с батареей конденсаторов, а между электроударным диспергатором и фильтром установлен теплообменник, устройство содержит блок управления, соединенный электрическими связями с источником высокого напряжения, приводы насосов соединены электрическими связями с блоком управления, устройство содержит датчик температуры смеси жидкостей, датчик уровня смеси жидкостей, в трубопроводах подачи жидкости установлены расходомеры, перед теплообменником установлен датчик температуры на выходе, при этом все датчики соединены электрическими связями с блоком управления, на входе в змеевик установлен регулятор расхода охладителя, на входе в теплообменник установлен регулятор расхода охладителя, при этом регулятор расхода охладителя соединен электрическими связями с блоком управления.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что корпус выполнен пластмассовым.

3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что корпус выполнен металлическим, а оба высоковольтных электрода изолированы от корпуса и корпус заземлен.

4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что внутри корпуса установлена кавитационная камера, а первый высоковольтный электрод установлен внутри кавитационной камеры.

5. Устройство по п. 4, отличающееся тем, что кавитационная камера выполнена в виде корпуса, перфорированного отверстиями.

6. Устройство по п. 5, отличающееся тем, что отверстия выполнены сужающимися.

7. Устройство по п. 5, отличающееся тем, что отверстия выполнены расширяющимися.

8. Устройство по п. 5, отличающееся тем, что отверстия выполнены в виде сопел Лаваля.

9. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что к выходному патрубку присоединен трубопровод слива, содержащий клапан слива.

10. Устройство по п. 9, отличающееся тем, что клапан слива выполнен управляемым и соединен с блоком управления.